DE102020121644A1 - Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system - Google Patents

Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system Download PDF

Info

Publication number
DE102020121644A1
DE102020121644A1 DE102020121644.0A DE102020121644A DE102020121644A1 DE 102020121644 A1 DE102020121644 A1 DE 102020121644A1 DE 102020121644 A DE102020121644 A DE 102020121644A DE 102020121644 A1 DE102020121644 A1 DE 102020121644A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
station
head
modules
data
bus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020121644.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Ingo Gurtl
Michael Schnatwinkel
Michael Gerkens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Original Assignee
Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weidmueller Interface GmbH and Co KG filed Critical Weidmueller Interface GmbH and Co KG
Priority to DE102020121644.0A priority Critical patent/DE102020121644A1/en
Priority to PCT/EP2021/072850 priority patent/WO2022038147A1/en
Publication of DE102020121644A1 publication Critical patent/DE102020121644A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40Bus networks
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0264Arrangements for coupling to transmission lines
    • H04L25/0272Arrangements for coupling to multiple lines, e.g. for differential transmission
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/003Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path
    • H04L5/0044Arrangements for allocating sub-channels of the transmission path allocation of payload
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
    • H05K7/1465Modular PLC assemblies with separable functional units
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
    • H05K7/1475Bus assemblies for establishing communication between PLC modules
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
    • H05K7/1484Electrical diagrams relating to constructional features, e.g. signal routing within PLC; Provisions for disaster recovery, e.g. redundant systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/10Plc systems
    • G05B2219/11Plc I-O input output
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/10Plc systems
    • G05B2219/11Plc I-O input output
    • G05B2219/1109Expansion, extension of I-O
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/10Plc systems
    • G05B2219/11Plc I-O input output
    • G05B2219/1129Serial addressed modules on bus
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40Bus networks
    • H04L2012/4026Bus for use in automation systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder industrielles IoT-System mit einer Kopfstation (3) und einer Anzahl angereihter Module (5), wobei zum Datenaustausch mit der Kopfstation (3) ein Stationsbus (4) die Kopfstation (3) mit den Modulen (5) koppelt, und wobei zwischen mindestens zwei der Module (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) ein weiterer Datenübertragungsweg ausgebildet ist, über das eine direkte Datenübertragung zwischen den mindestens zwei Modulen (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) ermöglicht ist. Die modulare Ein- und Ausgabestation zeichnet sich dadurch aus, dass der weitere Datenübertragungsweg als ein Stationsnetzwerk (7) ausgebildet ist und dazu eingerichtet ist, Daten zwischen den mindestens zwei Modulen (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) über den Stationsbus (4) zu übertragen. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei Modulen (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) einer modularen Ein- und Ausgabestation, sowie ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Modul (5) bzw. eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Kopfstation (3).The invention relates to a modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system with a head station (3) and a number of modules (5) arranged in a row, with a station bus (4) for data exchange with the head station (3). head-end station (3) coupled to the modules (5), and wherein a further data transmission path is formed between at least two of the modules (5) or at least one module (5) and the head-end station (3), via which direct data transmission between the at least two Modules (5) or at least one module (5) and the head station (3) is enabled. The modular input and output station is characterized in that the further data transmission path is designed as a station network (7) and is set up to transfer data between the at least two modules (5) or at least one module (5) and the head station (3). to be transmitted via the station bus (4). The invention further relates to a method for transmitting data between at least two modules (5) or at least one module (5) and the head station (3) of a modular input and output station, and a module (5) or a head-end station (3) suitable for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft eine modulare Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder ein industrielles IoT (Internet of Things)-System mit einer Kopfstation und einer Anzahl angereihter Module, wobei zum Datenaustausch mit der Kopfstation ein Stationsbus die Kopfstation mit den Modulen koppelt, und wobei zwischen mindestens zwei der Module oder mindestens einem Modul und der Kopfstation zusätzlich ein weiterer Datenübertragungsweg ausgebildet ist, über den eine direkte Datenübertragung zwischen den mindestens zwei Modulen oder mindestens einem Modul und der Kopfstation ermöglicht wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Übertragen von Daten zwischen mindestens zwei Modulen oder mindestens einem Modul und der Kopfstation einer modularen Ein- und Ausgabestation, sowie ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Modul bzw. eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Kopfstation.The invention relates to a modular input and output station for an industrial automation system and/or an industrial IoT (Internet of Things) system with a head station and a number of modules arranged in a row, with a station bus coupling the head station to the modules for data exchange with the head station. and wherein a further data transmission path is additionally formed between at least two of the modules or at least one module and the head station, via which direct data transmission between the at least two modules or at least one module and the head station is made possible. The invention also relates to a method for transmitting data between at least two modules or at least one module and the head station of a modular input and output station, and a module suitable for carrying out the method or a head station suitable for carrying out the method.

In industriellen Automatisierungssystemen, insbesondere auch in Industrie 4.0-Systemen, oder industriellen IoT-Systemen, auch IIoT (Industrial Internet of Things) - Systeme genannt, werden häufig Feldbusse bzw. drahtlose oder drahtgebundene (Ethernet-)Netzwerke zur Übertragung von Steuerungsdaten und/oder Messwerten zwischen einem zentralen und mehreren dezentralen Steuerungsrechnern und Feldgeräten eingesetzt. Oft wird dabei nicht jedes einzelne Feldgerät unmittelbar an den Feldbus bzw. Industrial Ethernet Netzwerk angeschlossen, sondern eine eingangs genannte modulare Ein- und Ausgabestation eingesetzt, die es ermöglicht, an einen Feldbus- / Netzwerkanschluss eine Mehrzahl von Ein- und Ausgabemodulen anzukoppeln. Diese Ein- und Ausgabemodule sind in einer Vielzahl verschiedener Ausgestaltungen bekannt, beispielsweise als Module, die digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgabekanäle bereitstellen, oder Module, die als Signalwandler, Relaisbaustein, Zählerbausteine, Interface-Module usw. ausgebildet sind. Zusammengenommen stellt das System aus dem Koppler und den angeschlossenen Modulen ein Beispiel einer eingangs genannten modularen Ein- und Ausgabestation dar.In industrial automation systems, especially in Industry 4.0 systems, or industrial IoT systems, also called IIoT (Industrial Internet of Things) systems, fieldbuses or wireless or wired (Ethernet) networks are often used to transmit control data and/or Measured values used between a central and several decentralized control computers and field devices. Often not every single field device is connected directly to the fieldbus or Industrial Ethernet network, but a modular input and output station mentioned at the beginning is used, which makes it possible to couple a number of input and output modules to a fieldbus/network connection. These input and output modules are known in a large number of different configurations, for example as modules that provide digital and/or analog input and/or output channels, or modules that are designed as signal converters, relay modules, counter modules, interface modules, etc. Taken together, the system consisting of the coupler and the connected modules represents an example of a modular input and output station mentioned at the beginning.

