DE102021123026A1 - Method for generating a device description for a programmable IO-Link device with a variable application program for use in an automation technology network - Google Patents

Abstract

In einem variablen Anwendungsprogramm für ein IO-Link Device sind IO-Link relevante Informationen im Quellcode des Anwendungsprogramms durch speziell markierte Programmzeilen gekennzeichnet, die vom Compiler für das Anwendungsprogramm ignoriert aber von einem IO-DD-Generierungsprogramm zur Erstellung einer IO-DD für ein IO-Link Device interpretierbar sind

In a variable application program for an IO-Link device, information relevant to IO-Link is identified in the source code of the application program by specially marked program lines, which are ignored by the compiler for the application program but by an IO-DD generation program for creating an IO-DD for an IO -Link Device are interpretable

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Gerätebeschreibung für ein programmierbares IO-Link Device mit einem variablen Anwendungsprogramm zum Einsatz in einem Netzwerk der AutomatisierungstechnikThe invention relates to a method for generating a device description for a programmable IO-Link device with a variable application program for use in an automation technology network

In der Automatisierungstechnik werden häufig herstellerübergreifende, standardisierte Kommunikationssysteme eingesetzt, um eine Kommunikation zwischen Sensoren, Aktoren und Steuerungen zu ermöglichen.Manufacturer-independent, standardized communication systems are often used in automation technology to enable communication between sensors, actuators and controls.

Meist sind die Kommunikationssysteme hierarchisch aufgebaut. In der Steuerungsebene, die intelligente Sensoren und Aktoren mit den Steuerungen (z. B. SPS) verbindet, werden meist Feldbusse (z. B. Profibus) oder Ethernet basierte Kommunikationssystem (z. B. ProfiNet) eingesetzt. In der untersten Feldebene mit einfachen I/O-Einheiten kann beispielsweise IO-Link eingesetzt werden.The communication systems are usually structured hierarchically. Fieldbuses (e.g. Profibus) or Ethernet-based communication systems (e.g. ProfiNet) are mostly used at the control level, which connects intelligent sensors and actuators with the controls (e.g. PLC). IO-Link, for example, can be used at the lowest field level with simple I/O units.

IO-Link ist ein herstellerübergreifendes, standardisiertes Kommunikationssystem zur Anbindung von intelligenten Sensoren und Aktoren an eine Steuerung. Dieses Kommunikationssystem ist in der Norm IEC 61131-9 unter der Bezeichnung Singledrop digital communication interface for small sensors and actuators (SDCI) normiert.IO-Link is a manufacturer-independent, standardized communication system for connecting intelligent sensors and actuators to a controller. This communication system is standardized in the IEC 61131-9 standard under the designation Singledrop digital communication interface for small sensors and actuators (SDCI).

Dieser Standard definiert sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit der Steuerung in Datenaustausch treten.This standard defines both the electrical connection data and a digital communication protocol via which the sensors and actuators exchange data with the controller.

Ein IO-Link-System besteht aus einer Mastereinheit, die als IO-Link Master über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einem oder mehreren IO-Link-Geräten (I/O-Einheiten) verbunden ist. Die Mastereinheit kann als Gateway mit Schnittstelle zur überlagerten Steuerung (SPS) ausgebildet oder direkt in die Steuerungsbaugruppe integriert sein und steuert die Kommunikation mit den angeschlossenen IO-Link-Geräten. Es gibt auch IO-Link Master ohne Feldbusverbindung und ohne SPS-Verbindung. Diese werden über eine USB-Verbindung direkt an einen PC angeschlossen z. B: ifm E30390.An IO-Link system consists of a master unit, which as an IO-Link master is connected to one or more IO-Link devices (I/O units) via a point-to-point connection. The master unit can be designed as a gateway with an interface to the higher-level controller (PLC) or integrated directly into the controller assembly and controls communication with the connected IO-Link devices. There are also IO-Link masters without a fieldbus connection and without a PLC connection. These are connected directly to a PC via a USB connection, e.g. B: ifm E30390.

Eine Mastereinheit kann einen oder mehrere IO-Link-Ports aufweisen. An jedem Port kann aber immer nur eine I/O-Einheit (IO-Link-Gerät, Device) angeschlossen werden. Der IO-Link Standard verwendet die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation und ist somit kein Feldbus.A master unit can have one or more IO-Link ports. However, only one I/O unit (IO-Link device, device) can be connected to each port. The IO-Link standard uses point-to-point communication and is therefore not a fieldbus.

Eine IO-Link-I/O-Einheit (IO-Link Device) ist meist ein intelligenter Sensor oder Aktor. Intelligent heißt im Hinblick auf IO-Link, dass ein Gerät z. B. eine Seriennummer oder Parameterdaten (z. B. Empfindlichkeiten, Schaltverzögerungen oder Kennlinien) und weitere Stati besitzt, die über das IO-Link-Protokoll lesbar bzw. schreibbar sind. Das Ändern von Parametern kann damit z. T. im laufenden Betrieb durch die Steuerung SPS erfolgen.An IO-Link I/O unit (IO-Link device) is usually an intelligent sensor or actuator. With regard to IO-Link, intelligent means that a device e.g. B. has a serial number or parameter data (e.g. sensitivities, switching delays or characteristic curves) and other statuses that can be read or written via the IO-Link protocol. Changing parameters can thus e.g. T. done during operation by the PLC control.

Die Konfigurations-Parameter der Sensoren und Aktoren sind gerätespezifisch, daher gibt es für jedes IO-Link-Gerät Parameterinformationen in Form einer Gerätebeschreibung IODD (IO Device Description). Damit können IO-Link-Geräte herstellerübergreifend mit einem entsprechenden Konfigurationstool, z. B. dem Linerecorder der Fa. ifm electronic gmbh, konfiguriert werden.The configuration parameters of the sensors and actuators are device-specific, which is why there is parameter information for each IO-Link device in the form of a device description IODD (IO Device Description). This means that IO-Link devices can be configured across manufacturers with a corresponding configuration tool, e.g. g. the line recorder from ifm electronic gmbh.

