JP2010532603A - オープン化されたフィールドバスを介してバスネットワーク接続された機器を制御するシステム - Google Patents

Abstract

バスネットワーク接続された、ゲートウェイを有する機器をオープン化されたフィールドバスを介して制御するためのシステムおよび方法において、コストのかかる配線を省き、使用者が低い操作コストでこのシステムを検査、構築することができ、エラー通知時に再スタートすることができるように簡易化が行われるべきである。このためにこのようなシステムでは、システム内に唯一の差込可能なみ接続線路（８）が、バス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）とゲートウェイ（２０）との接続のために、および制御データおよび／または状態データおよびエネルギーを伝送するために設けられている。スイッチング回路においてゲートウェイを有しているバスネットワーク接続されている機器をオープン化されたフィールドバスを介して制御するための方法では、この問題を解決するために、ゲートウェイは出力側目標構造においてバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）を予期しておらず、少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）を担うためおよび、少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）を有する新たな目標構造を作成するために、構築モードをゲートウェイにおいて開始する。

Description

本発明は、オープン化されたフィールドバスを介して、ゲートウェイを備えた、バスネットワーク接続された機器を制御するためのシステムおよび方法に関する。

この構成要件は、殊にデータ技術ネットワーク化、機器の加入者構造および機器のエネルギーによる電気供給に関する。典型的な機器としては、リレー等の産業的なスイッチング機器、モータースタータ、パワースイッチおよび測定センサ等の機器であると理解されたい。

上述した産業的なスイッチング機器およびその他のものは、電気設備において、通常は中央で、制御システムを介して、例えばプログラマブルロジックコントローラ（ＳＰＳ）を介してスイッチングないし監視される。典型的に、スイッチング機器は制御配線線路を介して制御ユニット（例えばＳＰＳ）に結合される。これは通常は、スイッチング機器（ここでは有利にはリレー）をスイッチオンおよびスイッチオフすることができ、同時に、スイッチング機器のスイッチングに必要なエネルギーを供給する線路と、信号をスイッチング機器から監視のために制御ユニットに戻す線路とから成る。スイッチング機器の監視のための信号の例は、ここでは殊にモータースタータの場合には、リレースイッチング位置の状態（オン／オフ）またはモーター保護スイッチの状態である（オン／トリガ）。

電気装置（例えばスイッチングキャビネの）の構成時には、制御システムを有する電気的スイッチング機器の配線および接続は、手作業で、典型的には電気の専門家達によって行われる。この作業はしばしば、スイッチングキャビネ組み立ての非常に時間のかかる部分である。さらにこの配線は、多くの同様の制御線路をわたってエラーを有しやすい。なぜならこれは例えば、敷設時にケーブルチャネル内で取り違えられ、誤った機器のクリップに接続されることがあるからである。さらにこの制御線路は、個々のスイッチング機器をそこに電気的に接続するために、個々のスイッチング機器に敷設されなければならない。

これに加えて、線路の配線に対してケーブルチャネルがある程度短くされ、これを取り付けプレート上に取り付けなければならないために、成形においてさらなるコストが必要である。この取り付けプレート内には、個々の制御線路が敷設される。

バスとシステムの別のコンポーネントとの間に装置を中間接続することは同じように従来技術から公知である。ＥＰ０７７９６４０Ａ２号では、例えば、電気的スイッチング機器の駆動装置に対してバス接続可能な増幅ユニットを設けることが開示されている。電磁的または電気的な増幅装置は、バス接続部分を有するインタフェース回路を介して、一方では供給電流接続端子と接続され、他方では、駆動接続端子と接続される。インタフェース回路は双方向または単方向に構成されている。さらにスイッチング手段が、バスによって引き継がれるべき信号のために、増幅ユニットおよび／またはスイッチング機器の設定パラメータに対して設けられ、並びに、バスに伝送されるべき、増幅ユニットおよび／またはスイッチング機器の状態に関する信号の検出のためにスイッチング手段が設けられる。

バスへの結合に関連して、ＥＰ０６３７７８４Ａ１号からモジュールが公知である。このモジュールにはバス結合部が設けられている。このバス結合部は一方ではコンタクトシステムと接続され、他方では評価エレクトロニクスと接続されている。ここでこのコンタクトシステムはバスへの電気的および機械的接続のためであり、評価エレクトロニクスは測定信号ないしは状態情報をプログラミング処理し、スイッチオフ命令を出力する。ここでこの測定信号ないしは状態情報はバスを介して供給される。モジュールはスイッチオフ命令を、測定信号を処理して自身で構成し、保護スイッチに対するトリガシステムへ出力することができる。

ＤＥ１０１４７４４２Ａ１号から、少なくとも３つの加入者を有するバスシステムを監視するための方法および装置並びに制御ユニットが既知である。ここで１つの加入者は、上位の加入者として構成され、バスシステムへの各データ伝送を開始する。第２の加入者は、施錠可能な車両キャビンのロッキングシステムの部材として構成され、第３の加入者は閉成可能な車両キャビン外に構成される。第１の加入者は、データ伝送を次のように監視する。すなわち、車両および／またはバスシステムの少なくとも１つの動作状態においてこの第１の加入者が、第１の加入者によって開始されたものではないバスシステムへの各データ伝送時に措置を講じ、データ伝送を阻止するように監視する。バスシステムとしてはＬＩＮバスシステムが使用される。

ＤＥ１０１４７４４６Ａ１号にも、少なくとも２つの加入者を備えたバスシステムを監視するための方法および装置が開示されている。これらの加入者のうちの少なくとも１つの加入者が権威を有する加入者として構成されており、バスシステムへのデータ伝送を監視する。ここでバスシステムへの各データ伝送時に目印が伝送され、この目印は一義的に加入者に割り当てられている。データ伝送が、この権威を有する加入者と異なる加入者によって開始された場合、伝送されるべきデータの実行が阻止される。ここでも同じようにＬＩＮバスシステムが使用される。

ＤＥ１９７５６９１８Ａ１号から、コミュニケーション制御装置が知られている。ここではマスター局がスタック伝送フレームを、多数のスレーブ局へ伝送し、個々の応答フレームがスレーブ局からマスター局へ伝送される。