Dabei wird ein sogenannter Funkkoppler, Ethernet-Koppler oder Feldbuskoppler, auch Gateway oder Kopfstation genannt eingesetzt, der das Funk-, Netzwerk- oder Feldbusprotokoll auf ein meist proprietäres Protokoll eines internen Rückwandbus einer Ein- und Ausgabestation umsetzt und der es ermöglicht, die Mehrzahl der Ein- und Ausgabemodule über den Rückwandbus mit dem externen Netzwerk und/oder Feldbus zu koppeln. Der Rückwandbus wird auch als Stationsbus bezeichnet oder kann als Stationsnetzwerk ausgeprägt sein.A so-called radio coupler, Ethernet coupler or fieldbus coupler, also known as a gateway or head station, is used, which converts the radio, network or fieldbus protocol to a mostly proprietary protocol of an internal backplane bus of an input and output station and which enables the majority of the To couple input and output modules to the external network and/or fieldbus via the backplane bus. The backplane bus is also referred to as a station bus or can be designed as a station network.

Eine modulare Ein- und Ausgabestation kann in einer alternativen Ausgestaltung auch mit einem Steuerungsrechner als Kopfstation aufgebaut werden. In einem solchen Fall ist eine Ankopplung der Module unmittelbar an den Steuerungsrechner möglich.In an alternative embodiment, a modular input and output station can also be set up with a control computer as the head station. In such a case, the modules can be coupled directly to the control computer.

Im Hinblick auf eine physikalische Ausgestaltung einer derartigen modularen Ein- und Ausgabestation sind verschiedene Ausführungen bekannt. Ein besonders flexibler Aufbau wird erreicht, wenn sowohl die Kopfstation, als auch die anschließbaren Module als aneinanderreihbare Scheiben ausgebildet sind. Die Scheiben können untereinander mechanisch verbunden werden und/oder auf eine Hutschiene oder einen vergleichbaren Träger aufgesetzt sein. Die Kopfstation und die Module kontaktieren untereinander im aneinandergereihten Zustand, wobei über mehrere Module hinweg physikalisch und/oder logisch durchgehende Daten- und Stromversorgungsbusse gebildet werden. Ein Vorteil dieses Systems liegt neben der Flexibilität in einem kompakten und platzsparenden Aufbau, bei dem nur der Platzbedarf der tatsächlich benötigten Module anfällt.With regard to a physical configuration of such a modular input and output station, various designs are known. A particularly flexible structure is achieved if both the head-end station and the modules that can be connected are designed as disks that can be lined up in a row. The panes can be mechanically connected to one another and/or placed on a top-hat rail or a comparable carrier. The head-end station and the modules make contact with one another when they are lined up, with physically and/or logically continuous data and power supply buses being formed across a number of modules. One advantage of this system, in addition to flexibility, is its compact and space-saving design, which only takes up the space required for the modules that are actually required.

Eine modulare Ein- und Ausgabestation der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 200 15 758 U1 bekannt. Bei dieser Anordnung verlaufen zwischen der Kopfstation und jedem der angereihten Module ein Stromversorgungsbus und ein Datenbus, auch als Stationsbus bezeichnet. Der Stationsbus dient einer bidirektionalen Datenübertragung zwischen der Kopfstation und den einzelnen Modulen, um von der Kopfstation aus Module anzusteuern bzw. Daten von den Modulen in die Kopfstation zur weiteren Verarbeitung einzulesen.A modular input and output station of the type mentioned is, for example, from the publication DE 200 15 758 U1 famous. In this arrangement, a power supply bus and a data bus, also known as the station bus, run between the head-end station and each of the modules in a row. The station bus is used for bidirectional data transmission between the head-end station and the individual modules in order to control modules from the head-end station or to read data from the modules into the head-end station for further processing.

Zusätzlich verläuft bei dem genannten System zwischen den Modulen ein weiteres Bussystem, das mittels elektrischer Leitung oder einer optischen Verbindung realisiert sein kann. Das zusätzliche Bussystem, auch Subbussystem genannt, bildet einen zusätzlichen Datenübertragungsweg und ermöglicht es, Daten zwischen den einzelnen Modulen auszutauschen, ohne dabei auf den Stationsbus zurückzugreifen. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass Daten zwischen den einzelnen Modulen unabhängig von einer Taktung des Stationsbus ausgetauscht werden, was eine Datenrate zwischen den Modulen erhöht. Ein schneller Datenaustausch zwischen einzelnen Modulen kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn von einem der Module erfasste Daten zunächst von einem anderen Modul vorverarbeitet oder in Echtzeit ausgewertet werden, wobei nur eine geringere Datenmenge nachfolgend an die Kopfstation übertragen wird.In addition, in the system mentioned, another bus system runs between the modules, which can be implemented by means of an electrical line or an optical connection. The additional bus system, also known as the sub-bus system, forms an additional data transmission path and enables data to be exchanged between the individual modules without resorting to the station bus. An advantage of this arrangement is that data is exchanged between the individual modules independently of clocking of the station bus, which increases the data rate between the modules. A faster exchange of data between individual modules can be advantageous, for example, if data recorded by one of the modules is first preprocessed by another module or evaluated in real time only a smaller amount of data is subsequently transmitted to the head-end station.