IO-Link erlaubt gemäß Spezifikation eine Kabellänge zwischen Mastereinheit und den IO-Link-Geräten von max. 20 m.According to the specification, IO-Link permits a maximum cable length of 20 m between the master unit and the IO-Link devices.

Wie bereits erwähnt, ist es Stand der Technik mehrere IO-Link-Geräte an eine Mastereinheit anzuschließen. Die Mastereinheit kann ein Gateway darstellen und kommuniziert dann als Feldbus Slave z. B. mit einer Steuerung SPS.As already mentioned, it is state of the art to connect several IO-Link devices to a master unit. The master unit can represent a gateway and then communicates as a fieldbus slave, e.g. B. with a PLC controller.

Häufig sind an eine Mastereinheit 4 bzw. 8 IO-Link-Geräte (Devices) anschließbar. Die Anschlüsse für die IO-Link Devices heißen Ports.4 or 8 IO-Link devices (devices) can often be connected to a master unit. The connections for the IO-Link devices are called ports.

Jede als Gateway arbeitende Mastereinheit ME weist in der Regel eine Feldbus- oder Ethernet-Schnittstelle.Each master unit ME working as a gateway usually has a fieldbus or Ethernet interface.

Normalerweise sind IO-Link Devices in der Regel, wie die Norm schon sagt „small sensors or actors“, also eher einfache Sensoren oder Aktoren. Als ganz einfache IO-Link Devices können z. B. Schaltgeräte bezeichnet werden, die einen Schaltausgang aufweisen, der z. B. die Anwesenheit eines Targets in einem Überwachungsbereich signalisiert.Normally, IO-Link devices are, as the standard says, "small sensors or actors", i.e. rather simple sensors or actuators. As very simple IO-Link devices, e.g. B. switching devices are referred to, which have a switching output, the z. B. signals the presence of a target in a surveillance area.

Komplexe Systemecomplex systems

Es gibt auch Systeme, die im Gegensatz zu rein durchreichenden Systemen bereits verarbeitete Informationen aus der Feldebene an eine Steuerung weiterleiten.There are also systems that, in contrast to purely pass-through systems, forward information that has already been processed from the field level to a controller.

Ein solches komplexes System stellt z. B. ein Controller mit den angeschlossenen Feldgeräten dar, der nach unten in Richtung Feldebene eine CAN-Schnittstelle aufweist und nach oben in Richtung Steuerung als IO-Link Device agiert.Such a complex system is z. B. represents a controller with the connected field devices, which has a CAN interface down towards the field level and acts as an IO-Link device up towards the controller.

Ein weiteres komplexes System wäre z.B. eine Mastereinheit mit den angeschlossen IO-Link Devices, die nach unten als IO-Link Master agiert und sich nach oben in Richtung Steuerung als ein einziges IO-Link Device darstellt.Another complex system would be, for example, a master unit with the connected IO-Link devices, which acts as an IO-Link master at the bottom and appears as a single IO-Link device at the top in the direction of the controller.

Für das komplexe System, das sehr variabel ausgebildet sein kann, muß die Funktionalität in einem Anwendungsprogramm definiert sein. Das Anwendungsprogramm kann z. B. in einer IO-Box ablaufen, an die die Sensoren und Aktoren angeschlossen sind.For the complex system, which can be designed very variably, the functionality must be defined in an application program. The application program can e.g. B. run in an IO box to which the sensors and actuators are connected.

Das Anwendungsprogramm verarbeitet die Eingabeinformation, die an den Eingangs-Schnittstellen der IO-Box anliegen, und wandelt diese in Ausgabeinformationen für die Ausgabe-Schnittstellen um. Gegebenenfalls werden Informationen im Anwendungsprogramm verarbeitet, die von der Mastereinheit stammen.The application program processes the input information that is present at the input interfaces of the IO box and converts it into output information for the output interfaces. If necessary, information that originates from the master unit is processed in the application program.

Ein solches Anwendungsprogramm kann sehr komplex aufgebaut sein. Häufig unterliegen solche Anwendungsprogramme auch Änderungen.Such an application program can be very complex. Such application programs are often also subject to changes.

Ein einfaches Beispiel hierfür ist eine Berechnung aus dem Spannungswert am Port 1 mal dem Stromwert am Port 2 und hiervon der Mittelwert über 24 Std Für ein IO-Link Device mit einem variablen Anwendungsprogramm zum Einsatz in einem Netzwerk der Automatisierungstechnik eine Gerätebeschreibung zu erstellen, ist sehr aufwendig und fehleranfällig (BSP : bei der Mittellung wurde der Fall des initialen Anlagenstart nicht berücksichtigt, bei dem z.B. noch gar keine historischen Werte zur Mittelung vorlagenA simple example of this is a calculation from the voltage value at port 1 times the current value at port 2 and from this the mean value over 24 hours Creating a device description for an IO-Link device with a variable application program for use in an automation technology network is very time-consuming and error-prone (BSP: when averaging, the case of the initial plant start-up was not taken into account, in which, for example, no historical values were available for averaging

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zur Erzeugung einer Gerätebeschreibung für ein IO-Link Device mit einem variablen Anwendungsprogramm zum Einsatz in einem Netzwerk der Automatisierungstechnik anzugeben, das einfach und sicher ist.The object of the invention is therefore to specify a method for generating a device description for an IO-Link device with a variable application program for use in an automation technology network that is simple and secure.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegeben Merkmale.This problem is solved by the features specified in claim 1 .

Vorteilhafte Weiterentwicklungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the method are specified in the dependent claims.

