DE102019113339A1

DE102019113339A1 - Input module

Info

Publication number: DE102019113339A1
Application number: DE102019113339.4A
Authority: DE
Inventors: Klas Hellmann
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-11-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Eingangsmodul 111 eines Automatisierungssystems 100 mit einer Steuerung 107, die eingerichtet ist, das Automatisierungssystem 100 in einem Steuerungszyklus 207 zu regeln, zum Übertragen von Prozessdaten des Automatisierungssystems 100, umfassend eine erste Schnittstelle 401, die eingerichtet ist, die Prozessdaten zu empfangen; und einen Prozessor 409, der eingerichtet ist, die empfangenen Prozessdaten in dem Steuerungszyklus 207 über eine zweite Schnittstelle 415 des Eingangsmoduls 111 zu übertragen; wobei der Prozessor 409 weiter eingerichtet ist, die empfangenen Prozessdaten vor dem Übertragen zu komprimieren. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Automatisierungssystem 100, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to an input module 111 of an automation system 100 with a controller 107 which is set up to regulate the automation system 100 in a control cycle 207 for transmitting process data of the automation system 100, comprising a first interface 401 which is set up to receive the process data ; and a processor 409 which is set up to transmit the received process data in the control cycle 207 via a second interface 415 of the input module 111; wherein the processor 409 is further configured to compress the received process data prior to transmission. The invention further relates to an automation system 100, a method and a computer program product.

Description

Die Erfindung betrifft ein Eingangsmodul eines Automatisierungssystems zum Übertragen von Prozessdaten des Automatisierungssystems, ein Automatisierungssystem, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt.The invention relates to an input module of an automation system for transmitting process data from the automation system, an automation system, a method and a computer program product.

In Automatisierungssystemen können Prozessdaten erfasst werden, die einer Auswertung bzw. einer Steuerung zugeführt werden können. Anhand dieser Prozessdaten kann die Steuerung das Automatisierungssystem regeln. Beispielsweise kann ein Prozessdatum eine Geschwindigkeit eines Förderbands sein und die Steuerung kann die Geschwindigkeit des Förderbandes einstellen, je nachdem welche Geschwindigkeit des Förderbandes erfasst wurde und welche Geschwindigkeit gewünscht ist. Wird beispielsweise eine zu geringe Geschwindigkeit erfasst, so regelt die Steuerung die Geschwindigkeit des Förderbands hoch.In automation systems, process data can be recorded that can be fed to an evaluation or a control. The controller can use this process data to regulate the automation system. For example, a process data item can be a speed of a conveyor belt and the controller can set the speed of the conveyor belt, depending on which speed of the conveyor belt was detected and which speed is desired. If, for example, a speed that is too low is detected, the control increases the speed of the conveyor belt.

Die Übertragung von solchen Prozessdaten kann in Kommunikationszyklen erfolgen. Auch die Steuerung erfolgt dann in diesen Zyklen, da lediglich zu diesen Zeitpunkten Prozessdaten vorhanden sind, also Steuerungszyklen.Such process data can be transmitted in communication cycles. The control then also takes place in these cycles, since process data is only available at these points in time, i.e. control cycles.

Normalerweise werden in Automatisierungssystemen Prozessdaten einmal pro Kommunikationszyklus übertragen. Daher kann eine zeitliche Auflösung eines Prozessdatums von der Kommunikationszykluszeit abhängig sein. Ist eine höhere zeitliche Auflösung der Prozessdaten gewünscht, so kann dies durch eine Verringerung der Kommunikationszykluszeit erreicht werden. Hierbei entstehen jedoch praktische Grenzen.Process data is normally transferred once per communication cycle in automation systems. The time resolution of a process data item can therefore depend on the communication cycle time. If a higher temporal resolution of the process data is required, this can be achieved by reducing the communication cycle time. However, this creates practical limits.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Konzept zum Übertragen von Prozessdaten in einem Automatisierungssystem aufzuzeigen.It is an object of the invention to show an advantageous concept for transmitting process data in an automation system.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass in einem Automatisierungssystem Prozessdaten verlustfrei oder verlustbehaftet komprimiert werden können und die komprimierten Prozessdaten wie in einem Audiosystem zur Wiedergabe von Audiodateien übertragen werden können. Hierbei können auch große Datenmengen, beispielsweise aus einer Überabtastung, d.h. einem Oversampling, übertragen werden. The invention is based on the idea that process data can be compressed lossless or lossy in an automation system and the compressed process data can be transmitted as in an audio system for playing back audio files. Large amounts of data, for example from oversampling, i.e. an oversampling.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous forms of further training.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Eingangsmodul eines Automatisierungssystems gelöst, mit einer Steuerung, die eingerichtet ist, das Automatisierungssystem in einem Steuerungszyklus zu regeln, zum Übertragen von Prozessdaten des Automatisierungssystems, umfassend eine erste Schnittstelle, die eingerichtet ist, die Prozessdaten zu empfangen; und einen Prozessor, der eingerichtet ist, die empfangenen Prozessdaten in dem Steuerungszyklus über eine zweite Schnittstelle des Eingangsmoduls zu übertragen; wobei der Prozessor weiter eingerichtet ist, die empfangenen Prozessdaten vor dem Übertragen zu komprimieren.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by an input module of an automation system, with a controller that is set up to regulate the automation system in a control cycle for transmitting process data of the automation system, comprising a first interface that is set up, the process data to recieve; and a processor which is set up to transmit the received process data in the control cycle via a second interface of the input module; wherein the processor is further configured to compress the received process data prior to transmission.

