專利名稱：自動化設(shè)備和自動化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動化設(shè)備，包括第一功能單元；第二功能單元；用于連接至第 一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的第一網(wǎng)絡(luò)端口 ；以及用于連接外圍組件的總線主控單元。
背景技術(shù)：
已知了自動化設(shè)備，其具有車載(On-Board)或可模塊化地插入的外圍設(shè)備。在 此，外圍設(shè)備例如理解成輸入/輸出組件或附加的傳感器組件。外圍設(shè)備的輸入/輸出信 號由自動化設(shè)備本身進行處理或者被傳輸或以電路傳輸給上位計算單元。優(yōu)選地，該電路 傳輸借助于第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。該第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也稱為初級總線系統(tǒng)。特別是，在自動 化技術(shù)中還存在多種應(yīng)用情況，其中僅一部分外圍設(shè)備應(yīng)在自動化設(shè)備本身中被處理或者 應(yīng)被預(yù)處理。外圍設(shè)備的另一部分應(yīng)被分配給又稱為主機系統(tǒng)的上位計算單元。在初級總 線系統(tǒng)上可連接用于將附加的外圍設(shè)備連接到上位計算單元的初級總線裝置。已知了自動化設(shè)備，其對于過程現(xiàn)場總線來說通過虛擬模塊實現(xiàn)從連接。該從連 接基本上局限于有效數(shù)據(jù)。希望為用于確定的工業(yè)應(yīng)用的自動化設(shè)備給定參數(shù)的使用者為 此必須制訂兩個單獨的方案，一個用于在主機系統(tǒng)上的輔機，和一個用于實際的自動化設(shè) 備。附加地，必須配置在外圍設(shè)備和上位計算單元之間的連接。由應(yīng)用程序?qū)ν鈬O(shè)備的 訪問必須進行編程，并且數(shù)據(jù)由虛擬模塊復(fù)制或者復(fù)制到虛擬模塊上。缺點在于，通過上位 計算單元控制的外圍設(shè)備的反應(yīng)時間較長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改善這種自動化設(shè)備的處理速度或者說反應(yīng)時間。該目的通過開頭所述類型的自動化設(shè)備以下述方式來實現(xiàn)，即，第一功能單元具 有第一接口單元，該第一接口單元配屬有第一網(wǎng)址；第二功能單元具有第二接口單元，該第 二接口單元配屬有第二網(wǎng)址，其中借助分配裝置可邏輯地分配外圍組件的地址空間，并且 第一地址空間作為地址空間的分離出來的部分可直接地配屬給可通過第一網(wǎng)絡(luò)端口連接 的上位計算單元。因此實現(xiàn)了多功能的自動化設(shè)備，該自動化設(shè)備不僅可以提供用于自身 的中心外圍設(shè)備的一部分的處理能力，而且還顯而易見地為上位主機系統(tǒng)提供該中心外圍 設(shè)備的一部分作為“快速”的非中心外圍設(shè)備。在現(xiàn)在看起來顯而易見地用于上位計算單 元的外圍設(shè)備上的上位計算單元(主機系統(tǒng))方面，其對應(yīng)于初級總線裝置上的非中心外 圍設(shè)備這一方面。在此，初級總線裝置的功能應(yīng)具有相同的特性，其在未進行預(yù)處理的情況 下提供標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。為了滿足這些要求，功能單元最大程度地彼此分開。為此，提出兩個具有 各自的網(wǎng)址的獨立的接口單元。在此，網(wǎng)址優(yōu)選設(shè)計成IP地址。借助兩個不同網(wǎng)址，兩個 在配置方面的功能單元和其硬件彼此分離。這種設(shè)備的裝置功能因此不必再由應(yīng)該優(yōu)先承 擔(dān)控制任務(wù)并且進而應(yīng)該具有高性能的控制系統(tǒng)承擔(dān)。控制系統(tǒng)現(xiàn)在不再受到額外的用于 外圍組件的并列任務(wù)(Koordinationsaufgaben)的影響。在此，自動化設(shè)備利用其兩個功 能單元而具有兩個獨立的功能。自動化設(shè)備借助兩個功能單元分為兩個邏輯設(shè)備，對于每個接口單元來說存在一自身的IP地址，該IP地址也能在第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中看到。這兩個邏 輯設(shè)備組成一個多功能的自動化設(shè)備。