ＤＥ６８９２００２８Ｔ２号から、コミュニケーションシステムにおいて周期的な予約を伴うマルチプルアクセスのための方法および装置が開示されている。ここで、双方向のバス構造を有するコミュニケーションネットワークにおける伝送媒体へのアクセスが、フォールディング（Faltbus）バス構造または二重バス構造および、バスの間に接続されている多数の局内で行われる。このネットワークは２つの双方向の、反対方向の伝送バスと多数の局を含んでいる。これらの局の各々は、２つのバスと接続されている。さらにヘッド位置が設けられており、これは時間スリットを規則的な間隔でバス上に形成する。ここで各局はスリットへのアクセスを要求する。

ＤＥ３４２４８６６Ａ１号も、データを伝送する方法および装置を開示している。ここでデータは、時間マルチプレックスにおいてデジタル形状で、バスシステム内に伝送される。バスシステムは、中央制御ユニットと、この制御ユニットの下に位置する複数の等価の加入局と、全ての加入者の少なくとも１つを接続するデータ線路から成る。

本発明の課題は、バスネットワーク接続された、ゲートウェイを有する機器をオープン化されたフィールドバスを介して制御するためのシステムおよび方法を次のように簡易化することである。すなわち、コストのかかる配線を省き、使用者が僅かな操作コストでこのシステムを検査、構築することができ、エラー通知時に再スタートすることができるように簡易化することである。

上述の課題は、請求項１の上位概念に記載されたシステムの場合には、次のことによって解決される。すなわち、システム内に唯一の差し込み可能な接続線路をシステム内に、バス加入者とゲートウェイを接続するため、および制御データおよび／または状態データおよびエネルギーを伝送するために設けることによって解決される。請求項３１の上位概念に記載された方法の場合には、この課題は次のことによって解決される。すなわち、ゲートウェイが出力側−目標−構造においてバス加入者を予期（erwartet）せずに、少なくとも１つのバス加入者を担う（Uebernahme）ため、および、少なくとも１つのバス加入者と新たな目標構造を形成するために、ゲートウェイにおいて構築モードを開始することによって解決される。請求項３５の上位概念に記載されたスイッチング機器の場合には、上述の課題は次のことによって解決される。すなわち、スイッチング機器が少なくとも１つの制御入力側を、バス加入者としての先行するスイッチング機器および／またはゲートウェイ（２０）の問い合わせのために有しており、制御出力側を別の加入者としての後続するスイッチング機器の選択のために有することによって解決される。本発明の発展形態は従属請求項に記載されている。

従って本発明は、システムに関する。このシステムはバス加入者としてのアクチュエータ、有利には産業的なスイッチング機器（例えばパワースイッチまたはモーター保護スイッチ−リレー−コンビネーション）を有しており、アプリケーションバスシステム、ここでは有利にはＬＩＮバスシステムを介して、データ技術的にネットワーク接続されており、接続されているこれらの産業的スイッチング機器を制御し、監視するという目的を有している。このシステムは少なくとも１つのゲートウェイを有している。このゲートウェイは、オープン化されたフィールドバスとアクチュエータとの間に接続されている。唯一の差し込み可能な接続線路は、個々のバス加入者またはアクチュエータを相互に、およびゲートウェイと接続する。ここでこれは、データ、すなわち制御データおよび／または状態データの伝送、およびバス加入者、場合によってはシステムの別のコンポーネントへのエネルギー供給のために用いられる。有利には、ゲートウェイは、オープン化されたフィールドバスと接続線路との間に配置され、フィールドバスとの接続、配電電圧および接続線路との接続ために接続装置を有している。ゲートウェイによって、多数の機能が実行される。これらの機能を以下でさらに詳細に説明する。

本発明のシステムおよび方法の特別な利点は、産業的スイッチング機器への制御配線を、差し込み可能かつ容易に取り付け可能な線路接続システムによって置き換えることである。コストがかかり、かつエラーが生じやすい制御配線設置が除去され、線路敷設に必要であるケーブルチャネルの使用ないしはチャネルの取り付けが省かれる。

このような配線は制御線路に関しており、ここでは有利には、リレー、リレーのスイッチオンおよびスイッチオフのための線路および状況線路、ここでは例えばリレーのスイッチング位置またはモーター保護スイッチの状態（オン、トリガ状態）の問い合わせのための状況線路のために設けられている。

当然ながら、アクチュエータまたはバス加入者として、多くの情報およびデータを交換することができる複雑な機器を接続することが可能である。このような機器は例えば、パワースイッチ、電気的モーター保護リレーまたは周波数変換器等の産業的なスイッチング機器である。

ゲートウェイを備えた、バスネットワーク接続された機器をオープン化されたフィールドバスを介して制御するためのシステムは、以下の特徴を個々にまたは相互に組み合わせて有している。殊にここでは、ゲートウェイを監視するためのバスコントローラが設けられている。このゲートウェイ自体は有利には、オープン化フィールドバスに対する少なくとも１つのインタフェースと、アプリケーションバス上に存在する少なくとも１つのアクチュエータまたはバス加入者の制御および問い合わせするための、アプリケーションバスに対する少なくとも１つのインタフェースと、少なくとも１つのバス加入者とのコミュニケーションのためのデータ出力側とを有している。ゲートウェイが、少なくとも１つの記憶部を有しているのは有利であることが判明している。これはバスコントローラによって書き込み可能なバス構造を残留するように保護するためおよびアプリケーションバスの存在する構造を保護するためのものである。

さらに、ゲートウェイが、メイン供給電圧を供給するための少なくとも１つの第１の供給ジャックと、バス加入者に接続可能であるまたは接続される補助電圧を供給する少なくとも１つの第２の供給ジャックを有しているのが有利であることが判明している。ゲートウェイはこれに加えて、第１のバス加入者の応答のための少なくとも１つの制御線路と接続可能である、または接続されている。

ゲートウェイがバス加入者の作動状態およびバスコミュニケーションを表示する少なくとも１つの状態表示部を有している、および／または少なくとも１つのバス加入者が、自身の作動状態を表示するための少なくとも１つの表示部を有しているのが有利であることが判明している。これによって、常に、システムの正常な作動の視覚的なコントロールが可能である。

