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Die Erfindung betrifft ein Automatisierungssystem, welches mindestens ein Steuerungsgerät, einen Systembus, sowie mindestens ein erstes Feldgerät und ein zweites Feldgerät umfasst. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Automatisierungssystems.
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Aus der
DE 10 2017 005 768 A1 sind ein System von Automatisierungskomponenten und ein zugehöriges Betriebsverfahren bekannt. Das System weist eine Steuerungseinheit auf, die einen Speicherbereich umfasst, welcher einen Parameterdatensatz beinhaltet.
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Aus der
EP 3 215 899 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer industriellen Anlage bekannt, welche ein Steuerungssystem umfasst. Das Steuerungssystem weist eine Steuerung und einen mit der Steuerung zum Datenaustausch verbundenen Umrichter auf.
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Das Dokument
DE 10 2011 086 726 B4 offenbart ein Automatisierungssystem, welches einen Leitsystem-Server, eine Steuereinrichtung und ein Feldgerät umfasst. Die Steuereinrichtung und das Feldgerät kommunizieren über ein Feldbusnetz, der Leitsystem-Server, und die Steuereinrichtung kommunizieren über ein Steuerungsnetz.
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Aus der
DE 10 2019 207 790 A1 ist eine sicherheitsrelevante Anlage mit mehreren Anlagenkomponenten bekannt. Die Kommunikationsschnittstellen der Anlagenkomponenten sind untereinander mit einer Kommunikationsleitung verbunden.
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Aus der
DE 10 2017 123 615 A1 ist ein Sicherheitsmodul für eine speicherprogrammierbare Steuerung bekannt. Das Sicherheitsmodul weist mehrere Module auf, die über einen internen Bus verbunden sind.
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Aus der
EP 3 240 370 A1 ist eine Vorrichtung zur Beobachtung von Ereignissen bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Netzwerkschnittstelle zur Ankopplung an einen Bus.
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Aus der
WO 2020/018335 A1 ist ein Automatisierungssystem bekannt, welches eine Mehrzahl von Feldgeräten aufweist. Dabei wird ein Feldgerät als Master ausgewählt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Automatisierungssystem und ein Verfahren zum Betrieb eines Automatisierungssystems weiterzubilden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Automatisierungssystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Automatisierungssystems den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Automatisierungssystem umfasst mindestens ein Steuerungsgerät, einen Systembus, sowie mindestens ein erstes Feldgerät und ein zweites Feldgerät. Dabei weist das Steuerungsgerät eine Systembusschnittstelle zur Kommunikation über den Systembus mit den Feldgeräten auf, und die Feldgeräte weisen jeweils eine Datenschnittstelle zur Kommunikation über den Systembus auf. Die Feldgeräte weisen jeweils einen Überwachungseingang zum Empfang eines Überwachungssignals und einen Überwachungsausgang zur Ausgabe eines Überwachungssignals auf. Dabei ist der Überwachungseingang des ersten Feldgeräts mit dem Überwachungsausgang des zweiten Feldgeräts über den Systembus gekoppelt, und der Überwachungseingang des zweiten Feldgeräts ist mit dem Überwachungsausgang des ersten Feldgeräts über den Systembus gekoppelt.
