DE19639212C2 - Sensor-Aktuator-Interfacebaustein - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator-Sensor-Interfacebaustein zur seriellen Daten
übertragung zwischen einer Maschinensteuerung und durch diese zu steuernde Ver
braucher mit mindestens einem, mit einem Speicherbaustein gekoppelten Aktuator-
Sensor-Interface-Slave-Chip, der an einen seriellen Bus angeschlossen ist.
Aktuator-Sensor-Interfacebausteine der gattungsgemäßen Art sind an sich bekannt,
wie beispielsweise aus dem Prospekt "AMS, Austria Mikro Systeme International"
von Juni 1994 oder aus "Busanschluß für Sensoren, IN: mpd, 9-94, Seiten 26-27"
hervorgeht.
Im folgenden wird für die Bezeichnung Aktuator-Sensor-Interface die allgemein übli
che Bezeichnung ASI verwendet. In den industriell üblichen Systemen der Meß- und
Automatisierungstechnik hat sich in den letzten beiden Jahrzehnten ein durchgrei
fender Strukturwandel ergeben, da zur Informationsübertragung innerhalb und zwi
schen den Ebenen von Automatisierungsstrukturen neuartige Kommunikationstech
niken eingeführt worden sind. Im Rahmen dieses Strukturwandels ist mit dem ASI-
Konzept ein industrietauglicher Lösungsweg zur Ankoppelung binärer Sensoren und
Aktuatoren an Einrichtungen der Steuerungsebene gefunden worden. Unter Senso
ren sind allgemein Bauteile zu verstehen, die zur Signalerfassung beispielsweise von
Temperaturen, Abständen, Positionen usw. dienen, wohingehen Aktuatoren
Steuerbefehle ausführen, wie beispielsweise "Motor ein", "Luftzufuhrventil ein",
"Schranke auf/zu" etc. Im Gegensatz zu konventionellen Verdrahtungstechniken sieht
das ASI-System eine serielle Kommunikation mit Hilfe eines speziellen ASI-Busses
zwischen den Steuerungen und den Sensoren bzw. Aktuatoren vor. Als
Steuerungseinrichtungen sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), nume
rische Steuerungen (NC), Robotersteuerungen (RC) oder auch Industrie-Personal
computer (PC) denkbar. Für die Kommunikation zwischen Steuerung und Verbrau
cher wird jedem Verbraucher eine spezielle Ansprechadresse zugeordnet. ASI-spezi
fisch werden hierbei Adressierungen von 1 bis 31 vergeben. Die Adresse für die ein
zelnen Knoten, Sensoren und Aktuatoren sind in einem speziellen Speicherbaustein,
der als EE-PROM-Baustein ausgeführt sein kann, gespeichert. Dieser Baustein befin
det sich üblicherweise zusammen mit dem eigentlichen ASI-Slave-Chip auf einer
gemeinsamen ASI-Bausteinplatine. Ein derartiger, mit Chip und EE-PROM versehe
ner Baustein kann entweder zur Einzelsteuerung eines Sensors oder Aktuators oder
als Datentransferstation zur Steuerung mehrerer, an diesen Baustein ange
schlossener Sensoren bzw. Aktuatoren, dienen.
Die Adresszuweisung für die einzelnen Sensoren/Aktuatoren erfolgt in der Regel so,
daß die Adressen mit Hilfe eines Handprogrammiergerätes im EE-PROM des ASI-
Bausteines eingebrannt werden, da im Anlieferzustand von Sensoren und Aktuatoren
diese generell mit der Ansprechadresse 0 versehen sind.
