專利名稱：電氣現(xiàn)場設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電氣現(xiàn)場設(shè)備，其具有由計算機控制的中央控制部件和至少一個帶有數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的輸入/輸出部件，其中，該中央控制部件和該至少一個輸入/輸出部件通過數(shù)據(jù)總線相互連接。
背景技術(shù)：
自動化控制的過程，例如工業(yè)生產(chǎn)過程或者對于水、煤氣或電能的分配過程，通常由所謂的自動化設(shè)備來控制。自動化設(shè)備具有靠近過程設(shè)置的所謂的現(xiàn)場設(shè)備，它們?yōu)榱诉^程自動化而實現(xiàn)不同的任務(wù)。例如，可以將這種現(xiàn)場設(shè)備構(gòu)造成測量設(shè)備、引導(dǎo)和控制設(shè)備、保護設(shè)備或者用于監(jiān)視被控過程的質(zhì)量特征量的設(shè)備。通常利用現(xiàn)場設(shè)備采集待控過程的測量數(shù)據(jù)并且根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的功能進一步處理。為了能夠交換數(shù)據(jù)，通?，F(xiàn)場設(shè)備相互間和/或與中央或者分散設(shè)置的調(diào)度臺(Leitstelle)連接以進行通信。
這種現(xiàn)場設(shè)備例如由西門子設(shè)備手冊“SIPROTEC，Distanzschutz 7SA6，V4.3”訂貨號碼C53000-G1100-C156-3所公開。該設(shè)備手冊尤其在“Montageund Inbetriebsetzung(安裝和投入運行)”一章(389頁起)中描述了一種按照保護設(shè)備形式的電氣現(xiàn)場設(shè)備，其中，作為中央控制部件和至少一個輸入/輸出部件的處理器部件通過作為數(shù)據(jù)總線的扁平電纜相互連接。
這些公知的現(xiàn)場設(shè)備通常由制造商按照客戶在對現(xiàn)場設(shè)備訂貨時就已經(jīng)確定的并且可以根據(jù)訂貨號碼識別的數(shù)量構(gòu)架(Mengengruest)提供，也就是說，例如根據(jù)該預(yù)先給定確定由對應(yīng)的現(xiàn)場設(shè)備提供的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的數(shù)量。為了控制有關(guān)的現(xiàn)場設(shè)備，在中央控制部件中包含的內(nèi)部設(shè)備軟件(固件)與該數(shù)量構(gòu)架相匹配。該匹配或者由制造商預(yù)先確切地給定，或者可以在特定的范圍內(nèi)借助于對設(shè)備軟件通常的手動配置來設(shè)定。在初次投入運行或者在可能的改變時(例如為現(xiàn)場設(shè)備增加其它的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出)必須經(jīng)常進行對現(xiàn)場設(shè)備的昂貴的重新配置。為此，必須執(zhí)行重新匹配的固件，或者(如果可能的話)手動將設(shè)備軟件的配置與新的數(shù)量構(gòu)架匹配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，將本文開始部分所述類型的電氣現(xiàn)場設(shè)備這樣構(gòu)成，使得可以相對簡單地將設(shè)備軟件與其數(shù)量構(gòu)架進行匹配。
按照本發(fā)明，上述技術(shù)問題是通過本文開始部分給出類型的電氣現(xiàn)場設(shè)備來解決的，其中，通過至少一個輸入/輸出部件提供給定其數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的部件參數(shù)，以用于由中央控制部件的調(diào)用。本發(fā)明的現(xiàn)場設(shè)備的重要優(yōu)點在于，該至少一個輸入/輸出部件已經(jīng)自身提供了關(guān)于其數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的信息。在此，將數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的類型理解為其是否為數(shù)據(jù)輸入或者數(shù)據(jù)輸出。通過這種方式可以盡可能地省略用于對現(xiàn)場設(shè)備匹配的手動設(shè)置，并且可以自動地進行配置。
在本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的一種優(yōu)選的實施方式中，該至少一個輸入/輸出部件具有一個用于與數(shù)據(jù)總線連接的接口，以及借助于該接口提供所述部件參數(shù)。這樣可以不需要額外部件而僅僅通過該接口提供部件參數(shù)。
