СИСТЕМА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВАМИ, ОБЪЕДИНЕННЫМИ В СЕТЬ ПОСРЕДСТВОМ ОТКРЫТОЙ ПОЛЕВОЙ ШИНЫ Российский патент 2012 года по МПК H04L12/403 

Область техники

Изобретение касается системы и способа управления устройствами, объединенными в сеть с сетевым шлюзом посредством открытой полевой шины.

Объект изобретения, в частности, включает в себя объединение в сеть обмена техническими данными, конфигурацию абонентов устройств и питание (обеспечение) устройств электрической энергией. Под типичными устройствами понимаются промышленные переключающие устройства, такие как контакторы, стартеры моторов, силовые выключатели, измерительные сенсоры и подобные устройства.

Уровень техники

Вышеупомянутые промышленные переключающие и другие устройства в электрических установках, как правило, переключаются или контролируются централизованно посредством системы управления, например посредством программируемого логического контроллера (ПЛК). Как правило, переключатели присоединяются к управляющему модулю (к контроллеру, например к ПЛК) посредством так называемой разводки управляющих каналов (например, кабелей). Она, как правило, состоит из каналов, которые могут включать и выключать переключающее устройство, в данном случае преимущественно контактор, и которые одновременно поставляют необходимую для переключения переключающего устройства энергию, и из каналов, которые возвращают контрольные сигналы от переключающего устройства к управляющему модулю. Примерами сигналов для контроля переключающего устройства, в данном случае для стартера двигателя, являются статус положения контактора (вкл./выкл.) или же статус защитного автомата электродвигателя (вкл./выкл.).

При монтаже электрической установки (например, распределительного шкафа) разводка и соединение электрических переключающих устройств с системой управления производятся вручную, как правило, специалистами по электротехнике. Эта работа часто может стать частью сборки распределительного шкафа, требующей больших временных затрат. Кроме того, разводка множества однотипных управляющих кабелей чревата ошибками, так как они, например, могут быть перепутаны при прокладывании в кабельном канале и потом подключены к клеммам не тех устройств. В добавлении к этому, управляющие каналы должны быть проведены к отдельным переключающим устройствам для того, чтобы там их можно было электрически подключить. При этом возникают дополнительные сложности, а именно - для прокладки каналов кабельные каналы должны быть отрезаны по длине, смонтированы на монтажную плату и тогда в них могут быть проложены отдельные управляющие кабели.

Промежуточное включение устройств между шиной и другими компонентами системы также известно из уровня техники. Например, в ЕР 0779640 А2 предусмотрены подключенные к шине усилительные модули для компоновки агрегатов привода электрических переключающих устройств. Электромагнитный или электронный усилительный блок соединен через интерфейсную микросхему с разъемом для шины и с одной стороны с разъемом тока питания, а с другой стороны с разъемом привода. Интерфейсная микросхема проложена дву- или однонаправленно. Кроме того, предусмотрены коммутационное оборудование для принятых от шины сигналов для задания параметра усилительного модуля и/или переключающего устройства, так же как и коммутационное оборудование для регистрирования передаваемых от шины сигналов через состояние усилительного модуля и/или переключающего устройства.

Относительно подсоединения к шине из ЕР 0637784 А1 известен модуль, снабженный адаптером шины, который одной стороной соединен с контактной системой для электрического и механического подключения к шине и другой стороной соединен с электронными схемами обработки для программируемой обработки измеряемых сигналов или же информации о состоянии объекта и для подачи команды на выключение, причем измеряемые сигналы или же информация о состоянии объекта подводятся через шину. Модуль может самостоятельно генерировать сигналы на выключение при обработке измеряемых сигналов и передавать их системе включения запуска аварийного выключателя.

Из DE 10147442 А1 известны способ, устройство и управляющий модуль для контроля системы шин с по крайней мере тремя абонентами, причем один из абонентов сконструирован как главный (более высокого уровня) абонент и инициирует любую передачу данных по системе шин. Второй абонент сконструирован как элемент единой системы замков запирающегося салона транспортного средства, а третий абонент сконструирован снаружи салона. Первый абонент контролирует передачу данных таким образом, что в по меньшей мере одном рабочем состоянии транспортного средства и/или системы шин первый абонент при любой не им инициированной передаче данных по системе шин принимает меры, препятствующие передаче данных. В качестве системы шин используется система LIN-шин (LIN=Local interconnect Network).

DE 10147446 A1 также раскрывает способ и устройство для контроля системы шин с по крайней мере двумя абонентами, по меньшей мере один из которых сконструирован как авторизированный абонент, который контролирует передачу данных по системе шин, причем при любой передаче данных (по системе шин) передается метка (флаг), однозначно подчиненная к какому-либо абоненту. Если передача данных инициируется другим, отличным от авторизованного, абонентом, выполнение передаваемых данных предотвращается. В этом случае также используются система LIN-шин.

Из DE 19756918 A1 известно коммуникационно-управляющее устройство, в котором ведущая станция (Master) передает пакет фреймов к большому числу ведомых станций (Slave) и индивидуальные фреймы ответа передаются от ведомых станций к ведущей станции.

DE 68920028 Т2 раскрывает способ и устройство для множественного доступа с циклическим резервным копированием в коммуникационной системе, причем предусмотрен доступ к среде передачи данных в коммуникационной сети с однонаправленной шинной структурой конфигурации «folded bus» (линейная шина с обратной связью) или конфигурации сдвоенной шины и большим количеством станций, подключенных между шинами. Сеть содержит две однонаправленные шины передачи данных, направленные в противоположные стороны, и множество станций, каждая из которых соединена с обеими шинами. Кроме того, предусмотрено входное устройство, которое формирует на шинах временные сегменты (интервалы) через равные промежутки времени, причем каждая станция запрашивает доступ в этот временной интервал.

