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EP3781997A1 - Kommunikationssystem der automatisierungs- und prozesstechnik sowie y-weicheneinheit für ein solches kommunikationssystem - Google Patents

Kommunikationssystem der automatisierungs- und prozesstechnik sowie y-weicheneinheit für ein solches kommunikationssystem

Info

Publication number
EP3781997A1
EP3781997A1 EP19717283.6A EP19717283A EP3781997A1 EP 3781997 A1 EP3781997 A1 EP 3781997A1 EP 19717283 A EP19717283 A EP 19717283A EP 3781997 A1 EP3781997 A1 EP 3781997A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
controller
terminal
unit
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19717283.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Wagner
Andres Glöckner
Michael Kimmich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFM Electronic GmbH
Original Assignee
IFM Electronic GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=66165958&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP3781997(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by IFM Electronic GmbH filed Critical IFM Electronic GmbH
Publication of EP3781997A1 publication Critical patent/EP3781997A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0426—Programming the control sequence
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4185—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the network communication
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/14—Handling requests for interconnection or transfer
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device

Definitions

  • the invention relates to a communication system of the automation and
  • sensors In automation and process technology, sensors or
  • Measuring instruments are used which measure the acquired measured value - e.g. Pressure, temperature, flow, but also distance or vibration - in this measured value
  • Plug connection but sometimes also offer wireless for further processing of a parent control unit, for example.
  • a PLC Personal Communications Commission
  • a typical measuring device initially consists of a sensor element, also referred to as a measuring transducer, which serves to detect and convert a physical measured quantity of a process value into a measuring signal. Furthermore, an evaluation unit is provided which is frequently designed as a microcontroller and in which the measurement signals generated by the sensor element are processed, i. reinforced, and mostly already processed. On the output side, the evaluation unit is connected to an interface via which the conditioned measurement signals are sent to the already mentioned control unit in the form of binary switching signals or
  • Analog signals can be transmitted.
  • the IO-Link standard is a special communication system of the
  • IO-Link Industrial automation, which is used to connect intelligent sensors and actuators, which are also referred to as field devices, to the control unit, provided that the control unit is IO-Link-capable, i. is designed for such communication.
  • the IO-Link standard is standardized in the standard IEC 61131 -9 under the designation "Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators" (SDCI).
  • SDCI Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators
  • Connection data as well as a digital communication protocol through which the Sensors and actuators interact with the IO-Link-capable control unit.
  • the object of the invention is to develop the above-mentioned communication system of automation and process technology such that it allows the user to easily access the data of a located in the communication system IO-link-enabled sensor, if the control unit itself for this purpose not suitable.
  • the object is achieved with a communication system with the features of claim 1 and a Y-turnout unit for such
  • the communication line via which the controller is connected to one another at its analog or switching signal input and a sensor, is subdivided into two sub-lines and a Y-diverter unit is used at the connection point.
  • the term "Y-turnout unit" results from the fact that the sensor side, a first terminal and the control side, a second and a third terminal are provided.
  • the controller is connected to the second connection and a further data receiver is connected to the third connection.
  • the Y-switch unit provides the digital data according to the IO-Link standard of the sensor at the third connection to the other data receiver.
  • the Y-turnout unit comprises an evaluation and
  • Processing unit which comprises a scanning unit, a microcontroller and an amplifier unit according to an advantageous development.
  • Processing unit accesses the sensor's digital IO-Link data, analyzes the protocol, extracts the original binary switching signal from it and finally makes it available to the controller at the second connection.
  • the further data receiver can now query the digital data of the sensor without affecting the interface between the sensor and the controller.
  • the signals from the first port to the third port i. from the sensor to the other data receiver in which Y-turn unit is forwarded directly and unchanged, so to speak, while the connection between the first and second connection, i. from the sensor to the controller, characterized in that the signals are guided here in the Y-points unit on the evaluation and processing unit and there the binary switching signal is taken from the digital IO-link signal.
  • non-intelligent control unit can continue to receive the sensor's binary switching signals, it is still able to access communication data of an IO-Link-capable sensor located in the communication system.