Das Eingangsmodul kann Teil eines Automatisierungssystems sein. Das Automatisierungssystem kann das Eingangsmodul, eine Steuerung sowie zu steuernde Technik, insbesondere Produktionstechnik, wie einen Roboter, ein Förderband oder ähnliches, umfassen. Der Prozessor kann ein Mikrocontroller sein oder in einem Mikrocontroller oder in einer CPU integriert sein. Die erste Schnittstelle kann eine Anschlussklemme zum Anschließen eines Sensors sein. Die zweite Schnittstelle kann eine digitale Ausgangsschnittstelle sein, drahtgebunden oder drahtlos.The input module can be part of an automation system. The automation system can include the input module, a controller and technology to be controlled, in particular production technology, such as a robot, a conveyor belt or the like. The processor can be a microcontroller or can be integrated in a microcontroller or in a CPU. The first interface can be a connection terminal for connecting a sensor. The second interface can be a digital output interface, wired or wireless.

Durch die Komprimierung können auch große Datenmengen übertragen werden, bei gleichem Steuerungszyklus wie in einem herkömmlichen Automatisierungssystem. Der Steuerungszyklus kann einem Kommunikationszyklus entsprechen.The compression means that large amounts of data can also be transferred with the same control cycle as in a conventional automation system. The control cycle can correspond to a communication cycle.

In einer Ausgestaltung ist der Prozessor eingerichtet, die empfangenen Prozessdaten an die Steuerung des Automatisierungssystems zu übertragen.In one embodiment, the processor is set up to transmit the received process data to the controller of the automation system.

Die Übertragung der komprimierten Daten an die Steuerung kann die Steuerung mit einer höheren Prozessdatendichte versorgen, als ohne Komprimierung möglich wäre.The transmission of the compressed data to the controller can provide the controller with a higher process data density than would be possible without compression.

In einer Ausgestaltung sind die Prozessdaten mit einer Erfassungszeit korreliert, zu der die Prozessdaten erfasst wurden.In one embodiment, the process data are correlated with a recording time at which the process data were recorded.

Die Korrelation kann dazu dienen, jedem Prozessdatum nach dem Dekomprimieren durch die Steuerung die Erfassungszeit zuzuordnen, sodass ein Verlauf der Prozessdaten durch die Steuerung rekonstruiert werden kann. So können Steuerungsaufgaben auch auf Prozessdaten basieren, die zu einem vorherigen Zeitpunkt aufgenommen wurden, der von dem Zeitpunkt der Übertragung zum Steuerungszyklus abweicht.The correlation can be used to assign the acquisition time to each process data item after it has been decompressed by the controller, so that a course of the process data can be reconstructed by the controller. Control tasks can also be based on process data that were recorded at a previous point in time that deviates from the point in time of the transfer to the control cycle.

In einer Ausgestaltung ist der Prozessor eingerichtet, eine Mehrzahl in dem Steuerungszyklus empfangener Prozessdaten in einem Speicher zu speichern und die in dem Speicher gespeicherten Prozessdaten zu komprimieren und über die zweite Schnittstelle zu übertragen.In one refinement, the processor is set up to store a plurality of process data received in the control cycle in a memory and to store those data in the memory Compress process data and transfer it via the second interface.

Durch die Speicherung der Prozessdate lassen sich die Mehrzahl der Prozessdaten sammeln. Durch gemeinsames Übertragen der gesammelten Prozessdaten kann der Steuerungszyklus verlängert oder mehr Prozessdaten pro Steuerungszyklus übertragen werden.By storing the process data, the majority of the process data can be collected. By jointly transferring the collected process data, the control cycle can be extended or more process data can be transferred per control cycle.

In einer Ausgestaltung ist die erste Schnittstelle eingerichtet, einen Analogwert eines Sensors zu empfangen, wobei der Prozessor eingerichtet ist, den Analogwert zu quantisieren.In one embodiment, the first interface is set up to receive an analog value from a sensor, the processor being set up to quantize the analog value.

Mit einem Prozessor, der eingerichtet ist, den Analogwert zu quantisieren, können analoge Werte eines Messgeräts, insbesondere eines Sensors erfasst werden.With a processor that is set up to quantize the analog value, analog values of a measuring device, in particular a sensor, can be recorded.

In einer Ausgestaltung ist die erste Schnittstelle eingerichtet, einen Digitalwert zu empfangen.In one embodiment, the first interface is set up to receive a digital value.

In einer Ausgestaltung ist der Prozessor eingerichtet, die empfangenen Prozessdaten überabzutasten oder die erste Schnittstelle ist eingerichtet, überabgetastete Prozessdaten zu empfangen.In one embodiment, the processor is set up to oversample the received process data, or the first interface is set up to receive oversampled process data.

Die Überabtastung, d.h. das Oversampling, kann auf den Steuerungszyklus bezogen sein. Auf diese Weise können mehr Daten zu dem Automatisierungssystem verarbeitet werden, was eine Genauigkeit der Steuerung verbessern kann. Je feiner die Überabtastung ist, desto genauer sin die erhaltenen Informationen. So kann eine Zuordnung erfasster Markierungen oder anderer Sensorwerte auch bei hohen Geschwindigkeiten präzise erfolgen.The oversampling, i.e. oversampling can be related to the control cycle. In this way, more data can be processed for the automation system, which can improve the accuracy of the control. The finer the oversampling, the more accurate the information obtained. In this way, recorded markings or other sensor values can be assigned precisely even at high speeds.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Automatisierungssystem mit einem Eingangsmodul nach dem ersten Aspekt gelöst, umfassend:

einen Sensor, der eingerichtet ist, die Prozessdaten zu erfassen und an die erste Schnittstelle zu übertragen;
wobei die Steuerung eingerichtet ist, einen Parameter des Automatisierungssystems basierend auf den Prozessdaten zu regeln;
wobei die Steuerung weiter eingerichtet ist, die komprimierten Prozessdaten von der zweiten Schnittstelle zu empfangen und zu dekomprimieren.

According to a second aspect, the object is achieved by an automation system with an input module according to the first aspect, comprising:

a sensor which is set up to acquire the process data and to transmit them to the first interface;
wherein the controller is set up to regulate a parameter of the automation system based on the process data;
wherein the controller is further set up to receive and decompress the compressed process data from the second interface.