DE 3424866 A1 также раскрывает способ и устройство для передачи данных, причем они передаются в режиме временного разделения (уплотнения) в цифровом формате в систему шин. Система шин состоит из центрального управляющего модуля, множества равноправных, подчиненных управляющему модулю абонентных станций и по меньшей мере одного канала шины данных, соединяющей всех абонентов.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является упростить систему и способ для управления устройствами, объединенными в сеть с сетевым шлюзом посредством открытой полевой шины, таким образом, чтобы исключить дорогостоящую разводку и чтобы пользователь с минимальными затратами на управление мог бы осуществить проверку и конфигурирование системы, а при сообщениях об ошибке смог бы перезагрузить ее.

Для системы, охарактеризованной в ограничительной части п.1 формулы изобретения, задача решена тем, что предусмотрен единственный разъемный (например, штепсельный) соединительный канал связи внутри системы для соединения абонентов шин и шлюза (Gateway), а также для передачи управляющих данных и/или данных о статусе, а также энергии. Для способа, охарактеризованного в ограничительной части п.32 формулы изобретения, задача решена тем, что шлюз в заданной конфигурации на выходе не ожидает абонента шины и для принятия по меньшей мере одного абонента шины и генерации новой заданной конфигурации с по меньшей мере одним абонентом шины запускается режим конфигурации в шлюзе. Для переключающего устройства, охарактеризованного в ограничительной части п.37 формулы изобретения, задача решена тем, что переключающее устройство имеет по меньшей мере один управляющий вход для опроса предшествующего переключающего устройства, как абонента шины и/или шлюза, и управляющий выход для сортировки последующего переключающего устройства, выступающего в роли последующего абонента шины. Усовершенствования изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Таким образом, изобретение касается системы с актуаторами (исполнительными устройствами) в качестве абонентов шины, преимущественно промышленных переключающих устройств, таких как, например, силовые выключатели или комбинации (т.е. системы устройств) типа «защитный автомат электродвигателя - контактор», которые объединены по шине приложений, в данном случае по LIN-шине, в сеть по технологии сбора, передачи и обработки данных с целью управлять и контролировать подключенные промышленные переключающие устройства. Система обладает по меньшей мере одним шлюзом, который подключен между открытой полевой шиной и актуаторами. Единственный разъемный соединительный (например, штепсельный) канал соединяет отдельные абоненты шины или актуаторы между собой и со шлюзом. Он служит для передачи данных, а именно управляющих данных и/или данных о статусе, и для передачи энергии для питания абонента шины и, возможно, для последующих компонентов системы. Шлюз предпочтительно расположен между открытой полевой шиной и соединительным кабелем и обладает соединительным устройством для соединения с полевой шиной, для подключения напряжения сети питания и соединительного канала. Через шлюз могут быть реализованы многочисленные функции, которые в дальнейшем будут пояснены еще более подробно.

Особенными достоинствами системы в соответствии с изобретением является то, что разводка управляющих каналов к промышленным переключающим устройствам заменена разъемной и легко устанавливаемей системой соединительных каналов. Трудоемкие и подверженные ошибкам установки разводки управляющих каналов устраняются, при этом достигается экономия на использовании кабельных каналов, которые необходимы для прокладки каналов или же для сборки каналов.

Такие разводки в данном случае преимущественно касаются управляющих каналов для контактора, канала для включения и выключения контактора и статусного канала, в данном случае, например, для опроса состояния (т.е. положения включения) контактора или состояния (положения) предохранительного выключателя мотора (вкл./выкл.).

Естественно, возможно подключить в качестве актуаторов или абонентов шин сложные приборы, которые могут обмениваться большим количеством информации или данных. Такие приборы, например, могут быть промышленными переключающими устройствами, такими как силовой выключатель, или электронное реле защиты электродвигателя, или частотный преобразователь.

Система управления устройствами, объединенными в сеть с сетевым шлюзом посредством открытой полевой шины, может содержать следующие признаки по отдельности или же в комбинации друг с другом. В частности, предусмотрен контроллер шины для управления шлюзом. Сам шлюз предпочтительно обладает, по меньшей мере, одним интерфейсом для полевой шины, по меньшей мере, одним интерфейсом для шины приложений для управления и опроса по меньшей мере одного лежащего на шине актуатора (исполнительного устройства) или абонента шины и, по меньшей мере, одним информационным выходом для обмена данными с по меньшей мере одним абонентом шины. Далее, оказывается целесообразным, если шлюз обладает, по меньшей мере, одним запоминающим устройством для остаточного резервного копирования считываемой с контроллера шины конфигурации шины и для управления данной конфигурацией любой или конкретной шины приложений.

Далее, оказывается предпочтительным, если шлюз обладает по меньшей мере первым штекерным гнездом для первичного напряжения питания и по меньшей мере вторым штекерным гнездом для питания с дополнительным (вспомогательным) напряжением, которое подведено или может быть подведено к абоненту шины. Кроме того, шлюз может быть связан или связан с, по меньшей мере, одним управляющим каналом для обращения к первому абоненту шины.

Также является предпочтительным, если шлюз обладает по меньшей мере одним индикатором состояния для отображения рабочего состояния абонентов шины и обмена данными по шине и/или по меньшей мере один абонент шины обладает минимум одним индикатором для отображения своего собственного рабочего статуса. Таким образом, возможен непрерывный визуальный контроль режима нормальной работы системы.

