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Die Erfindung betrifft ein Erweiterungsmodul für eine Recheneinrichtung zur Bereitstellung einer industriellen Kommunikations-Schnittstelle für die Recheneinrichtung.
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Industrielle Rechner, also Computer, die für Aufgaben im industriellen Bereich eingesetzt werden, müssen in der Lage sein, mit den Geräten, welche sie steuern und/oder überwachen sollen, zu kommunizieren. Übliche Einsatzbereiche industrieller Rechnern sind Prozess-Visualisierung und -Steuerung, Industrieautomation, Robotik und dergleichen. In solchen industriellen Anwendungsgebieten kommen zunehmend sogenannte Industrie-PCs zum Einsatz, die in der Regel mit den gleichen Betriebssystemen arbeiten wie z. B. IBM-kompatible oder Linux-basierte Personal Computer und somit hinsichtlich ihrer grundsätzlichen Funktionalität, Schnittstellen und dergleichen ähnlich konzipiert sind wie herkömmliche PCs. Sie verfügen über standardisierte Schnittstellen, beispielsweise USB-Anschlüsse. Um die Vorteile der Massenproduktion zu nutzen, wie hoher Standardisierungsgrad, Flexibilität, großes Angebot an Peripheriekomponenten und Anwendungssoftware sowie günstiger Preis, wird auch in Industrie-PCs zunehmend darauf verzichtet, serienmäßig spezielle Kommunikationsschnittstellen in den Rechnern vorzusehen, beispielsweise Schnittstellen für verschiedene Feldbussysteme und/oder proprietäre Schnittstellen, welche spezielle Anschlussleisten nach Maßgabe kundenspezifischer Designs sowie hoch spezialisierte Protokolle für die Kommunikation erfordern.
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Die heutige industriellen PCs verfügen auch immer seltener über klassische Erweiterungssteckplätze für industrielle Kommunikationsschnittstellen, wie PCI oder PCI-Express. PCI (Peripheral Component Interconnect) ist ein Bus-Standard zur Verbindung von Peripherie-Geräten mit dem Prozessor des Rechners. In PCI-Steckplätze kann eine große Anzahl verschiedener Karten für unterschiedliche Kommunikationsschnittstellen eingesetzt werden, aber auch andere Karten zur Steuerung von Peripheriegeräten, wie Netzwerkkarten, Modems, Graphikkarten, etc. Diese Erweiterungsmöglichkeiten stehen jedoch, wie oben gesagt, immer seltener oder häufig jedenfalls nicht in ausreichender Anzahl zur Verfügung, um einen standardisierten Industrie-PC mit einer industriellen Kommunikationsschnittstelle für spezielle industrielle Kommunikationsprotokolle ausstatten zu können.
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Beispiele für industrielle Kommunikationsschnittstellen sind Feldbussysteme, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle zur Anbindung eines CAN-Busses. Ein CAN(Controller Area Network)-Bus ist ein asynchrones, serielles Bussystem und gehört zu der Familie der Feldbusse. Der CAN-Bus wurde für die Vernetzung von Steuergeräten in Automobilen entwickelt und hat sich für die Ansteuerung, Überwachung und Diagnose der Elektronik in Automobilen bei vielen Fahrzeugherstellern durchgesetzt. Ein weiteres Beispiel ist PROFIBUS, ein klassischer Feldbus für die Automatisierungstechnik. Die Kommunikation mit solchen Feldbussen erfolgt mittels spezifizierten Telegrammen und kann von standardisierten Industrie-PCs in der Regel nicht geleistet werden.
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Auf dem Markt sind daher Adapter erhältlich, die eine Schnittstelle zwischen beispielsweise einem USB-Anschluss und einem Feldbus, wie einem CAN-Bus realisieren. Ein Beispiel eines solchen Adapters ist die CAN-Bus-Schnittstellenkarte „CANusb” der Anmelderin, eine aktive CAN-Bus/USB-Schnittstelle zum Anschluss eines PCs an ein CAN-Netzwerk. Dieser Adapter enthält einen Kommunikationsprozessor, der die Kommunikation zwischen PC und CAN-Bus steuern, überwachen und visualisieren kann und der auch für Parametrier- und Analyseanwendungen sowie Diagnoseanwendungen genutzt werden kann. Der Adapter wird einfach zwischen dem USB-Anschluss eines Rechners und einem CAN-Bus angeschlossen und steuert dann die Kommunikation zwischen PC und CAN-Bus, wobei er USB-Protokoll-Daten in CAN-Bus-Protokolldaten umsetzen kann und umgekehrt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass stets eine separate externe Komponente an den Rechner angeschlossen werden muss, die einen der freien USB-Steckplätze belegt, Raum braucht und in industrieller Umgebung zusätzlich gegen äußere Einflüsse, wie Staub, Schmutz, extreme Temperaturen und Feuchtigkeit, durch ein robustes Gehäuse geschützt werden muss. Ferner besteht immer wieder das Problem, dass ein solcher Adapter dann, wenn er benötigt wird, nicht zur Hand ist, iim Weg ist oder sich sogar von dem Rechner löst.