為此，該接口可以具有一個其中存儲部件參數(shù)的存儲器元件。不過，也可以將該存儲元件從接口中取出而設(shè)置到輸入/輸出部件中。可以從存儲部件中讀取部件參數(shù)并傳送至中央控制部件，在那里將其用于自動配置現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)量構(gòu)架。
取代其中存儲了部件參數(shù)的存儲元件，還可以按照本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的一種擴展，接口具有用于與數(shù)據(jù)總線電連接的接頭，其中，通過在輸入/輸出部件一端預(yù)先給出的該接頭的布局來提供部件參數(shù)。由此，可以按照簡單的方式設(shè)置機械編碼的類型，利用該編碼給出部件參數(shù)。例如，特定占用(即例如施加了電壓)的接頭的數(shù)量可以給出現(xiàn)有數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的數(shù)量。然后可以通過其它預(yù)留接頭的布局判斷其分別是數(shù)據(jù)輸入還是數(shù)據(jù)輸出。
數(shù)據(jù)總線可以任意、例如作為并行數(shù)據(jù)總線構(gòu)成。不過，按照本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的另一種實施方式，如果數(shù)據(jù)總線是傳輸率至少是100Mbit/s的串行數(shù)據(jù)連接，則被視為特別具有優(yōu)勢。利用這種串行數(shù)據(jù)連接可以將數(shù)據(jù)在各個輸入/輸出部件和控制部件之間按照必須的速度進行傳送。對應(yīng)的快速串行數(shù)據(jù)連接例如是按照IEEE1394標準化的所謂火線接口或者USB 2.0。
在本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的一種優(yōu)選的實施方式中，數(shù)據(jù)總線構(gòu)造用來進行電平分離的、差分的數(shù)據(jù)傳輸。通過數(shù)據(jù)總線的這種構(gòu)造可以進一步排除數(shù)據(jù)總線的各個傳送通道相互間的影響。在此，電平分離意味著，在各個傳送通道之間沒有與地或者電壓源的電連接；差分數(shù)據(jù)傳輸被理解為這樣類型的數(shù)據(jù)傳輸，即，有效信號借助于一個傳送通道的兩條導(dǎo)線進行傳送，而接收器從兩個信號電平的差值中重建該有效信號。通過建立差分消除了對該傳送通道的兩條導(dǎo)線起同等作用的干擾和影響。
優(yōu)選地，數(shù)據(jù)總線還可以通過光波導(dǎo)體數(shù)據(jù)連接實現(xiàn)。利用光波導(dǎo)體可以保證在盡可能無干擾運行的條件下的高傳輸率。
在本發(fā)明現(xiàn)場設(shè)備的另一種優(yōu)選的實施方式中，數(shù)據(jù)總線經(jīng)過電氣現(xiàn)場設(shè)備延長出來，并且除了該至少一個輸入/輸出部件之外，至少另一個輸入/輸出部件通過該被延長的數(shù)據(jù)總線與中央控制部件連接。按照這種方式，可以在一個現(xiàn)有現(xiàn)場設(shè)備中實現(xiàn)的數(shù)量構(gòu)架不再局限于該現(xiàn)場設(shè)備的機殼規(guī)模。即，如果在現(xiàn)場設(shè)備機殼中的空間不夠的話，則可以按照簡單的方式將一個或者多個其它的輸入/輸出部件設(shè)置在實際現(xiàn)場設(shè)備的外部，并且通過數(shù)據(jù)總線與該現(xiàn)場設(shè)備連接。
為了保護這種外部輸入/輸出部件免受外部的影響，可以優(yōu)選地將該至少另一個輸入/輸出部件安裝在一個單獨的機殼中。
為了進一步減小各個輸入/輸出部件相互間的影響，每個輸入/輸出部件具有一個自身的電壓源。
此外，電氣現(xiàn)場設(shè)備可以具有一個用于顯示部件參數(shù)的顯示裝置。
此外，上述技術(shù)問題通過一種用于配置電氣現(xiàn)場設(shè)備的方法來解決，其中，電氣現(xiàn)場設(shè)備具有由計算機控制的中央控制部件和至少一個帶有數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的輸入/輸出部件，其中，該方法包括下列步驟通過相應(yīng)的輸入/輸出部件提供給定相應(yīng)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的部件參數(shù)，并且將該部件參數(shù)傳送至所述中央控制部件；在完成對所述電氣現(xiàn)場設(shè)備的配置的條件下，將該部件參數(shù)輸入該中央控制部件的、控制該至少一個輸入/輸出部件的硬件驅(qū)動器中。
