DE19934514C1 - Verfahren zum Konfigurieren eines an einen Feldbus angeschlossenen Busteilnehmers - Google Patents
Verfahren zum Konfigurieren eines an einen Feldbus angeschlossenen BusteilnehmersInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Konfigurieren eines an einen Feldbus (10) angeschlossenen Busteilnehmers (16, 18, 19), bei dem dem Busteilnehmer (18) eine logische Adresse (44) zugeordnet wird. Erfindungsgemäß weist das Verfahren die folgenden Schritte auf: Übermitteln der logischen Adresse (44) von einer Adreßvergabeeinheit (28) an den Busteilnehmer (18), Übermitteln einer physikalischen Adresse (42) von der Adreßvergabeeinheit (28) an den Busteilnehmer (18), wobei die physikalische Adresse (42) mit einer angenommenen physikalischen Position des Busteilnehmers (18) bezogen auf den Feldbus (10) korrespondiert, Verifizieren der dem Busteilnehmer (18) übermittelten physikalischen Adresse (42) anhand einer tatsächlichen physikalischen Position des Busteilnehmers (18) bezogen auf den Feldbus (10) und Abspeichern der übermittelten logischen Adresse (44) in einem Speicher des Busteilnehmers (18) in Abhängigkeit von der Verifikation der physikalischen Adresse (42). Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch einen Busteilnehmer (18), bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigu
rieren eines an einen Feldbus angeschlossenen Busteilnehmers,
bei dem dem Busteilnehmer eine logische Adresse zugeordnet
wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen Busteilnehmer zum
Anschluß an einen Feldbus.
Ein Feldbus ist ein Kommunikationssystem, das insbesondere in
der industriellen Automatisierungstechnik verwendet wird, um
räumlich verteilte Sensoren und Aktoren mit übergeordneten
Steuerungen und Rechnern zu verbinden. Charakteristisch an ei
nem Feldbus ist dabei, daß die einzelnen an den Feldbus ange
schlossenen Einheiten über eine Sammelleitung miteinander ver
bunden sind, die es zumindest grundsätzlich erlaubt, daß belie
bige Einheiten über den Feldbus miteinander kommunizieren kön
nen, ohne individuell miteinander verkabelt zu sein. Die an den
Feldbus angeschlossenen Einheiten werden nachfolgend ganz all
gemein als Busteilnehmer bezeichnet.
Die eigentliche Datenübertragung erfolgt bei einem Feldbus an
hand von festgelegten Regeln, den sogenannten Protokollen. Be
züglich dieser Protokolle lassen sich zwei grundsätzliche Arten
von Feldbussen unterscheiden, nämlich einerseits Feldbusse mit
einem sogenannten nachrichtenorientierten Übertragungsverfahren
und andererseits Feldbusse mit einem sogenannten E/A-orientier
ten Übertragungsverfahren. Bei dem erstgenannten Übertragungs
verfahren ist jedem Busteilnehmer eine individuelle Adresse zu
geordnet. Zur Datenübertragung von einem Busteilnehmer zu einem
anderen ergänzt der sendende Busteilnehmer das Datentelegramm
mit der zu übertragenden Nachricht dem gewählten Protokoll ent
sprechend mit der Adresse des empfangenden Busteilnehmers. An
schließend wird das mit der Adresse versehene Datentelegramm
über die Sammelleitung verschickt und der empfangende Busteil
nehmer kann anhand der ihm zugeordneten Adresse erkennen, daß
die Nachricht für ihn bestimmt ist. Es versteht sich, daß bei
diesen nachrichtenorientierten Übertragungsverfahren jeder Bu
steilnehmer die ihm zugeordnete Adresse kennen muß. Die Zuord
nung der Adresse an die Busteilnehmer erfolgt dabei üblicher
weise mit Hilfe von Kodierschaltern, die jeder Busteilnehmer
besitzen muß und an denen die dem Busteilnehmer zugeordnete
Adresse eingestellt wird. Ein Beispiel für einen Feldbus mit
einem nachrichtenorientierten Übertragungsverfahren ist der so
genannte CAN-Bus.
Im Unterschied dazu ist es bei einem E/A-orientierten Übertra
gungsverfahren an sich nicht notwendig, den einzelnen Busteil
nehmern eine individuelle Adresse zuzuordnen. Die Kommunikation
zwischen den Busteilnehmern erfolgt hier vielmehr dadurch, daß
allein ein übergeordneter Busteilnehmer, der sogenannte Busma
ster, in der Lage ist, einen Datenverkehr zu initiieren. Dem
Busmaster ist die Struktur des Busses, insbesondere die Reihen
folge der an den Bus angeschlossenen Busteilnehmer genau be
kannt. Der Busmaster versendet einen genau spezifizierten Da
tenrahmen, der so viele Datenfelder aufweist, wie Busteilnehmer
an den Feldbus angeschlossen sind. Die Datenfelder des Daten
rahmens werden umlaufend von einem Busteilnehmer zum nächsten
und letztendlich wieder zurück zum Busmaster weitergegeben
wird. Sobald der Busmaster erkennt, daß das Startwort des von
ihm initiierten Datenrahmens einmal vollständig in der
Ringstruktur der Busteilnehmer umgelaufen ist, erzeugt er ein
Signal, das sämtlichen Busteilnehmern die im Zeitpunkt des Si
gnals bei ihnen befindliche Nachricht zuordnet. Die Verteilung
der zu versendenden Daten an die einzelnen Busteilnehmer er
folgt hierbei also allein dadurch, daß der Busmaster aufgrund
der ihm bekannten Busstruktur die Datenfelder des von ihm mi
tiierten Datenrahmens geeignet "befüllt". Ein Beispiel für ei
nen Feldbus mit einem derartigen Übertragungsverfahren ist der
sogenannte Interbus.
