DE10217520A1

DE10217520A1 - Field-bus connection system for connection of sensors to field-bus e.g. in automation systems, has outputs of binary input circuit and A/D converter connected to microcontroller

Info

Publication number: DE10217520A1
Application number: DE2002117520
Authority: DE
Inventors: Andreas Wilmers
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2003-11-06

Abstract

A field-bus connection system (1) includes a first input (PIN4) connected to the input of a binary input circuit (10), a second input (PIN3) connected via a protection circuit (13) and a resistance (R) to the first input (PIN4). An analog-digital (A/D) converter (12) is connected to a point of connection (V) between the protection circuit and the resistance (R). The outputs of the binary input circuit (10) and the A/D converter are connected to a microcontroller (11) which is set up therefore, to output a digital output value to the field bus (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Anschluß von Sensorelementen an einen Feldbus, welches nachfolgend als Feldbusanschlußsystem bzw. Feldbusstecker bezeichnet wird. The invention relates to a system for connecting sensor elements to a fieldbus, which is referred to below as the fieldbus connection system or fieldbus plug.

Feldbusse werden in Automatisierungssystemen zur Verbindung von Sensoren mit den Ein/Ausgabegeräten von Steuer- und Regeleinrichtungen eingesetzt. Die Sensoren, die zur Erfassung von Prozeßgrößen eingesetzt werden, können sowohl binäre als auch analoge Signale liefern. Field buses are used in automation systems to connect sensors to the Input / output devices used by control and regulating devices. The sensors that can be used to record process variables, both binary and deliver analog signals.

Für die Übertragung von binären Sensorsignalen über Feldbusse gibt es bereits Feldbusstecker, die Stand der Technik sind. Diese Feldbusstecker weisen an der Anschlußseite für die Sensoren, also der feldbusneutralen Anschlußseite einen Eingang Pin 4 mit einem Signalhub 0 bis 24 V auf. State-of-the-art fieldbus plugs already exist for the transmission of binary sensor signals via fieldbuses. These fieldbus connectors have an input pin 4 with a signal swing of 0 to 24 V on the connection side for the sensors, i.e. the fieldbus-neutral connection side.

In einer Betriebsart Mode 1, welche für einen direkten Anschluß des Sensors an den Feldbusstecker vorgesehen ist, wird bei den üblicherweise verwendeten Feldbussteckern das binäre Eingangssignal des Sensors eingelesen und über den Feldbus übertragen. In an operating mode Mode 1 , which is provided for a direct connection of the sensor to the fieldbus plug, the binary input signal of the sensor is read in the fieldbus plugs usually used and transmitted via the fieldbus.

Dabei kann der Feldbusstecker jedoch nicht direkt das Ausgangssignal eines Analogsensors, beispielsweise eines Druckgebers oder eines Abstandgebers verarbeiten. However, the fieldbus connector cannot directly output a Process analog sensors, for example a pressure sensor or a distance sensor.

In der Spezifikation für dezentralisierte und standardisierte Installationstechnik für Werkzeugmaschinen und Produktionssysteme DESINA, welche beispielsweise im Internet unter www.desina.de abrufbar ist, wird ein dezentrales konfigurierbares Ein/Ausgabe-Modul beschrieben, das mittels eines Hybrid-Feldbussteckers an ein offenes Feldbussystem angeschlossen wird. Dabei wird der konfigurierbare Eingang PIN 4 des Ein/Ausgabe-Moduls sowohl für binäre Signale als auch für analoge Signale mit einem Signalbereich von 0 V bis 10 V verwendet. The specification for decentralized and standardized installation technology for machine tools and production systems DESINA, which can be called up, for example, on the Internet at www.desina.de, describes a decentralized configurable input / output module that is connected to an open fieldbus system using a hybrid fieldbus connector , The configurable input PIN 4 of the input / output module is used for binary signals as well as for analog signals with a signal range from 0 V to 10 V.

Die dem Stand der Technik entsprechenden Feldbusstecker stimmen mit dieser Spezifikation nicht vollständig überein. Es wird daher eine Lösung vorgeschlagen, mittels welcher der Feldbusstecker vollständig der DESINA Spezifikation entspricht. The state-of-the-art fieldbus connectors are compatible with this Specification does not fully match. A solution is therefore proposed by means of which the fieldbus connector fully complies with the DESINA specification.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldbusanschlußsystem zum Anschluß eines binären oder analogen Sensorelementes an einen Feldbus anzugeben, das mit einem relativ geringem Aufwand realisierbar ist und damit die Feldbusanwendungen vereinfacht- und kostengünstiger gestaltet. The invention has for its object a fieldbus connection system for connection to specify a binary or analog sensor element on a fieldbus that is connected to a can be implemented with relatively little effort and thus simplifies the fieldbus applications. and designed more cost-effectively.

Diese Aufgabe wird durch ein Feldbusanschlußsystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a fieldbus connection system with the in claim 1 specified features solved. Advantageous embodiments of the invention are in others Claims specified.

