CN115080465A - 可寻址的主从***以及从机单元的寻址方法 - Google Patents

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CN115080465A CN202210207829.3A CN202210207829A CN115080465A CN 115080465 A CN115080465 A CN 115080465A CN 202210207829 A CN202210207829 A CN 202210207829A CN 115080465 A CN115080465 A CN 115080465A
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Abstract

本发明涉及一种主从***(1)，具有n个通过总线线路(3)串联连接的从机单元(20，20‘，20“)，所述从机单元分别具有控制输入端(22)和控制输出端(23)，所述控制输入端用于从串联中先前的从机单元(20，20‘，20“)的输出端接收输入侧信号，所述控制输出端用于将输出侧信号发送到所述n个从机单元(20，20‘，20“)的串联中分别随后的从机单元(20，20‘，20“)；其中，所述第一从机单元的所述控制输入端(22)未被发信号；在每个从机单元(20，20‘，20“)中的地址存储器，所述地址存储器被构造用于存储集体广播地址和/或单个单元地址；并且其中，另外在两个串联相继的从机单元(20，20‘，20“)之间分别设置有控制线路(32)，所述控制线路分别将串联中先前的从机单元的控制输出端(22)与随后的从机单元的控制输入端(22)连接，使得控制输出端(23)处的输出信号同时是随后的从机单元的控制输入端(22)处的输入信号。

Description

可寻址的主从***以及从机单元的寻址方法
技术领域
本发明涉及一种可寻址的主从***和从机单元的寻址方法。
背景技术
在现有技术中早已已知各种总线***及其组件以及用于对组件进行寻址的方法。
在此原则上适用的是，在基于主从的总线***中存在一个主单元或一个主机和至少一个从机或从机单元、但是优选地多个从机或从机单元，其可以通过主机来请求响应，即控制。在此，主机的命令或消息通过至少半双工的总线***和该总线***的总线线路传输，其中，将主机的命令连同待控制的从机的地址传输给***的所有从机单元。虽然所有从机都获得或“听到”命令，但只有本身具有与命令一起传输的地址的从机接受或执行命令。
根据总线***，总线线路可以配备中间插头，并且可以从主机引导到第一从机，并且可以从从机到从机串联。替代地，通过从机的环路也是可能的，其中总线线路分别从主机通向第一从机，然后从机通向从机，由此同样得到从机的串联电路或总线拓扑。
由于命令通过总线线路从主机传输到所有从机，因此所有从机都“听到”或接收命令，但只有被实际操控的从机才应作出反应。因此，主机必须知道待控制的所有从机的地址，并且每个从机必须具有单独的以及在总线***中唯一的地址。
为了分配这样的地址，在现有技术中使用手动的、半自动的和自动的方法，所述方法例如基于以下事实：从机的地址以通过其相互连接确定的顺序递增地增加，直到该行的最后一个从机被寻址。
然而，这样做的缺点是，所分配的地址是预先确定的，并且受制于固定模式。在这种情况下，不可能为从机分配与预先确定的固定模式不同的“任意”地址。
也存在地址分配的变型方案，在所述变型方案中，通过在相应的从机上手动进行的参数化为从机将地址写入存储器中，这随后必须针对每个从机重复，并且其中，附加地也必须通知主机这些地址，由此产生高的耗费。
此外，也已知如下解决方案，所述解决方案基于从一个从机到另一个从机引导的控制线路，所述控制线路在寻址时控制所述从机，其中在此经常规定，控制线路或通过控制线路传输的信号在所述从机中例如通过开关受控地循环通过。然而，这种实施方案具有的缺点是，所有从机都必须借助控制线路连接，这在从机彼此远离的情况下可能是有问题的，并且通常必须通过控制线路或相关联的总线***传输复杂的命令或复杂的信号序列，以便控制寻址，使得这样的方法总体上具有高的复杂性。
DE 103 36 301 A1提出了一种自动化的寻址过程。寻址过程也被提供给具有总线线路的主从总线***，总线线路的起点和终点与主机单元连接。在该方法中，在地址分配过程的进程中，***的总线线路中断，使得主机单元必须通过时钟输入对从机单元进行响应。此外，该方法仅适用于具有环形总线线路的***。本方法描述了这种寻址方法。
