DE102016221662B4

DE102016221662B4 - IO-Link Adapter

Info

Publication number: DE102016221662B4
Application number: DE102016221662.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Hüllen
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2036-11-05
Also published as: DE102016221662A1

Abstract

IO-Link-Adapter 1 zum Anschluss an ein IO-Link fähiges Feldgerät 2 mit einer dreipoligen Verbindung 3 zum Feldgerät 2 und einer mindestens zweipoligen Verbindung 4 zu einem analogen Empfangsgerät 5, der einen IO-Link-Master 6 zur Kommunikation mit dem Feldgerät 2, eine Steuereinheit 7 zur Ablaufsteuerung und einen Speicher 8 zur Speicherung gerätespezifischer Parameter eines Feldgerätes 2, sowie einen Digital-Analog-Wandler 9 aufweist, um ein digitales IO-Link-Signal in ein analoges Signal der Form 0... 10 V oder 4...20 mA umzuwandeln, wobei die dazu benötigten Parameter vom Feldgerät 2 übertragen oder in einem Lernprozess ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen IO-Link Adapter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Unter IO-Link wird eine Schnittstelle zur seriellen Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen Sensoren oder Aktoren (Feldgeräten) mit einer Mastereinheit gemäß der Norm IEC 61131-9 verstanden.
Diese Norm legt die Technologie einer digitalen Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsschnittstelle für kleine Sensoren und Aktoren - SDCI (allgemein bekannt als IO-Link ™) fest. Sie erweitert die in der IEC 61131-2 definierten herkömmlichen Schnittstellen digitaler Ein- und Ausgänge um eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung, und ermöglicht so die Übertragung von Parametern an Geräte und die Übermittlung von Diagnose-Informationen von den Geräten zum Automatisierungssystem. Diese Technologie ist hauptsächlich für einfache Sensoren und Aktoren in der Fertigungsautomation vorgesehen, die kleine und kostengünstige Mikrocontroller einsetzen.
Mit einer derartigen Schnittstelle versehene Näherungsschalter für die Automatisierungstechnik werden unter anderen auch von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.
Weil diese Geräte nicht nur binäre Signale erzeugen können, wird die IO-Link-Schnittstelle neben der Parametrierung auch zur Ausgabe von nachfolgend als Prozessdatenwerte (PDV) bezeichnete digitale Messwerten genutzt.
Das hat zur Folge, dass die eigentlich zur Ausgabe von analogen Messwerten vorgesehenen 0...10 V - und 4...20 mA - Ausgänge in vielen Fällen gar nicht mehr benötigt werden.
Aus der DE 10 2014 118 172 B3 und der DE 20 2009 010 293 U1 sind IO-Link-Adapter zur Anbindung von nicht IO-Link fähigen Feldgeräten an einen IO-Link-Master bekannt, die entweder dazwischen geschaltet werden oder am Feldgerät zu befestigen sind.
Zur Kommunikation mit dem nicht IO-Link fähigen Feldgerät ist aber eine wie auch immer geartete zusätzliche Schnittstelle erforderlich.
Was diese Geräte jedoch nicht leisten, ist die Erzeugung und Übertragung der genannten analogen 0... 10 V - oder 4...20 mA - Ausgangssignale aus IO-Link - Signalen.
Eine derartige Geräteeigenschaft könnte die 0... 10 V - und 4...20 mA - Ausgänge in den oben genannten Geräten vollkommen überflüssig machen, was deren Herstellungskosten und den Energieverbrauch senken würde.
Das Problem ist wegen der Uneinheitlichkeit der verwendeten IO-Link-Prozessdatenwerte, deren Anpassung nicht dem Kunden überlassen werden soll, nicht auf triviale Weise lösbar. Die DE 101 59 697 A1 beschreibt allgemein Steuernetzwerke und ein Verfahren sowie eine Vorichtung zur Implementierung von redundanten Einrichtungen in einem Prozeßsteuernetz.