Nachteilig an der Anordnung ist, dass zwischen den Modulen ein zusätzlicher Bus mit Busleitungen und entsprechend Buskontakten oder optischen Übertragungsstrecken ausgebildet sein muss, um von der Möglichkeit des schnellen Datenaustausches zwischen den Modulen Gebrauch machen zu können. Der elektromechanische Aufbau der einzelnen Module wird dadurch verkompliziert. Zudem ist eine Nachrüstung bereits bestehender modularer Ein- und Ausgabestationen erschwert. Auch kann das Subbussystem nicht problemlos zu einem komplett parallelen Stationsbus oder Stationsnetzwerk mit zusätzlicher Bandbreite erweitert werden.A disadvantage of the arrangement is that an additional bus with bus lines and corresponding bus contacts or optical transmission paths must be formed between the modules in order to be able to make use of the possibility of rapid data exchange between the modules. This complicates the electromechanical structure of the individual modules. In addition, retrofitting existing modular input and output stations is made more difficult. Also, the sub-bus system cannot easily be expanded to a completely parallel station bus or station network with additional bandwidth.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine modulare Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder ein industrielles IoT-System sowie ein Betriebsverfahren für eine derartige modulare Ein- und Ausgabestation bereit zu stellen, bei der eine Datenübertagung zwischen mindestens zwei der Module oder mindestens einem Modul und der Kopfstation unabhängig von einer Datenübertragung auf dem Stationsbus möglich ist, ohne dass dafür separate Datenleitungen vorhanden sind. Es ist eine weitere Aufgabe, ein Modul bzw. eine Kopfstation einer derartigen Ein- und Ausgabestation zu schaffen, durch die eine Datenübertagung unabhängig von der Zeitstruktur des Stationsbusses realisierbar ist.It is therefore an object of the present invention to provide a modular input and output station for an industrial automation system and/or an industrial IoT system and an operating method for such a modular input and output station, in which data transmission between at least two of the Modules or at least one module and the head station is possible independently of data transmission on the station bus, without separate data lines being available for this. A further object is to create a module or a head station of such an input and output station, by means of which data can be transmitted independently of the time structure of the station bus.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine modulare Ein- und Ausgabestation, ein Modul bzw. eine Kopfstation sowie ein Betriebsverfahren für eine modulare Ein- und Ausgabestation mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a modular input and output station, a module or a head station and an operating method for a modular input and output station with the features of the respective independent claim. Advantageous refinements and developments are the subject matter of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Ein- und Ausgabestation der eingangs genannten Art zeichnet sich dadurch aus, dass der zusätzliche Datenübertragungsweg als ein Stationsnetzwerk ausgebildet ist und dazu eingerichtet ist, Daten zwischen mindestens zwei Modulen oder mindestens einem Modul und der Kopfstation über den Stationsbus zu übertragen. Dieses Stationsnetzwerk ist insofern „virtuell“ gestaltet, als dass er keine eigenen physikalischen Leitungen nutzt, sondern sich physikalisch des Stationsbusses bedient. Dennoch stellt er einen logisch und protokolltechnisch vom Stationsbus unabhängigen Übertragungsweg dar.An inventive input and output station of the type mentioned is characterized in that the additional data transmission path is designed as a station network and is set up to transmit data between at least two modules or at least one module and the head station via the station bus. This station network is "virtual" in that it does not use its own physical lines, but uses the physical station bus. Nevertheless, it represents a transmission path that is independent of the station bus in terms of logic and protocol.

Als „Stationsnetzwerk“ ist hierbei ein Netzwerk zu verstehen, das sich über Teile der Ein- und Ausgabestation oder die gesamte Ein- und Ausgabestation erstreckt. Durch die Ausgestaltung als Netzwerk können separate Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen den teilnehmenden Modulen untereinander oder zu der der Kopfstation aufgebaut werden. Über das Stationsnetzwerk ist somit eine direkte Datenübertragung zwischen zweien der Module oder auch zwischen mindestens einem der Module und der Kopfstation ermöglicht.A "station network" is to be understood as a network that extends over parts of the input and output station or the entire input and output station. Due to the configuration as a network, separate point-to-point connections can be set up between the participating modules with one another or with the head-end station. Direct data transmission between two of the modules or also between at least one of the modules and the head station is thus made possible via the station network.

Analog weist ein erfindungsgemäßes Verfahren die folgenden Schritte auf:

  • Es wird ein virtuelles Stationsnetzwerk zwischen mindestens zwei Modulen oder mindestens einem Modul und der Kopfstation über den Stationsbus ausgebildet und es werden Daten zwischen den mindestens zwei Modulen oder mindestens einem Modul und der Kopfstation über das Stationsnetzwerk außerhalb eines physikalisch und logischen Protokolls der Übertragung von Daten zwischen der Kopfstation und den Modulen auf dem Stationsbus übertragen.
Analogously, a method according to the invention has the following steps:
  • A virtual station network is formed between at least two modules or at least one module and the head station via the station bus and data is transferred between the at least two modules or at least one module and the head station via the station network outside of a physical and logical protocol for the transmission of data between of the head station and the modules on the station bus.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ein- und Ausgabestation bzw. des Verfahrens überträgt der Stationsbus Daten über zwei Datenkanäle, wobei jeder Datenkanal für eine Übertragungsrichtung eingerichtet ist und wobei jeder Datenkanal für eine differentielle Datenübertragung mithilfe von zwei Leitungen eingerichtet ist. Das Stationsnetzwerk ist dann ebenfalls zur differentiellen Datenübertragung eingerichtet, wobei die Datenkanäle jeweils als eine von zwei Leitungen dienen. Der Differenzkanal der differentiellen Datenübertragung des Stationsnetzwerks wird dabei bevorzugt mithilfe eines Koppelnetzwerks auf die Leitungen der Datenkanäle des Stationsbusses aufgebracht.In an advantageous embodiment of the input and output station or the method, the station bus transmits data via two data channels, each data channel being set up for one transmission direction and each data channel being set up for differential data transmission using two lines. The station network is then also set up for differential data transmission, with the data channels each serving as one of two lines. The differential channel of the differential data transmission of the station network is preferably applied to the lines of the data channels of the station bus with the aid of a coupling network.

Bevorzugt ist das Stationsnetzwerk zur Übertragung von Daten nach dem SPE-Standard (Single Pair Ethernet) eingerichtet.The station network is preferably set up for the transmission of data according to the SPE standard (Single Pair Ethernet).

Ein erfindungsgemäßes Modul bzw. eine erfindungsgemäße Kopfstation einer modularen Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder ein industrielles IoT-System weisen eine Stationsnetzwerk-Anschaltung auf, die über Koppelnetzwerke mit dem Stationsbus gekoppelt ist, und sind zur Durchführung eines zuvor beschriebenen Verfahrens eingerichtet. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit dem Verfahren bzw. der Ein- und Ausgabestation beschriebenen Vorteile.A module according to the invention or a head station according to the invention of a modular input and output station for an industrial automation system and/or an industrial IoT system have a station network connection, which is coupled to the station bus via coupling networks, and are used to carry out a previously described method set up. The advantages described in connection with the method and the input and output station result.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1, 2 jeweils eine industrielle Automatisierungsanlage in einem schematischen Blockschaltbild;
  • 3 ein detaillierteres Blockschaltbild zur datentechnischen Kopplung zweier Module der industriellen Automatisierungsanlage gemäß 1;
  • 4 ein detaillierteres Blockschaltbild zur datentechnischen Kopplung eines Moduls mit einer Kopfstation der industriellen Automatisierungsanlage gemäß 2; und
  • 5 eine Ausgestaltung eines Koppelnetzwerks zur Nutzung in einer Automatisierungsanlage gemäß den 1 bis 4.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with the aid of figures. The figures show:
  • 1 , 2 each an industrial automation system in a schematic block diagram;
  • 3 according to a more detailed block diagram for data-technical coupling of two modules of the industrial automation system 1 ;
  • 4 according to a more detailed block diagram for data-technical coupling of a module with a head station of the industrial automation system 2 ; and
  • 5 an embodiment of a coupling network for use in an automation system according to 1 until 4 .

1 zeigt in einer schematischen Darstellung beispielhaft einen möglichen Aufbau eines industriellen Automatisierungssystems. Es wird angemerkt, dass die nachfolgend beschriebene Übertragung von Daten über das Stationsnetzwerk auch in industriellen IoT-Systemen eingesetzt werden kann. 1 shows a schematic representation of a possible structure of an industrial automation system. It is noted that the transmission of data via the station network described below can also be used in industrial IoT systems.