Die wesentliche Idee der Erfindung ist es die spezifische Gerätebeschreibung IODD automatisiert aus dem Quellcode des Anwendungsprogramms zu generieren. Dabei werden im Quellcode des Anwendungsprogramms Informationen, die IO-Link relevant sind, speziell gekennzeichnet, wobei die Kennzeichnung für den Compiler (Beispiele C, C#, IEC Codesys ...) der das Anwendungsprogramm in ein ausführbares Programm wandelt, nicht relevant ist und deshalb ignoriert wird.The essential idea of the invention is to automatically generate the specific device description IODD from the source code of the application program. Information relevant to IO-Link is specially marked in the source code of the application program, whereby the marking for the compiler (examples C, C#, IEC Codesys ...) that converts the application program into an executable program is not relevant and therefore is ignored.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the drawing.

Es zeigen:

• 1 schematischer Darstellung ein herkömmliches Netzwerk der Automatsierungstechnik
• 2 Blockdiagramm einer typischen IO-Link Schnittstelle
• 3 Blockdiagramm eines typischen IO-Link Masters
• 4 zeigt das Netzwerk gemäß 1 in detaillierterer Form
• 5 graphische Benutzeroberfläche eines kapazitiven Sensors KQ5101
• 6 Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen I/O-Einheit
• 7 ungeordnet komplexes gesamt-System S_gesamt
• 8 zerlegtes hirarchisiertes komplexittätsreduziertes aus n Sub_Systemen S_Sub1..x
• 9 Einführung von (idealerweise genormten) Schnittstellen SS1..x zwischen den Sub Systemen
• 10 Systemübersicht

Show it:

• 1 schematic representation of a conventional network of automation technology
• 2 Block diagram of a typical IO-Link interface
• 3 Block diagram of a typical IO-Link master
• 4 shows the network according to 1 in more detailed form
• 5 graphical user interface of a capacitive sensor KQ5101
• 6 Block diagram of an I/O unit according to the invention
• 7 disordered complex total system S_total
• 8th decomposed hierarchized reduced complexity from n Sub_Systems S_Sub1..x
• 9 Introduction of (ideally standardized) interfaces SS1..x between the sub-systems
• 10 System overview

In 1 ist ein herkömmliches Netzwerk der Automatsierungstechnik vereinfacht dargestellt.In 1 a conventional automation technology network is shown in simplified form.

Wie bereits erwähnt, ist es Stand der Technik mehrere IO-Link-Geräte (Sensoren oder Aktoren) an eine Mastereinheit ME anzuschließen. Die Mastereinheit, die n SDCI- Master Schnittstellen MI1-Mln aufweist, arbeitet als Gateway. Sie kommuniziert über einen zweiten Kommunikationsstandard K2 z. B. als Feldbus Slave mit einer Steuerung SPS.As already mentioned, it is state of the art to connect several IO-Link devices (sensors or actuators) to a master unit ME. The master unit, which has n SDCI master interfaces MI1-Mln, works as a gateway. It communicates via a second communication standard K2 z. B. as a fieldbus slave with a PLC controller.

An den Feldbus sind üblicherweise mehrere Slaves angeschlossen. Der Übersichtlichkeit halber ist in dieser Figur nur ein Slave dargestellt.Several slaves are usually connected to the fieldbus. For the sake of clarity, only one slave is shown in this figure.

Die Mastereinheit ME ist eine herkömmliche IO-Link-MastereinheitThe master unit ME is a conventional IO-Link master unit

2 zeigt ein Blockdiagramm einer typischen IO-Link Schnittstelle mit den externen Anschlüssen L+, L- und C/Q. 2 shows a block diagram of a typical IO-Link interface with the external connections L+, L- and C/Q.

3 zeigt ein Blockdiagramm eines typischen IO-Link Masters mit zwei externen Anschlüssen L+1, L-1 und CQ1 sowie den Anschlüssen L+2, L-2 und CQ2 für jeweils ein IO-Link Gerät. 3 shows a block diagram of a typical IO-Link master with two external connections L+1, L-1 and CQ1 as well as the connections L+2, L-2 and CQ2 for one IO-Link device each.

4 zeigt das Netzwerk gemäß 1 etwas detaillierter. Die Mastereinheit ME (z. B. IO-Link Master AL1100 Fa. ifm electronic) kommuniziert als Gateway mit der Steuerung SPS über einen Feldbus oder was in 1 nicht gezeigt ist, als Station über ein Ethernet-Netzwerk. Zusätzlich zur Steuerung SPS ist noch ein Produktionsplanungstool z. B. der LINERECORDER der Fa. ifm angeschlossen. 4 shows the network according to 1 a little more detailed. The ME master unit (e.g. IO-Link master AL1100 from ifm electronic) communicates as a gateway with the PLC control via a fieldbus or whatever 1 not shown, as a station over an Ethernet network. In addition to the PLC control, a production planning tool, e.g. B. the LINERECORDER from ifm.

Drei Programmmodule mit der Bezeichnung Kommunikation, Gateway und IO-Link Master sind jeweils als Rechtecke dargestellt.Three program modules called communication, gateway and IO-Link master are each shown as rectangles.

Die Kreise symbolisieren die entsprechenden IO-Link Masterports bzw. Steckeranschlüsse typischerweise M12 (M8 oder M5 bzw. Klemmen). Einer der Ports ist mit einem IO-Link Device verbunden.The circles symbolize the corresponding IO-Link master ports or plug connections, typically M12 (M8 or M5 or terminals). One of the ports is connected to an IO-Link device.

