DE10318451A1

DE10318451A1 - Verfahren zum Adressieren von Modulen eines Bussystems

Info

Publication number: DE10318451A1
Application number: DE10318451A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beuel; Martin Gehrke
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2003-04-23
Publication date: 2004-11-11
Also published as: WO2004095300A1; DE502004007003D1; EP1616265A1; EP1616265B1; ATE393931T1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Adressieren von Modulen M1, M2, M3, die über ein Bussystems BD miteinander verbunden sind, wird der Adresswert von Modul zu Modul weitergegeben und bei jeder Weitergabe in einer jedem Modul zugeordneten arithmetisch/logischen Recheneinheit verändert. Jede der Recheneinheiten besitzt einen Extremwer-Ausgang (z. B. Overflow-Ausgang), über das dieser Recheneinheit zugeordnete Modul adressierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Adressieren von Modulen eines Bussystems.
Bei Bussystemen erfolgt allgemein die Kommunikation zwischen den verschiedenen Modulen, die auch als Busteilnehmern bezeichnet werden, über einen gemeinsamen Übertragungsweg.
Ein bekanntes Beispiel für ein Bussystem aus dem Computerbereich ist der Prozessorbus, der in Rechnereinheiten Mikroprozessoren mit Arbeitsspeichern und verschiedenen Controllern verbindet. Ein Controller kann auch zur Verbindung mit anderen Bussysteme, an die Peripheriegeräte wie z.B. ein CD-ROM-Laufwerke angeschlossen sind, dienen. Beispiele für solche Peripheriebusse sind ISA, PCI, SCSI oder USB-Busse.
Im Bereich der Prozessautomatisierungstechnik werden ebenfalls Bussysteme eingesetzt, die als Feldbusse bezeichnet werden und Sensoren und Aktoren mit einem Leitsystem bzw. mit einer Steuereinheit zu verbinden.
Für den Datenaustausch zwischen den Teilnehmern eines Bussystems ist eine eindeutige Adressierung der Teilnehmer notwendig. Die Daten werden in Telegramme verpackt, die als digitale Bitfolge über den Bus übertragen werden. Der Aufbau der Telegramme ist in dem entsprechenden Busprotokoll festgelegt. In der Regel verlangt das Busprotokoll, dass die Quelladresse, d.h. die Adresse des Busteilnehmers von dem aus die Information gesendet wird und die Zieladresse, d.h. die Adresse des Busteilnehmers an den die Information gerichtet ist, im Telegramm enthalten ist. Die Adressen der Busteilnehmer sind somit notwendig um Informationen gezielt zu übertragen.
Bei der Adressierung unterscheidet man zwischen logischer und physikalischer Adressierung.
Bei der logischen Adressierung wird jedem Busteilnehmer unabhängig von seiner topologischen Position, d.h. seines Einbauorts im Bussystem, eine eindeutige logische Adresse zugewiesen, die vom Anwender in bestimmten Grenzen frei wählbar ist und in der Regel nach funktionalen Gesichtspunkten ausgewählt ist.
Bei einer logischen Adressierung wird ein Teilnehmer somit ohne Kenntnis des Einbauorts bzw. seiner topologischen Position ausgewählt. Dem sendenden Teilnehmer muss die logische Adresse des Empfängers bekannt sein.
Einfache serielle Bussysteme verwenden in der Regel eine logische Adressierung. Die Adressierung eines Teilnehmers erfolgt durch die im Bustelegramm angegebene Zieladresse. Alle Busteilnehmer empfangen das gleiche Telegramm und müssen dessen Inhalt auswerten. Nur der Busteilnehmer mit der richtigen Zieladresse fühlt sich angesprochen und wertet das für ihn bestimmte Telegramm aus.
Da jeder Busteilnehmer eine eindeutige Adresse benötigt, muss diese entweder bei der Produktion des Teilnehmers oder dynamisch vom System vergeben werden und in einem Speicher des Teilnehmers abgespeichert werden. Ein dynamisches Verfahren zur Adressenvergabe in einem speziellen CAN-Bussystem (Controller Area Network), das in der Automobiltechnik weit verbreitet ist, ist aus der Patentschrift DE-PS 197 13 240 angemeldet auf die Fa. Endress+Hauser GmbH+Co., offengelegt am 1.10.98, bekannt.
Ein weiter Möglichkeit der Adressenvergabe besteht darin, die Adresse des Busteilnehmers mit einem an seinem Gehäuse vorgesehenen DIP-Schalter einzustellen.
Ein Nachteil dieser Lösungen ist, dass alle Busteilnehmer den vollständigen Datenstrom, d. h. alle über den Bus übertragenen Telegramme, auswerten müssen. Dies bedeutet einen erhöhten Rechenaufwand. Weiterhin ist eine Bestimmung der topologischen Position des Teilnehmers über seine logische Adresse nicht möglich.
