自动化系统的终端设备、终端设备装置以及用于运行自动化系统的终端设备的方法与流程

本发明涉及一种用于自动化系统的终端设备，该终端设备具有至少一个传感器，用于提供与物理参量有关的传感器信号；和/或具有至少一个执行器，用于根据动作信号来提供动作；以及具有一个处理装置，该处理装置被构造用于将传感器的传感器信号处理成传感器数据和/或被构造用于将动作指令处理成用于执行器的动作信号，其中所述处理装置包括参数存储器，在所述参数存储器中存储有用于处理传感器信号的参数和/或用于处理动作指令的参数，而且其中所述处理装置为了输出传感器数据和/或参数和/或为了接收动作指令和/或参数、尤其是仅仅为了接收动作指令和/或参数而按照IO-Link通信协议与通信接口相连。此外，本发明还涉及一种终端设备装置（Endgeraeteanordnung）以及一种用于运行自动化系统的终端设备的方法。

背景技术：

自动化系统通常被用于使机器（如机床或者安装设备）或者设施（如化学反应器或者生物反应器）自动地运行。在此，上级控制装置、尤其是存储可编程控制器（SPS）通常被用于控制或者调节在机器或者设施中的不同的过程。这些过程例如可以是机器的机器零件的动作或者可以是在设施中的配料过程或者混合过程。根据机器或者设施的复杂度，自动化系统包括一个或多个系统层，在所述系统层上，数据（如动作指令）由控制装置来输出而传感器测量值由控制装置来接收，以便能够实现按照预先给定的流程按次序地控制机器或者设施。

例如，在自动化系统中，通过现场总线来设置在第一系统层的通信，在所述第一系统层上，复杂的操作指示（如动作指令）和复杂的数据组（如传感器数据）可以以数字形式作为现场总线报在上级控制装置与被连接在现场总线上的现场设备之间传输。这些现场设备在其方面（ihrerseits）用于将被包含在现场总线报中的信息、尤其是动作指令和其它的控制指示转换成第二信号层的经简化的信号形式、尤其是转换成切换或者控制信号，以便能够实现对终端设备（诸如执行器或者传感器）的操控。

通常，在现场设备与所连接的执行器和传感器之间的通信借助于简单的切换信号来设置，其中该切换信号根据要传输的信息内容选择性地、尤其是在0至24伏特的电压范围内具有“低（Low）”电平或者“高（High）”电平。在这种情况下，通过现场设备对执行器的操控以及传感器与现场设备的通信都以电的点对点连接为形式来设置。与此相应，每个传感器或者执行器都分配有与现场设备的单独的电缆连接。

自从一段时间以来，所谓的IO-Link通信协议被用作对1位切换信号（1-Bit-Schaltsignal）在现场设备与执行器或传感器之间的传输的完全兼容的替代。在IO-Link通信协议中，通过相同的简单地被保持的电缆连接来传输数字通信信号，而不是所述简单的切换信号，使得可以在现场设备与所连接的终端设备之间交换附加的信息。这些信息例如是用于对被集成在现场设备中的传感器和/或执行器进行参数化的参数。对于执行器来说，也可以传输用于操控执行器的动作指令，所述动作指令超越了纯的切换过程而例如能够实现对执行器的成比例的操控。

为了执行按照IO-Link通信协议的通信，终端设备必须装备有适当的通信接口，该通信接口在其方面与被构造在终端设备中的处理装置、尤其是微处理器相连。在此，处理装置和通信接口被构造为使得相对应地来装备的终端设备可以在使用IO-Link通信协议的情况下选择性地作为所谓的“装置（Device）”被耦合在所谓的“主机（Master）”上，以便可以通过传输经数字化的数据组来充分利用该终端设备的被扩展的功能性。

可替换地，有IO-Link能力的终端设备可以以传统的方式在没有为了使用IO-Link通信协议被装备的现场设备上运行，其中在这种情况下，仅仅能够实现将切换信号作为动作指令或者传感器数据来传输。因此，IO-Link通信协议的强项（Staerke）在于：相对应地来装备的终端设备不仅可以被集成到现有的机器或者设施中用于输出和/或处理切换信号，而且可替换地可以在使用具有被扩展的功能范围（Funktionsumfang）的IO-Link通信协议的情况下被连接在适当地来装备的现场设备上。

