DE19639212A1

DE19639212A1 - Sensor-actuator interface component for serial data transfer

Info

Publication number: DE19639212A1
Application number: DE19639212A
Authority: DE
Inventors: Rolf Varnholt; Wolfgang Tausch; Georg Zwirkowski; Thoralf Ahle
Original assignee: BERNSTEIN COMPACT GmbH
Current assignee: Bernstein AG
Priority date: 1996-09-25
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-09-26
Also published as: DE19639212C2

Abstract

The sensor-actuator interface component has an actuator-sensor interface slave chip (7) which is connected to the machine controller via an actuator-sensor interface bus. The actuator-sensor interface slave chip is connected to a separate controller interface control unit (10)for information exchange and output. The controller interface component contains an infrared interface component (13) and a logic control component (12), an electromagnetic interface component and a logic control component or a mechanical interface component and a logic control component.

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.The invention relates to an actuator-sensor interface module for serial data transmission between a machine control and Ver need with at least one actuator sensor coupled to a memory module sor interface slave chip connected to a serial bus.

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.In the following, the general übli for the designation actuator-sensor interface che designation ASI used. In the industrial systems of measurement and Automation technology has become a reality in the past two decades fender structural change result, since information transfer within and between New levels of communication technology at the levels of automation structures techniques have been introduced. As part of this structural change, the ASI concept is an industrial solution for coupling binary sensors and Actuators have been found at control level devices. Under Senso Ren are generally to be understood components that are used for signal detection, for example Temperatures, distances, positions, etc. are used, whereas actuators Execute control commands such as "engine on", "air supply valve on", "Barrier open / closed" etc. Contrary to conventional wiring techniques the ASI system serial communication using a special ASI bus between the controls and the sensors or actuators. As Control devices are programmable logic controllers (PLC), number control systems (NC), robot control systems (RC) or industrial personnel computer (PC) conceivable. For communication between control and consumption Every consumer is assigned a special address. ASI spec fish are assigned addresses from 1 to 31. The address for the one individual nodes, sensors and actuators are in a special memory module, which can be implemented as an EE-PROM block. This module is usually sits on one with the actual ASI slave chip common ASI module board. Such, provided with chip and EE-PROM ner block can either be used for individual control of a sensor or actuator or as a data transfer station to control several, attached to this module closed sensors or actuators.

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.The address assignment for the individual sensors / actuators is usually done in such a way that the addresses with the help of a handheld programming device in the EE-PROM of the ASI components can be burned in, as sensors and actuators are delivered these are generally provided with the address 0.

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.After programming has been carried out using the handheld programming device the individual modules are specified in their address and must follow a strict con trolls are subject to the confusion of the same components with different types reliably exclude speaking addresses. This poses at the final Assembly of sensors and actuators a serious handling disadvantage. In addition, the activity is any node, sensor or actuator assign a contact address due to the fact that this can only be done with help special programming devices with removal and installation of the relevant program nating nodes (sensors, actuators, etc.) can be done, complex and time intensive.

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. In practice, the problem also arises during repair and maintenance work tik on that exchanged sensors or actuators themselves with a new type speech address must be provided or within the for control Add the address memories to several sensors responsible for the ASI module are programming. As with the initial assembly, this is only possible through the Individual programming of the nodes, sensors, actuators with the responsible Addresses possible.

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.The object of the present invention is therefore to provide an ASI module of the gat continue to develop in such a way that the use, programming, Maintenance and repair applications in an ASI system Measuring and automation areas can be significantly simplified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Aktuator-Sensor-In terfacebaustein mit einer separaten Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit zur In formationsaufnahme und -abgabe verbunden ist.This object is achieved in that the actuator sensor-in Interface module with a separate control unit interface unit for the In formation intake and delivery is connected.

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.This design according to the invention creates the possibility of additional to an existing, first interface in the form of the necessary ASI bus Additional information into the ASI system via a second separate interface or to transfer the ASI module or the individual actuators and sensors or lose weight. In this way it is now possible to build an Au Automation control all sensors and actuators in the unprogrammed To build "raw state" within the plant. After completion of the construction work is used with a special for communication via the second interface suitable device the built-in memory modules with the interposition of ei Nes control unit, such as. B. a microprocessor, the necessary for control Assigned address. With this new work sequence, the complex separate programming of the EE-PROMs by a handheld programming device incl. Installation and removal are completely eliminated. Beyond that there are no special measurements took necessary to exchange externally identical sensors and Ak to avoid actuators with different addresses.

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.It is also possible to program individual addresses during the Operation of an entire system. In this way, reparas Reduce door and tool life, and programming errors with the Address assignment recognized much faster than with the previously common type of Programming. Through the special design of the subject matter of the invention are therefore available to both manufacturers and users of ASI systems outgoing advantages.

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.In addition, it should be noted that the special control unit interface construction unit of course also the retrieval of existing within an ASI module additional information regardless of the control of the entire system the ASI bus is possible. In this context, the following are particularly important for the user in particular all the information of interest that it has in the context of preventive Maintenance must be checked regularly. As a possible, additionally available In formations here are the switching states, operating hours, switching numbers, Examples of temperatures and pollution levels of sensors and actuators mentioned.

