CN103109500A - 检查部件的安装位置的方法和自动化部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检查故障安全自动化系统（100）中部件（1，2，3）的安装位置的方法，其中部件（1，2，3）彼此串联，且唯一定义的地址（11，12）从第一部件（1）被连续分配到后继部件（2，3），其中，在地址被分配到部件（2，3）后，以这种方式在部件（2，3）中操作开关装置(MUX_1，…，MUX_5），即借助每个后继部件（2，3）的测试信号执行递增的信号渡越时间测量，其中，测试信号被发送且被再次接收，且基于时间差检查后继部件（2，3）的安装位置。

Description

检查部件的安装位置的方法和自动化部件

技术领域

本发明一方面涉及检查故障安全自动化系统中部件安装位置的方法，其中多个部件彼此串联，且唯一定义的地址从第一部件被连续分配至后继部件。

此外，本发明涉及自动化部件，其配置用于在以安全为导向的自动化系统中操作，进一步地配置用于检查故障安全自动化系统中的安装位置，配置用于连接至另外的串联部件。

背景技术

指定的部件可被认为是自动化部件，且可用于，例如，为了工业过程自动化的以安全为导向的系统中。在这方面，第一部件可配置为F中央单元，其通过通信总线与另外的配置为F I/O装置的部件进行通信。例如，Profinet I/O系统或自动化装置的背板总线被认为是通信总线。“F”在这里表示故障安全。在这个部件或自动化装置的分组中，地址分配中的所有故障，具有非常高覆盖率的寻址，必须得到检测，且当故障出现时，必须执行安全为导向的反应。这里唯一定义的地址要被理解为，例如，F地址或其它地理地址，或与该地理位置1:1关系。地理地址的例子为：机架中F模块的插件位置或自动化系统中F装置的安装位置。

F模块或F装置的交换，被认为是特别关键的。交换前或交换过程中，标准位置分配中的故障可能出现。这必须被检测到，因为，否则在安全导向的系统的进一步操作过程中，F控制器会对错误输入或输出做出反应。例如，在过程自动化系统中，可能会运行“错误的”传动或“错误的”按压，且因此会由于操作员在旁执行系统该部分的小型维修或维护工作而受到伤害。

可能发生的寻址错误如下：

F模块或部件的地址以这种方式转换，即使得它们再次对应下一个F模块的位置，其也会碰巧具有相同的组件属性。此外，另一个故障情况的寻址机制，错误的操作导致F模块用另一个F模块的地址发送信号。

德国专利DE102006013578B4已经提供了用于检查安全通信参与部件的安装位置的方法和控制以及数据传输系统。所述文件的方法中，由总线用户的位置从序列中是已知的事实，可得到现场总线的总线用户的位置/地址，其中总线用户存储在配置数据记录中。这种方法的缺点是，然而，当F组件被替换时，操作员的控制动作，特别是操作员的确认，必须在每个被更换组件的安装位置进行。因此要求操作员确认，各自的安全参与部件连接在预定的安装位置。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供用于检查部件或组件的安装位置的有效方法，当部件被替换，特别是F模块被替换时，无需编程装置或操作员控制装置或操作员或是具有编程装置的操作员，该方法使得这成为可能。

以这种方式，通过根据权利要求1的前序部分的方法，该目的得到实现，即使得开关装置以这种方式在部件中操作，即使得信号渡越时间测量用每个后继部件的测试信号被递增地（incrementally）执行，其中测试信号被发送并再次接收，且后继部件的安装位置基于时差得到检查。根据本发明的方法是基于这样的认识，那就是分配的地址和物理位置间的关系必须是1:1。渡越时间因此可以通过信号渡越时间测量来确定。渡越时间也可称为往返时间。