Die DE 697 05 471 T2 zeigt die Erfasung von Ereignissen in einem Prozessteuersystem durch Überwachen von Prozeßsignalen.
Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, einen IO-Link Adapter und ein Verfahren anzugeben, welche in der Lage sind, mit der genannten Norm entsprechenden Sensoren zu kommunizieren, wobei deren Prozessdatenwerte dem Smart-Sensor Profil V1.0 entsprechen, und diese Prozessdatenwerte in analoge 0... 10 V , oder 4...20 mA - Signale umzuwandeln und auszugeben, was eine Nachrüstung von Geräten ohne Analogausgang ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, einen aus den genannten Schriften prinzipiell bekannten IO-Link Adapter so auszurüsten, dass er von einem Feldgerät erzeugte digitale IO-Link-Messwerte in analoge Signale der Form 0...10 V oder 4...20 mA umwandeln kann, wobei die dazu benötigten Parameter in einem erfindungsgemäßen Verfahren vom Feldgerät übertragen (ausgelesen) oder in einem Lernprozess (Teach-in) ermittelt werden.
Der IO-Link Adapter fungiert in diesem Fall gegenüber dem Feldgerät als Master. Wird der IO-Link Adapter nun erstmalig an ein Feldgerät angeschlossen, befindet er sich in einem Initialzustand mit deaktivierten Analogausgängen und nicht leuchtender Anzeige-LED.
Zur Herstellung der Betriebsfähigkeit des IO-Link Adapters ist ein (Ein-) Lernvorgang (Teach) erforderlich, um den Bereich der Analogausgänge an die zu erwartenden Prozessdatenwerte des Feldgerätes anzupassen. Nach einem ersten Tastendruck wird mit dem Feldgerät kommuniziert, um die Position des ersten Prozessdatenwertes (Haupt-PDV) in dem vom Feldgerät ausgegebenen Datenstrom (PDinput data stream) zu ermitteln. Es sei angemerkt, dass bei der Ausgabe weiterer Prozessdatenwerte (PDV) auch deren Position ermittelt wird. Konnte die Position des Prozessdatenwertes ermittelt werden, wird der erfolgreiche Lernvorgang durch eine blinkende LED signalisiert. Nun wird das Feldgerät veranlasst, den gewünschten Minimalwert auszugeben. Anschließend wird die Taste erneut gedrückt. Die LED leuchtet nun für 1 Sekunde konstant, während der Minimalwert per IO-Link ausgelesen und als untere Stellgrenze des Analogausgangs gespeichert wird.
Nach dem Speichervorgang beginnt die LED erneut zu blinken. Nun muss der Maximalwert am Sensor eingestellt werden. Durch einen erneuten Tastendruck wird der Maximalwert per IO-Link ausgelesen und dem maximalen Analogwert zugewiesen.
Damit ist der Lernvorgang abgeschlossen, so dass nun der Sensortyp ausgelesen und im Adapter abgelegt wird. So wird sichergestellt, dass Adapter nur mit diesem Feldgerätetyp betrieben werden kann.
Nun wird die Betriebsbereitschaft durch eine konstant leuchtende LED angezeigt, wobei die Analogausgänge aktiviert sind und den entsprechenden Analogwert in den eingelernten Grenzen ausgeben. In diesem Zustand liest der IO-Link Adapter permanent den aktuellen Prozessdatenwert und konvertiert diesen in einen Analogwert.
Die gelernten Daten behält der IO-Link Adapter auch ohne Spannungsversorgung in einem nichtflüchtigen Speicher.
Um den IO-Link Adapter in den Initialzustand zu versetzen, muss die Taste 5 Sekunden lang gedrückt gehalten werden, wobei das Erreichen des Initialzustandes durch Erlöschen der LED quittiert wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt einen auf das Wesentliche reduzierten erfindungsgemäßen IO-Link Adapter,
2 zeigt einen Programmanlaufplan für den Lernprozess bei dessen Inbetriebnahme.

