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Die Erfindung betrifft eine feldbusfähige Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im industriellen Umfeld werden häufig Anlagen genutzt, bei denen die Geräte über einen Feldbus miteinander verbunden sind. Allgemein sind die Teilnehmer in derartigen Installationen Sensoren und Aktoren vielfältiger Art. Eine besondere Klasse von Sensoren bilden die optoelektronischen Sensoren, deren Erkennung also auf Licht basiert, und unter diesen nochmals speziell die Codeleser. Damit sind optoelektronische Barcodescanner, aber auch kamerabasierte Systeme gemeint, die ein Bild des Codebereiches aufnehmen und den Codeinhalt mittels Bildverarbeitung auslesen. Die decodierten Inhalte werden dann über den Feldbus ausgetauscht, um sie mit anderen Informationen verknüpft zu speichern oder weiterzuverarbeiten, oder um weitere Prozessschritte einzuleiten.
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Eine Anwendung von derart über einen Feldbus in Kommunikationsverbindung stehenden Codelesern sind sogenannte Lesetunnel, in denen mehrere Codeleser aus ihren jeweiligen verschiedenen Perspektiven Codes von Objekten lesen, die mittels einer Förderanlage den Lesebereich der Codeleser passieren. Anschließend werden die Objekte anhand der Codeinformationen sortiert und ihrem Bestimmungsort zugeführt. Solche Anwendungen findet man beispielsweise in Logistikzentren oder bei der Gepäckabfertigung an Flughäfen. Um die beteiligten Sensoren zu koordinieren, nimmt auch eine Steuerung an der Feldbuskommunikation teil, welche Daten empfängt, auswertet und die entsprechenden Aktionen auslöst.
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Eine andere Art der Codeerfassung stellt das Auslesen von RFID-Tags (Radio Frequency Identification) dar. Dementsprechend gibt es auch Lesetunnel, die auf RFID basieren, oder Hybridanwendungen mit sowohl optoelektronischen Codelesern als auch RFID-Lesern, die sich gegenseitig ergänzen.
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Ein bekanntes Beispiel für einen Feldbus ist der CAN-Bus(Controller Area Network). Für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb des CAN-Busses sollten die Busenden mit einem definierten Widerstand terminiert oder abgeschlossen sein. Dies ist beispielhaft in 3 für ein herkömmliches CAN-Bussystem 100 gezeigt. Drei Teilnehmer 102, 104, 106, von denen der erste Teilnehmer 102 als Master fungiert, sind mittels CAN-Bus zu einer linearen Topologie verschaltet. Dazu dienen zwei mit H(igh) und L(ow) bezeichnete Busleitungen 108, 110. Der erste Teilnehmer 102 an dem einen Ende und der dritte Teilnehmer 106 an dem anderen Ende der Linienanordnung sind jeweils mit einem Widerstand 112a–b zwischen der High-Leitung 108 und der Low-Leitung 110 abgeschlossen. Bei einem CAN-Bus beträgt der Wert des Widerstands 112a–b in der Regel 120 Ω.
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In Systemen mit mehreren Geräten erfolgt der Abschluss üblicherweise mit einem externen Terminierungsstecker, der mit einem standardisierten Anschluss wie M12 an die Enden der CAN-Bus-Leitung angeschlossen wird. Manchmal ist der Abschluss auch mittels eines Schalters oder Jumpers (Steckbrücke) konfigurierbar.