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Die Feldgeräte, die in dem Automatisierungssystem normalerweise als Slave konfiguriert sind, sind somit in der Lage, über den Feldbus unmittelbar miteinander zu kommunizieren. Eine indirekte Kommunikation über das Steuerungsgerät, das normalerweise als Master konfiguriert ist, ist nicht erforderlich. Daten sowie Überwachungssignale sind direkt zwischen den Feldgeräten austauschbar. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Automatisierungssystems simuliert jeweils ein Feldgerät einen Master für ein anderes Feldgerät. Es ist somit möglich, Feldgeräte in dem Automatisierungssystem zu betreiben, wobei kein Master erforderlich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Feldgeräte jeweils als Safety-Baugruppe ausgebildet. Das erfindungsgemäße Automatisierungssystem ist somit in sicherheitsrelevanten Anwendungen einsetzbar. Dabei ist insbesondere die funktionale Sicherheit des Automatisierungssystems, beispielsweise nach den Normen EN ISO 13849 „Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen“ sowie EN/IEC 61508 „Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme“ zu gewährleisten. Insbesondere ist dabei kein Safety-Protokoll-Master erforderlich. Safety-Protokoll-Master sind verhältnismäßig teuer; es ergibt sich somit eine signifikante Kostenersparnis. Daten sind dabei unter Verwendung eines Safety-Protokolls nach dem Black-Chanel-Prinzip übertragbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerungsgerät eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Feldgeräte auf. Dabei ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet, Steuerungsdaten über die Systembusschnittstelle zu den Feldgeräten zu senden. Die Steuerungseinheit ist dabei als Virtueller Non-Safe-Protokoll-Host (VNSPH) ausgebildet und dazu eingerichtet, die Feldgeräte, insbesondere die Kommunikation der Feldgeräte über den Systembus, zu steuern. Zu den Steuerungsdaten gehören beispielsweise Statussignale, Steuersignale und Prozessdaten.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Steuerungsgerät eine Routingeinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, den Überwachungseingang des ersten Feldgeräts mit dem Überwachungsausgang des zweiten Feldgeräts zu koppeln, und den Überwachungseingang des zweiten Feldgeräts mit dem Überwachungsausgang des ersten Feldgeräts zu koppeln. Die Routingeinheit ist dabei als Nonsafe-Black-Chanel-Router (NBCR) ausgebildet und dazu eingerichtet, den Systembus zu konfigurieren und einen Datenaustausch über den Systembus zu steuern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Feldgerät dazu eingerichtet, Daten über die Datenschnittstelle zu dem zweiten Feldgerät zu senden, und das zweite Feldgerät ist dazu eingerichtet, Daten über die Datenschnittstelle zu dem ersten Feldgerät zu senden. Somit sind Daten, unter Umgehung eines Masters, direkt zwischen dem ersten Feldgerät und dem zweiten Feldgerät nach dem Black-Chanel-Prinzip übertragbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Feldgeräte jeweils eine Konfigurationseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von Konfigurationsdaten, das jeweilige Feldgerät in einen Parallel-Betriebsmodus oder in einen Slave-Betriebsmodus zu schalten. Ein in den Parallel-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät gibt ein Überwachungssignal über den Überwachungsausgang aus und empfängt ein Überwachungssignal über den Überwachungseingang. Ein in den Slave-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät gibt ein Überwachungssignal über die Datenschnittstelle aus und empfängt ein Überwachungssignal über die Datenschnittstelle. Das über die Datenschnittstelle ausgegebene Überwachungssignal wird dabei über den Systembus zu dem Steuerungsgerät, insbesondere zu der Steuerungseinheit, übertragen. Das über die Datenschnittstelle empfangene Überwachungssignal wird dabei von dem Steuerungsgerät, insbesondere von der Steuerungseinheit, über den Systembus zu dem jeweiligen Feldgerät übertragen. Die Feldgeräte sind somit im Parallel-Betriebsmodus in dem erfindungsgemäßen Automatisierungssystem betreibbar. Die Feldgeräte sind alternativ im Slave -Betriebsmodus in einem konventionellen Automatisierungssystem mit einem Master betreibbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Steuerungsgerät dazu eingerichtet, Konfigurationsdaten über den Systembus zu den Feldgeräten zu senden Dabei sind die Konfigurationseinheiten der Feldgeräte dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von den von dem Steuerungsgerät gesendeten Konfigurationsdaten, das jeweilige Feldgerät in den Parallel-Betriebsmodus oder in den Slave-Betriebsmodus zu schalten. Somit ist eine zentrale Umschaltung der Feldgeräte in die verschiedenen Betriebsmodi möglich. Beispielsweise sind die Feldgeräte im Parallel-Betriebsmodus betreibbar, solange kein Master in dem Automatisierungssystem vorhanden ist. Wenn ein Master in das Automatisierungssystem eingefügt wird, so sind die Feldgeräte nach einer zentralen Umschaltung im Slave-Betriebsmodus betreibbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Feldgeräte jeweils eine Ausgabeeinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, ein Überwachungssignal zu erzeugen und über den Überwachungsausgang auszugeben. Durch die Ausgabe des Überwachungssignals simuliert ein Feldgerät ein Überwachungssignal eines Masters, das ein anderes Feldgerät empfängt. Das über den Überwachungsausgang ausgegebene Überwachungssignal umfasst beispielsweise auch eine Verbindungs-ID.