Die 1 zeigt die wesentlichen Bestandteile eines erfindungsgemäßen IO-Link Adapters 1 als Blockschaltbild. Der IO-Link Adapter 1 ist über eine für den IO-Link-Bus taugliche dreipolige (Steck-) Verbindung 3 mit einem Feldgerät 2 verbunden, wobei das Feldgerät 2 einen zur Erzeugung eines IO-Link-Signals geeigneten IO-Link-Slave aufweist. Ausgangsseitig ist der IO-Link Adapter1 über eine mindestens zweipolige (Steck-) Verbindung mit einem beliebig gearteten analogen Empfangsgerät 5 verbunden, wobei dahingestellt bleiben kann, ob es sich um ein 4...20 mA - Signal oder um ein 0...10 V - Signal handelt. Der IO-Link Adapter 1 weist eingangsseitig einen IO-Link- Master 6 oder eine gleich wirkende Baugruppe auf. Eine Steuereinheit 7, hier einen Mikrocontroller, dient zur Ablaufsteuerung und ein nichtflüchtiger Speicher 8, hier ein EPROM, dient zur Speicherung gerätespezifischer Parameter des Feldgerätes 2. Weiterhin ist ein Digital-Analog-Wandler 9 vorhanden, der ein digitales IO-Link-Signal in ein analoges Signal der Form 0...10 V oder 4...20 mA umwandelt und anschließend ausgibt. Außerdem ist eine Bedientaste 10 und eine Anzeige-LED dargestellt.
Die 2 zeigt den erfindungsgemäßen Lernprozess in einem Programmablaufplan.
Nach dem Einschalten wird geprüft, ob der Speicher 8 gerätespezifischen Daten eines angeschlossenen Feldgeräts 2 enthält. Wenn nicht, wird ein Lernvorgang initialisiert.
Ist das der Fall, so wird in einem Dialog mit dem angeschlossen Feldgerät 2 geprüft, ob das die aktuellen Daten des Feldgeräts 2 sind. Wenn ja, wird der Normalbetrieb aufgenommen, falls nicht, wird der Lernvorgang initialisiert.
Nach der Initialisierung wird der Lernvorgang durch einen ersten Tastendruck gestartet. Danach wird der Minimalwert des Analogsignals eingestellt und gespeichert, was mit einem zweiten Tastendruck quittiert werden muss.
Im nächsten Schritt wird der Maximalwert des Analogsignals eingestellt und gespeichert, was mit einem dritten Tastendruck quittiert werden muss.
Nach der Speicherung des Maximalwerts geht das System in den Normalbetrieb über.
Um den Inhalt des Speichers zu löschen und das System vom Normalbetrieb den Lernbetrieb umzuschalten muss die Taste 10 fünf Sekunden lang gedrückt gehalten werden.
Bezugszeichenliste

1: IO-Link-Adapter
2: Feldgerät mit einem IO-Link Slave
3: Dreipolige Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung
4: Zweipolige Verbindung, vorzugsweise Steckverbindung
5: Analoges Empfangsgerät
6: IO-Link-Master
7: Steuereinheit (Mikrocontroller)
8: Speicher (EPROM)
9: Digital-Analog-Wandler
10: (Bedien-) Taste zur Steuerung und Programmierung

Claims

IO-Link-Adapter (1) zum Anschluss an ein IO-Link fähiges Feldgerät (2) mit einer dreipoligen Verbindung (3) zum Feldgerät (2) und einer mindestens zweipoligen Verbindung (4) zu einem analogen Empfangsgerät (5), dadurch gekennzeichnet, dass er einen IO-Link-Master (6) zur Kommunikation mit dem Feldgerät (2), eine Steuereinheit (7) zur Ablaufsteuerung und einen Speicher (8) zur Speicherung gerätespezifischer Parameter eines Feldgerätes (2), sowie einen Digital-Analog-Wandler (9) aufweist, um ein digitales IO-Link-Signal in ein analoges Signal der Form 0...10 V oder 4...20 mA umzuwandeln, wobei die dazu benötigten Parameter vom Feldgerät (2) übertragen oder in einem Lernprozess ermittelt werden.