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Im Stand der Technik ist auch bekannt, eine USB-Erweiterung vorzusehen, die interne USB-Geräte direkt an einen internen USB-Anschluss auf dem Motherboard eines Rechners anschliesst, ohne die externen USB-Steckplätze oder eine PCI-Buserweiterung zu nutzen. Ein solcher Stand der Technik ist beispielsweise in der
US 2004/0033734 A1 beschrieben. Dabei geht es jedoch nur um die interne Abzweigung von USB-Ports. Eine Erweiterung von USB-Schnittstellen in einem Computer ist auch beschrieben in der
CN 201732318 U .
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Erweiterungsmodul für eine Recheneinrichtung anzugeben, das die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Das Modul soll es erlauben, einen standardisierten Industrie-PC zuverlässig und mit geringem Aufwand mit einer industriellen Kommunikations-Schnittstelle auszustatten.
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Diese Aufgabe wird durch ein Erweiterungsmodul gemäß Schutzanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung sieht ein Erweiterungsmodul für eine Recheneinrichtung, die einen internen USB-Anschluss aufweist, vor, um eine industrielle Kommunikations-Schnittstelle für die Recheneinrichtung bereitzustellen. Das Erweiterungsmodul umfasst ein Kommunikationsprozessor, ein USB-Kabel zur Verbindung des internen USB-Anschlusses der Recheneinrichtung mit dem Kommunikationsprozessor und einen externen Kommunikationsanschluss, der mit dem Kommunikationsprozessor verbunden ist und die industrielle Kommunikations-Schnittstelle bereitstellt. Das Erweiterungsmodul wird innerhalb der Recheneinrichtung an einer Innenwand des Gehäuses des Rechners montiert und ist von außen über den externen Kommunikationsanschluss zugänglich. Der Kommunikationsprozessor wandelt USB-Protokoll-Daten in industrielle Kommunikations-Protokoll-Daten um und umgekehrt. Erfindungsgemäß ist die industrielle Kommunikations-Schnittstelle vorzugsweise eine Feldbusschnittstelle, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle. Der Kommunikationsprozessor kann Soft- und/oder Firmware zur Steuerung und Beobachtung der Kommunikation zwischen einem Feldbus und der CPU der Recheneinrichtung aufweisen. Auch Parametrier- und Analyseanwendungen sowie Diagnoseanwendungen können auf dem Kommunikationsprozessor implementiert sein.
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Die Erfindung schafft somit ein Einbaumodul, das ausgehend von einem standardisierten Industrie-PC eine industrielle Kommunikationsschnittstelle bereitstellt, ohne dass der Rechner hierfür irgendwelche Erweiterungssteckplätze, wie PCI oder PCI-Express, bereithalten müsste. Das Einbaumodul kann schlichtweg an einen der in der Regel zahlreich vorhandenen internen USB-Ansehlüssen an der Hauptplatine (Motherboard) des Rechners direkt angeschlossen werden. Über ein USB-Kabel wird das Erweiterungsmodul mit dem USB-Anschluss des Motherboards verbunden und kann dann an beliebiger freier Stelle innerhalb des Gehäuses der Recheneinrichtung angeordnet und montiert werden. Vorzugsweise wird das Erweiterungsmodul direkt an der Innenseite einer Wand des Rechnergehäuses angebracht. Hierzu ist es lediglich notwendig Gehäuseausbrüche zur Befestigung und zur Durchführung des Kommunikationsanschlusses in der Gehäusewand vorzusehen. In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung wird der externe Kommunikationsanschluss des Erweiterungsmoduls durch einen Steckverbinder gebildet, der sowohl für die mechanische Befestigung des Erweiterungsmoduls an der Gehäusewand als auch zur elektronischen Kopplung mit der Recheneinrichtung genutzt wird. Der Steckverbinder kann beispielsweise ein DSUB-Stecker sein, der direkt mit seinen Sicherungsbolzen an der Gehäusewand fixiert wird.