  • Data receiver has an interface for connection to a corporate network and / or a portable data processing device (tablet, smartphone, laptop, etc.).
  • the connection can be wired, for example via LAN or USB, but also wirelessly, eg via Bluetooth or WLAN.
  • the sensor data are then - independently of one another - available both in the control network and in a conventional company network or on mobile data processing devices, despite the often required strict separation of these two networks.
  • the invention will be explained in more detail by means of embodiments with reference to the drawings.
  • Figure 1 shows an inventive communication system of automation and process technology
  • FIG. 2 is a block diagram of a Y-turnout unit according to the invention
  • FIG. 3 is a block diagram of another embodiment of the invention.
  • FIG. 2 Y-turnout unit according to the invention shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 shows schematically an inventive communication system 1 of the automation and process technology is shown.
  • the focus is a Y-turnout unit 10 with three terminals 10a, 10b, 10c, wherein a first terminal 10a is arranged on the sensor side and the other two terminals 10b, 10c are arranged on the control side.
  • a sensor 3 is connected. This can be any type of sensor or measuring device, the or in the
  • Temperature, flow or level sensor is an intelligent sensor that is actually suitable for exchanging digital data with a controller, eg a PLC, according to the IO-Link standard.
  • this primarily means data which characterizes the sensor itself, such as e.g. a serial number, an identifier, diagnostic or parameter data.
  • the control unit 2 has only one analog and / or switching signal input and thus is not suitable for IO-Link communication, this additional data would remain unused as it is not retrieved or processed by the non-intelligent controller 2 can.
  • the controller 2 is on the second Terminal 10b and the other data receiver 4 at the third terminal 10c connected to the Y-switch unit 10.
  • the data receiver 4 is in particular an IO-Link master.
  • the data receiver 4 optionally has a dashed line because of this
  • Interface 5 for connection to a company network 5a and / or a portable data processing device (tablet, smartphone, laptop, etc.).
  • the connection can be wired, for example via LAN, USB, or wireless, for example. Via Bluetooth or Wi-Fi, done. This makes it possible to read the sensor data from the data receiver 4 and process it further.
  • Sensor data are then - independently of each other - both in the control network 2 and in a conventional company network 5a or on mobile
  • the Y-turnout unit 10 is shown in detail in the form of a block diagram.
  • the three terminals 10a, 10b, 10c each comprise four pins, with "+” and in each case the positive or negative operating voltage is meant. In order not to overload the figure was dispensed with an explicit wiring of these pins and the connection options therefore only hinted.
  • there is one pin each for picking up the acquired measured values here by way of example in the form of an analog signal, and a pin via which digital signals are transmitted according to the IO-Link standard or binary switching signals (SIO: Serial Input Output).
  • the analog signal is looped through and is shown here only as an option; the main focus is on the fourth pin, over which the digital or binary signal is transmitted.
  • the line for the IO-link signal is divided and fed directly to the third terminal 10 c, in which the
  • Data receiver 4 is connected, and on the other hand, the second terminal 10b supplied to which the controller 2 is connected, wherein the IO-link signal before a further evaluation and processing unit 11 is supplied, the one Protocol scan 11 a, a protocol analyzer 11 b and an amplifier unit 11 c includes.
  • the protocol scan 11 a is preferably implemented as a hardware circuit and scans the digital IO-link signal, which is applied to the sensor terminal 10 a and supplies it to the protocol analyzer 11 b.
  • the protocol analyzer 11 b is as
  • Microcontroller with integrated IO-Link stack implemented, which is used to interpret the protocol and from this the switching information contained
  • the amplifier unit 11 c is preferably again as
  • Executed hardware circuit serves to reprocess the switching signals in the form understandable for the controller 2 form again.
  • the conditioned switching signal is then provided to the controller 2 at the second terminal 10b.
