用于将输入/输出模块连接至现场总线的现场总线耦合器和现场总线耦合器的运转方法

摘要

本发明涉及一种用于通过子总线(4)将输入/输出模块(5)连接至工业自动化系统的现场总线(2)的现场总线耦合器(3)的运转方法，其中在正常运转模式下所述现场总线耦合器(3)-通过所述现场总线(2)接收至少一个输入/输出模块(5)的输出信道的输出值(A)并且通过子总线(4)将所述值转发至所述输入/输出模块(5)，和/或-通过子总线(4)接收来自所述至少一个输入/输出模块(5)的输入值(E)并且通过所述现场总线(2)转发所述值，所述方法特征在于，在诊断模式下，所述现场总线耦合器(3)-通过子总线(4)将所述至少一个输入/输出模块(5)的输出信道的至少一个可定义的输出值(A*)发送至所述输入/输出模块(5)，和/或-将至少一个可定义的输入值(E*)分配给所述至少一个输入/输出模块(5)并且通过所述现场总线(2)输出所述值。本发明进一步涉及一种用于实施所述方法而配置的现场总线耦合器(3)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过子总线将输入/输出模块连接至工业自动化 系统的现场总线的现场总线耦合器的运转方法。本发明进一步涉及适用 于实施这种方法的现场总线耦合器。

背景技术

在工业自动化系统中，用于在一个或多个中央控制计算机(也称作 主计算机或可编程序逻辑控制器(PLC))之间传送控制数据和/或测量值的 现场总线，与现场设备可交接(interchange)。现场设备包括输入和输出 模块，例如，以下简称I/O(输入/输出)模块，该输入和输出模块提供模 拟和/或数字输入和/或输出信道，通过其能够控制系统部件并且通过其能 够将例如来自传感器的测量值读入。通常，每一个现场设备通过本申请 开始部分提到的现场总线耦合器连接至现场总线，而不是直接连接至现 场总线，该耦合器作为在一侧的现场总线和在另一侧的通常专有的子总 线之间的数据接口。大量能用于总线的模块，例如所述的I/O模块，可以 耦合至子总线。

这种类型的现场总线耦合器，也称作现场总线网关，通常也用于配 置连接模块。为此，通常在现场总线耦合器中提供web服务器，通过其使 用在外部(服务)计算机中运行的web浏览器将现场总线耦合器本身连同 连接模块一起配置。为此，现场总线耦合器通常包括服务接口，例如USB (通用串行总线)数据接口，通过其现场总线耦合器可由比如一个服务 技术员在现场配置。

当工业自动化系统运转时，现场总线耦合器通过现场总线接收单独 的I/O模块的输出值，并且通过子总线将这些输出值转发至对应的I/O模 块，该I/O模块相应地调整其输出信道。相反地，已被I/O模块分析的信号， 比如传感器信号，转化为输入值并且通过子总线被发送至现场总线耦合 器。现场总线耦合器通过现场总线将该输入值转发至更高级别的控制系 统。

在这种类型的系统中，在启动过程中或者诊断搜索过程中，定义与 控制程序的实际程序顺序无关的用于I/O模块的输出信道的特定输出值 和/或能够测试控制程序对某些输入信号的反应(即使这些输入信号当时 并不存在)通常是有益的或者有必要的。为此，控制程序通常被定期修 改，以使得无关于实际的程序序列定义特定输出值。同样，在诊断搜索 过程中的标准惯例是定期设置控制程序的变量，所述变量通过手动地输 入相应的程序命令将已被读入的输入值映射至期望值，以使得用于所述 输入值的后续程序序列被模拟。在许多控制程序的开发环境中，还提供 了所谓的调试模式，其可以用来针对期望值设置变量。用于指定输入信 号的可选程序涉及将可调节的电流或者电压源(用其特定的传感器信号 可被模拟)连接至I/O模块的输入信道而不是传感器的输入信道。

然而，无论手动或者通过开发系统操纵一个控制程序都是昂贵的， 且还涉及控制程序可能被更改超出期望操作的风险。此外，当系统被置 于操作中时，可操纵的控制程序还不可用或者尚未完全可用。使用可调 节的电流源或者电压源代替传感器需要重新接线。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，通过这种方法可在远程I/O系统中进 行诊断搜索，而不需要为此必须操纵常用的控制程序，而且不需要定期 重新接线。

