Способ и блок управления модулями средств автоматизации
Изобретение относится к способу и устройству управления модулем, выполненным, в частности, в виде прибора автоматизированной системы с интерфейсом связи на стороне модуля. Технический результат - эффективное управление приборами автоматизированных систем. Изобретение предусматривает блок управления со средствами стыковки для разъемного крепления блока управления к модулю, со средством ввода и выдачи для ввода и выдачи информации, с первым интерфейсом связи, который при закрепленном блоке управления соединен с интерфейсом связи со стороны модуля и сконструирован для обмена данными между блоком управления и модулем, а также соединен со вторым интерфейсом связи для связи с отдельным блоком управления. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к способу и устройству управления модулем, выполненным, в частности, в виде прибора автоматизированной системы, с интерфейсом связи на стороне модуля.
В промышленных средствах автоматизации применяются множество различных модулей, например, для техники измерения и регулирования. Блоки управления для таких модулей разработаны обычно для определенного модуля или для ограниченной группы модулей, т.е. принадлежащая соответствующему модулю структура меню и функциональность программы управления жестко сохраняются в соответствующих блоках управления.
Следовательно, невозможно использование блока управления для вновь разработанных в будущем модулей, а должен в значительной степени в каждом случае также вновь разрабатываться блок управления, из-за чего возникают большие затраты на разработку.
В промышленных средствах автоматизации применяемые модули техники измерения и регулирования могут включать, например, датчики, исполнительные устройства, элементы мониторинга, преобразователи или любой другой из множества различных элементов. Для конфигурирования и/или установки параметров модуля он имеет обычно выходящий вовне интерфейс связи, к которому выборочно может подключаться съемный пульт управления или персональный компьютер (PC). Когда на модуль необходимо подключиться с PC, в неблагоприятном случае блок управления должен быть удален от модуля, чтобы PC можно было подключить к интерфейсу связи.
В основу изобретения положена задача представить новый и/или улучшенный путь управления модулем, выполненным, в частности, в виде прибора автоматизированной системы, с интерфейсом связи на стороне модуля.
Задача решается посредством блока управления согласно пункту 1 формулы изобретения и способа согласно пункту 15 формулы изобретения. Предпочтительные формы осуществления и совершенствований приведены в соответствующих подпунктах.
Соответственно изобретение предлагает блок управления модулем с интерфейсом связи на стороне модуля, который имеет средства крепления для разъемного крепления блока управления к модулю, а также средства ввода и вывода для ввода и вывода информации. Далее блок управления имеет первый и второй интерфейсы связи, причем первый интерфейс связи при закрепленном блоке управления соединен с интерфейсом связи на стороне модуля и предназначен для обмена данными между блоком управления и модулем, причем второй интерфейс связи служит для связи с отдельным блоком управления.
Относительно модуля речь идет прежде всего о приборе системы автоматизации, причем модуль предпочтительно выполнен в виде прибора техники измерений, управления и автоматического регулирования или как конвертор для техники измерений, управления и автоматического регулирования. Управление модулем включает соответственно, предпочтительно, отображение и/или изменение данных параметрирования и/или конфигурирования, и/или отображения результатов процесса.
Конвертор для техники измерений, управления и автоматического регулирования служит, в частности, для того, чтобы избежать искажения аналоговых сигналов от внешних помех, так как передача аналоговых сигналов в промышленных окрестностях особенно подвержена помехам. Путем точного преобразования, развязки или согласования аналоговых сигналов конвертор гарантирует и повышает качество передачи и при этом добротность контуров регулирования.
Соответственно модуль может быть выполнен, например, в виде разделителя сигналов для гальванической развязки, усиления, фильтрации и/или согласования аналоговых сигналов, в виде преобразователя для преобразования величин сигналов или в виде модуля мониторинга для обнаружения аналоговых сигналов и для управления и мониторинга процесса в зависимости от значения сигнала.