使用了这样的事实，那就是由朝向中央单元的部件发送的测试信号通过中央单元并再次返回至发送部件。

从部件到中央单元并再次返回的预期往返时间是已知的或可计算的。

测量的往返时间可与预期往返时间进行比较。

已经证明了信号渡越时间测量的优点，测试信号通过部件中的渡越时间延迟元件，其中，这增加了测量的精度。

在渡越时间测量的准备中，通信的波特率被减至较低值，通过这一事实，可实现进一步增加渡越时间的测量精度。

此外，根据该方法，这是有利地，如果第一部件直接连接至第二部件，且进一步地，后继部件每一个都连接至其之前的部件，且分配地址的以下步骤得到执行：

a)第一部件发送唯一定义的地址至第二部件，其中第二部件以这种方式操作，即使得与其后继部件的通信中断，

b)第二部件发送信号至第一部件，其通知第一部件有效地址已分配，

c)第一部件接着发送切换指令至后继部件，其中，第二部件接着以这种方式操作，即可与其后继部件进行通信，

d)第一部件接着发送另一个的唯一定义地址至后继部件，其中，该后继部件以这种方式操作，即使得与该后继部件的后继部件的通信中断，

e)在步骤b）中的流程继续运行，其中步骤b）中提到的第二部件现在为步骤d）的各自的后继部件，且第一部件关于步骤c）中的后继部件继续运行，

f)重复所述步骤e）和f），直到不再出现后继部件，且第一部件通过来自最后部件的超时信号得到这个通知。

在根据该方法的第一配置变体中，第一部件执行信号渡越时间测量，且后继部件中的开关装置以这种方式控制，即使得后继部件中的要接收的测试信号被发送回第一部件，其中，要接收的测试信号的信号渡越时间将得到确定。由于测试信号的发射时间对于第一部件是不可避免已知的，且测试信号被发送回第一部件，到达时间对于第一部件也是已知的，且第一部件可利用合适的微处理器装置确定时差，其中，该确定的时差存储在相应的后继部件的表中。

由第一部件执行的信号渡越时间测量，接着为每个单独的后继部件分别执行，并且补充相应的表项。

根据该方法的另一选择，单独的后继部件每一个都独立执行信号渡越时间测量，且后继部件中的开关装置以这种方式控制，即使得测试信号由各自的后继部件发送，所述发送过程的渡越时间将通过第一部件得到确定的，所述测试信号并反馈回后继部件，所述反馈过程的渡越时间将得到确定。各自的部件可接着确定关于上一级的自动化装置的其自身信号渡越时间或往返时间，例如，CPU，并为其自身创建单独的表项，或直接执行地址比较。

在涉及两种选择的方法的进一步配置中，各自部件的关于分配地址的计算渡越时间得到确定，且与测量的信号渡越时间进行比较，且在没有超过预定偏差的情况下，与部件的地址相关的部件的安装位置被认为是有效的，否则，安装位置或地址分配被认为是无效的。用这种有效或无效的评估，特别是针对故障安全自动化部件，可引发故障安全行为，例如，在输入/输出组件的情况下，立即关闭输出或向它们提供安全错误值。

在自动化部件的情况下，其配置用于在安全导向的自动化系统中的操作，进一步地配置用于检查故障安全自动化系统中的安装位置，配置用于连接另外的串联部件，开始提到的目标这样得到实现，即自动化部件具有渡越时间延迟元件和开关装置，所述开关装置将渡越时间延迟元件连接为用于信号渡越时间测量的信号通道，所述信号通道位于之前部件和后继部件之间，以这种方式使得测试信号通过微处理器发射，并再次接收，其中，微处理器基于测试信号的发射和接收间的时差，配置用于检查安装位置。在此背景下，开关装置有利地配置为多路开关，且配置用于连接要接收的测试信号的第一信号通路和返回测试信号的第二信号通路。

在自动化部件的一个改进中，微处理器配置用于以这种方式控制开关装置，使得与后继部件的连接中断。

因此，自动化部件，特别是故障安全自动化部件，可自我检查，微处理器配置用于确定关于分配地址的计算渡越时间，并将所述的渡越时间与测量的信号渡越时间进行比较，且在不超过预定偏差的情况下，认为关于其地址的部件的安装位置有效，否则认为安装位置或地址分配无效。在自动化部件中，第一渡越时间延迟元件优选地配置在第一信号通道中，且第二渡越时间延迟元件优选地配置在第二信号通道中。

在线性结构的情况下，渡越时间测量可特别好地执行，对本领域技术人员来说也被称为菊花链。一些彼此串联，且通常应用于在自动化技术中被称为总线系统的硬件部件，被称为菊花链（daisy chain）。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施例。在所述的附图中：

图1示出了在初始化序列中的地址分配的串联的三个部件，

图2示出了用于检查地址或渡越时间测量的三个部件，

图3示出了单独部件的预期渡越时间的示意图，其中，部件以插槽1到插槽8的形式示出，以及

图4示出了部件或自动化部件可能的配置变体。

具体实施方式

根据图1，第一部件1、第二部件2、和第三部件3以串联的形式示出。部件1，2，3每个都设计用于连接另外的串联部件。组件1、2、3的物理插件位置也可称为插槽（slot）1、插槽2、插槽3。

第一部件1相应地插入插槽1，且配置为存储流程控制器的形式的自动化部件。该存储流程控制器具有Tx连接点和Rx连接点，通过它们该控制器可连接至第二部件2，其中第二部件可配置为，例如，I/O Profinet装置，特别是输入/输出组件。第二部件2和第三部件3的设计是相同的，具有提供有相同标识号的相同部件和功能。