Die ungenutzten Steckerstifte des IO-Link Masterports können auch mit einer Zusatzfunktion belegt werden. Beim IO-Link Master AL1100 ist ein zusätzlicher Port-PIN als binärer Schalteingang zum Anschluss einfacher Sensoren vorgesehen. Die eigentliche Gateway- Funktionalität besteht im Datenmapping zwischen der Feldbuskommunikation und den IO-Link Devicesn über die Mastereinheit. Da an den IO-Link Masterport verschiedenartige Devices in unterschiedlichster Ausprägung und mit verschiedener Anzahl und Komplexität von Prozesswerten sowie Parametern angeschlossen werden können, gibt es gemäß IO-Link Spezifikation zu jeden IO-Link Gerät eine Gerätebeschreibungsdatei (IODD). In dieser IODD wird unter anderen beschrieben, wie die Prozessdaten des IO-Link Device aufgebaut und organisiert sind und unter anderen auch welche Parameter existieren und in welchen Bereichen diese variiert werden können. Wird jetzt beispielsweise ein IO-Link Sensor an einem Masterport angeschlossen und die Mastereinheit über ein Ethernet-Netzwerk mit dem Produktionsplanungstool Linerecorder verbunden, dann fragt das Produktionsplanungstool über das Netzwerk bei der Mastereinheit nach der IO-Link Device ID des angeschlossenen Sensors. Anschließend lädt das Tool aus seiner eigenen Datenbank die Gerätebeschreibung IODD des entsprechenden Sensors. Das Produktionsplanungstool kann jetzt die Prozessdaten und Parameter des Sensors mit deren Bedeutung zur Anzeige bringen. Neben der IO-Link Kommunikation kann der IO-Link Masterport auch in die Betriebsart digitaler Eingang und digitaler Ausgang geschaltet werden. Dies ermöglicht den Betrieb von einfachen herkömmlichen binären Sensoren bzw. Aktuatoren.The unused connector pins of the IO-Link master port can also be assigned an additional function. The IO-Link Master AL1100 has an additional port PIN as a binary switching input for connecting simple sensors. The actual gateway functionality consists of the data mapping between the fieldbus communication and the IO-Link devices via the master unit. Since various devices can be connected to the IO-Link master port in the most varied of forms and with a different number and complexity of process values and parameters, there is a device description file (IODD) for each IO-Link device in accordance with the IO-Link specification. This IODD describes, among other things, how the process data of the IO-Link device is structured and organized and, among other things, which parameters exist and in which areas they can be varied. If, for example, an IO-Link sensor is now connected to a master port and the master unit is connected to the line recorder production planning tool via an Ethernet network, the production planning tool then asks the master unit via the network for the IO-Link device ID of the connected sensor. The tool then loads the device description IODD of the corresponding sensor from its own database. The production planning tool can now display the process data and parameters of the sensor with their meaning. In addition to IO-Link communication, the IO-Link master port can also be switched to digital input and digital output operating mode. This enables the operation of simple conventional binary sensors or actuators.

Erweitert kann über die Nutzung von verscheiden Device IDs bzw. Parametern eine bestimmte Funktion des Devices genutzt werden, die wiederum durch die entsprechende IODD beschrieben wird. Die Auswahl der IODD obliegt dabei dem Anwender und das Anwendertool (LR Device Fa. ifm electronic gmbh) stellt die entsprechende Funktion in Parametern und Prozessdaten zur Verfügung.In addition, a certain function of the device can be used by using different device IDs or parameters, which in turn is described by the corresponding IODD. The user is responsible for selecting the IODD and the user tool (LR Device from ifm electronic gmbh) provides the corresponding function in parameters and process data.

5 zeigt eine graphische Benutzeroberfläche eines kapazitiven Sensors KQ5101 der Fa. ifm electronic gmbh gemäß der IODD Gerätebeschreibung mit einer Vielzahl von einstellbaren Parameter. 5 shows a graphical user interface of a capacitive sensor KQ5101 from ifm electronic gmbh according to the IODD device description with a large number of adjustable parameters.

In 6 zeigt ein IO-Link Device, das aus einem komplexen Subsystem mit mehreren Sensoren bzw. Aktoren besteht, die an eine Zentraleinheit ZE angeschlossen sind.. In Richtung Mastereinheit stellt das Subsystem ein ganz normales IO-Link Device dar, mit einer IO-Link Schnittstelle an der Zentraleinheit ZE. Das Subsystem kann sehr variable ausgebildet sein. Die Funktionalistät des Subsystes wird durch ein Anwendungsprogramms definiert das in der Zentraleinheit ZE abläuft. Die Zentraleinheit ZE kann z. B. eine IO-Box (z.B. IFM Produkt CR0403 )sein.In 6 shows an IO-Link device that consists of a complex subsystem with several sensors or actuators that are connected to a central unit ZE. In the direction of the master unit, the subsystem represents a completely normal IO-Link device with an IO-Link interface at the central unit ZE. The subsystem can be very variable. The functionality of the subsystem is defined by an application program that runs in the central unit ZE. The central unit ZE z. B. an IO box (e.g. IFM product CR0403).

Das Anwendungsprogramm verarbeitet die Eingabeinformation, die an den Eingangs-Schnittstellen der Zentraleinheit ZE anliegen, und wandelt diese in Ausgabeinformationen für die Ausgabe-Schnittstellen um. Gegebenenfalls werden auf Informationen im Anwendungsprogramm verarbeitet, die von der Mastereinheit ME stammen.The application program processes the input information that is present at the input interfaces of the central unit ZE and converts it into output information for the output interfaces. If necessary, information in the application program that originates from the master unit ME is processed.

Ein solches Anwendungsprogramm kann sehr komplex aufgebaut sein. Häufig unterliegen solche Anwendungsprogramme auch häufig Änderungen.Such an application program can be very complex. Such application programs are also frequently subject to changes.

7 zeigt ein ungeordnet komplexes gesamt-System S gesamt 7 shows a disordered complex total system S total

8 zeigt ein zerlegtes hirarchisiertes komplexitäts reduziertes aus n Sub Systemen S_Sub1..x 8th shows a decomposed hierarchized reduced complexity from n sub systems S_Sub1..x

9 zeigt schematisch die Einführung von (idealerweise genormten) Schnittstellen SS1..x zwischen den Sub Systemen 9 schematically shows the introduction of (ideally standardized) interfaces SS1..x between the subsystems

10 zeigt eine Systemübersicht 10 shows a system overview

Nachfolgend ist das Verfahren näher erläutert.The procedure is explained in more detail below.