在一個改進方案中，第一接口單元具有第一網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，第一數(shù)據(jù)線連接到第一網(wǎng) 絡(luò)開關(guān)上，第一數(shù)據(jù)線使第一功能單元與第二功能單元連接。優(yōu)選使用一開關(guān)作為網(wǎng)絡(luò)開 關(guān)，該開關(guān)可通過第一網(wǎng)絡(luò)端口連接到第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上，并且在此同時實現(xiàn)通過第一數(shù)據(jù) 線到第二功能單元的通信連接。從上位計算單元通過第一功能單元到第二功能單元的訪問 路徑利用數(shù)據(jù)技術(shù)連接通過兩個開關(guān)來實現(xiàn)。作為特別有利的可替換方案，第一功能單元設(shè)計成控制系統(tǒng)，第二功能單元設(shè)計 成用于有效數(shù)據(jù)連接的通信單元。相反，在一個可替換的設(shè)計方案變體中，在此第二功能單元設(shè)計成控制系統(tǒng)，第一 功能單元設(shè)計成用于有效數(shù)據(jù)連接的通信單元。在此，在自動化設(shè)備中的有存儲器可編程 的控制器優(yōu)選被理解成控制系統(tǒng)。有存儲器可編程的控制器用于工業(yè)過程的程序控制。在 此，用于有效數(shù)據(jù)連接的通信單元優(yōu)選設(shè)計成DP輔機。這種DP輔機能夠?qū)崿F(xiàn)與非中心外 圍組件(DP)的數(shù)據(jù)技術(shù)連接。該非中心外圍組件例如可以是用于接收和發(fā)送輸入和輸出 信號的輸入/輸出模塊，如其在用于執(zhí)行器和傳感器的工業(yè)過程中所必需的那樣。此外，有利的是，設(shè)計成控制系統(tǒng)的功能單元具有總線主控單元。該總線主控單元 用于連接外圍組件，在此，外圍組件可以是中心地插在自動化設(shè)備上的輸入/輸出組件，或 者還可以是工業(yè)制造過程中非中心分布的外圍組件，這些外圍組件優(yōu)選通過現(xiàn)場總線連接 至總線主控器。在存儲器接口中可以緩沖存儲有數(shù)據(jù)和/或輸入-/輸出值。該存儲器接口用作在 兩個功能單元之間的接口。在雙處理器體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案中，第一功能單元的處理器可 以通過連接線通過第二功能單元的另一處理器對其存儲器接口進行訪問以用于數(shù)據(jù)交換。在一個可選設(shè)計方案中，設(shè)計成通信單元的功能單元具有與第二數(shù)據(jù)線連接的第 二網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，其中該第二數(shù)據(jù)線向外引導(dǎo)以用于附加地連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。因此可以實現(xiàn)各自 的功能單元與外界的直接連接，而不需要通過其它功能單元進行通信。在實際應(yīng)用中證明，將功能單元組合成具有殼體的結(jié)構(gòu)單元對于在工業(yè)過程中的 安裝來說使得安裝工作變得容易。自動化系統(tǒng)具有計算單元和根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的自動化設(shè)備，在 該自動化系統(tǒng)中，通過第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)使計算單元與自動化設(shè)備連接，其中自動化設(shè)備的第 二數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與其它外圍組件或自動化組件連接，分配裝置被設(shè)計成，可邏輯地分配外圍組 件，并且能夠?qū)崿F(xiàn)由計算單元到第一地址空間的第一訪問路徑和從自動化設(shè)備到第二地址 空間的第二訪問路徑。


借助附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點。圖中示出圖1示出具有自動化設(shè)備的自動化系統(tǒng)的原理圖，圖2示出根據(jù)體系結(jié)構(gòu)1的自動化設(shè)備的第一實施例，以及圖3示出根據(jù)體系結(jié)構(gòu)2的自動化設(shè)備的第二實施例。