第二部件2具有第一渡越时间延迟元件21和第二渡越时间延迟元件22，其中渡越时间延迟元件21，22可通过开关装置MUX_1到MUX_5连接为信号通道，所述信号通道处于第一部件1和第三部件3之间，以这样的方式使得测试信号可由微处理器的装置发射并再次接收，该微处理器配置在通信控制器23中。稍后将结合图2对渡越时间测量的流程进行更详细地解释。图1将首先用于明确单独的部件的地址分配。

因为部件1，2，3的串联连接已经构成了自动化系统100，且所述的自动化系统100通常经过初始化序列，或在电源故障后再次通电，单独的部件1，2，3的地址分配如下执行：

第一部件1传送唯一定义的地址-具体地为第一地址11-至第二部件2，其中第二部件以这种方式操作，即使得与其后继部件-也就是第三部件3的通信被中断。已经提到的开关装置包括，第一开关装置MUX_1，第二开关装置MUX_2，第三开关装置MUX_3，第四开关装置MUX_4，和第五开关装置MUX_5。

第一开关装置MUX_1配置在第一部件1的Tx连接点，以这种方式使得发射的Tx信号可通过第四开关装置MUX_4从第一部件传导至通信控制器23。第一渡越时间延迟元件21也连接第一开关装置MUX_1，其中所述第一渡越时间延迟元件21配置在第一开关装置MUX_1和第三开关装置MUX_3之间，以这种方式使得其形成为经过后继部件的信号通道的纵向分支型。然而，对于地址分配的情况，第三开关装置MUX_3以这种方式设置，使得与后继部件的连接中断。

第二渡越时间延迟元件22也配置在第五开关装置MUX_5和第二开关装置MUX_2之间，以这种方式使得，在开关装置MUX_5和MUX_2的特定开关位置，第二渡越时间延迟元件也以纵向分支的形式配置。然而，因为开关装置控制用于地址分配的方法步骤，以这种方式使得，渡越时间延迟元件21，22还无法积极参与，只可能有一个地址分配的信号通道，即从第一部件1的Tx连接点，通过第一开关装置MUX_1到第四开关装置MUX_4，且到接受传送的第一地址11的通信控制器23，并通过第五开关装置MUX_5返回至第一部件1的Rx连接点。如果第二部件2已通过上述的地址分配信号通道接收其第一地址11，所述部件2就此用“有效地址已分配”与第一部件1进行通信。通过第二部件2的这个确认，第一部件1传送开关指令至第二部件2，其中第二部件2接着操作其开关装置MUX_1，…，MUX_5，以这种方式使得，可与其后继部件，也就是第三部件3，进行通信。

第一部件1随后传送另一个唯一定义的地址，具体地为第二地址12，至第三部件3，其中该第三部件3也以这种方式操作，使得与其（可能的）后继部件的通信中断。第三部件3的地址分配以与之前描述的第二部件2的地址分配方法类似的方式配置。

然后，第二部件2和第三部件3具有唯一定义的地址。因为已规定地址分配的序列，并且地址以上升序列分配。出于这个原因，在安装位置的确定过程中，可随后使用地址分配和物理位置间的关系。

图2示出了由第二部件2执行的渡越时间测量。因为第二部件2独立执行的信号渡越时间测量，测试信号通过通信控制器23输出至第二部件2中的第五开关装置MUX_5，其中所述开关装置MUX_5以这种方式设置，即使得测试信号可通过第一信号通道31到达第二渡越时间延迟元件22，进入第一部件1。渡越时间延迟元件22优选地配置为FIFO存储器，其施加定义的延迟时间在测试信号上。如果测试信号在这个定义的延迟时间后离开FIFO存储器，所述测试信号可通过第一部件1的第五开关装置MUX_5到达第一部件1中的第一开关装置MUX_1，且可通过第二信号通道32，其中，第一开关装置MUX_1以这种方式设置，使得测试信号到达第一渡越时间延迟元件21，且后者也配置为FIFO存储器。如果测试信号也克服了该定义的延迟时间，其通过第三开关装置MUX_3再次传递回第二部件2，在该第二部件2，其通过第一开关装置MUX_1和第四开关装置MUX_4依次传导至通信控制器23。第二部件2可从发射的测试信号和再次接收的测试信号间的时差确定其安装位置。为了这个目的，所述第二部件2将测量的信号渡越时间和与其地址相关的计算渡越时间进行比较。在此背景下，在通信控制器23（见图4）中实施的微控制器以这种方式配置，使得计算信号渡越时间与测量的信号渡越时间的预定偏差可观察到，且在偏差的情况下，假定分配的地址没有对应安装位置，或相反地，安装位置没有对应分配的地址。相应地，特别是在故障安全部件的情况下，可能引发增加安全性的功能。