Суть изобретения состоит в том, чтобы посредством второго интерфейса связи блока управления создать возможность для соединения компьютера с модулем, если блок управления уже закреплен на модуле, и соответственно первый интерфейс связи блока управления подключен к интерфейсу связи на стороне модуля.
Соответственно предпочтительно разработан блок управления для управления связью между модулем, подключенным к первому интерфейсу связи, и отдельным блоком управления, подключенным ко второму интерфейсу связи, причем отдельный блок управления, в частности, является компьютером (PC), который может быть, например, сконструирован как лэптоп или планшетный ноутбук.
С этой целью в предпочтительной форме осуществления изобретения предусмотрено, что интерфейсу связи на стороне подключенного модуля присвоен первый адрес, а второму интерфейсу связи блока управления - второй адрес, отличный от первого. В этой форме осуществления изобретения блок управления сконструирован таким образом, что принятые датаграммы от отдельного блока управления, которые содержат первый адрес, ретранслируются дальше на модуль, а также ответ модуля ретранслируется дальше на отдельный блок управления. Предпочтительно блок управления содержит ведущий стек протоколов для связи с модулем и исполнительный стек протоколов для связи с отдельным блоком управления.
Следующая идея изобретения состоит в том, что блок управления поддерживает различные, в частности, также перспективные модули. Это достигнуто за счет того, что используемый микроконтроллер блока управления может программироваться на время работы самостоятельно. Если модуль другого типа подсоединен к блоку управления, то блок управления загружает особенно предпочтительно структуру меню и структуру функциональности, относящиеся к модулю в виде части программы из модуля, и замещает при этом часть собственной памяти, причем целесообразно применять в качестве памяти флеш-память и загружать часть программы в форме исполняемого шестнадцатеричного кода.
Соответственно крепежное средство, предпочтительно, выполнено для крепления блока управления к модулям различного типа. Далее, блок управления предпочтительно выполнен для того, чтобы принимать и запоминать от модуля, подключенного к первому интерфейсу связи, информацию идентификации, которая идентифицирует тип модуля.
В соответствии с одной из предпочтительных форм осуществления изобретения, блок управления включает, по меньшей мере, память для хранения программы управления, причем память первой области хранения предназначена для запоминания первой части программы, а память второй области хранения предназначена для запоминания второй части программы, причем доступы между частями программы предпочтительно управляются через заданный программный интерфейс блока управления. Под второй частью программы подразумевается специфичная для модуля часть программы, которая загружается с подключенного модуля.
Программа управления приготавливает особенно предпочтительно интерфейс управления, который включает в себя графический интерфейс пользователя, посредством которого пользователю отображается меню для выбора выполняемых функций. Специфичная для модуля область меню, которая включает специфичную для модуля структуру меню и специфичные для модуля функции, готовится посредством второй части программы.
Предпочтительно блок управления выполнен для того, чтобы перед скачиванием второй части программы принять информацию идентификации от подключенного модуля и сравнить с уже запомненной информацией идентификации, и только когда принятая и уже запомненная информация идентификации различаются, загрузить вторую часть программы от подсоединенного модуля и принятую информацию идентификации запомнить. Таким образом, вторая часть программы будет только тогда загружена от модуля, когда это потребуется.
В качестве памяти предпочтительно предусмотрена память с произвольной выборкой и/или флеш-память, причем предпочтительно как первая, так и вторая области памяти, включают соответственно память с произвольной выборкой и флеш-память.
В соответствии с одной из предпочтительных форм осуществления изобретения первый и второй интерфейсы связи блока управления сконструированы для последовательной передачи данных.
Соответствующий изобретению способ управления, в частности, для сконструированного модуля с интерфейсом связи на стороне модуля как прибора автоматизированной системы предусматривает закрепление блока управления на модуле, как описано выше, так что первый интерфейс связи блока управления соединен с интерфейсом связи на стороне модуля и готовит посредством его с загруженной в памяти блока управления управляющей программой интерфейс пользователя.
