DE102011006590B4

DE102011006590B4 - Verfahren zum Betreiben eines Gateways

Info

Publication number: DE102011006590B4
Application number: DE102011006590A
Authority: DE
Inventors: Joachim R. Uffelmann
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: DE102011006590A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Gateways G (Profibus auf IO-Link), das eine Verbindung zwischen eine Feldbus FB und mehreren Geräten D1, D2, ... Dn ermöglicht, wobei das Gateway G entsprechende Punkt-zu-Punkt-Schnittstellen (Ports P1, P2, ... Pn) aufweist, die in zwei Modi arbeiten – Standard (SIO) oder Kommunikation (IO-Link) – dadurch gekennzeichnet, dass den Ports P1, P2, ... Pn jeweils Strommessschaltungen MS1, MS2, ... Mn zugeordnet sind, über die die Belegung des entsprechenden Ports P1, P2, ... Pn ermittelt wird, und bei einer Belegung ein Kommunikationsaufbau vom Gateway G (Master) mit dem angeschlossenen Gerät (Slave) D1, D2, ... Dn versucht wird, und falls dieser erfolglos bleibt, der Port in den SIO-Modus geschaltet wird und das am Port anliegende Signal als DI-Signal betrachtet wird und dieses über das Prozessabbild, das das Gateway G dem Feldbus FB zur Verfügung stellt, als Datum erscheint.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gateways. In der Automatisierungstechnik werden Gateways zwischen verschiedenen in einer Anlage vorgesehenen Kommunikationssystemen eingesetzt. So kann über ein entsprechendes Gateway, ein IO-Link System mit einem Feldbussystem (z. B. Profibus, Industrie Ethernet, ASi) verbunden werden. Dadurch können Messinformationen bzw. Steuerinformationen und Diagnoseinformationen systemübergreifend ausgetauscht werden.
An einen Port eines IO-Link Gateways können unterschiedliche Typen von Sensoren bzw. Aktoren angeschlossen werden, herkömmliche Geräte mit einem Schaltausgang bzw. Schalteingang (SIO-Mode) oder kommunikationsfähige Geräte (IO-Link). Sensoren oder Aktoren werden in den IO-Link-Spezifikationen als Devices (Geräte) bezeichnet.
Normalerweise ist ein Konfigurationstool zum Anschluss von Geräten an das Gateway notwendig. Dem Gateway muss vermittelt werden, welcher Gerätetyp an dem betreffenden Port angeschlossen ist und falls es sich um ein SIO-Gerät handelt, ob der Port als DI (Dateneingang) oder DO Datenausgang fungieren soll.
Wenn ein entsprechendes Konfigurationstool nicht zur Verfügung steht, ist ein Anschluss eines Gerätes an ein Gateway nicht möglich.
In den Dokumenten DE 10 2008 055 660 A1 , EP 1349024 A2 und EP 2161638 A1 sind Automatisierungssysteme mit herkömmlichen Gateways angegeben. Der Anschluss von Geräten an diese Gateways ist entsprechend aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Betreiben eines Gatways anzugeben, das einen Anschluss von Geräten an ein Gateway auch ohne Konfigurationstool ermöglicht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass das Gateway den Anschluss eines Gerätes erfasst. Dies erfolgt über eine Strommessschaltung. Wenn der Anschluss eines Gerätes festgestellt wurde, wird zuerst ein Kommunikationsaufbau mit dem Gerät versucht. Schlägt dieser fehl, wird der betreffende Port automatisch auf DI eingestellt. Handelt es sich bei dem Gerät um einen herkömmlichen Sensor mit Schaltausgang, so kann der Anwender den richtigen Anschluss testen, indem das Schaltsignal des Sensors z. B. eines induktiven Näherungsschalters mit einem Bedämpfungselement ausgelöst wird und die Reaktion an einem im übergeordneten Feldbussystem angeschlossenen Visualisierungstool angezeigt wird.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer Zeichnung mit drei Abbildungen dargestellt.