  • connection between the first terminal 10a and the third terminal 10c to which the data receiver 4 is connected is indicated by the two oppositely directed arrows as a bidirectional communication line. That The IO-Link master as the further data receiver 4, it is also possible to access the sensor 3 and there, for example, make a parameterization. Only one signal transmission from the sensor 3 to the controller 2 is possible on the connections between the first connection 10a and the second connection 10b.
  • FIG. 3 shows the Y-turnout unit 10 in more detail and with some advantageous developments.
  • the protocol scan 11 a still includes a master stack 11 d and a device stack 11 e, which are basically already included in Fig. 2, but there are not mentioned for purposes of illustration.
  • a master is given to the sensor 3 at the first terminal 10 a, while the device stack 11 e sends to the data receiver 4 at the third terminal 10 c a device, i. a sensor is specified.
  • a first difference from FIG. 2 is that the IO-Link signals between the first terminal 10a and the third terminal 10c are now routed via the evaluation and processing unit 11, i. first via the master stack 11 d and then via the device stack 11 e. Through this execution, the

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem der Automatisierungs- und Prozesstechnik, mit einer Steuerung (2) als Signalempfänger und einem Sensor (3) als Signalquelle, die über eine Verbindungsleitung Spannungs- und/oder Stromsignale austauschen, wobei der Sensor (3) geeignet ist, digitale Daten nach dem IO-Link-Standard zur Verfügung zu stellen und die Steuerung (2) lediglich über einen Analog- und/oder Schaltsignaleingang verfügt. Um es dem Anwender zu ermöglichen, auf einfache Weise auf die Daten eines in dem Kommunikationssystem befindlichen IO-Link-fähigen Sensors zugreifen zu können, wenn die Steuereinheit selbst hierfür nicht geeignet ist, ist die Kommunikationsleitung in zwei Teilleitungen unterteilt und an der Verbindungsstelle eine Y-Weicheneinheit (10) eingesetzt, wobei an der Y-Weicheneinheit (10) sensorseitig ein erster Anschluss (10a) und steuerungsseitig ein zweiter und ein dritter Anschluss (10b, 10c) vorgesehen sind, wobei am zweiten Anschluss (10b) die Steuerung (2) und an dem dritten Anschluss (10c) ein weiterer Datenempfänger (4) angeschlossen ist und wobei die Y-Weicheneinheit (10) zum einen die digitalen Daten nach dem IO-Link-Standard des Sensors (3) am dritten Anschluss (10c) dem weiteren Datenempfänger (4) zur Verfügung stellt und zum anderen eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit (11) umfasst, der die digitalen Daten nach dem IO-Link- Standard des Sensors (3) abgreift, daraus ein binäres Schaltsignal extrahiert und am zweiten Anschluss (10b) der Steuerung (2) zur Verfügung stellt, so dass der weitere Datenempfänger (4) die digitalen Daten des Sensors (3) abfragen und auf den Sensor (3) zugreifen kann, ohne dass die Signale zwischen dem Sensor (3) und der Steuerung (2) dadurch beeinflusst werden.

Description

Kommunikationssystem der Automatisierungs- und Prozesstechnik sowie Y- Weicheneinheit für ein solches Kommunikationssystem
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem der Automatisierungs- und
Prozesstechnik, mit einer Steuerung als Signalempfänger und einem Sensor als Signalquelle, die über eine Verbindungsleitung Spannungs- und/oder Stromsignale austauschen, sowie eine Y-Weicheneinheit für ein solches Kommunikationssystem.
In der Automatisierungs- und Prozesstechnik kommen häufig Sensoren bzw.
Messgeräte zum Einsatz, die den erfassten Messwert - z.B. Druck, Temperatur, Durchfluss, aber auch Abstand oder Vibration - in ein diesen Messwert
repräsentierendes Ausgangssignal in Form eines analogen oder digitalen Strom- oder Spannungssignals umwandeln und dieses Signal an ihrem Kabel- oder
Steckeranschluss, aber teilweise auch drahtlos zur weiteren Verarbeitung einer übergeordneten Steuereinheit anbieten, bspw. einer SPS.
