DE4216242A1 - Identifizierung von Sensoren / Aktuatoren in Bussystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung von an einem Bussys­ tem angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren, wobei die Sensoren und Aktua­ toren von einer ebenfalls am Bussystem angeschlossenen Rechnereinheit gesteu­ ert werden, wobei die Sensoren und Aktuatoren über Schnittstellenbausteine an die Busleitungen angeschlossen sind und jedem Schnittstellenbaustein wenig­ stens ein Sensor oder Aktuator zugeordnet ist.

In der Praxis werden Bussysteme für Sensoren und Aktuatoren vorwiegend für komplexe Regelungs- und Steuerungsprozesse eingesetzt. Die Sensoren übermit­ teln üblicherweise Prozeßdaten an die Rechnereinheit, während die Aktuatoren Informationen aus der Rechnereinheit in Regel- oder Steuerkreisen in Schaltvor­ gänge oder ähnliche physikalische Prozesse umsetzen. Dabei werden alle Steuer- und Regelprozesse von der Rechnereinheit zentral verwaltet und koordiniert.

Je nach Anwendung können typischerweise bis zu 255 Aktuatoren und Sensoren an eine Rechnereinheit angeschlossen sein. Um den Verkabelungsaufwand in Grenzen zu halten, werden Bussysteme mit Busklemmen verwendet, an die je­ weils mehrere ein Sub-Bussystem bildende Schnittstellenbausteine angeschlos­ sen sein können. An jeden Schnittstellenbaustein wiederum können ein oder mehrere Sensoren und/oder Aktuatoren angeschlossen werden.

Nachteilig bei bekannten Verfahren dieser Art ist jedoch, daß eine Identifikation der am Bussystem angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren nur eingeschränkt möglich ist. Insbesondere bei der Installationsphase des Bussystems fehlt einem Benutzer dieses Bussystems eine direkte Eingriffs- oder Kontrollmöglichkeit, ob einem bestimmten Sensor oder Aktuator die gewünschte Kennung tatsächlich übertragen wird. Eine fehlersichere Identifizierung des Sensors oder Aktuators ist i. a. nur über die verschiedenen Funktionen der Sensoren oder Aktuatoren im Bussystem möglich.

Demzufolge können Sensoren oder Aktuatoren gleicher Bauart von der Rechner­ einheit nicht unterschieden werden, wenn die Anschlüsse der Sensoren oder Ak­ tuatoren mit verschiedenen Funktionen des von der Rechnereinheit gesteuerten Prozesses belegt sind.

In derartigen Bussystemen können Sensoren oder Aktuatoren nur gegen iden­ tische Gegenstücke ausgetauscht werden. Dies schränkt zum einen die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten des Bussystems stark ein. Zum anderen besteht bei einem Auswechseln eines Sensors oder Aktuators die Gefahr, daß durch eine Fehlbelegung einer Sensor- oder Aktuatorfunktion das gesamte Bussystem feh­ lerhaft arbeitet.

Um eine Unterscheidung der am Bussystem angeschlossenen Sensoren oder Ak­ tuatoren zu gewährleisten, kann in der Steuerungssoftware der Rechnereinheit ein entsprechendes Auswerteprogramm vorgesehen sein. Dies bedeutet jedoch einen beträchtlichen zusätzlichen Rechenaufwand in der Rechnereinheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bussystem so auszubilden, daß die an die Rechnereinheit angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren einfach und schnell identifiziert und gegebenenfalls ausgetauscht werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor oder Ak­ tuator einen Schalter aufweist, und daß nach Betätigen dieses Schalters eine Kennung von der Rechnereinheit an den dem Sensor oder Aktuator zugeordne­ ten Schnittstellenbaustein übertragen wird.

Durch das Auslösen des Schaltvorgangs am Sensor oder Aktuator kann ein Be­ nutzer des Bussystems beispielsweise beim Austausch von Sensoren oder Aktu­ atoren am Bussystem auf einfache Weise den betreffenden Sensor oder Aktuator auswählen und gleichzeitig über die Rechnereinheit kontrollieren, ob der Aus­ tausch dort korrekt registriert wurde. Zudem kann ein Austausch von Sensoren und Aktuatoren am Bussystem durchgeführt werden, ohne daß die Steuerungs­ software in der Rechnereinheit geändert werden muß.