Nach Durchführung der Programmierung mit Hilfe des Handprogrammiergerätes sind
die einzelnen Bausteine in ihrer Adresse festgelegt und müssen einer strikten Kon
trolle unterliegen, um Verwechslungen gleicher Bauteile mit unterschiedlichen An
sprechadressen zuverlässig auszuschließen. Dies stellt bei der abschließenden
Montage von Sensoren und Aktuatoren einen schwerwiegenden Handhabungs
nachteil dar. Darüber hinaus ist die Tätigkeit, jedem Knoten, Sensor oder Aktuator
eine Ansprechadresse zuzuweisen, aufgrund der Tatsache, daß dies nur mit Hilfe
spezieller Programmiergeräte unter Aus- und Einbau des betreffenden zu program
mierenden Knoten (Sensors, Aktuators etc.) geschehen kann, aufwendig und zeitin
tensiv.
In der Praxis tritt darüber hinaus bei Reparatur- und Wartungsarbeiten die Problema
tik auf, daß ausgetauschte Sensoren, bzw. Aktuatoren selbst mit einer neuen An
sprechadresse versehen werden müssen oder innerhalb des für die Ansteuerung
mehrerer Sensoren zuständigen ASI-Bausteines die Adreß-Speicher neu zu
programmieren sind. Dies ist ebenso wie bei der Erstmontage nur durch die
Einzelprogrammierung der Knoten, Sensoren, Aktuatoren mit den zuständigen
Adressen möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, einen ASI-Baustein der gat
tungsgemäßen Art so weiterzuentwickeln, daß die Verwendung, Programmierung,
Wartungs- und Reparaturanwendungen in mit Hilfe eines ASI-Systems aufgebauten
Meß- und Automatisierungsbereichen entscheidend vereinfacht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Aktuator-Sensor-In
terfacebaustein mit einer separaten Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit zur In
formationsaufnahme und -abgabe verbunden ist.
Durch diese erfindungsgemäße Gestaltung wird die Möglichkeit geschaffen, zusätz
lich zu einer vorhandenen, ersten Schnittstelle in Form des notwendigen ASI-Busses
über eine zweite separate Schnittstelle zusätzliche Informationen in das ASI-System
bzw. den ASI-Baustein oder die einzelnen Aktuatoren und Sensoren zu übertragen
oder abzunehmen. Auf diese Weise ist es nunmehr möglich, beim Aufbau einer Au
tomatisierungssteuerung sämtliche Sensoren und Aktuatoren im unprogrammierten
"Rohzustand" innerhalb der Anlage aufzubauen. Nach Abschluß der Aufbauarbeiten
wird mit Hilfe eines speziellen zur Kommunikation über die zweite Schnittstelle ge
eigneten Gerätes den eingebauten Speicherbausteinen unter Zwischenschaltung ei
nes Steuerwerkes, wie z. B. eines Mikroprozessors, die für die Steuerung notwendige
Ansprechadresse zugeteilt. Durch diese neue Arbeitsabfolge kann die aufwendige
separate Programmierung der EE-PROMs durch ein Handprogrammiergerät inkl.
Ein- und Ausbau vollständig entfallen. Darüber hinaus sind keine besonderen Maß
nahmen erforderlich, um die Vertauschung äußerlich identischer Sensoren und Ak
tuatoren mit unterschiedlichen Ansprechadressen zu vermeiden.
Darüber hinaus ist es möglich, die Programmierung einzelner Adressen während des
Betriebes einer Gesamtanlage vorzunehmen. Auf diese Weise lassen sich Repara
tur- und Standzeiten verkürzen, außerdem werden Programmierfehler bei der
Adreßzuweisung wesentlich schneller erkannt, als bei bisher üblicher Art der
Programmierung. Durch die besondere Gestaltung des Erfindungsgegenstandes er
geben sich somit sowohl für Hersteller als auch Anwender von ASI-Systemen ent
scheidende Vorteile.
Ergänzend ist festzuhalten, daß über die spezielle Steuerwerk-Schnittstellenbau
einheit natürlich auch der Abruf von innerhalb eines ASI-Bausteins vorhandenen
zusätzlicher Informationen unabhängig von der Steuerung der Gesamtanlage durch
den ASI-Bus möglich ist. In diesem Zusammenhang sind für den Anwender insbe
sondere alle die Informationen von Interesse, die es im Rahmen der vorbeugenden
Instandhaltung regelmäßig zu überprüfen gilt. Als mögliche, zusätzlich abrufbare In
formationen seien hier die Schaltzustände, Betriebsstundenzahlen, Schaltanzahlen,
Temperaturen und Verschmutzungsgrade von Sensoren und Aktuatoren beispielhaft
erwähnt.