Ein typisches Messgerät besteht zunächst aus einem Sensorelement, auch als Messwertaufnehmer bezeichnet, das der Erfassung und Umwandlung einer physikalischen Messgröße eines Prozesswerts in ein Messsignal dient. Des Weiteren ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die häufig als Mikrocontroller ausgeführt ist und in der die vom Sensorelement generierten Messsignale aufbereitet, d.h. verstärkt, und zumeist auch schon verarbeitet werden. Die Auswerteinheit ist ausgangsseitig mit einer Schnittstelle verbunden, über die die aufbereiteten Messsignale an die bereits erwähnte Steuereinheit in Form von binären Schaltsignalen oder
Analogsignalen übertragen werden können.
Darüber hinaus ist in der Automatisierungstechnik die Verwendung eines Standard- Kommunikations-Schnittstellentreiber bekannt, der dem IO-Link-Standard entspricht. Der IO-Link-Standard ist ein spezielles Kommunikationssystem der
Industrieautomatisierung, der zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren, die auch als Feldgeräte bezeichnet werden, an die Steuereinheit dient, sofern die Steuereinheit IO-Link-fähig ist, d.h. für eine derartige Kommunikation ausgelegt ist. Der IO-Link-Standard ist in der Norm IEC 61131 -9 unter der Bezeichnung„Single- drop digital communication interface for small sensors and actuators“ (SDCI) normiert. Die Standardisierung umfasst dabei sowohl die elektrischen
Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit der IO-Link-fähigen Steuereinheit in Datenaustausch treten.
Heutzutage ist der weit überwiegende Anteil insbesondere der von der Anmelderin vertriebenen Sensoren IO-Link-fähig. Andererseits sind die bei den Anwendern vorhandenen Steuereinheiten vielfach nicht IO-Link-fähig und verfügen nur über einen Analog- und/oder Schaltsignaleingang, weil schlicht kein unmittelbarer Bedarf nach digitaler Kommunikation bestand. Dadurch entsteht die Situation, dass ein intelligenter, da IO-Link-fähiger Sensor an eine nicht-intelligente Steuereinheit angeschlossen ist und damit vom Sensor deutlich mehr Daten geliefert werden könnten, als von der übergeordneten Steuereinheit tatsächlich benötigt werden, um die betreffende Anlage zu steuern.
Im Industrie-4.0-Kontext entsteht aber inzwischen immer häufiger ein Bedarf, an die Daten des intelligenten Sensors zu gelangen, die von der Steuereinheit an sich nicht benötigt werden, um eine Überwachung oder Auswertung dieser Daten vornehmen zu können, ohne das eingerichtete Kommunikationssystem zwischen Steuerung und Sensor verändern bzw. austauschen zu müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs genannte Kommunikationssystem der Automatisierungs- und Prozesstechnik derart weiterzubilden, dass es dem Anwender ermöglicht, auf einfache Weise auf die Daten eines in dem Kommunikationssystem befindlichen IO-Link-fähigen Sensors zugreifen zu können, wenn die Steuereinheit selbst hierfür nicht geeignet ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Y-Weicheneinheit für ein solches
Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist die Kommunikationsleitung, über die die Steuerung an ihrem Analog- oder Schaltsignaleingang und ein Sensor miteinander verbunden sind, in zwei Teilleitungen unterteilt und an der Verbindungsstelle eine Y-Weicheneinheit eingesetzt. Der Begriff , Y-Weicheneinheit“ ergibt sich aus der Tatsache, dass sensorseitig ein erster Anschluss und steuerungsseitig ein zweiter und ein dritter Anschluss vorgesehen sind. Dabei ist am zweiten Anschluss die Steuerung und an dem dritten Anschluss ein weiterer Datenempfänger angeschlossen. Die Y-Weicheneinheit stellt zum einen die digitalen Daten nach dem IO-Link- Standard des Sensors am dritten Anschluss dem weiteren Datenempfänger zur Verfügung. Zum anderen umfasst die Y-Weicheneinheit eine Auswerte- und
Verarbeitungseinheit, die gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine Abtasteinheit, einen Mikrocontroller und eine Verstärkereinheit umfasst. Die Auswerte- und
Verarbeitungseinheit greift die digitalen IO-Link-Daten des Sensors ab, analysiert das Protokoll, extrahiert daraus das ursprüngliche binäre Schaltsignal und stellt dieses schließlich am zweiten Anschluss der Steuerung zur Verfügung. Dadurch kann nun der weitere Datenempfänger die digitalen Daten des Sensors abfragen, ohne dass die Schnittstelle zwischen dem Sensor und der Steuerung dadurch beeinflusst wird. Entscheidend dabei ist also, dass die Signale vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss, d.h. vom Sensor zu dem weiteren Datenempfänger, in der Y- Weicheneinheit direkt und unverändert weitergegeben, sozusagen durchgeschleift werden, während die Verbindung zwischen erstem und zweitem Anschluss, d.h. vom Sensor zur Steuerung, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Signale hier in der Y- Weicheneinheit über die Auswerte- und Verarbeitungseinheit geführt werden und dort das binäre Schaltsignal aus dem digitalen IO-Link-Signal entnommen wird.