さらにゲートウェイは有利には少なくとも１つの操作部材を、アプリケーションバスを介して接続されているバス加入者のバス構築の開始のために有している。このような構築には、すなわち構築モードにおいては、アプリケーションバスを介してゲートウェイによって、どの位多くのバス加入者がアプリケーションバスに接続されているのかが検査される。ここでバス加入者は有利には通し番号が付与される。ここでは各バス加入者は自身の特定の識別番号を格納する、および／またはゲートウェイは識別番号を、電圧が零になっても保証されるように（nullspannungssicher）格納することができる。これによって、スイッチオフ時にも新たなスイッチオン後に、データ損失が生じない。従って作動は、スイッチオン後に、別の装置無しに続けられる。有利には、全てのバス加入者の検出後に、このような構造が目標構造として、ゲートウェイ（２０）内に、残留記憶可能である、またはそこに記憶され、制御データおよび／または状態データがゲートウェイとバス加入者との間で交換可能である、またはこれらの間で交換される。

少なくとも１つのバス加入者またはアクチュエータに関しては、これらが少なくとも１つの少なくとも１つの制御入力側を、先行するバス加入者および／またはゲートウェイの問い合わせのために有しており、制御入力側を後続のバス加入者の選択のために有しているのが有利であることが判明している。さらに、これは少なくとも１つの制御ユニットおよびプログラミングユニットを、バスコミュニケーションとアクチュエータアプリケーション機能の実現のために有している。

電流供給ないしはエネルギー供給のために少なくとも１つのバス加入者は、配電電圧への接続のために装置を有している。さらにバス加入者は有利には少なくとも１つの装置を、後続のバス加入者またはアクチュエータへのデータストリームおよび／または補助電圧の供給（Durchschleifen）のために、および／またはアクチュエータアプリケーションへの補助電圧の転送のために有している。

有利には少なくとも１つのバス加入者は、アクチュエータ操作を行うための少なくとも１つの装置および／またはアクチュエータ操作および／またはアプリケーションバス上のアクチュエータ位置を通知するための少なくとも１つの装置を有しており、これによってアクチュエータ位置およびアクチュエータ操作のコミュニケーションをアプリケーションバスを介して行うことができる。

少なくとも１つのバス加入者は、さらに有利には少なくとも１つの装置を、ゲートウェイによる識別番号書き込みのために有している。さらに、アプリケーションバスに接続されている個数を検査することが可能である。ここで、バス加入者は有利には順番に通しで番号が付けられる。各バス加入者は、特別の識別番号を、電圧が零になっても保証されるように格納する。すなわち固有番号が、スイッチオフ後の新たなスイッチオン時に再び供給され、スイッチングによって失われることはない。ゲートウェイでは有利には同じように全ての識別番号が、電圧が零になっても保証されるように格納される。

アプリケーションバスは、ＬＩＮバスであってよい。これによって、制御データおよび／または状態データおよびアプリケーションバスの構造の遂行がプロトコールを介して展開可能である、または展開される。これは殊に、１〜８バイトのデータ長を有するＬＩＮデータフレームから成る。基本的に、例えば別のデータ長を有する別の構造も可能である。

可能なアプリケーションバス構造はゲートウェイ内に固定的に書き込み可能である。さらに、書き込まれたアプリケーションバス構造はバスコントローラによって上書き可能である。

バス加入者またはアクチュエータに関して本発明は、少なくとも１つのアクチュエータが電気的スイッチング機器であることから出発している。ここでは、アクチュエータは殊に、モーター保護スイッチとリレーとのコンビネーションである。

有利には差込モジュールが設けられる。この差込モジュールは、一方ではアクチュエータ特性を有しており、他方では少なくとも１つの機械的な表示部を、アクチュエータ位置を示すために有しており、および／または少なくとも１つの表示部を、自身の作動状況のために有している。これによって、アクチュエータ位置が差込モジュールによって表示される。この差込モジュールはアクチュエータ上、殊にスイッチング機器上に加えられる。スイッチング機器の装備変えの代わりに、接続線路を接続するための相応の差し込み接続も有している差込モジュールをスイッチング機器上に設けるので充分である。

さらに差込モジュールは少なくとも１つのデジタル入力側を、フローティング状態の（potentialfreien）スイッチングコンタクトの接続のために有している。モーター保護スイッチとリレーとのコンビネーションの場合には、これは例えばモーター保護スイッチング位置の問い合わせのための補助スイッチのために適している。

差込みモジュールは有利には少なくとも１つの電流回路中断部をアクチュエータに対して有している。このような電流回路中断部は例えば、転換スタート（Wendestarters）を電気的に低減させるために用いられる。

モーター保護スイッチとリレーとのコンビネーション上に差込モジュールを配置する場合には、この差込モジュールは有利には、補助電圧をリレーコイルでスイッチングする。このような差込モジュールの上述した別の特徴は同じように有利にはまさに、このようなモーター保護スイッチとリレーとの組み合わせでも得られる。

このシステムはさらに次のように構成されている。すなわち、バス加入者に直列にないしはバス加入者の間にパワーモジュールが中間接続されるように構成されている。このパワーモジュールは、データストリームを次のバス加入者に供給するおよび／または補助電圧が供給されない。パワーモジュールを中間接続することによって、バス加入者からバス加入者への「線形の」エネルギー供給が中断される。しかし、パワーモジュールの前に位置する加入者と、パワーモジュールの後方に位置する加入者との間でデータ接続およびメイン電圧供給が行われる。中間接続されたパワーモジュールによって、後続のバス加入者に対するあらたな供給が実現される。従って有利には外部電圧源が設けられる。これは、パワーモジュールに補助電圧を供給する。補助電圧は、次に続く加入者に伝達される。さらにパワーモジュールは有利には少なくとも１つの表示部を、外部補助電圧の存在を示すために有している。これによって、パワーモジュールへの、ひいては少なくとも１つの後続の加入者への補助電圧の印加のコントロールが可能になる。

