DE102021213001B3

DE102021213001B3 - Verfahren zum Betreiben eines Feldbussystems und Feldbussystem

Info

Publication number: DE102021213001B3
Application number: DE102021213001.1A
Authority: DE
Inventors: Elmar Hartmann
Original assignee: Lenze SE
Current assignee: Lenze SE
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2041-11-19

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines Feldbussystems (100), wobei das Feldbussystem (100) einen Feldbus (1a, 1b, 1c) und eine Anzahl von mittels des Feldbusses (1a, 1b, 1c) zum Datenaustausch miteinander gekoppelte Feldbus-Teilnehmern (2a-6a, 2b-6b, 9) aufweist, wobei einer der Feldbus-Teilnehmer (2a, 2b, 9) einen Feldbus-Master bildet und die verbleibenden Feldbus-Teilnehmer (3a-6a, 3b-6b) Feldbus-Slaves bilden. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: automatisches Konfigurieren eines der Feldbus-Teilnehmer (2a, 2b, 9) als Feldbus-Master und der verbleibenden Feldbus-Teilnehmer (3a-6a, 3b-6b) als Feldbus-Slaves.

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Feldbussystems und ein Feldbussystem zur Verfügung zu stellen, die möglichst einfach konfigurierbar sind.
Die DE 10 2017 124 096 A1 offenbart ein Kommunikationssystem mit einer automatischen Erkennung von Kommunikationsgeräten.
Die DE 10 2013 201 106 A1 offenbart einen Busknoten und ein Bussystem sowie Verfahren zur Identifikation der Busknoten des Bussystems.
Die DE 10 2014 003 066 A1 offenbart eine Methode zur halbautomatischen Adressermittlung für Bus-Teilnehmer eines gemischt sternförmigen / seriellen Beleuchtungsnetzwerks für die Verwendung in Kfz.
Die DE 10 2019 114 303 B3 offenbart ein Verfahren zum Erfassen von Netzwerkteilnehmern in einem Automatisierungsnetzwerk und ein Automatisierungsnetzwerk.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Betreiben eines Feldbussystems. Das Feldbussystem weist einen herkömmlichen Feldbus und eine Anzahl von mittels des Feldbusses zum Datenaustausch miteinander gekoppelte Feldbus-Teilnehmern auf. Einer der Feldbus-Teilnehmer bildet einen Feldbus-Master und die verbleibenden Feldbus-Teilnehmer bilden Feldbus-Slaves. insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Erfindungsgemäß wird automatisch, d.h. insbesondere ohne Zutun eines Benutzers, einer der Feldbus-Teilnehmer als Feldbus-Master konfiguriert und die verbleibenden Feldbus-Teilnehmer werden als Feldbus-Slaves konfiguriert. Bei einem CAN-Feldbus bildet der Feldbus-Master den sogenannten Sync-Master und die Feldbus-Slaves bilden keinen Sync-Master, können jedoch im Übrigen ebenfalls Masterfunktionalitäten übernehmen. Im Übrigen sei insoweit auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.
Der Schritt des automatischen Konfigurierens weist folgende Schritte auf: Ermitteln einer Topologie des Feldbusses und Konfigurieren eines Feldbus-Teilnehmers als Feldbus-Master und der verbleibenden Feldbus-Teilnehmer als Feldbus-Slaves in Abhängigkeit von der ermittelten Topologie des Feldbusses. Beim Ermitteln der Topologie des Feldbusses kann beispielsweise die Position eines Feldbusteilnehmers innerhalb des Feldbusses bestimmt werden, usw.
Der Feldbus ist ein EtherCAT-Feldbus, wobei ein jeweiliger Feldbus-Teilnehmer einen Ether-CAT-IN-Anschluss und einen EtherCAT-OUT-Anschluss aufweist, wobei das Ermitteln der Topologie des Feldbusses folgende Schritte aufweist: Ermitteln durch einen jeweiligen Feldbus-Teilnehmer, ob an seinem EtherCAT-IN-Anschluss ein anderer Feldbus-Teilnehmer, insbesondere desselben Feldbusses, angeschlossen ist und, falls kein anderer Feldbus-Teilnehmer, insbesondere desselben Feldbusses, an seinem EtherCAT-IN-Anschluss angeschlossen ist, Konfigurieren des Feldbus-Teilnehmers als Feldbus-Master. Andernfalls kann der Feldbus-Teilnehmer als Feldbus-Slave konfiguriert werden.
In einer Ausführungsform ermittelt ein jeweiliger Feldbus-Teilnehmer bei seinem Einschalten die Topologie des Feldbusses.
In einer Ausführungsform überprüft derjenige Feldbus-Teilnehmer, der als der Feldbus-Master konfiguriert ist, fortlaufend, ob ein oder mehrere Feldbus-Teilnehmer vom Feldbus entfernt worden sind oder dem Feldbus hinzugefügt worden sind, wobei, falls ein oder mehrere Feldbus-Teilnehmer vom Feldbus entfernt worden sind oder dem Feldbus hinzugefügt worden sind, derjenige Feldbus-Teilnehmer, der als der Feldbus-Master konfiguriert ist, ein erneutes Ermitteln der Topologie des Feldbusses anstößt.