Im Ergebnis ist es dem Anwender nun möglich, auf die digitalen
Kommunikationsdaten eines in dem Kommunikationssystem befindlichen IO-Link- fähigen Sensors zugreifen zu können, während die nicht-intelligente Steuereinheit davon unbeeinflusst weiterhin die binären Schaltsignale des Sensors empfangen kann.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der weitere
Datenempfänger eine Schnittstelle zur Verbindung mit einem Firmennetzwerk und/oder einem tragbaren Datenverarbeitungsgerät (Tablet, Smartphone, Laptop etc.) aufweist. Die Verbindung kann dabei drahtgebunden, bspw. über LAN oder USB, aber auch drahtlos, bspw. via Bluetooth oder WLAN, erfolgen. Damit besteht die Möglichkeit, die Sensordaten aus dem Datenempfänger auslesen und weiter verarbeiten zu können. Die Sensordaten sind dann - unabhängig voneinander - sowohl im Steuerungsnetz als auch in einem herkömmlichen Firmennetzwerk bzw. auf mobilen Datenverarbeitungsgeräten verfügbar, und das trotz einer häufig geforderten strikten Trennung dieser beiden Netze. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem der Automatisierungs- und Prozesstechnik und
Figur 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Y-Weicheneinheit
Figur 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Y-Weicheneinheit gemäß Fig. 2.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
In Figur 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem 1 der Automatisierungs- und Prozesstechnik dargestellt. Im Mittelpunkt steht eine Y- Weicheneinheit 10 mit drei Anschlüssen 10a, 10b, 10c, wobei ein erster Anschluss 10a sensorseitig angeordnet ist und die anderen beiden Anschlüsse 10b, 10c steuerungsseitig angeordnet sind.
An dem ersten Anschluss 10a ist ein Sensor 3 angeschlossen. Dabei kann es sich um jedwede Art von Sensor bzw. Messgerät handeln, der bzw. das in der
Automatisierungs- und Prozesstechnik üblich ist, insbesondere ein Druck-,
Temperatur-, Strömungs- oder Füllstandsensor. Entscheidend ist, dass es sich dabei um einen intelligenten Sensor handelt, der eigentlich zum Austausch von digitalen Daten mit einer Steuerung, bspw. einer SPS, nach dem IO-Link-Standard geeignet ist. Neben den reinen Messdaten sind damit vor allem Daten gemeint, die den Sensor selbst kennzeichnen, wie z.B. eine Seriennummer, eine Kennung, Diagnose- oder Parameterdaten. Wenn die Steuereinheit 2 jedoch lediglich über einen Analog- und/oder Schaltsignaleingang verfügt und damit nicht für die IO-Link-Kommunikation geeignet ist, würden diese zusätzlichen Daten ungenutzt bleiben, da sie von der nicht-intelligenten Steuerung 2 nicht abgerufen bzw. verarbeitet werden können.