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Feldgeräte jeweils eine Eingangseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, ein Überwachungssignal über den Überwachungseingang zu empfangen und zu validieren. Das Feldgerät empfängt dabei über den Überwachungseingang insbesondere ein Überwachungssignal, das ein anderes Feldgerät erzeugt und ausgibt. Das über den Überwachungseingang empfangene Überwachungssignal umfasst beispielsweise auch eine Verbindungs-ID. Die Eingangseinheit validiert dabei insbesondere die besagte Verbindungs-ID.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Feldgeräte jeweils eine Dateneinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, Daten über die Datenschnittstelle auszugeben und Daten über die Datenschnittstelle zu empfangen.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Automatisierungssystems wird von dem ersten Feldgerät ein Überwachungssignal ausgegeben, von dem zweiten Feldgerät wird ein Überwachungssignal empfangen, von dem zweiten Feldgerät wird ein Überwachungssignal ausgegeben, und von dem ersten Feldgerät wird ein Überwachungssignal empfangen.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Automatisierungssystems wird von dem Überwachungsausgang des ersten Feldgeräts ein Überwachungssignal ausgegeben, welches von dem Überwachungseingang des zweiten Feldgeräts empfangen wird, und von dem Überwachungsausgang des zweiten Feldgeräts wird ein Überwachungssignal ausgegeben, welches von dem Überwachungseingang des ersten Feldgeräts empfangen wird. Somit simuliert jeweils ein Feldgerät einen Master für ein anderes Feldgerät. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, Feldgeräte in dem Automatisierungssystem zu betreiben, wobei kein Master erforderlich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden von dem ersten Feldgerät Daten über die Datenschnittstelle zu dem zweiten Feldgerät gesendet, und von dem zweiten Feldgerät werden Daten über die Datenschnittstelle zu dem ersten Feldgerät gesendet. Somit werden Daten, unter Umgehung eines Masters, direkt zwischen dem ersten Feldgerät und dem zweiten Feldgerät nach dem Black-Chanel-Prinzip übertragen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das jeweilige Feldgerät in Abhängigkeit von Konfigurationsdaten in einen Parallel-Betriebsmodus oder in einen Slave-Betriebsmodus geschaltet. Von einem in den Parallel-Betriebsmodus geschalteten Feldgerät wird ein Überwachungssignal über den Überwachungsausgang ausgegeben, und ein Überwachungssignal wird über den Überwachungseingang empfangen. Von einem in den Slave-Betriebsmodus geschalteten Feldgerät wird ein Überwachungssignal über die Datenschnittstelle ausgegeben, und ein Überwachungssignal wird über die Datenschnittstelle empfangen. Die Feldgeräte werden zum Betrieb in dem erfindungsgemäßen Automatisierungssystem in den Parallel-Betriebsmodus geschaltet. Alternativ werden die Feldgeräte zum Betrieb in einem konventionellen Automatisierungssystem mit einem Master in den Slave-Betriebsmodus geschaltet.
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Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert. Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Abbildungen stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. Es zeigt:
- 1: eine schematische Darstellung eines Automatisierungssystems.
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In der 1 ist ein Automatisierungssystem schematisch dargestellt. Das Automatisierungssystem umfasst ein Steuerungsgerät 10, einen Systembus 12, ein erstes Feldgerät 31 und ein zweites Feldgerät 32. Der Systembus 12 ist beispielsweise als EtherCat ausgeführt. Der Systembus 12 ermöglicht, Daten unter Verwendung eines Safety-Protokolls nach dem Black-Chanel-Prinzip zu übertragen.
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Das Steuerungsgerät 10 weist eine Systembusschnittstelle 21 zur Kommunikation über den Systembus 12 mit den Feldgeräten 31, 32 auf. Das Steuerungsgerät 10 weist auch eine Routingeinheit 25 zur Verwaltung des Systembusses 12 auf. Das Steuerungsgerät 10 weist ferner eine Steuerungseinheit 20 zur Steuerung der Feldgeräte 31, 32 auf. Im Betrieb des Automatisierungssystems sendet die Steuerungseinheit 20 Steuerungsdaten über die Systembusschnittstelle 21 und den Systembus 12 zu den Feldgeräten 31, 32.