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Das erfindungsgemäße Erweiterungsmodul benötigt kein eigenes Gehäuse, weil es an geeigneter Stelle in dem Gehäuse der Recheneinrichtung untergebracht werden kann. Es erübrigen sich daher auch die im industriellen Bereich üblicherweise notwendigen Abdichtungen und Abschirmungen gegen mechanische oder elektromagnetische Störungen. Irgendein besonderes Design oder Branding ist ebenfalls nicht nötig, weil die ungehäuste Hardware direkt in die Recheneinrichtung eingebaut werden kann. Ferner kann das erfindungsgemäße Erweiterungsmodul in Verbindung mit allen gängigen Hauptplatinen eingesetzt werden und benötigt keinerlei Redesign des Motherboards, weil es direkt über ein internes USB-Kabel mit einem PC-internen USB-Anschluss verbunden werden kann. Das USB-Kabel kann sowohl zur Stromversorgung des Erweiterungsmoduls als auch zur softwaremäßigen Verbindung mit der CPU des Rechners dienen.
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Die Erfindung schafft somit eine besonders platzsparende und flexible Lösung für eine industrielle Kommunikations-Schnittstelle, die keinerlei Redesign des Motherboards des Industrie-PCs erfordert und daher auch für kleine Stückzahlen interessant ist. Da das erfindungsgemäße Erweiterungsmodul innerhalb des Rechnergehäuses montiert wird, wird für die industrielle Kommunikations-Schnittstelle kein zusätzliches externes Gerät mit den damit einhergehenden Nachteilen benötigt. In der bevorzugten Ausführung des Erweiterungsmodul sind der Kommunikationsprozessor und der Kommunikationsanschluss an einer Leiterplatte angebracht, die beispielsweise direkt über einen Steckverbinder (externer Kommunikationsanschluss) an der Innenwand des Rechnergehäuses montiert wird.
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Die Erfindung sieht auch eine Recheneinrichtung mit einem Erweiterungsmodul der oben beschriebenen Art vor. Wie erwähnt ist der USB-Anschluss in Verbindung mit dem Erweiterungsmodul auf dem Motherboard des Rechners vorgesehen. Aus Sicht des Rechners wird das Erweiterungsmodul genauso bedient wie andere, an einen externen USB-Anschluss angeschlossene Gerate. Im Gegensatz zur Verwendung eines externen USB-Geräts ergibt sich durch die Erfindung jedoch eine deutlich kompaktere Bauform des Gesamtsystems, eine höhere Stabilität, ein geringeres Gewicht und einen höheren Integrationsgrad. Zusätzliche Maßnahmen zur Abdichtung oder Abschirmung des Erweiterungsmoduls sind nicht notwendig, weil dies durch das Rechnergehäuse mit übernommen wird.
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Dadurch schafft die Erfindung eine besonders platzsparende und einfach zu handhabende Lösung für eine integrierte industrielle Kommunikationsschnittstelle, beispielsweise eine CAN-Schnittstelle.
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Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Erweiterungsmoduls, das innerhalb eines Rechnergehäuses in einer Recheneinrichtung montiert ist.
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In der Figur ist schematisch eine Recheneinrichtung 10 mit einem Rechnergehäuse 12 dargestellt. Die Recheneinrichtung weist unter anderem eine Hauptplatine oder Motherboard, schematisch bei 14 dargestellt, mit einer Reihe von internen USB-Anschlüssen 16. In der Recheneinrichtung 10, genauer innerhalb des Rechnergehäuses 12, ist erfindungsgemäß ein Erweiterungsmodul 18 vorgesehen, das mit einem der USB-Anschlüsse 16 verbunden ist und eine industrielle Kommunikations-Schnittstelle bereitstellt. Die Verbindung zwischen dem Erweiterungsmodul 18 und der USB-Schnittstelle 16 erfolgt über ein kurzes internes USB-Kabel 20, das direkt mit einem der internen USB-Anschlüsse 16 verbunden werden kann, ohne dass irgendeine Umgestaltung des Motherboards 14 notwendig wäre. In der Regel weisen übliche Industrie-PCs eine Reihe freier interner USB-Anschlüsse auf, die hierfür verwendet werden können.