综上所述，对安全技术足够的地址关系（F主机到F模块）的安全的自动地址分配，通过下面的事实得到实现，即，除“非安全导向的地址分配”之外，F模块的位置通过总线上的渡越时间测量得到检查，且结果与“非安全导向的地址分配”的信息进行比较。因为该比较和测量也应优选地以安全导向的方式再次执行，所以如果通过作为F模块实施的各自的部件来进行比较和测量是有利的。

在可选的配置中，非安全导向的地址分配也可通过两个不同的机制检查，特别是通过基于背板总线的拓补结构的方法，和通过利用上述渡越时间测量。因为每个部件都可中断到后续部件的传递，也可独立传送指令到最近的部件，部件可通过每个部件增加其自身序列号数据记录至列表，并将其传递至下一个部件，来创建其序列号的列表。该列表通过链中最后的部件传送至第一部件，例如CPU，其依次对每个单独的F模块也就是对每个单独的部件提供整个列表。

每个部件（F模块）可基于该列表检查其自身物理位置，且也可此外利用额外包括的测试信息检查地址分配的正确顺序。在该变体中，测试信号的渡越时间测量，与上述变体相反，由这里的第一部件1执行，例如，由CPU，其中该事务无法用安全技术执行。这些结果依次由安全导向的部件，也就是，配置为F模块的部件评估和检查。

进一步的优点在于：在背板总线上的，在例如，Profi Save中所知的黑色通道原理没有被削弱。在非安全导向的地址分配的情况下，各种未发现的错误可在，例如，固件或RAM中发生，导致错误的地址或插槽号可被分配。这可通过不同方式的检查来防止。在方法的第二个可选方案中，只产生了数据或测量值，例如，通过非安全导向的系统部件，但关于地址分配过程的评估和决策体现了实施为F模块的单独的部件的责任，也就是，通过安全技术来实施。

图3为预期的信号渡越时间或往返时间的示意图。相应物理位置的地址或插槽号在X轴上示出。例如，插槽1到8可用于背板总线。分别增加的基本时间D在Y轴表示。必须遵守+/-0.025ms的偏差d。此外，往返时间、站地址1到8和具体为偏差d公差列入了图表50。在此背景下，图表50的首列51描述了站地址或插槽1到插槽8，且第二列52描述了预期的往返时间。

图3因此为相应的部件的先前提到的信号通道中的往返时间，提供了计算确定的信号渡越时间，其中渡越时间延迟这样来适应，即将渡越时间延迟元件21，22与相应的物理上现行的总线条件对应，例如，信号线固有的渡越时间。

根据图4，部件配置为F模块，其具有连接至之前的部件的第一总线连接44，和连接至后继部件的第二总线连接45。BUS-ASIC46配置在两个总线连接44和45之间。BUS-ASIC46通过潜在绝缘体43连接至第一微处理器41，且第一微处理器41依次连接至第二微处理器42。微处理器41，42也可认为是第一故障安全微处理器和第二故障安全微处理器。

标识号列表

1  第一部件

2  第二部件

3  第三部件

11 第一地址

12 第二地址

21 第一渡越时间延迟元件

22 第二渡越时间延迟元件

23 通信控制器

31 第一信号通路

32 第二信号通路

41 第一微处理器

42 第二微处理器

43 潜在绝缘体

44 第一总线连接（至之前的部件）

45 第二总线连接（至后继部件）

46    BUS-ASIC

50    图表

51    首列

52    第二列

100   自动化系统

MUX_1 第一开关装置

MUX_2 第二开关装置

MUX_3 第三开关装置

MUX_4 第四开关装置

MUX5  第五开关装置

D     基本时间

d     偏差

Claims (12)

1.一种检查故障安全自动化系统（100）中的部件（1，2，3）的安装位置的方法，其中多个部件（1，2，3）彼此串联，且唯一定义的地址（11，12）从第一部件（1）被连续地分配到后继部件（2，3），其特征在于，

在所述地址被分配到所述部件（2，3）后，以这种方式在所述部件（2，3）中操作开关装置(MUX_1，…，MUX_5），即使得借助用于每个所述后继部件（2，3）的测试信号执行递增的信号渡越时间测量，其中，所述测试信号被发送且被再次接收，且基于所述时间差检查所述后继部件（2，3）的安装位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测试信号通过所述部件（1，2，3）中的渡越时间延迟元件（21，22）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述渡越时间测量的准备中，用于通信的波特率降至较低值。