Insbesondere die DIP-Schalter-Lösung ist sehr aufwendig. Fehleinstellungen von Adressen durch das Bedienpersonal können nicht ausgeschlossen werden. Das Vergießen im Hinblick auf Ex-Sicherheit von Schaltungen mit DIP-Schaltern ist nicht möglich, da diese frei zugänglich sein müssen. DIP-Schalter sind darüber hinaus teuer, fehleranfällig und können in der Fertigung Probleme bereiten.
Komplexe serielle Bussysteme und parallele Bussysteme, vor allem Bussysteme die nach dem sogenannten Master-Slave-Verfahren arbeiten, verwenden physikalische Adressen, die sich aus der jeweiligen topologischen Position des Busteilnehmers ergeben. Die Adressierung der Busteilnehmer erfolgt über ein Select-Signal (CS-Chip Select) oder über eine selbständige Ermittlung der physikalischen Adresse durch den Teilnehmer selbst mittels einer entsprechenden Steckplatzcodierung.
Ein Vorteil der Adressierungsart über das Select-Signal besteht darin, dass der Busteilnehmer aus dem Datenstrom nur die für ihn bestimmten Daten auswertet. Nachteilig jedoch ist, dass ein zusätzlicher Verkabelungsaufwand zur Übertragung des Select-Signals notwendig ist.
In der Regel sind Steckplatzsysteme teuer und sie weisen meist nur eine geringe begrenzte Anzahl von Steckplätzen auf. Eine Erweiterung der vorhandenen Steckplätze ist nicht ohne weiteres möglich. Ein weiterer Nachteil bei Steckplatzsystemen ist, dass sie auf ein zentrales Verteilersystem (Router) angewiesen sind.
Derartige Systeme benötigen einen erhöhten Aufwand für die Codierung sowie die Adressierung der Busteilnehmer. Bei allen bekannten Adressierungsverfahren außer bei dem Select-Signal-Verfahren muss der Teilnehmer seine Busadresse in irgendeiner Form kennen bzw. sie muss ihm bekannt gemacht werden.
Moderne modulare Systeme insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik bestehen in der Regel aus mehreren separat arbeitenden Teilsystemen, die als Teilnehmer eines Bussystems organisiert sind. Die oben genannten Adressierungsarten führen alle zu erhöhten Kosten bei der Herstellung der Busteilnehmer und/oder der entsprechenden Steckplatzsysteme.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zum Adressieren von Modulen die über ein Bussystem miteinander verbunden sind anzugeben, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das eine Adressierung des Teilnehmers über seine Position erlaubt und eine lokale Erkennung des Adressaten ermöglicht ohne dass die Adresse beim Teilnehmer abgespeichert wird, das einfach um neue Teilnehmer erweiterbar ist und das einfach und kostengünstig durchführbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren.
Vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Wesentliche Idee der Erfindung ist es, zum Adressieren von Modulen eines Bussystems den Adresswert von Modul zu Modul weiterzugeben und bei jeder Weitergabe in einer jedem Modul zugeordneten arithmetischen Recheneinheit, die ein Extremwert-Signal-Ausgang aufweist, den Adresswert in gleicher Weise verändert. Dabei ist dasjenige Modul adressiert bzw. ausgewählt, dessen Recheneinheit ein Extremwert-Signal erzeugt. Der Extremwert kann bei einem Overflow/Underflow oder bei dem Wert Zero auftreten.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in einfacher Weise die Adressierung von Modulen eines Bussystems.
Der Busteilnehmer benötigt keine Kenntnis über seine Busadresse. Sie muss deshalb auch nicht im Gerät abgespeichert werden. Trotzdem kann der Busteilnehmer eindeutig adressiert werden. Das Verfahren lässt sich einfach und kostengünstig realisieren. Die Adressen der Teilnehmer müssen nicht vorab vergeben werden bzw. über eine Steckplatzcodierung an die Teilnehmer übertragen werden. Das Bussystem kann einfach um neue Teilnehmer (Module) erweitert werden.
Es ermöglicht eine lokale d. h. im Modul selbst stattfindende Erkennung ob die über das Bussystem übertragenen Daten für das jeweilige Modul bestimmt sind oder nicht. Damit ist eine lokale Erkennung des Adressaten möglich.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung ist die Recheneinheit als Addierer ausgebildet. Derartige Addierer sind Massenprodukte und deshalb sehr kostengünstig.
Die eindeutige Adressierungen von 16 Modulen ist bereits mit 4-Bit-Addiereren möglich.
In der einfachsten Ausgestaltung erhöht der Addierer den Adresswert jeweils um 1.
