DE19543036C1 - Elektronische polydisponible Feldbusport- und Datentransfereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische polydisponible Feldbusport- und Datentransfereinrichtung zur flexiblen Datenübertragungstechnik, die mit Datengewinnungs- und Datennutzungseinrichtungen gekoppelt sind und ist einsetzbar in Mikrorechner-Automatisierungsanlagen technologischer Pro­ zesse und in lokalen Bereichen der Versorgungstechnik/Gebäudeautomati­ sierung.

Übertragungsvorgänge mit hohen Echtzeitanforderungen sind kaum über ein gemeinsames globales Bussystem zu realisieren, zumal auch besondere Redundanzforderungen an die Datenübertragung einschl. der Datenquelle zu stellen sind. Für die Entwicklung von Automatisierungsanlagen hat die hard- und softwaremäßige Gestaltung der Schnittstelle zwischen den Anwenderprozessen und dem Übertragungssystem wesentlichen Einfluß. Mit zunehmender Ausprägung und Transparenz dieser Schnittstellen kön­ nen sowohl Anwenderprozesse als auch das Datenübertragungssystem voneinander unabhängiger gestaltet werden. Mit diesem Schritt werden die Datenübertragungssysteme autarke Dienstsysteme - es werden flexible Datenübertragungseinrichtungen entstehen, die mit Datengewinnungs- bzw. Datenerfassungseinrichtungen gekoppelt werden können. Gegenwärtig sind Teillösungen bekannt, die sich auf unterschiedliche Da­ tenübertragungsebenen wie

• - Systemverbundebene,
• - Rechnerverbundebene und
• - Feldbusebene

beziehen.

Eine in DE 44 37 959 bereits vorgeschlagene Lösung beinhaltet eine Kom­ munikationsschaltung, die in einem Einchip-Mikrocomputer eingebaut und eine serielle Kommunikation (Datenübertragung) zwischen sich selbst und einem anderen Mikrocomputer ausführt und die Verarbeitung eines Proto­ kolls mit unterschiedlichem Bitformat durch Änderung der Firmware er­ möglicht. Die Lösung enthält keine Angaben zur Datenübertragungsrate, zur Bitkodierung, zur Busverwaltung, zum Buszugriffsverfahren, die aber für die Gestaltung der Schnittstelle zwischen Anwenderprozeß und Daten­ übertragungssystem von ausschlaggebender Bedeutung sind.

Die serielle Kommunikation wird einer Neben-CPU übertragen (Parallelbe­ trieb von Mikroprozessoren), die lediglich den Zeitablauf von Bitformaten vermittels Software bestimmt. Damit ist diese Einrichtung zur schnellen Umsteuerung der Datenübertragung bei prozeßimplizierten wechselnden Feldbussystemen nicht einsetzbar. Eine schnelle Inbetriebnahme von ortsunabhängigen Einrichtungen und Anlagen wird durch drahtgebundene Datenübertragung und durch das Vorhandensein einer Schnittstelle für nur zwei Rechner nicht möglich. Die "Serielle Kommunikationsschaltung" stellt eine Variante zur Schnittstellengestaltung der seriellen Datenübertra­ gung dar.