IO-Link通信协议在名称“用于小型传感器和执行器的单点数字通信接口（Single-drop digital communication interface for small sensors and actuators）”（SDCI）的情况下以IEC61131-9标准来标准化，其中这里不仅规定了电连接数据（elektrische Anschlussdaten）而且规定了数字通信协议，通过该数字通信协议，终端设备可以与现场设备开始数据交换。也被构造为IO-Link传感器和/或IO-Link执行器的终端设备示范性地可以包含如下装置：Maxim公司的收发器MAX14821。相对应的IO-Link主机例如可以装备有如下IO-Link主机：收发器MAX14824。

在应用根据IO-Link通信协议公知的边界条件时，例如通过被构造为IO-Link主机的现场设备来设置对有IO-Link能力的终端设备的参数化，所述被构造为IO-Link主机的现场设备为此装备有相对应的主机通信模块，而且可以单独地对每个与点对点连接进行连接的终端设备进行参数化。只要在其中现场设备没有根据IO-Link通信协议来工作的自动化系统中设置有对终端设备的使用，对终端设备的参数化就借助于独立的编程设备来设置，利用所述独立的编程设备，可以通过相应的终端设备的通信接口来提供为了运行该终端设备所需的参数。

技术实现要素：

本发明的任务在于：提供一种终端设备、一种终端设备装置以及一种用于运行终端设备的方法，在所述终端设备、终端设备装置和方法中能够实现经简化的参数化。

该任务按照具有权利要求1的特征的第一发明方面来解决。在这种情况下规定：处理装置包括转接装置，该转接装置用于在第一功能状态与第二功能状态之间至少部分地转接该处理装置，其中该处理装置在第一功能状态下在外部的询问信号到达时被构造用于将传感器数据和/或参数输出给通信接口，而在第二功能状态下被构造用于提供初始化信号并且将被存储在参数存储器中的参数输出给通信接口。

在此，第一功能状态对应于终端设备的处理装置和通信接口的常见的运行方式。只要该终端设备与常规的、没有IO-Link能力的现场设备相连，在第一功能状态下就进行切换信号在终端设备与现场设备之间的传输和/或接收。而如果该终端设备与有IO-Link能力的现场设备相连，那么在第一功能状态下按照IO-Link通信协议在现场设备与终端设备之间进行数据交换。在这种情况下，相对于作为“主机”来工作的现场设备，终端设备表现为“装置”。除了物理参量的被测量的测量值之外，作为补充或者可替换地，在此所传输的传感器数据也可包括关于所连接的执行器的状态的信息和/或诊断信息。在此从参数存储器传输的参数可包括用于处理传感器信号的参数和/或用于处理动作指令的参数。

在第二功能状态下，按照本发明的终端设备可占据（einnehmen）主机功能，因为在第二功能状态下，该终端设备可以将“主机”有资格完成的（vorbehalten）初始化信号输出给另一终端设备，而且紧接着也可以将多个或者全部被包含在参数存储器中的参数输出给所述另一终端设备。尤其是当该终端设备与另一有IO-Link能力的终端设备通过连接电缆来耦合并且被存储在参数存储器中的参数应该被传输给所述另一终端设备时，这才是有意义的。因此，按照本发明的终端设备在第二功能状态下可以以用于其它的终端设备的编程设备的类型来运行，而对此不需要其它的技术预防措施（technische Vorkehrung）。被分配给处理装置的转接装置例如可以以用电路技术方式来实现的转接器的形式和/或以在处理装置上有运行能力的程序模块的形式来构造。与此相应，在将处理装置转接到第二功能状态下时，脱离（abseits）终端设备的规范而将该终端设备用作就IO-Link通信协议而言的“装置”。在第二功能状态下从参数存储器传输的参数可包括用于处理传感器信号的参数和/或用于处理动作指令的参数。