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Das Automatisierungssystem umfasst vorliegend eine erste Antriebseinheit 61 und eine zweite Antriebseinheit 62. Bei den Antriebseinheiten 61, 62 handelt es sich beispielsweise um Frequenzumrichter oder Ein/Ausgabeeinheiten. Die erste Antriebseinheit 61 umfasst dabei das erste Feldgerät 31, und die zweite Antriebseinheit 62 umfasst das zweite Feldgerät 32. Die Feldgeräte 31, 32 weisen jeweils eine Datenschnittstelle 41 zur Kommunikation über den Systembus 12 auf. Die Feldgeräte 31, 32 weisen jeweils auch einen Überwachungseingang 45 zum Empfang eines Überwachungssignals und einen Überwachungsausgang 46 zur Ausgabe eines Überwachungssignals auf.
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Die Feldgeräte 31, 32 sind jeweils in einem Parallel-Betriebsmodus sowie in einem Slave-Betriebsmodus betreibbar. Die Feldgeräte 31, 32 weisen dazu jeweils eine Konfigurationseinheit 53 auf. In Abhängigkeit von Konfigurationsdaten wird das jeweilige Feldgerät 31, 32 von der Konfigurationseinheit 53 in den Parallel-Betriebsmodus oder in den Slave-Betriebsmodus geschaltet.
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Ein in den Slave-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 kommuniziert über den Systembus 12 ausschließlich mit dem Steuerungsgerät 10, insbesondere mit der Steuerungseinheit 20. Ein in den Slave-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 überträgt dabei Daten über die Datenschnittstelle 41 und den Systembus 12 zu dem Steuerungsgerät 10, insbesondere zu der Steuerungseinheit 20. Ein in den Slave-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 empfängt auch Daten über die Datenschnittstelle 41, die von dem Steuerungsgerät 10, insbesondere von der Steuerungseinheit 20, über den Systembus 12 zu dem jeweiligen Feldgerät 31, 32, übertragen werden.
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Ein in den Slave-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 gibt ein Überwachungssignal über die Datenschnittstelle 41 aus. Das besagte Überwachungssignal wird dabei über den Systembus 12 zu dem Steuerungsgerät 10, insbesondere zu der Steuerungseinheit 20, übertragen. Ein in den Slave-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 empfängt auch ein Überwachungssignal über die Datenschnittstelle 41. Das besagte Überwachungssignal wird dabei von dem Steuerungsgerät 10, insbesondere von der Steuerungseinheit 20, über den Systembus 12 zu dem jeweiligen Feldgerät 31, 32, übertragen.
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Ein in den Parallel-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 kommuniziert über den Systembus 12 mit dem jeweils anderen Feldgerät 31, 32. Vorliegend sind die beiden Feldgeräte 31, 32 in den Parallel-Betriebsmodus geschaltet. Somit kommuniziert das erste Feldgerät 31 mit dem zweiten Feldgerät 32.
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Das in den Parallel-Betriebsmodus geschaltete erste Feldgerät 31 überträgt dabei Daten über die Datenschnittstelle 41 und den Systembus 12 zu dem zweiten Feldgerät 32. Das zweite Feldgerät 32 empfängt Daten, die von dem ersten Feldgerät 31 über den Systembus 12 zu dem zweiten Feldgerät 32 übertragen werden, über die Datenschnittstelle 41.
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Das in den Parallel-Betriebsmodus geschaltete zweite Feldgerät 32 überträgt dabei Daten über die Datenschnittstelle 41 und den Systembus 12 zu dem ersten Feldgerät 31. Das erste Feldgerät 31 empfängt Daten, die von dem zweiten Feldgerät 32 über den Systembus 12 zu dem ersten Feldgerät 31 übertragen werden, über die Datenschnittstelle 41.
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Das in den Parallel-Betriebsmodus geschaltete erste Feldgerät 31 gibt ein Überwachungssignal über den Überwachungsausgang 46 und den Systembus 12 aus, welches von dem Überwachungseingang 45 des zweiten Feldgeräts 32 empfangen wird. Das in den Parallel-Betriebsmodus geschaltete zweite Feldgerät 32 gibt ein Überwachungssignal über den Überwachungsausgang 46 und den Systembus 12 aus, welches von dem Überwachungseingang 45 des ersten Feldgeräts 31 empfangen wird.