In einer Ausgestaltung ist der Sensor eingerichtet, wenigstens einen der folgenden Parameter zu erfassen: Geschwindigkeit, elektrische Spannung, Distanz.In one embodiment, the sensor is set up to detect at least one of the following parameters: speed, electrical voltage, distance.

In einer Ausgestaltung ist die Steuerung eingerichtet, wenigstens einen der folgenden Parameter zu regeln: Geschwindigkeit, Drehzahl, Öffnungszeit eines Ventils.In one embodiment, the controller is set up to regulate at least one of the following parameters: speed, rotational speed, opening time of a valve.

Verschiedene Parameter eines Automatisierungssystems können geregelt werden, unter anderem abhängig von der Art des Automatisierungssystems.Various parameters of an automation system can be regulated, among other things depending on the type of automation system.

In einer Ausgestaltung ist der Sensor eingerichtet, der ersten Schnittstelle eine Mehrzahl von Prozessdaten innerhalb eines Steuerungszyklus bereitzustellen.In one embodiment, the sensor is set up to provide the first interface with a plurality of process data within a control cycle.

Der Sensor kann Prozessdaten in geringen Zeitabständen, insbesondere im Vergleich zur Steuerungszyklusdauer, erfassen. So kann eine hohe Informationsdichte erreicht werden.The sensor can acquire process data at short intervals, in particular in comparison to the control cycle duration. In this way, a high information density can be achieved.

Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Übertragen von Prozessdaten eines Automatisierungssystems mit einer Steuerung gelöst, die eingerichtet ist, das Automatisierungssystem in einem Steuerungszyklus zu regeln, umfassend:

Empfangen der Prozessdaten durch eine erste Schnittstelle;
Komprimieren der Prozessdaten durch einen Prozessor; und

According to a third aspect, the object is achieved by a method for transferring process data of an automation system with a controller which is set up to regulate the automation system in a control cycle, comprising:

Receiving the process data through a first interface;
Compressing the process data by a processor; and

Übertragen der komprimierten Prozessdaten in dem Steuerungszyklus durch den Prozessor über eine zweite Schnittstelle.Transmission of the compressed process data in the control cycle by the processor via a second interface.

In einer Ausgestaltung werden die Prozessdaten mehrfach während eines Steuerungszyklus empfangen. Das Verfahren umfasst hierbei ein Speichern der empfangenen Prozessdaten in einem Speicher durch den Prozessor, wobei beim Komprimieren und Übertragen die in dem Speicher gespeicherten Prozessdaten komprimiert und übertragen werden.In one embodiment, the process data are received several times during a control cycle. The method here comprises storing the received process data in a memory by the processor, the process data stored in the memory being compressed and transmitted during compression and transmission.

In einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren ein Überabtasten der empfangenen Prozessdaten durch den Prozessor oder das Empfangen der Prozessdaten umfasst ein Empfangen überabgetasteter Prozessdaten.In one embodiment, the method includes oversampling of the received process data by the processor, or receiving the process data includes receiving oversampled process data.

Gemäß einem vierten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Computerprogrammprodukt umfassend einen ausführbaren Programmcode gelöst, wobei bei der Ausführung des ausführbaren Programmcodes durch einen Prozessor eines Eingangsmoduls eines Automatisierungssystems ein Verfahren gemäß dem dritten Aspekt ausgeführt wird.According to a fourth aspect, the object is achieved by a computer program product comprising an executable program code, with a method according to the third aspect being executed when the executable program code is executed by a processor of an input module of an automation system.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Automatisierungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine graphische Darstellung eines Prozessdatumsverlaufs;
3 eine graphische Darstellung zur Quantisierung;
4 eine schematische Darstellung eines Eingangsmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel.

The invention is described in more detail below with reference to exemplary embodiments and the figures. Show it:

1 a schematic representation of an automation system according to an embodiment;
2 a graphic representation of a process data history;
3 a graph for quantization;
4th a schematic representation of an input module according to an embodiment; and
5 a flow chart for a method according to an embodiment.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which there is shown, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be carried out. It goes without saying that other embodiments can also be used and structural or logical changes can be made without deviating from the concept of the present invention. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense. Furthermore, it is understood that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise.

Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln.The aspects and embodiments are described with reference to the drawings, wherein like reference characters generally refer to like elements. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of one or more aspects of the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Automatisierungssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Automatisierungssystem 100 ist eine Fertigungsanlage mit einem Förderband 101. In einem weiteren Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Automatisierungssystem 100 um ein anderes System oder eine andere Anlage, beispielsweise um eine Verpackungsanlage, eine Steuerzentrale, ein Logistikzentrum, ein Kraftwerk, eine Zeitungsdruckerei, bei der Walzen geregelt werden sollen oder ein V erkeh rszentru m. 1 shows a schematic representation of an automation system 100 according to an embodiment. The automation system 100 is a production line with a conveyor belt 101 . In a further exemplary embodiment, it is the automation system 100 Another system or another installation, for example a packaging system, a control center, a logistics center, a power station, a newspaper printing plant, where the rollers are to be regulated, or a sales center.

Das Förderband 101 weist einen Antrieb 103 auf, der eingerichtet ist, das Förderband 101 anzutreiben. Auf dem Förderband 101 werden Produkte 105 gefördert, insbesondere um diese zu verpacken oder zu montieren. Das Förderband 101 läuft mit einer Geschwindigkeit, die an die vorzunehmenden Aktionen, wie Einschweißen oder Löten, angepasst ist. Die Geschwindigkeit und gegebenenfalls weitere Parameter werden von einer Steuerung 107 geregelt. Hierzu überträgt die Steuerung 107 ein Steuersignal an den Antrieb 103. Die Steuerung ist insbesondere eine überlagerte Steuerung, die beispielsweise mehrere Antriebe 103 oder weitere Funktionen regeln kann.The conveyor belt 101 has a drive 103 that is set up, the conveyor belt 101 to drive. On the conveyor belt 101 become products 105 promoted, in particular to pack or assemble them. The conveyor belt 101 runs at a speed that is adapted to the actions to be carried out, such as welding or soldering. The speed and any other parameters are controlled by a controller 107 regulated. To this end, the control transmits 107 a control signal to the drive 103 . The control is, in particular, a higher-level control that, for example, has several drives 103 or regulate other functions.

