DE19639212A1 - Sensor-Aktuator-Interfacebaustein - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator-Sensor-Interfacebaustein zur seriellen Daten­ übertragung zwischen einer Maschinensteuerung und durch diese zu steuernde Ver­ braucher mit mindestens einem, mit einem Speicherbaustein gekoppelten Aktuator-Sen­ sor-Interface-Slave-Chip, der an einen seriellen Bus angeschlossen ist.

Im folgenden wird für die Bezeichnung Aktuator-Sensor-Interface die allgemein übli­ che Bezeichnung ASI verwendet. In den industriell üblichen Systemen der Meß- und Automatisierungstechnik hat sich in den letzten beiden Jahrzehnten ein durchgrei­ fender Strukturwandel ergeben, da zur Informationsübertragung innerhalb und zwi­ schen den Ebenen von Automatisierungsstrukturen neuartige Kommunikationstech­ niken eingeführt worden sind. Im Rahmen dieses Strukturwandels ist mit dem ASI-Konzept ein industrietauglicher Lösungsweg zur Ankoppelung binärer Sensoren und Aktuatoren an Einrichtungen der Steuerungsebene gefunden worden. Unter Senso­ ren sind allgemein Bauteile zu verstehen, die zur Signalerfassung beispielsweise von Temperaturen, Abständen, Positionen usw. dienen, wohingehend Aktuatoren Steuerbefehle ausführen, wie beispielsweise "Motor ein", "Luftzufuhrventil ein", "Schranke auf/zu" etc. Im Gegensatz zu konventionellen Verdrahtungstechniken sieht das ASI-System eine serielle Kommunikation mit Hilfe eines speziellen ASI-Busses zwischen den Steuerungen und den Sensoren bzw. Aktuatoren vor. Als Steuerungseinrichtungen sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), nume­ rische Steuerungen (NC), Robotersteuerungen (RC) oder auch Industrie-Personal­ computer (PC) denkbar. Für die Kommunikation zwischen Steuerung und Verbrau­ cher wird jedem Verbraucher eine spezielle Ansprechadresse zugeordnet. ASI-spezi­ fisch werden hierbei Adressierungen von 1 bis 31 vergeben. Die Adresse für die ein­ zelnen Knoten, Sensoren und Aktuatoren sind in einem speziellen Speicherbaustein, der als EE-PROM-Baustein ausgeführt sein kann, gespeichert. Dieser Baustein befin­ det sich üblicherweise zusammen mit dem eigentlichen ASI-Slave-Chip auf einer gemeinsamen ASI-Bausteinplatine. Ein derartiger, mit Chip und EE-PROM versehe­ ner Baustein kann entweder zur Einzelsteuerung eines Sensors oder Aktuators oder als Datentransferstation zur Steuerung mehrerer, an diesen Baustein ange­ schlossener Sensoren bzw. Aktuatoren, dienen.

Die Adreßzuweisung für die einzelnen Sensoren/Aktuatoren erfolgt in der Regel so, daß die Adressen mit Hilfe eines Handprogrammiergerätes im EE-PROM des ASI-Bausteines eingebrannt werden, da im Anlieferzustand von Sensoren und Aktuatoren diese generell mit der Ansprechadresse 0 versehen sind.

Nach Durchführung der Programmierung mit Hilfe des Handprogrammiergerätes sind die einzelnen Bausteine in ihrer Adresse festgelegt und müssen einer strikten Kon­ trolle unterliegen, um Verwechslungen gleicher Bauteile mit unterschiedlichen An­ sprechadressen zuverlässig auszuschließen. Dies stellt bei der abschließenden Montage von Sensoren und Aktuatoren einen schwerwiegenden Handhabungs­ nachteil dar. Darüber hinaus ist die Tätigkeit, jedem Knoten, Sensor oder Aktuator eine Ansprechadresse zuzuweisen, aufgrund der Tatsache, daß dies nur mit Hilfe spezieller Programmiergeräte unter Aus- und Einbau des betreffenden zu program­ mierenden Knoten (Sensors, Aktuators etc.) geschehen kann, aufwendig und zeitin­ tensiv.

In der Praxis tritt darüber hinaus bei Reparatur- und Wartungsarbeiten die Problema­ tik auf, daß ausgetauschte Sensoren, bzw. Aktuatoren selbst mit einer neuen An­ sprechadresse versehen werden müssen oder innerhalb des für die Ansteuerung mehrerer Sensoren zuständigen ASI-Bausteines die Adreß-Speicher neu zu programmieren sind. Dies ist ebenso wie bei der Erstmontage nur durch die Einzelprogrammierung der Knoten, Sensoren, Aktuatoren mit den zuständigen Adressen möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, einen ASI-Baustein der gat­ tungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, daß die Verwendung, Programmierung, Wartungs- und Reparaturanwendungen in mit Hilfe eines ASI-Systems aufgebauten Meß- und Automatisierungsbereichen entscheidend vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Aktuator-Sensor-In­ terfacebaustein mit einer separaten Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit zur In­ formationsaufnahme und -abgabe verbunden ist.

Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung wird die Möglichkeit geschaffen, zusätz­ lich zu einer vorhandenen, ersten Schnittstelle in Form des notwendigen ASI-Busses über eine zweite separate Schnittstelle zusätzliche Informationen in das ASI-System bzw. den ASI-Baustein oder die einzelnen Aktuatoren und Sensoren zu übertragen oder abzunehmen. Auf diese Weise ist es nunmehr möglich, beim Aufbau einer Au­ tomatisierungssteuerung sämtliche Sensoren und Aktuatoren im unprogrammierten "Rohzustand" innerhalb der Anlage aufzubauen. Nach Abschluß der Aufbauarbeiten wird mit Hilfe eines speziellen zur Kommunikation über die zweite Schnittstelle ge­ eigneten Gerätes den eingebauten Speicherbausteinen unter Zwischenschaltung ei­ nes Steuerwerkes, wie z. B. eines Mikroprozessors, die für die Steuerung notwendige Ansprechadresse zugeteilt. Durch diese neue Arbeitsabfolge kann die aufwendige separate Programmierung der EE-PROMs durch ein Handprogrammiergerät inkl. Ein- und Ausbau vollständig entfallen. Darüber hinaus sind keine besonderen Maß­ nahmen erforderlich, um die Vertauschung äußerlich identischer Sensoren und Ak­ tuatoren mit unterschiedlichen Ansprechadressen zu vermeiden.

Darüber hinaus ist es möglich, die Programmierung einzelner Adressen während des Betriebes einer Gesamtanlage vorzunehmen. Auf diese Weise lassen sich Repara­ tur- und Standzeiten verkürzen, außerdem werden Programmierfehler bei der Adreßzuweisung wesentlich schneller erkannt, als bei bisher üblicher Art der Programmierung. Durch die besondere Gestaltung des Erfindungsgegenstandes er­ geben sich somit sowohl für Hersteller als auch Anwender von ASI-Systemen ent­ scheidende Vorteile.

Ergänzend ist festzuhalten, daß über die spezielle Steuerwerk-Schnittstellenbau­ einheit natürlich auch der Abruf von innerhalb eines ASI-Bausteins vorhandenen zusätzlicher Informationen unabhängig von der Steuerung der Gesamtanlage durch den ASI-Bus möglich ist. In diesem Zusammenhang sind für den Anwender insbe­ sondere alle die Informationen von Interesse, die es im Rahmen der vorbeugenden Instandhaltung regelmäßig zu überprüfen gilt. Als mögliche, zusätzlich abrufbare In­ formationen seien hier die Schaltzustände, Betriebsstundenzahlen, Schaltanzahlen, Temperaturen und Verschmutzungsgrade von Sensoren und Aktuatoren beispielhaft erwähnt.

Bei der praktischen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung hat es sich ins­ besondere als vorteilhaft erwiesen, die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit mit einer Infrarot-Schnittstelle und einem getrennten Logikansteuerungsbaustein zu versehen. Derartige Infrarot-Schnittstellen finden in anderen Bereichen der Technik und hier insbesondere im Bereich der Consumer-Elektronik vielfache Anwendung, so daß sie in großen Stückzahlen preisgünstig verfügbar sind. Aufgrund dieser Tatsache sind die Kosten für die Ausgestaltung eines ASI-Bausteins mit einer zusätzlichen Schnitt­ stelle auf ein absolutes Minimum reduzierbar.

Natürlich ist es neben der Verwendung einer Infrarot-Schnittstelle ebenso denkbar, zwischen dem ASI-Slave-Baustein und dem für die Adreßzuweisung notwendigen Programmiergerät eine drahtgebundene Schnittstelle vorzusehen oder die Übertra­ gung der Daten auf elektromagnetischem Wege vorzunehmen.

Um eine besonders platzsparende Bauweise des gesamten ASI-Bausteines zu ver­ wirklichen, wird die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit zweckmäßigerweise in­ nerhalb des Gehäuses angeordnet, in dem der ASI-Slave-Chip und das EE-PROM aufgebaut sind.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Figur zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert wer­ den.

Die Figur zeigt die schematische Darstellung eines ASI-Systems zur Ansteuerung ei­ nes Sensors 5 und eines Aktuators 6.

Die Steuerung der Verbraucher erfolgt durch die Steuerung 2, die durch eine SPS, eine NC, oder einen PC realisiert sein kann. Der Steuerung nachgeschaltet ist ein sogen. ASI-Master 3, der über einen speziellen zweiadrigen ASI-Bus 4 mit einem ASI-Slave-Chip 7 verbunden ist. Der Einfachheit halber ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der ASI-Master 3 nur mit einem ASI-Slave-Chip verbunden. In der Pra­ xis sind mit Hilfe eines Master-Chips jedoch eine größere Anzahl N von Slave-Chips steuerbar. Die ASI-Slave-Chips 7 wiederum können mehrere Ein- und Ausgangsin­ formationen verarbeiten.

Neben der Ansprache einzelner Sensoren 5 bzw. Aktuatoren 6 durch einen gemein­ samen ASI-Slave-Chip 7 besteht die Variante, einen derartigen ASI-Slave-Chip direkt in das Gehäuse eines Sensors 5 oder Aktuators 6 zu integrieren und auf diese Weise eine kompakte einzelne Baueinheit zu schaffen.