Eine ausführlichere Beschreibung des Interbus findet sich bei
spielsweise in dem Buch "Interbus - Grundlagen und Praxis" von
Baginski et. al., erschienen im Hüthig-Verlag, 1998. In diesem
Buch wird die Tatsache, daß beim Interbus keine individuellen
Adressen benötigt werden als besonders vorteilhaft herausge
stellt, da infolge dessen auch die Notwendigkeit entfällt, die
einzelnen Busteilnehmer mit Kodierschaltern oder ähnlichem aus
zurüsten.
Bei sicherheitskritischen Prozessen, wie etwa der Überwachung
eines Notaus-Schalters einer hydraulischen Presse, wurden in
der Vergangenheit bisher keine Feldbus-Systeme eingesetzt, da
hier aufgrund ihrer offen zugänglichen Struktur eine im Ideal
fall 100%-ige Fehlersicherheit nicht gewährleistet werden konn
te. Erst in jüngster Zeit wurde versucht, durch zusätzliche Si
cherheitsmaßnahmen wie insbesondere zusätzliche, der Fehlersi
cherheit dienende Protokolle, Feldbus-Systeme auch für sicher
heitskritische Anwendungen einzusetzen. Im Rahmen dieser Si
cherheitsprotokolle werden auch bei einem Interbus zumindest
den Busteilnehmern, die an sicherheitkritischen Prozessen be
teiligt sind, Adressen zugeordnet, mit deren Hilfe der Busteil
nehmer überprüfen kann, ob eine ihm übermittelte Nachricht tat
sächlich für ihn bestimmt ist. Fehler könnten sich beispiels
weise dann ergeben, wenn in der Reihenfolge oder in der Art der
am Interbus aktiv angeschlossenen Busteilnehmer eine Änderung
erfolgt, die dem Busmaster nicht schnell genug bekannt wird.
Dies kann beispielsweise durch ein Versehen beim Austausch ei
nes Busteilnehmers passieren.
Zur Realisierung eines fehlersicheren Interbusses ist es daher
notwendig, zumindest den fehlersicheren Busteilnehmern auf feh
lersichere Art und Weise Adressen zuzuordnen. Hierzu werden die
Busteilnehmer bisher mit einem Kodierschalter versehen, durch
dessen geeignete Einstellung dem Busteilnehmer die individuelle
Adresse zugeordnet wird. Diese Adresse wird nachfolgend als lo
gische Adresse bezeichnet, da sie grundsätzlich von der physi
kalischen Struktur des Feldbusses, d. h. insbesondere der Rei
henfolge der angeschlossenen Busteilnehmer, unabhängig sein
kann.
Die Verwendung von Kodierschaltern zum Zuordnen von logischen
Adressen besitzt jedoch Nachteile. Ein Nachteil ist, daß Ko
dierschalter grundsätzlich in irgendeiner Form mechanisch ein
stellbare Elemente benötigen. Mechanische Komponenten sind je
doch vergleichsweise aufwendig in der Fertigung und somit bei
einer Massenfertigung im Vergleich zu rein elektronischen Kom
ponenten teuer. Hinzu kommt, daß mechanische Komponenten grund
sätzlich einem Verschleiß unterliegen, der es vor allem bei si
cherheitkritischen Anwendungen verhindert, einfachste Komponen
ten zu verwenden. Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Ko
dierschaltern ist, daß diese jeweils im Bereich des einzelnen
Busteilnehmers angeordnet sein müssen. Bei komplexen Prozeß
steuerungen im industriellen Bereich können die einzelnen an
den Feldbus angeschlossenen Busteilnehmer jedoch bis zu mehre
ren hundert Metern auseinander liegen. Da bei der Verwendung
von Kodierschaltern in diesem Fall die Zuordnung der logischen
Adresse am Ort des Busteilnehmers erfolgt, sind unter Umständen
große Laufwege erforderlich, die das Einrichten und Konfigurie
ren aufwendig und umständlich machen. Schließlich ist es bei
dezentralen Konfigurationsmaßnahmen in solchen Ausdehnungen
leicht möglich, den Überblick zu verlieren, was insbesondere
beim Austausch eines defekten Busteilnehmers zu Fehlern bei der
Adresszuordnung führen kann.
