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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen einem Peripheriegerät und einer Datenerfassungseinheit. Beide Komponenten können Teil einer Ein/Ausgabe-Station für ein Feldbussystemsein. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechend ausgelegte Datenerfassungseinheit und ein Peripheriegerät.
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Kommunikationssysteme dieser Art, wie beispielsweise Eingabe/Ausgabe (I/O)-Stationen, werden häufig in Produktionsanlagen verwendet, da durch ihren modularen Aufbau vielfältige Anwendungen im Produktionsprozess möglich sind. Ein Kommunikationssystem dieser Art weist insbesondere einen Prozessor, einen Konfigurationsspeicher, ein oder mehrere steckbare Eingabe-und/oder Ausgabe-Module (E/A-Module) und ein internes Bussystem auf. Das oder die E/A-Module bilden hierbei eine Schnittstelle, über die Prozessdaten und Steuerdaten, wie Sensorsignale und Aktorsignale, an zu kontrollierende Geräte gesendet und von diesen empfangen werden können.
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Aus der
EP 2 274 655 A1 ist ein Kommunikationssystem bekannt mit einem Buskoppler und einem internen Bussystem. Die Busteilnehmer sind insbesondere Ein/Ausgabe-Module, die im Feldbusbereich einsetzbar sind.
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Aus der
US 6 647 436 B1 ist eine Schnittstelle bekannt, die in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden kann.
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Aus der
WO 2017/153847 A1 ist eine konfigurierbare Hardwareplattform bekannt, die im Feldbusbereich einsetzbar ist.
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Typischerweise sind die Ein/Ausgabe-Module im Feldbusbereich steckbar ausgeführt. Sie werden aber mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet, die festgelegt ist. Probleme ergeben sich im Feld, wenn verschiedene Ein/Ausgabe-Module mit verschiedenen Kommunikationsschnittstellen in einer Ein/Ausgabe-Station eingesetzt werden sollen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Flexibilität bei der Wiederverwendung von unterschiedlichen Ein/Ausgabe-Module in Ein/Ausgabe-Stationen zu steigern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen einem Peripheriegerät und einer Datenerfassungseinheit gemäß Anspruch 1, ein Peripheriegerät gemäß Anspruch 6 und eine Datenerfassungseinheit gemäß Anspruch 11 gelöst.
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Die abhängigen Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung entsprechend der nachfolgenden Beschreibung dieser Maßnahmen.
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In einer Ausprägung betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen einem Peripheriegerät und einer Datenerfassungseinheit, wobei die Datenerfassungseinheit über eine Kommunikationsschnittstelle verfügt, über die die Daten nach einem von einer Anzahl von definierten Kommunikations-Protokollen übertragen werden. Um das Kommunikationsprotokoll zu erkennen, für das die Datenerfassungseinheit ausgelegt wurde, wird von dem Peripheriegerät bei Anschaltung an die Stromversorgung eine Kommunikationsprotokoll-Analyse durchgeführt und nach Erkennung des von der Datenerfassungseinheit verwendeten Kommunikationsprotokolls eine Anpassung der konfigurierbaren Kommunikationsschnittstelle des Peripheriegerätes durchgeführt, um einen Datenaustausch mit der Datenerfassungseinheit nach dem erkannten Kommunikationsprotokoll durchzuführen. Die Lösung bietet beachtliche Vorteile. Ein Anwendungsbereich der Erfindung besteht bei Feldbussystemen, bei denen von einer Steuerung (SPS) Daten zu Ein/Ausgabe-Stationen übertragen werden oder von den Ein/Ausgabe-Stationen empfangen werden. Typischerweise beinhaltet eine Ein/Ausgabe-Station