Durch das Einsetzen der Y-Weicheneinheit 10 zwischen Sensor 3 und Steuerung 2 ist es dem Betreiber einer solchen Kommunikationsanlage nun auf einfache Weise möglich, an diese zusätzlichen Kommunikationsdaten des Sensors 3 zwecks
Überwachung oder Auswertung zu gelangen. Die Steuerung 2 ist am zweiten Anschluss 10b und der weitere Datenempfänger 4 am dritten Anschluss 10c an der Y-Weicheneinheit 10 angeschlossen. Bei dem Datenempfänger 4 handelt es sich insbesondere um einen IO-Link-Master.
Denkbar ist, die Verbindung zwischen der Y-Weicheneinheit 10 und dem weiteren Datenempfänger 4 auch drahtlos auszugestalten, wodurch sich ein hohes Maß an Flexibilität ergibt.
Der Datenempfänger 4 weist optional, deswegen gestrichelt dargestellt, eine
Schnittstelle 5 zur Verbindung mit einem Firmennetzwerk 5a und/oder einem tragbaren Datenverarbeitungsgerät (Tablet, Smartphone, Laptop etc.) auf. Die Verbindung kann dabei drahtgebunden, bspw. über LAN, USB, oder drahtlos, bspw. via Bluetooth oder WLAN, erfolgen. Damit besteht die Möglichkeit, die Sensordaten aus dem Datenempfänger 4 auslesen und weiter verarbeiten zu können. Die
Sensordaten sind dann - unabhängig voneinander - sowohl im Steuerungsnetz 2 als auch in einem herkömmlichen Firmennetzwerk 5a bzw. auf mobilen
Datenverarbeitungsgeräten verfügbar.
In Figur 2 ist die Y-Weicheneinheit 10 detailliert in Form eines Blockschaltbilds dargestellt. Die drei Anschlüsse 10a, 10b, 10c umfassen jeweils vier Pins, wobei mit „+“ und jeweils die positive bzw. negative Betriebsspannung gemeint ist. Um die Figur nicht zu überfrachten wurde auf eine explizite Verdrahtung dieser Pins verzichtet und die Anschlussmöglichkeiten daher nur angedeutet. Des Weiteren gibt es jeweils einen Pin für den Abgriff der erfassten Messwerte, hier beispielhaft in Form eines Analogsignals, sowie einen Pin, über den digitale Signale nach dem IO- Link-Standard bzw. binäre Schaltsignale (SIO: Serial Input Output) übertragen werden. Das Analogsignal wird durchgeschleift und ist hier nur optional dargestellt; das Hauptaugenmerk liegt auf dem vierten Pin, über den das digitale bzw. binäre Signal übertragen wird.
Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, wird die Leitung für das IO-Link-Signal aufgeteilt und zum einen direkt dem dritten Anschluss 10c zugeführt, an dem der
Datenempfänger 4 angeschlossen ist, und zum anderen dem zweiten Anschluss 10b zugeführt, an dem die Steuerung 2 angeschlossen ist, wobei das IO-Link-Signal zuvor noch einer Auswerte- und Verarbeitungseinheit 11 zugeführt wird, die eine Protokollabtastung 11 a, einen Protokollanalysator 11 b und eine Verstärkereinheit 11 c umfasst.
Die Protokollabtastung 11 a ist bevorzugt als Hardwareschaltung ausgeführt und tastet das digitale IO-Link-Signal ab, das am Sensor-Anschluss 10a anliegt und führt es dem Protokollanalysator 11 b zu. Der Protokollanalysator 11 b ist als
Mikrocontroller mit integriertem IO-Link Stack ausgeführt, der dazu genutzt wird, das Protokoll zu interpretieren um daraus die enthaltenen Schaltinformationen
herauszufiltern. Die Verstärkereinheit 11 c ist bevorzugt wieder als
Hardwareschaltung ausgeführt und dient dazu, die Schaltsignale wieder in der für die Steuerung 2 verständlichen Form aufzubereiten. Das aufbereitete Schaltsignal wird dann der Steuerung 2 am zweiten Anschluss 10b zur Verfügung gestellt.