由EP 2 287 689 EP已知另一种用于从机单元的基于总线的寻址方法。为此，从机单元必须具有分别适配于所使用的总线***的总线接口，所述从机单元通过所述总线接口与主从总线***的一个或多个总线线路连接。
发明内容
在该背景下，本发明的目的是克服上述缺点并且提供一种基于总线的用于对从机单元寻址的改进方法以及一种相应的可寻址的主从***，该主从***采用总线架构来地址分配并且在实现、操作和运行中简单且可靠。
该目的通过具有权利要求1的特征的基于总线的用于对从机单元寻址的方法以及通过具有权利要求6的特征的主从***来实现。
根据本发明的解决方案能够实现按照布线的顺序分配明确的地址。然而，地址可以在地址空间内灵活地分配，因为与移位寄存器方法不同，地址不必按升序或降序分配。
此外，相对于序列号自动寻址(例如由EP 2503763 B1已知)的优点在于，从机的查找顺序严格按照布线顺序进行，并且因此根据电缆计划精确地知道从机单元的位置。
相对于已知的寻址方法的另一优点在于，不需要具有继电器和开关的使能电路，所述使能电路在两个使能信号之间做出选择。根据本发明的方法仅利用唯一的用于使能的控制线路就足够了。在根据本发明的电路拓扑结构中，为了将控制信号从一个从机单元转发到下一个从机单元，也不需要开关。因此，一个信号和输出信号完全彼此分开。
本发明的基本思想是以下概念。在根据本发明的基于主从的总线***中，存在一个主机和n个待寻址的从机单元。其全部借助于至少一个半双工能力的总线***彼此通过总线线路联网。在此，总线在每个从机处被循环到下一个从机，这导致所有用户的所有总线信号也分别直接同时施加到与总线***连接的所有其他用户处。
根据本发明，每个从机还具有用于寻址的至少一个控制输入端DCI-ln(数字或模拟输入端)以及至少一个控制输出端DCI-Out(数字或模拟输出端)。第一(初始)从机的输出端连接到第二从机的输入端，第二从机的输出端连接到第三从机，以此类推，并且最后一个从机单元的输出端可以可选地连接到主机的输入端，以便向主机报告寻址过程的结束。
在根据本发明的寻址过程开始时，所有从机单元具有相同的地址，例如地址“1”。但是，这取决于所选的总线***和地址空间。使用MODBUS-RTU时的地址空间范围为1到247，地址“0”用作所有从机的广播地址。
然而，在已知的总线***中的广播不会导致从机返回到主机的响应。可以通过总线命令将从机地址更改为1到MODBUS-RTU广播地址0来建立这样的输出位置。但是，如果所有从机出厂时已经提供了地址1，则不需要这样做。
在执行根据本发明的方法之后，每个从机单元具有在总线***中一次性分配的从机地址，以便仅由一个从机处理和应答来自主机的通信请求。地址分配是必要的，以便在总线上进行通信。根据本发明，该寻址自动实现。第一个从机的DCI-ln未连接。通过发送到地址1的广播命令，首先使所有从机在其各自的DCI-Out上输出信号。该信号例如可以是正的或负的，即也可以是接地电位上的桥。原则上，根据本发明的概念规定，仅那些具有响应的地址并且在其输入端DCI-ln处不施加信号的从机单元对命令作出反应。
总线***的还具有初始地址1并且在其DCI-ln处施加信号的所有用户对该初始地址的命令没有反应。由于原理，链的第一个用户在其DCI-ln上没有信号，因为输入端完全没有连接。因此，在概念上规定，如果满足该从机单元的以下两个条件，则从机单元执行命令：
(1)控制输入端(DCI-in)没有施加信号，并且
(2)地址与主机命令使用的地址一致。
现在，总线命令被发送给具有地址1的用户，所述总线命令为该用户分配新的地址，例如地址2，其中，也可以考虑地址范围的任何其他地址。因为此时只有从机链中的第一个从机在输入端没有信号，所以只有其对这些命令作出反应。之后，向该新地址2发送用于关断信号到其输出端的命令。因此，前两个从机在其DCI-ln上不再有信号，第三从机、第四从机，依此类推。
此过程(将重新寻址命令发送到地址1，依此类推)将继续进行，直到更改地址的请求不再返回确认。由于从机地址1不是广播地址，因此发送到该地址的命令由从机通过响应电报确认。可选地，从机可以具有信号LED。只要在DCI-ln上施加信号或将其接地(在本发明的术语中被视为信号化输入)，该信号就会亮起。通过这种方式，还可以在从机上识别寻址已经进行了多远，并且可以识别从DCI-Out到下一个DCI-ln的错误连接。只有在链中的第一个从机上，该LED才不点亮，因为该从机没有获得DCI-ln信号或没有信号输入。