Bei der praktischen Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung hat es sich ins
besondere als vorteilhaft erwiesen, die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit mit einer
Infrarot-Schnittstelle und einem getrennten Logikansteuerungsbaustein zu versehen.
Derartige Infrarot-Schnittstellen finden in anderen Bereichen der Technik und hier
insbesondere im Bereich der Consumer-Elektronik vielfache Anwendung, so daß sie
in großen Stückzahlen preisgünstig verfügbar sind. Aufgrund dieser Tatsache sind
die Kosten für die Ausgestaltung eines ASI-Bausteins mit einer zusätzlichen Schnitt
stelle auf ein absolutes Minimum reduzierbar.
Natürlich ist es neben der Verwendung einer Infrarot-Schnittstelle ebenso denkbar,
zwischen dem ASI-Slave-Baustein und dem für die Adreßzuweisung notwendigen
Programmiergerät eine drahtgebundene Schnittstelle vorzusehen oder die Übertra
gung der Daten auf elektromagnetischem Wege vorzunehmen.
Um eine besonders platzsparende Bauweise des gesamten ASI-Bausteines zu ver
wirklichen, wird die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit zweckmäßigerweise in
nerhalb des Gehäuses angeordnet, in dem der ASI-Slave-Chip und das EE-PROM
aufgebaut sind.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung anhand
der beigefügten Figur zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert wer
den.
Die Figur zeigt die schematische Darstellung eines ASI-Systems zur Ansteuerung ei
nes Sensors 5 und eines Aktuators 6.
Die Steuerung der Verbraucher erfolgt durch die Steuerung 2, die durch eine SPS,
eine NC, oder einen PC realisiert sein kann. Der Steuerung nachgeschaltet ist ein
sogen. ASI-Master 3, der über einen speziellen zweiadrigen ASI-Bus 4 mit einem
ASI-Slave-Chip 7 verbunden ist. Der Einfachheit halber ist in diesem Ausfüh
rungsbeispiel der ASI-Master 3 nur mit einem ASI-Slave-Chip verbunden. In der Pra
xis sind mit Hilfe eines Master-Chips jedoch eine größere Anzahl N von Slave-Chips
steuerbar. Die ASI-Slave-Chips 7 wiederum können mehrere Ein- und Ausgangsin
formationen verarbeiten.
Neben der Ansprache einzelner Sensoren 5 bzw. Aktuatoren 6 durch einen gemein
samen ASI-Slave-Chip 7 besteht die Variante, einen derartigen ASI-Slave-Chip direkt
in das Gehäuse eines Sensors 5 oder Aktuators 6 zu integrieren und auf diese Weise
eine kompakte einzelne Baueinheit zu schaffen.
Der zentrale ASI-Slave-Chip 7 ist, wie die Fig. 1 verdeutlicht, zusätzlich mit einem
Taktgeber-Baustein 8 und einem EE-PROM 9 elektrisch verbunden. Das EE-PROM
ist ein Speicherbaustein, in dem u. a. die Ansprechadresse eines Sensors oder Ak
tuators gespeichert ist. Diese Adresse nimmt allerdings nur einen Teil des zur Verfü
gung stehenden Speicherraumes ein.
Aus der Fig. 1 wird ebenfalls deutlich, daß der ASI-Slave-Chip eine zusätzliche Ver
bindung zu einer erfindungsgemäßen Steuerwerk-Schnittstelle 10 aufweist. Diese
Baueinheit 10 ist in der schematischen Darstellung strichpunktiert umrandet und
weist einen Logik-Ansteuerungsbaustein 12 in Form eines Mikroprozessors sowie
einen Schnittstellenbaustein 13 auf. Der Schnittstellenbaustein 13 ist vorzugsweise
als Infrarot-Schnittstelle ausgeführt, die mit einem korrespondierenden externen Da
tenein- und -ausgabebaustein 14, vorzugsweise in Form eines Handsenders, zu
sammenwirkt.