einen Feldbus-Koppler und ein oder mehrere Ein/Ausgabe-Module. Die Ein/Ausgabe-Module betreffen die Peripheriegeräte im Sinne der beschriebenen Lösung. Die Ein/Ausgabe-Module werden auf entsprechende Steckplätze der Ein/Ausgabe-Station gesteckt. Da die Ein/Ausgabe-Module für verschiedene Systemanbieter ausgelegt werden, sind sie meist auf ein definiertes Kommunikationsprotokoll festgelegt, nach dem sie Daten mit dem Feldbus-Koppler der Ein/Ausgabe-Station austauschen können. Auch bei einem Systemanbieter können unterschiedliche Kommunikationsprotokolle eingesetzt werden je nach Produktgeneration. Dies stellt ein Problem dar, wenn die Ein/Ausgabe-Station auf ein anderes Kommunikationsprotokoll (interner Systembus) festgelegt ist. Die Lösung bietet jetzt den Vorteil, dass die verschiedenen Ein/Ausgabe-Module in einer Ein/Ausgabe-Station verwendet werden können. Es müssen also nicht alle Ein/Ausgabe-Module, die in der Ein/Ausgabe-Station eingesetzt werden, für das gleiche Kommunikationsprotokoll ausgelegt sein. Das Peripheriegerät in Form des Ein/Ausgabe-Moduls ist variabel einstellbar in Bezug auf das zu fahrende Kommunikationsprotokoll zwischen Ein/Ausgabe-Modul und Datenerfassungsgerät. Die Kommunikation von dem ggfs. nur zwischengeschalteten Datenerfassungsgerät zu dem Feldbus-Koppler kann nach dem für die Ein/Ausgabe-Station gewählten internen Systembus-Kommunikationsprotokoll stattfinden, weil sich das Ein/Ausgabe-Modul an die verschiedenen Kommunikationsprotokolle adaptieren kann. Diese Lösung bietet so auch Vorteile hinsichtlich einer Systemfreiheit der einsetzbaren Peripheriegeräte. Es wird dadurch erstmals eine Trennung von Systembus und den Peripheriegeräten, die in eine Station gesteckt werden, ermöglicht. Für den Kunden bietet sich der Vorteil, dass er die gekauften Peripheriegeräte wesentlich flexibler in den verschiedenen Stationen einsetzen kann. Auch wird die Nachhaltigkeit der Peripheriegeräte gesteigert, da sie auch bei neueren Stationen wiederverwendet werden können.
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Für eine konkrete Implementierung der Lösung ist es vorteilhaft, wenn die Kommunikationsprotokoll-Analyse in dem Peripheriegerät mit Hilfe einer Tabelle durchgeführt wird, in die die Signalzustände von einer Anzahl von Kontakten einer Steckverbindung zwischen Datenerfassungseinheit und Peripheriegerät für die verschiedenen definierten Kommunikations-Protokolle eingetragen sind.
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Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn in die Tabelle weiterhin für eine weitere Anzahl von Kontakten der Steckverbindung Daten eingetragen sind, die über die an den weiteren Kontakten angeschlossenen Leitungen übertragen werden, wobei die Daten eine Anzahl Datenworte betreffen, die eine Kommunikationsprotokolltypidentifikation beinhalten. Damit können dann nahezu beliebig viele verschiedene Kommunikationsprotokolltypen unterschieden werden.
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In einer anderen Variante ist es für das Verfahren vorteilhaft, wenn mit der Anzahl Datenworte die Belegung bestimmter Kontakte des Steckverbinders angegeben wird. Dies macht es entbehrlich, verschiedene Kommunikationsprotokolltypen zu definieren.
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Schließlich ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Anzahl Datenworte die Funktion des Peripheriegerätes und der Datenerfassungseinheit in Bezug auf das angezeigte Kommunikationsprotokoll wiedergibt, insbesondere ob das Peripheriegerät oder das Datenerfassungsgerät bzgl. des Buszugriffs auf den angeschlossenen Kommunikationsbus in einem Master- oder Slave-Betriebsmodus bei einem Master-Slave-Kommunikationsprotokoll arbeiten soll. Dies ist insbesondere für Master-Slave-Busprotokolle wichtig.