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Gerade bei größeren oder unübersichtlichen Installationen, bei denen sich die am CAN-Bus beteiligten Geräte außer Sicht befinden oder hinter anderen Komponenten verbaut sind, ist es schwierig festzustellen, ob ein Terminierungsstecker angeschlossen ist beziehungsweise ob ein entsprechender Schalter oder Jumper gesetzt wurde. Dementsprechend bedarf es dann größeren Aufwands und ist je nach Installationssituation fast unmöglich herauszufinden, ob der CAN-Bus an den Busenden terminiert ist oder nicht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise dafür zu sorgen, dass die Teilnehmer eines Feldbussystems ordnungsgemäß miteinander verbunden werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine feldbusfähige Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, dass die Terminierung beziehungsweise der Abschluss des Feldbusses als aktivierbare Funktion der an dem Feldbus teilnehmenden feldbusfähigen Vorrichtung vorgesehen ist. Die Terminierung ist also von vorne herein an der feldbusfähigen Vorrichtung vorhanden und wird abhängig von der Position der feldbusfähigen Vorrichtung innerhalb einer Feldbustopologie wahlweise mittels einer Aktivierungseinrichtung elektrisch wirksam verbunden oder nicht. Sinnvollerweise erfolgt diese Aktivierung der Terminierung für Vorrichtungen an den Busenden, also den beiden Enden der Linearanordnung einer linearen Topologie oder beispielsweise an den Enden jedes Strangs in einer Sterntopologie. Zugleich ist eine Statusprüfungseinheit vorgesehen, die den eingestellten Aktivierungszustand der Terminierung erkennt. Die Terminierungseinrichtung und die Statusprüfeinheit können intern, aber auch in einem Zwischenstecker vorgesehen sein, über den die feldbusfähige Vorrichtung mit dem Feldbussystem verbunden wird.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Terminierung in einem Feldbussystem auf einfache Weise einstellbar wird. Zugleich wird die Möglichkeit geschaffen, den tatsächlichen gegenwärtigen Status der Terminierung eines Feldbussystems für eine rasche Diagnose und Visualisierung zu ermitteln. Damit wird die Installation, besonders aber die Wartung und Fehlersuche in einem Feldbussystem erleichtert und beschleunigt.
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Die Aktivierungseinheit ist bevorzugt an eine erste Leitung angeschlossen, über welche die Aktivierungseinheit elektronisch schaltbar ist. Ausgelöst wird das Umschalten über Bedienelemente an der feldbusfähigen Vorrichtung oder indem eine übergeordnete Steuerung einen entsprechenden Befehl an die interne Steuerungseinheit der feldbusfähigen Vorrichtung erteilt. Bei der übergeordneten Steuerung kann es sich um einen weiteren Teilnehmer des Feldbussystems handeln. Ein anderes Beispiel ist ein Computer mit einem Konfigurationstool, der insbesondere drahtlos mit der feldbusfähigen Vorrichtung verbunden wird und auf dem ein Konfigurationstool installiert ist. Dabei sollen Computer im weitesten Sinn verstanden werden und Mobilgeräte wie Smartphones, Notebooks, Tablets und dergleichen einschließen. Die erste Leitung gehört zu der feldbusfähigen Vorrichtung und sollte nicht mit einem Teil des Feldbusses verwechselt werden. Dennoch ist indirekt auch das Schalten über den Feldbus möglich, indem ein entsprechender Befehl an die interne Steuerungseinheit der feldbusfähigen Vorrichtung übertragen wird, die daraufhin die Aktivierungseinheit über die interne erste Leitung umschaltet. Alternativ zu einer elektrisch schaltbaren Aktivierungseinheit kann ein mechanischer Schalter oder ein Jumper vorgesehen sein.
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Die Statusprüfungseinheit ist bevorzugt an eine zweite Leitung angeschlossen, über welche der Aktivierungszustand auslesbar ist. Die Ausführungen zu einem elektronischen Schalten der Aktivierungseinheit mittels einer ersten Leitung im vorigen Absatz gelten sinngemäß auch für das Auslesen des Aktivierungszustands mittels der zweiten Leitung. Die zweite Leitung ist also interner Bestandteil der feldbusfähigen Vorrichtung und wird vorzugsweise von der internen Steuerungseinheit genutzt, um den Aktivierungszustand abzufragen und weiterzuverarbeiten, am Gerät anzuzeigen oder an andere Instanzen zu kommunizieren.
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Der Aktivierungszustand weist bevorzugt einen der Status Terminierung inaktiv, Terminierung aktiv und Terminierung Fehler auf. Die beiden zuerst genannten Zustände entsprechen direkt wie bei einem Schalter der Information, ob gegenwärtig an der feldbusfähigen Vorrichtung der Feldbus terminiert wird oder nicht. Der zusätzliche Fehlerzustand tritt beispielsweise auf, wenn eine Terminierung aktiv gesetzt wird, die Statusprüfeinheit sie aber weiterhin als inaktiv erkennt. Eine andere Möglichkeit ist, wenn die Terminierungen in dem Feldbussystem inkonsistent sind, also Terminierungen an den Busenden nicht aktiviert oder Terminierungen an Vorrichtungen aktiviert sind, die kein Busende bilden.