Das Automatisierungssystem 100 weist einen Sensor 109 auf. Der Sensor 109 ist eingerichtet, die Geschwindigkeit des Förderbandes 101 zu erfassen. Hierzu können Markierungen auf den Produkten 105 oder auf dem Förderband 101 erfasst werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfasst der Sensor 109 ein anderes Prozessdatum oder eine Mehrzahl verschiedener Prozessdaten.The automation system 100 has a sensor 109 on. The sensor 109 is set up the speed of the conveyor belt 101 capture. This can be done with markings on the products 105 or on the conveyor belt 101 are recorded. In a further exemplary embodiment, the sensor detects 109 another process data item or a plurality of different process data items.

Der Sensor 109 überträgt die Prozessdaten an ein Eingangsmodul 111. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Eingangsmodul 111 um ein separates Gerät, das insbesondere an einer Halteschiene montiert ist. Das Eingangsmodul 111 ist eingerichtet, die vom Sensor 109 erfassten Prozessdaten an die Steuerung 107 zu übertragen und gegebenenfalls vorher aufzubereiten, insbesondere zu quantisieren.The sensor 109 transfers the process data to an input module 111 . In the exemplary embodiment shown, it is the input module 111 a separate device that is mounted in particular on a support rail. The input module 111 is set up by the sensor 109 recorded process data to the control 107 to transfer and, if necessary, to prepare beforehand, in particular to quantize.

2 zeigt eine graphische Darstellung 200 eines Prozessdatensverlaufs 201. Die Abszissenachse entspricht dem Zeitverlauf, die Ordinatenachse repräsentiert einen Wert des Prozessdatums. Zu mit Punkten gekennzeichneten Zeitpunkten 203 werden die Werte des Prozessdatums an die Steuerung übertragen. Senkrechte Pfeile 205 stellen eine Erfassung des entsprechenden Werts des Prozessdatums dar. Hierbei werden die Werte der Prozessdaten über einen Steuerungszyklus 207 hinweg gesammelt. 2 shows a graph 200 a process data history 201 . The abscissa axis corresponds to the time course, the ordinate axis represents a value of the process data. At times marked with dots 203 the values of the process data are transferred to the controller. Vertical arrows 205 represent a recording of the corresponding value of the process data. Here the values of the process data are transmitted via a control cycle 207 collected away.

Der Steuerungszyklus 207 ist abhängig von einer Übertragung der Prozessdaten an die Steuerung 107.The control cycle 207 depends on the process data being transferred to the controller 107 .

Die Prozessdaten können hierbei genau einmal pro Steuerungszyklus 207 übertragen werden, was einem Kommunikationszyklus entspricht. Somit ist die zeitliche Auflösung eines Prozessdatums direkt von der Steuerungszykluszeit abhängig. In einem weiteren Ausführungsbeispiel weicht der Kommunikationszyklus von dem Steuerungszyklus 207 ab, d.h. die Prozessdaten werden öfter oder weniger oft übertragen, als die Steuerung 107 ein Regelsignal bereitstellt.The process data can be sent exactly once per control cycle 207 which corresponds to a communication cycle. The temporal resolution of a process data item is therefore directly dependent on the control cycle time. In a further exemplary embodiment, the communication cycle deviates from the control cycle 207 off, ie the process data are transmitted more or less often than the controller 107 provides a control signal.

Für eine höhere zeitliche Auflösung kann eine Überabtastung der Prozessdaten vorgenommen werden. Hierbei kann eine mehrfache Abtastung eines Prozessdatums innerhalb eines Steuerungszyklus 207 in einem Abtastabstand 209 und eine anschließende Übertragung oder eine vorherige Übertragung aller in einem Steuerungszyklus 207 erfasster Prozessdaten in einem Array erfolgen. Ein Oversampling-Faktor beschreibt dabei die Anzahl der Abtastungen innerhalb eines Steuerungszyklus 207 und kann ein Vielfaches von eins sein. Abtastraten von 200 kHz können so auch bei moderaten Steuerungszykluszeiten ermöglicht werden.For a higher temporal resolution, the process data can be oversampled. Multiple scanning of a process data item within a control cycle can be performed here 207 at a sampling distance 209 and a subsequent transmission or a previous transmission of all in one control cycle 207 recorded process data take place in an array. An oversampling factor describes the number of samples within a control cycle 207 and can be a multiple of one. Sampling rates of 200 kHz can thus be made possible even with moderate control cycle times.

3 zeigt eine graphische Darstellung 300 zur Quantisierung. Hierbei wird ein Signal 301, das über die Zeit aufgetragen ist, zu bestimmten Zeitpunkten 303 abgetastet. Die Abszissenachse repräsentiert den zeitlichen Verlauf, die Ordinatenachse die Werte des Signals 301. Das Signal 301 ist ein analoges Signal. Hierbei kann eine Pulse Code Modulation verwendet werden. Eine Abtastung des analogen Signals 301 kann mittels einer Pulsamplitudenmodulation (PAM) mit einer zeitlich konstanten Abtastrate erfolgen. Der Verlauf des Signals 301 ist zeitkontinuierlich. Durch die PAM kann eine zeitdiskrete Signalfolge gebildet werden. Hierbei kann zur Erhaltung der Information in der zeitdiskreten Folge das an sich bekannte Nyquist-Shannon-Abtasttheorem berücksichtigt werden. Demnach sollte die Abtastrate mehr als doppelt so groß sein, wie die höchste Frequenzkomponente im Verlauf des Signals 301. 3 shows a graph 300 for quantization. Here is a signal 301 , which is plotted over time, at specific points in time 303 scanned. The axis of abscissa represents the time course, the axis of ordinate the values of the signal 301 . The signal 301 is an analog signal. Pulse code modulation can be used here. A sample of the analog signal 301 can be carried out using pulse amplitude modulation (PAM) with a sampling rate that is constant over time. The course of the signal 301 is continuous in time. A time-discrete signal sequence can be formed by the PAM. Here, the Nyquist-Shannon sampling theorem, known per se, can be taken into account in order to maintain the information in the discrete-time sequence. Accordingly, the sampling rate should be more than twice as large as the highest frequency component in the course of the signal 301 .