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In einer anderen Ausprägung betrifft die Erfindung ein Peripheriegerät, wobei das Peripheriegerät eine konfigurierbare Kommunikationsschnittstelle aufweist, an die eine Datenerfassungseinheit anschließbar ist. Dazu ist die konfigurierbare Kommunikationsschnittstelle mit einem Mikrocontroller mit Mehrzweck-Ein/Ausgängen versehen, wobei der Mikrocontroller bei Anschaltung des Peripheriegerätes an die Stromversorgung ein Ursprungslade-Programm startet, das eine Analyse der Signal-Zustände an einer Anzahl bestimmter Mehrzweck-Ein/Ausgänge durchführt, und in Abhängigkeit davon diejenige Schnittstellen-Software lädt, die benötigt wird, um eine Datenübertragung nach demjenigen Kommunikationsprotokoll durchzuführen, dessen Signalverhalten bei der Analyse der Signalzustände erkannt wurde. Die Schnittstellensoftware ist Teil der Firmware des Peripheriegerätes. Dazu kann als Mikrocontroller ein Standard-Mikrocontroller eingesetzt werden, der über sogenannte General-Purpose Ein/Ausgänge GPIO verfügt.
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Bei einer Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass das Peripheriegerät über einen Verbinder, insbesondere Steckverbinder, verfügt, der in die Datenerfassungseinheit gesteckt werden kann, wobei der Steckverbinder eine Anzahl Kontakte aufweist, an die die Mehrzweck-Ein/Ausgänge des Mikrocontrollers angeschlossen sind. Andere Kontakte des Verbinders sind fest vergeben, wie z.B. für die Spannungsversorgung, Schutzerde usw.
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In vorteilhafter Weise werden bei der Analyse der Signalzustände die Signalzustände bestimmter einzelner Kontakte erfasst und es erfolgt in Abhängigkeit davon eine Auswahl der zu ladenden Schnittstellen-Software seitens des Peripheriegerätes. Diese Ausführung reicht bereits aus, um aus einigen wenigen Kommunikationsprotokollen auswählen zu können.
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Um eine größere Anzahl von Kommunikationsprotokollen auswählen zu können, ist es vorteilhaft, wenn bei der Analyse der Signalzustände die Signalzustände der bestimmten einzelnen Kontakte erfasst werden und in Abhängigkeit davon eine Datenerfassung an bestimmten einzelnen anderen Kontakten des Steckverbinders erfolgt und in Abhängigkeit davon eine Auswahl der zu ladenden Schnittstellen-Software erfolgt. Es werden also über die einzelnen anderen Kontakte Daten übertragen. Dies kann sich auf eine geringe Anzahl Datenworte beschränken oder mehrere. Je nachdem, wieviel Datenworte in der zweiten Protokollanalysephase übertragen werden, können so beliebig viele Protokolle unterschieden werden. Mit zwei Byte als Protokolltypidentifikation ließen sich bereits 65536 verschiedene Protokolle unterscheiden.
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Um die Lösung für den Einsatz bei Feldbussystemen zu adaptieren, ist es vorteilhaft, wenn die Datenerfassungseinheit als Zwischenmodul ausgebildet ist, das einerseits für den Anschluss an einen internen Systembus einer Ein/Ausgabe-Station, die zur Datenerfassung und Datenausgabe in einem Feldbussystem dient, ausgelegt ist, wobei die Datenerfassungseinheit einen zweiten Verbinder, insbesondere Steckverbinder aufweist, über den die Verbindung zu dem internen Systembus der Ein/Ausgabe-Station herstellbar ist. So wird es möglich, selbst ältere Ein/Ausgabe-Stationen zu modernisieren, indem sie mit Zwischenmodulen ausgestattet werden, in die dann wiederum ein neueres Ein/Ausgabe-Modul gesteckt werden kann.
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Schließlich besteht eine vorteilhafte Ausführungsform eines Peripheriegerätes darin, dass das Peripheriegerät als Ein-/Ausgabe-Modul einer Ein/AusgabeStation zur Datenerfassung und Datenausgabe in einem Feldbussystem ausgelegt ist.