换句话说，该方法可概述如下：
a)通过相应的广播命令可选地将从机地址1或另一任意起始地址分配给所有用户，使得所有从机单元获得相同的地址。
b)然后，连续地向所有用户发出广播命令，用于在从机单元的相应输出端接通DCI-Out的输出信号。
c)之后，将重新寻址命令发送到公共起始地址，目的是更改在其DCI-ln输入端上没有施加信号(或未被发信号的状态)但还具有起始地址的从机的地址。更改的地址可以由主机在地址空间中自由确定。
d)然后将命令连续发送到新分配的从机地址，以“关断”DCI-Out信号。一旦发生这种情况，在链的连续接下来的下一个从机中，不再在其输入端DCI-ln处施加信号。
e)连续重复步骤c)和d)，只要除了使用原始分配的输出地址更改从机的地址的命令之外不再进行确认。在此要注意的是，未作为广播发送的电报在未接收到主机的确认时重复多次，即多次发送。
f)可选地，总线链中的最后一个从机的DCI-Out可以连接到主机的输入端，并且如果在那里不再施加信号并且因此链的最后一个从机在输出端DCI-Out处关断输出信号，则终止寻址过程。
上述公开的特征可以任意组合，只要这在技术上是可能的并且其彼此不矛盾。
附图说明
本发明的其他有利的改进方案在从属权利要求中标明或者在下文中结合本发明的优选实施方案的描述借助附图详细示出。示出：
图1是主从总线***的示例性示意图。
具体实施方式
下面参考根据图1的实施方案示例性地描述本发明。
在图1中示出的主从总线***1的从机单元20，20‘，20“分别具有控制输入端22(也称为DCI-in)以及控制输入端(也称为DCI-out)。第一单元20的控制输出端23通过控制线路32与第二单元20‘的控制输入端22连接，并且第二单元20‘的控制输出端23分别通过位于其间的控制线路32与第三且在此最后的单元20“的控制输入端22连接。
如果在链中使用另外的从机单元，则之前描述的概念依次如此进一步设计。
最后一个单元20“的控制输出端23可以可选地通过在此虚线示出的控制线路33与主机10的控制输入端11连接，该控制线路也可以称为反馈线路，以便向主机10报告寻址过程的结束，这通过将信号从最后一个单元20“传输到主机10来实现，即当控制输出端23通过从主机到最后一个从机的命令被置于未被发信号的状态中时。
此外，单元20，20‘，20“中的每个单元具有通过微控制器实现的上级控制逻辑21，所述上级控制逻辑被构造用于利用或处理通过输入电路处理的输入侧信号并且控制输出电路以产生输出侧信号。因为单元20，20‘，20“被设置为主从总线***1的从机，所以这些单元在下文中也被称为从机单元或从机。
在根据本发明的方法开始时，为所有从机20，20‘，20“分配预先确定的起始地址(例如地址1)。
从主机10传输到起始地址的消息然后由所有从机20，20‘，20“接收或处理，但是不导致从机20，20‘，20“的响应(当消息被发送到广播地址0时是这种情况)。
为了主从总线***1的正确工作方式，每个从机单元20，20‘，20“必须具有在总线***内唯一的单元地址，从而通过主机10的通信请求或由主机10通过总线线路30传输的消息仅由一个从机20，20‘，20“处理和应答，更确切地说由基于地址更改请求将其输出更改为未被发信号的状态，从而在下一个(后续的从机)的输入端上不再存在输入信号。但这是如下条件：地址更改请求由所述被寻址的从机处理。因为在方法开始时只有第一从机不具有信号化的输入，所以也只有第一从机根据来自主机的命令更改其寻址。
然后，将由主机10以地址更改请求更改的新地址的命令发送给刚刚获取到该新地址的从机单元。该命令包括“关断”该从机单元的DCI-Out信号。一旦发生这种情况，在链的连续接下来的下一个从机中，不再在其输入端DCI-ln处施加信号。
该过程连续地重复，只要除了主机10的用于更改具有最初分配的输出地址的从机的地址的命令之外不再进行确认。可选地，可以通过每个从机20，20‘，20“上的LED 4以光学可识别的方式显示确认。
此外，如果主机10已将地址更改指令发送给最后一个从机并且该从机通过可选的控制线路33将中断条件发送给主机10，则可选地结束该方法。