In einer Ausführungsform ist der Feldbus ein Ethernet-basierter Feldbus.
Das erfindungsgemäße Feldbussystem weist einen herkömmlichen Feldbus und eine Anzahl von mittels des Feldbusses zum Datenaustausch miteinander gekoppelte Feldbus-Teilnehmern auf, wobei die Feldbus-Teilnehmer dazu ausgebildet sind, ein oben beschriebenes Verfahren auszuführen.
In der Automatisierungstechnik wird Modularisierung zunehmend wichtiger. Mit anderen Worten werden Anlagenteile als Module bzw. Feldbus-Teilnehmer ausgebildet und können je nach Bedarf in mehr oder weniger beliebiger Reihenfolge zusammengeschaltet werden. Solche Anlagenteile können sowohl als Feldbus-Slaves unter einem Feldbus-Master, aber auch als Feldbus-Master für andere Feldbus-Slaves agieren, je nachdem, wie die Feldbus-Teilnehmer zusammengefügt bzw. konfiguriert sind.
In der Regel sind diese Feldbus-Teilnehmer über einen Feldbus miteinander vernetzt, der auch eine synchrone Kommunikation ermöglicht. In derartigen Feldbussystemen ist, insbesondere wenn diese Ethernet-basiert sind, nur ein einziger Master zulässig. Dieser übernimmt die Steuerung der Kommunikation, so dass Telegrammkollisionen (diese führen zu Timing-Verletzungen) vermieden werden. Ein Feldbus-Teilnehmer muss je nach Konfiguration also einmal als Feldbus-Master und ein anderes Mal als Feldbus-Slave konfiguriert werden.
Mittels der Erfindung werden die Feldbus-Teilnehmer ohne menschliche Konfigurationsarbeit beim Systemstart oder dynamisch während des Betriebes (Umrüstphase) automatisch als Feldbus-Master oder als Feldbus-Slave konfiguriert. Die Feldbus-Teilnehmer sind hierbei grundsätzlich dazu ausgebildet, als Feldbus-Master oder als Feldbus-Slave konfiguriert zu werden. Aus Sicht eines Nutzers des Feldbussystems stellt sich jedoch der Feldbus-Teilnehmer immer gleich dar und der Nutzer benötigt keine Kenntnis darüber, ob ein Feldbus-Teilnehmer als Feldbus-Master oder als Feldbus-Slave konfiguriert werden muss.
Grundsätzlich können bei der erfindungsgemäßen automatischen Konfiguration 2 Szenarien unterschieden werden. Erstens, eine automatische Konfiguration beim Einschalten, und zweitens eine automatische Konfiguration während des Betriebes und einer Umrüstphase.
Beim ersten Szenario führt jeder Feldbusteilnehmer beim Einschalten eine Topologie-Ermittlung durch. Diese wird über den physikalischen Feldbus (z.B. Ethernet) durchgeführt und muss nichts mit dem während des Betriebes gefahrenen Protokoll (z.B. EtherCAT oder PROFINET) zu tun haben. Über diese Topologie-Ermittlung stellt der Teilnehmer fest, ob er Feldbus-Master oder Feldbus-Slave ist. Dies kann z.B. mittels einer in den Feldbus-Teilnehmern laufenden Applikation erfolgen. Je nach Ergebnis dieser Topologie-Ermittlung starten die jeweiligen Feldbus-Teilnehmer dann in der ihnen in der aktuellen Topologie zugedachten Rolle als Feldbus-Master oder als Feldbus-Slave.
Beim zweiten Szenario erkennt der momentane Feldbus-Master aufgrund eines dynamischen Zuschaltens bzw. Entfernens eines Feldbus-Teilnehmers, dass sich bezüglich seiner Feldbus-Teilnehmer etwas verändert hat. Daraufhin aktiviert der momentane Feldbus-Master (erneut) eine Topologie-Ermittlung bei allen sich am Feldbus befindlichen Feldbus-Teilnehmern, worauf die im Szenario 1 beschriebenen Abläufe erneut ausgeführt werden.
Die Topologie-Ermittlung kann feldbusspezifisch arbeiten, da je nach Typ des Feldbusses und verwendeter Physik unterschiedliche Mechanismen eingesetzt werden können/müssen. Bei EtherCAT beispielsweise kann über eine Link-Erkennung am EtherCAT-OUT und an einem fehlenden Link am EtherCAT-IN abgeleitet werden, dass, wenn kein Verdrahtungsfehler vorliegt, der entsprechende Teilnehmer als Master arbeiten soll. Eine solche Erkennung kann bereits auf Treiberebene Informationen für die Topologie-Ermittlung liefern, die es ermöglichen, herauszufinden, ob ein Teilnehmer als Feldbus-Master oder als Feldbus-Slave arbeiten soll.
Diese Information wird dann in der Applikation zu Aktivierung/Deaktivierung entsprechender Applikationsfunktionen genutzt.
Erfindungsgemäß können Maschinenmodule bzw. korrespondierende Feldbus-Teilnehmer dynamisch eingefügt bzw. entnommen werden, ohne dass eine manuelle Nachkonfiguration der Feldbus-Teilnehmer notwendig wäre.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:

1 schematisch ein Blockschaltbild eines Feldbussystems, wobei das Feldbussystem mehrere Feldbusse und eine Anzahl von mittels der Feldbusse zum Datenaustausch miteinander gekoppelte Feldbus-Teilnehmern aufweist.

1 zeigt schematisch ein Blockschaltbild eines Feldbussystems 100, wobei das Feldbussystem 100 einen ersten Feldbus 1a, einen zweiten Feldbus 1b und einen dritten Feldbus 1c aufweist. Mittels des ersten Feldbusses 1a sind Feldbus-Teilnehmer 2a-6a miteinander zum Datenaustausch gekoppelt. Mittels des zweiten Feldbusses 1b sind Feldbus-Teilnehmer 2b-6b miteinander zum Datenaustausch gekoppelt. Mittels des dritten Feldbusses 1c ist ein Feldbus-Teilnehmer 9 mit den Feldbus-Teilnehmern 2a und 2b zum Datenaustausch gekoppelt. Der Feldbus-Teilnehmer 9 ist beispielsweise eine übergeordnete Steuerung.
Die Feldbus-Teilnehmer 2a und 2b weisen jeweils mindestens zwei verschiedene Feldbusanschlüsse auf, wobei ein erster der jeweiligen Feldbusanschlüsse an den ersten Feldbus 1a bzw. den zweiten Feldbus 1b angeschlossen ist und ein zweiter der jeweiligen Feldbusanschlüsse an den dritten Feldbus 1c angeschlossen ist. Zumindest die Feldbus-Teilnehmer 2a und 2b können an einem ihrer Feldbusanschlüsse als Feldbus-Master fungieren und an dem anderen ihrer Feldbusanschlüsse als Feldbus-Slave fungieren. Beispielsweise können die Feldbus-Teilnehmer 2a und 2b am Feldbus 1a bzw. 1b als Feldbus-Master agieren und am Feldbus 1c als Feldbus-Slave agieren.
Die automatische Konfiguration des Feldbussystems wird exemplarisch für den Feldbus 1a und den daran angeschlossenen Feldbus-Teilnehmern 2a bis 6a nachfolgend beschrieben. Die automatische Konfiguration der Feldbus-Teilnehmer an den Feldbussen 1b und 1c erfolgt entsprechend.
Erfindungsgemäß wird auf Feldbus-Teilnehmerebene eine Topologie des Feldbusses 1a ermittelt und ein Feldbus-Teilnehmer 2a automatisch als Feldbus-Master und die verbleibenden Feldbus-Teilnehmer 3a bis 6a als Feldbus-Slaves in Abhängigkeit von der ermittelten Topologie des Feldbusses 1a konfiguriert.
Der Feldbus 1a ist ein EtherCAT-Feldbus, wobei ein jeweiliger Feldbus-Teilnehmer 2a-6a einen EtherCAT-IN-Anschluss 7 und einen EtherCAT-OUT-Anschluss 8 aufweist. Das Ermitteln der Topologie des Feldbusses 1a weist folgende Schritte auf: Ermitteln durch einen jeweiligen Feldbus-Teilnehmer 2a-6a, ob an seinem Ether-CAT-IN-Anschluss 7 ein anderer Feldbus-Teilnehmer, insbesondere desselben Feldbusses, angeschlossen ist und, falls kein anderer Feldbus-Teilnehmer an seinem EtherCAT-IN-Anschluss 7 angeschlossen ist, Konfigurieren des Feldbus-Teilnehmers 2a als Feldbus-Master.
Ein jeweiliger Feldbus-Teilnehmer 2a-6a ermittelt bei seinem Einschalten die Topologie des Feldbusses 1a. Zusätzlich überprüft derjenige Feldbus-Teilnehmer 2a, der als der Feldbus-Master konfiguriert ist, fortlaufend, ob ein oder mehrere Feldbus-Teilnehmer vom Feldbus 1a entfernt worden sind oder dem Feldbus 1a hinzugefügt worden sind, wobei, falls ein oder mehrere Feldbus-Teilnehmer vom Feldbus 1a entfernt worden sind oder dem Feldbus 1a hinzugefügt worden