具體實施例方式根據(jù)圖1示出具有計算單元101、自動化設(shè)備100和第一外圍組件21的自動化系 統(tǒng)。可以看作為上位主機系統(tǒng)或上位主計算機的計算單元101通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1與自動化設(shè) 備100連接，以便進行數(shù)據(jù)交換。自動化設(shè)備100包括第一功能單元11和第二功能單元12。 功能單元11，12在自動化設(shè)備100中代表兩個獨立的邏輯設(shè)備，即一個是控制系統(tǒng)，如有存 儲器可編程的控制器；以及一個是通信單元，如用于連接非中心的外圍設(shè)備的自動化組件。 在此，自動化設(shè)備設(shè)計成結(jié)構(gòu)單元，其中殼體容納第一功能單元11和第二功能單元12。如果從計算單元101的第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1 (初級網(wǎng)絡(luò))的角度考慮自動化設(shè)備100， 則在所考慮的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，計算單?01的自動化設(shè)備100表明是兩個邏輯設(shè)備。這以下 述方式實現(xiàn)，即為每個功能單元分配一獨立的網(wǎng)址(IP-地址)。連接到第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的、 具有用于自動化設(shè)備100的配置軟件的工程系統(tǒng)理解成兩個要利用該工程系統(tǒng)單獨配置 的邏輯設(shè)備。在此，第一功能單元具有第一網(wǎng)址IP1，第二功能單元具有第二網(wǎng)址IP2。借助設(shè) 置在自動化設(shè)備100中的分配裝置30可邏輯地分配外圍組件21的地址空間。第一外圍組 件21通過對角線象征地分成第一地址空間211和第二地址空間212。第一外圍組件21通 過第二數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)2與自動化設(shè)備100連接。通過這種數(shù)據(jù)連接可以交換有效數(shù)據(jù)。邏輯分配成第一地址空間211和第二地址空間212使得計算單元101通過第一訪 問路徑31直接地連接到第一地址空間211，其中地址空間211，212保持彼此不相交。在此， 地址空間211例如通過輸入/輸出組件的一列數(shù)字輸入端來確定(aufsparmen)。第二地址空間212在這種情況下通過相同的數(shù)字輸入/輸出組件來確定，其中這 一次的不相交的數(shù)量的部分僅與數(shù)字輸出端相關(guān)。因此，自動化設(shè)備100可以利用其第一 功能單元11通過第二訪問路徑32直接訪問地址空間212中輸入/輸出組件的數(shù)字輸出端。因此可利用自動化設(shè)備100以有利的方式和方法將外圍設(shè)備的部分區(qū)域直接地 提供給上位計算單元101，而自動化設(shè)備此外不必承擔(dān)通信管理任務(wù)。在圖2中詳細(xì)示出根據(jù)第一設(shè)計方案變體的、體系結(jié)構(gòu)1的形式的自動化設(shè)備 100。通過虛線示出的自動化設(shè)備100代表具有殼體的結(jié)構(gòu)單元，在該殼體內(nèi)設(shè)置有第一功 能單元11和第二功能單元12。在此，第二功能單元12設(shè)計成用于有效數(shù)據(jù)連接的通信單 元。第一功能單元11具有第一網(wǎng)絡(luò)端口 3和第二網(wǎng)絡(luò)端口 4。通過網(wǎng)絡(luò)端口 3，4，第一功能 單元11作為控制單元位于第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1的線路中。第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1也可以看作為初級 總線。第二功能單元12通過集成在第一接口單元5中的第一開關(guān)5a連接到控制單元上， 進而第二功能單元還與第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1連接。第一開關(guān)5a與第二功能單元12的連接借助 第一數(shù)據(jù)線17實現(xiàn)。第一功能單元11具有第一處理器11a，該第一處理器通過連接線16與第二功能 單元12的處理器12a連接。第一處理器Ila可以借助連接線16與第二處理器12a交換數(shù) 據(jù)，其中該數(shù)據(jù)還可以來源于存儲器接口 13。在這種所謂的雙處理器體系結(jié)構(gòu)中，存儲器接 口是在兩個處理器11a，12a之間的、具有緩沖器功能的接口。為了使第一外圍組件21、第二 外圍組件22和第三外圍組件23通過第二數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)2連接到第一功能單元11上，該自動化 設(shè)備具有總線主控器15。