Далее, шлюз предпочтительно обладает по меньшей мере одним исполнительным элементом для запуска конфигурации подключенного через шину приложений абонента шины. В этой конфигурации, то есть в режиме конфигурирования, шлюз через шину приложений проверяет, сколько абонентов шины подключены к шине приложений, причем абоненты шины пронумеровывают. При этом каждый абонент шины может сохранить свой особый идентификационный номер и/или шлюз с сохранением информации при выключении питания. Таким образом, даже при выключении (питания) после нового запуска не происходит потеря данных, так что после запуска работа может быть продолжена без каких-либо дополнительных мер. После фиксирования всех абонентов шины эта конфигурация остаточно (реманентно) сохраняема в шлюзе или сохранена там как заданная конфигурация и шлюз и абоненты шины могут обмениваться или обмениваются управляющими данными и/или информацией о статусе.

Применительно к, по крайней мере, одному абоненту шины или актуатору оказывается предпочтительным, если он обладает по меньшей мере одним управляющим входом для опроса предыдущего абонента шины и/или шлюза и одним управляющим выходом для сортировки последующего абонента шлюза. Кроме того, он может содержать по меньшей мере одно управляющее и программное устройство для реализации связи по шине и для функциональности приложения актуатора.

Для электропитания, т.е. для питания энергией, по меньшей мере один абонент шины может обладать устройством для подключения к напряжению в сети. Кроме того, он предпочтительно обладает по меньшей мере одним устройством для прокладки шлейфа потока данных и/или вспомогательного напряжения к последующему абоненту шины или актуатору и/или для дальнейшей передачи вспомогательного напряжения на актуатор.

По меньшей мере один абонент шины предпочтительно обладает по меньшей мере одним устройством для выполнения действий актуатора и/или по меньшей мере одним устройством для извещения о действиях актуатора и/или положения актуатора на шине приложений, так что возможна коммуникация действий актуатора и его положения через шину приложений.

Далее, по меньшей мере один абонент шины предпочтительно обладает по меньшей мере одним устройством для записи идентификационного номера через шлюз. С его помощью становится возможной проверка числа абонентов шины, подключенных к шине приложений. При этом абоненты шины предпочтительно последовательно нумеруются. Каждый абонент шины по отдельности сохраняет особый идентификационный номер с сохранением информации при выключении питания, то есть при новом после выключения запуске особый идентификационный номер снова доступен и не пропадает при выключении. В шлюзе все идентификационные номера также предпочтительно сохраняются с сохранением информации при выключении питания.

Шина приложения может быть LIN-шиной, с которой управляющие данные и/или данные о статусе и реализации конфигурации шины приложения выполняются или могут быть выполнены через протокол, который состоит в особенности из кадра данных LIN с длиной массива данных от 1 до 8 байт. Принципиально также возможна другая архитектура с другой длиной массива данных.

Какая-либо из возможных конфигураций шины приложения может быть жестко записана в шлюз. Также возможно, что записанная конфигурация шины приложений может быть перезаписана контроллером шины.

Относительно абонентов шин или актуаторов изобретение исходит из того, что минимум один актуатор может представлять собой электрическое переключающее устройство. При этом актуатор, в частности, может представлять собой комбинацию «защитный автомат электродвигателя - контактор».

Предпочтительно предусмотрен вставной или разъемный (штекерный), т.е. сменный, блок или модуль, который, с одной стороны, может обладать свойствами актуатора и, с другой стороны, имеет по меньшей мере один механический индикатор для отображения положения актуатора и/или по меньшей мере один индикатор для отображения его режима работы. Таким образом, при помощи сменного блока может быть показано положение актуаторов, причем сменный блок может быть подсоединен к актуаторам, в частности к переключающим устройствам. Вместо переналадки переключающего устройства достаточно подсоединить его к сменному модулю, который также может иметь разъемный (штепсельный) контакт для подключения канала связи.

Кроме того, вставной или разъемный сменный модуль может обладать по меньшей мере одним цифровым входом для подключения коммутационного контакта с нулевым потенциалом. Он подходит, например, для дополнительного (вспомогательного) выключателя для опроса положения защитного автомата электродвигателя в комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор».

Сменный вставной или разъемный модуль может предпочтительно обладать по меньшей мере одним разъединением электрической цепи для актуатора. Такое разъединение электрической цепи может быть использовано для, например, электрической блокировки реверсивного стартера.

При расположении на комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор» сменного модуля последний может предпочтительно включать вспомогательное напряжение на катушке контактора. Указанные выше другие отличительные признаки такого сменного модуля могут также быть предпочтительно предусмотрены именно при такой комбинации «защитный автомат электродвигателя -контактор».

Система может быть далее сконструирована таким образом, что последовательно, т.е. между абонентами шины, промежуточно включен модуль питания, который соединяет шлейфами поток данных к следующему абоненту шины и/или не соединяет шлейфами дополнительное напряжение. С промежуточным включением прерывается «линейное» электропитание от абонента шины к абоненту шины. Тем не менее, соединение с целью передачи данных и первичное напряжение между лежащими перед и за модулем питания абонентами шины соединяются шлейфами. Посредством промежуточно включенного модуля питания осуществляется новая подача питания для последующего абонента шины. Поэтому целесообразно предусмотрен внешний источник напряжения, который подводит дополнительное напряжение к модулю питания, которое передается последующему абоненту шины. Кроме того, модуль питания предпочтительно обладает по меньшей мере одним индикатором для индикации наличия внешнего дополнительного напряжения. Таким образом, возможен контроль приложения дополнительного напряжения к модулю питания и благодаря этому также к по меньшей мере одному последующему абоненту шины.

По меньшей мере один абонент шины или актуатор предпочтительно обладает механическим индикатором для отображения положений актуатора, так что они могут быть легко считаны.

По меньшей мере один датчик может быть расположен в ряду абонентов шины для измерения физических величин.

В способе управления устройствами, объединенными в сеть, в особенности в промышленных переключающих схемах со шлюзом через открытую полевую шину, согласно изобретению после приведения в действие исполнительного элемента выполняется режим конфигурирования.