Für eine anschließende Quantisierung auf diskrete Werte mit endlich vielen Stellen kann einem bestimmten Wertebereich ein bestimmtes Symbol zuordnen. Mit einer Codierung, insbesondere Binärcodierung, kann durch Zuordnung der einzelnen Symbole ein Digitalsignal erzeugt werden.For a subsequent quantization to discrete values with a finite number of digits, a specific symbol can be assigned to a specific value range. With coding, in particular binary coding, a digital signal can be generated by assigning the individual symbols.

Hierfür kann eine elektrische Schaltung verwendet werden, wobei eine Sample-and-Hold-Schaltung (SH) und Analog-Digital-Umsetzer (ADU) verwendet werden können. Die SH kann in dem ADU als Funktionseinheit integriert sein.An electrical circuit can be used for this, whereby a sample-and-hold circuit (SH) and analog-digital converter (ADC) can be used. The SH can be integrated into the ADU as a functional unit.

Die Anzahl möglicher Quantisierungsstufen n ergibt sich bei dem Binärcode aus der Anzahl z der Bits, die ein Codewort aufweist, hier n = 2^z. Hierdurch wird ein Quantisierungsrauschen beeinflusst. Je größer die Quantisierungsstufen werden, desto größer ist das Quantisierungsrauschen, d.h. der entstehende Fehler.The number of possible quantization levels n results in the binary code from the number z of bits that a code word has, here n = 2 ^ z. This affects a quantization noise. The larger the quantization levels, the greater the quantization noise, i.e. the resulting error.

Die Quantisierung kann linear, mit gleichmäßig großen Wertebereichen, oder nichtlinear erfolgen. Bei der nichtlinearen Quantisierung können größere Signalauslenkungen in einem größeren Wertebereich zusammengefasst und so gröber aufgelöst werden. Kleine Signalauslenkungen können hingegen mit einer höheren Auflösung quantisiert werden. Ein Vorteil einer nichtlinearen Quantisierung ist, dass mit weniger Bit pro Abtastwert ein geringeres Quantisierungsrauschen als bei linearer Quantisierung erzielt werden kann. The quantization can be linear, with evenly large value ranges, or non-linear. With non-linear quantization, larger signal deflections can be summarized in a larger value range and thus resolved more roughly. Small signal deflections, however, can be quantized with a higher resolution. One advantage of non-linear quantization is that, with fewer bits per sample, less quantization noise can be achieved than with linear quantization.

Eine Anwendung der nichtlinearen Quantisierung bei der Pulse Code Modulation (PCM) kann in der Vermittlungstechnik vorliegen, mit den an sich als A-law und µ-law bekannten Verfahren.Non-linear quantization can be used in pulse code modulation (PCM) in switching technology, with the methods known per se as A-law and µ-law.

Ein Vorteil der PCM bei binärer Codierung kann die Störungstoleranz der Übertragung sein. Hierbei kann beim Empfänger durch die binäre Codierung zwischen einem High- und Low-Signal (0 und 1) unterschieden werden.An advantage of PCM with binary coding can be the interference tolerance of the transmission. The binary coding at the receiver can be used to differentiate between a high and low signal (0 and 1).

Durch eine solche Überabtastung können große Datenmengen entstehen. Alle in dem Steuerungszyklus 207 erfassten Prozessdaten werden im Steuerungszyklus 207 des überlagerten Kommunikationssystems als Daten in einem Array übertragen. Dieses kann zu einer hohen Datenmenge führen, die die Bandbreite des Kommunikationssystems des Automatisierungssystems 100 belastet, insbesondere durch die Auslastung bzw. die Reduzierung der Nutzdatenmengen für andere Teilnehmer im Netzwerk, oder eine Verlangsamung des Steuerungszyklus 207 erzwingen. In beiden Fällen kann die Leistungsfähigkeit des Kommunikationssystems belastet bzw. reduziert werden.Such oversampling can produce large amounts of data. All in the control cycle 207 recorded process data are used in the control cycle 207 of the higher-level communication system as data in an array. This can lead to a large amount of data that is too small for the bandwidth of the automation system's communication system 100 burdened, in particular by the utilization or the reduction in the amount of user data for other participants in the network, or a slowdown in the control cycle 207 force. In both cases, the performance of the communication system can be burdened or reduced.

Um dem vorzubeugen ist das Eingangsmodul 111 eingerichtet, die empfangenen Prozessdaten vor dem Übertragen zu komprimieren.The input module is to prevent this 111 set up to compress the received process data prior to transmission.

4 zeigt eine schematische Darstellung des Eingangsmoduls 111 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 4th shows a schematic representation of the input module 111 according to an embodiment.

Das Eingangsmodul 111 umfasst eine Eingangsschaltung 402 mit einer ersten Schnittstelle 401. An die erste Schnittstelle 401 kann der Sensor 109 oder ein anderes digitales oder analoges Erfassungsgerät angeschlossen werden, beispielsweise ein Stromsensor, ein Thermometer, ein Abstandssensor.The input module 111 includes an input circuit 402 with a first interface 401 . At the first interface 401 can the sensor 109 or another digital or analog acquisition device can be connected, for example a current sensor, a thermometer, a distance sensor.