Bei Bussystemen mit zufälligem Buszugriffsverfahren werden von der Rech­ nereinheit Daten in Form von Datenworten übertragen. Die Kennung bildet einen Teil dieser Datenworte. Die Datenworte können prinzipiell von jedem der am Bussystem angeschlossenen Sensoren oder Aktuatoren übernommen werden.

Im allgemeinen können die Kennungen so strukturiert sein, daß je nach aktuel­ lem Wert der Kennung ein oder mehrere Sensoren oder Aktuatoren das zur Kennung gehörige Datenwort empfangen können. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann jedem Sensor oder Aktuator eine im Bussystem eindeutige Kennung zugewiesen werden. Diese Zuweisung wird vom Benutzer selbst durchgeführt und kann somit einfach überwacht werden. Spätere Änderungen der Kennung können einfach und ohne Gefahr von Verwechslungen vorgenom­ men werden.

Bei Bussystemen mit kontrolliertem Buszugriff werden die Sensoren oder Aktu­ atoren zweckmäßigerweise unter einer Adresse zyklisch aufgerufen, wobei vor­ teilhafterweise die Adresse die Kennung bildet. Jeder Aufruf eines Sensors oder Aktuators von der Rechnereinheit wird durch den betreffenden Sensor oder Ak­ tuator mit einer Antwort quittiert. Dabei besteht jeder Aufruf der Rechnereinheit aus einem Datenwort, das vorzugsweise einen Adreßteil und einen Informations­ teil aufweist, während die Antwort der Sensoren und Aktuatoren aus Datenwor­ ten besteht, die lediglich einen Informationsteil aufweisen.

Der Adreßteil enthält die Adresse des anzusprechenden Sensors oder Aktuators. Die Informationsteile der Datenworte enthalten die Daten, die zwischen den Sensoren und Aktuatoren einerseits und der Rechnereinheit andererseits ausge­ tauscht werden. Insbesondere wird während der Installationsphase im Informa­ tionsteil des Aufrufs der Rechnereinheit die Kennung an den jeweiligen Sensor oder Aktuator übertragen. Das Quittierungssignal des Sensors oder Aktuators wird im Informationsteil des Datenworts an die Rechnereinheit übertragen. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren allein für Bussysteme mit kontrolliertem Buszugriff beschrieben.

Die Identifikation des Sensors oder Aktuators sowie das Einlesen der Kennung in den Schnittstellenbaustein erfolgt zweckmäßigerweise nicht während der ge­ samten Betriebsdauer des Bussystems, sondern während einer Installationsphase, deren Beginn und Ende von der Rechnereinheit vorgegeben werden. Dabei kann vorteilhafterweise die Dauer der Installationsphase von einem Benutzer des Bus­ systems über eine Eingabeeinheit an der Rechnereinheit eingegeben werden. Beispielsweise kann die Eingabe über ein an die Rechnereinheit angeschlossenes Terminal erfolgen.

Zu Beginn der Installationsphase wird die Kennung über die Eingabeeinheit in die Rechnereinheit eingegeben. Alternativ können Tabellenwerte aus der Steue­ rungssoftware der Rechnereinheit hierfür eingelesen werden. Daraufhin wird der Schaltvorgang am Schalter des Schnittstellenbausteins von einem Benutzer des Bussystems ausgelöst. Auf diese Weise kann der Sensor oder Aktuator einfach und schnell im Bussystem identifiziert werden. Zweckmäßigerweise kann der Schalter allein während der Installationsphase aktiviert sein. Dies kann beispiels­ weise über die Steuerungssoftware der Rechnereinheit erfolgen. Im Anschluß daran wird dem Schnittstellenbaustein von der Rechnereinheit die Kennung zu­ gewiesen.

Die Kennung wird im Schnittstellenbaustein vorzugsweise in einem EEPROM nichtflüchtig gespeichert. Danach sendet der Schnittstellenbaustein ein Quittie­ rungssignal, womit die Installationsphase für den betreffenden Sensor oder Ak­ tuator beendet ist.

Die Installationsphase kann beispielsweise mit der Inbetriebnahme des gesamten Bussystems zusammenfallen. In diesem Fall werden zweckmäßigerweise vor Beginn der Installationsphase die die Kennungen bildenden Adressen der am Bus angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren über die Rechnereinheit auf einen Wert I₀ gesetzt, der außerhalb des Wertebereichs der zu vergebenen Zah­ lenwerte für die Adressen liegt.