Краткий перечень фигур чертежей

Для более подробных комментариев к изобретению в дальнейшем примеры его исполнения будут подробно описаны при помощи фигур чертежей. Они изображают:

Фиг.1 Три типичных компонента аппаратного обеспечения примера системы;

Фиг.2 Блок-схема для представления системного теста и принятия требуемой конфигурации подключенного устройства к шине приложений,

Фиг.3А и 3В Блочная диаграмма системы шины приложения,

Фиг.4А-4С Три конфигурации абонентов шины,

Фиг.4D Подключение других абонентов шины и

Фиг.5 Система, состоящая из шлюза, абонентов шины и модуля питания.

Осуществление изобретения

На фигурах представлена предложенная система и соответствующий ей способ для объединения в сеть на примере комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор». Однако предмет заявки не ограничивается комбинациями «защитный автомат электродвигателя - контактор», также обозначаемый как стартер двигателя.

В качестве типичных примеров компонентов аппаратного обеспечения на Фиг.1А показан шлюз 20, на Фиг.1C абонент шины в виде сменного модуля 40 на комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор» и на Фиг.1В модуль питания 50, также обозначенный как РМ.

Шлюз 20 обладает интерфейсом для главной системы управления, например для открытой полевой шины 2 (см. Фиг.3А), такой как PROFIBUS DP (Process Field Bus с распределенной периферией (Decentralized Peripheral)), Device Net или CANopen (Controller Area Network) или другой, с помощью которой она подключена к главной системе полевой шины. Шлюз 20 управляет соединенными в сеть по шине приложений 10, установленными в качестве промышленных приборов переключения абонентами шины N1-Nn через плоский (ленточный) кабель 8, который также показан на Фиг.3А. Шлюз 20 обладает устройством 24 питания для подключения источника 14 напряжения для собственной электроники и электроники абонентов шины и вторым устройством 25 питания для подключения источника 16 напряжения абонентов шины. Последний является дополнительным источником напряжения для действий актуатора абонентов шины, причем в данном случае предусмотрено питание напряжением или током комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор». Шлюз 20 обладает, по меньшей мере, одним светодиодом 28, который служит индикатором статуса рабочих состояний шлюза и шинных коммуникаций. Кроме того, шлюз 20 обладает исполнительным элементом - переключателем 27 конфигураций, который служит для запуска автоматической конфигурации шины абонентов шины; и в шлюзе 20 имеется по меньшей мере один блок памяти, который используется для реманентной (остаточной) записи (т.е. резервного копирования) конфигурации шины.

Для комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор» установлен показанный на Фиг.1C разъемный (вставной) модуль 40, обозначенный также как SM, который механически и электрически может быть согласован или согласован с контактором. Разъемный (вставной) модуль 40 имеет два контактных штифта 49, служащие для электрического соединения с катушкой контактора. Этот сменный (вставной) модуль берет на себя управление разводкой. С его помощью электрически управляется катушка контактора и электрически опрашивается положение контактора. Далее представляется возможным опросить электрический контакт с нулевым потенциалом, если или насколько такой имеется в наличии. Наряду с электрическими функциями на разъемном (штекерном) модуле 40 предусмотрен индикатор 46 положения переключателя, который механически - видимым для пользователя образом - отображает положение переключателя. Кроме того, разъемный (вставной) модуль 40 обладает следующими свойствами:

1. он подает дополнительное напряжение 16 (см. Фиг.3А и Фиг.3В) на катушку контактора,

2. он обладает индикатором 46 положения переключателя для отображения положения актуатора (исполнительного устройства),

3. он обладает индикатором 48 для отображения собственного рабочего состояния,

4. он имеет цифровой вход 44 для подключения контактного выхода с нулевым потенциалом, и

5. он имеет разъединение 45 электрической цепи для актуатора.

Такое разъединение 45 электрической цепи может быть использовано, например, для электрической блокировки реверсивного стартера.

Шина 10 приложений приводится в действие при помощи уже упомянутого многожильного - в данном случае шестижильного ленточного кабеля 8 (см. Фиг.3А и Фиг.3В). Кабель 8, начиная от шлюза 20, вставляется или прокладывается от абонента шины к абоненту шины через соединительный штепсель. У каждого абонента Nх шины на вставном или разъемном (штекерном) модуле 40 сконструированы два штекерных гнезда 41, 42 для вставления ленточного кабеля 8 во вход шины и в выход шины. Из-за линейного расположения абонентов последний абонент Nn со стороны выхода не имеет вставленного ленточного кабеля 8 в качестве соединительного канала; его выход (штекерное гнездо 42) остается «пустым».

Каждый абонент шины имеет индикатор 28, 48, 58 статуса для того, чтобы предпочтительно оптически, с помощью светодиода (LED), отобразить статус прибора. Вставной или разъемный (штекерный) модуль 40 и модуль 50 питания каждого абонента Nх шины обладает дипольной клеммой 44, 45, 54, 55 для того, чтобы можно было бы подключить контакт с нулевым потенциалом, например, для дополнительного выключателя для опроса положения предохранительного выключателя мотора.

На Фиг.5 показаны дальнейшие детали системы. На первом абоненте N1 шины, который в данном случае представлен на примере комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор», изображены три кабеля питания от сети L1, L2, L3 и нагрузка М. Далее, на верхней половине обозначенных как N1, N2, N3 абонентов шины представлен предохранительный выключатель мотора, а на нижней половине вставленный в контактор вставной или разъемный (штекерный) модуль 40 со своими штекерными гнездами 41, 42 и механическим индикатором 48 для положения контактов контактора. Изображение по Фиг.5 может пониматься как шина 10 приложений с n абонентами, в которой по желанию может быть встроен представленный на Фиг.5 модуль 50 питания. Дальнейшее пояснение к модулю 50 питания следует ниже.