Die Eingangsschaltung 402 umfasst des Weiteren einen Verstärker 403, einen Wandler 405 und eine Referenzspannungsquelle 407 für den Wandler 405, jeweils für ein Eingangsklemmenpaar 404. Ein Ausgang der ersten Schnittstelle 401 ist über den Verstärker 403 und den Analog-Digital-Wandler 405 an einen Prozessor 409 angeschlossen. Das Signal des Wandlers 405 kann über einen Optokoppler 411 an den Prozessor 409 übertragen werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel entfällt der Optokoppler 411.The input circuit 402 further comprises an amplifier 403 , a converter 405 and a reference voltage source 407 for the converter 405 , each for one input terminal pair 404 . An output of the first interface 401 is about the amplifier 403 and the analog-to-digital converter 405 to a processor 409 connected. The signal from the converter 405 can via an optocoupler 411 to the processor 409 be transmitted. In a further exemplary embodiment, the optocoupler is omitted 411 .

Das Eingangsmodul 111 umfasst eine Versorgungsschaltung 413, die eingerichtet ist, das Eingangsmodul 111 mit elektrischer Energie zu versorgen, wenn die Versorgungsschaltung an eine elektrische Energiequelle angeschlossen ist.The input module 111 includes a supply circuit 413 that is set up, the input module 111 to be supplied with electrical energy when the supply circuit is connected to an electrical energy source.

Der Prozessor 409 ist ein Mikrocontroller. In einem weiteren Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine CPU oder der Prozessor 409 ist Teil eines Mikrocontrollers oder einer CPU. Der Prozessor 409 kann ein bereits in einem an sich bekannten Eingangsmodul integrierter Prozessor sein, und insbesondere für Diagnosezwecke des Eingangsmoduls 111 eingerichtet sein, der entsprechend umprogrammiert wird. So kann auf zusätzliche Hardware verzichtet werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Prozessor 409 ein separater Prozessor.The processor 409 is a microcontroller. In a further exemplary embodiment, it is a CPU or the processor 409 is part of a microcontroller or a CPU. The processor 409 can be a processor already integrated in an input module known per se, and in particular for diagnostic purposes of the input module 111 be set up, which is reprogrammed accordingly. This means that there is no need for additional hardware. In another embodiment, the processor is 409 a separate processor.

Der Prozessor 409 ist mit einer zweiten Schnittstelle 415 verbunden und eingerichtet, Signale, insbesondere Prozessdaten, über die zweite Schnittstelle 415 an die Steuerung 107 zu übertragen. Hierzu ist die Steuerung 107 an die zweite Schnittstelle 415 angeschlossen. Die zweite Schnittstelle 415 ist mit einem lokalen Bus 416, insbesondere ein Axioline F-Lokalbus, verbunden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die zweite Schnittstelle 415 anders, insbesondere kabellos mit der Steuerung 107 verbunden. Der Bus 416 ist Teil eines Netzwerks zur Übertragung von Prozessdaten des Automatisierungssystems 100.The processor 409 is with a second interface 415 connected and set up signals, in particular process data, via the second interface 415 to the controller 107 transferred to. The control is for this 107 to the second interface 415 connected. The second interface 415 is by local bus 416 , in particular an Axioline F local bus. In a further embodiment, the second interface is 415 different, especially wirelessly with the controller 107 connected. The bus 416 is part of a network for the transmission of process data from the automation system 100 .

Das Eingangsmodul 111 umfasst eine Überwachungsschaltung, die mit dem Prozessor 409 verbunden ist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel entfällt die Überwachungsschaltung. Die Überwachungsschaltung ist eingerichtet, die Hardware des Eingangsmoduls 111 zu überwachen.The input module 111 includes a monitoring circuit associated with the processor 409 connected is. In a further exemplary embodiment, the monitoring circuit is omitted. The monitoring circuit is set up, the hardware of the input module 111 to monitor.

Das Eingangsmodul 111 umfasst einen Speicher 417. Der Speicher 417 ist mit dem Prozessor 409 verbunden. Der Prozessor 409 ist eingerichtet, Prozessdaten in den Speicher 417 zu speichern und gespeicherte Prozessdaten aus dem Speicher 417 zu lesen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Speicher 417 nicht in dem Eingangsmodul 111 angeordnet, sondern mit diesem verbunden, insbesondere über die zweite Schnittstelle 415.The input module 111 includes a memory 417 . The memory 417 is with the processor 409 connected. The processor 409 is set up, process data in the memory 417 to save and saved process data from memory 417 to read. In another embodiment, the memory 417 not in the input module 111 arranged, but connected to this, in particular via the second interface 415 .

Der Prozessor 409 ist eingerichtet, die über die erste Schnittstelle 401 empfangenen Prozessdaten überabzutasten und die überabgetasteten Prozessdaten in dem Speicher 417 zu speichern. Vor einer Übertragung über die zweite Schnittstelle 415 an die Steuerung 107 komprimiert der Prozessor 409 die gespeicherten Prozessdaten, insbesondere verlustfrei, und überträgt die komprimierten Prozessdaten an die Steuerung 107. Die Steuerung 107 ist hierbei eingerichtet, die übertragenen komprimierten Prozessdaten zu dekomprimieren.The processor 409 is set up through the first interface 401 over-sampled received process data and the over-sampled process data in the memory 417 save. Before a transfer via the second interface 415 to the controller 107 the processor compresses 409 the stored process data, especially without loss, and transmits the compressed process data to the controller 107 . The control 107 is set up to decompress the transmitted compressed process data.

Der Prozessor 409 ist eingerichtet, die von der ersten Schnittstelle empfangenen Prozessdaten mit einem Zeitstempel zu versehen. So können die Prozessdaten von der Steuerung 107 einem Erfassungszeitpunkt zugeordnet werden und die Steuerung 107 kann das Automatisierungssystem 100 entsprechen auf Basis der dekomprimierten Prozessdaten regeln.The processor 409 is set up to provide the process data received from the first interface with a time stamp. So the process data from the control 107 be assigned to a recording time and the control 107 can the automation system 100 correspond to rules based on the decompressed process data.