Aus der EP 0 325 080 B1, die der DE 38 89 214 T2 entspricht,
ist ein Verfahren bekannt, mit dem einem an einen seriellen Bus
angeschlossenen Busteilnehmer eine logische Adresse zugeordnet
werden kann. Die logische Adresse wird dem Busteilnehmer mit
Hilfe eines über den Bus übertragenen Datentelegramms mitge
teilt. Der Busteilnehmer speichert die empfangene logische
Adresse anschließend in einem internen Speicher zur weiteren
Verwendung. Darüber hinaus besitzt jeder dieser Busteilnehmer
auch eine physikalische Adresse, die bei Bedarf durch die logi
sche Adresse ersetzt werden kann. Das bekannte Verfahren bein
haltet jedoch keine Maßnahmen, um einen Fehler bei der Vergabe
der logischen Adresse sicher auszuschließen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem einem Busteilneh
mer auf fehlersichere Art und Weise eine logische Adresse zuge
ordnet werden kann, ohne daß mechanisch betätigbare Kodier
schalter erforderlich sind. Es ist darüber hinaus Aufgabe der
Erfindung, einen Busteilnehmer der eingangs genannten Art anzu
geben, der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens konfigu
rierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten
Art gelöst, das folgende Schritte aufweist:
- - Übermitteln der logischen Adresse von einer Adreßvergabe einheit an den Busteilnehmer,
- - Übermitteln einer physikalischen Adresse von der Adreßver gabeeinheit an den Busteilnehmer, wobei die physikalische Adresse mit einer angenommenen physikalischen Position des Busteilnehmers bezogen auf den Feldbus korrespondiert,
- - Verifizieren der dem Busteilnehmer übermittelten physika lischen Adresse anhand einer tatsächlichen physikalischen Position des Busteilnehmers bezogen auf den Feldbus, und
- - Abspeichern der übermittelten logischen Adresse in einem Speicher des Busteilnehmers in Abhängigkeit von der Veri fikation der physikalischen Adresse.
Die Aufgabe wird des weiteren durch einen Busteilnehmer der
eingangs genannten Art gelöst, mit ersten Mitteln zum Aufnehmen
und Auswerten eines Bustelegramms sowie mit einem Speicher zum
Speichern einer dem Busteilnehmer zugeordneten logischen Adres
se, ferner mit zweiten Mitteln zum Verifizieren einer ihm über
mittelten physikalischen Adresse, wobei die genannten zweiten
Mittel auf den Speicher zum Speichern der logischen Adresse
einwirken.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die logische Adresse
dem Busteilnehmer als Datenwert übermittelt. Dies kann über ei
ne extra zu diesem Zweck an den Busteilnehmer angeschlossene
Kommunikationsverbindung geschehen. Es ist jedoch auch möglich,
wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird, dem Busteilnehmer
die logische Adresse als Datenwert über den Feldbus selbst zu
senden. In jedem Fall entfällt dabei die Notwendigkeit, mecha
nisch verstellbare Kodierschalter zu verwenden. Die logische
Adresse kann vielmehr auf einfache und an sich bekannte Weise
über eine Software in der Adreßvergabeeinheit definiert werden.
Die Adreßvergabeeinheit beinhaltet im einfachsten Fall einen
handelsüblicher Computer, mit dem über eine geeignete Software
auf den Busteilnehmer zugegriffen werden kann. Für den Interbus
ist eine solche Software beispielsweise das sogenannte CMD-Tool
(Configuration Management Diagnosis) der Firma Phoenix Contakt
GmbH & Co. in Blomberg, Deutschland. Die Adreßvergabeeinheit im
Sinne der vorliegenden Erfindung kann jedoch zusätzlich zu dem
handelsüblichen Computer auch eine Adaptereinheit beinhalten,
mit der die vom Computer definierte logische Adresse in ein
über den Feldbus übertragbares Datenwort umgesetzt wird. Beim
Interbus wird das CMD-Tool beispielsweise über eine V.24-
Schnittstelle an den Busmaster angeschlossen, so daß in diesem
Fall die Adreßvergabeeinheit neben dem genannten Computer auch
den Busmaster und eventuell eine mit diesem verbundene Steuer
einheit beinhaltet. Bei einer direkten Ankopplung beispielswei
se eines handelsüblichen Computers an einem Bus
teilnehmer ist der Busmaster jedoch in die Adreßvergabeeinheit
nicht unbedingt einbezogen.
Aufgrund der Tatsache, daß zusätzlich zu der logischen Adresse
auch eine physikalische Adresse an den Busteilnehmer übermit
telt wird, die der tatsächlichen physikalischen Position des
Busteilnehmers bezogen auf den Feldbus entspricht (z. B. die Po
sition "2" im Feldbus), ist eine fehlerhafte Zuordnung der lo
gischen Adresse an einem falschen Busteilnehmer (der z. B. die
Position "3" innehat) ausgeschlossen. Hierdurch wird die Feh
lersicherheit für sicherheitskritische Prozesse erreicht.
Das Abspeichern der übermittelten logischen Adresse in Abhän
gigkeit von der Verifikation der physikalischen Adresse kann
beispielsweise in einem sogenannten EEPROM erfolgen, worunter
ein elektronisch beschreibbarer Permanentspeicher zu verstehen
ist. Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren weist der
erfindungsgemäße Busteilnehmer somit einen solchen Speicher
auf, der in Abhängigkeit eines Verifikationsergebnisses be
schreibbar ist.