Предпочтительно способ включает передачу от модуля к блоку управления информации идентификации, которая идентифицирует один тип модуля и включает сравнение принятой информации идентификации с информацией идентификации в одном из заданных мест памяти в блоке управления, заложенной посредством блока управления. Если принятая информация идентификации отличается от заложенной информации идентификации, то блок управления загружает вторую часть программы с модуля, запоминает вторую загруженную часть программы во второй области памяти блока управления, причем вторая часть программы и первая, загруженная в первой части памяти блока управления, образуют первую программу управления и запоминают принятую информацию идентификации в заданном месте памяти в блоке управления. После сравнения информации идентификации и одновременно загрузки и запоминания второй части программы, а также запоминания принятой информации идентификации блок управления выполняет программу управления, причем обращения между первой и второй частями программ происходят через заданный программный интерфейс.
В предпочтительной форме осуществления изобретения интерфейсу связи на стороне модуля присвоен первый адрес, а второму интерфейсу связи блока управления присвоен второй адрес, отличный от первого, и блок управления управляет связью между модулем, подсоединенным к первому интерфейсу связи, и отдельным блоком управления, подсоединенным ко второму интерфейсу связи, причем датаграммы, адресованные в первый адрес, которые принимает блок управления от отдельного блока управления, подсоединенного ко второму интерфейсу связи, ретранслируются дальше на модуль.
Целесообразно задержать прием адресованных на первый адрес датаграмм от отдельного блока управления и одновременную связь между блоком управления и модулем, ретрансляцию принятых датаграмм от отдельного блока управления на модуль до тех пор, пока связь между блоком управления и модулем не завершится. Соответственно предпочтительно задержать связь, инициированную через блок управления, при одновременной связи между отдельным блоком управления и модулем до тех пор, пока связь между отдельным блоком управления и модулем не завершится.
Изобретение будет далее подробнее описано на примерах с помощью предпочтительных форм осуществления изобретения и со ссылками на приведенные обозначения. При этом одинаковые обозначения сносок на чертежах обозначают одни и те же или подобные части.
Показано:
фиг.1 - схематическое изображение предпочтительной формы осуществления изобретения, соответствующего изобретению блока управления, который состыкован с модулем;
фиг.2 - схематически на фиг.1 изображенный блок управления в расстыкованном состоянии;
фиг.3 - схематически процесс самопрограммирования предпочтительной формы осуществления изобретения соответствующего изобретению блока управления, и
фиг.4 - схематически предпочтительная форма осуществления изобретения соответствующего изобретению блока управления, который соединен с модулем и компьютером, в качестве отдельного блока управления.
Фиг.1 изображает модуль 200 средств автоматизации, который содержит аналоговый сигнальный вход 230 и выполнен, например, в виде датчика, исполнительного элемента или модуля мониторинга. Имеется соответствующий изобретению блок 100 управления, состыкованный с модулем 200, причем благодаря механизму стыковки блок 100 управления соединен с модулем 200 с возможностью разъединения. На изображенном примере осуществления изобретения модуль 200 установлен для монтажа на несущей шине 400.
Блок 100 управления включает в себя в изображенной форме осуществления изобретения средство ввода в форме нажимных клавиш 130, а также средство вывода в форме дисплея 140 и светодиодного дисплея (LED-дисплея) 142. Далее для защиты средств ввода и вывода имеется складывающаяся крышка 190. В блок 100 управления загружена программа управления, которая выполнена таким образом, что посредством средств ввода и вывода создается графический интерфейс пользователя, причем на дисплее 140 при выполнении программы управления отображается меню с выбранными пользователем функциями, причем выбор происходит посредством нажимных клавиш 130.