Zur Übertragung der Daten sind die Module über einen Datenkanal (seriell oder parallel) miteinander verbunden.
In einfacher Weise arbeiten das Bussystem nach dem Master-Slave-Prinzip, wobei ein Modul als Master-Modul dient.
Das Master-Modul kann z. B. als Mikroprozessor ausgebildet sein.
Die Erfindung ist vor allem im Bereich der Prozessautomatisierungstechnik als Messumformer einsetzbar. Hierbei sind die Module mit Sensoren bzw. mit Aktoren z. B. PH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Relais, etc. verbunden. Das vom Mastermodul (Mikroprozessor) adressierte bzw. ausgewählte Modul kann seine Messwerte über den Datenkanal zum Mikroprozessor senden.
Alternativ kann das Master-Modul Steuerbefehle zu einem adressierten Aktor senden.
In vorteilhafter Weise ist der im Messumformer vorgesehene Mikroprozessor mit einem Feldbus der Prozessautomatisierungstechnik (HART^®, Profibus^®, Foundation^® Fielbus, etc.) verbunden. Dadurch können übergeordnete Einheiten (Leitsysteme, Steuereinheiten) auf die Sensoren bzw. Aktoren zugreifen.
Weiterhin geschützt werden soll ein Modul für ein Bussystem zur Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei das Modul einen Adresseingang und einen Adressausgang aufweist, die über eine arithmetische Recheneinheit, die einen Extremwert-Ausgang aufweist, über den das Modul auswählbar ist, miteinander verbunden sind.
In einfacher Weise sind die Module stapelweise steckbar ausgebildet und jeweils benachbarte Module sind über Adresseingang bzw. Adressausgang miteinander verbunden.
Geschützt soll weiterhin auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen werden, wobei die Vorrichtung als Messumformer ausgebildet ist.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1 mehrere Module eines Bussystems in schematischer Darstellung;
2 ein Modul gemäß 1 in vergrößerter schematischer Darstellung;
3 Messumformer für die Prozessautomatisierungstechnik in schematischer Darstellung.
1 zeigt mehrere Module M0, M1, M2, M3 die über ein Bussystem bestehend aus einer Adressleitung AL und einer Datenleitung DL verbunden sind. Jedes Modul M0, M1, M2, M3 weist einen Adressausgang AA0, AA1, AA2, AA3 und einen Adresseingang AE0, AE1, AE2, AE3 auf. Über die Datenleitung DL werden die Daten, über die Adressleitung AL die Adresswerte übertragen.
In 2 ist ein Modul z. B. das Modul M1 näher dargestellt. Das Modul M1 weist als arithmetische/logische Recheneinheit RE einen 4-Bit-Addierer auf. Die in 1 dargestellte Adressleitung AL besteht aus 4 separaten Adressleitungen AL1, AL2, AL3, AL4, die über den Adresseingang AE1 des Moduls M1 mit der als 4-Bit-Addierer ausgebildeten Recheneinheit RE verbunden sind. Die Recheneinheit RE weist 4 Ausgänge auf, die über den Adressausgang AA1 mit den 4 Leitungen AL1, AL2, AL3, AL4 der Adressleitung AL verbunden sind. Über einen Schalter S1 ist ein Mikrocontroller μC mit der aus zwei Einzelleitungen einer R × D-Leitung D1 und einer T × D-Leitung D2 bestehenden Datenleitung DL verbunden. Über einen Messverstärker MV und einen A/D-Wandler AD ist ein nicht näher dargestellter Sensor mit dem Mikrocontroller μC verbunden.
Der Schalter S1 ist mit dem Overflow-Ausgang OA der Recheneinheit RE verbunden und wird über das Overflow-Signal, das als CS(Chip Select)-Signal dient, von der Recheneinheit RE angesteuert.
3 zeigt einen Messumformer der Prozessautomatisierungstechnik in schematischer Darstellung. Ein Mikroprozessor μP ist mit einer Anzeigebedieneinheit AB, die als LCD-Display mit mehreren Tasten ausgebildet ist, verbunden. Ein EEPROM Speicher SP dient als Programm- und Datenspeicher. Über einen Prozessorbus PB ist der Mikroprozessor μP mit einer Feldbusanschaltung FA, einem Flash-Memory FM und einem Arbeitsspeicher RAM verbunden.
Über eine Serviceschnittstelle SE, die ebenfalls mit dem Mikroprozessor μP verbunden ist, kann ein Servicegerät (z.B. Laptop), auf dem ein Bedienprogramm installiert ist, angeschlossen werden.
Weiterhin ist der Mikroprozessor μP mit der Adressleitung AL und der Datenleitung DL, die zusammen die Kommunikationsverbindung des Bussystem BS bilden, verbunden. Der Mikroprozessor μP entspricht dem Modul M0 von 1.