zeigt ein IO-Link Gateway G das an einen Feldbus FB (z. B. Profibus/oder ASi etc.) angeschlossen ist. Das Gateway G weist mehrere Ports 1, 2, ... n auf, an die entsprechende Geräte D1, D2, ... Dn angeschlossen sind Über einen Rechner R kann das Gateway G konfiguriert bzw. parametriert werden. Außerdem können Diagnosedaten (diagnosis) oder Instandhaltungsdaten (maintenance) abgerufen werden. Entsprechende Engineering-Werkzeuge sind bekannt. Den Ports sind jeweils Strommessschaltungen MS1, MS2, ... Mn, die mit den L+ Leitungen verbunden sind, zugeordnet. Über diese Strommessschaltungen kann die Belegung der entsprechenden Ports ermittelt werden. Sobald ein Gerät z. B. D1 D angeschlossen wird, fließt zumindest ein kleiner Strom über die entsprechende L+ Leitung (24 V).
Nachfolgend ist die Funktionsweise der Erfindung erläutert. Es liegt folgende Situation vor. Dem Anwender steht keine Rechnereinheit R zur Verfügung und er möchte an den Port 1 ein Gerät D1 neu anschließen. Hierzu verbindet er das Gerät D1 mit dem Port 1. Über die Strommessschaltung MS1 wird festgestellt, dass ein Gerät an den Port 1 des Gateways angeschlossen ist. Das Gateway G versucht daraufhin als Master eine Kommunikation mit dem Gerät D1 (Slave) aufzubauen. Dies erfolgt nach vorgegebenen Regeln (IO-Link-Standard). Typischerweise werden 3-Versuche eines Kommunikationsaufbaus ausgeführt. Ist das angeschlossene Gerät IO-Link fähig, so wird einer der 3-Versuche sicher erfolgreich sein. In diesem Falle werden die entsprechenden Kommunikationsparameter ausgetauscht und das Gerät D1 in den zyklischen Prozessdatenaustausch aufgenommen. Das Gateway G ist so vorkonfiguriert, dass die Prozessdaten der einzelnen Ports auf den Feldbus FB abgebildet werden. Ist das Gerät D1 nicht IO-Link fähig, so müssen alle drei Versuche erfolglos bleiben, weil das nicht kommunikationsfähige Gerät D1 gar nicht auf die Anfrage des Masters antworten kann. In diesem Fall wird der Port 1 in den SIO-Modus umgeschaltet und das am Port 1 anliegende Signal als Schaltsignal eines Sensors betrachtet (DI). Entsprechend steht das am Port 1 anliegende Schaltsignal (Binärsignal) im Prozessabbild, das das Gateway G dem Feldbus FB zur Verfügung stellt, als Datum ebenfalls zur Verfügung.
Somit braucht der Anwender, wenn er ein IO-Link fähiges Gerät bzw. einen SIO Sensor an das Gateway G anschließen will, d. h. in einer relativ großen Anzahl von Fällen, kein Konfiguriertool mehr. Dies entspricht dem Wunsch des Anwenders nach Plug & Play. Die Erfindung besteht nicht nur aus dem Verfahren, sondern auch aus der Vorrichtung (Gateway), mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass zur Erkennung eines reinen DI Anschlusses auf der Messung des Stromflusses im L+ Zweig des Portes basiert. Fließt im L+ Zweig ein Strom, so versucht der IO-Master mit dem angeschlossenen Device eine Kommunikation aufzubauen. Kommt diese Kommunikation nach dem in der SDCI/IO-Link Spezifikation beschriebenen Retryversuchen nicht zustande, geht der Master davon aus, dass es sich um kein IO-Link bzw. SDCI Device handelt und stellt seinen Port auf DI um. Diese Betriebsart kann als Plug & Com-Mode bezeichnet werden. Die vorgenannte Betriebsart ist durch den Anwender konfigurierbar. Ebenso sind durch eine Konfiguration via Tool alle möglichen Konfigurationen wie DI, DO, Plug & Com, IO-Link einstellbar.