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.In the practical design of the subject of the invention, it has proved to be particularly advantageous, the control unit interface module with a Infrared interface and a separate logic control module. Such infrared interfaces can be found in other areas of technology and here especially in the field of consumer electronics multiple use, so that they are inexpensively available in large quantities. Because of this fact the cost of designing an ASI module with an additional cut can be reduced to an absolute minimum.

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.Of course, in addition to using an infrared interface, it is also conceivable between the ASI slave block and the one required for address assignment Programming device to provide a wired interface or the transfer the data by electromagnetic means.

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.To provide a particularly space-saving design for the entire ASI module actual, the control unit interface module is conveniently in arranged within the housing in which the ASI slave chip and the EE-PROM are built up.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand der beigefügten Figur zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert wer den.In the following, an embodiment of the subject of the invention is based on the accompanying figure for a better understanding of the invention explained in more detail the.

Die Figur zeigt die schematische Darstellung eines ASI-Systems zur Ansteuerung ei nes Sensors 5 und eines Aktuators 6.The figure shows the schematic representation of an ASI system for controlling a sensor 5 and an actuator 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. The consumer is controlled by the controller 2 , which can be implemented by a PLC, an NC, or a PC. The control is a so-called. ASI master 3 , which is connected to an ASI slave chip 7 via a special two-wire ASI bus 4 . For the sake of simplicity, the ASI master 3 is only connected to one ASI slave chip in this exemplary embodiment. In practice, however, a larger number N of slave chips can be controlled with the aid of a master chip. The ASI slave chips 7 can in turn process multiple input and output information.

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.In addition to addressing individual sensors 5 or actuators 6 by a common ASI slave chip 7, there is the variant of integrating such an ASI slave chip directly into the housing of a sensor 5 or actuator 6 and in this way a compact individual Create unit.

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.The central ASI slave chip 7 , as shown in FIG. 1, is additionally electrically connected to a clock module 8 and an EE-PROM 9 . The EE-PROM is a memory module in which, among other things, the address of a sensor or actuator is stored. However, this address only takes up part of the available memory space.

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.It is also clear from FIG. 1 that the ASI slave chip has an additional connection to a control unit interface 10 according to the invention. This unit 10 is outlined in dash-dot lines in the schematic illustration and has a logic control module 12 in the form of a microprocessor and an interface module 13 . The interface module 13 is preferably designed as an infrared interface that interacts with a corresponding external data input and output module 14, preferably in the form of a hand-held transmitter.

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.As already described above, a wire connection between the information transmitter 14 and the interface module 13 can of course also be created instead of the infrared interface, and an information transmission can also be realized by electromagnetic means.

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. With the help of the information transmitter 14 , data is transmitted via the interface module 13 to the microprocessor 12 , which processes the information given via the second interface of the ASI module, so that the desired address assignment can be stored in the EE-PROM. Since the EE-PROM 8 also has additional free memory space in addition to the stored address, it is conceivable to store information in this free memory space that is of interest for the preventive maintenance of a control user. Such information can for example consist of operating hours, temperatures and switching numbers of controlled consumers. If necessary, this information can be called up from the EE-PROM 9 via the microprocessor 12 and the interface 13 from the handheld transmitter 14 in order to evaluate it centrally for necessary maintenance measures.

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.The control unit interface module 10 , the ASI slave chip 7 and the EE-PROM 9 and the clock module 8 can be accommodated in a common housing without any problems. For programming and information retrieval, it is only necessary to create a connection between the hand transmitter 14 and the interface module 13 . Complex installation and removal work of the EE-PROM arranged within the ASI module when building or repairing an entire system is thus completely eliminated, which considerably simplifies the manufacturing process, repair and handling.

BezugszeichenlisteReference list

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 2 control
3 ASI masters
4 ASI bus
5 sensor
6 actuator
7 ASI slave chip
8 clocks
9 information store
10 control unit interface unit
12 logic module
13 interface module
14 external data input and output module

Claims

1. Actuator-sensor interface module for serial data transmission between a machine control and consumers to be controlled by this with at least one actuator sensor interface slave chip coupled to a memory module, which interface with the machine control via an actuator sensor interface. Bus is connected, characterized in that the actuator sensor interface slave chip ( 7 ) with a separate control unit interface unit ( 10 ) for information recording and delivery is the verbun.

2. ASI module according to claim 1, characterized in that the control unit interface module ( 10 ) has an infrared interface module ( 13 ) and a logic / control module ( 12 ).

3. ASI module according to claim 1, characterized in that the control unit interface module ( 10 ) has an electromagnetic interface and a logic / control module ( 12 ).

4. ASI module according to claim 1, characterized in that the control unit interface module ( 10 ) has a mechanical interface module and a logic / control module ( 12 ).

5. ASI module according to one of claims 1-4, characterized in that the control unit interface unit ( 10 ) and the ASI slave chip ( 7 ) are arranged in a common housing.