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Eine weitere Ausprägung der Erfindung betrifft eine Datenerfassungseinheit mit einer Kommunikationsschnittstelle, über die die Daten von und zu dem Peripheriegerät nach einem von einer Anzahl von festgelegten Kommunikations-Protokollen übertragbar sind. Dabei ist die Kommunikationsschnittstelle so ausgelegt, dass sie an eine Anzahl bestimmter Ein/Ausgänge der Kommunikationsschnittstelle bestimmte Signalzustände und/oder bestimmte Daten ausgibt, um eine Kommunikationsprotokollerkennung seitens eines anschließbaren Peripheriegerät durch Protokoll-Analyse zu ermöglichen. Die Datenerfassungseinheit sollte ein spezifiziertes Verhalten an einzelnen Kontakten zeigen, damit das Peripheriegerät die Kommunikationsprotokollerkennung durchführen kann. Indem beide Komponenten, Datenerfassungseinheit und Peripheriegerät so zusammenarbeiten, wird das Prinzip der Systemfreiheit und der gewünschten Flexibilität und der Wiederverwendbarkeit ermöglicht.
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Dafür ist es ebenfalls vorteilhaft, wenn die Kommunikationsschnittstelle so ausgelegt ist, dass sie an eine Anzahl bestimmter Ein/Ausgänge der Kommunikationsschnittstelle bestimmte statische Signalzustände anlegt und an bestimmten anderen Ein/Ausgängen Daten ausgibt, wobei die Daten eine Anzahl Datenworte betreffen, die eine Kommunikationsprotokolltypidentifikation beinhalten.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Datenerfassungseinheit einen Verbinder, insbesondere Steckverbinder aufweist, über den das Peripheriegerät mit der Datenerfassungseinheit verbindbar ist, und die Anzahl Datenworte die Belegung bestimmter Kontakte des Steckverbinders angibt.
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Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl Datenworte die Funktion des Peripheriegerätes in Bezug auf das angezeigte Kommunikationsprotokoll wiedergibt, insbesondere ob das Peripheriegerät oder die Datenerfassungseinheit bzgl. des Buszugriffs auf den angeschlossenen Kommunikationsbus in einem Master- oder Slave-Betriebsmodus bei einem Master-Slave-Kommunikationsprotokoll arbeitet.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Systemübersicht einer Maschinen- oder Anlagensteuerung mit Feldbussystem nach dem Stand der Technik;
- 2 eine Ein/Ausgabe-Station eines Feldbussystems mit Feldbus-Koppler und einer Anzahl von Zwischenmodulen;
- 3 ein detailliertes Blockschaltbild einer Ein/Ausgabe-Station eines Feldbussystems gemäß der Erfindung mit Feldbus-Koppler, Zwischenmodul und Ein/Ausgabe-Modul; und
- 4 eine detaillierte Tabelle gemäß der Erfindung mit einer Anzahl möglicher Kommunikationsprotokolle, deren Anzahl nicht auf die aufgeführten Kommunikationsprotokolle in der Tabelle beschränkt ist; und
- 5 ein Ablaufdiagramm für ein Programm in der Firmware des Zwischenmoduls, mit dem die Kommunikationsprotokollanalyse durchgeführt werden kann.
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Die vorliegende Beschreibung veranschaulicht die Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung. Es versteht sich somit, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Ausführungen zu konzipieren, die zwar hier nicht explizit beschrieben werden, die aber Prinzipien der erfindungsgemäßen Offenbarung verkörpern und in ihrem Umfang ebenfalls geschützt sein sollen.