На Фиг.2А изображена блок-диаграмма для представления системного теста (отладки) и на Фиг.2В блок-диаграмма для принятия требуемой конфигурации. Блок-схемы обоих Фигур переходят друг в друга.

На первом шаге на Фиг.2А необходимо, чтобы напряжение на шлюзе было включено. На следующем шаге шлюз проверяет, доступен ли какой-либо абонент на шине. Если на этот вопрос получен ответ «да», последовательно спрашивается, ожидается ли этот абонент на шлюзе. Если и на этот вопрос получен ответ «да», то на следующем шаге этот абонент конфигурируется шлюзом. После этого шлюз выбирает, посредством сконфигурированного абонента, следующего абонента. В заключение шлюз заново проверяет, доступен ли какой-либо абонент на шине, и завершает тем самым цикл опроса. Если же на этот вопрос уже в самом начале или же на этом месте отвечается «нет», то ставится следующий вопрос, ожидается ли какой-либо абонент шлюзом. Если и на этот вопрос получен ответ «нет», то представлена ситуация, что в наличии не имеется ни одного абонента шины, что и задается в качестве заданной конфигурации. Таким образом определяется, что система шлюз-шина корректна и готова к работе, так как заданная конфигурация одновременно является фактической (текущей). Поэтому это состояние отображается при помощи светодиода (LED) («статус LED вкл.»).

Если на вопрос, ожидается ли абонент шлюзом, в том случае, если ни один абонент на шине не доступен, получен ответ «да» или на вопрос, ожидается ли абонент шлюзом, в том случае, если он определен как доступный на шине, получен ответ «нет», то наличествует ошибка конфигурации, то есть шлюз и шина не готовы к работе, так как требуемая конфигурация не совпадает с текущей. Поэтому это состояние также отображается при помощи LED-индикатора («LED статус вкл.»). Опрос, доступен ли абонент на шине и ожидается ли он шлюзом, прогоняется в качестве цикла до тех пор, пока не обнаруживаются все ожидаемые шлюзом и записанные в конфигурацию абоненты шины.

В результате имеются обе возможности: текущая конфигурация совпадает с требуемой или же не совпадает. В первом случае система готова к работе и статус отображается при помощи постоянно горящего LED 28'' статуса. В несовпадающей ситуации LED 28' статуса мигает, что побуждает оператора к включению переключателя 27 конфигураций. С включением переключателя 27 конфигураций имеющаяся в наличии конфигурация принимается как заданная, и система переходит к заключительной проверке (Фиг.2В).

При этом каждый абонент опрашивается шлюзом, и возможно имеющиеся в наличии параметры сохраняются в шлюзе. Далее проверяется, превышает ли число абонентов на шине приложений максимально допустимое. Если максимально допустимое число превышено, то шлюз опять переходит в режим ошибки, так как заданная конфигурация не совпадает с текущей. Если же нет, то данные абонентов считываются и сохраняются в шлюзе. Шлюз выбирает через доступных абонентов следующего и проверяет для него наличие доступа. В случае обнаружения всех абонентов шлюз и абоненты переходят в обычный рабочий режим, в котором происходит обмен управляющими данными или информацией о статусе между шлюзом и абонентами. Эта конфигурация реманентно (остаточно) запоминается в шлюзе как новая конфигурация.

Фиг.3А и 3В показывают блок-диаграммы управления шиной. Фиг.3А изображает шлюз и первого абонента N1 шины и Фиг.3В изображает вставленный между вторым и третьим абонентами N2 и N3 шины модуль питания 50 и второго абонента шины. На стороне подводки питания (на питающем конце) изображены входы для открытой полевой шины 2 (штекерный разъем 23) и для источника питания (первичное напряжение 14 или U1, земля (GND), дополнительное напряжение 16 или U2). Под U1 понимается источник 14 питания для электроники в шлюзе и электроники шины и под U2 понимается дополнительное напряжение 14 для приложений абонентов. Выход (штекерное гнездо 22) шлюза ведет к шестижильному ленточному кабелю 8.

В линейном ряду абонентов шины по желанию на произвольном месте может быть промежуточно включен модуль питания (РМ) 50 (Фиг.3В). Он также еще раз схематично представлен на Фиг.5. С промежуточным включением модуля питания прерывается «линейное» электропитание от абонента к абоненту шины. Информационный канал и первичное напряжение 14 между лежащими до модуля питания абонентами N1, N2, N3 шины и лежащим после него абонентом Nm соединяются шлейфами.

С включенным в линию соединения шин модулем питания РМ 50 осуществляется новый подвод питания для следующих находящихся в ряду шин абонентов шины (группа G), для этого модуль питания подключается к источнику питания 16', например к 24 вольт постоянного тока (DC). На Фиг.3В источник питания 16' графически представлен идущим снизу (относительно чертежа) и на Фиг.5 идущим сверху (относительно чертежа). Этот источник питания может быть, например, питанием предохранителя для группы абонентов шины, действующих как группа аварийного выключения. Модуль питания имеет клеммы (клеммные колодки) с винтовым зажимом или штекерные гнезда 54, 55 для источника энергии 16'. В противном случае модуль питания - как и другие абоненты шины - имеет два штекерных гнезда 51, 52, причем одно является входом, а другое выходом для системы, собранной на штекерных соединениях. Также на модуле питания предусмотрен индикатор 58 статуса, в частности для визуального отображения посредством светодиода, который показывает, приложено ли напряжение питания 16' для группы G следующих за модулем питания абонентов шины.