Блок 100 управления включает в себя первый интерфейс 110 связи, который в представленном состыкованном положении соединен с интерфейсом 210 связи на стороне модуля так, что делает возможным связь между модулем 200 и блоком 100 управления. Интерфейс 210 связи на стороне модуля, согласно изображенной форме осуществления изобретения, размещен на верхней стороне модуля 200, а первый интерфейс 110 связи блока 100 управления размещен на нижней стороне. Соответственно интерфейсы 110 и 210 не видны на фиг.1
Блок 100 управления имеет далее второй интерфейс 120 связи для присоединения отдельного блока управления, например, сконструированного как PC.
На фиг.2 изображен блок 100 управления и модуль 200 в расстыкованном состоянии. Стыковка блока 100 управления к модулю 200 осуществляется посредством стыковочных элементов 181 и 182, которые в состыкованном положении стыкуются в соответствующие стыковочные элементы модуля 200. По меньшей мере, один из стыковочных элементов 181, 182 или стыковочный элемент модуля 200 установлен подвижным таким образом, что растыковка возможна через ручное воздействие.
Фиг.3 изображает схематически строение памяти предпочтительной формы осуществления изобретения блока 100 управления и при этом подсоединенного модуля 200. Пример осуществления изобретения изображает схематически управляемый процесс самопрограммирования с помощью микроконтроллера блока 100 управления. Каждый тип модуля различается через однозначный идентификационный номер (ID). Блок управления запоминает ID модуля, к которому принадлежит актуально загруженная область меню. Эта область меню включает в себя специфичную для модуля структуру меню и специфичные для модуля функции, которые могут быть вызваны из меню.
После включения блок 100 управления считывает сначала ID подключенного модуля 200 и сравнивает его с ID, который принадлежит актуально загруженной области меню. Если эти оба ID различные, то блок 100 управления подсоединен к модулю другого типа, и блок 100 управления начинает при этом загружать для этого модуля 200 относящуюся к нему область меню в виде выполняемого шестнадцатиричного кода из памяти 250 присоединенного модуля 200 и при этом в процессе работы сам начинает программироваться. Собственное встроенное программное обеспечение загружено в область 152 памяти флеш-памяти микроконтроллера и использует область 154 памяти с произвольной выборкой микроконтроллера.
Для области меню зарезервирована постоянная область 162 флеш-памяти микроконтроллера блока 100 управления. Для статических переменных области меню зарезервирована, кроме того, постоянная область 164 в памяти с произвольной выборкой микропроцессора.
Чтобы было возможным выбрать как код программирования вне области меню на функции и/или переменные внутри области меню, так и функции области меню на функции и/или переменные вне области меню, предусмотрен определенный интерфейс 170 между обеими областями. Таким образом, возможно специально согласовать область меню для каждого модуля, без необходимости производить изменения в собственном встроенном программном обеспечении блока управления, заложенном в области 152 памяти флеш-памяти микроконтроллера.
Для применения блока 100 управления в изображенной форме осуществления изобретения после установки области меню должна быть сохранена она в виде шестнадцатеричного кода в памяти соответствующего модуля, при этом каждый блок управления сам ее загружает из модуля и при этом может работать совместно с модулем.
В изображенном на фиг.4 примере осуществления изобретения PC 300 подсоединен к блоку 100 управления, подсоединенному к модулю 200. Интерфейсы 110, 210, 220 и 320 сконструированы предпочтительно как параллельные интерфейсы для параллельной передачи данных. Соответственно сконструированы интерфейс 210 модуля 200 и второй интерфейс 120 блока 100 управления предпочтительно как 12-полюсная розетка и первый интерфейс 110 блока 100 управления и интерфейс 320 компьютера PC 300 предпочтительно как 12-полюсная вилка, причем интерфейс 320 в изображенной форме осуществления изобретения совместно с кабелем 325 образуют многополюсный кабель подключения.
Чтобы реализовать соединение как между блоком 100 управления и модулем, так и между PC 300 и модулем 200, блок 100 управления располагает ведущим стеком протоколов и исполнительным стеком протоколов. Блок 100 управления выступает при этом по отношению к PC 300 как подключенный исполнитель и представляет собой по отношению к модулю 200 подключенное активное устройство.
