CN101454731B - 用于寻址的设备和方法以及转换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出，在应用于AS接口网络(2)的现场设备(1)中根据所分配的地址实现不同数量的逻辑从站(3)，所述逻辑从站可以在标准寻址方式或扩展的寻址方式中以分配的地址被触发。因此，在现场设备中能够提供具有不同配置文件的从站，通过这些从站可以交换不同类型的数据。此外提出一种方法，用该方法可以在避免双重寻址的情况下简单地对具有不同从站的现场设备寻址。

Description

用于寻址的设备和方法以及转换器
技术领域
本发明涉及一种规定为总线用户的设备、亦即现场设备、一种用于寻址的方法和一种转换器(Umrichter)。 
背景技术
在自动化金字塔的最底层上作为面向位的现场总线的AS接口由以下文献已知： 
-R.Becker(Hrsg.)的出版物：AS接口，die L
Figure G2007800195474D0001080539QIETU
sung in der Automation(自动化中的解决方案)，Gelnhausen(2002)：ASInternationalAssociation，特别是3.2章， 
-互联网参考资料de.wikipedia.org， 
-DE 197 43 981 A1， 
-规范EN 50295， 
-互联网页http://www.as-interface.com/whatisasi.asp， 
-AS-International Association在2005年6月28日的文献“AS-Interface Innovation Step 3.0”， 
-文献“AS接口”http://www.emg.ing.tu-bs.de/pdf/IKF/AS-i_SS04.pdf。 
该接口对于简单传感器、执行器和现场设备的连接来说是最佳的，它们仅与控制装置交换少量的信息位。因此，在AS接口的数据报文中从主站到从站仅传输以及再反馈传输4个信息位。 
但现代的现场设备——比如其特别应用在具有分布控制技术的装置中——中常常需要大量参数，可变地调整这些参数以优化现场设备的功能。 
此外，现代的现场设备常常收集诊断和维护信息，其支持在故障情况下快速地排除问题。其中不仅包括关于产品如生产商、型号、生产日期、固件状态的可电子传输的数据，而且包括关于运行如运行时间、启动/停止过程的次数、过载状态等的可电子传输的数据。 
另外的用于操作和观测的现场设备例如具有在其上面输出测量数据的简单的显示装置和可向控制装置输入命令的电键盘。在此，面向字节和面向位的不同功能在逻辑上相互配属，其中前者用于显示装置而后者用于按键。 
为考虑这些情况，在3.0版规范中引入从站-配置文件(Slave-Profile)，其不仅具有面向位的而且也具有面向字节的数据交换机理，例如参见引用的出版物“AS接口，die 
Figure DEST_PATH_GSB00000413957400011
in der Automation”。在此例如称为配置文件S-7.A.5。在这种配置文件中，每2个位用于串行数据交换，因此仅仅保留1或2个位用于快速的、面向位数据交换。这对于许多应用来说——例如在传动技术中——还是太少。 
发明内容
本发明的目的在于，简单而无错误地改进在总线***中的数据交换。 
按照本发明，所述目的在根据权利要求1和权利要求2所述特征的设备、根据权利要求14所述特征的方法以及根据权利要求16所述特征的转换器中得以实现。 
本发明在规定为总线用户的设备方面的重要特征是，该设备借助于一连接端与总线、特别是与电缆、汇流排/触轨连接或通过天线与空中接口(Luft)连接，其中包括用于提供两个或多个总线用户的装置，以及包括用于把经由连接端流入的和/或交换的数据分配给两个或多个总线用户的装置。这种规定为总线用户的设备也称为现场设备。在本发明中有利的是，经由一个连接端可将两个或多个总线用户连接到一总线，这简化了电缆敷设。通过提供多个总线用户也有利地既能交换快速的、面向位的数据也能交换缓慢的、面向字节的复杂数据。因此，这样改进在现场总线***中的主站和从站之间的数据交换，使得能根据要求的不同简单而无错误地使用 不同的数据交换机理。另外的优点是，现场设备包含一组从站并因此经由不同的数据交换机理可以与主站交换不同类型的数据。 