С помощью представленной системы больше не требуется производить общепринятую управляющую разводку для промышленных переключающих устройств, объединенных в сеть. В частности, для комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор» объединение в сеть производится при помощи единственного разъемного (штепсельного) соединительного канала. Соединительный канал (кабель) 8 передает с одной стороны управляющие данные или информацию о статусе и с другой стороны необходимую энергию для переключающего устройства. Кроме того, при помощи модуля питания возможно создавать группы, состоящие из абонентов шины, благодаря чему возможны отдельное энергопитание и контроль энергии в каждой такой группе. Создание групп может быть, например, использовано для того, чтобы создать определенный сегмент или определенную цепь (схему), в которых переключающие устройства создавали бы отдельную группу аварийных выключателей, в которой они могли бы контролироваться, включаться или выключаться. Как отмечено, использование модуля питания является опциональным.

Функционирование и принцип действия системы отображены посредством Фиг.4А-4С. На чертежах светлый круг с метками 28'' и 48'' изображает горящий светодиод (LED), черный круг без каких-либо дальнейших меток изображает негорящий LED 28, 48 и круг с короной с метками 28' и 48' изображает мигающий светодиод (LED).

Для присоединения открытой полевой шины 2 к системе шлюз 20 является центральным элементом. Абоненты N1-Nx шины получают энергию, управляются и контролируются от шлюза, и от шлюза управляющие данные и информация о статусе всех подключенных абонентов шины передаются на полевую шину 2 более высокого уровня. Прежде всего, шлюз подключается к источнику 14 питания для собственной электроники и во вторую очередь к источнику 16 питания, который питает абонентов шины. С такой конструкцией источника питания дополнительное напряжение 16 для абонентов шины (например, напряжение на катушке контактора) может быть выключено независимо от функциональности шины (например, от системы аварийного выключения).

Через систему штекерных разъемов предусмотренного здесь ленточного кабеля 8 абоненты шины, такие как, например, комбинация «защитный автомат электродвигателя - контактор» со сменным модулем, могут быть подключены последовательно. Если первичное напряжение 14 впервые подключается к созданной системе, то шлюз 20 проверяет подключенных абонентов N1-Nx к шине приложений, как только что было пояснено к Фиг.2А и Фиг.2В. В исходной ситуации в качестве заданной конфигурации предусмотрена система без абонентов шины. После присоединения абонентов шины по отдельности она актуализируется, как только что было описано выше.

На Фиг.4А n абонентов шины соединены в исходно заданной конфигурации, т.е. без абонентов. При этом шлюз 20 сначала не ожидает абонентов из-за заданной конфигурации. Поэтому из-за ошибки конфигурации шлюз переходит в положение ошибки и это визуально отображается на шлюзе при помощи мигающего светодиода (LED) 28' (в правом верхнем углу изображенного на Фиг.4А шлюза 20). Контрольный светодиод на первом абоненте шины, который напрямую подключен к шлюзу 20 через ленточный кабель 8, также мигает (LED 48'), так как он не ожидается шлюзом. Остальные светодиоды 48 статуса или контроля других абонентов с N2 по Nx шины не светятся, то есть выключены.

В соответствии с Фиг.4В для принятия подключенных абонентов в качестве заданной конфигурации на шлюзе нажимается переключатель 27 конфигураций. После этого через шину приложений 10 шлюзом последовательно проверяется, сколько абонентов шины (N1-Nx) подключено к шине приложений. При этом абоненты последовательно нумеруются. Каждый абонент записывает (сохраняет) особый идентификационный номер с сохранением информации при выключении питания, то есть при новом после выключения запуске особый идентификационный номер снова доступен и не пропадает при выключении. Все идентификационные номера в шлюзе также записываются с сохранением информации при выключении питания. После такой процедуры все подключенные абоненты шины оказываются сконфигурированными. Светодиод 28'' на шлюзе и светодиоды 48'' на абонентах шины постоянно включены и светятся.

Фиг.4В также соответствует ситуации, в которой система электрически отключена от шлюза относительно первичного напряжения 14 и подключена вновь. После включения шлюз последовательно проверяет всех подключенных абонентов шины и сравнивает их пошагово с внутренне записанной (сохраненной) заданной конфигурацией. В описанной ситуации заданная конфигурация совпадает (так как она остается неизменной) с подключенной конфигурацией абонентов (текущая конфигурация). Тем самым система остается готовой к работе.

Теперь отдельные абоненты шины могут управляться и контролироваться через контроллер шины вышестоящей (главной) открытой полевой шины. Если структура (конфигурация) подключенных приборов изменяется, например, посредством добавления или удаления приборов, то эта ситуация распознается шлюзом посредством отличающихся заданной и текущей конфигураций и отображается с помощью светодиода 28.

Фиг.4С показывает пример с имеющейся в наличии конфигурацией шлюза 20 и n абонентов с N1 по Nn шины, которые после конфигурирования готовы к работе. Если в эту система добавить одного или нескольких абонентов (Nin) шины, то после включения получается следующая картина. Светодиод 28', отображающий статус шлюза, мигает, так как существовавшая до сих пор заданная конфигурация (n абонентов шины) расходится с текущей конфигурацией (n+1 абонент шины). Кроме того, светодиод 48' первого (даже в случае нескольких добавленных абонентов) абонента Nin шины мигает, так как он или они не ожидался/ись шлюзом. Пользователь с помощью мигающих светодиодов может легко понять, где имеется отличие в текущей конфигурации. При помощи простого нажатия переключателя 27 конфигураций новая конфигурация автоматически перенимается от шлюза. После завершения автоматической конфигурации шины должна быть такая же ситуация для n+х абонентов шины, как она представлена для n абонентов на Фиг.4В.