Die genannten Maßnahmen besitzen den Vorteil, daß auf die Ver
wendung mechanischer Kodierschalter verzichtet werden kann.
Hierdurch entfallen die eingangs beschriebenen, damit verbunde
nen Nachteile. Der erfindungsgemäße Busteilnehmer kann daher
kostengünstiger hergestellt werden, ohne Einbußen bezüglich der
Fehlersicherheit hinzunehmen.
Die genannte Aufgabe ist somit vollständig gelöst.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsge
mäßen Verfahrens werden die logische und die physikalische
Adresse dem Busteilnehmer über den Feldbus übermittelt.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die Konfiguration des
Busteilnehmers von einer zentralen Stelle aus vorgenommen wer
den kann, auch wenn der entsprechende Busteilnehmer räumlich
weit von der zentralen Stelle entfernt angeordnet ist, was ins
besondere bei Feldbussen im industriellen Bereich häufig der
Fall ist. Aufgrund der genannten Maßnahme wird daher die Konfi
guration des Busteilnehmers wesentlich erleichtert. Hinzu
kommt, daß für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah
rens keine zusätzliche Verkabelung des Busteilnehmers benötigt
wird. Auch dies trägt zur Vereinfachung der Konfiguration bei.
Die Übertragung der beiden genannten Adressen über den Feldbus
kann im Rahmen eines speziellen Konfigurationsmodus grundsätz
lich sowohl bei nachrichtenorientierten wie auch bei E/A-
orientierten Bussystemen erfolgen. Sie ist jedoch bei den
letztgenannten Bussystemen besonders einfach realisierbar, da
diese zur Übertragung von Daten keine bereits definierten
Adressen benötigen. Insofern ist die genannte Maßnahme beson
ders vorteilhaft bei Bussen mit E/A-orientierten Übertragungs
verfahren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs
gemäßen Verfahrens werden die logische Adresse und die physika
lische Adresse dem Busteilnehmer in einem gemeinsamen Datente
legramm übermittelt.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß aufgrund der annähernd
gleichzeitigen Übertragung die Fehlersicherheit nochmals erhöht
ist. Bei Verwendung an sich bekannter Prüfverfahren zur Über
prüfung eines Datentelegramms ist hierdurch ausgeschlossen, daß
eine verfälschte logische Adresse dem Busteilnehmer in Kombina
tion mit einer korrekten physikalischen Adresse übertragen
wird, ohne daß der Busteilnehmer dieses feststellen kann. Des
weiteren ist hierdurch ausgeschlossen, daß zwischen der Über
tragung der logischen Adresse und der Übertragung der physika
lischen Adresse Veränderungen am Bussystem vorgenommen werden,
die sich wiederum in einer falschen Zuordnung von Adressen aus
wirken können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs
gemäßen Verfahrens bestimmt der Busteilnehmer seine tatsächli
che physikalische Position bezogen auf den Feldbus mittels ei
ner Positionsermittlungseinheit aktuell. Ein entsprechender Bu
steilnehmer ist dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mit
tel eine Positionsermittlungseinheit zum Bestimmen einer tat
sächlichen physikalischen Position des Busteilnehmers bezogen
auf den Feldbus beinhalten.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß durch eine aktuelle Be
stimmung der physikalischen Position des Busteilnehmers die
Fehlersicherheit bei der Zuordnung einer Adresse nochmals ver
bessert ist. Alternativ hierzu wäre es beispielsweise möglich,
dem Busteilnehmer die für ihn vorgesehene physikalische Positi
on bezogen auf den Feldbus auf einem anderen Weg mitzuteilen.
Eine aktuelle Bestimmung mittels einer Positionsermittlungsein
heit gewährleistet jedoch, daß auch ungewollte Veränderungen in
der Struktur des Feldbusses festgestellt werden, so daß Fehler
bei der Zuordnung der Adressen zweifelsfrei erkannt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahmen
weist der Feldbus einen umlaufenden Telegrammverkehr auf und
der Busteilnehmer bestimmt seine tatsächliche physikalische Po
sition durch Mitzählen von zyklischen Ereignissen des umlaufen
den Telegrammverkehrs. Dementsprechend beinhaltet die Posi
tionsermittlungseinheit des Busteilnehmers in dieser Ausgestal
tung einen Zähler zum Mitzählen von zyklischen Ereignissen des
umlaufenden Telegrammverkehrs.