有利には少なくとも１つのバス加入者またはアクチュエータは機械的な表示部を、アクチュエータ位置を示すために有している。従ってこれは問題なく、無電流でも読み出される。

少なくとも１つのセンサが、物理的な量を検出するために、バス加入者に直列に配置されている。

殊に、本発明に相応した、オープン化されたフィールドバスを介して、ゲートウェイを有する産業的スイッチング回路において、バスネットワーク接続された機器を制御するための方法では有利には、操作部材の操作後に、構築モードが始まる。

本発明をより詳細に説明するために、以下の実施例において本発明を図面に基づいてより詳細に説明する。

例示されたシステムの典型的な３つのハードウェアコンポーネント システムテストおよびアプリケーションバスに接続された機器の新たな目標構造の引継ぎを示すフローチャート アプリケーションシステムのブロック回路図 アプリケーションシステムのブロック回路図 バス加入者の構造 バス加入者の構造 バス加入者の構造 別のバス加入者の接続 ゲートウェイ、バス加入者およびパワーモジュールから成るシステム

図面では、モーター保護スイッチとリレーの組み合わせの例で、提示されたシステムおよびこれに属するデータ技術的にネットワーク接続するための方法が示されている。しかし本発明の構成要件は、この例示的な表示によって、モータースタータとも称されるモーター保護スイッチとリレーの組み合わせに制限されるものではない。

図１Ａにはゲートウェイ２０が示されており、図１Ｃにはバス加入者が、モーター保護スイッチとリレーとの組み合わせ上での差込モジュール４０の形状で示されており、図１ＢにはＰＭとして示されているパワーモジュール５０が、例示的なシステムの典型的なハードウェアコンポーネントとして示されている。

ゲートウェイ２０は、上位の制御システム、例えばオープン化されたフィールドバス２（図３Ａを参照）に対するインタフェースを有している。これは例えばプロフィバスＤＰ、デバイスネットまたはＣＡＮｏｐｅｎ等である。これによってゲートウェイはデータ技術的に上位のフィールドバスシステムに接続される。ゲートウェイ２０は、同じように図３Ａに示されている、アプリケーションバス１０上にネットワーク接続されている平帯線路８を介して、産業的なスイッチング機器として組み込まれているバス加入者Ｎ１〜Ｎｎを制御する。ゲートウェイ２０は第１の供給装置２４を、自身のエレクトロニスクおよびバス加入者のエレクトロニクスに対して電圧供給１４を提供するために有しており、第２の供給装置２５をバス加入者への供給電圧１６の接続のために有している。後者はバス加入者のアクチュエータ操作のための補助電圧である。ここで例えば電圧供給ないしは電流供給は、モーター保護スイッチとリレーとの組み合わせによって行われる。ゲートウェイ２０は少なくとも１つの発光ダイオード２８を有している。これはゲートウェイおよびバスコミュニケーションの作動状態の状態表示に用いられる。ゲートウェイ２０はさらに、構築キー２７を有している。これはバス加入者の自動的なバス構築の開始のために用いられる；さらにゲートウェイ２０内には少なくとも１つの記憶ユニットが存在している。これはバス構造の残留保護に用いられる。

モーター保護スイッチとリレーとの組み合わせの場合には、図１Ｃに示された差込モジュール４０が使用される。これはＳＭとしても示されている。これは機械的および電気的にリレーに合わせられる、または合わせられている。差込モジュール４０は２つのピンコンタクト４９を有している。これらはリレーコイルとの電気的接続に用いられる。この差込モジュールは制御配線を担う。これを介してリレーコイルが電気的に駆動制御され、リレースイッチング位置が電気的に問い合わせされる。さらに、これが存在する場合には、ないしは存在する限りは、電気的にフローティング状態のコンタクトを問い合わせることが依然として可能である。電気的な機能の他に、差込モジュール４０にスイッチング位置表示部４６が設けられる。これは機械的に、操作者に可視であるように、スイッチング位置を示す。差込モジュール４０は、さらに以下の特徴を有している：
・補助電圧１６（図３Ａおよび３Ｂを参照）をリレーコイルに接続する
・アクチュエータ位置を示すために機械的なスイッチング位置表示部４６を有している
・自身の作動状態のために表示部４８を有している
・フローティング状態スイッチングコンタクトの接続のためにデジタル入力側４４を有している
・アクチュエータに対する電流回路中断部４５を有している。

このような電流回路中断部４５は例えば、転換スタータの電気的な低減のために使用される。

アプリケーションバス１０は上述した複数線の（ここでは六線の）平帯線路８を介して作動される（図３Ａおよび３Ｂを参照）。線路８はゲートウェイ２０からはじまって、バス加入者からバス加入者へ、接続差込部を介して差し込まれる、ないしは案内される。各バス加入者Ｎｘでは２つの差込ジャック４１、４２が差込モジュール４０内に構成されており、平帯線路８がバス入力側およびバス出力側で差し込まれる。加入者の直線的な配置によって、最後のバス加入者Ｎｎは出力側で、差し込まれた平帯線路８を、接続線路として有していない；最後の加入者の出力側（差込ジャック）は「空」のままである。

各バス加入者は状態表示部２８、４８、５８を有しており、機器の状態を有利には視覚的にＬＥＤとして表示する。各バス加入者Ｎｘの差込モジュール４０およびパワーモジュール５０は、２極端子４４、４５、５４、５５を有している。ここではフローティング状態のコンタクトが接続される。これは例えば、モーター保護スイッチ位置を問い合わせる補助スイッチ用である。

図５には、システムの別の個別ユニットが示されている。ここで例えばモーター保護スイッチとリレーの組み合わせとして構成されている第１のバス加入者Ｎ１には、電源網接続端子の３つの線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と負荷Ｍが示されている。さらにＮ１、Ｎ２、Ｎ３〜Ｎｎとして示されているバス加入者の上半分にはモーター保護スイッチが示されており、下半分には、リレー上に差し込まれている差込モジュール４０が、自身の差込ジャック４１、４２および、リレーの接触位置のための機械的な表示部４８とともに示されている。図５の表示は、ｎ個の加入者を有するアプリケーションバス１０として理解されたい。ここではオプショナルとして、図５に示されたパワーモジュール５０が挿入可能である。パワーモジュール５０に対する詳細な説明を以下にする。