Das Automatisierungssystem weist einen Steuerungsrechner 1 auf, der hier über einen Feldbus 2 mit einer Kopfstation 3 einer modularen Ein- / Ausgabestation zum Austausch von Daten mit dieser verbunden ist. Der Feldbus 2 kann dabei gemäß einem bekannten Standard wie beispielsweise Profibus, Profinet oder EtherCAT ausgebildet sein.The automation system has a control computer 1, which is connected here via a field bus 2 to a head-end station 3 of a modular input/output station for exchanging data with it. The field bus 2 can be designed according to a known standard such as Profibus, Profinet or EtherCAT.

Die Kopfstation 3 ist in diesem Fall somit als ein Feldbuskoppler ausgebildet, der über den Feldbus 2 ausgetauschte Daten auf einen bevorzugt seriellen Stationsbus 4 umsetzt. Über den Stationsbus 4 sind Module 5 an die Kopfstation 3 angekoppelt.In this case, the head-end station 3 is designed as a fieldbus coupler, which converts data exchanged via the fieldbus 2 to a preferably serial station bus 4 . Modules 5 are coupled to head-end station 3 via station bus 4 .

Neben dem Stationsbus 4, der in diesem Ausführungsbeispiel nur der Übertragung von Daten dient, kann ein weiterer, nicht hier gezeigter Bus, zur Stromversorgung der Module 5 und/oder der Kopfstation 3 vorhanden sein. Zur Einspeisung von Versorgungsstrom sind dann zusätzliche Stromversorgungsmodule vorgesehen, die am Ende der dargestellten Ein- / Ausgabestation oder auch zwischen Modulen 5 oder zwischen der Kopfstation 3 und den Modulen 5 eingeordnet sein können. Es ist auch denkbar, dass eine Stromversorgungseinheit in die Kopfstation 3 integriert ist.In addition to the station bus 4, which in this exemplary embodiment is only used for the transmission of data, there can be another bus, not shown here, for the power supply of the modules 5 and/or the head station 3. Additional power supply modules are then provided for the feeding in of supply current, which can be arranged at the end of the input/output station shown or also between modules 5 or between the head station 3 and the modules 5 . It is also conceivable that a power supply unit is integrated into the head-end station 3 .

Die Module 5 können Anschluss- oder Funktionsmodule sein, beispielsweise Ein-/ Ausgabemodule (I/O-Module). Beispielhaft sind Ein- und/oder Ausgabeanschlüsse 6 in der 1 bei verschiedenen der Module 5 angedeutet. Über die Anschlüsse 6 werden z.B. Mess- und Steuersignale mit der zu steuernden Anlage ausgetauscht. Die Anschlüsse 6 können auch Netzwerkanschlüsse sein, die eine Verbindung zu einem weiteren Datennetzwerk ermöglichen.The modules 5 can be connection or function modules, for example input/output modules (I/O modules). Input and/or output connections 6 in FIG 1 indicated in various of the modules 5. Measurement and control signals, for example, are exchanged with the system to be controlled via the connections 6 . The connections 6 can also be network connections that enable a connection to another data network.

Der im Hinblick auf sein Protokoll üblicherweise proprietäre Stationsbus 4 übernimmt in üblichen Ausgestaltungen von modularen Ein-/ Ausgabesystemen eine Datenkommunikation nur zwischen der Kopfstation 3 und den angebundenen Modulen 5. Um alle Module 5 datentechnisch mit der Kopfstation 3 verbinden zu können, kann auf manchen Typen des Stationsbusses 4 eine Hochgeschwindigkeitsübertragung zeitkritischer Informationen nicht möglich sein.The station bus 4, which is usually proprietary in terms of its protocol, takes on data communication only between the head station 3 and the connected modules 5 in conventional designs of modular input/output systems. In order to be able to connect all modules 5 to the head station 3 in terms of data technology, some types of the station bus 4, high-speed transmission of time-critical information may not be possible.

Um dennoch oder ggf. zusätzlich zum Stationsbus 4 zwischen verschiedenen der Module 5 Daten mit höherer Geschwindigkeit und unabhängig von einer Zeitstruktur des Protokolls auf den Stationsbus 4 austauschen zu können, ist ein Stationsnetzwerk 7 ausgebildet, der verschiedene der Module 5, im dargestellten Beispiel die drei sich unmittelbar an die Kopfstation 3 anschließenden Module 5, miteinander datentechnisch verbindet.In order to be able to exchange data between different modules 5 at a higher speed and independently of a time structure of the protocol on the station bus 4 nevertheless or, if necessary, in addition to the station bus 4, a station network 7 is formed, which different modules 5, in the example shown the three modules 5 directly connected to the head-end station 3, with each other in terms of data technology.

Anmeldungsgemäß ist das Stationsnetzwerk 7 als virtuelles Stationsnetzwerk 7 ausgebildet, dem keine separaten Datenleitungen zugeordnet sind. Stattdessen erfolgt anmeldungsgemäß eine Übertragung physikalisch über Datenleitungen des Stationsbusses 4, ohne jedoch logisch das Protokoll des Stationsbusses 4 zu verwenden. Das Stationsnetzwerk 7 wird bevorzugt mit einem Protokoll benutzt, das den Aufbau eines Netzwerks erlaubt.According to the application, the station network 7 is designed as a virtual station network 7 to which no separate data lines are assigned. Instead, according to the application, a physical transmission takes place via data lines of the station bus 4, but without using the protocol of the station bus 4 logically. The station network 7 is preferably used with a protocol that allows the construction of a network.

2 zeigt eine Weiterbildung des industriellen Automatisierungssystems der 1. Im Grundaufbau entspricht das System der 2 dem aus 1, jedoch mit dem Unterschied, dass das Stationsnetzwerk 7 bei dem Beispiel der 2 bis in die Kopfstation 3 hineinreicht. Die Kopfstation 3 ist damit mit den linken drei Modulen 5 nicht nur über den Stationsbus 4, sondern zusätzlich zum Datenaustausch über das Stationsnetzwerk 7 verbunden. 2 shows a further development of the industrial automation system 1 . The basic structure of the system corresponds to the 2 that out 1 , but with the difference that the station network 7 in the example of 2 extends into the head-end station 3. The head-end station 3 is thus connected to the three modules 5 on the left not only via the station bus 4, but also via the station network 7 for data exchange.

Ein möglicher Aufbau von Modulen 5 bzw. von Modulen 5 und Kopfstation 3, mit denen das möglich ist, werden nachfolgend im Zusammenhang mit den 3 bis 5 näher erläutert.A possible structure of modules 5 or modules 5 and head-end station 3, with which this is possible, are described below in connection with the 3 until 5 explained in more detail.