Die genannte Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die Bestimmung
der tatsächlichen physikalischen Position auf diese Weise sehr
einfach und trotzdem zuverlässig möglich ist. Grund hierfür
ist, daß bei einem umlaufenden Telegrammverkehr die einzelnen
Datenpakete der Reihe nach von einem Busteilnehmer zum nächsten
weitergereicht werden. Dies hat zur Folge, daß in diesem Fall
die Wartezeit, die vergeht, bis ein Busteilnehmer das Startwort
des Telegrammverkehrs erhält, seiner Position in der Reihenfol
ge der Busteilnehmer entspricht. Die Wartezeit läßt sich tech
nisch sehr einfach durch das Mitzählen der zyklischen Ereignis
se bestimmen. Als zyklische Ereignisse kommen hier insbesondere
Taktimpulse in Frage, mit denen der Datenverkehr auf dem Feld
bus synchronisiert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme
ist der Feldbus ein Interbus und der Busteilnehmer zählt zykli
sche Ereignisse während eines sogenannten ID-Zyklus des Inter
busses solange, bis ein Startwort des umlaufenden Telegrammver
kehrs ihn erreicht.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß der sogenannte ID-
Zyklus bei einem Interbus exakt definiert ist und zudem von je
dem Busteilnehmer jederzeit durch eine Fehlermeldung initiiert
werden kann. Die genannte Maßnahme ist somit bei einem
Interbus besonders vorteilhaft, da die Bestimmung der tatsäch
lichen Position des Busteilnehmers mit Ausnahme eines Zählers
im Busteilnehmer keine aufwendigen Hardware- oder Softwaremaß
nahmen benötigt. Darüber hinaus bewegt sich die genannte Maß
nahme vollständig im Rahmen der für den Interbus zugelassenen
Spezifikationen, so daß auch einzelnen, ausgewählten Busteil
nehmern aufgrund der Erfindung eine Adresse zugeordnet werden
kann, ohne den Ablauf des gesamten Busverkehrs zu stören und
ohne in die grundlegenden Spezifikationen des Interbusses ein
zugreifen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der zuvor genann
ten Maßnahmen verwendet der Busteilnehmer zur Positionsbestim
mung einen ID-Zyklus, der von einem anderen Busteilnehmer, ins
besondere einem Busmaster, eingeleitet wird.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß der Busteilnehmer seine
tatsächliche physikalische Position bestimmen kann, ohne selbst
das Geschehen am Interbus zu beeinflussen. Die Verifikation
kann daher durchgeführt werden, ohne daß die übrigen an den Bus
angeschlossenen Teilnehmer beeinflußt werden. Besonders vor
teilhaft ist es, wenn der Busteilnehmer seine Position während
jedes auftretenden ID-Zyklus bestimmt, da auf diese Weise Ver
änderungen am Bus schnell bemerkt werden können. Standardmäßig
findet ein ID-Zyklus zumindest nach dem Inbetriebnehmen des
Busses statt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung verwendet der
Busteilnehmer zur Positionsbestimmung einen ID-Zyklus, den er
nach Erhalt der physikalischen Adresse selbst auslöst.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß der Busteilnehmer die
erhaltene physikalische Adresse unmittelbar nach dem Empfang
verifizieren kann, wodurch Fehler aufgrund einer zwischenzeit
lichen Veränderung der Busstruktur vermieden sind. Die genannte
Maßnahme besitzt somit den Vorteil, daß die Fehlersicherheit
nochmals verbessert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah
rens wird als logische Adresse die physikalische Adresse ge
wählt.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß zur Ausführung des er
findungsgemäßen Verfahrens nur ein einzelner Datenwert übertra
gen werden muß, den der Busteilnehmer anhand seiner tatsächli
chen physikalischen Position verifizieren kann und den er an
schließend als logische Adresse verwenden kann. Die Datenbreite
des Busteilnehmers kann dementsprechend klein gewählt sein.
In einer alternativen Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnah
me wird die logische Adresse unabhängig von der physikalischen
Adresse gewählt.
Diese Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die logische Adresse
nach frei definierbaren Kriterien gewählt werden kann, so daß
insgesamt eine sehr viel größere Variationsbreite zur Verfügung
steht. Des weiteren entfällt aufgrund der genannten Maßnahme
die Notwendigkeit, Adressen innerhalb des Feldbussystems neu zu
vergeben, wenn neue Busteilnehmer an den Feldbus angeschlossen
werden oder von diesem getrennt werden.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste
hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils an
gegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist die Er
findung nicht auf eine Anwendung bei E/A-orientierten Feld
bussen beschränkt, sondern kann bei allen Busteilnehmern ver
wendet werden, denen eine Adresse zugeordnet werden soll.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Feldbussystem, bei dem das erfindungsgemäße Ver
fahren zum Konfigurieren eines Busteilnehmers durch
geführt wird und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsge
mäßen Busteilnehmers am Beispiel des Interbusses.
In Fig. 1 ist ein Feldbus mit daran angeschlossenen Busteilneh
mern in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Der Feldbus 10 ist hier ein Interbus.
An den Interbus 10 sind beispielhaft eine Steuereinheit 12 mit
einem Busmaster-Baustein 14 sowie drei Busteilnehmer 16, 18 und
19 angeschlossen. Die Steuereinheit 12 beinhaltet zudem hier
nicht näher dargestellte Mittel, mit denen sie Prozesse überwa
chen und steuern kann. Hierzu erhält die Steuereinheit 12 Daten
von den Busteilnehmern 16, 18, 19, die ihrerseits mit hier
nicht dargestellten Sensoren und Aktoren verbunden sind. Ein
derartiges System ist an sich bekannt und deshalb hier nicht
ausführlicher dargestellt.
Alternativ zu diesem Ausführungsbeispiel kann der Busmaster-
Baustein 14 jedoch auch getrennt von der fehlersicheren Steuer
einheit 12 an den Interbus 10 angeschlossen sein.