Der zentrale ASI-Slave-Chip 7 ist, wie die Fig. 1 verdeutlicht, zusätzlich mit einem Taktgeber-Baustein 8 und einem EE-PROM 9 elektrisch verbunden. Das EE-PROM ist ein Speicherbaustein, in dem u. a. die Ansprechadresse eines Sensors oder Ak­ tuators gespeichert ist. Diese Adresse nimmt allerdings nur einen Teil des zur Verfü­ gung stehenden Speicherraumes ein.

Aus der Fig. 1 wird ebenfalls deutlich, daß der ASI-Slave-Chip eine zusätzliche Ver­ bindung zu einer erfindungsgemäßen Steuerwerk-Schnittstelle 10 aufweist. Diese Baueinheit 10 ist in der schematischen Darstellung strichpunktiert umrandet und weist einen Logik-Ansteuerungsbaustein 12 in Form eines Mikroprozessors sowie einen Schnittstellenbaustein 13 auf. Der Schnittstellenbaustein 13 ist vorzugsweise als Infrarot-Schnittstelle ausgeführt, die mit einem korrespondierenden externen Da­ tenein- und -ausgabebaustein 14, vorzugsweise in Form eines Handsenders, zu­ sammenwirkt.

Wie oben bereits beschrieben, kann anstelle der Infrarot-Schnittstelle natürlich auch eine Drahtverbindung zwischen Informationsgeber 14 und Schnittstellenbaustein 13 geschaffen sein, ebenso läßt sich eine Informationsübertragung auf elektromagneti­ schem Wege realisieren.

Mit Hilfe des Informationsgebers 14 erfolgt eine Datenübertragung über den Schnittstellenbaustein 13 zum Mikroprozessor 12, der die über die zweite Schnitt­ stelle des ASI-Bausteines gegebenen Informationen aufbereitet, so daß im EE-PROM eine Speicherung der gewünschten Adreßzuweisung erfolgen kann. Da das EE-PROM 8 neben der gespeicherten Adresse noch über zusätzlichen freien Speicherplatz verfügt, ist es denkbar, in diesem freien Speicherplatz Informationen abzulegen, die für die vorbeugende Wartung eines Steuerungsanwenders von In­ teresse sind. Derartige Informationen können beispielsweise aus Betriebsstunden­ zahlen, Temperaturen und Schaltanzahlen angesteuerter Verbraucher bestehen. Diese Informationen sind im Bedarfsfalle aus dem EE-PROM 9 über den Mikropro­ zessor 12 und die Schnittstelle 13 vom Handsender 14 abrufbar, um sie zentral für erforderliche Wartungsmaßnahmen auszuwerten.

Die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit 10, der ASI-Slave-Chip 7 sowie das EE-PROM 9 und der Taktgeberbaustein 8 lassen sich problemlos in einem gemeinsa­ men Gehäuse unterbringen. Zur Programmierung und zum Informationsabruf ist es nur noch notwendig, eine Verbindung zwischen dem Handsender 14 und dem Schnittstellenbaustein 13 zu schaffen. Aufwendige Ein- und Ausbauarbeiten des in­ nerhalb des ASI-Bausteines angeordneten EE-PROM beim Aufbau oder der Repa­ ratur einer Gesamtanlage entfallen somit vollständig, was den Herstellprozeß, Repa­ ratur und Handhabung wesentlich vereinfacht.

Bezugszeichenliste

2 Steuerung
3 ASI-Master
4 ASI-Bus
5 Sensor
6 Aktuator
7 ASI-Slave-Chip
8 Taktgeber
9 Informationsspeicher
10 Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit
12 Logikbaustein
13 Schnittstellenbaustein
14 externer Datenein- und -ausgabebaustein

Claims (5)

1. Aktuator-Sensor-Interfacebaustein zur seriellen Datenübertragung zwischen einer Maschinensteuerung und durch diese zu steuernde Verbraucher mit mindestens einem mit einem Speicherbaustein gekoppelten Aktuator-Sensor-In­ terface-Slave-Chip, der mit der Maschinensteuerung über einen Aktuator-Sen­ sor-Interface-Bus verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ak­ tuator-Sensor-Interface-Slave-Chip (7) mit einer separaten Steuerwerk-Schnitt­ stellenbaueinheit (10) zur Informationsaufnahme und -abgabe verbun­ den ist.

2. ASI-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ werk-Schnittstellenbaueinheit (10) einen Infrarot-Schnittstellenbaustein (13) und einen Logik/Ansteuerungsbaustein (12) aufweist.

3. ASI-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ werk-Schnittstellenbaueinheit (10) eine elektromagnetische Schnittstelle und einen Logik/Ansteuerungsbaustein (12) aufweist.

4. ASI-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ werk-Schnittstellenbaueinheit (10) einen mechanischen Schnittstellenbaustein und einen Logik/Ansteuerungsbaustein (12) aufweist.

5. ASI-Baustein nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit (10) und der ASI-Slave-Chip (7) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.