In 3 sind - ebenfalls in Form eines Blockschaltdiagramms - zwei miteinander über das virtuelle Stationsnetzwerk 7 gekoppelte Module 5 der Ein- / Ausgabestation dargestellt. Der Stationsbus 4 ist dabei physikalisch durch einen 4-Leitungsbus gebildet, wobei jeweils zwei Leitungen einen Datenkanal 4a, b bilden, der zur Übertragung von Daten in jeweils eine Richtung vorgesehen ist.In 3 two modules 5 of the input/output station coupled to one another via the virtual station network 7 are shown—also in the form of a block circuit diagram. The station bus 4 is physically formed by a 4-line bus, two lines each forming a data channel 4a, b, which is provided for the transmission of data in one direction.

Innerhalb eines jeden Datenkanals 4a, b, also in jeder Datenrichtung, wird ein über zwei Leitungen übertragenes Niederspannungsdifferenzsignal zur Datenübertragung verwendet, z.B. als LVDS-Signal (LVDS - Low Voltage Differential Signaling). Zu diesem Zweck werden innerhalb eines jeden Moduls 5 zu verarbeitende Daten von einer Busanschaltung mit Datenanschlüssen 41 über differentielle Treiber 42 an den Stationsbus 4 ausgegeben bzw. über differentielle Empfänger 43 aufgenommen.Within each data channel 4a, b, ie in each data direction, a low-voltage difference signal transmitted via two lines is used for data transmission, for example as a LVDS signal (LVDS - Low Voltage Differential Signaling). For this purpose, data to be processed within each module 5 are output from a bus connection with data connections 41 via differential drivers 42 to the station bus 4 or received via differential receivers 43 .

An der (in der 3) linken Seite eines jeden Moduls 5 über den Datenkanal 4a zugeführte Daten werden von der Busanschaltung 40 verarbeitet und zur rechten Seite über den Datenkanal 4a zum nächsten Modul 5 weitergeleitet. Umgekehrt werden dem Modul von rechts (in der 3) über den Datenkanal 4b zugeführte Daten von der Busanschaltung 40 verarbeitet und zur rechten Seite über den Datenkanal 4a zum nächsten Modul 5 (oder zu der Kopfstation 3) weitergeleitet. Das jeweilige Modul 5 betreffende Daten werden von der Busanschaltung ausgekoppelt und von einer entsprechenden Schaltung innerhalb des Moduls 5 verarbeitet.On the (in the 3 ) Data supplied to the left side of each module 5 via the data channel 4a are processed by the bus connection 40 and forwarded to the right side via the data channel 4a to the next module 5. Conversely, the module from the right (in the 3 ) processed via the data channel 4b supplied data from the bus connection 40 and forwarded to the right side via the data channel 4a to the next module 5 (or to the head station 3). The data relating to the respective module 5 are decoupled from the bus connection and processed by a corresponding circuit within the module 5 .

Zur Übertragung von Daten über das virtuelle Stationsnetzwerk 7 ist im Modul 5 eine Stationsnetzwerk-Anschaltung 70 vorhanden, die zu jeder Seite des Moduls 5 hin über je zwei Stationsnetzwerk-Datenanschlüsse 71 mit einem Stationsnetzwerk-Verstärker 72 zugeführt werden. Dieser ist im dargestellten Beispiel als LVDS-Transceiver, also Sender- und Empfängerbaustein, ausgebildet, bei dem einer der Aus- bzw. Eingänge gegenüber dem anderen negiert ist. Mit jeweiligen Ein- bzw. Ausgängen ist der Stationsnetzwerk-Verstärker 72 über ein Koppelnetzwerk 73 mit den beiden Datenkanälen 4a, b des Stationsbusses verbunden, derart, dass jeweils ein Datenkanal 4a, b mit seinen beiden Leitungen als eine Leitung eines Differenzkanals des Stationsnetzwerks 7 dient. Damit ist die Übertragung von Daten des virtuellen Stationsnetzwerks 7 über den Stationsbus 4 möglich, ohne dass diese Datenübertragung physikalisch miteinander interferieren. Dementsprechend kann auch die logische Datenübertragung über das virtuelle Stationsnetzwerk 7 vollständig von der auf dem Stationsbus 4 abgekoppelt sein. Eine mögliche Ausgestaltung des Koppelnetzwerks 73 ist in 5 dargestellt.For the transmission of data via the virtual station network 7 , a station network connection 70 is present in module 5 , which is fed to each side of module 5 via two station network data connections 71 with a station network amplifier 72 . In the example shown, this is designed as an LVDS transceiver, that is to say a transmitter and receiver module, in which one of the outputs or inputs is negated in relation to the other. The station network amplifier 72 is connected to the two data channels 4a, b of the station bus via a coupling network 73 with respective inputs and outputs in such a way that one data channel 4a, b with its two lines serves as a line of a differential channel of the station network 7 . This makes it possible to transmit data from the virtual station network 7 via the station bus 4 without this data transmission physically interfering with one another. Accordingly, the logical data transmission via the virtual station network 7 can also be completely decoupled from that on the station bus 4 . A possible configuration of the coupling network 73 is shown in 5 shown.

Insbesondere lassen sich auf dem virtuellen Stationsnetzwerk 7 Übertragungen mit anderen, bevorzugt höheren Datenraten realisieren, als auf dem Stationsbus 4 bei Nutzung der Datenübertragung über die Kopfstation 3 möglich wäre.In particular, transmissions can be implemented on the virtual station network 7 at different, preferably higher, data rates than would be possible on the station bus 4 when using data transmission via the head-end station 3 .

Das virtuelle Stationsnetzwerk 7 und insbesondere seine Datenanschlüsse 71 können dabei dem Single Pair Ethernet (SPE)-Standard folgen. Dieses ermöglicht einen Voll-Duplex-Datenaustausch über den virtuellen Stationsnetzwerk 7. Eine Übertragung kann jedoch auch gemäß anderen Kommunikationsstandards, insbesondere auch anderen Ethernetstandards, umgesetzt sein.The virtual station network 7 and in particular its data connections 71 can follow the Single Pair Ethernet (SPE) standard. This enables a full duplex data exchange via the virtual station network 7. However, transmission can also be implemented according to other communication standards, in particular other Ethernet standards.

Aufgrund der Nutzung des Stationsbusses 4 können Module 5, die untereinander ein virtuelles Stationsnetzwerk 7 ausbilden, in bestehende modulare Ein- und Ausgabestationen nachgerüstet werden.Due to the use of the station bus 4, modules 5, which form a virtual station network 7 among themselves, can be retrofitted into existing modular input and output stations.