Weiterhin ist eine Schaltungsanordnung (EP 0 259 786 A1) bekannt, die eine "Auf einer Steckkarte für einen Mikrocomputer angeordnete Schnittstelle mit bestimmbaren Protokollen", die modular aufgebaut ist, enthält. Diese Schnittstelle bezieht sich auf die Kopplung zweier Bussysteme auf System­ verbundebene bzw. Rechnerverbundebene, nicht aber auf die Feldbusebene, die bei der Automatisierung technologischer Prozesse von ausschlaggeben­ der Bedeutung ist. Diese bereits bekannte virtuelle Schnittstelle ist so ge­ staltet, daß unterschiedliche Busprotokolle lesbar sind aber jeweils nur ein Partner bedient werden kann. Die Datenübertragung vollzieht sich drahtge­ bunden. Eine Bedienung von elektronischen Steuerungen in technologischen Prozessen, in versorgungstechnischen Anlagen und anderen Einrichtungen als polydisponible Datentransfereinrichtung kann durch diese Schnittstelle nicht vorgenommen werden, da sie weder analoge noch digitale Impuls­ folgen der Informationsgewinnung in feldbusprotokollkompatible elektri­ sche Impulsfolgen bzw. feldbusprotokollkompatible elektrische Impuls­ folgen in analoge und digitale Impulsfolgen zur Informationsnutzung um­ setzen und verarbeiten kann.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, eine elek­ tronische polydisponible Feldbusport- und Datentransfereinrichtung zur Bedienung elektronischer Steuerungen und Überwachungseinrichtungen in Maschinen, Einrichtungen, Anlagen, Gebäuden usw. zu entwickeln, welche analoge und digitale Impulsfolgen der Informationsgewinnung in unter­ schiedliche feldbusprotokollkompatible elektrische Impulsfolgen bzw. un­ terschiedliche feldbusprotokollkompatible elektrische Impulsfolgen in ana­ loge und digitale Impulsfolgen zur Informationsnutzung unter Anwendung dynamischer Programmierung umsetzt, verarbeitet und die Kopplung zum jeweiligen Feldbus vermittels drahtgebundener oder drahtloser Datenüber­ tragung ausführt, wobei insbesondere auch eine schnelle Umsteuerung von industriellen Anlagen und eine schnelle Inbetriebnahme von ortsunab­ hängigen Anlagen, Einrichtungen und technischen Notdiensten in weite­ sten Sinne ermöglicht werden.

Zur Lösung dieses technischen Problems wird die Erfindung gekenn­ zeichnet durch die in Anspruch 1 angegebene elektronische polydisponible Feldbusport- und Datentransfereinrichtung. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung angegeben.

Von der Koordination des jeweiligen Feldbussystems wird die program­ mierbare Einheit bezüglich der Taktfrequenz abgefragt und die Sendefre­ quenz der Datenübertragungseinrichtung mit der Taktfrequenz der pro­ graminierbaren Einheit in Übereinstimmung gebracht, so daß die Prozeß­ produktseite einen den Prozeß dominierenden Einfluß behält und das darü­ ber angeordnete Informationssystem sich anpassen muß. Danach werden die Informationen zum jeweiligen in Anwendung stehenden Feldbussystem zur programmierbaren Einheit übertragen, so daß eine informationstechni­ sche Aufbereitung des Sendeblockes (Feldbusprotokoll) mit Angaben zum Wortaufbau/Datenbreite, Angaben zur Wortsequenz, die auch das Erken­ nen von Identifikationsbytes und Nutzdatenbytes ermöglichen, Angaben zum Wert eines Nutzdatenbytes als Analog- oder Binärwert, Angaben zur Adressierung von Austauschdaten aus dem Bereich der Nutzdaten usw. erfolgt. Diese Informationen werden in Feldbusprotokolldatenspeicher der programmierbaren Einheit gespeichert und stehen dann während weiterer Datenübertragungen sowohl zum Prozeß hin als auch vom Prozeß zur Koordinierungsebene hin datenübertragungsdeterminierend zur Verfügung. Übertragene Daten finden in der programmierbaren Einheit in ein Emp­ fangsregister Eingang und werden schließlich in einem Empfangsspeicher gepuffert. Die nunmehr in Empfangsregister enthaltenen Informationen werden unter Vermittlung eines Taktgenerators in einen Datenpacker, der wiederum durch den Feldbusprotokolldatenspeicher koordiniert wird, transferiert und entsprechend vorliegender Prozeßbedingungen über einen Datenausgang der programmierbaren Einheit an einen Eingang einer multivariablen Einheit übergeben und nach Passieren eines komparativen Entscheiders zur Steuerung eines aktorischen Elementes genutzt.