本发明的有利的改进方案在从属权利要求中被说明。

适宜的是：处理装置分配有操作装置和显示装置，其中所述操作装置被构造用于将转接信号提供给转接装置，而所述显示装置被构造用于显示处理装置的相应的功能状态。例如，操作装置被构造为按键开关、旋钮或者操作界面并且由操作者能够实现用户输入。该用户输入例如可能集中于在第一功能状态与第二功能状态之间转接终端设备的处理装置。在相对应的用户输入的情况下，操作装置被设置用于将转接信号提供给转接装置，由此，在处理装置的两个功能状态之间的所希望的转接被执行。显示装置可以被构造为单个的光源（Leuchte）或者被构造为照明装置、尤其是被构造为多段显示装置或者显示器，和/或被构造用于声音地或者以其它方式可被操作者察觉地显示处理装置的相应的功能状态。有利的是：显示装置在第二功能状态期间持久地显示第二功能状态被占据，以便向用户显示：在按照本发明的终端设备与另一终端设备之间的可能进行的参数传输不应该被中断。

在本发明的一有利的改进方案中规定：操作装置被构造用于将参数输入到参数存储器中和/或显示装置被构造用于显示所输入的参数。尤其是当终端设备应该与没有被构造用于按照IO-Link通信协议的数据传输的自动化系统一起运行时，将操作装置用于参数输入是有益处的。因此，按照IO-Link通信协议的可能会容许对终端设备的简单的参数化的主机没有被提供用于对相应的终端设备的参数化。在这种情况下，例如在被构造为传感器的终端设备中可以借助于操作装置进行对切换点的规定，所述切换点在该传感器的相对应的测量值存在时导致由终端设备来输出切换信号。接着，为了可以将借助于操作装置来进行的对终端设备的参数化以简单的方式传输到其它的有IO-Link能力的终端设备上，而不必为此采用IO-Link主机或者独立的编程设备，可以借助于按照本发明的终端设备进行对所述其它的终端设备的参数化。此外，还有利的是：显示装置显示所述一个或多个被输入的参数，以便使得用户能够检验所希望的设定。

在本发明的另一构建方案中规定：通信接口、尤其是仅仅通信接口被构造用于连接端子、尤其是确切地说对连接电缆的连接。因此，该通信接口准确地对应于预先给定（Vorgabe），如所述预先给定按照IO-Link通信协议被设置用于对连接电缆的连接的那样，该连接电缆适合于按照IO-Link通信协议的通信。优选地，该通信接口具有3或5个接线端子，按标准的连接电缆的相应的线路可以被连接在所述3或5个接线端子上。特别有利的是：该终端设备除了被设置用于对连接电缆的连接的通信接口之外不包括其它的电接线端子，因为就此可以确保终端设备的特别简单的构造方式。

优选地规定：通信接口包括用于IO-Link终端设备的通信模块，该通信模块被构造用于接收上级控制装置或者现场设备的动作指令和参数并且被构造用于将传感器数据和参数发送给上级控制装置或者发送给现场设备；而且处理装置被构造用于操控通信模块，使得该通信模块在处理装置的第二功能状态下有能力来将初始化信号提供给通信接口。在按照本发明的终端设备中的通信模块有关功能性被设计为就IO-Link通信协议而言的“装置”，附加的功能出于成本原因没有被设置。因此，通信模块可以将在通信接口上到达的动作指令和参数转换为数据格式，该数据格式可以由处理装置来处理。此外，该通信模块还被构造用于将由处理装置提供的传感器数据和参数转换为按照IO-Link通信协议的数据格式。

该通信模块尤其是可以是集成电路，该集成电路从其概念上看仅仅被构造用于作为就IO-Link通信协议而言的“装置”来使用。然而，按照本发明，在处理装置的第二功能状态下，以如下方式和方法来设置对通信模块的操控，该方式和方法允许：通过该通信模块将初始化信号提供给通信接口并且从该通信接口开始将初始化信号通过连接电缆提供给另一有IO-Link能力的终端设备，而且借此开始所述另一有IO-Link能力的终端设备的参数化过程。示范性地，该通信模块以一种超越其标准功能的方式来运行。这能够通过在所述处理装置方面的适当的操控来实现。优选地，通信模块包括电平转换器或者被构造为电平转换器。特别优选地，由在第二功能状态下的处理装置预先给定相对应的信号电平和信号序列，所述信号电平和信号序列由通信模块以适当的方式来转换，使得在第二功能状态下，所希望的初始化信号可以被提供给通信接口。