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Die interne Steuerungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, den Aktivierungszustand mittels der Statusprüfungseinheit auszulesen und an einer Schnittstelle einer Diagnosevorrichtung bereitzustellen. Damit wird ein Fernzugriff auf den Aktivierungszustand ermöglicht. Die dafür genutzte Schnittstelle der feldbusfähigen Vorrichtung kann, muss aber nicht mit der Feldbusschnittstelle übereinstimmen. Die darauf zugreifende Diagnose- oder Konfigurationsvorrichtung auf einem Computer beziehungsweise Mobilgerät ermöglicht, das Feldbussystem zu überwachen, zu warten, zu konfigurieren oder Fehler festzustellen. Dazu muss der Servicetechniker aufgrund des Fernzugriffs nicht vor Ort sein beziehungsweise zumindest keinen Sichtkontakt zu der betroffenen feldbusfähigen Vorrichtung aufnehmen.
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Die feldbusfähige Vorrichtung weist bevorzugt eine Anzeigeeinheit auf, um den Aktivierungszustand an der feldbusfähigen Vorrichtung anzuzeigen. In Ergänzung oder alternativ zu einem Zugriff über eine Schnittstelle wird hier der Aktivierungszustand direkt am Gerät visualisiert. Dazu kann eine Anzeige mit Text- oder Bildelementen dienen. Vorzugsweise weist aber die Anzeigeeinheit eine insbesondere mehrfarbige LED auf. Der Aktivierungszustand wird auf dieser LED durch verschiedene Farben oder auf andere Weise codiert, beispielsweise durch mehrere LED oder einen Blinkcode. Entsprechende Visualisierungen sind auch in einem Diagnose- oder Konfigurationstool denkbar, welches den Aktivierungszustand über eine Schnittstelle der feldbusfähigen Vorrichtung ausliest.
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Bei der feldbusfähigen Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen optoelektronischen Sensor, insbesondere einen Codeleser, um einen RFID-Leser oder um eine Steuervorrichtung zum Anschluss mindestens eines optoelektronischen Sensors. In einigen Systemen werden mehrere optoelektronische Sensoren oder RFID-Leser als Slaves mit einer als Master eingerichteten Steuervorrichtung zu einem Feldbussystem verbunden. Diese Aufteilung ist aber nicht zwingend, denn beispielsweise kann auch einer der teilnehmenden Sensoren als Master fungieren.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
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1 eine Blockdarstellung eines Feldbussystems mit teilnehmenden feldbusfähigen Vorrichtungen, welche aktivierbare Terminierungen und zugehörige Statusprüfungseinheiten zur Erkennung des Aktivierungszustands der Terminierungen aufweisen;
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2 eine Schaltskizze einer Terminierungseinrichtung; und
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3 eine vereinfachte Blockdarstellung eines Feldbussystems mit Terminierung nach dem Stand der Technik.
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1 zeigt eine Blockdarstellung eines Feldbussystems 10 mit beispielhaft drei teilnehmenden feldbusfähigen Vorrichtungen 12a–c in einer linearen Topologie. Die feldbusfähigen Vorrichtungen sind wie einleitend diskutiert beispielsweise optoelektronische Sensoren, RFID-Leser oder Steuerungsvorrichtungen dafür in einem Lesetunnel, wobei die Erfindung aber auf diese speziellen Ausgestaltungen weder in Bezug auf die teilnehmenden Sensoren oder Aktoren noch das Zusammenschalten zu einem Lesetunnel oder die lineare Topologie beschränkt ist.
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Da die Beschreibung auf die Terminierung innerhalb des Feldbussystems gerichtet ist, können die feldbusfähigen Vorrichtungen 12a–c gleichartig dargestellt werden. Im Hinblick auf ihre eigentliche Funktion, ob es sich also um Steuerungseinheiten, um Codeleser oder um ganz andere Sensoren oder Aktoren handelt, unterscheiden sich die feldbusfähigen Vorrichtungen 12a–c trotz dieser gleichartigen Darstellung meist erheblich.