Danach wird beispielsweise an einem Sensor der Schalter aktiviert. Daraufhin wird dem Sensor von der Rechnereinheit ein von I₀ verschiedener Adreßwert I₁ zugewiesen, der ebenfalls außerhalb des Wertebereichs der zu vergebenen Zahlenwerte für die Adressen liegt. Vorzugsweise sind die Werte I₀ und I₁ der einzelnen Sensoren oder Aktuatoren in den diesen Sensoren oder Aktuatoren zu­ geordneten Schnittstellenbausteinen gespeichert. Beim nächsten Aufrufzyklus der Rechnereinheit kann dem Sensor, dem der Wert I₁ zugeordnet ist, und damit von den anderen angeschlossenen Sensoren oder Aktuatoren, denen der Wert I₀ zugeordnet ist, eindeutig unterscheidbar ist, die zu vergebende Adresse zugewie­ sen werden. Die Adresse wird in dem dem Sensor zugeordneten Schnittstellen­ baustein nichtflüchtig gespeichert.

Ein derartiger Adressiervorgang setzt voraus, daß jeweils nur ein Sensor oder Aktuator pro Installationsvorgang adressiert werden kann. Diese Einschränkung kann durch eine Erweiterung des Wertes I₁ auf jeweils verschiedene Werte I⁰₁, . . . I₁ ⁿ (n < 1) vermieden werden.

Für die darauffolgenden Adressierungen wird das Verfahren wiederholt, wobei der einzige Unterschied zur ersten Adreßvergabe darin besteht, daß Sensoren oder Aktuatoren, die bereits adressiert wurden, keine Werte I₀ mehr zugewiesen werden, sondern die ihnen zugewiesenen Adressen beibehalten.

Vorzugsweise weist die Rechnereinheit eine Koppeleinheit auf, an der über Bus­ leitungen die Schnittstellenbausteine der Sensoren und Aktuatoren angeschlossen sind. Die Koppeleinheit steuert dabei einerseits alle Funktionen des Bussystems und kommuniziert andererseits mit der restlichen Rechnereinheit. Zweckmäßi­ gerweise ist auch die Eingabeeinheit an der Koppeleinheit angeschlossen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist jeder Schnittstellenbaustein einen Busanschluß auf, so daß jeder Sensor und Aktuator direkt mit der übergeordne­ ten Rechnereinheit kommuniziert.

An den Schnittstellenbaustein können zweckmäßigerweise mehrere Sensoren und Aktuatoren angeschlossen sein. Diese Ausführungsform ist besonders ko­ stengünstig, da aufgrund der geringen Anzahl der Schnittstellenbausteine die Anschlußkosten pro Sensor oder Aktuator an das Bussystem gering gehalten werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist jeder Schnittstellenbau­ stein einen Anschluß für einen Sensor oder Aktuator auf, wobei der Schnittstel­ lenbaustein vorzugsweise im Sensor oder Aktuator integriert ist.

Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß jeder Sensor oder Aktuator mit einer Busschnittstelle ausgestattet werden kann, die für mehrere Baugruppen von Sensoren und Aktuatoren einheitlich ausgebildet sein kann, so daß ein An­ schließen der Sensoren oder Aktuatoren an das Bussystem ohne weitere An­ schlußbausteine ermöglicht wird. Auch das Austauschen von Sensoren oder Ak­ tuatoren am Bussystem wird dadurch wesentlich vereinfacht.

Der Anschluß des Schnittstellenbausteins weist vorzugsweise eine Datenschnitt­ stelle und eine Parameterschnittstelle zur Ankopplung der Sensoren oder Aktua­ toren auf.

Zweckmäßigerweise sind die Datenschnittstellen und Parameterschnittstellen der Sensoren und Aktuatoren als Folge von Eingängen und Ausgängen ausgebildet. Die Datenschnittstelle wird bei jedem Aufruf der Rechnereinheit angesprochen, so daß beispielsweise Meßdaten der Sensoren oder Aktuatoren kontinuierlich über die Datenschnittstelle an die Rechnereinheit übertragen werden können.