In den schematischen Zeichnungen der 1 und 2 ist der Stationsbus 4 als ein durchgehender Bus dargestellt, der sich von der Kopfstation 3 über alle Module 5 erstreckt. Es ist jedoch dabei nicht so, dass die differenziellen Datenkanäle 4a, b des Stationsbusses 4 physikalisch von einem zum nächsten Modul weitergeführt werden. Stattdessen werden differenzielle Datenkanäle, wie es auch in 3 zu sehen ist, jeweils zwischen benachbarten Modulen 5 aufgebaut. Für die Nutzung des virtuellen Stationsnetzwerks 7 bedeutet dies, dass die zusätzlich aufgeprägten Informationen auf dem Stationsbus nur so weit weitergerecht werden, wie ein benachbartes Modul 5 auch für die Verarbeitung der Information auf dem Stationsnetzwerk 7 ausgebildet ist.In the schematic drawings of 1 and 2 the station bus 4 is shown as a continuous bus, which extends from the head station 3 to all modules 5. However, it is not the case that the differential data channels 4a, b of the station bus 4 are physically continued from one module to the next. Instead, differential data channels are used, as is also the case in 3 can be seen, constructed between adjacent modules 5 in each case. For the use of the virtual station network 7 this means that the additionally impressed information on the station bus is only valid to the extent that a neighboring module 5 is also designed for processing the information on the station network 7 .

Wird ein Modul 5 eingesetzt, das nicht anmeldungsgemäß ausgebildet ist, beispielsweise das in 1 ganz rechts an der Ein- und Ausgabestation angeordnete, endet auch die Reichweite des Stationsnetzwerks 7. Das führt vorteilhaft dazu, dass ein Stationsnetzwerk 7 aufgebaut werden kann und ohne spezielle Maßnahmen seitlich begrenzt werden kann, wenn sich an anmeldungsgemäß ausgebildete Module 5 solche anschließen, die nicht anmeldungsgemäß ausgebildet sind.If a module 5 is used that is not designed according to the application, for example the one in 1 arranged on the far right at the input and output station, also ends the range of the station network 7. This advantageously means that a station network 7 can be set up and can be limited laterally without special measures if modules 5 designed according to the application are connected to modules that are not trained according to the application.

Dieses eröffnet zudem die Möglichkeit, innerhalb einer Ein- / Ausgabestation mehrere Sub-Stationsnetzwerke 7 auszubilden, die unabhängig voneinander in Gruppen von anmeldungsgemäßen Modulen 5 bestehen, wenn diese Gruppen durch nicht anmeldungsgemäße Module 5 voneinander getrennt sind.This also opens up the possibility of forming several sub-station networks 7 within an input/output station, which exist independently of one another in groups of modules 5 according to the application if these groups are separated from one another by modules 5 not according to the application.

Wie bereits erwähnt, erstreckt sich bei dem Ausführungsbeispiel der 1 das Stationsnetzwerk 7 vom 1. Module 5 rechts neben der Kopfstation bis hin zum vorletzten Modul 5. 2 zeigt dagegen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Stationsnetzwerk 7 bis in die Kopfstation 3 hinein geführt ist.As already mentioned, extends in the embodiment of 1 the station network 7 from the 1st module 5 to the right of the head station up to the penultimate module 5. 2 FIG. 12, on the other hand, shows an exemplary embodiment in which the station network 7 extends as far as the head-end station 3. FIG.

4 zeigt die Kopfstation 3 und das sich unmittelbar anschließende Modul 5 in einem derartigen Ausführungsbeispiel detaillierter in einem Blockschaltbild analog zu 3. 4 shows the head-end station 3 and the directly connected module 5 in such an embodiment in more detail in a block diagram analogous to FIG 3 .

Das im rechten Teil der 4 dargestellte Modul 5 entspricht in seinem Aufbau genau einem der beiden in 3 gezeigten Module 5. Die Links in 4 dargestellte Kopfstation 3 weist ebenso wie das Modul 5 eine Busanschaltung 40 auf, die über Datenanschlüsse 41 und Treiber 42 bzw. Empfänger 43 sowie Koppelnetzwerks 73 mit dem Stationsbus 4 verbunden ist und diesen als ein Busmaster bereitstellt. Ebenfalls analog zu dem Modul 5 wird über die Koppelnetzwerks 73 das Stationsnetzwerk 7 auf die Datenkanäle 4a und 4b ein gekoppelt. Innerhalb der Kopfstation 3 ist eine Stationsnetzwerk-Anschaltung 70 vorhanden, die über Stationsnetzwerk-Datenleitungen 71 und einen Stationsnetzwerk-Verstärker 72 mit den Koppelnetzwerken 73 verbunden ist.That in the right part of the 4 The structure of the module 5 shown corresponds exactly to one of the two in 3 modules shown 5. The links in 4 shown head-end station 3 also has Like the module 5, it has a bus connection 40, which is connected to the station bus 4 via data connections 41 and driver 42 or receiver 43 and a coupling network 73 and makes it available as a bus master. Similarly to the module 5, the station network 7 is coupled to the data channels 4a and 4b via the coupling network 73. Within the head-end station 3 there is a station network connection 70 which is connected to the switching networks 73 via station network data lines 71 and a station network amplifier 72 .

Auf diese Weise ist auch in der Kopfstation 3 das Stationsnetzwerk 7 als zusätzliche Daten Verbindung zu dem benachbarten Modul 5 bzw. gegebenenfalls sich weiter anschließenden anmeldungsgemäßen Modulen 5 verfügbar.In this way, the station network 7 is also available in the head-end station 3 as an additional data connection to the neighboring module 5 or, if applicable, further modules 5 according to the application.

In 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Koppelnetzwerks 73 in Form eines Blockschaltbilds dargestellt. Ein derartig ausgebildetes Koppelnetzwerks 73 kann beispielsweise in den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 eingesetzt werden.In 5 An exemplary embodiment of a switching network 73 is shown in the form of a block diagram. Such a trained coupling network 73, for example, in the embodiments 3 and 4 be used.

Innerhalb des Koppelnetzwerks 73 sind die zu dem Treiber 42 bzw. dem Empfänger 43 führenden Anschlüsse unmittelbar mit den Anschlüssen des Datenkanals 4a bzw. 4b verbunden. Die zum Stationsnetzwerk-Verstärker 72 führende Leitung ist über einen Kondensator 74 mit einem Knoten zwischen zwei Widerständen 75 verbunden. Die Widerstände führen zu jeweils einem der Anschlüsse des Datenkanals 4a bzw. 4b. Auf diese Weise wird das Signal einer Leitung des Stationsnetzwerks 7 gleichmäßig auf beide Datenleitungen des jeweiligen Datenkanals 4a, 4b aufgeprägt. Jeder Datenkanal 4a, 4b stellt dadurch eine der differentiellen Leitung des Stationsnetzwerks 7 dar.Within the coupling network 73, the connections leading to the driver 42 or the receiver 43 are connected directly to the connections of the data channel 4a or 4b. The line leading to the station network amplifier 72 is connected through a capacitor 74 to a node between two resistors 75 . The resistors each lead to one of the connections of the data channel 4a or 4b. In this way, the signal of a line of the station network 7 is impressed evenly on both data lines of the respective data channel 4a, 4b. Each data channel 4a, 4b thus represents one of the differential lines of the station network 7.

