專(zhuān)利名稱(chēng)：用于連接現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的微處理器控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微處理器控制的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，用于連接現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。公知形式的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備例如是測(cè)量值采集器(也稱(chēng)為測(cè)量傳感器)或者執(zhí)行器。此外，本發(fā)明涉及一種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，在該現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)上連接有至少一個(gè)可自由編程的安全控制器和至少一個(gè)借助于微處理器控制的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于分散化的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在加工技術(shù)和制造技術(shù)中已為常見(jiàn)。在加工和制造工業(yè)中需要保護(hù)人和機(jī)器的地方，都安裝了專(zhuān)門(mén)的安全設(shè)備，例如傳感器和執(zhí)行器(特別是壓力和溫度測(cè)量器)、應(yīng)急斷開(kāi)開(kāi)關(guān)、踏板墊、光柵等。
迄今為止，這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備只是分開(kāi)地布線或者通過(guò)附加的專(zhuān)用總線與自動(dòng)化鏈連接。此外，故障的概率是多樣的。這樣可以例如在通過(guò)所謂的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線的傳輸中，出現(xiàn)消息丟失、重復(fù)出現(xiàn)、額外地引入、(按錯(cuò)誤的順序)延誤或者甚至錯(cuò)誤地置換。此外，總是存在錯(cuò)誤尋址的危險(xiǎn)，由此例如可能將標(biāo)準(zhǔn)的消息作為對(duì)于可靠性重要的消息輸出。
一個(gè)這樣的故障就足以使整個(gè)安全機(jī)制進(jìn)入空運(yùn)行，這當(dāng)然是有關(guān)規(guī)定所不能容忍的。
上述類(lèi)型的設(shè)備例如通過(guò)一個(gè)所謂的特征總線(Profibus，西門(mén)子公司的總線系統(tǒng))與一個(gè)可以自由編程的控制器(例如F-SPS)連接。特征總線(Profibus)目前是應(yīng)用最廣的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。它是歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50170的組成部分并由此保證了公開(kāi)性和用戶(hù)的投資保護(hù)。特征總線適用于在制造自動(dòng)化中的分散外設(shè)的快速通信和在加工自動(dòng)化中的通信任務(wù)。它是第一個(gè)用相同的通信服務(wù)覆蓋這兩個(gè)領(lǐng)域的要求的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。
現(xiàn)在要確定，對(duì)于可靠性應(yīng)用(同樣適用于每個(gè)可靠性電路)必須在可靠性時(shí)間或者過(guò)程故障允許時(shí)間之內(nèi)發(fā)現(xiàn)每個(gè)第一故障。第二故障必須通過(guò)定期的檢查而確定。
在現(xiàn)有技術(shù)中這個(gè)技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)在冗余的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和安全SPS(即可以自由編程的控制器)之間的點(diǎn)到點(diǎn)連接解決的。這樣的星形設(shè)置不會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和中心單元之間產(chǎn)生共態(tài)故障(Common-Mode-Fehler)，這里要說(shuō)明，共態(tài)故障是指由于一個(gè)共同的原因造成的組件故障。在安全SPS中對(duì)傳感器和執(zhí)行器的信號(hào)進(jìn)行比較。
在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和安全SPS之間應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線的情況下，必須采用經(jīng)過(guò)可靠性認(rèn)證的傳感器以及執(zhí)行器，其通過(guò)安全通信與F-SPS連接，以保證在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器之間的可靠通信。如果在標(biāo)準(zhǔn)通信系統(tǒng)中采用冗余的標(biāo)準(zhǔn)傳感器以及標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行器，則在通信系統(tǒng)中特定的故障(例如凍結(jié)的信號(hào)值，即第一故障)就不能被揭露，并可以不被注意地導(dǎo)致一種危險(xiǎn)的狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其在與標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線連接時(shí)，可以低成本地與可自由編程的控制器的進(jìn)行可靠的通信。
上述技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)一種具有權(quán)利要求1特征的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備解決的。按照本發(fā)明，一個(gè)擁有微處理器并連接到現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，被構(gòu)造成具有一個(gè)所謂的本身公知的安全層，用于與一個(gè)可連接在現(xiàn)場(chǎng)總線上的可自由編程的控制器進(jìn)行保證安全的通信。
按照本發(fā)明，首次為所謂的保證運(yùn)行或者冗余的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(即標(biāo)準(zhǔn)的傳感器以及標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行器)設(shè)置了一個(gè)安全層，由此使這種標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)公知類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線的通信更可靠。本發(fā)明基于這樣的思路，即模擬一個(gè)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在本發(fā)明的意義上僅僅置于所謂NAMUR-Empfehlung 79(NE 79)之下。在這種設(shè)備中集成一個(gè)安全層是相對(duì)簡(jiǎn)單的，但是保證標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行保證可靠性的通信。這種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的造價(jià)遠(yuǎn)比得到安全認(rèn)證的設(shè)備合算。此外，優(yōu)選的是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的變動(dòng)不要求新的認(rèn)證，這節(jié)省了造價(jià)。
總的來(lái)說(shuō)，在上述類(lèi)型(即按照一種標(biāo)準(zhǔn))的具有總線能力的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中，可以按更簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)一個(gè)安全層，如同其例如在SPS中一樣。這里特別要說(shuō)明的是，一個(gè)所謂冗余驅(qū)動(dòng)器(F-SPS的軟件組件)可以可靠地接收信號(hào)(對(duì)于Profisafe的驅(qū)動(dòng)器)并對(duì)信號(hào)(2、3或多信道的)進(jìn)行比較。這在結(jié)果中對(duì)應(yīng)著一種SEL 2、SEL 3或者SEL 4信號(hào)產(chǎn)生單元的信道性能。在這種實(shí)施方式中安全層(也稱(chēng)為F層)保證使現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的所有共態(tài)故障被暴露。冗余驅(qū)動(dòng)器則保證揭露傳感器以及執(zhí)行器的故障。由此，也可以將冗余設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備針對(duì)過(guò)程量不同地實(shí)施，并還是可以按照運(yùn)行現(xiàn)有的裝置。