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1 zeigt eine Systemübersicht für eine Maschinen- oder Anlagensteuerung, die auf dem Einsatz eines Feldbussystems beruht. Der Feldbus ist mit der Bezugszahl 80 bezeichnet. Dieser ist an die Maschinen- oder AnlagenSteuerung 100 angeschlossen. Diese Steuerung 100 wird typischerweise in der Fabrikationshalle aufgestellt. Sie entspricht einem Industrie-PC, der oft als SPS, also als speicherprogrammierbare Steuerung, ausgeführt wird. Die Steuerungsprogramme werden zu der Steuerung 100 über ein weiteres Netzwerk 150 übertragen, das z.B. als Ethernet-Netzwerk, insbesondere Industrial Ethernet-Netzwerk, ausgelegt sein kann. Die Entwicklung der Steuerungsprogramme, die von der Steuerung 100 abgearbeitet werden, findet typischerweise abseits von der Fabrikationshalle in einem Bürokomplex statt. Mit der Bezugszahl 200 ist ein Projektierungs-Computer bezeichnet. Mit diesem Projektierungs-Computer 200 entwickelt der Software-Ingenieur die Steuerungsprogramme. Über das Netzwerk 150 werden die fertigen Steuerungsprogramme an die Steuerung 100 übertragen. Über den Feldbus 80 gelangen die verschiedenen Prozess- oder Anlagendaten zu der Steuerung 100. Umgekehrt werden von der Steuerung 100 die verschiedenen Steuerungsdaten zu den entsprechenden Maschinen- oder Anlagenteilen übertragen. An den Feldbus 80 sind dazu sogenannte Eingabe/Ausgabe-Stationen 10 angeschlossen. Diese sind mit einem Feldbus-Koppler ausgestattet und mit verschiedenen Ein/Ausgabe-Modulen, an die wiederum die verschiedenen Sensoren S1, S2 und Aktoren A1 angeschlossen sind. In 1 ist weiterhin eine separate Ein/Ausgabe-Einheit 70 dargestellt, die nicht modular aufgebaut ist. An diese ist ein Sensor S3 und ein Aktor A2 angeschlossen. Auch ist daran noch eine Schalteinheit 75 angeschlossen, an die weitere Aktoren A3, A4 angeschlossen sind.
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Die 2 zeigt schematisch die Ein/Ausgabe-Station 10, die in einem Vollausbau fünf steckbare Eingabe- und/oder Ausgabe-Module (E/A-Module) aufweisen kann, und einen Feldbus-Koppler 40. Der Feldbus-Koppler 40 beinhaltet eine Feldbus-Schnittstelle 44 und eine Systembus-Schnittstelle 42, die an den internen Systembus 46 angeschlossen ist. An den Systembus 46 sind auch fünf Zwischenmodule 50 angeschlossen.
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Jedes der Zwischenmodule 50 ist mit einer konfigurierbaren Kommunikationsschnittstelle 53 ausgestattet. Die Kommunikationsschnittstelle 53 ist mit Mikrocontroller ausgestattet, worauf im Folgenden noch genauer eingegangen wird. Die Bezugszahl 54 bezeichnet einen ersten Steckverbinder. An diesen Steckverbinder kann ein Ein/Ausgabe-Modul gesteckt werden. Das Zwischenmodul 50 beinhaltet noch einen zweiten Steckverbinder 52. Damit wird das Zwischenmodul 50 an den internen Systembus 46 der Ein/Ausgabe-Station 10 angeschlossen. Das Zwischenmodul 50 wird also in den Grundträger der Ein/Ausgabe-Station 10, in dem auch der Systembus 46 verläuft, gesteckt. Zusätzlich weist das Zwischenmodul 50 eine Kommunikationsschnittstelle 52 für den internen Systembus 46 auf. Die Kommunikationsschnittstelle 52 kann als separater Chip in dem Zwischenmodul 50 vorgesehen sein. In einer anderen Variante können die Kommunikationsschnittstellen 52 und 53 beide auf einem gemeinsamen Chip integriert sein.