Im Quellcode des Anwendungsprogramms werden IO-Link relevante Informationen durch speziell markierte Programmzeilen gekennzeichnet. $$\begin{array}{l}\left(\text{ein Beispiel in C}\right)\text{ Leistung}=\text{Strom}*\text{Spannung}\\ \text{/*}\left(\left(\text{IODD Leistung OUT INT}\right)\right)*/\end{array}$$

In the source code of the application program, information relevant to IO-Link is identified by specially marked program lines. $$\begin{array}{l}\left(\text{an example in C}\right)\text{Performance}=\text{Electricity}*\text{Tension}\\ \text{/*}\left(\left(\text{IODD power OUT INT}\right)\right)*/\end{array}$$

Durch diese Markierung erkennt das IO-DD-Generierungsprogramm, dass die nachfolgenden Programmzeilen IO-Link relevante Informationen enthalten und kann diese in eine IO-DD umwandeln.With this marking, the IO-DD generation program recognizes that the following program lines contain information relevant to IO-Link and can convert this into an IO-DD.

Wesentliche Idee der Erfindung ist es im Quellcode des Anwendungsprogramms Zusatzinformationen zu integrieren, die vom Compilerprogramm nicht übersetzt werden aber für das IO-DD-Generierungsprogramm interpretierbar sind und von diesem automatisiert quasi in eine IO-DD umgewandelt werden.The essential idea of the invention is to integrate additional information in the source code of the application program, which is not translated by the compiler program but can be interpreted by the IO-DD generation program and is automatically converted into an IO-DD by the latter.

Die Erfindung ist grundsätzlich nicht speziell auf Gerätebeschreibungen für IO-Link Devices beschränkt. Sie kann auch für andere Bussysteme wie Profibus zur Generierung von Gerätestammdateien verwendet werden.In principle, the invention is not specifically limited to device descriptions for IO-Link devices. It can also be used for other bus systems such as Profibus to generate device master files.

Die Erfindung bietet bei variablen Anwendungsprogrammen eine einfache Methode um IO-Link Devicesbeschreibungen IO-DDs zu generieren. Nachfolgend sind noch einmal wesentliche Aspekte der Erfindung zusammengefasst: Die Erfindung betrifft ein IO-Link Device. IO-Link ist ein herstellerübergreifende Industrie-Standard für small sensors and actors.

• A) IO-Link gemäß IEC61131 Teil 9:
  • - IO-Link Physikdefinition als Übertragungsmedium zwischen IO-Link Device und IO-Link Master
  • - IO-Link Protokoll als Übertragungsprotokoll gemäß OSI-Modell m zwischen IO-Link Device und IO-Link Master
  • - IODD Beschreibung als elektronsicher Kontrakt für Daten und Dienste Prozessdatenlage im Bitstrom, auch bei mehreren Prozessdaten (Übertragung zyklisch) Bedeutung bzw. Einheit der Prozessdaten (schwache Form der Semantik) vorhandene änderbare Parameter mit zulässigem Einstellbereich zur Variation der Eigenschaften des IO-Link Device (Übertragung azyklisch) vorhandene Statusinformationen des IO-Link Device (Übertragung azyklisch) die IO-DD bezieht sich mittels VendorID und DeviceID (3Byte Zahlenraum) eindeutig auf eine Artikelnummer eines Herstellers Für was sind Gerätebeschreibungen notwendig
• B) SPS Welt:
  • oft werden zwischen Sender und Empfänger abstrakte Bitfelder übermittelt wobei die jeweilige Bedeutung eines Bits durch den schreibenden Programmierer zur Programmierzeit festgelegt wird und der Empfänger über jenes implizite Wissen verfügen muss, um die Inhalte interpretieren zu können.
  • Nachteile: Für spätere Erweiterungen und Pflege ein sehr undurchsichtiges und fehleranfälliges Verfahren einer Steuerungsprogrammierung, auch wenn die Dokumentation vorhanden ist.
• C) IT-Welt:
  • Intelligente Maschinen erklären ihre Schnittstellen zur Laufzeit durch Anreicherung von Semantikinformationen wie. Z.B. logische Namen, Typinformationen, Einheiten, Beschreibung der Fähigkeiten (DLLs)
• E) Aus der Nachrichtentechnik:
  • Bessere Nutzung der Bandbreite eines Nachrichtenkanals durch verlustbehaftete oder verlustfreie Kompression mittels Vorverarbeitung der minimal notwenigen Nachrichten im Sender und entsprechender inverser Decodierung im Empfänger.
  • Dabei kann die Kompression wie bei Audioformaten erfolgen, jedoch kann die Reduktion ebenfalls durch zugrundeliegendes Applikationswissen Erfolgen. Hiermit ist eine bewusste Reduktion der Daten aufgrund von Verrechnungen zu z. B. anderen Maßeinheiten oder Ausselektion nicht relevanter Daten gemeint.
• D) Ingenieurwissenschaften:
  • Komplexe ungeordnete Systeme durch die Einführung von Subsystemen beherrschbar machen. Zwischen den Subsystemen genormte Schnittstellen verwenden, um eine maximale freie Konfigurierbarkeit und Wiederverwendung der Subsysteme zu fördern.
  • Zudem ist diese Standardisierung nötig, um die in der IoT-Welt geforderte Horizontalen Querkommunikation zu ermöglichen, dies dient ebenfalls der Reduktion der Bandbreite in der Vertikal-Kommunikation.

In the case of variable application programs, the invention offers a simple method for generating IO-Link device descriptions IO-DDs. Essential aspects of the invention are summarized again below: The invention relates to an IO-Link device. IO-Link is a manufacturer-independent industry standard for small sensors and actors.