Bezugszeichenlistereference list

11
Steuerungsrechnercontrol computer
22
Feldbus / Industrial Ethernet NetzwerkFieldbus / Industrial Ethernet network
33
Kopfstationhead station
44
Stationsbusstation bus
4a, b4a, b
Datenkanaldata channel
4040
Busanschaltungbus connection
4141
Datenanschlussdata port
4242
Treiber (für den Stationsbus)Driver (for the station bus)
4343
Empfänger (des Stationsbusses)Receiver (of the station bus)
55
Modulmodule
66
Ein- / Ausgabeanschluss input/output port
77
virtuelles Stationsnetzwerkvirtual station network
7070
Stationsnetzwerk-Anschaltungstation network connection
7171
Stationsnetzwerk-DatenanschlussStation network data port
7272
Stationsnetzwerk-VerstärkerStation Network Booster
7373
Koppelnetzwerkcoupling network
7474
Kondensatorcapacitor
7575
Widerstandresistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 20015758 U1 [0006]DE 20015758 U1 [0006]

Claims (11)

Modulare Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder industrielles IoT-System mit einer Kopfstation (3) und einer Anzahl angereihter Module (5), wobei zum Datenaustausch mit der Kopfstation (3) ein Stationsbus (4) die Kopfstation (3) mit den Modulen (5) koppelt, und wobei zwischen mindestens zwei der Module (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) zusätzlich ein weiterer Datenübertragungsweg ausgebildet ist, über den eine direkte Datenübertragung zwischen den mindestens zwei Modulen (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Datenübertragungsweg als ein Stationsnetzwerk (7) ausgebildet ist und dazu eingerichtet ist, Daten zwischen den mindestens zwei Modulen (5) oder zwischen dem mindestens einen Modul (5) und der Kopfstation (3) über den Stationsbus (4) zu übertragen.Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system with a head station (3) and a number of modules (5) arranged in a row, with a station bus (4) connecting the head station (3) for data exchange with the head station (3) coupled to the modules (5), and between at least two of the modules (5) or at least one module (5) and the head-end station (3) there is also a further data transmission path, via which direct data transmission between the at least two modules (5 ) or at least one module (5) and the head-end station (3), characterized in that the further data transmission path is in the form of a station network (7) and is set up to transmit data between the at least two modules (5) or between the at least to transmit a module (5) and the head station (3) via the station bus (4). Modulare Ein- und Ausgabestation nach Anspruch 1, bei der der Stationsbus (4) Daten über zwei Datenkanäle (4a, 4b) überträgt, wobei jeder Datenkanal (4a, 4b) für eine Übertragungsrichtung eingerichtet ist und wobei jeder Datenkanal (4a, b) für eine differentielle Datenübertragung mithilfe von zwei Leitungen eingerichtet ist.Modular input and output station claim 1 , in which the station bus (4) transmits data via two data channels (4a, 4b), each data channel (4a, 4b) being set up for one transmission direction and each data channel (4a, b) being set up for differential data transmission using two lines is. Modulare Ein- und Ausgabestation nach Anspruch 2, bei der das Stationsnetzwerk (7) ebenfalls zur differentiellen Datenübertragung eingerichtet ist, wobei die Datenkanäle (4a, 4b) jeweils als eine von zwei Leitungen dienen.Modular input and output station claim 2 , in which the station network (7) is also set up for differential data transmission, the data channels (4a, 4b) each serving as one of two lines. Modulare Ein- und Ausgabestation nach Anspruch 3, bei der der Differenzkanal der differentiellen Datenübertragung des Stationsnetzwerks (7) mithilfe eines Koppelnetzwerks (73) auf die Leitungen der Datenkanäle (4a, 4b) des Stationsbusses (4) aufgebracht wird.Modular input and output station claim 3 , in which the differential channel of the differential data transmission of the station network (7) is applied to the lines of the data channels (4a, 4b) of the station bus (4) using a coupling network (73). Modulare Ein- und Ausgabestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mehrere unabhängige Sub-Stationsnetzwerke ausgebildet sind.Modular input and output station according to one of Claims 1 until 4 , wherein several independent sub-station networks are formed. Modulare Ein- und Ausgabestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei mehrere Stationsnetzwerke zu einem übergeordneten Stationsnetzwerk zusammengefasst sind.Modular input and output station according to one of Claims 1 until 4 , whereby several station networks are combined to form a superordinate station network. Modulare Ein- und Ausgabestation nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Stationsnetzwerk (7) zur Übertragung von Daten nach dem SPE-Standard eingerichtet ist.Modular input and output station according to one of Claims 1 until 4 , in which the station network (7) is set up for the transmission of data according to the SPE standard. Verfahren zur Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei Modulen (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) einer modularen Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder industrielles IoT-System, wobei die Ein- und Ausgabestation eine Kopfstation (3) und eine Anzahl angereihter Module (5) aufweist, und wobei zum Datenaustausch mit der Kopfstation (3) ein Stationsbus (4) die Kopfstation (3) mit den Modulen (5) koppelt, mit den folgenden Schritten: - Ausbilden eines virtuellen Stationsnetzwerks (7) zwischen den mindestens zwei Modulen (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) über den Stationsbus (4); und - Übertragen von Daten zwischen den mindestens zwei Modulen (5) oder mindestens einem Modul (5) und der Kopfstation (3) über das Stationsnetzwerk (7) außerhalb eines physikalisch und logischen Protokolls der Übertragung von Daten zwischen der Kopfstation (3) und den Modulen (5) auf dem Stationsbus (4).Method for the transmission of data between at least two modules (5) or at least one module (5) and the head station (3) of a modular input and output station for an industrial automation system and / or industrial IoT system, the input and output station a head-end station (3) and a number of modules (5) arranged in a row, and wherein a station bus (4) couples the head-end station (3) to the modules (5) for data exchange with the head-end station (3), with the following steps: - forming a virtual station network (7) between the at least two modules (5) or at least one module (5) and the head station (3) via the station bus (4); and - Transmission of data between the at least two modules (5) or at least one module (5) and the head station (3) via the station network (7) outside of a physical and logical protocol of the transmission of data between the head station (3) and the modules (5) on the station bus (4). Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Stationsbus (4) zwei Datenkanäle (4a, 4b) aufweist, über die Daten differentiell über jeweils zwei Leitungen übertragen werden, wobei jeder der Datenkanäle als eine differentielle Leitung für das virtuelle Stationsnetzwerk (7) genutzt wird.procedure after claim 8 , in which the station bus (4) has two data channels (4a, 4b) via which data are transmitted differentially via two lines each, each of the data channels being used as a differential line for the virtual station network (7). Modul (5) einer modularen Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder industrielles IoT-System, wobei die Ein- und Ausgabestation eine Kopfstation (3) aufweist, an die eine Anzahl von Modulen (5) anreihbar ist, und wobei zum Datenaustausch mit der Kopfstation (3) ein Stationsbus (4) die Kopfstation (3) mit den Modulen (5) koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (5) eine Stationsnetzwerk-Anschaltung (70) aufweist, die über Koppelnetzwerke (73) mit dem Stationsbus (4) gekoppelt ist, und dass das Modul (5) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 8 oder 9 eingerichtet ist.Module (5) of a modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system, wherein the input and output station has a head station (3) to which a number of modules (5) can be stacked, and wherein for data exchange with the head-end station (3), a station bus (4) couples the head-end station (3) to the modules (5), characterized in that the module (5) has a station network connection (70) which, via coupling networks (73), the station bus (4) is coupled, and that the module (5) for performing a method according to claim 8 or 9 is set up. Kopfstation (3) einer modularen Ein- und Ausgabestation für ein industrielles Automatisierungssystem und/oder industrielles IoT-System, wobei an die Kopfstation (3) eine Anzahl von Modulen (5) anreihbar ist, und wobei zum Datenaustausch ein Stationsbus (4) die Kopfstation (3) mit den Modulen (5) koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfstation (3) eine Stationsnetzwerk-Anschaltung (70) aufweist, die über Koppelnetzwerke (73) mit dem Stationsbus (4) gekoppelt ist, und dass die Kopfstation (3) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß Anspruch 8 oder 9 eingerichtet ist.Head station (3) of a modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system, a number of modules (5) being stackable on the head station (3), and a station bus (4) connecting the head station for data exchange (3) coupled to the modules (5), characterized in that the head station (3) has a station network connection (70) which is coupled to the station bus (4) via coupling networks (73), and in that the head station (3 ) to carry out a method according to claim 8 or 9 is set up.
DE102020121644.0A 2020-08-18 2020-08-18 Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system Pending DE102020121644A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121644.0A DE102020121644A1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system
PCT/EP2021/072850 WO2022038147A1 (en) 2020-08-18 2021-08-17 Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial iot system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020121644.0A DE102020121644A1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020121644A1 true DE102020121644A1 (en) 2022-02-24