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3 zeigt den detaillierteren Aufbau der Ein/Ausgabe-Station 10. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen die gleichen Komponenten wie in 1 und 2. Der Feldbus-Koppler 40 weist neben den Schnittstellen 42 und 44 eine Spannungsversorgungseinheit 43 auf, die auch weitere Komponenten der Ein/Ausgabe-Station 10 mit Spannung versorgt. Dazu sind in dem Grundträger der Ein/Ausgabe-Station 10 die entsprechenden Versorgungsleitungen vorgesehen. Das Zwischenmodul 50 weist einen Protokollbaustein 55 auf, der den Mikrocontroller des Typs M8051 beinhaltet. Auf den Steckverbinder 54 des Zwischenmoduls 50 ist ein Ein/Ausgabe-Modul 60 gesteckt. Dieses ist mit einem nichtflüchtigen Speicher 62 und einem Mikrocontroller 64 ausgestattet. Mit der Bezugszahl 66 ist noch eine Schnittstelle 66, die auch galvanisch getrennt ausgeführt sein kann, zur I/O-Peripherie bezeichnet, welche sich mit auf dem Ein/Ausgabe-Modul 60 befindet und über eine besondere Stromversorgung 56 versorgt werden kann. In dem Ein/Ausgabe-Modul sind verschiedene Leuchtanzeigen enthalten, die von dem Betriebspersonal im Feld überwacht werden sollen. Der entsprechende Treiber-Baustein 68 ist in 3 ebenfalls gezeigt. Im unteren Teil der 3 ist die besondere Stromversorgung 56 gezeigt, die das Einsteckmodul 61 mit Strom versorgt. Darüber ist noch eine Schutzerde-Verbindung FE zwischen Zwischenmodul 50 und Ein/Ausgabe-Module 60 gezeigt.
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Der Mikrocontroller M8051 weist die bereits beschriebenen Mehrzweck-Ein/Ausgängen auf, an die die Kontakte des Steckverbinders geführt sind, deren Signalzustände im Rahmen der Kommunikationsprotokoll-Analyse erfasst werden müssen. An die anderen Ein/Ausgänge des Protokollbausteins
55 sind andere Kontakte des Steckverbinders
54 angeschlossen. Die nachfolgende Tabelle listet alle Kontakte des Steckverbinders
54 auf. Einige Kontakte des Steckverbinders sind festgelegt, z.B. die Kontakte zur Spannungsversorgung und für die Schutzerde FE. Die Mehrzweck-Ein/Ausgänge GPIO sind an der Kommunikationsschnittstelle
53, welche sich hier aus einem Protokollchip und dessen Coprozessor zusammensetzt, angeschlossen. Die grau hinterlegten Kontakte sind in der Ausprägung dieser Variante des Universal Peripheral Interface fest definiert.
Tabelle 1
| | EdgeCard | |
| Belegung | PIN PIN | Belegung |
| 24V | 12 | FE |
| 24V | 3 4 | . |
| 24V | 5 6 | . |
| 24V | 7 8 | . |
| . | 9 10 | GPIO |
| GND | 11 12 | 5V |
| GND | 13 14 | GPIO |
| GND | 15 16 | GPIO |
| GND | 17 18 | GPIO |
| . | 19 20 | Reset_Out_n |
| . | 21 22 | LGND |
| . | 23 24 | GPIO |
| LGND | 25 26 | GPIO |
| 3,3V | 27 28 | LGND |
| EE_CS | 29 30 | GPIO |
| EESCLK | 3132 | GPIO |
| EE_MOSI | 33 34 | LGND |
| EE_MISO | 35 36 | GPIO |
| LGND | 37 38 | GPIO |
| GPIO | 3940 | LGND |
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Die übrigen Kontakte (siehe Tabelle 2) sind die Mehrzweck-Ein/Ausgänge GPIO. Diese sind bzgl. ihrer Signalrichtung (TTL-input, TTL-output) flexibel und können intern im Mikrocontroller mit alternativen Funktion verknüpft werden. Ein Beispiel einer Verknüpfung mit Funktionen einer USART-Schnittstelle, einer SPI-Schnittstelle und einer I2C-Schnittstelle sind in Tabelle 2 aufgelistet. Diese Eigenschaft wird bei der Erfindung ausgenutzt.