Фиг.5 показывает применение по меньшей мере одного модуля питания 50 для создания группы G абонентов шины. При помощи модуля питания находящиеся за ним абоненты шины, в данном случае сменный модуль на комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор», оказываются изолированными от дополнительного источника 16 питания для абонентов, и осуществляется новое запитывание последних от дополнительного напряжения 16'. Шина 10 приложений соединяется шлейфом по каналу передачи данных относительно источника первичного напряжения 14 для электроники абонента шины 1:1 в модуле питания. При отключении запитанного от модуля питания дополнительного напряжения 16' абоненты шины, например контакторы, не находятся под напряжением. Электроника абонентов шины, однако, продолжает питаться и тем самым может дальше передавать статус актуатора, например положение контактов стартера мотора, на шлюз.

Использование модуля питания оказывается выгодным тем, что могут быть сформированы независимые группы комбинаций «защитный автомат электродвигателя - контактор», например аварийный выключатель цепи переключения, которые могут быть отдельно отключены. Использование модуля питания может происходить на произвольном месте в системе из штекерных соединений. Также несколько модулей питания могут быть встроены в систему из штекерных соединений, так что создаются несколько независимых групп абонентов шины.

Вышеназванные признаки системы и ее компоненты могут быть предусмотрены по отдельности или в комбинации друг с другом. Наряду с описанными вариантами исполнения возможны многие другие, у которых предусмотрен один единственный соединительный канал внутри системы для соединения абонентов шины и шлюза и для передачи управляющих данных и/или информации о статусе и энергии.

Изобретение касается промышленных переключающих устройств. Техническим результатом является то, что у системы и способа управления устройствами, объединенными в сеть с сетевым шлюзом посредством открытой полевой шины, предусмотрено упрощение такого рода, что дорогостоящая разводка исключается и пользователь с минимальными затратами на управление может осуществить проверку и конфигурирование системы, а при сообщениях об ошибке смог бы перезагрузить ее. Для этого у такой системы предусмотрен единственный разъемный соединительный канал (кабель) (8) внутри системы для соединения абонентов шины (N1-Nx) и шлюза (20) и для передачи управляющих данных и/или информации о статусе и энергии. В способе управления устройствами, объединенными в сеть при помощи шины со шлюзом посредством открытой полевой шины, для решения задачи шлюз в заданной конфигурации на выходе не ожидает абонентов шины (N1-Nx) и для принятия по меньшей мере одного абонента шины (N1-Nx) и генерации новой заданной конфигурации с по меньшей мере одним абонентом шины запускается режим конфигурации в шлюзе. 3 н. и 36 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система управления промышленными переключающими устройствами, являющимися абонентами (N1-Nx) шины, объединенными в сеть с сетевым шлюзом посредством открытой полевой шины (2), отличающаяся тем, что предусмотрен единственный разъемный канал (8) внутри системы для соединения абонентов (N1-Nx) шины и сетевого шлюза (20) и для передачи энергии и управляющих данных и/или данных о статусе.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что сетевой шлюз (20) расположен между открытой полевой шиной (2) и разъемным каналом (8) и снабжен соединительными устройствами для соединения с открытой полевой шиной (2), для подключения сетевого напряжения и разъемного канала (8).

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что сетевой шлюз (20) снабжен по меньшей мере одним интерфейсом для открытой полевой шины, по меньшей мере одним интерфейсом (22) для шины (10) приложений для управления и опроса по меньшей мере одного лежащего на шине (10) приложений актуатора или абонента шины (N1-Nx) и по меньшей мере одного информационного выхода для коммуникации с по меньшей мере одним абонентом (N1-Nx) шины.

4. Система по одному из п.п.1-3, отличающаяся тем, что предусмотрен контроллер шины для управления сетевым шлюзом (20).

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что сетевой шлюз (20) обладает по меньшей мере одним накопителем для реманентного резервного копирования записываемой сетевым шлюзом (20) конфигурации шины и для хранения имеющейся конфигурации какой либо или конкретной шины (10) приложений.

6. Система по одному из пп.1-3, 5, отличающаяся тем, что сетевой шлюз (20) содержит по меньшей мере первое штекерное гнездо (24) для подключения источника (14) напряжения и по меньшей мере второе штекерное гнездо (25) для обеспечения питания дополнительным напряжением (16), которое подведено или может быть подведено к абонентам (N1-Nx) шины.

7. Система по одному из пп.1-3, 5, отличающаяся тем, что сетевой шлюз (20) соединен или может быть соединен с по меньшей мере одним каналом управления для обращения к первому абоненту (N1) шины.

8. Система по одному из пп.1-3, 5, отличающаяся тем, что сетевой шлюз (20) снабжен по меньшей мере одним индикатором (28) статуса для отображения рабочих состояний абонентов (N1-Nx) шины и шинных коммуникаций, и/или тем, что по меньшей мере один из абонентов (N1-Nx) шины снабжен по меньшей мере одним индикатором для отображения собственного статуса.

9. Система по одному из пп.1-3, 5, отличающаяся тем, что сетевой шлюз (20) снабжен, по меньшей мере, одним исполнительным элементом (27) для запуска конфигурации шины подключенных через шину приложений абонентов (N1-Nx) шины.

10. Система по п.3, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из абонентов (N1-Nx) шины в качестве актуатора обладает по меньшей мере одним управляющим входом для опроса предыдущих абонентов шины и/или сетевого шлюза (20) и одним управляющим выходом для выбора последующих абонентов.

11. Система по п.3, отличающаяся тем, что по меньшей мере один абонент (N1-Nx) шины содержит по меньшей мере один управляющий и программируемый модуль для реализации коммуникации по шине и функциональности приложения актуатора.

12. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из абонентов (N1-Nx) шины снабжен устройством для подключения к сетевому напряжению (L1, L2, L3).