Der Feldbusstecker wird durch die Erfindung in seiner Funktion so erweitert, daß er wahlweise neben den binären Sensoren auch analoge Sensoren, die der DESINA Spezifikation entsprechen, an den Feldbus ankoppeln kann. The fieldbus connector is expanded by the invention in its function so that it optionally, in addition to the binary sensors, also analog sensors that meet the DESINA specification correspond to the fieldbus.

Die Erfindung basiert auf der Nutzung des konfigurierbaren Einganges PIN 4 des in der vorgenannten DESINA-Spezifikation beschriebenen Ein/Ausgabe-Moduls sowohl für binäre als auch für analoge Sensorsignale. The invention is based on the use of the configurable input PIN 4 of the input / output module described in the aforementioned DESINA specification for both binary and analog sensor signals.

Diese Eigenschaft wird in abgewandelter Form auf den erfindungsgemäßen Feldbusstecker übertragen. Dazu wird das Sensorsignal, welches am Eingang PIN 4 anliegt, nicht nur zu einer Binäreingangsschaltung des Feldbusanschlußsystems sondern zusätzlich auf den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers gegeben. Der Analog-Digital-Wandler ist in existierenden Feldbusanschlußsystemen bisher nicht vorhanden. This property is transferred in a modified form to the fieldbus connector according to the invention. For this purpose, the sensor signal, which is present at input PIN 4, is not only given to a binary input circuit of the fieldbus connection system, but also to the input of an analog-digital converter. The analog-to-digital converter has so far not been available in existing fieldbus connection systems.

Der Analog-Digital-Wandler wird an seinem Eingang durch eine Eingangsschutzbeschaltung vor einer Beschädigung durch zu hohe Eingangsspannungen geschützt. The analog-digital converter is at its input by a Input protection circuit protected against damage from excessive input voltages.

Das erfindungsgemäße System ist dafür eingerichtet, wahlweise in zwei Betriebsarten zu arbeiten. The system according to the invention is set up to choose between two operating modes work.

In einer ersten, nämlich als Mode 1 bezeichneten Betriebsart wird bei der zusätzlich parallel zur bereits realisierten Übertragung des binären Signalwertes vom Eingang PIN 4 der Ausgangswert des Analog-Digital-Wandlers über den Feldbus übertragen. Dazu wird die vorhandene Funktion eines Mikrocontrollers zur zyklischen Übertragung von Prozessdatenworten, vorzugsweise mit einer Wortbreite von 16 Bit, über den Feldbus verwendet. In a first mode of operation, namely Mode 1 , the output value of the analog-digital converter is transmitted via the fieldbus in addition to the already implemented transmission of the binary signal value from input PIN 4 . For this purpose, the existing function of a microcontroller for the cyclical transmission of process data words, preferably with a word length of 16 bits, is used via the fieldbus.

In einer zweiten als Mode 2 bezeichneten Betriebsart sind im seriellen Betrieb größere Datenmengen ein- und ausgebbar. In a second mode of operation, referred to as mode 2 , larger amounts of data can be input and output in serial operation.

Mittels einer an einen Feldbusmaster des Feldbusses angeschlossenen speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) wird dabei die Auswahl getroffen, ob der Binärwert oder der dem Sensorsignal entsprechende Analogwert im Anwenderprogramm ausgewertet wird. By means of one connected to a fieldbus master of the fieldbus programmable logic controller (PLC), the selection is made whether the binary value or the analog value corresponding to the sensor signal is evaluated in the user program becomes.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles, wird die Erfindung näher erläutert und beschrieben. Based on an embodiment shown in the drawing, the invention explained and described in more detail.

Es zeigt die Fig. 1 das erfindungsgemäße Feldbusanschlußsystem 1 zum Anschluß eines binären oder analogen Sensorelementes 3 an einen Feldbus 2, wobei das System 1 einen ersten konfigurierbaren Eingang PIN 4 für das Sensorsignal und einen zweiten Eingang PIN 3 für das Massepotential aufweist. There is shown in FIG. 1 where the system 1 comprises field bus connection system 1 according to the invention for connecting a binary or analog sensor element 3 to a field bus 2, a first configurable input PIN 4 for the sensor signal and a second input pin 3 for the ground potential.

Der erste Eingang PIN 4 ist mit dem Eingang einer Binäreingangsschaltung 10 verbunden ist. Wird ein Sensorelement 3 mit einem binären Ausgangssignal am ersten Eingang PIN 4 angeschlossen, führt die Binäreingangsschaltung 10 einem nachgeschalteten Mikrocontroller 11 ein binäres Eingangssignal zu. The first input PIN 4 is connected to the input of a binary input circuit 10 . If a sensor element 3 with a binary output signal is connected to the first input PIN 4 , the binary input circuit 10 feeds a binary input signal to a downstream microcontroller 11 .