按照第二发明方面，本发明的任务通过一种终端设备装置来解决，该终端设备装置包括第一终端设备和第二终端设备，所述第一终端设备和第二终端设备两者都具有一个按照IO-Link通信协议来配置的通信接口，其中所述终端设备中的至少一个根据权利要求1至5之一来构造，以及利用连接电缆被构造用于在所述终端设备之间传输初始化信号以及参数。利用这种终端设备装置，通过按照本发明的终端设备对有IO-Link能力的终端设备进行参数化是可能的，其中不仅按照本发明的终端设备而且要进行参数化的终端设备确切地说都分别具有一个IO-Link通信接口。根据对参数化过程的执行，两个终端设备都可以以常见的方式被用作在具有有IO-Link能力的现场设备的自动化系统之内的“装置”，或者被用作在没有有IO-Link能力的现场设备的自动化系统中的终端设备。

按照第三发明方面，本发明的任务通过一种按照权利要求7所述的方法来解决。该方法被设置用于运行自动化系统的终端设备，其中该终端设备包括传感器和/或执行器以及处理装置，该处理装置为了输出传感器数据和/或参数和/或为了接收动作指令和/或参数、尤其是仅仅为了接收动作指令和/或参数而按照IO-Link通信协议与通信接口相连，其中该处理装置可以在第一功能状态下和在第二功能状态下运行，其中该终端设备在第一功能状态下执行与上级控制装置或者现场设备的通信、尤其是双向的通信，而且该终端设备在第二功能状态下针对其它的要进行参数化的终端设备提供参数化功能。

在该方法的另一构建方案中规定：该终端设备在第一功能状态下执行按照IO-Link通信协议的与上级控制装置或者现场设备的通信，其中在上级控制装置或者现场设备的外部的询问信号存在时实现由该终端设备将传感器数据和/或参数提供给通信接口。

在该方法的一有利的改进方案中规定：该终端设备在第二功能状态下为了提供参数化功能而根据如下步骤按照IO-Link通信协议通过通信接口将所存储的参数从参数存储器输出：将初始化信号提供给通信接口，用于转发给要进行参数化的终端设备；从要进行参数化的终端设备接收准备就绪信号（Bereitschaftsignal）；将参数提供给通信接口，用于转发给要进行参数化的终端设备；从要进行参数化的终端设备接收回复信号（Quittierungssignal）。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中被示出。在此：

图1示出了自动化系统的第一实施方式，该自动化系统具有被构造为现场总线的第一通信层和按照IO-Link规范来构造的第二通信层，而且

图2示出了自动化系统的第二实施方式，该自动化系统具有被实施为现场总线的第一通信层和利用切换信号来工作的第二通信层。

具体实施方式

在图1中示出的自动化系统1被构造用于运行未进一步示出的加工机器或者工艺流程设施，所述加工机器或者工艺流程设施包括多个未进一步示出的执行器和传感器。为了协调加工机器或者工艺流程设施的功能，自动化系统1包括上级控制装置2，该上级控制装置2例如被构造为存储可编程控制器（SPS）。上级控制装置2被构造用于按照预先给定的现场总线协议通过现场总线3与多个现场设备的双向的数据通信，其中示范性地仅仅示出了一个被构造为总线耦合器的现场设备4。例如传感器和/或执行器被连接在所述现场设备上，所述传感器将传感器数据提供给控制装置2而所述执行器实施控制装置2的动作指令。在此，所述控制装置2和所述现场设备在第一通信层通过现场总线3来进行通信。

为了在被实施为总线耦合器的现场设备4与被连接在该现场设备4上的执行器和/或传感器之间进行通信，设置有第二通信层，所述执行器和/或传感器也可以被称作终端设备而且所述执行器和/或传感器在下文进一步被描述。针对该通信层要考虑：在加工机器或者工艺流程设施中可以设置多个这样的终端设备，并且因而出于成本原因要在第二通信层上设置尽可能简单的通信。为此，在自动化系统1中规定使用IO-Link通信协议，与此相应，总线耦合器4被实施为IO-Link主机而且用于通过现场总线3从上级控制装置2接收现场总线报或将现场总线报发送给上级控制装置2。