Сконструированный как последовательный порт интерфейс 210 связи модуля 200 имеет в представленной форме осуществления изобретения в протоколе адрес 192, последовательный порт 120 со стороны фронта блока 100 управления, напротив, имеет адрес 191. В исполнительном стеке блока 100 управления проверяется в первую очередь, какой адрес имеет входящая телеграмма. При адресе 191 обрабатывается телеграмма в исполнительном стеке блока 100 управления. Таким образом, возможно непосредственно с отдельного блока 300 управления, сконструированного как PC, связываться с блоком 100 управления, чтобы, например, считывать и/или записывать параметры. При адресе 192 телеграмма будет ретранслирована дальше на ведущий стек блока 100 управления и передана на подсоединенный модуль 200. Ответ модуля 200 будет ретранслирован дальше исключительно на PC 300.
Поскольку связь также может происходить параллельно между блоком 100 управления и модулем 200, исполнительный стек блока 100 управления - как только PC 300 захочет связаться с модулем 200 - должен с передачей телеграммы в ведущий стек до тех пор находиться в состоянии ожидания, пока активная передача между блоком 100 управления и модулем 200 не завершится. Если встроенное программное обеспечение блока управления намеревается связаться с модулем 200, и прямая передача между PC 300 и модулем 200 происходит, то оно должно с началом передачи данных все равно находиться в состоянии ожидания до тех пор, пока не завершится активная связь между PC 300 и модулем 200.
1. Блок (100) управления модулем (200) с интерфейсом (210) связи со стороны модуля, включающий в себя:
- средство (181, 182) стыковки для разъемного крепления блока (100) управления к модулю (200), причем средство (181, 182) стыковки для крепления к модулю блока (100) управления выполнено для модулей различного типа,
- средство (130) ввода и средство (140, 142) вывода для ввода и вывода информации,
- первый интерфейс (110) связи, который при прикрепленном блоке (100) управления соединен с интерфейсом (210) связи со стороны модуля и предназначен для передачи данных между блоком (100) управления и модулем (200), причем блок (100) управления выполнен с возможностью принимать и запоминать информацию идентификации от подключенного к первому интерфейсу (110) модуля (200), который идентифицирует тип модуля для приема и для запоминания,
- по меньшей мере, память (152, 154, 162, 164) для запоминания программы управления, причем память первой области (152) хранения предназначена для хранения первой части программы, а память второй области (162) хранения предназначена для хранения второй части программы, причем доступы между частями программы предпочтительно происходят через заданный интерфейс (170), и блок (100) управления выполнен так, что вторая часть программы загружается с подключенного модуля (200), причем блок управления выполнен с возможностью сравнить перед загрузкой второй части программы информацию идентификации от подключенного модуля (200) для приема с уже запомненной информацией идентификации, и только когда принятая и уже запомненная информация идентификации различаются, загрузить вторую часть программы от подсоединенного модуля (200) и запомнить принятую информацию идентификации,
- второй интерфейс (120) связи для связи с отдельным блоком (300) управления.
2. Блок управления по п. 1, в котором модуль (200) выполнен в виде прибора техники измерения, управления и автоматического регулирования или в виде конвертора для техники измерения, управления и автоматического регулирования.
3. Блок управления по п. 1 или 2, который выполнен с возможностью управления связью между одним из модулей (200), подключенным к интерфейсу (110) связи, и одним из отдельных блоков (300) управления, подключенным ко второму интерфейсу (120) связи.
4. Блок управления по п. 3, в котором интерфейсу (210) связи со стороны модуля с подключенным модулем (200) присвоен первый адрес, а второму интерфейсу (120) связи блока (100) управления - второй адрес, отличный от первого, причем блок (100) управления так выполнен, что принимаемые датаграммы от отдельного блока (300) управления, которые содержат первый адрес, ретранслируются далее на модуль (200).
5. Блок управления по п. 4, включающий ведущий стек протоколов для связи с модулем (200) и исполнительный стек протоколов для связи с отдельным блоком (300) управления.