本发明在连接在总线上的设备方面的重要特征是，该设备在第一方式中实现一个逻辑从站、特别是总线用户，而在第二方式中实现至少两个逻辑从站、特别是总线用户。因此有利地使得可以根据例如对数据交换的要求在不同方式之间变换。特别是因此例如可为设备的初始化或在现场总线***中的集成选择一种简单的操作方式，而可为复杂的数据交换选择一种具有多个总线用户的复杂方式。 
在另一种有利的设计方案中，在第一方式中刚好实现一个逻辑从站、特别是总线用户。其中优点是，能简单地进行启动、特别是在总线***中的报告或地址分配。 
在另一种有利的设计方案中，总线是现场总线、特别是CAN、CAN-Open、DeviceNet、Profibus、INTERBUS、AS接口、以太网、无线LAN、EIB、LCN。其中优点是，总线用户可连接在标准化的总线上。因此，按照本发明的装置可以模块化地应用在商业上通用的设备中、特别是在具有分布技术的设备中。 
本发明可以特别有利地应用在这样的总线***中，其包括至少一个主站和多个从站，其中主站给从站分配地址。 
在另一种有利的设计方案中，第一方式是标准寻址方式，在另一种有利的设计方案中，第二方式是扩展的寻址方式。其中优点是，特别是在连接在AS接口总线上的情况下，在第一方式中可以分配一个地址，该地址在第二方式中可以用于多个总线用户或者逻辑从站，因为在扩展的寻址方式中用一个地址在不同循环内可触发不同的从站。 
在另一种有利的设计方案中，该设备包括一转换逻辑，该转换逻辑在从标准地址、特别是从发送地址或地址“0”变换到另一地址值时使该设备从第一方式转移到第二方式中。其中优点是，通过在总线上的标准过程可使方式变换。因此可以避免扩展经由总线传递的指令和命令的量。 
在另一种有利的设计方案中，该设备在分配地址“0”时在第一方式中 
工作而在分配不等于“0”的地址时在第二方式中工作。其中优点是，对于在复杂方式中的转换可以应用本就必需的过程，即给通过地址“0”标记为新连接在总线上的设备分配地址。因此能以简单的方法通过主站或借助于商业上通用的寻址设备执行地址分配。在选择地址“0”作为区别功能的特征时特别有利的是，AS接口从站在发送时占用该地址。因此，按照本发明的设备在集成在AS接口网络中直到相对主站寻址时构成标准从站。对于用户来说，与正常从站、特别是有时可能是AS接口从站的寻址有利地没有区别。在寻址之后第二方式直接就绪，其用于现场设备的主运行。另外正如在DE 102 06 657 A1中描述的那样，在第二方式中分配的地址可以有利地应用在扩展的寻址方式中。因此，对于多个从站或总线用户来说仅需要一个地址分配。因此能够有利地避免双重寻址。 
在另一种有利的设计方案中，所述至少两个逻辑从站具有彼此不同的配置文件。因此，已实现的从站可以用于不同的数据传输机理。例如面向位的功能可传输给一个从站，而面向字节的功能可传输给另一从站。 
本发明在用于连接在总线上的设备方面的重要特征是，该设备包括一计算机，其中在该计算机中映射至少两个总线用户的状态机(statemachine)。其中优点是，可实现两个或多个总线用户和/或逻辑从站。 
在另一种有利的设计方案中，该设备包括一从IC和与该从IC连接的计算机、特别是具有存储器的微处理器，其中该从IC能以透明的方式应用。其中优点是，能够简单而经济地在总线和微处理器之间进行通信并实现多个从站。 
在另一种有利的设计方案中，总线用户设计成AS接口从站或其它的现场总线从站。其中优点是，可使用标准化的总线***，特别是在应用AS接口总线的情况下。 
本发明在用于对规定为总线用户的设备寻址的方法方面的重要特征是，包括两个逻辑从站，其中 
-所述设备在寻址之前被配设标准地址、特别是地址“0”并且在第一方式、特别是标准寻址方式中运行，
-给该设备分配另一个地址， 
-然后该设备在地址分配之后实现至少两个逻辑从站。 
其中优点是，可以用在市场上已有的各种寻址设备对这种设备进行寻址。此外优点还有，当在总线用户的总线***中发送或新报告时地址“0”构成标准地址并且根据标准通过主站进行地址分配。特别是，这种设备的用户或者主站仅须为至少两个逻辑从站执行一个寻址过程。 