按照這種方式，通過將在每個輸入/輸出部件上已經(jīng)存在的、關(guān)于該現(xiàn)有數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的信息傳送至所述中央控制部件，并且將該信息輸入控制該輸入/輸出部件的硬件驅(qū)動器中，可以按照相對簡單的方式執(zhí)行自動配置。
優(yōu)選地，可以在本發(fā)明的方法中將部件參數(shù)在顯示裝置上顯示出來。按照這種方式可以將現(xiàn)場設(shè)備的當前數(shù)量構(gòu)架借助于顯示裝置(例如顯示器)在現(xiàn)場設(shè)備上顯示出來，使得現(xiàn)場設(shè)備的運行者可以看出相應(yīng)的當前數(shù)量構(gòu)架。
按照本發(fā)明方法的另一種優(yōu)選的實施方式，將部件參數(shù)以不含直流的編碼方式通過數(shù)據(jù)連接傳送。通過不含直流的編碼可以最小化在各個輸入/輸出部件和中央計算部件之間的影響和干擾。
最后，按照本發(fā)明方法的另一種優(yōu)選的實施方式，將部件參數(shù)以至少100Mbit/s的傳輸率通過數(shù)據(jù)連接傳送。按照這種方式，數(shù)據(jù)可以在輸入/輸出部件和計算部件之間按照所要求的速度進行傳送。


為了進一步說明本發(fā)明，圖1示出了電氣現(xiàn)場設(shè)備的一個實施方式，并且圖2示出了電氣現(xiàn)場設(shè)備的另一個實施方式。
具體實施例方式
圖1示出了電氣現(xiàn)場設(shè)備1，其具有一個由計算機控制的中央控制部件2和多個輸入/輸出部件3a至3f。通過輸入/輸出部件3a至3f現(xiàn)場設(shè)備1與一個在圖1中未示出的待控制過程、例如電能供應(yīng)導(dǎo)線連接。為此，在該過程上設(shè)置了變換裝置，通過該變換裝置將過程值轉(zhuǎn)換為可由現(xiàn)場設(shè)備1處理的測量值，并且送到現(xiàn)場設(shè)備1的輸入/輸出部件3a至3f中。
由輸入/輸出部件3a至3f記錄的測量值傳送到中央控制部件2上，并在那里借助于計算裝置5處理。為此，輸入/輸出部件3a至3f和中央控制部件2通過按照傳輸率至少是100Mbit/s的串聯(lián)數(shù)據(jù)連接形式的數(shù)據(jù)總線4連接。例如，這種串行數(shù)據(jù)連接可以按照一般作為“火線”公知的、用于串行高速數(shù)據(jù)連接的標準來實施。由此，保證了輸入/輸出部件3a至3f和中央控制部件2之間的快速數(shù)據(jù)傳輸。為了防止在數(shù)據(jù)傳輸中的干擾，串行數(shù)據(jù)總線4要么借助于光波導(dǎo)體實施，要么借助于差分、電平隔離的電數(shù)據(jù)連接實施。
由輸入/輸出部件3a至3f記錄的測量值通過數(shù)據(jù)總線4傳送至中央控制部件2，并在那里借助于例如可以是微處理器的計算裝置5進行處理。為此，計算裝置5執(zhí)行一個在中央控制部件2中預(yù)定的設(shè)備軟件。
在現(xiàn)場設(shè)備1初次投入運行或者改變(例如為現(xiàn)場設(shè)備增加其它的輸入/輸出部件)時，必須將該設(shè)備軟件與該現(xiàn)場設(shè)備1的新數(shù)量構(gòu)架匹配。為此，該設(shè)備軟件具有一個硬件驅(qū)動器6，其對輸入/輸出部件3a至3f進行管理并且控制輸入/輸出部件3a至3f和中央控制部件2之間的通信。
為了高效率地設(shè)置硬件驅(qū)動器6并由此設(shè)置中央控制部件2的設(shè)備軟件，輸入/輸出部件3a至3f分別具有一個存儲元件7a至7f，其中存放給定相應(yīng)輸入/輸出部件提供的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的部件參數(shù)。例如假定輸入/輸出部件3a具有5個數(shù)據(jù)輸入和8個數(shù)據(jù)輸出。類似地，其它輸入/輸出部件3b至3f可以分別具有各自的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的組合。在相應(yīng)輸入/輸出部件與中央控制部件2之間的首次數(shù)據(jù)連接中，將對應(yīng)的輸入/輸出部件3a至3f的有關(guān)部件參數(shù)傳送至中央控制部件2上。在那里將部件參數(shù)輸入到硬件驅(qū)動器6中，該硬件驅(qū)動器6隨后使得中央控制部件2可以對相應(yīng)輸入/輸出部件3a至3f的各個數(shù)據(jù)輸入或數(shù)據(jù)輸出進行管理。
如圖1所示，存儲元件7a至7f可以作為單獨的元件實現(xiàn)。不過，也可以將相應(yīng)的存儲元件集成在輸入/輸出部件的接口中，以便與數(shù)據(jù)總線電連接。