Der Busmaster-Baustein 14 ist im vorliegenden Fall ein soge
nannter USC/4, der im Bereich von Interbus-Anwendungen weite
Verbreitung gefunden hat. Der Busmaster-Baustein 14 ist über
eine hinlaufende Datenleitung 20 und eine rücklaufende Daten
leitung 22 ringförmig mit den Busteilnehmern 16, 18, 19 verbun
den. Dabei werden die Daten auf den Datenleitungen 22, 22 je
weils von einem Busteilnehmer zum nächsten weitergegeben.
Es ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel angenommen, daß die
Steuereinheit 12 unter anderem auch zur Steuerung von sicher
heitskritischen Prozessen dient, wie beispielsweise der Überwa
chung eines Notaus-Schalters. Ein Überwachungssignal des Not
aus-Schalters (hier nicht dargestellt) ist dementsprechend dem
Busteilnehmer 18 zugeführt. Da es sich bei diesem Prozeß um ei
nen sicherheitkritischen Prozeß handelt, sind sowohl die Steu
ereinheit 12 als auch der Busteilnehmer 18 mit sicherheitsbezo
genen Einrichtungen 24, 26 versehen, mit denen es möglich ist,
unter Verwendung des an sich nicht-fehlersicheren Interbusses
eine fehlersichere Datenkommunikation zu ermöglichen. Derartige
sicherheitsbezogene Einrichtungen 24, 26 sind bei der Überwa
chung und Steuerung von sicherheitskritischen Prozessen bekannt
und beinhalten beispielsweise diversitäre, redundante Systeme,
die sich gegenseitig bei der Verarbeitung von Daten überprüfen.
Mit der Bezugsziffer 28 ist ein handelsüblicher Personal Compu
ter bezeichnet, der über eine Datenleitung 30 mit der Steuer
einheit 12 verbunden ist. Die Verbindung ist hier über eine
handelsübliche V.24-Schnittstelle realisiert. Mit dem Computer
28 wird über eine bekannte Interbus-Verwaltungssoftware
(beispielsweise CMD-Tool der Firma Phoenix) ein Datentelegramm
32 erzeugt, dessen Inhalt bei der Durchführung des erfindungs
gemäßen Verfahrens hier im wesentlichen die Anweisung beinhal
tet, dem Busteilnehmer mit der physikalischen Adresse "2" die
logische Adresse "xy" zuzuordnen. Die physikalische Adresse "2"
korrespondiert dabei mit der Position des angesprochenen Bu
steilnehmers innerhalb der Ringstruktur des Interbusses 10. Im
vorliegenden Fall ist dies der Busteilnehmer 18, was sich er
gibt, wenn man die am Interbus 10 angeschlossenen Einheiten be
ginnend bei der Steuereinheit 12 von null an durchzählt.
Mit der Bezugsziffer 34 ist ein Datentelegramm bezeichnet, das
vom Busmaster-Baustein 14 in Richtung des Pfeils 36 über die
Datenleitung 20 an den Busteilnehmer 16 übermittelt wird. Das
Datentelegramm 34 ist Bestandteil eines vom Busmaster-Baustein
14 erzeugten Datenrahmens, der sämtliche zu einem Zeitpunkt im
Interbus 10 umlaufenden Datentelegramme beinhaltet.
Mit der Bezugsziffer 38 ist ein weiteres Datentelegramm be
zeichnet, das in Richtung des Pfeils 40 vom Busteilnehmer 16
zum Busteilnehmer 18 übertragen wird. Das Datentelegramm 38
transportiert dabei eine physikalische Adresse 42 sowie eine
logische Adresse 44, die dem erfindungsgemäßen Verfahren ent
sprechend von dem Computer 28 über die sicherheitsbezogene Ein
richtung 24 zum Busteilnehmer 18 übertragen werden.
Der im Interbus 10 umlaufende Datenrahmen beinhaltet des weite
ren Datentelegramme 46, die in Richtung der Pfeile 40, 48 im
Interbus 10 umlaufend übertragen werden. Ein weiteres zu dem
genannten Datenrahmen gehörendes Datentelegramm ist mit der Be
zugsziffer 50 bezeichnet. Das Datentelegramm 50 beinhaltet ein
für den Interbus fest definiertes Startwort, das üblicherweise
als "Loop Back Word" (LBW) bezeichnet wird. Das Datentelegramm
50 wird in der in Fig. 1 dargestellten Situation in Richtung
des Pfeils 52 vom Busteilnehmer 16 zurück zum Busmaster-
Baustein 14 übertragen.
Bekanntermaßen erzeugt der Busmaster-Baustein 14 ein Signal,
sobald er das ursprünglich von ihm generierte Datentelegramm 50
mit dem Startwort zurückerhält. Dies ist für ihn das Zeichen,
daß der gesamte Datenrahmen einmal vollständig im Interbus 10
umgelaufen ist. Anhand des erzeugten Signals (hier nicht darge
stellt) erkennen die am Interbus 10 angeschlossenen Busteilneh
mer 16, 18, 19, daß das jeweils zuletzt empfangene Datentele
gramm für sie bestimmt ist. Somit erhält der Busteilnehmer 18
in diesem Fall die Nachricht mit der physikalischen Adresse 42
und der logischen Adresse 44.