In der Umkehrung des gesamten Vorganges des Datendurchlaufes durch die multivariable Einheit und die programmierbare Einheit ist mit der Datengewinnung vermittels sensorischen Elementes innerhalb der mul­ tivariablen Einheit zu beginnen. Der Datentransfer wird über einen Latch-Ausgang der multivariablen Einheit und einen Dateneingang der program­ mierbaren Einheit zu einem Parameterspeicher Datenquelle/Datensenke einschließlich eines darin enthaltenen A/D-Umsetzers fortgesetzt. Dieser Parameterspeicher erhält vom Feldbusprotokolldatenspeicher eine Infor­ mation zur Umsetzung der jeweils betreffenden Information und wird schließlich einem Datenpacker, der entsprechend der Feldbusprotokoll­ datenspeichervorgabe arbeitet, übergeben. Vom Datenpacker gelangen die gepackten Daten in einen Sendedatenspeicher und schließlich in ein Sende­ register der jeweiligen programmierbaren Einheit. Über eine Datenüber­ tragungseinheit gelangen die Daten dann schließlich zu einem Koordinator des Feldbussystems.

Ausführungsbeispiel

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein System zur Anpassung von Produkten der Prozeßautomatisierung an die Feldbussystemvielfalt;

Fig. 2 die Darstellung einer Produktanpassung auf der Basis einer drahtlosen Datenübertragung vermittels einkanaliger programmierbarer Einheit;

Fig. 3 die Darstellung einer Produktanpassung auf der Basis einer draht­ losen Datenübertragung vermittels mehrkanaliger programmierbarer Ein­ heit;

Fig. 4 die Strukturdarstellung einer elektronischen programmierbaren Einheit;

Fig. 5 die Strukturdarstellung einer elektronischen multivariablen Einheit.

Im folgenden wird eine Erklärung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die Ausführungsformen derselben zeigen, gegeben.

Fig. 1 stellt ein System zur Anpassung von Produkten der Prozeßauto­ matisierung an die Feldbussystemvielfalt dar. Ausgehend von einem beliebigen Feldbussystem, das über drahtgebundene Kopplung 1 oder/und eine feldbusseitige Funkkopplung 2 bestehend aus Sender und Empfänger einschließlich einer automatisierungsproduktseitigen Funkkopplung 3 bestehend aus Sender und Empfänger oder/und eine feldbusseitige Optokopplung 4 bestehend aus Sender und Empfänger einschließlich einer automatisierungsproduktseitigen Optokopplung 5 bestehend aus Sender und Empfänger oder/und eine feldbusseitige Akustokopplung 6 bestehend aus Sender und Empfänger einschließlich einer automatisierungsprodukt­ seitigen Akustokopplung 7 bestehend aus Sender und Empfänger oder/und eine feldbusseitige Pneumokopplung 8 bestehend aus Sender und Emp­ fänger einschließlich einer automatisierungsseitigen Pneumokopplung 9 bestehend aus Sender und Empfänger oder/und eine Niederspannungsnetz-Kopp­ lung 10 informationell mit einer programmierbaren Einheit 11 be­ stehend aus Datenerfassungsteil 12 und Datenausgabeteil 13 verbunden ist. Aus Übersichtsgründen enthält Fig. 1 nur eine programmierbare Einheit, während jede andere Datenübertragungsstrecke jeweils nur andeutungs­ weise mit einer solchen programmierbaren Einheit 11 verbunden ist. Die programmierbare Einheit 11 ist über eine Prozeßschnittstelle PSS mit einer multivariablen Einheit 14, die als maschinen-, anlagen-, einrichtungs-, gebäudesteuerungsinterne Einheit und speziell mit den in ihr enthaltenen Datenquelle 15 bzw. Datensenke 16 ein- bzw. ausgangsseitig verknüpft. Die zu übertragenden Informationen werden entsprechend vorliegender Prozeßbedingungen über einen Datenausgang der programmierbaren Einheit 11 an einen Eingang einer multivariablen Einheit 14 übergeben und zur Steuerung von aktorischen Elementen genutzt. In der Umkehrung des gesamten Vorganges des Datendurchlaufes durch die multivariable Einheit 14 und die programmierbare Einheit 11 ist mit der Datengewinnung ver­ mittels sensorischer Elemente innerhalb der multivariablen Einheit 14 zu beginnen und durch Vermittlung der programmierbaren Einheit 11 der Da­ tenübertragungseinheit 17 zuzuleiten.