13. Система по п.6, отличающаяся тем, что по меньшей мере один абонент (N1-Nx) шины снабжен, по меньшей мере, одним устройством для прокладки шлейфов потока данных и/или дополнительного напряжения (16) с последующим абонентом шины или актуатора и/или для дальнейшей передачи дополнительного напряжения (16) на актуатор.

14. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из абонентов (N1-Nx) шины снабжен, по меньшей мере, одним устройством для выполнения действий актуатора и/или по меньшей мере одним устройством для извещения о действиях актуатора и/или о положении актуатора на шине приложений.

15. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из абонентов шины (N1-Nx) снабжен по меньшей мере одним устройством для записи идентификационного номера через сетевой шлюз (20).

16. Система по одному из пп.3, 5, 10, 11, 13, отличающаяся тем, что шина приложений является UN-шиной, с которой управляющие данные и/или информация о статусе и отклонение конфигурации шины приложения выполняются или могут выполняться через протокол, который состоит в особенности из кадра данных LIN с длиной массива данных от 1 до 8 байт.

17. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, отличающаяся тем, что конфигурация шины приложений в сетевом шлюзе (20) жестко записана в сетевом шлюзе (20).

18. Система по п.17, отличающаяся тем, что записанная конфигурация шины приложений перезаписываема контроллером шины.

19. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, отличающаяся тем, что по меньшей мере один абонент шины или актуатор (N1-Nx) является электрическим переключающим устройством.

20. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, отличающаяся тем, что по меньшей мере один абонент шины или актуатор (N1-Nx) представляет собой комбинацию «защитный автомат электродвигателя - контактор».

21. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, отличающаяся тем, что предусмотрен вставной или разъемный модуль (40) с по меньшей мере одним механическим индикатором (46) для отображения положения актуатора и/или по меньшей мере одним индикатором (48) для отображения собственного рабочего статуса.

22. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, отличающаяся тем, что предусмотрен вставной или разъемный модуль (40) с цифровым входом (44) для подключения коммутационного контакта с нулевым потенциалом.

23. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, отличающаяся тем, что предусмотрен вставной или разъемный модуль (40) с по меньшей мере, одним разъединением электрической цепи (45) для актуатора.

24. Система по п.21, отличающаяся тем, что вставной или разъемный модуль (40) расположен на комбинации «защитный автомат электродвигателя - контактор».

25. Система по п.24, отличающаяся тем, что вставной или разъемный модуль (40) включает вспомогательное напряжение (16) на катушке контактора.

26. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, 24, 25, отличающаяся тем, что между абонентами (N1-Nx) шины промежуточно включен модуль (50) питания, который соединяет шлейфом поток данных с последующими абонентами шины и/или не соединяет шлейфом источник дополнительного напряжения.

27. Система по п.26, отличающаяся тем, что предусмотрен внешний источник напряжения, который подводит к модулю (50) питания дополнительное напряжение (16'), которое передается к следующим абонентам шины.

28. Система по п.27, отличающаяся тем, что модуль (50) питания снабжен по меньшей мере одним индикатором (58) для отображения наличия внешнего дополнительного напряжения (16).

29. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, 24, 25, 27, 28, отличающаяся тем, что по меньшей мере один абонент шины или актуатор (N1-Nx) содержит механический индикатор (46) для отображения положений актуатора.

30. Система по одному из пп.1-3, 5, 10, 11, 13, 18, 24, 25, 27, 28, отличающаяся тем, что по меньшей мере один датчик для регистрирования физических величин расположен в ряду абонентов (N1-Nx).

31. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанные устройства представляют собой контакторы, стартеры моторов, силовые выключатели и/или измерительные сенсоры.

32. Способ управления промышленными переключающими устройствами в схеме переключения, объединенными в сеть с сетевым шлюзом (20) посредством открытой полевой шины с системой по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что сетевой шлюз (20) в заданной конфигурации на выходе не ожидает абонентов (N1-Nx) шины и для принятия по меньшей мере одного абонента (N1-Nx) шины и генерации новой заданной конфигурации с по меньшей мере одним абонентом шины запускают режим конфигурации в сетевом шлюзе (20).

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что в режиме конфигураций через шину (10) приложений сетевым шлюзом (20) проверяют, сколько абонентов (N1-Nx) шины подключено к шине (10) приложений, причем абоненты (N1-Nx) шины пронумерованы.

34. Способ по п.33, отличающийся тем, что каждый абонент (N1-Nx) шины сохраняет свой особый идентификационный номер и/или идентификационный номер сетевого шлюза (20) с сохранением информации при выключении питания.

35. Способ по одному из пп.32-34, отличающийся тем, что после регистрации всех абонентов (N1-Nx) шины эту конфигурацию реманентно записывают или могут записывать в сетевом шлюзе (20) как заданную конфигурацию и осуществляют обмен или могут осуществлять обмен управляющими данными и/или данными о статусе между сетевым шлюзом (20) и абонентами шины (N1-Nx).

36. Способ по п.32, отличающийся тем, что указанные устройства представляют собой контакторы, стартеры моторов, силовые выключатели и/или измерительные сенсоры.

37. Устройство переключения, управляемое посредством системы по одному из пп.1-31, отличающееся тем, что устройство переключения снабжено по меньшей мере одним управляющим входом для опроса предыдущего переключающего устройства, являющегося абонентом шины, и/или сетевого шлюза (20) и одним управляющим выходом для выбора последующего переключающего устройства, являющегося дальнейшим абонентом шины.

38. Устройство переключения по п.37, отличающееся тем, что устройство переключения содержит по меньшей мере один управляющий и программируемый модуль для осуществления коммуникации по шине и функциональности приложения актуатора.

39. Устройство переключения по п.37 или 38, отличающееся тем, что устройство переключения снабжено по меньшей мере одним устройством для записи идентификационного номера через сетевой шлюз (20).