図２Ａには、システムテストの表示に対するフローチャートが示されており、図２Ｂには、新たな目標構造を担うためのフローチャートが示されている。上述の図のフローチャートは相互に噛合っている。

図２Ａにおける第１のステップではこのために、ゲートウェイで電圧がスイッチオンされることが必要である。次のステップでは、ゲートウェイは、加入者がバスに達するか否かを検査する。この問い合わせに「はい」と回答した場合には、以降で、この加入者がゲートウェイで予期されているか否かがが問い合わされる。この問い合わせにも「はい」で応答がされた場合には、この加入者がさらなるステップにおいて、ゲートウェイによって構築される。次にゲートウェイは、構築された加入者を介して次の加入者を選択する。次にゲートウェイによって新たに、加入者がバスに達するか否かが検査され、問い合わせループがこれによって終了する。これらの問い合わせに、既に開始時にまたはこの箇所で「いいえ」と答えられると、加入者がゲートウェイによって予期されているか否かがさらに質問される。この質問にも「いいえ」と答えられると、バス加入者が存在しない、という状態が存在し、これが目標構造として設定される。すなわち、ゲートウェイバスの構造が正しく、システムが作動準備されていることが確認される。なぜなら、このような目標構造が実構造と同じだからである。従って、この状態は新たなＬＥＤによって示される（「状態ＬＥＤスイッチオン」）。

加入者がゲートウェイによって予期されているか否かの質問に、加入者がバスに達しない場合に、「はい」で答えられと、または加入者がゲートウェイによって予期されているか否かの質問に、これがバスで到達可能として確認された場合に、「いいえ」で答えられると、構造エラーが存在する。すなわちゲートウェイおよびバスは作動準備状態にない。なぜなら、目標構造は実際構造に等しくないからである。従ってこのような状態が同じように表示ＬＥＤによって表示される（「状態ＬＥＤスイッチオン」）。加入者がバスに達するか否かおよびこれがゲートウェイによって予期されているか否かの問い合わせは、ゲートウェイによって予期され、構造内に書き込まれた全てのバス加入者が検出されるまでループとして、続く。

この結果、２つの可能性が生じる：実構造が目標構造と同じである、および実構造が目標構造と同じでない、という可能性である。最初の場合には、このシステムは作動準備状態にあり、状態は静的に発光する状態ＬＥＤ２８’’によって示される。実構造と目標構造が同じでない状況では、状態ＬＥＤ２８’が点滅し、これによって操作者は構築キー２７を操作する。構築キー２７を操作することによって、存在する構造が目標構造として引き継がれ、このシステムが最終的な検査（図２Ｂ）に移行する。

ここでは各個々の加入者がゲートウェイによって問い合わされ、場合によっては存在するパラメータがゲートウェイ内で保護される。さらに、アプリケーションバスでの加入者の最大許容数を越えていなかったか否かが検査される。そうである場合、ゲートウェイは再び、エラー状態に移行する。なぜなら目標構造が実構造と一致しないからである。そうでない場合には、加入者データが読み出され、ゲートウェイ内で保護される。ゲートウェイは、達した加入者を介して次の加入者を選択し、これらに対しても、到達可能性があるか否かを検査する。全ての加入者が検出されると、ゲートウェイと加入者は通常の作動状態に移行する。ここでは制御データないしは状態データが、ゲートウェイと加入者との間で交換される。この構造は、新たな目標構造としてゲートウェイ内に残留記憶される。

図３Ａ、３Ｂは、バス制御部のブロック回路図を示している。図３Ａは、ゲートウェイと第１のバス加入者Ｎ１を示し、図３Ｂは第２と第３のバス加入者Ｎ２、Ｎ３の間に挿入されたパワーモジュール５０と第２のバス加入者Ｎ２を示している。供給側には、オープン化されたフィールドバス２に対する入力側（差込接続部ないしは差込ジャック２３）と、電圧供給（メイン電圧１４ないし、Ｕ１、ＧＮＤ、補助電圧１６ないしＵ２）が示されている。Ｕ１によって、ゲートウェイおよびバス加入者内の電子回路に対する電圧供給１４、Ｕ２によって加入者アプリケーションに対する補助電圧１６が示されている。ゲートウェイの出力側（差込ジャック２２）は６線式の平帯線路８へとつながっている。

バス加入者の直線的な列において、オプショナルで、任意の箇所にパワーモジュール（ＰＭ）５０が中間接続される（図３Ｂ）。これは図５においても再度、概略的に示されている。パワーモジュールの中間接続によって、バス加入者からバス加入者への「直線的な」エネルギー供給が中断される。パワーモジュールの前に位置するバス加入者Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３とパワーモジュールの後に位置するバス加入者Ｎｎとの間でデータ接続およびメイン電圧１４は接続されている。

バス線路接続内に接続されているパワーモジュールＰＭ５０によって、新たな供給が、バス列内に続いているバス加入者（グループＧ）に対して実現される。このために、パワーモジュールは電圧供給部１６’に、例えば２４ボルトの交流で接続されている。図３Ｂでは電圧供給部１６’は（図平面に関して）下方から到来して図示されており、図５においては（図平面に関して）上方から到来して図示されている。この電圧供給は例えば、バス加入者のグループに対する保護供給であり、これは自身の緊急停止グループとして機能するべきである。パワーモジュールはねじ端子または差込ジャック５４、５５をエネルギー供給１６’に対して有している。そうでない場合には、パワーモジュールは、他のバス加入者のように、２つの差込ジャック５１、５２を有しており、ここでこれらの１つの入力側と、１つの出力側は、接続差込みシステム用のものである。同じようにパワーモジュールに状態表示部５８が設けられている。これは殊に、ＬＥＤを介した視覚的な表示のためのものである。ＬＥＤは、供給電圧１６’がパワーモジュールに続くバス加入者のグループＧに対して印加されているか否かを示す。