Fig. 2 zeigt eine feldbusseitige Funkkopplung 2 bestehend aus Sender und Empfänger einschließlich einer automatisierungsproduktseitigen Funk­ kopplung 3 bestehend aus Sender und Empfänger, die zu einer Datenüber­ tragungseinheit 17 zusammengefaßt wurden und mit einer einkanaligen programmierbaren Einheit 11 verbunden ist. In diesem Anwendungs­ fall ist die programmierbare Einheit 11 jeweils mit nur einer multivari­ ablen Einheit 14 kontaktiert.

In Fig. 3 wird eine Automatisierungsproduktanpassung bei drahtloser Datenübertragungseinheit 17 und einer n-kanaligen programmierbaren Einheit 11 gezeigt. An die Datenübertragungseinheit 17 schließt sich eine, in Fig. 4 dargestellte programmierbare Einheit 11 an, die von dem in der Datenübertragungseinheit 17 enthaltenen Empfänger der automatisie­ rungsproduktseitigen Funkkopplung 3 (bei Funkübertragung) zunächst die jeweils zu übertragenden Feldbusprotokolldaten empfängt.

Fig. 4 zeigt die programmierbare Einheit 11, die die jeweils zu übertragen­ den Feldbusprotokolldaten über ein Empfangsregister 19 in einen Emp­ fangsspeicher 22 unter Vermittlung eines Taktgenerators 21 übernimmt, wozu zwischen Empfangsregister 19 und Empfangsspeicher 22, zwischen Taktgenerator 21 jeweils zum Empfangsregister 19, zum Empfangsspeicher 22, und zum Feldbusprotokolldatenspeicher 25 und zwischen Empfangs­ speicher 22 und Feldbusprotokolldatenspeicher 25 leitende Verbindungen bestehen. Nach vollzogener Übertragung der jeweiligen Feldbusprotokoll­ daten kann die programmierbare Einheit 11 die zu empfangenden Steuer- und Informationsdaten für den nachfolgenden zu steuernden Prozeß, die nunmehr über Empfangsregister 19, über Empfangsspeicher 22, über Datenpacker 24, der seinerseits mit dem Feldbusprotokolldatenspeicher 25 und einem Parameterspeicher Datenquelle/Datensenke 26 ein- und aus­ gangsseitig verbunden ist, zum Datenausgang 28 prozeßsteuergerecht weitergeleitet werden. Gleichermaßen können vom jeweils zu steuernden Prozeß ankommende Steuer- und Informationsdaten über einen Daten­ eingang 27, über einen Parameterspeicher Datenquelle/Datensenke 26, über einen Datenpacker 23 unter Vermittlung des Feldbusprotokoll­ datenspeichers 25, über einen Sendedatenspeicher 20 und über ein Sende­ register 18, wobei der Sendedatenspeicher 20 und das Senderegister 18 jeweils mit dem Taktgenerator 21 verbunden sind, an den Sender der automatisierungsproduktseitigen Funkkopplung 3 geleitet werden.

Fig. 5 zeigt eine multivariable Einheit 14, die jeweils über ein Sensor­ element 32 verfügt und die darüber gewonnene Prozeßinformation an einen Latch-Ausgang 30 weiterleitet. Andererseits übernimmt ein Latch-Eingang 29 Informationen, die über eine komparative Einheit 31 unter Vermittlung des Latch-Ausganges 30 an ein aktorisches Element 33 weitergeleitet wird.

Die Erfindung ermöglicht über eine Datenübertragungseinrichtung, die sowohl drahtgebunden oder auch in verschiedenen Varianten drahtlos sein kann, eine elektronische informationsgewinnungs-, informationsnutzungs- und steuerungstechnische Anpassung von Maschinen, Anlagen, Einrich­ tungen, Gebäuden usw. an verschiedenartige Feldbussysteme und dem­ zufolge verschiedene Feldbusprotokolle.