Der zweite Eingang PIN 3 ist über eine Schutzschaltung 13 und einen Widerstand R mit dem ersten Eingang PIN 4 verbunden. An einer Verbindungsstelle V zwischen der Schutzschaltung 13 und dem Widerstand R ist ein Analog-Digital-Wandler 12 angeschlossen, wobei der Analog-Digital-Wandler 12 über den Widerstand R vom ersten Eingang PIN 4 entkoppelt ist. The second input PIN 3 is connected to the first input PIN 4 via a protective circuit 13 and a resistor R. An analog-to-digital converter 12 is connected to a connection point V between the protective circuit 13 and the resistor R, the analog-to-digital converter 12 being decoupled from the first input PIN 4 via the resistor R.

Die Funktion der Schutzschaltung 13 besteht darin, den Analog-Digital-Wandler 12 vor einer Beschädigung durch zu hohe Eingangssignale zu schützen. The function of the protective circuit 13 is to protect the analog-to-digital converter 12 from being damaged by excessively high input signals.

Beispielsweise wird die Schutzschaltung 13 bei einem Eingangsbereich des von 0 bis 10 V so dimensioniert, daß der Analog-Digital-Wandler 12 vor Eingangsspannungen, die größer als 10 V sind, geschützt wird. For example, the protective circuit 13 is dimensioned for an input range from 0 to 10 V in such a way that the analog-to-digital converter 12 is protected against input voltages which are greater than 10 V.

Die Schutz des Analog-Digital-Wandlers 12 vor zu hohen Eingangsspannungen wird vorteilhaft durch die Realisierung der Schutzschaltung 13 mittels einer Zener-Diode oder einer Transzorb-Diode realisiert. The protection of the analog-to-digital converter 12 against input voltages which are too high is advantageously implemented by implementing the protective circuit 13 by means of a Zener diode or a transzorb diode.

Der Analog-Digital-Wandler 12 verarbeitet ein ihm über seinen Eingang zugeführtes analoges Sensorsignal und führt den digitalisierten Ausgangswert, beispielsweise von 12 Bit, dem Mikrocontroller 11 zu. The analog-digital converter 12 processes an analog sensor signal fed to it via its input and feeds the digitized output value, for example of 12 bits, to the microcontroller 11 .

Der Mikrocontroller 11 ist für einen Betrieb in den unterschiedlichen Betriebsarten, beispielsweise Mode 1 und Mode 2 eingerichtet, um einen digitalisierten Ausgangswert des Sensorelementes 3 an den Feldbus 2 auszugeben. The microcontroller 11 is set up for operation in the different operating modes, for example mode 1 and mode 2 , in order to output a digitized output value of the sensor element 3 to the fieldbus 2 .

In einer ersten Betriebsart Mode 1 wird der digitalisierte Ausgangswert des Analog- Digital- Wandlers 12 und in einer zweiten Betriebsart Mode 2 der Ausgangswert der Binäreingangsschaltung 10 über den Feldbus 2 als zyklisches Prozessdatenwort übertragen. In a first operating mode, mode 1 , the digitized output value of the analog-digital converter 12 and in a second operating mode, mode 2, the output value of the binary input circuit 10 is transmitted as a cyclic process data word via the fieldbus 2 .

In der zweiten Betriebsart Mode 2 wird der Ausgangswert des Analog-Digitalwandlers nicht übertragen. In the second operating mode, mode 2 , the output value of the analog-digital converter is not transmitted.

Claims

1. Fieldbus connection system ( 1 ) for connecting a binary or analog sensor element ( 3 ) to a fieldbus ( 2 ), the system ( 1 )

a) has a first input (PIN 4 ) which is connected to the input of a binary input circuit ( 10 ),

b) has a second input (PIN 3 ) which is connected to the first input (PIN 4 ) via a protective circuit ( 13 ) and a resistor (R),

c) an analog-digital converter ( 12 ) is connected at a connection point (V) between the protective circuit ( 13 ) and the resistor (R),

d) the outputs of the binary input circuit ( 10 ) and the analog-digital converter ( 12 ) are connected to a microcontroller ( 11 ) which is set up to output a digital output value to the fieldbus ( 2 ).

2. System according to claim 1, characterized in that the analog-digital converter ( 12 ) has an input range of 0 to 10 V.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that, the analog-digital converter ( 12 ) via the resistor (R) from the first input (PIN 4 ) is decoupled.

4. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the protective circuit ( 13 ) protects the analog-to-digital converter against excessive input voltages.

5. System of one of the preceding claims, characterized in that the protective circuit ( 13 ) is implemented by means of a Zener diode.

6. System according to claim 1 to 4, characterized in that the protective circuit ( 13 ) is realized by means of a Tranzzorb diode.

7. System according to one of the preceding claims, characterized in that the microcontroller ( 11 ) in the first operating mode (mode 1 ) transmits the output value of the analog-digital converter ( 12 ) via the fieldbus ( 2 ) as a cyclic process data word.

8. System of one of the preceding claims, characterized in that the first input (PIN 4 ) is configurable.