この紹介されたシステムによって、ネットワーク接続された産業的スイッチング機器に対して従来の制御配線を行うのはもはや不可能である。殊にモーター保護スイッチ組み合わせの場合には、唯一の差込可能な接続線路によってネットワーク化が行われる。接続線路８は一方では制御データないし状態データを伝送し、他方では必要なエネルギーをスイッチング機器に対して伝送する。さらに、上述したパワーモジュールの使用によって、バス加入者のグループを構成することが可能である。これによって、このようなグループの特別なエネルギー供給およびエネルギー監視が可能になる。このグループ構成は例えば、特定のセグメントまたは特定の回路を構成するために用いられる。ここではスイッチング機器が特別な緊急停止グループを構成する。ここでこれは、接続されるかまたは接続解除されるかを監視する。上述のように、パワーモジュールはオプションで組み込み可能である。

システムの機能および作用を図４Ａ〜４Ｃに基づいて説明する。図面では、参照番号２８’’および４８’’を有する明るい円が、発光しているＬＥＤをあらわし、別の参照番号を有していない黒い円が発光していないＬＥＤ２８および４８をあらわしており、参照番号２８’および４８’を備えた放射線の輪を有している円が点滅しているＬＥＤを表している。

オープン化されたフィールドバス２のシステムへの接続に対して、ゲートウェイ２０は中央部材である。ゲートウェイから、バス加入者Ｎ１〜Ｎｘはエネルギー供給され、制御され、監視され、接続されている全てのバス加入者の制御データおよび状態データが上位のフィールドバス２へ伝送される。これは第１に自身の電子回路のための電圧供給部１４に接続され、第２に、バス加入者を給電する電圧供給部１６が接続されている。電圧供給のこのような構成によって、バス加入者への補助電圧１６（例えばリレーコイルへの電圧）がバス機能（例えば緊急停止システム）に依存せずにスイッチオフされる。

ここに設けられている６線式平帯線路８の差込接続システムを介してバス加入者、例えば差込モジュールを備えたモーター保護スイッチとリレーとの組み合わせが、順番に接続される。メイン電圧１４が、構築されたシステムではじめてスイッチオンされると、ゲートウェイ２０は、アプリケーションシステムに接続されたバス加入者Ｎ１〜Ｎｘを、図２Ａおよび２Ｂに関して既に説明したように検査する。出力側の状態では目標構造として、バス加入者の無い配置が設定される。これは個々のバス加入者を束ねた後に、上述したように更新される。

図４Ａでは、出力側目標構造で、すなわちバス加入者無しに、ｎ個のバス加入者が配線されている。ここでゲートウェイ２０はまずは、この目標構造に基づいて、加入者を予期しない。従ってゲートウェイは、この構造エラーのために、エラー状態に移行し、これは視覚的にゲートウェイ２０で、点滅するＬＥＤ２８’（図４Ａに示されたゲートウェイ２０の右上の角）によって示される。接続線路８を介して直接的にゲートウェイに接続されている第１のバス加入者Ｎ１でのコントロールＬＥＤは同じように点滅する（ＬＥＤ４８’）。なぜなら、これはゲートウェイによって予期されていないからである。別のバス加入者Ｎ２〜Ｎｘの全ての他の状態ないしコントロールＬＥＤ４８は光っていない、すなわちスイッチオフされている。

図４Ｂでは、ゲートウェイ２０での目標構造としての接続されているバス加入者を担うために構築キー２７が押されている。ここではアプリケーションバス１０を介してゲートウェイによって順番に、いくつのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）がアプリケーションバス１０に接続されているのかが、検査される。ここでバス加入者は順番に通し番号が付けられている。各個々のバス加入者はこの固有の識別番号を、電圧が零になっても保証されるように記憶する。すなわち、この固有の識別番号は、スイッチオフ後の新たなスイッチオン時に再び使用可能であり、スイッチオフによって失われることはない。ゲートウェイ内では同じにように全ての識別番号が、電圧が零になっても保証されるように記憶される。このプロセスの後、接続されている全てのバス加入者が構築される。ゲートウェイでのＬＥＤ２８’’およびバス加入者でのＬＥＤ４８’’は全て静的にスイッチオンされ、発光する。

図４Ｂは、システムがゲートウェイの前で電気的にメイン電圧１４に関してスイッチオフされ、新たにスイッチオンされた状態にも相当する。このスイッチオン後にゲートウェイは順番に、接続されている全てのバス加入者を検査し、これを徐々に、内部に記憶されている目標構造と比較する。上述の状況では、目標構造は接続されている加入者構造（実構造と）、変化していないので、一致する。これによってシステムは作動準備状態にとどまる。

個々のバス加入者はここで、上位のオープン化されたフィールドバス２のバスコントローラを介して駆動され、監視される。接続されている機器の構造が、例えば機器の拡張または除去によって変化すると、これは目標構造と実構造との偏差に基づいて、ゲートウェイによって識別され、状態ＬＥＤ２８によって表示される。

図４Ｃは、ゲートウェイ２０および、構築後に作動準備状態にあるバス加入者Ｎ１〜Ｎｎの既存の構造を備えた例を示している。この構造に、１つまたは複数のバス加入者（Ｎｉｎ）が付け加えられと、スイッチオン後に、以下の図が生じる。ゲートウェイ状態ＬＥＤ２８が点滅する。なぜなら、これまでの目標構造（ｎ個のバス加入者）は実構造（ｎ＋１個のバス加入者）とは異なるからである。さらに、第１の付け加えられたバス加入者Ｎｉｎ（複数の挿入されたバス加入者であってもよい）のＬＥＤ４８’も点滅する。なぜならこれまたはこれらはゲートウェイによって予期されていないからである。使用者は従って非常に容易に、点滅するＬＥＤに基づいて、どこに実構造の偏差が存在しているのかを識別することができる。構築キー２７を押すだけで、新たな構築がゲートウェイによって自動的に引き継がれる。自動的なバス構築が経過した後、ここで、ｎ＋ｘ個のバス加入者に対して、ｎ個のバス加入者に対して図４Ｂに示されたものと同じ状況が生じるであろう。