Der Com & Plug Mode kann ein möglicher Defaultwert sein, so dass ohne Tool einsatz IO-Link (SDCI) Devices angeschlossen werden können und im Kommunikationsmodus betrieben werden. Devices die ausschließlich über einen über DI Signale verfügen werden ebenfalls vom betreffenden Port als DI eingebunden. Um nicht IO-Link (SDCI) fähige Aktoren zu betreiben muss der Anwender den betreffenden Port mittels eines Tools in den DO Modus umkonfigurieren.
Im Plug & Com Modus werden vom IO-Link (SDCI) Master feste Prozessdatenbreiten im Zielsystem reserviert. Bringt ein IO-Link (SDCI) Device eine breitere Prozessdatenbreite mit, so muss der Anwender die entsprechende Prozessdatenbreite per Tool konfigurieren. Kleinere Datenbreiten werden immer in der reservierten Breite im Zielsystem abgebildet.
Durch die Messung des Stromflusses im L+ Zweig ist es außerdem möglich, dass Aktuatoren, die P-schaltend sind, nicht ungewollt durch die Kommunikationspulse in Aktion versetzt werden. Ein Aktor, der die Betriebsart DO benötigt, bedarf dem Eingriff des Anwenders, der den entsprechenden Port des Gerätes auf DO konfiguriert.
Nachfolgend sind einige Grundlagen von IO-Link nochmals zusammengestellt
IO-Link ist eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle für den Anschluss beliebiger Sensorik und Aktuatorik an ein Steuerungssystem. Im Gegensatz zu klassischen Feldbussystemen findet keine Busverdrahtung, sondern eine Parallelverdrahtung statt. IO-Link-Sensoren sehen optisch genauso aus wie Standard-Sensoren. Als einzigen Unterschied haben sie einen kombinierten Schaltzustands- und Datenkanal. Dieser liegt auf dem gleichen Anschluss wie der Schaltausgang bei konventionellen Sensoren (Pin 4 bei M12-Steckern). Der Signalpegel liegt bei standardisierten 24 V DC, übernommen aus der bewährten Industrieverdrahtung. Somit können alle bisherigen Anschlussleitungen für IO-Link-Gerät weiterverwendet werden. Für die Datenübertragung kommen Baudraten von 4,8 kBit/s und 38,4 kBit/s infrage. Prinzipiell gibt es drei mögliche Kommunikationsarten, die in Tabelle 1 dargestellt sind – je nachdem ob ein Schaltzustand, zyklische Prozessdaten oder Geräteparameter übertragen werden sollen. Alle drei Spielarten lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
So wird z. B. ein optischer Entfernungssensor zunächst mit Parameterdaten (azyklisch, seriell) versorgt und überträgt dann nur noch ein Schaltsignal bei Erkennung eines Objektes im definierten Bereich (zyklisch, binär) oder wahlweise ein entfernungsproportionales Analogsignal (zyklisch, seriell). Um diese Daten an die Steuerung zu übertragen, sind zwei Vorgehensweisen denkbar in die SPS integrierte oder in ein Busmodul integrierte IO-Link-Ports. Beide Varianten sind in dargestellt. Die Herstellung von E/A-Baugruppen sind also gefordert, neue, IO-Link fähige Komponenten zu entwickeln, um die volle Funktionalität durchgängig zu unterstützen.