Tabelle 2
| EdgeCard PIN Nr | Mikrocontroller |
| TTL | alternate function |
| 10 | GPIO | USART1_RTS |
| 16 | GPIO | USART1_RX |
| 18 | GPIO | USART1_TX |
| 24 | GPIO | USART1_CTS |
| 26 | GPIO | USART1_CK |
| 30 | GPIO | SPI1_NSS |
| 32 | GPIO | SPI1_SCK |
| 36 | GPIO | SPI1_MIS0 |
| 38 | GPIO | SPI1_MOSI |
| 14 | GPIO | I2C2_SDA |
| 39 | GPIO | I2C2_SCL |
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Durch den Einsatz des Mikrocontrollers 64 wird es möglich, die Kommunikationsschnittstelle bei Anschaltung des Ein/Ausgabe-Moduls 60 zu konfigurieren. Das passiert so, dass über die Kontakte mit „flexibler Funktion“ und durch Analyse der Signalzustände und/oder deren Protokollmechanismen unterschiedliche Übertragungsprotokolle und „Rollen“ (Master oder Slave) verwendet und kombiniert werden können. Die Kommunikationsspielregeln legt dabei die „Gegenstelle“, in Form des Zwischenmodul 50 fest, auf welches sich das Ein/Ausgabe-Moduls 60 einstellen kann.
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In 4 ist eine weitere Tabelle gezeigt, die im Einzelnen die Auswertung der verschiedenen Mehrzweck-Ein/Ausgänge GPIO bei der Kommunikationsprotokollanalyse nach Anschaltung der Stromversorgung zeigt. Der IF_mode_0 ist ein Ausgangszustand, bei dem alle Mehrzweck-Ein/Ausgänge GPIO auf TTL-Eingang eingestellt sind. Im IF_mode_1 wird bei dem Kontakt mit der Nummer 10 der Eingangspegel ausgewertet. Liegt der Pegel auf logisch Null, so kann daran schon entschieden werden, dass die Kommunikationsschnittstelle als SPI-Schnittstelle arbeiten soll, wobei das Ein/Ausgabe-Modul 60 als SPI-Master arbeiten soll. Die Belegung der anderen Mehrzweck-Ein/Ausgänge GPIO ist in der Tabelle angegeben.
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Für IF_mode_2 ergibt sich, dass bei dem Kontakt mit Nummer 10 der Pegel auf logisch Eins eingestellt ist. Dies bedeutet, dass auch noch der Pegel auf Kontakt Nummer 24 ausgewertet wird. Wenn dort ein Pegel für logisch Null anliegt, erfolgt eine Konfiguration der Schnittstelle in der Form, dass sie als SPI-Schnittstelle arbeiten soll, bei der das Ein/Ausgabe-Modul 60 als SPI-Slave arbeiten soll.
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Bei IF_mode_3 ergibt sich, dass bei dem Kontakt mit Nummer 10 der Pegel auf logisch Eins eingestellt ist. Sodann ergibt sich aber, dass bei Kontakt mit Nummer 24 ein Pegel für logisch Eins anliegt. Dies wird von der Ursprungsladesoftware so interpretiert, dass die Art des Kommunikationsprotokolls noch nicht eindeutig bestimmt wurde. Es erfolgt dann zusätzlich ein Austausch von Daten, über die USART-Kontakte mit der Nummer 16 + 18. Die Daten geben die Belegung der anderen Mehrzweck-Ein/Ausgänge an. Deren Belegung ist in der Tabelle angegeben. Genauso verhält es sich bei den anderen Varianten !F-mode_4 bis IF_mode_6. Durch Auswertung der Daten, die über die USART-Kontakte 16 + 18 ausgetauscht werden, wird die genaue Schnittstellenkonfiguration seitens des Zwischenmoduls 50 mitgeteilt. Daran adaptiert sich das Ein/Ausgabe-Modul 60 durch Laden der entsprechenden Schnittstellensoftware.
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Aufgrund der Möglichkeiten des Mikrocontrollers 64 in Verbindung mit der entsprechend ausgelegten Firmware, können verschiedene bekannte, oder auch neue, proprietäre Protokolle, zum Einsatz kommen.