In Fig. 2 ist der Busteilnehmer 18 mit seinen erfindungswesent
lichen Bestandteilen schematisch dargestellt.
Der Busteilnehmer 18 besitzt im vorliegenden Ausführungsbei
spiel einen an sich bekannten Protokollchip 60, der den eigent
lichen Anschluß an den Interbus 10 realisiert. Der Protokoll
chip 60 ist ein Standardbaustein, der zur Realisierung von
Interbus-Anwendungen hinreichend bekannt ist. Er realisiert
weitgehend selbstständig das zur Datenkommunikation erforderli
che Protokoll gemäß den Spezifikationen für den Interbus und
ist daher in an sich bekannter Weise mit den Datenleitungen 20,
22 verbunden. Der Protokollchip 60 besitzt im wesentlichen ein
Schieberegister, durch das die einzelnen Datentelegramme solan
ge hindurch geschoben werden, bis der Busmaster-Baustein 14 das
Datentelegramm 50 mit dem Startwort zurückerhält. Die in diesem
Moment im Schieberegister enthaltenen Daten sind aufgrund der
Struktur des Interbusses 10 für den Busteilnehmer 18 vorgese
hen.
Mit der Bezugsziffer 62 ist eine Positionsermittlungseinheit
bezeichnet, mit deren Hilfe der Busteilnehmer 18 seine tatsäch
liche physikalische Position bezogen auf den Interbus 10 ermit
teln kann. Die Positionsermittlungseinheit 62 weist hierzu ei
nen Zähler 64 auf, der über eine Logikeinheit 66 angesteuert
wird. Die Logikeinheit 66 erhält ihrerseits Taktimpulse 68, die
standardmäßig von dem Protokollchip 60 erzeugt werden und die
zur Synchronisierung des Datenverkehrs im Interbus 10 verwendet
werden. Des weiteren erhält die Logikeinheit 66 die Signale am
Ausgang ToEx R1 des Protokollchips 60, um erkennen zu können,
wann das Datentelegramm 50 mit dem Startwort LBW im Protokoll
chip 60 angekommen ist.
Mit den Bezugsziffern 70, 72 und 74 sind Speicher bezeichnet,
in denen die aktuell ermittelte physikalische Position des Bu
steilnehmers 18, die empfangene logische Adresse 44 sowie die
empfangene physikalische Adresse 42 abgelegt werden können.
Mit der Bezugsziffer 76 ist schließlich eine Vergleichseinheit
bezeichnet, mit der der Busteilnehmer 18 die empfangene physi
kalische Adresse 42 mit der aktuell bestimmten Position aus dem
Speicher 70 vergleichen kann. Erfindungsgemäß wird die empfan
gene logische Adresse 44 erst dann fest in dem Speicher 72 ab
gespeichert, wenn die physikalische Adresse 42 im Speicher 74
und die aktuell ermittelte Position des Busteilnehmers 18 aus
dem Speicher 70 übereinstimmen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Com
puter 28 mit Hilfe der Verwaltungssoftware die logische Adresse
44 für den Busteilnehmer 18 ausgewählt. Als logische Adresse 44
kann dabei auch die physikalische Adresse 42 des Busteilnehmers
18 gewählt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die
logische Adresse 44 jedoch unabhängig von der physikalischen
Adresse 42 gewählt, was in Fig. 1 durch die Buchstabenkombina
tion "xy" angedeutet ist. Die Zuordnung der logischen Adresse
"xy" für den Busteilnehmer 18 wird sodann über die Datenleitung
30 an die Steuereinheit 12 übertragen. Der Busmaster-Baustein
14 bettet die logische Adresse 44 und die physikalische Adresse
42 in das Datentelegramm 38 ein und initiiert den umlaufenden
Datenverkehr des Interbusses 10. Auf diese Weise werden die
beiden Adressen 42, 44 zum Busteilnehmer 18 übertragen. Dieser
verifiziert die physikalische Adresse 42 sodann gemäß dem nach
folgenden Verfahren und speichert gegebenenfalls die logische
Adresse 44 als die ihm zugeordnete Adresse ab.
Zur Ermittlung seiner tatsächlichen physikalischen Position er
zwingt der Busteilnehmer 18 hier nach Erhalt des Datentele
gramms 38 einen sogenannten ID-Zyklus, der einen exakt defi
nierten Ablauf auslöst. Bei diesem Ablauf generiert der Busma
ster-Baustein 14 einen Datenrahmen, bei dem für jeden bekannten
Busteilnehmer 16, 18, 19 ein Datentelegramm mit einer Breite
von 16 Bit vorgesehen ist. Der Datenrahmen beginnt dabei, wie
üblich, mit dem Startwort LBW. Dem Übertragungsverfahren des
Interbusses 10 entsprechend wird das Startwort LBW von einem
Busteilnehmer 16, 18, 19 zum nächsten weitergereicht. Aufgrund
der fest definierten Datenbreite von 16 Bit pro anschließendem
Datentelegramm ist die Anzahl der Taktimpulse 68, die bis zu
dem Zeitpunkt vergehen, an dem der Busteilnehmer 18 das Start
wort LBW empfängt, ein Maß dafür, wie viele Busteilnehmer 16
zwischen dem Busmaster-Baustein 14 und dem Busteilnehmer 18 an
den Interbus 10 angeschlossen sind. Die Logikeinheit 66 im Bus
teilnehmer 18 zählt dabei nur diejenigen Taktimpulse 68, die
zur Übermittlung der 16 Bit breiten Datentelegramme benötigt
werden. Beim Empfang des Startwortes LBW im Busteilnehmer 18
genügt somit eine Division durch 16, um die Position des Bu
steilnehmers 18 bezogen auf den Interbus 10 aktuell zu ermit
teln. Diese Position wird sodann im Speicher 70 abgelegt und
mit der empfangenen physikalischen Adresse 42 im Speicher 74
verglichen.