如果由此为所有从机20，20‘，20“分配了地址，即满足用于结束该方法的条件之一，则可以将从机20，20‘，20“从寻址模式切换到其运行模式中，这可以借助于主机10的消息到新分配的地址上来启动。
本发明的实施方案不限于上述优选实施例。更确切地说，可以考虑多个变型方案，所述变型方案也在原则上不同类型的实施方案中使用所示出的解决方案。在技术上可行的范围内，所有公开的特征可以任意组合使用。

Claims (7)

1.一种主从***(1)，具有n个通过总线线路(3)串联连接的从机单元(20，20‘，20“)，所述从机单元分别具有控制输入端(22)和控制输出端(23)，所述控制输入端用于从串联中先前的从机单元(20，20‘，20“)的输出端接收输入侧信号，所述控制输出端用于将输出侧信号发送到所述n个从机单元(20，20‘，20“)的串联中分别随后的从机单元(20，20‘，20“)；
其中，所述第一从机单元的所述控制输入端(22)未被发信号；
在每个从机单元(20，20‘，20“)中的地址存储器，所述地址存储器被构造用于存储集体广播地址和/或单个单元地址；
并且其中，另外在两个串联相继的从机单元(20，20‘，20“)之间分别设置有控制线路(32)，所述控制线路分别将串联中先前的从机单元的控制输出端(23)与随后的从机单元的控制输入端(22)连接，使得控制输出端(23)处的输出信号同时是随后的从机单元的控制输入端(22)处的输入信号。
2.根据权利要求1所述的主从***(1)，其特征在于，所述输入电路和所述输出电路以及所述控制输入端(22)和所述控制输出端(23)在电路技术上彼此分离和/或仅通过相应的单元(20，20‘，20“)的上级控制逻辑(21)彼此连接。
3.根据权利要求1或2所述的主从***(1)，其特征在于，每个从机单元(20，20‘，20“)具有内部微控制器(21)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的主从***(1)，其特征在于，所述主机(10)被构造为将地址更改命令发送给一个或多个从机单元(20，20‘，20“)，然而，仅这样的从机单元(20，20‘，20“)执行所述地址更改命令，所述从机单元的控制输入端(22)未被发信号并且所述从机单元具有由所述主机(10)响应的地址。
5.根据权利要求4所述的主从***(1)，其特征在于，所述主机(10)被构造成将这样的命令发送给具有确定的地址的从机单元(20，20‘，20“)，以便将所述从机单元的控制输出端(23)置于未被发信号的状态中，所述未被发信号的状态优选也直接确定在随后的控制输入端(22)上的状态。
6.一种用于寻址主从***(1)的n个从机单元(20，20‘，20“)的方法，尤其是根据前述权利要求中任一项所述的主从***(1)，所述方法具有以下步骤：
a)为所有n个从机单元(20，20‘，20“)设置公共起始地址，优选地通过广播命令或出厂设置，使得所有从机单元具有相同的起始地址。
b)从主机(10)连续地向所有从机单元(20，20‘，20“)发送广播命令，用于在相关的从机单元的相应的控制输出端(23)上接通控制输出端(23)的输出信号。
c)以公共起始地址向所述从机单元(20，20‘，20“)发送重新寻址命令，目的是更改在其控制输入端(22)上没有施加信号或没有被发信号的状态的从机单元的地址。
d)向相应新分配的从机地址发送命令，用于在相关的从机单元(20，20‘，20“)上的控制输出端(23)上“关断”信号，使得在连续地在链中随后的下一个从机单元(20，20‘，20“)中不再在其控制输入端(22)上施加信号。
e)连续重复步骤c)和d)，直到所有从机单元(20，20‘，20“)被重新寻址，并且尤其是不再对具有原始分配的输出地址的从机单元的地址更改命令进行确认。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述从机单元的链中的最后一个从机单元的控制输出端(23)通过控制线路(33)与所述主机(10)的输入端连接，并且当在所述最后一个从机单元的控制输出端(23)处不再施加信号并且因此所述链中的最后一个从机基于根据权利要求6中的步骤d)的指示关断在所述控制输出端(23)处的输出信号时，所述寻址过程被中断。
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