Wie oben bereits beschrieben, kann anstelle der Infrarot-Schnittstelle natürlich auch
eine Drahtverbindung zwischen Informationsgeber 14 und Schnittstellenbaustein 13
geschaffen sein, ebenso läßt sich eine Informationsübertragung auf elektromagneti
schem Wege realisieren.
Mit Hilfe des Informationsgebers 14 erfolgt eine Datenübertragung über den
Schnittstellenbaustein 13 zum Mikroprozessor 12, der die über die zweite Schnitt
stelle des ASI-Bausteines gegebenen Informationen aufbereitet, so daß im EE-
PROM eine Speicherung der gewünschten Adresszuweisung erfolgen kann. Da das
EE-PROM 9 neben der gespeicherten Adresse noch über zusätzlichen freien
Speicherplatz verfügt, ist es denkbar, in diesem freien Speicherplatz Informationen
abzulegen, die für die vorbeugende Wartung eines Steuerungsanwenders von In
teresse sind. Derartige Informationen können beispielsweise aus Betriebsstunden
zahlen, Temperaturen und Schaltanzahlen angesteuerter Verbraucher bestehen.
Diese Informationen sind im Bedarfsfalle aus dem EE-PROM 9 über den Mikropro
zessor 12 und die Schnittstelle 13 vom Handsender 14 abrufbar, um sie zentral für
erforderliche Wartungsmaßnahmen auszuwerten.
Die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit 10, der ASI-Slave-Chip 7 sowie das EE-
PROM 9 und der Taktgeberbaustein 8 lassen sich problemlos in einem gemeinsa
men Gehäuse unterbringen. Zur Programmierung und zum Informationsabruf ist es
nur noch notwendig, eine Verbindung zwischen dem Handsender 14 und dem
Schnittstellenbaustein 13 zu schaffen. Aufwendige Ein- und Ausbauarbeiten des in
nerhalb des ASI-Bausteines angeordneten EE-PROM beim Aufbau oder der Repa
ratur einer Gesamtanlage entfallen somit vollständig, was den Herstellprozess, Repa
ratur und Handhabung wesentlich vereinfacht.
2
Steuerung
3
ASI-Master
4
ASI-Bus
5
Sensor
6
Aktuator
7
ASI-Slave-Chip
8
Taktgeber
9
Informationsspeicher
10
Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit
12
Logikbaustein
13
Schnittstellenbaustein
14
externer Datenein- und -ausgabebaustein
Claims (5)
1. Aktuator-Sensor-Interfacebaustein zur seriellen Datenübertragung zwischen
einer Maschinensteuerung und durch diese zu steuernde Verbraucher mit
mindestens einem mit einem Speicherbaustein gekoppelten Aktuator-Sensor-
Interface-Slave-Chip, der mit der Maschinensteuerung über einen Aktuator-
Sensor-Interface-Bus verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ak
tuator-Sensor-Interface-Slave-Chip (7) mit einer separaten Steuerwerk-
Schnittstellenbaueinheit (10) zur Informationsaufnahme und -abgabe verbun
den ist.
2. ASI-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
werk-Schnittstellenbaueinheit (10) einen Infrarot-Schnittstellenbaustein (13)
und einen Logik/Ansteuerungsbaustein (12) aufweist.
3. ASI-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
werk-Schnittstellenbaueinheit (10) eine elektromagnetische Schnittstelle und
einen Logik/Ansteuerungsbaustein (12) aufweist.
4. ASI-Baustein nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer
werk-Schnittstellenbaueinheit (10) einen mechanischen Schnittstellenbaustein
und einen Logik/Ansteuerungsbaustein (12) aufweist.
5. ASI-Baustein nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerwerk-Schnittstellenbaueinheit (10) und der ASI-Slave-Chip (7)
in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.
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