Alternativ oder ergänzend kann der Busteilnehmer 18 zur Bestim
mung seiner tatsächlichen Position auch jeden anderen ID-Zyklus
verwenden, der im Interbus ausgelöst wird. Beispielsweise lei
tet insbesondere der Busmaster-Baustein 14 einen ID-Zyklus nach
jeder Inbetriebnahme des Interbusses 10 ein. Ebenso werden ID-
Zyklen durchgeführt, wenn ein anderer Busteilnehmer 16, 19 ei
nen Fehler meldet.
Claims (13)
1. Verfahren zum Konfigurieren eines an einen Feldbus (10)
angeschlossenen Busteilnehmers (18), bei dem dem Busteil
nehmer (18) eine logische Adresse (44) zugeordnet wird,
mit den Schritten:
- - Übermitteln der logischen Adresse (44) von einer Adreßvergabeeinheit (28) an den Busteilnehmer (18),
- - Übermitteln einer physikalischen Adresse (42) von der Adreßvergabeeinheit (28) an den Busteilnehmer (18), wobei die physikalische Adresse (42) mit einer angenommenen physikalischen Position des Busteilneh mers (18) bezogen auf den Feldbus (10) korrespon diert,
- - Verifizieren der dem Busteilnehmer (18) übermittel ten physikalischen Adresse (42) anhand einer tat sächlichen physikalischen Position des Busteilneh mers (18) bezogen auf den Feldbus (10) und
- - Abspeichern der übermittelten logischen Adresse (44) in einem Speicher (72) des Busteilnehmers (18) in Abhängigkeit von der Verifikation der physikalischen Adresse (42).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
logische (42) und die physikalische Adresse (44) dem Bus
teilnehmer (18) über den Feldbus (10) übermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die logische Adresse (42) und die physikalische Adres
se (44) dem Busteilnehmer (18) in einem gemeinsamen Daten
telegramm (38) übermittelt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Busteilnehmer (18) seine tatsächli
che physikalische Position bezogen auf den Feldbus (10)
mittels einer Positionsermittlungseinheit (62) aktuell be
stimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Feldbus (10) einen umlaufenden Telegrammverkehr (34, 38,
46) aufweist und daß der Busteilnehmer (18) seine tatsäch
liche physikalische Position durch Mitzählen von zykli
schen Ereignissen (68) des umlaufenden Telegrammverkehrs
(34, 38, 46) bestimmt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der
Feldbus (10) ein Interbus ist und daß der Busteilnehmer
(18) zyklische Ereignisse (68) während eines ID-Zyklus des
Interbus solange zählt, bis ein Startwort (50) des umlau
fenden Telegrammverkehrs (34, 38, 46) ihn erreicht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Busteilnehmer (18) zur Positionsbestimmung einen ID-Zyklus
verwendet, der von einem anderen Busteilnehmer (14, 16,
19), insbesondere einem Busmaster (14), eingeleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Busteilnehmer (18) zur Positionsbestimmung einen
ID-Zyklus verwendet, den er nach Erhalt der physikalischen
Adresse (42) selbst auslöst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß als logische Adresse (44) die physikali
sche Adresse (42) gewählt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die logische Adresse (44) unabhängig von
der physikalischen Adresse (42) gewählt wird.
11. Busteilnehmer zum Anschluß an einen Feldbus (10), mit
ersten Mitteln (60) zum Aufnehmen und Auswerten eines Bus
telegramms (34, 38, 46) sowie mit einem Speicher (72) zum
Speichern einer dem Busteilnehmer (18) zugeordneten logi
schen Adresse (44), ferner mit zweiten Mitteln (62, 64,
66) zum Verifizieren einer ihm übermittelten physikali
schen Adresse (42), wobei die genannten zweiten Mittel
(62, 64, 66) auf den Speicher (72) zum Speichern der logi
schen Adresse (44) einwirken.
12. Busteilnehmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die genannten zweiten Mittel (62, 64, 66) eine Positi
onsermittlungseinheit (62) zum Bestimmen einer tatsächli
chen physikalischen Position des Busteilnehmers (18) bezo
gen auf den Feldbus (10) beinhalten.
13. Busteilnehmer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Positionsermittlungseinheit (62) einen Zähler (64)
zum Mitzählen von zyklischen Ereignissen (68) eines umlau
fenden Telegrammverkehrs (34, 38, 46) des Feldbusses (10)
beinhaltet.
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