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Im Folgenden wird das Verhalten der Firmware des Ein/Ausgabe-Moduls 60 mit Hilfe des Ablaufdiagramms in 5 erläutert. Es handelt sich um ein Flussdiagramm für ein Ursprungsladeprogramm, das bei Anschaltung der Stromversorgung des Ein/Ausgabe-Moduls 60 gestartet wird. Das Ursprungsladeprogramm startet im Schritt S1. Im Schritt S2 findet eine Auswertung der Signalzustände auf dem Kontakt mit Nummer 10 statt. Wenn dort ein logisch Null-Pegel anliegt, wird die Schnittstellen-Software für IF_mode_1 geladen. Wenn dort ein logisch Eins-Pegel anliegt, wird im Schritt S3 der Signalzustand auf dem Kontakt mit der Nummer 24 ausgewertet. Liegt dort ein logisch Null-Pegel an, wird die Schnittstellen-Software für IF_mode_2 geladen.
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Wenn im Schritt S3 ein logisch Eins-Pegel gefunden wurde, werden Daten über die USART-Kontakte 16 +18 ausgetauscht. Die Auswertung erfolgt im Schritt S4. Danach erfolgt das Laden der passenden Schnittstellensoftware im Schritt S5. Es kann entweder die Software für IF_mode 4, IF_mode_5, oder IF_mode_6 geladen werden. Das Ursprungsladeprogramm endet nach Laden der Schnittstellensoftware im Schritt S6.
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Es sollte verstanden werden, dass das vorgeschlagene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen in verschiedenen Formen von Hardware, Software, Firmware, Spezialprozessoren oder einer Kombination davon implementiert werden können. Spezialprozessoren können anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Reduced Instruction Set Computer (RISC) und/oder Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) umfassen. Vorzugsweise wird das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung als eine Kombination von Hardware und Software implementiert. Die Software wird vorzugsweise als ein Anwendungsprogramm auf einer Programmspeichervorrichtung installiert. Typischerweise handelt es sich um eine Maschine auf Basis einer Computerplattform, die Hardware aufweist, wie beispielsweise eine oder mehrere Zentraleinheiten (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe (I/O) Schnittstelle(n). Auf der Computerplattform wird typischerweise außerdem ein Betriebssystem installiert. Die verschiedenen Prozesse und Funktionen, die hier beschrieben wurden, können Teil des Anwendungsprogramms sein oder ein Teil, der über das Betriebssystem ausgeführt wird.
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Die Offenbarung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Es gibt Raum für verschiedene Anpassungen und Modifikationen, die der Fachmann aufgrund seines Fachwissens als auch zu der Offenbarung zugehörend in Betracht ziehen würde.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ein/Ausgabe-Station
- 40
- Feldbus-Koppler
- 42
- Systembus-Schnittstelle
- 44
- Feldbus-Schnittstelle
- 46
- interner Systembus
- 50
- Zwischen-Modul
- 51
- erste Steckverbindung
- 52
- Systembus-Schnittstelle
- 53
- konfigurierbare Kommunikationsschnittstelle
- 54
- zweite Steckverbindung
- 55
- Protokoll-Baustein
- 56
- Mikrocontroller
- 57
- Spannungsversorgung
- 58
- Zusatz-Stromversorgung
- 60
- Peripheriegerät
- 62
- Speicher
- 64
- E/A-Einheit-Mikrocontroller
- 66
- ISO-Schnittstelle
- 68
- Treiber-Baustein
- 70
- Ein/Ausgabe-Einheit
- 75
- Schalteinheit
- 80
- Feldbus
- 100
- Steuerungs-Station
- 150
- Netzwerk
- 200
- Projektierungscomputer
- S1
- 1. Sensor
- S2
- 2. Sensor
- S3
- 3. Sensor
- A1
- 1. Aktor
- A2
- 2. Aktor
- A3
- 3. Aktor
- A4
- 4. Aktor
- S1 - S6
- verschiedene Schritte der Zwischenmodul-Firmware
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2274655 A1 [0003]
- US 6647436 B1 [0004]
- WO 2017/153847 A1 [0005]