在总线耦合器4上设置有多个接线端子5，所述多个接线端子5可以按照IO-Link通信协议用作主机接线端子而且被用于将数据传输给终端设备6至11。在此，通过按标准的无屏蔽的连接电缆来在总线耦合器4与终端设备6至11之间设置连接，所述按标准的无屏蔽的连接电缆例如三芯地或者五芯地来构造。

终端设备6至11就IO-Link通信协议而言是“装置”，而且分别包括一个IO-Link通信接口15，所述IO-Link通信接口15被构造用于对连接电缆12的连接。在下文，示范性地依据被构造为传感器装置的终端设备6来描述按照本发明的终端设备的功能。

在图1中纯示例性地示出了终端设备6。终端设备6的在下文进一步描述的部件可以根据构造方式被构造为分立的（diskret）电子部件或者至少部分地被构造为集成开关电路的组成部分。

示范性地规定：该终端设备6包括：与IO-Link通信接口15相连的通信模块16；与通信模块16相连的处理装置17；以及参数存储器18；操作装置19；显示装置20；执行器21和传感器22，所述参数存储器18、操作装置19、显示装置20、执行器21和传感器22同样与通信装置17相连。

在终端设备6通过连接电缆12连接在被构造为IO-Link主机的总线耦合器4的情况下，如下电通信信号在IO-Link通信接口15上到达，所述电通信信号按照IO-Link通信协议来编码。这些通信信号例如可以包括用于执行器21的动作指令和/或用于执行器21和传感器22的参数。通信模块16、尤其是以电平转换器的类型的通信模块16被构造用于将通信信号转换为内部信号。经转换的信号从通信模块16被传输给处理装置17。

此外，通信模块16、尤其是以电平转换器的类型的通信模块16被构造用于将处理装置17的内部信号转换为通信信号，所述通信信号被设置用于通过IO-Link通信接口15和连接电缆12来转发给总线耦合器4。这些由处理装置17提供的内部信号尤其可以是如下传感器数据，所述传感器数据已经根据传感器22的传感器信号在使用参数的情况下被处理。此外，也可以涉及来自参数存储器18的参数、尤其可以涉及来自参数存储器18的用于处理传感器信号的参数和/或可以涉及来自参数存储器18的用于处理动作指令的参数，所述参数在经由总线耦合器4提出询问时由处理装置17从参数存储器18读出并且通过通信模块16、IO-Link通信接口15和连接电缆12被提供给总线耦合器4。

执行器21和传感器22分别与处理装置17相连，使得处理装置17可以将动作指令提供给执行器21而且可以从传感器22接收传感器信号。纯示范性地将执行器21构造为超声源，所述超声源被构造用于将超声波发出到终端设备6的周围环境中。传感器22同样纯示范性地被构造为超声接收器，所述超声接收器可以接收在物体上被反射的超声波并且根据所接收到的超声波分别将传感器信号提供给处理装置17。例如，终端设备6可以被构造为无接触式距离测量仪。

借助于同样与处理装置17电耦合的操作装置19和显示装置20，例如可以尤其是关于用于处理传感器信号的参数和/或用于处理动作指令的参数来进行对终端设备6的本地的参数化。对此，操作者可以借助于被构造为按键的操作装置19将操作指令提供给处理装置17。这些操作指令按照可预先给定的操作结构导致在处理装置17中的设定改变、尤其是导致在参数存储器18中的参数的改动。优选地，所进行的改变或者被改变的参数借助于显示装置20可视地被显示给用户，所述显示装置20例如可以是液晶显示器。

可替换地，对终端设备6的参数化也可以通过未示出的、可连接在总线耦合器4上的编程设备或者通过数据输入设备23来实现，所述数据输入设备23与上级控制装置2相连。其它的终端设备7至11同样可以在使用适当的连接电缆12的情况下与总线耦合器44相连，由此，通过总线耦合器4或者通过数据输入设备23和上级控制装置2同样能够实现参数化。