在另一种有利的设计方案中，在扩展的寻址方式中以分配的地址交替地分别在相继的循环中作为A地址或者作为B地址触发所述从站。在此有利的是，在从站中在标准寻址方式时能占用相同的地址空间，如在所述至少两个逻辑从站中例如在扩展的寻址方式中那样。因此可以有利地执行寻址过程，而不存在双重寻址的危险。 
本发明在转换器方面的重要特征是，集成用于连接在总线上的设备。其中优点是，在转换器中可设置与总线***进行通信的装置。因此，该转换器可有利地应用在具有分布技术的设备中。 
在另一种有利的设计方案中，用于连接在总线上的设备的微处理器集成在转换器的控制装置、特别是在转换器的电力电子装置的驱动装置中。其中优点是，在转换器的控制装置中本就存在的计算容量用于实现逻辑从站。这有利地促成具有少量元件的紧凑结构形式。 
在另一种有利的设计方案中，包括用于连接执行器和/或传感器和/或总线例如
Figure G2007800195474D00051
的连接装置和/或接线输出端，其中总线可以驱动或者选择连接装置和/或接线输出端。其中优点是，具有集成的装置的转换器除了其命名的功能外还用作用于处理极简单功能的从站以及也可以用作在总线网络中的节点。 
另外的优点由从属权利要求中得出。 
附图说明
下面根据附图详细阐述本发明： 
图中：
-图1示出按照本发明的现场设备在分配地址“0”之后的功能图， 
-图2示出按照本发明的现场设备在分配不为“0”的地址之后的功能图， 
-图3示出按照本发明的现场设备的示意图， 
-图4示出按照本发明的微处理器的状态机， 
-图5示出具有电机的、作为按照本发明的现场设备的转换器。 
具体实施方式
图1示出了按照本发明的现场设备1的功能图，其中该现场设备被分配了地址“0”。例如是这种情况，现场设备1在发送状态下新安装或者在保养之后又安装在AS接口网络中。 
现场设备1经由连接线路4和连接端8在连接点上与AS接口线路2连接。该现场设备经由连接线路4这样参与AS接口网络，即连接线路4经由内部线路5与具有标准配置文件、例如配置文件S-7.F.F的从站3连接。其中，该从站3和内部线路5是虚拟的，也就是说，现场设备1仿真所示功能。 
现在，一个同样连接在AS接口线路上的主站可以根据地址“0”把该现场设备1识别为新的用户并且以AS接口典型的方式(例如在DE 197 43981 A1中描述的那样)给该现场设备分配一个空闲地址。或者可以用一个商业上通用的寻址设备实施该地址分配。 
图2示出了按照本发明的现场设备1的功能图，其中该现场设备被分配了不为“0”的地址。这例如可能是这种情况，即主站把该现场设备1识别为新用户并且为其占用一个空闲地址。 
现场设备1经由连接线路4在连接点上与AS接口线路2连接在连接端8上。与在图1中示出的作为总线***的总线用户的情况不同，该现场设备经由该连接线路如此参与AS接口网络，即连接线路4经由内部线路7和一内部分支6与两个从站3A和3B连接。这些从站有利地具有不同配置文件，例如从站3A具有用于快速二进制并且亦即面向位的输入和输出的 配置文件S-7.A.7，而从站3B具有用于附加的数字式并且亦即面向字节的输入和输出的配置文件S-7.A.5。 
AS接口网络在扩展的寻址模式中工作，从站3A在A循环中响应现场设备1的地址，而从站3B在B循环中响应现场设备1的地址。 
现场设备1仿真两个从站3A和3B在AS接口网络上的连接，其中从站3A把现场设备1的地址用作A地址，而从站3B把该地址用作B地址。如果该地址不为“0”，则由一个地址“0”的逻辑从站变为两个或多个具有任意预定配置文件的逻辑从站。 
在按照本发明的另一实施例中，如果现场设备1没有被分配地址“0”，则该现场设备1仿真三个、四个或更多从站经由连接线路4的连接。对于多于两个从站的仿真，给现场设备分配多于一个地址，其与图2的实例类似地可以应用在扩展的寻址方法中，或使用一种类似于扩展的寻址方式具有三个、四个或更多不同循环的寻址方式。 