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Die Verbindung zu einem Feldbussystem 10, insbesondere nach dem CAN-Bus-Standard, erfolgt über eine High-Leitung 14 und eine Low-Leitung 16. Die jeweilige feldbusfähige Vorrichtung 12a–c weist eine Feldbusschnittstelle 18a–c auf, an welche die High-Leitung 14 und die Low-Leitung 16 angeschlossen ist. Die Feldbusschnittstelle ist mit einer internen Steuerung 20a–c der feldbusfähigen Vorrichtung 12a–c verbunden, um Daten über den Feldbus auszutauschen.
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Damit der Feldbus fehlerfrei funktioniert, sollte er an den Busenden terminiert beziehungsweise abgeschlossen werden, im Beispiel der 1 also an der feldbusfähigen Vorrichtung 12a am linken und an der feldbusfähigen Vorrichtung 12c am rechten Ende der linearen Topologie. Im Falle eines CAN-Busses wird dazu üblicherweise ein passiver Abschlusswiderstand 22a–c von 120 Ohm verwendet. Prinzipiell sind auch andere und sogar aktive Terminierungen bei Feldbussen denkbar.
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Der Abschlusswiderstand 22a–c ist Teil einer Terminierungseinrichtung 24a–c, mit welcher der Abschlusswiderstand 22a–c wahlweise, insbesondere je nach Position der feldbusfähigen Vorrichtung 12a–c innerhalb der Topologie, den Feldbus an der zugehörigen feldbusfähigen Vorrichtung 12a–c terminiert oder nicht. Dazu dient ein Schalter 26a–c der Terminierungseinrichtung 24a–c, welcher eine elektrische Verbindung der High-Leitung 14 und der Low-Leitung 16 über den Abschlusswiderstand 22a–c herstellt oder unterbricht.
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Die interne Steuerung 20a–c kann den Schalter 26a–c über eine Aktivierungseinheit 28a–c betätigen. Umgekehrt kann die interne Steuerung 20a–c den Aktivierungszustand der Terminierungseinrichtung 24a–c mittels einer Statusprüfungseinheit 30a–c erkennen. Damit wird die Terminierung der feldbusfähigen Vorrichtung 12a–c vollständig konfigurierbar und diagnostizierbar. Es ist nicht erforderlich, Terminierungen eigens anzustecken oder zu überprüfen, ob entsprechende Terminierungen an den richtigen Stellen angesteckt sind. Diese Funktionalität wird vielmehr vollständig über die interne Steuerung 20a–c zugänglich.
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Die Konfiguration und Visualisierung der Terminierung kann lokal oder per Fernzugriff erfolgen. Für einen lokalen Zugang sind optional eine Betätigungseinrichtung 32a–c und eine Anzeige 34a–c vorgesehen. Die Betätigungseinrichtung 32a–c ist beispielsweise als Bedienknopf oder Schnittstelle ausgebildet und betätigt direkt oder über die interne Steuerung 20a–c vermittelt den Schalter 26a–c. Die Anzeige 34a–c wird in 1 durch eine insbesondere mehrfarbige LED dargestellt, die den Aktivierungszustand in Form eines Blinkcodes oder eines Farbcodes visualisiert. Als Aktivierungszustand mit verschiedenen Farben oder Blinksequenzen werden vorzugsweise zumindest die Zustände Terminierung aktiv und Terminierung inaktiv unterschieden. Weitere Aktivierungszustände sind denkbar, etwa ein Fehlerzustand, bei dem trotz Betätigen des Schalters 26a–c keine Veränderung des Aktivierungszustands erkannt wurde, oder wenn eine feldbusfähige Vorrichtung 12a–c erkennt, dass ihr Terminierungszustand inkonsistent mit ihrer Position innerhalb der Topologie des Feldbussystems 10 ist.
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Die LED der Anzeige 34a–c kann eine dedizierte LED zur Anzeige der Terminierung, aber auch eine Doppelnutzung einer ohnehin vorhandenen LED sein, beispielsweise einer LED, die sonst Datenverkehr an der Feldbusschnittstelle 18a–c anzeigt. Auch eine integrierte Anzeige mit beliebigen Texten und Symbolen ist denkbar.