sind, derjenige Feldbus-Teilnehmer 2a, der als der Feldbus-Master konfiguriert ist, ein erneutes Ermitteln der Topologie des Feldbusses 1a anstößt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Feldbussystems (100), wobei das Feldbussystem (100) einen Feldbus (1a, 1b, 1c) und eine Anzahl von mittels des Feldbusses (1a, 1b, 1c) zum Datenaustausch miteinander gekoppelte Feldbus-Teilnehmern (2a-6a, 2b-6b, 9) aufweist, wobei einer der Feldbus-Teilnehmer (2a, 2b, 9) einen Feldbus-Master bildet und die verbleibenden Feldbus-Teilnehmer (3a-6a, 3b-6b) Feldbus-Slaves bilden, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: - automatisches Konfigurieren eines der Feldbus-Teilnehmer (2a, 2b, 9) als Feldbus-Master und der verbleibenden Feldbus-Teilnehmer (3a-6a, 3b-6b) als Feldbus-Slaves, dadurch gekennzeichnet, dass - das automatische Konfigurieren folgende Schritte aufweist: - Ermitteln einer Topologie des Feldbusses (1a, 1b, 1c) und - Konfigurieren eines Feldbus-Teilnehmers (2a, 2b, 9) als Feldbus-Master und der verbleibenden Feldbus-Teilnehmer (3a-6a, 3b-6b) als Feldbus-Slaves in Abhängigkeit von der ermittelten Topologie des Feldbusses (1a, 1b, 1c), und - der Feldbus (1a, 1b, 1c) ein EtherCAT-Feldbus ist, wobei ein jeweiliger Feldbus-Teilnehmer (2a-6a, 2b-6b, 9) einen EtherCAT-IN-Anschluss (7) und einen EtherCAT-OUT-Anschluss (8) aufweist, wobei das Ermitteln der Topologie des Feldbusses (1a, 1b, 1c) folgende Schritte aufweist: - Ermitteln durch einen jeweiligen Feldbus-Teilnehmer (2a-6a, 2b-6b, 9), ob an seinem EtherCAT-IN-Anschluss (7) ein anderer Feldbus-Teilnehmer, insbesondere desselben Feldbusses, angeschlossen ist und, falls kein anderer Feldbus-Teilnehmer, insbesondere desselben Feldbusses, an seinem EtherCAT-IN-Anschluss (7) angeschlossen ist, Konfigurieren des Feldbus-Teilnehmers (2a, 2b, 9) als Feldbus-Master.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - ein jeweiliger Feldbus-Teilnehmer (2a-6a, 2b-6b, 9) bei seinem Einschalten die Topologie des Feldbusses (1a, 1b, 1c) ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - derjenige Feldbus-Teilnehmer (2a, 2b, 9), der als der Feldbus-Master konfiguriert ist, fortlaufend überprüft, ob ein oder mehrere Feldbus-Teilnehmer vom Feldbus (1a, 1b, 1c) entfernt worden sind oder dem Feldbus hinzugefügt worden sind, wobei, falls ein oder mehrere Feldbus-Teilnehmer vom Feldbus (1a, 1b, 1c) entfernt worden sind oder dem Feldbus (1a, 1b, 1c) hinzugefügt worden sind, derjenige Feldbus-Teilnehmer (2a, 2b, 9), der als der Feldbus-Master konfiguriert ist, ein erneutes Ermitteln der Topologie des Feldbusses (1a, 1b, 1c) anstößt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der Feldbus (1a, 1b, 1c) ein Ethernet-basierter Feldbus ist.
Feldbussystem (100), wobei das Feldbussystem (100) einen Feldbus (1a, 1b, 1c) und eine Anzahl von mittels des Feldbusses (1a, 1b, 1c) zum Datenaustausch miteinander gekoppelte Feldbus-Teilnehmern (2a-6a, 2b-6b, 9) aufweist, wobei die Feldbus-Teilnehmer (2a-6a, 2b-6b, 9) dazu ausgebildet sind, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.