Die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 10a und dem dritten Anschluss 10c, an dem der Datenempfänger 4 angeschlossen ist, ist durch die zwei gegensätzlich gerichteten Pfeile als bidirektionale Kommunikationsleitung gekennzeichnet. D.h. dem IO-Link-Master als der weitere Datenempfänger 4 ist es auch möglich, auf den Sensor 3 zuzugreifen und dort bspw. eine Parametrierung vorzunehmen. Auf den Verbindungen zwischen dem ersten Anschluss 10a und dem zweiten Anschluss 10b ist jeweils nur eine Signalübertragung vom Sensor 3 zur Steuerung 2 möglich.
Während in Fig. 2 die Y-Weicheneinheit 10 in ihrem grundsätzlichen Aufbau abgebildet ist, zeigt Figur 3 die Y-Weicheneinheit 10 noch etwas detaillierter und mit einigen vorteilhaften Weiterbildungen. Die Protokollabtastung 11 a umfasst noch einen Master-Stack 11 d und einen Device-Stack 11 e, welche grundsätzlich auch bereits in Fig. 2 enthalten sind, dort aber aus Darstellungsgründen nicht erwähnt werden. Durch den Master-Stack 11 d wird dem Sensor 3 am ersten Anschluss 10a ein Master vorgegeben, während durch den Device-Stack 11 e dem Datenempfänger 4 am dritten Anschluss 10c ein Device, d.h. ein Sensor vorgegeben wird.
Ein erster Unterschied zur Fig. 2 besteht darin, dass die IO-Link-Signale zwischen dem ersten Anschluss 10a und dem dritten Anschluss 10c nun über die Auswerte- und Verarbeitungseinheit 11 geführt werden, d.h. zunächst über den Master-Stack 11 d und dann über den Device-Stack 11 e. Durch diese Ausführung wird die
Funktionalität der Y-Weicheneinheit 10 unabhängig davon, ob am dritten Anschluss 10c ein weiterer Datenempfänger angeschlossen ist oder nicht, weiter verbessert. Ein weiterer Unterschied zur Ausführung gemäß Fig. 2 besteht darin, dass der dritten Anschluss 10c komplett vom Rest der Y-Weicheneinheit 10 galvanisch getrennt ist. Als Einheit für diese galvanische Trennung 12 bietet sich insbesondere ein
Optokoppler an. Durch diese Maßnahme können eventuell auftretende Querströme wirksam eliminiert werden.
Vorteilhaft ist es des Weiteren, in die Kommunikationsleitung zwischen Master-Stack 1 1 d und Device-Stack 1 1 e einen Schreibschutz zu integrieren, um einen ungewollten schreibenden Zugriff des Datenempfängers 4 auf den Sensor 3 zu verhindern und dadurch bspw. das Parametrieren des Sensors 3 nur in bestimmten Situationen zu erlauben.
Bezugszeichenliste
1 Kommunikationssystem
2 Steuerung, SPS
3 Sensor
4 Datenempfänger
5 Schnittstelle
5a Firmennetzwerk
10 Y-Weicheneinheit
10a erster Anschluss
10b zweiter Anschluss
10c dritter Anschluss
11 Auswerte- und Verarbeitungseinheit
11 a Abtasteinheit
11 b Protokollanalysator/Mikrocontroller 11 c Verstärkereinheit
11 d Master-Stack
11 e Device-Stack
12 galvanische Trennung

Claims

Patentansprüche
1. Kommunikationssystem der Automatisierungs- und Prozesstechnik, mit einer Steuerung (2) als Signalempfänger und einem Sensor (3) als Signalquelle, die über eine Verbindungsleitung Spannungs- und/oder Stromsignale
austauschen,
wobei der Sensor (3) geeignet ist, digitale Daten nach dem IO-Link-Standard zur Verfügung zu stellen und die Steuerung (2) lediglich über einen Analog- und/oder Schaltsignaleingang verfügt,
wobei die Verbindungsleitung in zwei Teilleitungen unterteilt ist und an der Verbindungsstelle eine Y-Weicheneinheit (10) eingesetzt ist,
wobei an der Y-Weicheneinheit (10) sensorseitig ein erster Anschluss (10a) und steuerungsseitig ein zweiter und ein dritter Anschluss (10b, 10c) vorgesehen sind,
wobei am zweiten Anschluss (10b) die Steuerung (2) und an dem dritten Anschluss (10c) ein weiterer Datenempfänger (4) angeschlossen ist, und wobei die Y-Weicheneinheit (10) zum einen die digitalen Daten nach dem IO-Link-Standard des Sensors (3) am dritten Anschluss (10c) dem weiteren Datenempfänger (4) zur Verfügung stellt und zum anderen eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit (11 ) umfasst, die die digitalen Daten nach dem IO- Link-Standard des Sensors (3) abgreift, daraus ein binäres Schaltsignal extrahiert und am zweiten Anschluss (10b) der Steuerung (2) zur Verfügung stellt, so dass der weitere Datenempfänger (4) die digitalen Daten des
Sensors (3) abfragen und auf den Sensor (3) zugreifen kann, ohne dass die Signale zwischen dem Sensor (3) und der Steuerung (2) dadurch beeinflusst werden.