可替换地，可以规定：通过终端设备7至11与按照本发明的终端设备6的直接耦合来进行对这些终端设备的直接的参数化。示范性地，在终端设备6与终端设备8之间借助于参数化电缆24来设置这种耦合，所述参数化电缆24可以被插入到终端设备6和8的通信接口15中。为了所述两个终端设备6和8的电压供应，参数化电缆24包括电压源25、例如电网设备或者蓄电池。

例如，如果终端设备6首先已经通过上级控制装置2和附属的数据输入设备23或者通过总线耦合器4和未被示出的编程设备被参数化而且所述经参数化的终端设备6的功能紧接着在按照图1的自动化系统1的运行期间已经生效（validieren），那么可以设置这样的对在所述自动化系统1中的终端设备7至11的直接的参数化。紧接着，例如在将自动化系统1从总线耦合器4切断期间，终端设备6可以被解开而且借助于参数化电缆24与终端设备8或者终端设备9至11之一相连。

为了执行针对接着被连接的终端设备8的参数化过程而规定：用户借助于操作装置19将处理装置17从被规定用于与总线耦合器4的通信的第一功能状态转接到被规定用于对连接在IO-Link通信接口15上的终端设备8的参数化的第二功能状态。就所述转接来说，首先通过被分配给处理装置17的、未被示出的转接装置（该转接装置尤其可以是处理装置17的程序模块或软件模块），将指令从处理装置17输出到通信模块16上，由此导致将初始化信号提供给IO-Link通信接口15。在此，优选地，适当的信号由处理装置17来提供并且由通信模块16、尤其是以电平转换器的类型的通信模块16来转换成所需的初始化信号。

该初始化信号尤其可以是信号电平的换向（Invertierung），该信号电平首先在通过参数化电缆24来连接两个终端设备6和8的情况下附在所述两个终端设备6和8的通信接口15上。通过该初始化信号，以按照IO-Link通信协议规定的方式来通知终端设备8：从现在起应该进行对该终端设备8的参数化。在初始化信号到达之后，终端设备8可以将准备就绪信号通过参数化电缆24提供给终端设备6。在准备就绪信号到达终端设备6的处理装置17之后，处理装置17将被存储在参数存储器18中的参数、尤其是用于处理传感器信号的参数和/或用于处理动作指令的信号通过参数化电缆24以对应于IO-Link通信协议的编码提供给终端设备8。在参数的传输结束之后，要进行参数化的终端设备8将回复信号发送给终端设备6，以便确认完整的参数传输。

示范性地，可以规定：在发送回复信号之后，终端设备6从处理装置17的第二功能状态被转接到处理装置17的第一功能状态。由此，不仅终端设备6而且终端设备8都准备好定期地（regulaer）用作IO-Link终端设备或者“装置”。

在图2中示出的自动化系统41仅仅通过如下方式区别于按照图1的自动化系统1：总线耦合器44不是按照IO-Link通信标准来构造，而是更确切地说被构造用于将切换信号提供给终端设备6至11而且被构造用于从终端设备6至11接收切换信号。在自动化系统41中，不仅有IO-Link能力的终端设备6至11而且连接电缆12都可以以与在按照图1的自动化系统1中相同的方式来使用。当然，通过连接电缆12仅仅传输如下切换信号，所述切换信号例如导致执行器在静止状态与功能状态之间的动作。此外，由包括传感器的终端设备（如这示范性地在终端设备6中是这种情况的那样）仅仅将切换信号传输给总线耦合器44。

例如，当被构造为距离测量仪的终端设备6确定了要扫描的物体的距离时，才可以进行对切换信号的这样的传输，所述距离在可预先给定的极限之下。尤其是，可以通过借助于操作装置19和显示装置20对终端设备6的参数化来进行对该极限的规定。如果就此被存储到终端设备6中的参数、尤其是用于处理传感器信号的参数和/或用于处理动作指令的参数应该被转交给其它的终端设备8至11，而不必采用附加的编程设备，那么在终端设备6与所述其它的终端设备8至11之间设置直接的参数传输，如所述直接的参数传输已经与图1结合被描述的那样。在此，终端设备8至11可以选择性地以与终端设备6相同的方式来构造并且因此同样被设置用于对其它的终端设备的参数化，或者所述终端设备8至11被构造为按照IO-Link通信协议的标准终端设备并且因此不能够实现对其它的终端设备的参数化。