因此自動化設(shè)備100可以通過第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1被識別成兩個邏輯 設(shè)備，在第一接口單元5中執(zhí)行第一網(wǎng)址，在第二接口單元6中執(zhí)行第二網(wǎng)址。因此，連接到第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1上的上位的計算單元101 (圖1)可以通過第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)1識別具有第一 IP地址IPl的第一接口單元5，并且還通過利用第一數(shù)據(jù)線17連接第一接口單元5與第二 接口單元6來識別在第二接口單元6中執(zhí)行的第二網(wǎng)址IP2。根據(jù)圖3示出體系結(jié)構(gòu)2的形式的第二實施例。自動化設(shè)備100現(xiàn)在仍具有第一 功能單元11和第二功能單元12。在這種情況下，然而第一功能單元11設(shè)計成通信單元，而 第二功能單元12設(shè)計成控制單元。換句話說，自動化設(shè)備100現(xiàn)在可以考慮作為用于非中 心外圍設(shè)備的、具有裝置功能的控制CPU。在此，該裝置在電路布線技術(shù)方面位于CPU之前。 CPU通過集成在裝置中的開關(guān)連接。該連接在功能單元11中借助其中集成有第一開關(guān)5a 的第一接口單元5來實現(xiàn)。對此，在第一開關(guān)5a中，該連接借助第一數(shù)據(jù)線17連接于第二 接口單元6。在第二接口單元6中又集成有第二開關(guān)6a。該第二開關(guān)6a例如可以設(shè)置成 雙重的并可以通過第二數(shù)據(jù)線18實現(xiàn)在第二開關(guān)6a上的另一連接選擇，該第二數(shù)據(jù)線18 向外引導(dǎo)以用于附加地連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。在該實例中，第一功能單元11還具有第一處理器11a，而第二功能單元12具有第 二處理器12a，該第一處理器和第二處理器通過連接線16彼此連接。第一功能單元11作為 通信單元具有帶有RAM芯片14的存儲器接口 13。為了連接外圍組件21，22，23，在第二功能單元12中集成有總線主控器15。總線主 控器15通過第二數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)2連接到外圍單元21，22，23上。第二數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)2例如可以設(shè)計 成現(xiàn)場總線、優(yōu)選設(shè)計成過程現(xiàn)場總線。但同樣還可以考慮，第二數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)2是在能插入模 塊化的輸入/輸出組件以用于擴展非中心外圍設(shè)備的那種自動化設(shè)備上集成的通信總線。通過實現(xiàn)分別具有一自身的網(wǎng)址(IP地址)的功能單元11，12，每個功能單元11， 12可以配屬有關(guān)于上位計算單元101方面的特有功能。兩個設(shè)備、即控制單元和通信單元 現(xiàn)在通過可稱為二級總線的第二數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)2分配給所連接的中心外圍設(shè)備。如通過第一至 第三外圍組件21，22，23代表的原來的外圍資源僅一次作為外圍資源存在。這些外圍資源 的不相交的分配通過利用連接至自動化設(shè)備100的配置工具進行的相應(yīng)的配置來分派兩 個不同的IP地址來實現(xiàn)，配置工具例如是工程系統(tǒng)。代替在控制單元和外圍組件21，22， 23之間的連接，也可以實現(xiàn)初級總線至外圍設(shè)備的傳輸，該外圍設(shè)備也可以由一個或多個 功能單元組成。分配裝置30例如是可任意編程的芯片、如ASIC(專用集成電路)或另外的處理 器。分配裝置30通過具有固件的配置工具占用，其中在這個固件中存儲有用于外圍設(shè)備的 分配信息。
權(quán)利要求