这个目的通过具有独立权利要求各个特征的方法和现场总线系统实 现。

根据本发明提供的方法，在正常运转模式下，通过现场总线接收至 少一个I/O模块的输出信道的输出值并且通过子总线将该输出值转发至 输入/输出模块，或者通过子总线接收来自于至少一个I/O模块的输入值并 且通过现场总线转发。该方法的特征在于，在诊断模式下，现场总线耦 合器通过子总线将至少一个I/O模块的输出信道的至少一个可定义的输 出值发送至I/O模块和/或通过现场总线将至少一个可定义的输入值分配 给至少一个I/O模块并且输出该值。

因此，在现场总线耦合器的诊断模式下，其被提供为通过子总线向I /O模块输出所需的、可定义的输出值，代替已通过现场总线接收到的输 出值。不管是否已接收到任何输出值并且不管可能已经接收到的任何输 出值的值，都这样执行。这使得用户，如服务技术员，能够针对所需输 出值的设置所需输出信道，与可能在控制计算机上正在运行的任何控制 程序无关并且与是否现场总线耦合器还(even)通过现场总线连接到此 控制计算机上无关。

在诊断模式下，其同样被提供为通过现场总线将所需的、可定义的 输入值分配给此输入信道，与实际输入值所对应的应用的输入信号无关， 并将该可定义的输入值代替实际输入值发送。例如，这使得用户能够将 所述输入信道的所需输入值指定至控制计算机的控制程序中并且在这个 意义上模拟输入信号，因此允许用户控制控制程序对该输入值的反应。 不管对于定义所需输出值还是模拟所需输入值，都不需要操纵控制程序 和/或I/O模块接线。

可以进一步提供，诊断模式涉及至少一个输入/输出模块的特定输出 信道和/或输入信道，同时其它输出信道和/或输入信道的输出值和/或输 入值根据正常运转在现场总线和子总线之间传送。以这种方式，当系统 在运行中时，可以为测试目的而操纵单独的输入或输出值。

在此方法的有利的实施方式中，通过服务端口借助于运行在现场总 线耦合器中的web服务器将可定义的输出值和/或可定义的输入值发送至 现场总线耦合器。Web服务器优选还通过服务端口提供web页面，该web 页面具有用于模拟的所需输出值和/或所需输入值的输入区。比如，服务 端口可以是提供在现场总线耦合器上的USB端口。还可以通过web服务器 或者web页面在正常运转模式和诊断运转模式之间作出优选选择。可借助 web服务器例如用服务计算机在现场方便地定义所需输出和/或输入值， 而不必在现场总线耦合器上提供昂贵的输入工具(比如，键盘和显示器)。 Web服务器也可以用于其他目的，例如，用于配置。

根据本发明，一种现场总线耦合器配置为实施这种类型的方法，例 如该耦合器包括具有控制程序的控制单元，其在方法过程中执行这种类 型的方法。得到与所述方法有关的所述优点。

附图说明

在下文中，将根据两个附图在实施方式中对本发明更详细地说明。 附图示出：

图1工业自动化系统的系统方框图；和

图2用于实施根据本申请的方法的现场总线耦合器的实施方式。

具体实施方式

图1示出了工业自动化系统的可能的配置的示意图。

所述系统具有控制计算机1，该控制计算机通过现场总线2与现场总 线耦合器3相连接以与所述的耦合器交换数据。例如，可以根据已知的标 准配置现场总线，如PROFIBUS,PROFINET,EtherCAT或CANopen。

现场总线耦合器3将通过现场总线2交换的数据发送至优选的串口子 总线4，通过该子总线I/O模块5与现场总线耦合器3耦合。除了在本实施 方式中只用于传输数据的子总线4，可以提供用于向I/O模块5和/或现场总 线耦合器3供电的附加总线(这里没有示出)。在那种情况下，还提供用 于供电的电源模块，该电源模块可以设置在所示的I/O模块5排列的末端， 或者I/O模块5之间，或者现场总线耦合器3和I/O模块5之间。除了所示的 I/O模块5，附加功能模块也可以与现场总线耦合器3相连接，例如信号转 换器或接口模块。

对于所示的I/O模块5中的一个，通过举例的方式示出输入和输出信道 的终端，输出终端51和输入终端52。输出信号a可在输出终端51输出。在 预设或可调的输出电压下或在输出电流下，输出信号a可以是模拟或数字 信号。输出信号a同样可以理解为继电器触点的终端对，通过其可以连接 输出电流。在输入终端52可以应用输入信号e，像输出信号a一样，输入 信号e可能是模拟或数字电压、电流和/或电阻信号。当然，在I/O模块5中 精确为一个的输出终端51和精确为一个的输入终端52的数目仅仅是个例 子。输出终端和输入终端的数目是任意的，且因此，输出信道和输入信 道的数目是任意的。