Bezugszeichenliste

1 Drahtgebundene Kopplung
2, 3 Funksender/Funkempfänger
4, 5 Optosender/Optoempfänger
6, 7 Akustosensor/Akustoempfänger
8, 9 Pneumosender/Pneumoempfänger
10 Niederspannungsnetz-Kopplung
11 Programmierbare Einheit
12 Datenerfassungsteil
13 Datenausgabeteil
14 Multivariable Einheit
15 Datenquelle
16 Datensenke
17 Datenübertragungseinheit
18 Senderegister
19 Empfangsregister
20 Sendedatenspeicher
21 Taktgenerator
22 Empfangsspeicher
23 Datenpacker gemäß jeweiligem Feldbusprotokoll
24 Datenpacker gemäß jeweiligem Feldbusprotokoll (Entpacker)
25 Feldbusprotokolldatenspeicher
26 Parameterspeicher Datenquelle und Datensenke
27 Dateneingang
28 Datenausgang
29 Latch-Eingang
30 Latch-Ausgang
31 Komparativer Entscheider
32 Sensorelement
33 Aktorisches Element
NSS Netzschnittstelle
PSS Prozeßschnittstelle

Claims (3)

1. Elektronische polydisponible Feldbusport- und Datentransfereinrichtung, die von einer feldbusseitigen Datenübertragungseinrichtung (17) gespeist wird und sie selbst wiederum einen Datentransfer in eine multivariable Einheit (14) betreibt, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer aus Datenerfassungsteil (12) und Datenausgabeteil (13) bestehenden dynamisch programmierbaren Einheit (11) besieht, die zur Eingabe von feldbusseitig übertragenen Daten ein Empfangsregister (19) aufweist, das mit einem Empfangsspeicher (22) leitend verbunden ist, zur Speicherung der feldbus­ seitig übertragenen Daten ein Taktgenerators (21) mit dem Empfangsre­ gister (19) als auch mit dem Empfangsspeicher (22) und einem Felsbuspro­ tokolldatenspeicher (25) eingangsseitig informationell gekoppelt ist, der Empfangsspeicher (22) ausgangsseitig sowohl mit einem Datenpacker (24) als auch mit dem Feldbusprotokolldatenspeicher (25) verbunden ist, wobei der Datenpacker (24) ausgangsseitig mit einem Datenausgang (28), der seinerseits ausgangsseitig Verbindung zur multivariablen Einheit (14) hält, mit dem Feldbusprotokolldatenspeicher (25) und einem Parameterspeicher Datenquelle/Datensenke (26) Verbindung hält, der Parameterspeicher Datenquelle/Datensenke (26) eingangsseitig noch mit einem Dateneingang (27) verbunden ist, wobei der Dateneingang (27) selbst eingangsseitig mit der multivariablen Einheit (14) gekoppelt ist, der Parameterspeicher Daten­ quelle/Datensenke (26) außerdem eingangsseitig mit dem Feldbusproto­ kolldatenspeicher (25) verbunden ist, der seinerseits ausgangsseitig mit dem Datenpacker (24) und einem Datenpacker (23) Verbindung aufweist, wobei der Datenpacker (23) ausgangsseitig mit einem Sendedatenspeicher (20) und dieser wiederum eingangsseitig mit dem Taktgenerator (21) und ausgangsseitig mit einem Senderegister (18) leitend verbunden ist, wobei eingangsseitig zum Senderegister (18) eine leitende Verbindung zum Taktgenerator (21) besteht und ausgangsseitig das Senderegister (18) mit der Datenübertragungseinheit (17) leitend verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programmierbare Einheit (11) in Form eines Einchiprechners ausge­ führt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die programinierbare Einheit (11) in Form von kundenspezifischen Schalt­ kreisen ausgeführt wird.