總之，在例如Profisafe標(biāo)志的公知的總線系統(tǒng)中，首次在可靠性連接下用保證運(yùn)行或者冗余的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行了擴(kuò)展，而不用昂貴的得到認(rèn)證的特殊設(shè)備。為此，首次在標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了公知的安全層(例如Profisafe驅(qū)動(dòng)器)。
按照優(yōu)選的方式可以將安全層直接或者通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線可控地接通和斷開(kāi)。由此可以用同一標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通常的保證運(yùn)行的控制，另一方面，在接通安全層之后進(jìn)行對(duì)于可靠性重要的通信。
最后還需說(shuō)明，本發(fā)明還涉及一種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，該現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)包括至少一個(gè)可以自由編程的安全控制器和至少一個(gè)配置有安全層的、由微處理器控制的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
作為按照本發(fā)明的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這里提到的是西門(mén)子公司的測(cè)量換能器，其根據(jù)不同的構(gòu)成適合用于測(cè)量壓力、流量或者不受和受液面侵蝕的蒸汽以及液體。這種測(cè)量換能器為用SITRANS商標(biāo)銷(xiāo)售的，但按照本發(fā)明首次可以沒(méi)有大問(wèn)題地配置一個(gè)安全層，使得這種標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備也可以用在對(duì)于可靠性重要的通信中。


為了更詳細(xì)地解釋和更好地理解本發(fā)明，下面對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖中，圖1表示一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其具有可以自由編程的控制器和在其上連接的標(biāo)準(zhǔn)化的、按照現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，圖2示意性地示出了一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其具有在其上連接有按照本發(fā)明的的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和一個(gè)安全SPS。
具體實(shí)施例方式
在圖1示出的現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線1上通過(guò)連線7連接有安全SPS或者F-SPS 2，執(zhí)行器3和傳感器4、5、6。傳感器5和6在這里是冗余的，執(zhí)行器3和傳感器4是可以回讀的。
這些通過(guò)安全SPS 2控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3，4和5，6是冗余的和保證安全的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。與這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線1進(jìn)行的。在該具有連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、公知的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中沒(méi)有保證防止例如共態(tài)故障的可靠性。這點(diǎn)按照當(dāng)今現(xiàn)有技術(shù)僅僅可以通過(guò)專(zhuān)門(mén)的經(jīng)過(guò)可靠性認(rèn)證的傳感器以及執(zhí)行器才可能。
如圖2所示，按照本發(fā)明，此時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分別配置有一個(gè)安全層(F層)10。由此，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3′，4′和5′，6′能夠用對(duì)應(yīng)設(shè)置的F-SPS 2′借助于現(xiàn)場(chǎng)總線1，發(fā)現(xiàn)如通信電路中信號(hào)值凍結(jié)、尋址錯(cuò)誤等的故障。由此可以用盡可能低的成本，通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備3′，4′，5′，6′中實(shí)現(xiàn)公知的安全層10，使得即便在標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中也能發(fā)現(xiàn)共態(tài)故障。
F層或安全層10例如是所謂的特征總線驅(qū)動(dòng)器，其也在西門(mén)子公司的Profisafe標(biāo)志下公知。
權(quán)利要求
1.一種微處理器控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，用于連接現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(1)，其例如與一個(gè)可以自由編程的控制器(2)連接，所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有安全層(10)，用于進(jìn)行保證安全的通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于，所述安全層(10)這樣地構(gòu)成，即可以識(shí)別共態(tài)故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于，所述安全層(10)進(jìn)行所謂的Profisafe通信。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備(3′，4′，5′，6′)被構(gòu)造成與所謂的特征總線(2)進(jìn)行連接。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于，所述安全層(10)是可以接通和斷開(kāi)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是一個(gè)測(cè)量值采集器(4′，5′，6′)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是執(zhí)行器(3′)。
8.一種現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)可以自由編程的安全控制器(2′)和至少一個(gè)根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的微處理器控制的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3′，4′，5′，6′)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微處理器控制的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3′，4′，5′，6′)，例如用于連接到現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(1)的測(cè)量值采集器或者執(zhí)行器，該現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(1)例如又連接到可以自由編程的控制器(2′)。按照本發(fā)明，所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3′，4′，5′，6′)設(shè)置有一個(gè)安全層(10)，用于進(jìn)行保證安全的通信。通過(guò)實(shí)現(xiàn)安全層(10)，可以在公知的保證運(yùn)行或者冗余的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(3，4，5，6)中通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(1)實(shí)現(xiàn)與控制裝置(2)的可靠且同時(shí)低成本的通信。
文檔編號(hào)G05B19/418GK1533520SQ02808764
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2002年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月23日
發(fā)明者赫伯特·巴塞爾, 沃爾夫?qū)に固仄辗? 岡 斯特普夫, 赫伯特 巴塞爾 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司