5 zeigt ein Flussdiagramm 500 für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel. 5 shows a flow chart 500 for a method according to an embodiment.

In einem Schritt 501 werden Prozessdaten durch die erste Schnittstelle 401 empfangen, d.h. es wird ein Analogwert erfasst. Hierbei wird der Sensor 109 abgefragt. Insbesondere werden über die Schnittstelle 401 Prozessdaten mehrfach während eines Steuerungszyklus 207 empfangen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Digitalwert erfasst.In one step 501 process data through the first interface 401 received, ie an analog value is recorded. This is where the sensor 109 queried. In particular, the interface 401 Process data several times during a control cycle 207 receive. In a further exemplary embodiment, a digital value is recorded.

In einem Schritt 502 quantisiert der Prozessor 409 die empfangenen Prozessdaten unter Verwendung einer Überabtastung. Wird ein Analogwert erfasst, so wird dieser im zeitlichen Verlauf kontinuierlich und deterministisch quantisiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel empfängt die erste Schnittstelle 401 in Schritt 501 bereits überabgetastete ProzessdatenIn one step 502 the processor quantizes 409 the received process data using oversampling. If an analog value is recorded, it is quantized continuously and deterministically over time. In a further embodiment, the first interface receives 401 in step 501 process data that have already been oversampled

In einem Schritt 503 speichert der Prozessor 409 die empfangenen Prozessdaten in dem Speicher 417. In einem weiteren Ausführungsbeispiel speichert der Prozessor 409 die Prozessdaten intern und nicht in dem Speicher 417. Der Speicher 417 kann hierbei entfallen.In one step 503 the processor saves 409 the received process data in the memory 417 . In another embodiment, the processor stores 409 the process data internally and not in the memory 417 . The memory 417 can be omitted here.

In Schritt 504 komprimiert der Prozessor 409 die gespeicherten Prozessdaten. Hierbei verwendet der Prozessor 409 ein an sich bekanntes Komprimierungsverfahren, insbesondere wie es in der Audiotechnik verwendet wird. Die Komprimierung kann verlustbehaftet oder insbesondere verlustfrei sein.In step 504 the processor compresses 409 the stored process data. This is where the processor uses 409 a compression method known per se, in particular as used in audio technology. The compression can be lossy or, in particular, lossless.

Ein Vorteil verlustbehafteter Verfahren ist die Möglichkeit, unter zunehmender Verfälschung des Ursprungssignals, den Speicher- oder Bandbreitenbedarf nahezu beliebig zu verringern. Möglicherweise kann jedoch das Originalsignal durch die Steuerung 107 nicht wieder 1:1 rekonstruiert werden. Hierbei kann abgewogen werden, inwieweit die Prozessdaten sicherheitsrelevant sind und ob eine Abweichung bei der Dekomprimierung auch eine Abweichung der Regelung des Automatisierungssystems 100 bewirkt. Insbesondere kann ein Vergleich mit zuvor empfangenen Prozessdaten herangezogen werden, um unrealistische Abweichungen zu filtern, insbesondere, wenn sich diese um einen vorbestimmten Grenzwert von einem vorangegangenen Prozessdatum unterscheiden.An advantage of lossy methods is the possibility of reducing the memory or bandwidth requirements almost at will with increasing corruption of the original signal. However, it is possible that the original signal can be transmitted through the controller 107 cannot be reconstructed 1: 1 again. Here it can be weighed up to what extent the process data are safety-relevant and whether a deviation in the decompression also a deviation in the regulation of the automation system 100 causes. In particular, a comparison with previously received process data can be used in order to filter unrealistic deviations, in particular if these differ by a predetermined limit value from a previous process data item.

Hierzu ist der Prozessor 409 eingerichtet, die Prozessdaten mit einem Zeitstempel zu versehen, die eine chronologische Rekonstruktion bei der Dekomprimierung durch die Steuerung 107 ermöglicht. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Sensor 109 hierzu eingerichtet.This is done by the processor 409 set up to provide the process data with a time stamp, which is a chronological reconstruction during decompression by the controller 107 enables. In a further embodiment, the sensor is 109 set up for this.

Ein verlustfreies Format hat einen geringen Komprimierungsfaktor von ca. zwei, das Signal kann aber vom der Steuerung 107 vollständig und ohne inhaltliche Einbußen rekonstruiert werden.A lossless format has a low compression factor of around two, but the signal can be sent by the controller 107 can be reconstructed completely and without any loss of content.

Je nach Anforderung der Anwendung bezogen auf das Oversampling, erlauben diese Komprimierungsverfahren auch eine entsprechende Optimierung in Bezug auf die Übertragung der gesampelten Daten bzw. eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Automatisierungssystems 100 innerhalb der jeweiligen technischen Grenzen.Depending on the requirements of the application in relation to oversampling, these compression methods also allow a corresponding optimization with regard to the transmission of the sampled data or an improvement in the performance of the automation system 100 within the respective technical limits.

In einem Schritt 505 überträgt der Prozessor 409 die komprimierten Prozessdaten in dem Steuerungszyklus über die zweite Schnittstelle 415.In one step 505 the processor transfers 409 the compressed process data in the control cycle via the second interface 415 .

In einem Schritt 506 regelt die Steuerung 107 den Antrieb 103 entsprechend nach einer Steuerregel und den Prozessdaten.In one step 506 regulates the control 107 the drive 103 according to a control rule and the process data.