图3示出了现场设备的按照本发明的一种实施例。现场设备1经由连接线路4与AS接口线路2连接并且包括一商业上通用的从IC10(亦即集成电路)和一微处理器11。从IC10在透明的方式中运行，把从AS接口线路2经由连接线路4获得的数据经由内部数据线12进一步提供给微处理器11并且把从该微处理器经由另一内部数据线14接收的数据提供给AS接口线路2。该微处理器11附加地经由另一内部数据线13由从IC10获得时钟信号。在微处理器11的固件中，映射至少一个AS接口从站的状态机、亦即最终的自动装置，其模拟AS接口从站的所有可能状态和在这些状态之间所允许的转变。这种状态机在A.Hunt和D.Thomas：State Machines(状态机)，IEEE Software，2002年11月/12月，10-12页中描述。因此，在微处理器11中可以实现两个或更多的逻辑从站，并且微处理器11可以根据所分配的、由寻址设备或主站经由从IC10传递的地址仿真预定数目的逻辑从站。 
图4示意示出了可在图3中使用的微处理器11的状态机。在RESET信号31之后或在发送状态中，微处理器11处于第一方式30，在该方式中 其借助于标准寻址信号32从AS接口总线获得分配的地址并且转入第二方式的状态33中。通过转换逻辑可以引起这种转变。第二方式包括该状态33和另外的、至少包括两个逻辑从站3A、3B的可能状态的状态34。状态33特别是说明了两个可以在扩展的寻址方式中运行的逻辑从站，每一个都处在所述两个循环之一中并且具有通过标准寻址信号32分配的地址。在这些状态33和34之间通过总线命令、连接在微处理器上的传感器或执行器的数据或通过把命令交给执行器引起转变35，这些转变对于实现至少两个逻辑从站3A、3B是必需和典型的。 
图5示出了图1至4的现场设备的按照本发明的应用。该现场设备是一转换器50，其连接在一电动机52上并控制或调节该电动机。转换器50还连接在一现场总线54例如AS接口总线上，其中连接线路55刚好使被转换器50包括的从站58经由连接点53与现场总线54连接。也就是说，从站58集成在转换器50中，其在透明的方式中运行。设计成转换器50的控制装置56的微处理器根据在图3中的布置接收由从站继续传递的数据并根据存储在其内部的、按照图4的状态机处理该数据。控制装置56同时有助于电动机52的、对于转换器来说功能典型的驱动或调节，更确切地说，通过控制与电动机52连接的电力电子装置60。图3中的微处理器11有利地集成在转换器50的、本就必需的并且也存在的控制装置56中。执行器62和传感器64、66直接或经由另一总线68连接在控制装置56上，所述传感器有时可能集成在电动机52中，正如对于传感器66示例性所示。因此，转换器50形成为现场设备，其对于分布技术的应用是有利的。 
特别是在转换器50中集成一使得转换器50能用作总线用户的装置。通过在控制装置56中的相应的状态机、按照本发明提供两个逻辑从站特别有利地致使，在现场总线54和转换器50之间一方面可以交换用于驱动执行器62或传感器64、66的二进制数据，另一方面可以传输例如用于转换器50的参数形式的、用于使电动机52运行的指令形式的或关于转换器50或电动机52的状态的信息形式的数据。 
在按照本发明的另一实施例中，代替AS接口总线应用其它的现场总 线，特别是CAN、CAN-Open、DeviceNet、Profibus、INTERBUS、以太网、无线LAN、EIB或LCN。 
附图标记表 
1     现场设备 
2     AS-i线路 
3     从站 
3A    第一从站 
3B    第二从站 
4     连接线路 
5     内部线路 
6     触点 
7     内部线路 
8     连接端 
10    从IC 
11    微处理器 
12、13、14     内部数据线 
30    在第一方式中的状态 
31    RESET信号 
32    标准寻址信号 
33    在第二方式中的状态 
34    在第二方式中的另一状态 
35    总线命令、传感器数据或执行器指令 
50    转换器 
52    电动机 
53    连接点 
54    现场总线 
55    连接线路
56    控制装置 
58    从站 
60    电力电子装置 
62    执行器 
64、66传感器 
68    总线

Claims (25)

1.一种连接在总线上的设备，其特征在于，所述设备在第一方式中实现一个逻辑从站，而在第二方式中实现至少两个逻辑从站，所述第一方式是标准寻址方式，所述设备包括一转换逻辑，该转换逻辑在从标准地址变换到另一地址值时使所述设备从第一方式转换到第二方式。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述逻辑从站是总线用户。