• A) IO-Link according to IEC61131 part 9:
  • - IO-Link physics definition as transmission medium between IO-Link device and IO-Link master
  • - IO-Link protocol as transmission protocol according to OSI model m between IO-Link device and IO-Link master
  • - IODD description as an electronic contract for data and services Process data position in the bit stream, even with multiple process data (cyclic transmission) Meaning or unit of the process data (weak form of semantics) Existing changeable parameters with permissible setting range for varying the properties of the IO-Link device ( Acyclic transmission) Existing status information of the IO-Link device (acyclic transmission) The IO-DD clearly refers to an article number of a manufacturer using VendorID and DeviceID (3-byte number space) For what are device descriptions necessary
• B) PLC world:
  • Abstract bit fields are often transmitted between sender and recipient, whereby the respective meaning of a bit is determined by the writing programmer at the programming time and the recipient must have implicit knowledge in order to be able to interpret the contents.
  • Disadvantages: A very opaque and error-prone method of control programming for later extensions and maintenance, even if the documentation is available.
• C) IT world:
  • Intelligent machines explain their interfaces at runtime by enriching semantic information such as. Eg logical names, type information, units, description of capabilities (DLLs)
• E) From communications engineering:
  • Better use of the bandwidth of a message channel through lossy or lossless compression by means of pre-processing of the minimum number of messages required in the transmitter and corresponding inverse decoding in the receiver.
  • The compression can take place as with audio formats, but the reduction can also take place through underlying application knowledge. This is a conscious reduction of the data due to offsetting to e.g. B. other units of measurement or selection of irrelevant data meant.
• D) Engineering Sciences:
  • Making complex disordered systems manageable by introducing subsystems. Use standardized interfaces between the subsystems to promote maximum free configurability and reuse of the subsystems.
  • This standardization is also necessary to enable the horizontal cross communication required in the IoT world, which also serves to reduce the bandwidth in vertical communication.

im gesamten hier beschriebenen Kontext steht „verarbeitende Logik“ für eine wie immer bezeichnete elektronisch programmierbare Steuerung, z.B. also auch PLC, SPS, Controller, Steuergerät, Steuerungseinheit, welche durch geeignete Sprachen programmiert wird.In the entire context described here, “processing logic” stands for an electronically programmable controller, however it is called, e.g. also PLC, SPS, controller, control unit, control unit, which is programmed using suitable languages.

Autarke Subsysteme werden zukünftig immer mehr an Bedeutung gewinnenAutonomous subsystems will become increasingly important in the future

Es wird aus

• - einem Satz von IO-Link Devices D1 ..x oder
• - weiteren Feldgeräten F1..x (mit z.B. analoger oder digitaler Schnittstelle)
• - unter Hinzufügen einer verarbeitenden Logik L (verdrahtet oder via verarbeitende Logik)
• - ein partiell autarkes Subsystem SS1 gebildet
• - welches einen Teil einer größeren Automatisierungsaufgabe A autonom löst, um z.B. Echtzeitdruck vom überlagerten System S der Gesamtautomatisierungsaufgabe A zu nehmen, so dass hier auch IoT Lösungen genutzt werden können. Verfügbarkeitsnotwendige Redundanz von Sensoren und Aktoren im Subsystem zu kapseln eine Reduktion der notwendigen Übertragungsbandbreite von für das Gesamtsystem notwendiger Informationsweitergabe an das angrenzende Subsystem vornehmen zu können Komplexitätsreduktion: die eigentliche Automatisierungsaufgabe wird nicht „weiter oben“ in Form einer monolytischen System-Programmierung gelöst, sondern in kleinere Automatisierungsaufgaben zerlegt, welche optional auch noch ggf. einer mechatronischen Einheit zugeordnet werden.

It will be over

• - a set of IO-Link devices D1 ..x or
• - additional field devices F1..x (e.g. with analog or digital interface)
• - adding a processing logic L (wired or via processing logic)
• - formed a partially self-sufficient subsystem SS1
• - which solves part of a larger automation task A autonomously, for example to take real-time pressure from the higher-level system S of the overall automation task A, so that IoT solutions can also be used here. To encapsulate availability-necessary redundancy of sensors and actuators in the sub-system a reduction of the necessary transmission bandwidth of information transfer to the adjacent system necessary for the overall system ing subsystem Reduction in complexity: the actual automation task is not solved "further up" in the form of monolithic system programming, but broken down into smaller automation tasks, which can optionally also be assigned to a mechatronic unit.

Die Teilaufgabe des Subsystems ist aufgrund reduzierter Komplexität häufiger in wiederholender Weise zu erledigen

• - Das Subsystem liefert vorverdichtete Ergebnisse an die benachbarten Subsysteme bzw. erhält übergeordnete Information von diesen.

Due to the reduced complexity, the sub-task of the subsystem has to be performed more frequently in a repetitive manner

• - The sub-system delivers pre-condensed results to the neighboring sub-systems or receives superordinate information from them.

1. Programmierung oder Parametrierung des Subsystems1. Programming or parameterization of the subsystem

Es verbleibt aber die Herausforderung, dass nicht nur das anlagenspezifische Gesamtsystem, sondern auch die genannten Subsysteme in sich eine hohe Varianz aufweisen werden, da die Automatisierungsaufgabe z.B. im Anlagenbau eben sehr spezifisch sein kann.However, the challenge remains that not only the plant-specific overall system, but also the subsystems mentioned will show a high degree of variance, since the automation task, e.g. in plant construction, can be very specific.

Diese Varianz lässt sich erfahrungsgemäß nicht alleine durch Konfiguration mittels Parametrierung des Subsystems vernünftig abbilden bzw. der Versuch führt zu einer kaum beherrschbaren Anzahl von Parametern, welche teils auch noch in Wechselwirkung stehen und auch damit einer der Programmierung vergleichbare Komplexität erlangen.Experience has shown that this variance cannot be reasonably mapped solely through configuration by means of parameterization of the subsystem, or the attempt leads to an almost unmanageable number of parameters, some of which also interact and thus achieve a complexity comparable to programming.