Insbesondere können die Schritte des Empfangens 501, Speicherns 503, Komprimierens 504 und Übertragens 505 kontinuierlich erfolgen, insbesondere mit einem Vorlauf. Das heißt, mit einem Zeitversatz zum Erfassen der Prozessdaten durch den Sensor 109 werden die Prozessdaten komprimiert und insbesondere mit einem möglichst kurzen Steuerungszyklus 207 an die Steuerung 107 übertragen. Das heißt, die Prozessdaten werden von dem Eingangsmodul 111 zu der Steuerung 107 gestreamt. Die Steuerung kann die gestreamten Prozessdaten dekomprimieren und dank des Zeitstempels chronologisch verarbeiten. In einem Automatisierungssystem sind in der Regel die Erfassungszeitpunkte durch die Sensoren 109 bekannt. Daher kann eine Rekonstruktion der Prozessdaten auch bei einer zeitversetzten kontinuierlichen Übertragung für die Regelung durch die Steuerung 107 verwendet werden. Der durch das streamen der Prozessdaten auftretenden Zeitversatz kann von der Steuerung 107 kompensiert bzw. berichtigt werden. Das Automatisierungssystem 100 kann getaktet sein, insbesondere kann die Steuerung 107 das Automatisierungssystem 100 getaktet in den Steuerungszyklen 207 regeln, daher ist eine Regelung mit Zeitversatz möglich.In particular, the steps of receiving 501 , Save 503 , Compressing 504 and transferring 505 take place continuously, in particular with a lead. That is, with a time delay for the sensor to acquire the process data 109 the process data are compressed and, in particular, with the shortest possible control cycle 207 to the controller 107 transfer. This means that the process data are received from the input module 111 to the controller 107 streamed. The controller can decompress the streamed process data and process it chronologically thanks to the time stamp. In an automation system, the times of acquisition are usually the sensors 109 known. A reconstruction of the process data can therefore also be carried out with a time-shifted continuous transmission for the regulation by the control 107 be used. The time offset caused by the streaming of the process data can be controlled by the control 107 be compensated or corrected. The automation system 100 can be clocked, in particular the controller can 107 the automation system 100 clocked in the control cycles 207 control, therefore a control with a time offset is possible.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100: AutomatisierungssystemAutomation system
101101: FörderbandConveyor belt
103103: Antriebdrive
105105: Produktproduct
107107: Steuerungcontrol
109109: Sensorsensor
111111: EingangsmodulInput module
200,300200,300: Darstellungpresentation
201201: ProzessdatenverlaufProcess data history
203, 303203, 303: Zeitpunkttime
205205: Pfeilarrow
207207: SteuerungszyklusControl cycle
209209: AbtastabstandScanning distance
301301: Signalsignal
401401: erste Schnittstellefirst interface
402402: EingangsschaltungInput circuit
403403: Verstärkeramplifier
404404: EingangsklemmenpaarInput terminal pair
405405: WandlerConverter
407407: ReferenzspannungsquelleReference voltage source
409409: Prozessorprocessor
411411: OptokopplerOptocoupler
413413: VersorgungsschaltungSupply circuit
415415: zweite Schnittstellesecond interface
416416: Busbus
417417: SpeicherStorage
500500: Flussdiagrammflow chart
501 - 506501-506: VerfahrensschrittProcess step

Claims

Input module (111) of an automation system (100) with a controller (107) which is set up to regulate the automation system (100) in a control cycle (207) for the transmission of process data from the automation system (100), comprising: a first interface (401) which is set up to receive the process data; and a processor (409) which is set up to transmit the received process data in the control cycle (207) via a second interface (415) of the input module (111); wherein the processor (409) is further configured to compress the received process data prior to transmission.

Input module (111) Claim 1 , wherein the processor (409) is set up to transmit the received process data to the controller (107) of the automation system (100).

Input module (111) according to one of the preceding claims, wherein the process data are correlated with a recording time at which the process data were recorded.

Input module (111) according to one of the preceding claims, wherein the processor (409) is set up to store a plurality of process data received in the control cycle (207) in a memory (417) and to compress and compress the process data stored in the memory (417) to be transmitted via the second interface (415).

Input module (111) according to one of the preceding claims, wherein the first interface (401) is set up to receive an analog value from a sensor (109), wherein the processor (409) is set up to quantize the analog value.

Input module (111) according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the first interface (401) is set up to receive a digital value.

Input module (111) according to one of the preceding claims, wherein the processor (409) is set up to oversampling the received process data or wherein the first interface (401) is set up to receive oversampling process data.

Automation system (100) with an input module (111) according to one of the Claims 1 to 7th comprising: a sensor (109) which is set up to record the process data and to transmit them to the first interface (401); wherein the controller (107) is set up to regulate a parameter of the automation system (100) based on the process data; wherein the controller (107) is further set up to receive and decompress the compressed process data from the second interface (415).

Automation system (100) Claim 8 , wherein the sensor (109) is set up to detect at least one of the following parameters: speed, electrical voltage, distance.

Automation system (100) according to one of the Claims 8 or 9 , wherein the controller (107) is set up to regulate at least one of the following parameters: speed, rotational speed, opening time of a valve.

Automation system (100) according to one of the Claims 8 to 10 , wherein the sensor (109) is set up to provide the first interface (415) with a plurality of process data within a control cycle (207).

Method for transmitting process data of an automation system (100) with a controller (107) which is set up to regulate the automation system (100) in a control cycle (207), comprising: Receiving (501) the process data through a first interface (415); Compressing (504) the process data by a processor (409); and Transmission (505) of the compressed process data in the control cycle (207) by the processor (409) via a second interface (415).

Procedure according to Claim 12 wherein the process data are received several times during a control cycle and comprising storing the received process data in a memory by the processor, the process data stored in the memory being compressed and transmitted during compression and transmission.

Method according to one of the Claims 12 or 13 comprising oversampling (502) the received process data by the processor (409) or wherein receiving (501) the process data includes receiving oversampled process data.

A computer program product comprising an executable program code, with the execution of the executable program code by a processor (409) of an input module (111) of an automation system (100) using a method according to one of the Claims 12 to 14th is performed.