3.按照权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述设备以标准地址运行实现一个逻辑从站(3)，以及以不同于该标准地址的地址运行实现至少两个逻辑从站(3A、3B)。
4.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备在第一方式中刚好实现一个逻辑从站。
5.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述总线是现场总线。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于，所述现场总线是CAN、CAN-Open、DeviceNet、Profibus、INTERBUS、AS接口、以太网、无线LAN、EIB、LCN。
7.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第二方式是扩展的寻址方式。
8.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述标准地址是发送地址或地址“0”。
9.按照权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备在分配地址“0”时在第一方式中工作，而在分配不为“0”的地址时在第二方式中工作。
10.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述至少两个逻辑从站具有彼此不同的配置文件。
11.按照权利要求2所述的设备，其特征在于，该设备包括一计算机，并且在该计算机中映射至少两个总线用户的状态机。
12.按照权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备包括一从IC和与该从IC连接的计算机，其中该从IC能以透明的方式应用。
13.按照权利要求12所述的设备，其特征在于，所述与从IC连接的计算机是具有存储器的微处理器。
14.按照权利要求11至13中任一项所述的设备，其特征在于，总线用户设计成AS接口从站或其它的现场总线从站。
15.按照权利要求11至13中任一项所述的设备，其特征在于，所述计算机被一转换器或控制装置包括。
16.按照权利要求15所述的设备，其特征在于，所述计算机被设置用于控制和/或调节执行器或电动机。
17.一种用于对连接在总线上的设备寻址的方法，其中
-所述设备在寻址之前被配设标准地址并且在第一方式中运行，
-给所述设备分配另一个地址，
-然后所述设备在地址分配之后在第二方式中实现至少两个逻辑从站。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述标准地址是地址“0”。
19.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第一方式是标准寻址方式。
20.按照权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二方式是扩展的寻址方式，在扩展的寻址方式中以被分配的地址交替地分别在相继的循环中作为A地址或者B地址触发所述从站。
21.一种转换器，其特征在于，集成有用于连接在总线上的、按照权利要求1至16中任一项所述的设备。
22.按照权利要求21所述的转换器，其特征在于，用于连接在总线上的设备的微处理器集成在转换器的控制装置中。
23.按照权利要求22所述的转换器，其特征在于，用于连接在总线上的设备的微处理器集成在转换器的电力电子装置的驱动装置中。
24.按照权利要求21至23中任一项所述的转换器，其特征在于，包括用于连接执行器和/或传感器和/或总线的连接装置和/或接线输出端，其中总线能驱动或选择该连接装置和/或接线输出端。
25.按照权利要求24所述的转换器，其特征在于，所述总线是-总线。
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