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Das erfindungsgemäße Erweiterungsmodul 18 umfasst einen Kommunikationsprozessor (nicht gezeigt), der Software und/oder Firmware zur Steuerung und Beobachtung der Kommunikation zwischen einem Feldbus und einer CPU der Recheneinrichtung aufweist. Beispielsweise aus dem Automobilbereich ist der Einsatz solcher Kommunikationsprozessoren in VCI(Vehicle Communication Interface)-Systemen bekannt. Ein VCI ist ein Zwischenglied oder eine Schnittstelle zwischen einem nicht echtzeitfähigen Bedienrechner, wie dem Industrie-PC, und der Echtzeitkommunikation eines Fahrzeugs. Ein VCI leistet im Wesentlichen drei Aufgaben, nämlich die Kommunikation mit den Steuerungscomputern eines Fahrzeugs in Echtzeit, die Aufbereitung der Daten zur Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und dem PC unter Berücksichtigung verschiedener Protokolle und die Übermittlung und den Empfang von Daten an und von dem steuernden PC. Zusätzlich kann ein VCI Hardware-Aufgaben übernehmen, wie die Anpassung der Fahrzeugspannung an die Spannung des übergeordneten PCs sowie die galvanische Trennung von Fahrzeugelektronik und übergeordnetem PC. Die Funktion solcher VCIs und des zugehörigen Kommunikationsprozessor ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Ein weiteres Beispiel solcher Kommunikationsprozessoren findet sich in der Fabrikautomatisierung in Form von PROFIBUS-Masterbaugruppen für Industriesteuerungen. Eine PROFIBUS-Masterbaugruppe ist ein Zwischenglied oder eine Schnittstelle zwischen einer Steuerungssoftware in der Industriesteuerung und den von ihr über den Feldbus PROFIBUS angesteuerten dezentralen Automatisierungsgeräten der automatisierten Fabrikanlage, wie Antriebe, Sensoren und Ein/Ausbgabe-Baugruppen. Eine PROFIBUS-Masterbaugruppe leistet im Wesentlichen drei Aufgaben, nämlich die Kommunikation mit den Automatisierungsgeräten in Echtzeit, die Pufferung und Aufbereitung der Daten zur Kommunikation zwischen den Automatisierungsgeräten und der Industriesteuerung gemäß dem eingesetzten Feldbusstandard und die Übermittlung von Sende- und Empfangsdaten von und zu der Industriesteuerung. Die Funktion solcher Industriesteuerungen und des zugehörigen Kommunikationsprozessor ist aus dem Stand der Technik bekannt.
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Erfindungsgemäß ist der Kommunikationsprozessor in dem Erweiterungsmodul 18 vorzugsweise auf einer Leiterplatte angeordnet, die auch einen Steckverbinder 22 trägt, der den externen Anschluss der Kommunikations-Schnittstelle des Erweiterungsmoduls bereitstellt. Der externe Kommunikationsanschluss 22 kann beispielsweise die Form eines SUB-Steckers oder jedes anderen geeigneten Steckverbinders haben. Es kann an einer Stirnkante der Leiterplatte angebracht sein. Vorzugsweise wird dieser Steckverbinder direkt mit seinen Befestigungsbolzen 24 an dem Gehäuse 12 der Recheneinrichtung 10 angebracht und positioniert und fixiert somit das Erweiterungsmodul 18 in dem Rechner 10. Hierzu ist es lediglich notwendig, einen entsprechenden Durchbruch in dem Rechnergehäuse 12 vorzusehen. Das erfindungsgemäße Erweiterungsmodul 18 kann an jeder geeigneten Stelle innerhalb der Recheneinrichtung, dort wo ausreichend Platz ist, angeordnet werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Recheneinrichtung
- 12
- Rechnergehäuse
- 14
- Hauptplatine oder Motherboard
- 16
- USB-Anschlüsse
- 18
- Erweiterungsmodul
- 20
- USB-Kabel
- 22
- Kommunikationsanschluss
- 24
- Befestigungsbolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004/0033734 A1 [0006]
- CN 201732318 U [0006]