4.根据权利要求1到3所述的方法，其中，所述第一部件（1）直接连接到第二部件（2），且进一步地，另外的后继部件（3）分别都连接到所述后继部件之前的部件，具有所述地址分配的步骤，

a）所述第一部件（1）传送唯一定义的所述地址（11）到所述第二部件（2），其中，以这种方式操作所述第二部件（2），即使得到所述第二部件的所述后继部件（3）的通信被中断，

b）所述第二部件（2）传送信号到所述第一部件（1），所述信号通知所述第一部件（1）有效地址已分配，

c）所述第一部件（1）传送开关指令到所述第二部件（2），其中，随后以这种方式操作所述第二部件（2），即可与所述第二部件的所述后继部件（3）进行通信，

d）所述第一部件（1）随后传送进一步的唯一定义的所述地址（12）到所述后继部件（3），其中，以这种方式操作所述后继部件（3），即使得与所述后继部件的后继部件（3）的通信被中断，

e）继续如步骤b）中的流程，其中，步骤b）中提到的所述第二部件现为步骤d）中各个所述后继部件，且所述第一部件（1）相关于步骤c）中的所述后继部件继续运行，

f）重复所述步骤e）和f），直到不再出现所述后继部件，且所述第一部件（1）通过来自最后所述部件（3）的超时信号得到这个通知。

5.根据权利要求1到4中的一个所述的方法，其中所述第一部件（1）执行所述信号渡越时间测量，且以这种方式控制所述后继部件（2，3）中的所述开关装置(MUX_1，…，MUX_2），即使得所述后继部件（2，3）中要接收的所述测试信号被发送回所述第一部件（1），其中，要接收的所述测试信号的所述信号渡越时间将得到确定。

6.根据权利要求1到4中的一个所述的方法，其中各个所述后继部件（2，3）每个都独立执行所述信号渡越时间测量，且以这种方式控制所述后继部件（2，3）中的所述开关装置(MUX_1，…，MUX_2），即使得所述测试信号从所述后继部件（2，3）发送，其中，所述发送过程的所述信号渡越时间将通过所述第一部件（1）得到确定，并使得所述测试信号反馈回所述后继部件（2，3），其中所述反馈过程的所述信号渡越时间将得到确定。

7.根据权利要求1到6中的一个所述的方法，其中，各个所述部件（2，3）的相关于分配的所述地址（11，12）的计算渡越时间得到确定，并与测量的所述信号渡越时间对比，且是在下列情况下

-没有超过预定偏差（d），与所述部件的所述地址（11，12）相关的所述部件的所述安装位置被认为是有效的，否则，

-所述安装位置或所述地址分配被认为是无效的。

8.一种自动化部件，所述自动化部件配置用于在安全为导向的自动化系统中的操作，进一步地配置用于检查故障安全自动化系统（100）中的安装位置，配置用于连接另外的串联部件，

其特征在于，

渡越时间延迟元件（21，22）和开关装置(MUX_1，…，MUX_2），所述开关装置将所述渡越时间延迟元件（21，22）连接为用于信号渡越时间测量的信号通道（31，32），其中所述信号通道处于前部件（1）和后继部件（2）之间，以这种方式，使得利用微处理器（41，42）发送测试信号并重新接收测试信号，其中所述微处理器基于所述测试信号发送和接收间的时差被配置用于检查所述安装位置。

9.根据权利要求8所述的自动化部件，其中所述开关装置(MUX_1，…，MUX_5）配置为多路开关，并配置为连接用于要接收的所述测试信号的第一信号通道（31）和用于返回的所述测试信号的第二信号通道（32）。

10.根据权利要求8到9所述的自动化部件，其中所述微处理器（41，42）配置为以这种方式控制所述开关装置（(MUX_1，…，MUX_2）），即使得和后继部件的连接中断。

11.根据权利要求8到10中的任一项所述的自动化部件，其中所述微处理器（41，42）配置用于确定关于分配地址的计算信号渡越时间，并比较所述信号渡越时间和测量的所述信号渡越时间，以及

-在不超过预定偏差（d）的情况下，认为与所述部件的所述地址(11，12）相关的所述部件的所述安装位置为有效，否则

-认为所述安装位置或所述地址分配为无效。

12.根据权利要求8到11中的任一项所述的自动化部件，其中所述第一渡越时间延迟元件（21）配置在所述第一信号通道（31）中，且所述第二渡越时间延迟元件（22）配置在所述第二信号通道（32）中。

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