此外，取代存儲元件也可以按照接口的對應(yīng)實施的接頭布局的形式設(shè)置部件參數(shù)的純機械的編碼。
為了使各個輸入/輸出部件3a至3f和中央控制部件2不相互影響，利用不含直流的傳輸編碼進行數(shù)據(jù)傳輸。按照這種方式，不由各個輸入/輸出部件3a至3f在數(shù)據(jù)總線4的導(dǎo)線上產(chǎn)生按照恒定的高或低狀態(tài)形式的直流，該直流由于其直流作用可能導(dǎo)致各個輸入/輸出部件3a至3f相互間的影響或?qū)χ醒肟刂撇考?的影響，或者導(dǎo)致所傳送數(shù)據(jù)的不可信。不含直流的傳輸編碼的一個例子例如是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中使用的曼徹斯特碼。
圖2中示出了電氣現(xiàn)場設(shè)備的另一個實施方式，其中，為了清楚起見與圖1中類似的部件標記了相同的參考標記。按照圖2，為了擴展現(xiàn)有電氣現(xiàn)場設(shè)備1，將一個具有其它輸入/輸出部件3g和3h的外部機殼10連接到電氣現(xiàn)場設(shè)備1上，該輸入/輸出部件3g和3h本來在現(xiàn)場設(shè)備1的原始機殼中不再有位置。為此，串行數(shù)據(jù)總線4經(jīng)過電氣現(xiàn)場設(shè)備的機殼延長出來，并且引入到分離的外部機殼10中。利用串行數(shù)據(jù)總線4的該延長來連接其它輸入/輸出部件3g和3h。這些其它輸入/輸出部件3g和3h與輸入/輸出部件3a至3f類似也具有存儲元件7g和7h，其中存放給定每個輸入/輸出部件上現(xiàn)有的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的部件參數(shù)。電氣現(xiàn)場設(shè)備1的中央控制部件2的硬件驅(qū)動器6與新引入的輸入/輸出部件3g和3h的匹配，按照類似于圖1描述的通過傳送并輸入新引入的輸入/輸出部件3g和3h的部件參數(shù)的方式進行。因為串行數(shù)據(jù)總線4提供了至少100Mbit/s的高數(shù)據(jù)傳輸速度，數(shù)據(jù)總線4可以經(jīng)過電氣現(xiàn)場設(shè)備1的原始機殼向外延長而不帶來就傳輸速度而言的缺點。
為了避免各個輸入/輸出部件3a至3h相互間的、可能通過共同供電造成的干擾，每個輸入/輸出部件3a至3h配備了一個自身的電壓源8a至8h。通過這種方式，針對一個輸入/輸出部件的由于其供電而帶來的干擾被限制在該一個輸入/輸出部件上，而不施加到所有的輸入/輸出部件上。
此外，如在圖2中高度示意表示出的那樣，現(xiàn)場設(shè)備1具有顯示裝置11，其可以是現(xiàn)場設(shè)備1的直接的組成部分或者是單獨的顯示裝置。借助于該顯示裝置11可以顯示由現(xiàn)場設(shè)備1自動配置的、現(xiàn)場設(shè)備1的數(shù)量構(gòu)架，即所有帶有其所屬的數(shù)據(jù)輸入以及數(shù)據(jù)輸出的輸入/輸出部件3a至3h。由此，電氣現(xiàn)場設(shè)備1的運行者可以查看并檢查該數(shù)量構(gòu)架。
權(quán)利要求
1.一種電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其具有-由計算機控制的中央控制部件(2)和-至少一個帶有數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的輸入/輸出部件(3a-3f)，其中，-該中央控制部件(2)和該至少一個輸入/輸出部件(3a-3f)通過數(shù)據(jù)總線(4)相互連接，其特征在于，-通過該至少一個輸入/輸出部件(3a-3f)提供給定其數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的部件參數(shù)，以用于通過中央控制部件(2)的調(diào)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，-所述至少一個輸入/輸出部件(3a-3f)具有用于與所述數(shù)據(jù)總線(4)連接的接口，以及-借助于該接口提供所述部件參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述至少一個輸入/輸出部件(3a-3f)具有包含所述部件參數(shù)的存儲器元件(7a-7f)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，-所述接口具有用于與所述數(shù)據(jù)總線(4)電連接的接頭，其中，通過在所述輸入/輸出部件(3a-3f)一端預(yù)先給出的該接頭的布局來提供部件參數(shù)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)總線(4)是傳輸率至少為100Mbit/s的串行數(shù)據(jù)連接。