図５は、バス加入者のグループＧを構成するための少なくとも１つのパワーモジュール５０の使用を示している。パワーモジュールによって、パワーモジュールの後方に位置するバス加入者、ここではモーター保護スイッチとリレーとの組み合わせ（Motorschutzschalter-Schuetz-Kombination）の上の差込モジュールが、加入者アプリケーション用の補助電圧１６から切り離され、後者に対する補助電圧１６’の新たな供給が行われる。アプリケーションバス１０は、データ技術的およびメイン電圧供給１４に関して、バス加入者のエレクトロニクスに対して１：１でパワーモジュール内でループ接続される。パワーモジュール内に供給される補助電圧１６’のスイッチオフ時には、バス加入者、例えばリレーは、パワーモジュールの後方でフローティング状態である。しかしバス加入者のエレクトロニクスは給電され続け、従ってさらに目下のアクチュエータ状態、例えばモータースタータのコンタクト状態をゲートウェイに伝送することができる。

パワーモジュールの使用は次のことによって有利に作用する。すなわち、モーター保護スイッチとリレーとの組み合わせの依存しないグループが構成されることによって有利に作用する。これは例えば緊急停止スイッチング回路であり、これは別個にスイッチオフされる。パワーモジュールの使用は、接続差込システム内の任意の箇所で行われる。複数のパワーモジュールを接続差込システム内で構築することも可能である。従って複数の、依存しないバス加入者グループが形成される。

システムおよびそのコンポーネントの上述の特徴は、個々にまたは相互に組み合わせて設けられる。上述した実施形態の他に、さらに多数の別の実施形態が可能である。ここでは唯一の接続線路がシステム内に、バス加入者およびゲートウェイの接続のため、および制御データおよび／または状態データおよびエネルギーの伝送のために設けられている。

２ オープン化されたフィールドバス、 ８ 接続線路（例えば６線式の平帯線路）、 １０ アプリケーションバス（ＬＩＮバス）、 Ｎ１〜Ｎｎ−ｘ バス加入者（アクチュエータ、モータースタータ、パワースイッチ）、 １４，１４’ メイン電圧（２４Ｖ ＤＣ）、 １６，１６’ 補助電圧（２４Ｖ ＤＣ）、 ２０ ゲートウェイ、 ２２ ゲートウェイの差込ジャック、 ２３ オープン化されたフィールドバスのための差込ジャック、 ２４ メイン電圧供給（ねじ端子）、 ２５ 補助電圧供給（ねじ端子）、 ２７ 構築キー、 ２８ 状態ＬＥＤ、 ４０ ＳＭ差込モジュール、 ４１，４２ 平帯線路への接続差込のための差込ジャック、 ４４，４５ 電圧供給のための差込ジャック、 ４６ 機械的表示部、 ４８ コントロールＬＥＤ、 ４９ モータースタータでのリレー上の配置のための差込ピン、 ５０ ＰＭパワーモジュール、 ５１，５２ 平帯線路での接続差込のための差込ジャック、 ５４，５５ 電圧供給のための差込ジャック、 ５８ コントロールＬＥＤ、 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ バス加入者（アクチュエータ）のための電源網接続端子、 Ｍ 配電電圧での負荷（モーター）

Claims (37)