Kompatibilität und Kundennutzen
Bei der Kompatibilität ist es gelungen, bisherige binäre Signale und neue IO-Link-Technologie miteinander zu verbinden. In der Variante 1 funktionieren IO-Link-Geräte auch an digitalen E/As ohne IO-Link-Port. Hierbei arbeiten IO-Link-Sensoren lediglich im Standard-IO-(SIO)-Modus mit einem digitalen Schaltsignal. Etwaige Parameterdatensätze können vorab mit einem Handprogrammiergerät übertragen werden, danach erfolgt der Datenaustausch an allen klassischen SPS- oder Buseingangsmodulen. Bei Verwendung eines IO-Link-Moduls können die Parameterdaten hingegen aus dem Sensor ausgelesen und im Austauschfall in einen neuen, baugleichen Sensor herunter geladen werden. Diese Funktion erfordert keinerlei Spezialkenntnisse und kann während des Betriebes durchgeführt werden.
Die entscheidenden Kundenvorteile aus der Nutzung von IO-Link sind also:

• Standardisierung der Sensorik, dadurch geringere Lagerhaltung, Einsatz auch an älteren Anlagen möglich, da volle Abwärtskompatibilität mit Standard E/As gewährleistet ist.
• Einfacher Austausch der IO-Link-Geräte ohne zusätzliche Softwareänderungen oder Bedienungsgeräte einfaches „Plug & Play”, Reduzierung der Inbetriebnahmezeiten.
• Nur noch ein einziges hersteller- und feldbusunabhängiges System, das mittelfristig alle proprietären Systeme ablösen kann; eine Hardwareplattform kommuniziert mit allen IO-Link-Geräten.
• Zusätzliche Diagnoseeinformationen, die bei Bedarf angefordert und in der überlagerten Visualisierung angezeigt werden können, bedeuten eine einfachere Fehlerlokalisierung und damit reduzierte Stillstandszeiten.

IO-Link und AS-Interface
Wie das obige Anwendungsbeispiel ( ) zeigt, sind AS-Interface und IO-Link kein Widerspruch, sondern eine sinnvolle Ergänzung. Da in den meisten Anlagen 80% oder mehr digitale Signale vorhanden sind, ist es weiterhin sinnvoll, ein preiswertes und einfaches Verdrahtungssystem zu verwenden. Hier hat sich AS-Interface mit seinem gelben Flachkabel als internationaler Standard etabliert. Dieses Aktuator-Sensor-Bussystem ist durch seinen feingranularen Aufbau dafür prädestiniert, den letzten Meter paralleler Verdrahtung zu den Sensoren und Aktuatoren zu überbrücken. Im Regelfall werden hier weiterhin die digitalen Signale mittels SIO-Modus übertragen. Intelligente IO-Link-Geräte können zusätzlich Parameter und Analogsignale übertragen oder im Bedarfsfall Wartungs- und Diagnoseeinformationen an die Steuerung übermitteln. Somit entfallen oft umständliche Parametrieraufgaben am Sensor. Mit AS-Interface 3.0 können über 8-kanalige IO-Link-Module bis 496 intelligente Geräte an einer Busleitung berieben werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Gateways G (Profibus auf IO-Link), das eine Verbindung zwischen eine Feldbus FB und mehreren Geräten D1, D2, ... Dn ermöglicht, wobei das Gateway G entsprechende Punkt-zu-Punkt-Schnittstellen (Ports P1, P2, ... Pn) aufweist, die in zwei Modi arbeiten – Standard (SIO) oder Kommunikation (IO-Link) – dadurch gekennzeichnet, dass den Ports P1, P2, ... Pn jeweils Strommessschaltungen MS1, MS2, ... Mn zugeordnet sind, über die die Belegung des entsprechenden Ports P1, P2, ... Pn ermittelt wird, und bei einer Belegung ein Kommunikationsaufbau vom Gateway G (Master) mit dem angeschlossenen Gerät (Slave) D1, D2, ... Dn versucht wird, und falls dieser erfolglos bleibt, der Port in den SIO-Modus geschaltet wird und das am Port anliegende Signal als DI-Signal betrachtet wird und dieses über das Prozessabbild, das das Gateway G dem Feldbus FB zur Verfügung stellt, als Datum erscheint.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.