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Dazu ist der Überwachungseingang 45 des ersten Feldgeräts 31 mit dem Überwachungsausgang 46 des zweiten Feldgeräts 32 über den Systembus 12 gekoppelt. Der Überwachungseingang 45 des ersten Feldgeräts 31 wird dabei von der Routingeinheit 25 mit dem Überwachungsausgang 46 des zweiten Feldgeräts 32 gekoppelt.
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Ebenso ist der Überwachungseingang 45 des zweiten Feldgeräts 32 mit dem Überwachungsausgang 46 des ersten Feldgeräts 31 über den Systembus 12 gekoppelt. Der Überwachungseingang 45 des zweiten Feldgeräts 32 wird ebenfalls von der Routingeinheit 25 mit dem Überwachungsausgang 46 des ersten Feldgeräts 31 gekoppelt.
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Die Feldgeräte 31, 32 weisen jeweils eine Ausgabeeinheit 56 und eine Eingangseinheit 55 auf. Wenn das jeweilige Feldgerät 31, 32 von der Konfigurationseinheit 53 in den Parallel-Betriebsmodus geschaltet wird, so wird die Ausgabeeinheit 56 mit dem Überwachungsausgang 46 verbunden, und die Eingangseinheit 55 wird mit dem Überwachungseingang 45 verbunden. Dies ist symbolisch durch Schalter dargestellt, die von der Konfigurationseinheit 53 angesteuert werden.
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Bei einem in den Parallel-Betriebsmodus geschalteten Feldgerät 31, 32 erzeugt die Ausgabeeinheit 56 das besagte Überwachungssignal und gibt dieses über den Überwachungsausgang 46 aus. Das besagte Überwachungssignal umfasst dabei auch eine Verbindungs-ID. Bei einem in den Parallel-Betriebsmodus geschalteten Feldgerät 31, 32 empfängt die Eingangseinheit 55 das besagte Überwachungssignal über den Überwachungseingang 45 und validiert dieses. Die Eingangseinheit 55 validiert dabei insbesondere die besagte Verbindungs-ID.
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Wenn das jeweilige Feldgerät 31, 32 von der Konfigurationseinheit 53 in den Slave-Betriebsmodus geschaltet wird, so wird die Ausgabeeinheit 56 von dem Überwachungsausgang 46 getrennt, und die Eingangseinheit 55 wird von dem Überwachungseingang 45 getrennt. Dies ist, wie bereits erwähnt, symbolisch durch die Schalter dargestellt, die von der Konfigurationseinheit 53 angesteuert werden.
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Die Feldgeräte 31, 32 weisen jeweils auch eine Dateneinheit 51 auf. Die besagte Dateneinheit 51 gibt dabei Daten über die Datenschnittstelle 41 aus und empfängt Daten über die Datenschnittstelle 41.
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Ein in den Slave-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 überträgt dabei Daten über die Datenschnittstelle 41 zu dem Steuerungsgerät 10 und empfängt Daten von dem Steuerungsgerät 10 über die Datenschnittstelle 41. Ein in den Parallel-Betriebsmodus geschaltetes Feldgerät 31, 32 überträgt dabei Daten über die Datenschnittstelle 41 zu dem jeweils anderen Feldgerät 31, 32 und empfängt Daten von dem jeweils anderen Feldgerät 31, 32 über die Datenschnittstelle 41.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steuerungsgerät
- 12
- Systembus
- 20
- Steuerungseinheit
- 21
- Systembusschnittstelle
- 25
- Routingeinheit
- 31
- erstes Feldgerät
- 32
- zweites Feldgerät
- 41
- Datenschnittstelle
- 45
- Überwachungseingang
- 46
- Überwachungsausgang
- 51
- Dateneinheit
- 53
- Konfigurationseinheit
- 55
- Eingangseinheit
- 56
- Ausgangseinheit
- 61
- erste Antriebseinheit
- 62
- zweite Antriebseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017005768 A1 [0002]
- EP 3215899 B1 [0003]
- DE 102011086726 B4 [0004]
- DE 102019207790 A1 [0005]
- DE 102017123615 A1 [0006]
- EP 3240370 A1 [0007]
- WO 2020/018335 A1 [0008]