Das Bussystem BS besteht noch aus den weiteren Modulen M1, M2, M3.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren für ein Bussystem mit 4 Adressleitungen und jeweils einem 4-Bit-Addierer in den einzelnen Modulen näher erläutert.
Der Mikroprozessor μP erzeugt zur Adressierung eines speziellen Moduls M4 einen bestimmten Adresswert AW = 12 und legt diesen auf die Adressleitung AL. Dieser Adresswert AW wird im Modul M1 um 1 erhöht und an das Modul M2 weitergegeben. Im Modul 2 wird der erhöhte Adresswert AW + 1 wiederum um 1 erhöht und an das Modul M3 weitergegeben. Jedes weitere an das Bussystem BS angeschlossene Modul Mi erhöht den vom vorhergehenden Modul Mi-1 empfangenen Adresswert ebenfalls um 1. Am Modul M4 tritt ein Overflow des Addierers auf und die Recheneinheit RE dieses Moduls erzeugt ein Overflow-Signal, gleichzeitig wird der Adresswert auf den Wert AW = O zurückgesetzt. Durch das Overflow-Signal, das als CS-Signal dient, wird der Schalter S1 geschlossen und der Mikrocontroller C ist mit den Leitungen D1 bzw. D2 verbunden. Das betreffende Modul M4 ist adressiert bzw. ausgewählt. Die über die Datenleitung DL übertragenden Daten sind nur für dieses Modul M4 bestimmt und werden nur in diesem Modul ausgewertet. Das dem Modul Mi nachgeschaltete Modul Mi + 1 sieht an seinem Adresseingang AEI + 1 die kleinste darstellbare Adresse, Adresswert AW = 0. Da bei keinem der weiteren Module Mi ein Overflow auftritt, ist genau ein Modul, das Modul M4, adressiert. In keinem der weiteren Module M findet eine Auswertung der über den Bus übertragenen Daten statt.
Mit einem 4-Bit-Adierer können bis zu 16 Module eindeutig adressiert werden. Sollen mehr Module adressiert werden so sind mehr Adressleitungen und entsprechende der Anzahl der Adressleitungen angepasste Addierer notwendig.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders geeignet für Messumformer in der Prozessautomatisierungstechnik, wobei die Module mit Sensoren bzw. Aktoren z. B. pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Relais verbunden sind. Über die Feldbusanschaltung FA ist der Messumformer mit einem übergeordneten Feldbus (z.B. Profibus^® PA, Foundation^® Fieldbus, HART^®) verbunden.
Messwerte die von den an die Module M angeschlossenen Sensoren geliefert werden, können so über einen Feldbus an ein Leitsystem oder einer Steuereinheit weitergeleitet werden.
Die Module M1, M2, M3, M4 sind stapelbar ausgebildet, so dass jeweils ein Adresseingang mit einem Adressausgang verbunden ist.

Claims

Verfahren zum Adressieren von Modulen, die über ein Bussystem BS miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Adresswert von Modul zu Modul weitergegeben wird und bei jeder Weitergabe in einer jedem Modul zugeordneten arithmetischen/logischen Recheneinheit RE, die einen Extremwert-Ausgang OA besitzt, verändert, wobei dasjenige Modul adressiert ist, dessen arithmetischen/logischen Recheneinheit RE ein Extremwert-Signal erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit RE ein Addierer ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Addierer ein 4 Bit-Addierer ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, der Addierer den Adresswert um den Wert eins erhöht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Module über einen Datenleitung DL verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Module über eine Adressleitung AL miteinander verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modul M0 als Master-Modul dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mastermodul M0 einen Mikroprozessor μP umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module mit Sensoren bzw. Aktoren z.B. ph-Sensoren Leitfähigkeitssensoren, Relais etc. verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das adressierte Modul einen Messwert über die Datenleitung DL zum Mikroprozessor μP sendet bzw. einen Steuerbefehl für einen Aktor vom Mikroprozessor μP empfängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Master-Modul M0 mit einem Feldbus (z.B. HART^®, Profibus^®, Foundation^® Fieldbus^®) der Prozessautomatisierungstechnik verbunden ist.
Modul zur Verwendung bei dem vorgenannten Verfahren, dadurch gekennzeichnet, das jedes Modul M ein Adresseingang AE und ein Adressausgang AA aufweist und jedem Modul eine arithmetisch/logische Recheneinheit RE zugeordnet ist, die den am Adresseingang anliegenden Adresswert verändert.
Modul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Module stapelweise steckbar sind und bei benachbarten Modulen Adresseingang mit Adressausgang miteinander verbunden sind.
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit mehreren Modulen, wobei die Vorrichtung als Messumformer in der Prozessautomatisierungstechnik dient.