Das nächststärkere Mittel zur Erzeugung von Variabilität ist die Programmierung des Subsystems. Diese ist heute zudem durch das Mittel der semigraphischen Programmierung und moderner Programmiermethoden gegenüber rein textueller Programmierung deutlich weniger komplex und somit akzeptiert.The next most powerful means of creating variability is subsystem programming. Thanks to semi-graphic programming and modern programming methods, this is now significantly less complex than purely textual programming and is therefore accepted.

Bsp. ist die Funktionsblockprogrammierung: Hier werden normalerweise Funktions-Blöcke in textueller Hochsprache implementiert (Expertenprogrammierung) und die Verschaltung der Blöcke durch graphische Mittel erzeugt (Anwenderprogrammierung), wodurch sich Signalfluss und Abarbeitungsreihenfolge ergibt. Bsp. sind node-red, labview, Codesys-FB, acx vicione ...An example is function block programming: Here, function blocks are normally implemented in high-level text language (expert programming) and the interconnection of the blocks is generated by graphic means (user programming), resulting in the signal flow and processing sequence. Examples are node-red, labview, Codesys-FB, acx vicione ...

Hierbei ist es in der SPS -Programmierung üblich, auch Standardisierte Funktionsblöcke in beliebigen Kombinationen zu weiteren individuellen Funktionseinheiten zu verknüpfen.It is common in PLC programming to also link standardized function blocks in any combination to other individual functional units.

2. Interfaces des Subsystems2. Subsystem interfaces

Soll das Subsystem SSx mit anderen Subsystemen oder dem überlagerten Gesamtsystem S kommunizieren, bedarf es einer Beschreibung des eigenen Interfaces IF hinsichtlich Eigenschaften und Methoden des Subsystems.If the subsystem SSx is to communicate with other subsystems or with the higher-level overall system S, it requires a description of its own interface IF with regard to the properties and methods of the subsystem.

Aus Abschnitt 3 heraus entsteht aber die Herausforderung, dass das Interface IFx eines Subsystems SSx aber sehr variabel ausfallen kann.From Section 3, however, the challenge arises that the interface IFx of a subsystem SSx can be very variable.

Wie in Abschnitt 1 gezeigt, Ist die IODD als Beschreibung eines IO-Link Devices eigentlich NICHT geeignet, eine solche variable Beschreibung abzubilden, da dies nicht die ursprüngliche Intention der IO-Link Community darstellt (Sensorschnittstelle...)As shown in Section 1, the IODD as a description of an IO-Link device is actually NOT suitable for depicting such a variable description, since this is not the original intention of the IO-Link community (sensor interface...)

Der nachstehend formulierte Patentanspruch besteht nun darin, das durch variable Programmierung des Subsystems SSx ebenfalls variable Interface IFx dennoch in eine statische IODD abbilden zu könne, so dass sich das gesamte Subsystem

• - sowohl physikalisch,
• - protokolltechnisch und
• - mittels seiner IO-DD Beschreibung

wie ein echtes IO-Link Device verhält und somit alle Vorteile einer stabilen IO-Link Infrastruktur erfährt (Engeneering Tools , Kapselung , ...)The patent claim formulated below is now that the interface IFx, which is also variable by programming the subsystem SSx, can still be mapped into a static IODD, so that the entire subsystem

• - both physically,
• - protocol-technically and
• - using its IO-DD description

behaves like a real IO-Link device and thus experiences all the advantages of a stable IO-Link infrastructure (engineering tools, encapsulation, ...)

3. Wesentliche Aspekte der Erfindung sind3. Essential aspects of the invention are

Abbildung eines variabel programmierten Subsystems SSx aus klassischen Komponenten, IO-Link-Komponenten und einer programmierbaren Logik dergestalt, dass sich dieses gesamte Subsystem

• - mittels einer IO-Link Device Anschaltung physikalisch als normkonformes IO-Link Device präsentiert und
• - Auf dieser Physik IO-Link protokollkonform kommuniziert wird und
• - das logische Interface auch durch eine IODD gemäß IO-Link Spezifikation ohne Spracherweiterungen der für die Logik verwendeten Programmiersprache beschrieben wird.
• - Diese hierzu notwendige IODD des Subsystems wird als Ergebnis der Programmierung des Subsystems durch Verwendung modifizierter Schlüsselwörter der Programmiersprache oder entsprechender bereitgestellter Funktionsblöcke oder Nutzung existenter Sprachkonstrukte quasi automatisch als Nebenprodukt der Übersetzung des Programms konsistent erzeugt. Bei einer textuellen Sprache kann z.B. ein Kommentartext verwendet werden
• - Die IO-Link Treiberschicht wird basierend auf der IODD-Beschreibung automatisch so eingestellt, dass die in der IO-DD beschriebenen Werte auch entsprechend übertragen werden (zyklische und azyklische Daten)
• - Das Thema der eigentlich notwendigen Ein-Eindeutigkeit einer Zuordnung der IODD zu einem konkreten IO-Link Device-ID und einer Vendor-ID ist dadurch gelöst wird, dass das Programmierwerkzeug der SPS dahingehend erweitert wird, dass es sich beim Hersteller des SPS-Übersetzungswerkzeugs unter dessen Vendor-D aus einem dort vordefinierten Device-ID Nummernkreis eine Nummer bezieht und somit das Subsystems mit seinem spezifischen Programm eindeutig beziffert ist und
• - die IODD Datei manuell oder automatisch durch das Programmiertool in den öffentlichen IODD Pool („IODD-finder“) zurückgespielt wird, so dass die verwendete Device-ID weiterhin nicht mehr wiederverwendet werden kann.