2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Verarbeitungseinheit (11 ) eine Abtasteinheit (11 a), einen Mikrocontroller (11 b) und eine
Verstärkereinheit (11 c) umfasst.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass Mikrocontroller (11 b) einen Protokollanalysator sowie einen Protokollstack nach dem IO-Link-Standard umfasst.
4. Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten und Signale vom bzw. zum dritten Anschluss (10c) über eine galvanische Trennung (12) geführt werden.
5. Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Datenempfänger (4) eine
Schnittstelle (5) zur Verbindung mit einem Firmennetzwerk (5a) und/oder einem tragbaren Datenverarbeitungsgerät aufweist.
6. Y-Weicheneinheit für ein Kommunikationssystem der Automatisierungs- und Prozesstechnik, das eine Steuerung (2) als Signalempfänger und einen Sensor (3) als Signalquelle umfasst,
wobei über eine Verbindungsleitung Spannungs- und/oder Stromsignale ausgetauscht werden und der Sensor (3) geeignet ist, digitale Daten nach dem IO-Link-Standard zur Verfügung zu stellen und die Steuerung (2) lediglich über einen Analog- und/oder Schaltsignaleingang verfügt,
wobei sensorseitig ein erster Anschluss (10a) und steuerungsseitig ein zweiter und ein dritter Anschluss (10b, 10c) vorgesehen sind,
wobei der zweite Anschluss (1 Ob) zur Verbindung mit der Steuerung (2) vorgesehen ist und der dritte Anschluss (10c) zur Verbindung mit einem weiteren Datenempfänger (4) vorgesehen ist,
und wobei die Y-Weicheneinheit (10) zum einen die digitalen Daten nach dem IO-Link-Standard des Sensors (3) am dritten Anschluss (10c) dem weiteren Datenempfänger (4) zur Verfügung stellt und zum anderen eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit (11 ) umfasst, die die digitalen Daten nach dem IO- Link-Standard des Sensors (3) abgreift, daraus ein binäres Schaltsignal extrahiert und am zweiten Anschluss (10b) der Steuerung (2) zur Verfügung stellt, so dass der weitere Datenempfänger (4) die digitalen Daten des
Sensors (3) abfragen und auf den Sensor (3) zugreifen kann, ohne dass die Signale zwischen dem Sensor (3) und der Steuerung (2) dadurch beeinflusst werden.
7. Y-Weicheneinheit nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Verarbeitungseinheit (11 ) eine Abtasteinheit (11 a), einen Mikrocontroller (11 b) und eine
Verstärkereinheit (11 c) umfasst.
8. Y-Weicheneinheit nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (11 b) einen
Protokollanalysator sowie einen Protokollstack nach dem IO-Link-Standard umfasst.
9. Y-Weicheneinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Daten und Signale vom bzw. zum dritten Anschluss (10c) über eine galvanische Trennung (12) geführt werden.
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