当现场总线耦合器3在正常运转模式下时，它通过现场总线2接收输 出值A，然后它将该输出值通过子总线4转发给I/O模块。然后I/O模块5在 相应的输出终端51输出一个输出信号a，所述信号的等级与指定的输出值 A相对应。相反的，通过I/O模块5将应用到输入终端52的输入信号e转换 为输入值E，通过子总线4将该输入值发送给现场总线耦合器3，现场总线 耦合器3通过现场总线2将所述输入值E传输给控制计算机1。

现场总线耦合器3还具有一个服务端口36，现场总线耦合器3通过该 服务端口与服务计算机6连接。例如，服务端口36可以基于USB标准配置。

图2显示了根据本申请的详述现场总线耦合器3的配置的系统方块 图。现场总线耦合器3的中心元件是控制单元30，例如微控制器。控制单 元30通过现场总线接口31与现场总线端口32相连接从而与现场总线2相 连接，并且通过子总线接口33与子总线端口34相连接从而与子总线4相连 接。控制单元30被配置为借助控制程序37将通过现场总线2接收到的数据 转发至子总线4，并且相反地发送从子总线4接收的数据以及通过现场总 线2将其转发。

为了与服务端口36连接从而与服务计算机6连接，提供服务总线接口 35，该接口同样与控制单元30相连接。如果在现场总线耦合器3和服务计 算机6之间使用USB连接，服务端口36也称为USB接口并且服务总线接口 35也称为USB控制器。

当现场总线耦合器3在正常运转模式下时，与参考图1所述的输出值A 一样，控制单元30将通过现场总线2接收到的输出值A通过子总线4转发至 相应的I/O模块5。类似地，将通过子总线4接收的输入值E作为输入值E通 过现场总线2转发。

根据本申请，在诊断运转模式下，此运转对于至少一个输出信道和/ 或至少一个输入信道是不同的。为此，现场总线耦合器3具有web服务器 38，其在控制单元30中例如作为一个程序运行。Web服务器38通过服务 端口36基于http协议(超文本传输协议)提供信息，该信息可以用于在服 务计算机6上运行的web浏览器60中显示web页面。该web页面对于输出值 61至少有一个输入区和/或对于输入值62至少有一个输入区。使用服务计 算机6的人可以在这些区中输入值，比如在这种情况下输入值为E*和输出 值为A*。Web浏览器使得web服务器38可以通过服务端口36获取所输入的 值。

当现场总线耦合器3在诊断模式下时，其然后被提供用于已被输入到 输入区61中将被作为输出值通过子总线4转发给I/O模块5的输出值A*，代 替通过现场总线2接收到的输出值A。在图2中，这由置于括号内的值表示。 该值的替换与是否已经通过现场总线2接收到所述输出终端51的任何输 出值A无关并且与可能已经接收到的任何输出值A的值无关。因此，使用 服务计算机6的人能够针对所需的输出值A*设置一个所需的输出信道，与 在控制计算机1上运行的控制程序无关并且与现场总线耦合器3是否还通 过现场总线2与此控制计算机相连无关。

在诊断模式下，其同样被提供为通过现场总线2将已经输入到输入区 62内的所需的输入值E*分配至这个输入信道，与应用到输入终端52的与 实际输入值E相对应的输入信号e无关，并且将该所需的输入值代替输入 值E发送。例如，使用服务计算机6的人因此可以将相关输入信道所需的 输入值E*指定至控制计算机1中的控制程序，并且在这个意义上模拟输入 信号，从而控制控制程序对该输入值E*的反应。

还可以提供，在相关的I/O模块5中或也在其它I/O模块中的其他所有 输出信道通过现场总线2继续使用由控制计算机1设置的值。也有可能将 读入至I/O模块5的其它输入终端或读入至另外的输入终端的所有附加输 入值通过现场总线2转发至控制计算机1。可替代地，在诊断模式下，可 以提供仅传送设置在web浏览器60中的相应区中的那些值，对于默认值， 例如0，被假设为没有设置的值。

设置所需的输入和输出值E*和A*的所述功能可以是web服务器38的 几个功能之一。Web服务器也用于已知的配置和协议用途。由于特定输 出值的设定，而且输入值的定义涉及被控系统的故障风险，根据本申请 的功能可以由特定安全特征防止未经授权使用。例如，只有遵循特定的 身份验证程序才可以进入到提供输入区61、62的web页面。

附图标记列表

1控制计算机

2现场总线

3现场总线耦合器

4子总线

5I/O模块

6服务计算机

30控制单元

31现场总线接口

32现场总线端口

33子总线接口

34子总线端口

35服务总线接口

36服务总线端口

37控制程序

38web服务器

51输出终端

52输入终端

60web浏览器

61输出值的输入区

62输入值的输入区