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Ein Fernzugriff erfolgt über den Feldbus oder die in diesem Fall als weitere Schnittstelle ausgebildete Betätigungseinrichtung 32a–c. Daran wird, drahtgebunden oder drahtlos, ein Computer oder Mobilgerät mit einem Konfigurations- beziehungsweise Diagnosetool angeschlossen, um die Aktivierungszustände der feldbusfähigen Vorrichtungen 12a–c des Feldbussystems 10 zu verändern oder anzuzeigen. Hier ergeben sich alle Darstellungsvarianten, welche die feldbusfähige Vorrichtung 12a–c lokal anbieten könnte, und wegen der höheren Flexibilität eines Konfigurations- und Diagnosetools noch weitere.
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Es muss nicht jede feldbusfähige Vorrichtung 12a–c in einem Feldbussystem 10 wie in 1 dargestellt eine Terminierungseinrichtung aufweisen, sondern es sind auch heterogene Feldbussysteme denkbar, in denen unterschiedliche feldbusfähige Vorrichtungen verbunden sind. Beispielsweise benötigt die feldbusfähige Vorrichtung 12b an ihrer Position keine Terminierung, dem sowohl durch Deaktivieren einer Terminierungseinrichtung 24a–c als auch dadurch Rechnung getragen werden kann, dass die feldbusfähige Vorrichtung 12b gar nicht ohne zusätzliche Komponenten terminiert werden kann. Außerdem kann die Feldbusschnittstelle 18a–c samt der Terminierungseinrichtung 26a–c einschließlich Aktivierungseinheit 28a–c und Statusprüfungseinheit 30a–c auch an eine Vorrichtung angesteckt werden, um auf diese Weise eine erfindungsgemäße feldbusfähige Vorrichtung 12a–c zu bilden.
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Um die Terminierung einer feldbusfähigen Vorrichtung 12a–c einzustellen und deren Aktivierungszustand zu erkennen, bedarf es des Schalters 26a–c, eines entsprechenden Jumpers oder ähnlichem, und einer Feedbackschaltung, die auf die Umschaltung der Terminierung reagiert und von der internen Steuerung 20a–c ausgewertet wird. Es gibt also zwei parallele Signalpfade, die jeweils mindestens zwei Zustände entsprechend einer aktiven oder nicht aktiven Terminierung annehmen können.
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Dies wird in einer Schaltskizze der Terminierungseinheit 24 gemäß 2 illustriert. Wie in der gesamten Beschreibung bezeichnen darin gleiche Bezugszeichen die gleichen Merkmale. Auf dem einen Signalpfad 36 wirkt die Aktivierungseinrichtung 28 auf den Schalter 26 ein, um die elektrische Verbindung von High-Leitung 14 und Low-Leitung 16 über den Abschlusswiderstand 22 herzustellen oder zu unterbrechen. Auf dem anderen Signalpfad 38 wird je nach Zustand des Schalters 26 beziehungsweise der Terminierung ein entsprechendes Feedbacksignal erzeugt und von der Statusprüfungseinheit 30 erkannt.
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Das Feedbacksignal kann unmittelbar einen digitalen Eingang der internen Steuerung 20 aktivieren oder deaktivieren. In dieser Implementierung entfällt eine eigene Statusprüfungseinheit 30, die dann Teil der internen Steuerung 20 geworden ist. Da nicht immer ein digitaler Eingang vorhanden ist, kann die interne Steuerung 20 auch indirekt das Feedback über die Statusprüfungseinheit 30 erhalten. Dabei wird beispielsweise zunächst eine I/O-Erweiterung mit der Signalleitung 38 des Feedbacksignals verbunden, die dann ihrerseits über eine insbesondere serielle Schnittstelle wie SPI oder I2C mit der internen Steuerung 20 kommuniziert. In einer derartigen Ausführungsform ist die Signalleitung 38 des Feedbacksignals auf einen Eingang für ein Adressbit eines EEPROM verschaltet. Das Feedbacksignal verändert dann die I2C-Adresse des EEPROM in diesem Bit, woraus die interne Steuerung den Aktivierungszustand entnimmt. Es sind auch noch komplexere Feedbackschaltungen denkbar.