6. Блок управления по любому из пп. 1,2,4,5, в котором память включает RAM, память (154, 164) с произвольной выборкой и/или флеш-память (152, 162).
7. Блок управления по п. 3, в котором память включает RAM, память (154, 164) с произвольной выборкой и/или флеш-память (152, 162).
8. Блок управления по любому из пп. 1,2,4,5,7, в котором управление модулем (200) включает индикацию и/или изменения данных параметрирования или конфигурирования и/или индикацию оценок процесса.
9. Блок управления по п. 3, в котором управление модулем (200) включает индикацию и/или изменения данных параметрирования или конфигурирования и/или индикацию оценок процесса.
10. Блок управления по п. 6, в котором управление модулем (200) включает индикацию и/или изменения данных параметрирования или конфигурирования и/или индикацию оценок процесса.
11. Блок управления по любому из пп. 1,2,4,5,7,9,10, в котором первый (110) и/или второй (120) интерфейсы связи выполнены с возможностью последовательной передачи данных.
12. Блок управления по п. 3, в котором первый (110) и/или второй (120) интерфейсы связи выполнены с возможностью последовательной передачи данных.
13. Блок управления по п. 6, в котором первый (110) и/или второй (120) интерфейсы связи выполнены с возможностью последовательной передачи данных.
14. Блок управления по п. 8, в котором первый (110) и/или второй (120) интерфейсы связи выполнены с возможностью последовательной передачи данных.
15. Способ управления модулем (200) с интерфейсом (210) связи со стороны модуля, причем на модуль (200) закрепляют блок (100) управления согласно любому из пп. 1-14 таким образом, что первый интерфейс (110) связи блока (100) управления соединен с интерфейсом (210) связи со стороны модуля, и причем подготавливают интерфейс пользователя посредством загруженной в память блока (100) управления управляющей программы, в котором осуществляют этапы:
- считывание блоком (100) управления из модуля (200) информации идентификации, которая идентифицирует модуль,
- сравнение принятой информации идентификации с информацией идентификации, заложенной посредством блока (100) управления в заданном месте памяти в блоке (100) управления, когда принятая информация идентификации отличается от заложенной информации идентификации,
- загрузка второй программной части с модуля (200) через блок (100) управления и запоминание загруженной второй части программы во второй области (162) хранения блока (100) управления, причем вторая часть программы и первая, загруженная в первую область (152) памяти блока управления, образуют программу управления, и
- запоминают принятую информацию идентификации в заданном месте памяти в блоке (100) управления, и
- выполняют программу управления через блок (100) управления, причем обращения между первой и второй частями программы происходят через заданный собственный программный интерфейс (170).
16. Способ по п. 15, в котором
- интерфейсу (210) связи со стороны модуля, принадлежащему модулю (200), присваивают первый адрес, а второму интерфейсу (120) связи блока (100) управления - второй адрес, отличный от первого, и
- посредством блока (100) управления управляют связью между модулем, подключенным к первому интерфейсу (110) связи, и отдельным блоком (300) управления, подключенным ко второму интерфейсу (120) связи, причем датаграммы, адресованные в первый адрес, которые принимает блок (100) управления от отдельного блока (300) управления, подсоединенного ко второму интерфейсу (120) связи, передают дальше на модуль (200).
17. Способ по п. 16, в котором при приеме адресованных на первый адрес датаграмм от отдельного блока (300) управления и при одновременной связи между блоком (100) управления и модулем (200) ретрансляцию принятых датаграмм от отдельного блока (300) управления на модуль (200) задерживают до тех пор, пока связь между блоком (100) управления и модулем (200) не завершится, причем при одновременной связи между отдельным блоком (300) управления и модулем (200) инициированную блоком (100) управления связь между блоком (100) управления и модулем (200) задерживают до тех пор, пока связь между отдельным блоком (300) управления и модулем (200) не завершится.