Die Parameterschnittstelle wird dagegen in größerem, gegebenenfalls nichtperio­ dischen Zeitabständen angesprochen. Über die Parameterschnittstelle werden Pa­ rameterwerte der Sensoren oder Aktuatoren übertragen, die sich nicht oder nur langsam zeitlich verändern. Hierzu gehören beispielsweise Ausfall- und Voraus­ fallanzeigen bei Lichtschranken, sowie zweckmäßigerweise auch der die Instal­ lationsphase einleitende Schaltvorgang der Sensoren und Aktuatoren und die da­ ran anschließend von der Rechnereinheit ausgesandte Kennung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Bussystems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Rechnereinheit,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Schnittstellenbausteins.

In Fig. 1 ist ein Bussystem (1) mit drei über Busleitungen (2) an eine Rechner­ einheit (3) angeschlossenen Sensoren (4) dargestellt. Anstelle der Sensoren (4) können auch Aktuatoren (4) an das Bussystem (1) angeschlossen werden.

Die Rechnereinheit (3) steuert als übergeordnete Einheit alle Funktionen des Bussystems (1). Die Eingabeeinheit (5) ist zweckmäßigerweise als Terminal ausgebildet und über eine Leitung (8) mit der Rechnereinheit (3) verbunden.

Die Sensoren (4) weisen jeweils einen in den Sensoren (4) integrierten Schnitt­ stellenbaustein (6) auf. Im Schnittstellenbaustein (6) ist der Schalter (7), der zur Identifikation des Sensors (4) während der Installationsphase verwendet wird, integriert.

Die in Fig. 2 dargestellte Rechnereinheit (3) weist eine Koppeleinheit (9) zum Anschluß der Sensoren (4) auf. Die Rechnereinheit (3) besteht im wesentlichen aus einem Personalcomputer (PC) (10), der die Koppeleinheit (9) als Einschub­ karte enthält. Alternativ kann die Rechnereinheit (3) auch als SPS-Steuerung ausgebildet sein, in der die Koppeleinheit (9) in Form einer Masterkarte inte­ griert ist.

Die Koppeleinheit (9) enthält einen Controller (11), der alle Steuerungsfunktio­ nen des Bussystems (1) verwaltet und durchführt. Die Verbindung des Control­ lers (11) zu den Busleitungen (2) ist über eine Busankopplung (12) realisiert. Ferner ist der Controller (11) mit einem ebenfalls in der Koppeleinheit (9) inte­ grierten Dual Port RAM (Random Access Memory) (13) verbunden. Das Dual Port RAM bildet die Schnittstelle zum Anschluß an den PC (10). Die Kommu­ nikation zwischen PC (10) und Koppeleinheit (9) erfolgt zweckmäßigerweise über einen AT-Bus (14).

Ferner weist die Koppeleinheit (9) eine Terminalschnittstelle (15) zum Anschluß eines die Eingabeeinheit (5) bildenden Terminals auf. Die Terminalschnittstelle (15) wird vom Controller (11) angesteuert.

Der Schnittstellenbaustein (6) ist vorzugsweise als integrierter Schaltkreis (16), beispielsweise in Form eines ASIC, ausgebildet. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform weist der integrierte Schaltkreis (16) sechzehn Anschluß-Pins (17-32) auf.

Der Schnittstellenbaustein (6) ist im Gehäuse (33) des Sensors (4) integriert und weist einen Busanschluß (34) für die Busleitungen (2) auf. Der Busanschluß (34) kann in Form einer Schneidklemmverbindung ausgebildet sein. Vorzugs­ weise sind die Busleitungen (2) als Zweidraht-Schaltleitungen ausgebildet. Hierfür sind am integrierten Schaltkreis (16) insgesamt drei Anschluß-Pins (18, 24, 32) (zwei Anschluß-Pins (18, 24) für die Zweidrahtbusleitungen sowie ein Anschluß-Pin (32) für eine OV-Leitung) vorgesehen.

Der Schnittstellenbaustein (6) weist einen Anschluß (37) zur Ankopplung der Sensoren (4) auf mit einer Datenschnittstelle (35) und einer Parameterschnitt­ stelle (36), für die jeweils vier Anschluß-Pins (25, 26, 27, 28, 19, 20, 21, 22) am integrierten Schaltkreis (16) vorgesehen sind, auf. Je nach Ausbildung des Sensortyps sind die Anschluß-Pins (19, 20, 21, 22) der Parameterschnittstelle (36) und die Anschluß-Pins (25, 26, 27, 28) der Datenschnittstelle (35) als Ein­ gänge und/oder Ausgänge am integrierten Schaltkreis (16) ausgebildet.

Die während der Installationsphase von der Rechnereinheit (3) auf den Schnitt­ stellenbaustein (6) eingelesene Kennung ist in einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Speichermedium nicht flüchtig gespeichert. Das Speichermedium ist vorzugsweise als EEPROM ausgebildet.

Der während der Installationsphase aktivierte Schalter (7) ist auf dem Schnitt­ stellenbaustein (6) integriert. Der Schalter (7) kann als Taster oder alternativ als magnetischer Schalter bzw. in Form einer Kurzschlußbrücke ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Schalter (7) mit einem Anschluß-Pin (22) der Parameter­ schnittstelle (36) verbunden. Die Anschlußform ist deshalb zweckmäßig, da die Parameterschnittstelle (36) üblicherweise nicht bei jedem Aufruf der Rech­ nereinheit (3) angesprochen wird, sondern in größeren, evtl. nicht periodischen Zeitabständen, die an die spezifischen Anforderungen des Bussystems (1) ange­ paßt sein können. Diese geringe Abfragerate reicht für die Datenübertragung des Schalters (7) zur Rechnereinheit (3) aus, da der Schalter (7) während der Instal­ lationsphase nur für kurze Zeit aktiviert wird.

Die verbleibenden Anschluß-Pins (17, 23, 29-31) des integrierten Schaltkreises (16) werden zweckmäßigerweise mit einer Spannungsversorgung (17) sowie je einer Datastrobe- und Parameterstrobe-Leitung (23) zur Taktung der über die Datenschnittstelle (35) und die Parameterschnittstelle (36) übertragenen Infor­ mationen verwendet. Die restlichen Anschlüsse (30, 31) werden sinnvollerweise für weitere Taktleitungen verwendet.

Claims (13)

1. Verfahren zur Identifizierung von an einem Bussystem angeschlossenen Sen­ soren und Aktuatoren, wobei die Sensoren und Aktuatoren von einer eben­ falls am Bussystem angeschlossenen Rechnereinheit gesteuert werden, wobei die Sensoren und Aktuatoren über Schnittstellenbausteine an die Busleitun­ gen angeschlossen sind und jedem Schnittstellenbaustein wenigstens ein Sen­ sor oder Aktuator zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sen­ sor (4) oder Aktuator (4) einen Schalter (7) aufweist, und daß nach Betä­ tigen dieses Schalters (7) eine Kennung von der Rechnereinheit (3) an den dem Sensor (4) oder Aktuator (4) zugeordneten Schnittstellenbaustein (6) übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem am Bus­ system angeschlossenen Sensor (4) oder Aktuator (4) eine Adresse zugewie­ sen ist, unter der die Sensoren (4) und Aktuatoren (4) von der Rechnerein­ heit (3) zum Austausch von Daten zyklisch abgefragt werden, und daß die Kennung von der Adresse gebildet ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlesen der Kennung in den Schnittstellenbaustein (6) ausschließlich während einer Installationsphase erfolgt, deren Beginn und Ende von der Rechnereinheit (3) vorgegeben werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltvorgang am Schalter (7) des Schnittstellenbausteins (6) durch einen Benutzer des Bussystems (1) ausgelöst wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (7) allein während der Installationsphase aktiviert ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Rechnereinheit (3) zugewiesene Kennung im Schnittstellenbaustein (6) nichtflüchtig gespeichert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beendigung der Installationsphase der Schnittstellenbaustein (6) nach er­ folgter Zuweisung der Kennung an die Rechnereinheit (3) ein Quittierungs­ signal sendet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (3) eine Koppeleinheit (11) aufweist, an der über Buslei­ tungen (2) die Schnittstellenbausteine (6) der Sensoren (4) und Aktuatoren (4) angeschlossen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabeein­ heit (5) an die Koppeleinheit (11) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schnittstellenbaustein (6) einen Busanschluß (34) aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schnittstellenbaustein (6) einen Anschluß (37) für einen Sensor (4) oder Aktuator (4) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnitt­ stellenbaustein (6) im Sensor (4) oder Aktuator (4) integriert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anschluß (37) des Schnittstellenbausteins (6) eine Daten­ schnittstelle (35) und eine Parameterschnittstelle (36) aufweist.