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)總線(4)構(gòu)造用來進行電平分離的、差分的數(shù)據(jù)傳輸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，-所述數(shù)據(jù)總線(4)是光波導(dǎo)體數(shù)據(jù)連接。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)總線(4)經(jīng)過所述電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)延長出來，并且-除了所述至少一個輸入/輸出部件(3a-3f)之外，至少另一個輸入/輸出部件(3g，3h)通過該被延長的數(shù)據(jù)總線(4)與所述中央控制部件(2)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，所述至少另一個輸入/輸出部件(3g，3h)安裝在一個單獨的機殼(10)中。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，每個輸入/輸出部件(3a-3h)都具有自身的電壓源(8a-8h)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其特征在于，-所述電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)具有用于顯示部件參數(shù)的顯示裝置(11)。
12.一種用于配置電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)的方法，其中，所述電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)具有由計算機控制的中央控制部件(2)和至少一個帶有數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的輸入/輸出部件(3a-3f)，其中，該方法包括下列步驟-通過相應(yīng)輸入/輸出部件(3a-3f)提供給定相應(yīng)數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的部件參數(shù)；-將該部件參數(shù)傳送至所述中央控制部件(2)；-在完成所述電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)的配置的條件下，將該部件參數(shù)輸入到該中央控制部件(2)的、控制該至少一個輸入/輸出部件(3a-3f)的硬件驅(qū)動器(6)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，將所述部件參數(shù)在顯示裝置(11)上顯示出來。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，將所述部件參數(shù)按照不含直流的編碼形式通過數(shù)據(jù)連接傳送。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的方法，其特征在于，將所述部件參數(shù)以至少100Mbit/s的傳輸率通過數(shù)據(jù)連接傳送。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)，其具有由計算機控制的中央控制部件(2)和至少一個帶有數(shù)據(jù)輸入和/或數(shù)據(jù)輸出的輸入/輸出部件(3a－3f)，其中，該中央控制部件(2)和該至少一個輸入/輸出部件(3a－3f)通過數(shù)據(jù)總線(4)相互連接。為了將這種電氣現(xiàn)場設(shè)備這樣構(gòu)成，使得可以相對簡單地將現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)備軟件與其數(shù)量構(gòu)架進行匹配，通過至少一個輸入/輸出部件(3a－3f)提供給定其數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的類型和數(shù)量的部件參數(shù)，以用于通過中央控制部件的調(diào)用。此外，本發(fā)明還涉及一種用于配置電氣現(xiàn)場設(shè)備(1)的方法。
文檔編號G05B19/042GK1977223SQ200580000336
公開日2007年6月6日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月24日
發(fā)明者安德烈亞斯·朱里希, 伯特·溫克勒 申請人:西門子公司