Illustration of a variably programmed subsystem SSx from classic components, IO-Link components and a programmable logic such that this entire subsystem

• - presented physically as a standard-compliant IO-Link device by means of an IO-Link device connection and
• - Protocol-compliant communication takes place on this physical IO-Link and
• - the logical interface is also described by an IODD according to the IO-Link specification without language extensions of the programming language used for the logic.
• - The IODD of the subsystem required for this is generated as a result of the programming of the subsystem by using modified keywords of the programming language or appropriately provided function blocks or by using existing language constructs more or less automatically as a by-product of the translation of the program. In the case of a textual language, a comment text can be used, for example
• - The IO-Link driver layer is set automatically based on the IODD description ensures that the values described in the IO-DD are also transferred accordingly (cyclic and acyclic data)
• - The issue of the actually necessary uniqueness of an assignment of the IODD to a specific IO-Link device ID and a vendor ID is solved by expanding the programming tool of the PLC so that it is the manufacturer of the PLC translation tool under whose Vendor-D obtains a number from a predefined Device-ID number range and thus the subsystem with its specific program is clearly numbered and
• - the IODD file is restored manually or automatically by the programming tool to the public IODD pool (“IODD-finder”) so that the device ID used can no longer be reused.

1. Weiterentwicklung der Erfindung1. Further development of the invention

• - Sollte der DevcieID Pool für die zu erwartende Nummernmenge nicht ausreichen, so kann auf die Eineindeutigkeit der IODD auch verzichtet werden und die dann uneindeutige DevcieID für unterschiedliche SPS-Programme genutzt werden.- If the DevcieID pool is not sufficient for the expected number of numbers, the uniqueness of the IODD can also be dispensed with and the then ambiguous DevcieID can be used for different PLC programs.
• - In diesem Fall ist die Zuordnung zum konkreten SPS Programms beim Schreiber des SPS-Programms durch manuelle Zuordnung und Versionsteuerung zu regeln.- In this case, the assignment to the specific PLC program at the writer of the PLC program must be regulated by manual assignment and version control.
• - Wichtig dabei ist, dass der für solche variabel zugewiesene DeviceID - Nummernkries des jeweiligen Vendors nicht überlappt mit standardisierten Geräten mit eineindeutiger Funktion.- It is important that the DeviceID numbering scheme of the respective vendor assigned to such variably does not overlap with standardized devices with a unique function.

2. Weiterentwicklung der Erfindung2. Further development of the invention

• - Wird bei einer neuen Übersetzung des Subsystem-Programms festgestellt, dass sich die IO-DD nicht geändert hat, so wird keine neue Device-ID angefordert, da das Interface ja offensichtlich kompatibel ist.- If it is determined during a new compilation of the subsystem program that the IO-DD has not changed, no new device ID is requested since the interface is obviously compatible.

3. Weiterentwicklung der Erfindung3. Further development of the invention

Genügt ein einiziges Schlüsselwort nicht, um den Sprachschatz einer IODD in den Quelltest zu transportieren (Bsp : mit Minimum, Maximum, Einheiten, ...), so müssen komplexere Konstrukte erzeugt werden :If a single keyword is not enough to transport the vocabulary of an IODD into the source test (e.g. with minimum, maximum, units, ...), then more complex constructs must be created:

Die IODD könnte in (verteilten, formatbehafteten) Stringkonstanten untergebracht werden (in der Art von printf). Man kann dann zumindest bei textuellen Sprachen den Quelltext diesbezüglich durchsuchen und die IODD unabhängig vom eigentlichen Sprach-Compiler erzeugen.The IODD could be placed in (distributed, formatted) string constants (in the manner of printf). At least in the case of textual languages, you can then search the source text for this and generate the IODD independently of the actual language compiler.

Auf der Zielhardware könnte dann die Aufrufe der printf-Methoden zur Laufzeit genutzt werden, um den IO-Link Kommunikations-Stack entsprechend gleichsinnig zu konfigurieren.On the target hardware, the printf method calls could then be used at runtime to configure the IO-Link communication stack in the same way.

4. Weiterentwicklung der Erfindung4. Further development of the invention

Bei Sprachen, die auf dem Zielsystem interpretiert werden, kann das Zielsystem selber als Nebeneffekt der erstmaligen Ausführung des Programms die IO-DD Beschreibung erzeugen und selber sein Kommunikationsprotoll konsistent konfigurieren.In the case of languages that are interpreted on the target system, the target system itself can generate the IO-DD description as a side effect of executing the program for the first time and configure its communication protocol consistently.

Claims (3)

Verfahren zur Erzeugung einer Gerätebeschreibung für ein IO-Link Device mit einem variablen Anwendungsprogramm zum Einsatz in einem Netzwerk der Automatisierungstechnik wobei in dem IO-Link-Device ein Prozessor vorgesehen ist, in dem ein kompiliertes Anwendungsprogramm abläuft, das Eingabeinformationen verarbeitet und Ausgabeinformationen erzeugt, wobei der Quellcode des Anwendungsprogramm A eine erste Klasse von Programmzeilen enthält die vom Compilerprogramm übersetzt werden und eine zweite Klasse von Programmzeilen enthält die vom Compilerprogramm ignoriert werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein IO-DD-Generierungsprogramm vorgesehen ist, das aus dem Quellcode des Anwendungsprogramms eine Gerätebeschreibung für das IO-Link Device erzeugt wobei IO-Link relevante Informationen im Quellcode des Anwendungsprogramms durch speziell markierte Programmzeilen der zweiten Klasse gekennzeichnet sind.Method for generating a device description for an IO-Link device with a variable application program for use in an automation technology network, with a processor being provided in the IO-Link device, in which a compiled application program runs, which processes input information and generates output information, wherein the source code of the application program A contains a first class of program lines that are translated by the compiler program and a second class of program lines that are ignored by the compiler program, characterized in that an IO-DD generation program is provided that generates a device description from the source code of the application program generated for the IO-Link device, with information relevant to IO-Link being identified in the source code of the application program by specially marked program lines of the second class. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die speziell markierten Programmzeilen für das Compilerprogramm als Kommentar erscheinen.procedure after claim 1 , characterized in that the specially marked program lines appear as a comment for the compiler program. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die speziell markierten Programmzeilen durch Schlüsselworte oder Schlüsselzeichen gekennzeichnet sind.procedure after claim 1 , characterized in that the specially marked program lines are identified by keywords or key characters.

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