一種自動化設(shè)備(100)，包括第一功能單元(11)；第二功能單元(12)；第一網(wǎng)絡(luò)端口(3)，用于連接至第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(1)；總線主控單元(15)，用于連接外圍組件(21，22，23)，其中所述第一功能單元(11)具有第一接口單元(5)，所述第一接口單元配屬有第一網(wǎng)址，并且所述第二功能單元(12)具有第二接口單元(6)，所述第二接口單元配屬有第二網(wǎng)址，其中，借助分配裝置(30)可邏輯地分配外圍組件(21)的地址空間，并且第一地址空間(211)作為所述地址空間的分離出來的部分可直接地配屬給可通過所述第一網(wǎng)絡(luò)端口(3)連接的上位計算單元(101)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動化設(shè)備(100)，其中，所述第一接口單元(5)具有第一網(wǎng) 絡(luò)開關(guān)(5a)，第一數(shù)據(jù)線(17)連接到所述第一網(wǎng)絡(luò)開關(guān)上，所述第一數(shù)據(jù)線使所述第一功 能單元(11)與所述第二功能單元(12)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動化設(shè)備(100)，其中，所述第一功能單元(11)設(shè)計 成控制系統(tǒng)，并且所述第二功能單元(12)設(shè)計成用于有效數(shù)據(jù)連接的通信單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動化設(shè)備(100)，其中，所述第二功能單元(12)設(shè)計 成控制系統(tǒng)，并且所述第一功能單元(11)設(shè)計成用于有效數(shù)據(jù)連接的通信單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的自動化設(shè)備(100)，其中，設(shè)計成控制系統(tǒng)的所述功能單 元(11，12)具有所述總線主控單元(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的自動化設(shè)備(100)，其中，設(shè)計成通信單元的所述功能單 元(11，12)具有存儲器接口(13)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的自動化設(shè)備(100)，其中，設(shè)計成通信單元的所述功能單 元(11，12)具有與第二數(shù)據(jù)線(18)連接的第二網(wǎng)絡(luò)開關(guān)(6a)，其中所述第二數(shù)據(jù)線(18) 向外引導(dǎo)以用于附加地連接數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的自動化設(shè)備(100)設(shè)計成具有殼體的結(jié)構(gòu)單兀。
9.一種自動化系統(tǒng)，具有計算單元(101)和根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的自動化 設(shè)備(100)，所述計算單元與所述自動化設(shè)備通過第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(1)連接，其中第二數(shù)據(jù)網(wǎng) 絡(luò)(2)使所述自動化設(shè)備(100)與其它的外圍組件(21，22，23)或自動化組件連接，其中， 分配裝置(30)設(shè)計成可邏輯地分配所述外圍組件，并且能夠?qū)崿F(xiàn)從所述計算單元(101) 到第一地址空間(211)的第一訪問路徑(31)和從所述自動化設(shè)備(100)到第二地址空間(212)的第二訪問路徑(32)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動化設(shè)備(100)，包括第一功能單元(11)；第二功能單元(12)；第一網(wǎng)絡(luò)端口(3)，用于連接至第一數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(1)；總線主控單元(15)，用于連接外圍組件(21，22，23)，其中第一功能單元(11)具有第一接口單元(5)，該第一接口單元配屬有第一網(wǎng)址，并且第二功能單元(12)具有第二接口單元(6)，該第二接口單元配屬有第二網(wǎng)址，其中，借助分配裝置(30)可邏輯地分配外圍組件(21)的地址空間，并且第一地址空間(211)作為地址空間的分離出來的部分可直接地配屬給可通過第一網(wǎng)絡(luò)端口(3)連接的上位計算單元(101)。
文檔編號G05B19/04GK101881946SQ201010145568
公開日2010年11月10日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月8日
發(fā)明者伯恩哈德·魏斯巴赫, 安德烈亞斯·比德爾曼 申請人:西門子公司