Family

ID=77520759

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020121644.0A Pending DE102020121644A1 (en) 2020-08-18 2020-08-18 Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020121644A1 (en)
WO (1) WO2022038147A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022117693A1 (en) * 2022-07-15 2024-01-18 Turck Holding Gmbh Station for use in a field network between one or more field devices and a central unit as well as a switch module that can be plugged into a module rack

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20015758U1 (en) 2000-09-11 2002-01-31 Weidmueller Interface Electrical device with bus system
US6640308B1 (en) 1999-04-16 2003-10-28 Invensys Systems, Inc. System and method of powering and communicating field ethernet device for an instrumentation and control using a single pair of powered ethernet wire
DE60113019T2 (en) 2000-07-13 2006-03-09 Schneider Automation Automated internal bus system to support the TCP / IP protocol
US20170344451A1 (en) 2016-05-31 2017-11-30 Bristol, Inc. Methods and apparatus to communicatively couple field devices to a remote terminal unit
US20190094828A1 (en) 2017-09-26 2019-03-28 Honeywell International Inc. System and method for depicting and using one logical connection with collection of input/output (i/o) modules as multiple individual logical connections
US20190235465A1 (en) 2018-01-30 2019-08-01 Lsis Co., Ltd. Backplane-based plc system with hot swap function
EP3575899A1 (en) 2018-06-01 2019-12-04 Selectron Systems AG Automation system, operating method for automation system and computer program product

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130132623A1 (en) * 2011-11-17 2013-05-23 Velocio Networks, Inc. Method for Interconnecting Modules for High Speed Bidirectional Communications
US9537644B2 (en) * 2012-02-23 2017-01-03 Lattice Semiconductor Corporation Transmitting multiple differential signals over a reduced number of physical channels
DE102018129835A1 (en) * 2018-11-26 2020-05-28 Beckhoff Automation Gmbh Control system, coupler module and method for assembling a control system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6640308B1 (en) 1999-04-16 2003-10-28 Invensys Systems, Inc. System and method of powering and communicating field ethernet device for an instrumentation and control using a single pair of powered ethernet wire
DE60113019T2 (en) 2000-07-13 2006-03-09 Schneider Automation Automated internal bus system to support the TCP / IP protocol
DE20015758U1 (en) 2000-09-11 2002-01-31 Weidmueller Interface Electrical device with bus system
US20170344451A1 (en) 2016-05-31 2017-11-30 Bristol, Inc. Methods and apparatus to communicatively couple field devices to a remote terminal unit
US20190094828A1 (en) 2017-09-26 2019-03-28 Honeywell International Inc. System and method for depicting and using one logical connection with collection of input/output (i/o) modules as multiple individual logical connections
US20190235465A1 (en) 2018-01-30 2019-08-01 Lsis Co., Ltd. Backplane-based plc system with hot swap function
EP3575899A1 (en) 2018-06-01 2019-12-04 Selectron Systems AG Automation system, operating method for automation system and computer program product

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022038147A1 (en) 2022-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1657608A1 (en) Method and apparatus for operating a network
DE102016000126B4 (en) Serial bus system with coupling modules
DE102009026961A1 (en) Method for transmitting data between subscriber stations of a bus system
DE102009026965A1 (en) Media access control method for a bus system and communication device
DE102015105929A1 (en) Automation device for redundantly controlling a bus subscriber
DE102005059012B4 (en) ASI system for connecting several sensors and / or actuators to a controller
EP2822229A1 (en) Communication network for transmitting messages
DE102007009552A1 (en) Device for building automation, has functional modules that posses bus interface aligned over serial data bus for data transmission, where functional modules have supply interface separated from bus interface
EP1881413B1 (en) Communication system for flexible use in different automation technology applications
DE102020121644A1 (en) Modular input and output station for an industrial automation system and/or industrial IoT system
DE102017213365B4 (en) Communication device, system and method
EP3632056B1 (en) Initalization of a local bus
DE102019110592A1 (en) Modular switch for use in a data transmission and control system
DE10131094B4 (en) Intrinsically safe coupler module for connection to a data network
EP2822227B1 (en) CAN-FD communication network
DE102017002804B4 (en) Coupler for an automation system
DE102009043629B4 (en) Serial bus structure
EP0185936A2 (en) Interface circuit arrangement for connecting data sources with data sinks, and switching systems with such an interface circuit arrangement
EP1363197B1 (en) System for transferring data between microcomputer devices
DE102019200907A1 (en) Subscriber station for a bus system and method for data transmission in a bus system
DE102015208836B4 (en) Device, system and method for communication bus control
EP4193575B1 (en) Method for communication between a first passive subscriber and a second passive subscriber of a bus system
DE102022120561A1 (en) MODULBUS segment and method for automating a treatment system
DE10155562B4 (en) Device for signal transmission
DE102016107629A1 (en) Device for synchronization via an Ethernet interface

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified