ES2880699T3 - Módulo de interfaces electrónico para la conexión de un sensor a un sistema IO-Link - Google Patents

Módulo de interfaces electrónico para la conexión de un sensor a un sistema IO-Link Download PDF

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ES2880699T3 ES19155426T ES19155426T ES2880699T3 ES 2880699 T3 ES2880699 T3 ES 2880699T3 ES 19155426 T ES19155426 T ES 19155426T ES 19155426 T ES19155426 T ES 19155426T ES 2880699 T3 ES2880699 T3 ES 2880699T3
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Florian Maier
Günther Schwenk
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Abstract

Módulo de interfaces electrónico (1) para la conexión de un sensor (4) con una interfaz estándar a un sistema IO- Link, con al menos una primera interfaz (2) para el acoplamiento de transmisión de datos del sensor (4) y para la recepción de datos de sensor del sensor (4); con un equipo de conversión electrónico (5) para la conversión de datos de sensor en datos compatibles con la comunicación IO-Link; con al menos una segunda interfaz (3) para el acoplamiento de transmisión de datos del sistema IO-Link y para el envío de datos de sensor convertidos por el equipo de conversión (5); estando realizada la primera interfaz (2) como interfaz digital sincronizada para la recepción de datos de sensor que están codificados según un primer protocolo predefinido, y estando concebido el equipo de conversión (5) para recodificar los datos de sensor recibidos para establecer la compatibilidad con la comunicación IO-Link; estando realizada la primera interfaz (2) como interfaz SENT, o estando realizada la primera interfaz (2) como interfaz universal que se puede usar lo mismo como interfaz SENT que como interfaz I2C y/o interfaz I3C.

Description

DESCRIPCIÓN
Módulo de interfaces electrónico para la conexión de un sensor a un sistema lO-Link
La presente invención se refiere a un módulo de interfaces electrónico para la conexión de un sensor con una interfaz estándar a un denominado sistema lO-Link.
Los sensores analógicos y digitales convencionales no se pueden conectar a un sistema IO-Link por falta de compatibilidad. El documento DE202009010293U1 propone, por tanto, un módulo de evaluación electrónico para señales de sensor que presenta varias entradas binarias y entradas analógicas a las que se pueden conectar sensores binarios y analógicos convencionales. El módulo de evaluación presenta además una unidad de procesamiento para evaluar y procesar señales de sensor presentes en las entradas binarias y analógicas. Además, está prevista una segunda interfaz para el acoplamiento de datos a un trayecto de transmisión de datos IO-Link y para la emisión de señales de sensor evaluadas y procesadas. De esta manera, es posible utilizar simples sensores analógicos y digitales para un sistema IO-Link sin tener que usar sensores comparativamente más caros con interfaz IO-Link.
El sistema IO-Link es un sistema de automatización de procesos para un acoplamiento, independiente del bus de campo y del fabricante, de aparatos de conmutación y sensores a un nivel de control por medio de una conexión punto a punto económica. El estándar de comunicación se define en la norma IEC61131-9 y el estándar de comunicación IO-Link proporciona transparencia y una comunicación continua desde el nivel del aparato de campo hasta el nivel de automatización más alto. IO-Link es una interfaz abierta y se puede integrar en todos los sistemas de bus de campo y de automatización usuales, véase a este respecto también el informe técnico "Neue, herstellerunabhangige IO-Linkschnittstelle für die intelligente Prozessautomation " de Dipl.-Ing. Albert Book, KELLER HCW GmbH, Alemania, “Infrared Thermometer Solutions”, disponible en www.keller-its.de. Un puerto de un maestro también se puede usar para la conexión de aparatos estándar convencionales, no aptos para IO-Link.
Aunque, por tanto, se propone un sistema universal en la automatización de procesos, al que mediante el módulo de evaluación electrónico propuesto también se pueden conectar sensores convencionales, la selección de sensores es restringida y se limita a los sensores que se usan habitualmente en la automatización de procesos. Por ejemplo, los sensores estándar de la electrónica del automóvil con una interfaz SENT (Single Edge Nibble Transmission), tal como se describe en SAE J2716, o los sensores de la industria informática y electrónica que presenten una interfaz I2C (Inter-Integrated Circuit) no se pueden usar en sistemas IO-Link.
El documento DE102016112495 da a conocer un aparato de medición para medir y evaluar la calidad del aire ambiente, estando conectados en el aparato de medición un sensor de calidad del aire y un sensor de temperatura y de humedad del aire a un circuito de control. La conexión se realiza a través de interfaces internas y el circuito de control está realizado para adaptar los datos de medición de los sensores a un protocolo de datos externo y transmitirlos, a través de una interfaz externa, a un sistema de automatización. De esta manera, el dispositivo de medición se puede integrar fácilmente en un sistema de automatización, ya que los datos de medición de los sensores están adaptados al protocolo de datos externo. Un circuito de adaptación en el aparato de medición comprende de manera ventajosa un chip de protocolo IO-Link, que está realizado para adaptar los datos de medición de los sensores al protocolo de datos IO-Link y transmitirlos, a través de una Interfaz IO-Link, a un módulo maestro IO-Link externo. Las interfaces internas pueden estar realizadas, por ejemplo, como interfaz I2C o SPI, de tal forma que los sensores puedan acoplarse al microcontrolador de manera estandarizada, lo que reduce el gasto en desarrollo.
El documento DE102012014681A1 da a conocer el uso de un enlace IO-Link para el acoplamiento de aparatos de campo.
El documento US2012/158335A1 da a conocer un sistema con diferentes sensores, estando conectado cada sensor, a través de una interfaz bidireccional, a un control de sistema. En la interfaz bidireccional, el sensor envía de manera unidireccional una señal estándar, por ejemplo en formato SENT, formato SPI o formato PSI5, y presenta un subsistema digital así como un sistema Front-End analógico. Para la transmisión de datos entre el sistema Front-End y el SUB-sistema digital, el sistema Front-End analógico presenta un convertidor A/D. No es necesario acoplar los sensores individualmente al control de sistema, sino que también se puede usar un bus de señales, por ejemplo, un bus I2C.
En cuanto al estado de la técnica se remite además a los documentos US2016/277149A1, WO2011/153496A1 y EP2495915A1.
Por tanto, la presente invención tiene el objetivo de mejorar la conexión de sensores con interfaces estándar a un sistema IO-Link mediante una mayor selección de sensores.
El objetivo según la invención se consigue mediante un módulo de interfaces electrónico con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican configuraciones ventajosas y especialmente convenientes del módulo de interfaces, así como un sistema IO y un paso giratorio con al menos un módulo de interfaces electrónico correspondiente.
El módulo de interfaces electrónico según la invención para la conexión de un sensor con una interfaz estándar a un sistema IO-Link presenta al menos una primera interfaz para el acoplamiento de transmisión de datos del sensor y para la recepción de datos de sensor del sensor.
El módulo de interfaces presenta además un equipo de conversión electrónico para la conversión de datos de sensor en datos compatibles con la comunicación IO-Link.
El módulo de interfaces presenta además al menos una segunda interfaz para el acoplamiento de transmisión de datos del sistema IO-Link y para el envío de datos de sensor convertidos por el equipo de conversión. Según la invención, la primera interfaz está realizada como interfaz digital sincronizada que está configurada para la recepción de datos de sensor que están codificados según un primer protocolo predefinido, y el equipo de conversión está concebido para recodificar los datos de sensor recibidos para establecer la compatibilidad con la comunicación IO-Link, por tanto, según un segundo protocolo, es decir, el protocolo IO-Link.
En particular, en el módulo de interfaces está depositado un archivo de descripción de aparato, también llamado IODD (IO Device Description / Descripción de Dispositivo IO), que se genera y/o se actualiza automáticamente en función del sensor conectado a la primera interfaz, especialmente durante la puesta en servicio y/o la nueva puesta en servicio del módulo de interfaces y que describe el sensor conectado a la primera interfaz, por ejemplo, un identificador del sensor, parámetros del sensor con intervalos de valores, mensajes de error, datos de proceso y de diagnóstico y/o propiedades de comunicación del sensor, de modo que, de manera ventajosa, el sensor puede ser parametrizado automáticamente por el sistema IO-Link y/o el módulo de interfaces.
Según la invención, la primera interfaz está realizada como interfaz SENT. Esto significa que el equipo de conversión está concebido para convertir datos codificados según el protocolo SENT. La interfaz SENT es especialmente una interfaz tal como se describe en SAEJ2716 en la versión válida en la fecha de prioridad de la presente solicitud, por lo tanto, especialmente en la versión del 29 de abril de 2016.
Alternativamente, la primera interfaz está realizada como interfaz universal que se puede usar como interfaz SENT y como interfaz I2C y/o interfaz I3C. Por consiguiente, en este caso, el equipo de conversión puede convertir tanto datos codificados según el protocolo SENT como datos codificados según el protocolo I2C y/o el protocolo I3C y recodificarlos para la compatibilidad con la comunicación IO-Link. También aquí, con respecto a la interfaz SENT es válido lo expuesto anteriormente con referencia a SAE J2716. La interfaz I2C se describe, por ejemplo, en el manual de usuario del 4 de abril de 2014 de NXB Semiconductors. La interfaz I3C se describe en particular en "MEMS and Sensors Whitepaper Serious" de mipi® alliance, en la versión de agosto de 2016 "Introduction to the MIPI I3C Standardized Sensor Interface".
IO-Link se describe especialmente en la norma IEC 61131-9 de 2013-09-11 o en EN 61131 con el estado 2014-06.
La interfaz SENT es especialmente una interfaz de tensión unidireccional asíncrona con al menos tres o exactamente tres conductores, en concreto, una tensión de alimentación, especialmente 5 V, una tensión de señal, especialmente con un nivel bajo <0,5 V y un nivel alto> 4,1 V y tierra. Los datos pueden ser transmitidos en unidades de 4 bits correspondientes a un nibble, siendo evaluado el tiempo entre dos flancos descendentes de la tensión de señal modulada con una amplitud constante. Un maro de datos (“frame”) puede comprender 24 bits para datos de medición, especialmente respectivamente tres nibbles para dos canales de medición, y 4 bits correspondientes a un nibble para la detección de errores, especialmente además 4 bits correspondientes a un nibble para el estado y la comunicación, es decir, un total ocho nibbles. Opcionalmente, también se pueden transmitir datos con otros marcos de nibble (“frames”), por ejemplo, en un marco de 5 nibbles con tres nibbles para un canal de medición individual y respectivamente un nibble para la detección de errores y para el estado y la comunicación.
Al comienzo de cada trama (“frame”) puede ser transmitida un área de sincronización. Por ejemplo, se usa el llamado formato "Secure" (seguro), en el que los primeros 12 bits son seguidos de tres nibbles con los datos en sí, un contador ascendente de 8 bits (correspondiente a dos nibbles) así como un nibble que contiene el contenido invertido del primer nibble de datos.
Como valores estadísticos pueden ser transferidos a través de la interfaz, por ejemplo, el identificador del tipo de sensor, un identificador del fabricante del sensor y/o una línea característica del sensor, pero también valores variables. Por tanto, es/son posibles la detección automática del sensor y/o la detección de una conexión defectuosa del sensor.
La interfaz I2C dispone especialmente de dos líneas de señales, en concreto, una línea de reloj y una línea de datos para datos en serie. La interfaz puede trabajar de forma unidireccional y/o bidireccional. Al comienzo de una comunicación, se puede visualizar una señal de inicio, seguida de una dirección. También el final de la comunicación puede ser indicada mediante una señal.
Según una forma de realización de la invención está prevista además al menos una tercera interfaz que está realizada como interfaz analógica. También puede estar prevista al menos una cuarta interfaz realizada como entrada binaria. La cuarta interfaz también puede estar prevista si no está prevista una tercera interfaz.
Según un ejemplo de realización de la invención están previstas una sola primera interfaz, así como una sola segunda interfaz. Al módulo de interfaces electrónico está conectado especialmente un solo sensor.
Un sistema IO-Link según la invención comprende un maestro IO-Link, estando conectada al maestro IO-Link una multiplicidad de módulos de interfaces electrónicos del tipo representado que están conectados en paralelo entre sí, con su segunda interfaz respectivamente.
Los sensores son especialmente uno o varios de los siguientes sensores:
- un sensor de desgaste
- un sensor de presión
- un sensor de temperatura
- un sensor de número de revoluciones
- un sensor de par
- un sensor de fugas
Un paso giratorio según la invención para transferir un fluido entre un componente rotatorio y un componente estacionario presenta al menos uno o varios de los sensores mencionados, estando previsto especialmente cada uno de los sensores mencionados, por ejemplo, respectivamente una vez. Al al menos un sensor o a cada sensor está conectado con su primera interfaz un módulo de interfaces electrónico del tipo representado, estando realizada la primera interfaz de manera ventajosa como interfaz SENT o como interfaz universal que se puede usar como interfaz SENT y como interfaz I2C y/o interfaz I3C.
La presente invención hace posible la combinación de una primera interfaz, que trabaja muy bien en la práctica, con las ventajas de un sistema IO-Link, de manera que a los sistemas IO-Link se pueden conectar de forma fiable sensores económicos correspondientes.
A continuación, la invención se describe a modo de ejemplo con la ayuda de un ejemplo de realización y la figura. En la figura 1 está representado un sistema IO-Link, con un maestro IO-Link 10 y una unidad de evaluación 20 conectada a este. A las interfaces IO-Link del maestro IO-Link 10 está conectada una multiplicidad de módulos de interfaces electrónicos 1, presentando cada módulo de interfaces 1 una primera interfaz 2 y una segunda interfaz 3. La segunda interfaz 3 está realizada como interfaz IO-Link y la primera interfaz 2 está realizada como interfaz digital sincronizada para la recepción de datos de sensor con una interfaz estándar, estando codificados los datos de sensor conforme a un primer protocolo predefinido, en función de la respectiva interfaz estándar de un sensor 4 que está conectado a la respectiva primera interfaz 2.
En el ejemplo de realización representado, por ejemplo, cinco sensores 4 están conectados al maestro IO-Link 10 a través de cinco módulos de interfaces electrónicos 1, estando numerados los sensores 4 consecutivamente con el índice 1 a 5. Por ejemplo, el sensor 4.1 es un sensor de desgaste, el sensor 4.2 es un sensor de par, el sensor 4.3 es un sensor de presión y temperatura, el sensor 4.4 es un sensor de número de revoluciones y el sensor 4.5 es un sensor de fugas. Sin embargo, estos tipos de sensores solo deben entenderse como ejemplos.
Al menos un sensor 4, por ejemplo los sensores 4.1 y 4.2, presenta / presentan una interfaz SENT. Al menos un sensor, por ejemplo el sensor 4.5, presenta una interfaz I2C. Al menos un sensor 4, por ejemplo los sensores 4.3 y 4.4, presenta / presentan una interfaz analógica o digital.
Los sensores 4 pueden ser parte integrante de un paso giratorio realizado para transferir un fluido entre un componente giratorio y un componente estacionario, no estando representado aquí en detalle el paso giratorio. Los sensores detectan de manera correspondiente los valores de medición mencionados, es decir, el desgaste, el par, la presión y/o la temperatura, el número de revoluciones y/o fugas en el paso rotativo.
Al prever la multiplicidad de módulos de interfaces electrónicos 1, estando previsto respectivamente un solo módulo de interfaces electrónico 1 por cada sensor 4, los sensores usados convencionalmente pueden ser conectados a un sistema IO-Link o a un maestro IO-Link 10.
Para ello, cada módulo de interfaces 1 presenta un equipo de conversión electrónico 5 que recodifica los datos de sensor del sensor 4 correspondiente y los pone a disposición para la comunicación con el maestro IO-Link 10.
Lista de signos de referencia
1 Módulo de interfaces
Primera interfaz
Segunda interfaz
Sensor
.1 -4.5 Sensores
Equipo de conversión electrónico 10 Maestro IO-Link
20 Unidad de evaluación

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Módulo de interfaces electrónico (1) para la conexión de un sensor (4) con una interfaz estándar a un sistema IO-Link,
con al menos una primera interfaz (2) para el acoplamiento de transmisión de datos del sensor (4) y para la recepción de datos de sensor del sensor (4);
con un equipo de conversión electrónico (5) para la conversión de datos de sensor en datos compatibles con la comunicación IO-Link;
con al menos una segunda interfaz (3) para el acoplamiento de transmisión de datos del sistema IO-Link y para el envío de datos de sensor convertidos por el equipo de conversión (5); estando realizada la primera interfaz (2) como interfaz digital sincronizada para la recepción de datos de sensor que están codificados según un primer protocolo predefinido, y estando concebido el equipo de conversión (5) para recodificar los datos de sensor recibidos para establecer la compatibilidad con la comunicación IO-Link; estando realizada la primera interfaz (2) como interfaz SENT, o estando realizada la primera interfaz (2) como interfaz universal que se puede usar lo mismo como interfaz SENT que como interfaz I2C y/o interfaz I3C.
2. Módulo de interfaces electrónico (1) según la reivindicación 1, caracterizado por que está prevista al menos una tercera interfaz que está realizada como interfaz analógica.
3. Módulo de interfaces electrónico (1) según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que está prevista al menos una cuarta interfaz que está realizada como entrada binaria.
4. Módulo de interfaces electrónico (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que están previstas una sola o dos primeras interfaces (2) y/o una sola segunda interfaz (3).
5. Sistema IO-Link con un maestro IO-Link (10), caracterizado por que al maestro IO-Link (10) están conectados una multiplicidad de módulos de interfaces electrónicos (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, cada uno de ellos en paralelo a su segunda interfaz (3).
6. Sistema IO-Link según la reivindicación 5, caracterizado por que en cada módulo de interfaces electrónico (1) está conectado en cada uno de ellos un sensor (4) a la primera interfaz (2).
7. Sistema IO-Link según la reivindicación 6, caracterizado por que los sensores (4) incluyen al menos uno o varios de los siguientes sensores:
- un sensor de desgaste
- un sensor de presión
- un sensor de temperatura
- un sensor de presión y temperatura
- un sensor de número de revoluciones
- un sensor de par
- un sensor de fugas.
8. Paso giratorio para transmitir un fluido entre un componente rotatorio y un componente estacionario, con al menos uno o varios de los siguientes sensores (4):
- un sensor de desgaste
- un sensor de presión
- un sensor de temperatura
- un sensor de presión y temperatura
- un sensor de número de revoluciones
- un sensor de par
- un sensor de fugas
caracterizado por que al sensor (4) o a cada sensor (4) está conectado un módulo de interfaces electrónico (1), circundado por el paso giratorio, con al menos una primera interfaz (2) para el acoplamiento de transmisión de datos del sensor (4) y para la recepción de datos de sensor del sensor (4), comprendiendo el módulo de interfaces electrónico (1) además lo siguiente:
un equipo de conversión electrónico (5) para la conversión de datos de sensor en datos compatibles con la comunicación IO-Link;
al menos una segunda interfaz (3) para el acoplamiento de transmisión de datos del sistema IO-Link y para el envío de datos de sensor convertidos por el equipo de conversión (5); estando realizada la primera interfaz (2) como interfaz digital sincronizada para la recepción de datos de sensor que están codificados según un primer protocolo predefinido, y estando concebido el equipo de conversión (5) para recodificar los datos de sensor recibidos para establecer la compatibilidad con la comunicación IO-Link.
9. Paso giratorio según la reivindicación 8, caracterizado por que la primera interfaz (2) está realizada como interfaz SENT o la primera interfaz (2) está realizada como interfaz universal que se puede usar lo mismo como interfaz SENT que como interfaz I2C y/o interfaz I3C.
10. Paso giratorio según una de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado por que cada uno de los sensores (4) mencionados está previsto especialmente una vez.
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