1. バスネットワーク接続された機器を、ゲートウェイを有するバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）として、オープン化されたフィールドバス（２）を介して制御するためのシステムであって、
   前記システム内に唯一の差込み可能な接続線路（８）が、バス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）とゲートウェイ（２０）との接続のために、および制御データおよび／または状態データおよびエネルギーを伝送するために設けられている、
   ことを特徴とするシステム。
2. 前記ゲートウェイ（２０）はオープン化されたフィールドバス（２）と前記接続線路（８）との間に配置されており、
   接続装置を、前記フィールドバス（２）との結合のため、配電電圧および前記接続線路（８）との接続のために有している、請求項１記載のシステム。
3. 前記ゲートウェイは、前記オープン化されたフィールドバス（２）に対して少なくとも１つのインタフェースを有しており、少なくとも１つのインタフェース（２２）をアプリケーションバス（１０）に対して、当該アプリケーションバス（１０）上に位置するアクチュエータまたはバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）の制御および問い合わせのために有しており、少なくとも１つのデータ出力側を、少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）とのコミュニケーションのために有している、請求項１または２記載、または請求項１の上位概念に記載のシステム。
4. バスコントローラが、ゲートウェイの監視のために設けられている、請求項１、２または３記載のシステム。
5. 前記ゲートは少なくとも１つの記憶部を、前記バスコントローラによって書き込まれたバス構造を残留するように保護するため、およびアプリケーションバス（１０）の存在するバス構造を保護するために有している、請求項３または４記載のシステム。
6. 前記ゲートウェイは少なくとも１つの第１の供給ジャック（２４）を、メイン供給電圧（１４）を供給するために含んでおり、少なくとも１つの第２の供給ジャック（２５）を、補助電圧（１６）を供給するために含んでおり、当該補助電圧はバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）に供給可能である、または供給される、請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。
7. 前記ゲートウェイは少なくとも１つの制御線路（コントロール）と、前記第１のバス加入者（Ｎ１）に応答するために接続可能である、または接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のシステム。
8. 前記ゲートウェイは少なくとも１つの制御ディスプレイ（２８）を、バス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）の動作状態およびバスコミュニケーションを表示するために有しており、および／または少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）は少なくとも１つのディスプレイを、自身の動作状態を表示するために有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のシステム。
9. 前記ゲートウェイは少なくとも１つの操作部材（２７）を、アプリケーションバスを介して接続されているバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）のバス構築の開始のために有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のシステム。
10. 少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）はアクチュエータとして、少なくとも１つの制御入力側を、先行するバス加入者および／またはゲートウェイ（２０）を問い合わせるために有しており、制御出力側を、後続するバス加入者を選択するために有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のシステム。
11. 前記少なくとも１つのバス加入者（ｎ１〜Ｎｘ）は、少なくとも１つの制御ユニットおよびプログラミングユニットを、バスコミュニケーションおよびアクチュエータアプリケーションの機能を実現するために含んでいる、請求項１から１０までのいずれか１項記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）は、配電電圧（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）に接続するための装置を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載のシステム。
13. 前記少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）は、少なくとも１つの装置を、データストリームおよび／または補助電圧（１６）を後続のバス加入者またはアクチュエータに供給するために、および／または前記補助電圧（１６）をアクチュエータアプリケーションに転送するために有している、請求項６から１２までのいずれか１項記載のシステム。
14. 前記少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）は、少なくとも１つの装置をアクチュエータ動作を行うために有しており、および／または少なくとも１つの装置をアクチュエータ動作および／または前記アクチュエータバス（１０）上のアクチュエータ位置を通知するために有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載のシステム。
15. 前記少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）は、少なくとも１つの装置を、前記ゲートウェイ（２０）による識別番号の書き込みのために有している、請求項１から１４までのいずれか１項記載のシステム。
16. 前記アプリケーションバスはＬＩＮバス（１０）であって、当該ＬＩＮバスによって前記制御データおよび／または状態データおよび前記アプリケーションバスの構築の展開がプロトコールを介して展開可能である、または展開され、前記プロトコールは殊に、１〜８バイトのデータ長を有するＬＩＮデータフレームから成る、請求項３から１５までのいずれか１項記載のシステム。
17. アプリケーションバス構造がゲートウェイ（２０）内に固定的に書き込まれている、請求項３から１６までのいずれか１項記載のシステム。
18. 書き込まれたアプリケーションバス構造はバスコントローラによって上書き可能である、請求項１７記載のシステム。
19. 前記少なくとも１つのバス加入者またはアクチュエータ（Ｎ１〜Ｎｘ）は電気的なスイッチング機器である、請求項１から１８までのいずれか１項記載のシステム。
20. 前記少なくとも１つのバス加入者またはアクチュエータ（Ｎ１〜Ｎｘ）はモーター保護スイッチとリレーとの組み合わせである、請求項１から１８までのいずれか１項記載のシステム。
21. 差込モジュール（４０）が設けられており、当該差込モジュールは少なくとも１つの機械的な表示部（４６）を、アクチュエータ位置を示すために有している、および／または少なくとも１つの表示部（４８）を自身の作動状況のために有している、請求項１から２０までのいずれか１項記載のシステム。
22. 差込モジュール（４０）が設けられており、当該差込モジュールはデジタル入力側（４４）をフローティング状態のスイッチングコンタクトの接続のために有している、請求項１から２１までのいずれか１項記載のシステム。
23. 差込モジュール（４０）が設けられており、当該差込モジュールは少なくとも１つの電流回路中断部（４５）を前記アクチュエータに対して有している、請求項１から２２までのいずれか１項記載のシステム。
24. 前記差込モジュール（４９）はモーター保護スイッチとリレーとの組み合わせ上に配置されている、請求項２１から２３までのいずれか１項記載のシステム。
25. 前記差込モジュール（４０）は前記補助電圧（１６）を前記リレーコイルに接続する、請求項２４記載のシステム。
26. 前記バス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）の間にパワーモジュール（５０）が中間接続されており、当該パワーモジュールは前記データストリームを次のバス加入者に供給する、および／または補助電圧（１６）は供給されない、請求項１から２５までのいずれか１項記載のシステム。
27. 外部の電圧源が設けられており、当該電圧源は前記パワーモジュール（５０）に補助電圧（１６’）を供給し、当該補助電圧は後続のバス加入者に伝達される、請求項２６記載のシステム。
28. 前記パワーモジュール（５０）は少なくとも１つの表示部（５８）を、前記外部補助電圧（１６’）の存在を表示するために有している、請求項２７記載のシステム。
29. 少なくとも１つのバス加入者またはアクチュエータ（Ｎ１〜Ｎｘ）は機械的な表示部（４６）を、アクチュエータ位置を示すために含んでいる、請求項１から２８までのいずれか１項記載のシステム。
30. 少なくとも１つのセンサが、物理量を検出するために、前記バス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）の列に配置されている、請求項１から２９までのいずれか１項記載のシステム。
31. スイッチング回路においてゲートウェイを有しているバスネットワーク接続されている機器をオープン化されたフィールドバスを介して、請求項１から３０までのいずれか１項記載のシステムによって制御するための方法であって、
    前記ゲートウェイは出力側目標構造においてバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）を予期しておらず、少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）を担うためおよび、少なくとも１つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）を有する新たな目標構造を作成するために、構築モードをゲートウェイにおいて開始する、
    ことを特徴とする、バスネットワーク接続されている機器の制御方法。
32. 構築モードにおいて、アプリケーションバス（１０）を介して、ゲートウェイによって、幾つのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）がアプリケーションバス（１０）に接続されているのかを検査し、
    ここで前記バス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）は通しで番号が付けられている、請求項３１記載の方法。
33. 各バス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）は、自身の固有の識別番号を格納する、および／または前記ゲートウェイ（２０）は前記識別番号を、電圧が零になっても保証されるように格納する、請求項３２記載の方法。
34. 全てのバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）を検出した後、当該構造は目標構造としてゲートウェイ（２０）内に残留するように記憶される、または記憶され、制御データおよび／または状態データはゲートウェイ（２０）とバス加入者（Ｎ１〜Ｎｘ）の間で交換可能である、または交換される、請求項３１から３３までのいずれか１項記載の方法。
35. 請求項１から３０までのいずれか１項記載のシステムによって駆動されるスイッチング機器であって、
    当該スイッチング機器は少なくとも１つの制御入力側を、バス加入者としての先行するスイッチング機器および／またはゲートウェイ（２０）を問い合わせるために有しており、制御出力側を、別のバス加入者としての後続するスイッチング機器を選択するために有している、
    ことを特徴とするスイッチング機器。
36. 前記スイッチング機器は少なくとも１つの制御ユニットおよびプログラミングユニットを、バスコミュニケーションおよびスイッチング機器アプリケーションの機能を実現するために有している、請求項３５記載のスイッチング機器。
37. 前記スイッチング機器は少なくとも１つの装置を、ゲートウェイ（２０）による識別番号の書き込みのために有している、請求項３５または３６記載のスイッチング機器。

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