为总线参与者分配地址的方法与流程

1.本发明涉及为连接到数据总线的总线参与者分配地址的方法。


背景技术：

2.自动化工业过程需要监视和控制工业过程的大量现场装置，例如i/o模块。i/o模块进而例如由可编程逻辑控制器(plc)控制。在这方面，plc可以经由它们相应的总线地址来寻址不同的总线参与者。
3.为此，在安装总线参与者时，必须将总线地址分配给总线参与者，所述总线地址优选地还反映出总线参与者相应的物理位置。如此将总线地址分配给总线参与者可能需要付出很大的努力。另外，可能需要在对总线参与者作出改变后立即重复地址分配。


技术实现要素：

4.本发明的基本目的在于简化对连接到数据总线的总线参与者的地址分配。
5.该目的通过根据本发明的方法来解决。
6.在根据本发明的方法中，
7.‑
将总线参与者电联接且特别还机械联接到相应的基板，基板各自包括电测试元件；
8.‑
将基板分别沿着行电连接到相邻的基板，基板形成测试电路，在该测试电路中，所述测试元件优选至少部分地串联连接；
9.‑
将中央单元连接到测试电路；
10.‑
将测试电流施加到测试电路中；
11.‑
至少一个总线参与者，特别是没有总线地址的总线参与者，对测试电路作出改变；
12.‑
通过所述中央单元测量所述测试电路的改变；
13.‑
基于测试电路的改变，确定作出改变的总线参与者的位置或总线地址的总线参与者的位置，并将总线地址分配给作出改变的总线参与者或没有总线地址的总线参与者。
14.本发明是基于以下思路：通过改变测试电路，例如可以确定没有总线地址的总线参与者的位置，特别是在没有总线地址的总线参与者作出了改变的情况下。替代地，自然也可能的是，具有地址的(例如，所有的)总线参与者作出了改变，然后可以识别出哪个总线参与者未作出改变以及相应地尚未具有总线地址。
15.通常，可以从改变中识别出没有总线地址的至少一个总线参与者的存在。此外，总线参与者的位置可以例如通过自动方式确定，从而然后可以将总线地址分配给没有总线地址的总线参与者。因此，可以自动地进行总线地址的分配。此外，可以根据总线参与者的识别出的物理/机械位置来分配与该物理位置相对应的总线地址。
16.在这方面，特别可以通过基板中的测试元件来检测物理位置。测试元件优选是由中央单元知晓的，使得可以从测试电路的特性(即，从测试电流)推断出何处布置没有总线
地址的总线参与者。
17.下面将描述根据本发明的方法的更多细节。
18.中央单元特别可以是可编程逻辑控制器(plc)的一部分，或可以与其连接。例如，中央单元还可以用作总线联接器，其将总线参与者提供为现场总线中的单个现场总线装置或多个现场总线装置。在这种情况下，plc然后可以经由现场总线与充当总线联接器的中央单元进行通信。
19.基板特别可以是布置成与相应的总线参与者相邻或邻接的元件，并且总线参与者特别也可以机械地紧固至该元件。基板可以至少局部地是板状的，并且优选地可以沿着行彼此电连接。在这方面，基板可以直接地或通过电气线路彼此连接。例如，每个基板可以有两个输入触头和两个输出触头，其中测试元件可以连接在一个输入触头和一个输出触点之间，而其余的触头可以直接彼此电连接(返回线路)。在最后一个基板之后，还可以提供终端元件，其电连接最后一个基板的两个输出触头。终端元件同样可以在连接中具有测试元件。因此，终端元件可以在一行基板的一侧终止测试电路，而中央单元在与终端元件相对设置的一侧终止或闭合测试电路。
20.对于每个总线参与者优选存在正好一个测试元件和/或正好一个基板。因此，总线参与者与测试元件和/或基板之间特别存在1：1的关系。
21.中央单元然后连接到测试电路，其中特别地，中央单元将测试电流施加到测试电路中，例如通过施加固定电压。
22.在施加测试电流期间，可以告知总线参与者，现在确定没有总线地址的总线参与者。随即，没有总线地址的总线参与者(或如上所述，替代地，具有总线地址的所有总线参与者)可以对测试电路作出改变。例如，测试电路可以通过没有总线地址的总线参与者短路，使得测试电路然后“短路”，且仅少数测试元件在测试电路中是电活性的。然后可以通过中央单元测量测试电路处的改变，例如通过检测改变的电压降或改变的测试电流。
23.基于该改变，可以由中央单元确定哪个总线参与者或哪些参与者尚未具有总线地址。例如，可以识别出，在“短路的”测试电路的情况下，没有总线地址的总线参与者必须布置在该短路的测试电路的末端。
24.(多个)总线地址然后被分配给以此方式识别的(多个)总线参与者。总线地址可以例如是ip地址或以太网地址或can标识符。
25.从说明书、附图和从属权利要求中可以看出本发明的有利的改进方案。
26.根据实施例，作出改变的总线参与者所作出的改变包括使测试电路短路。在这方面，特别地，发生短路以使得所有的基板(从中央单元观察)且因此还有布置在作出改变的总线参与者之后的测试元件从测试电路被电气地移除。由于短路，中央单元因此仅能暂时地检测测试元件直到作出改变的总线参与者，从而改变测试电路。由于可以通过这种方式测量的改变，可以检测到最接近中央单元(即，以基板的顺序)的作出改变的总线参与者的机械位置。
27.改变不一定是测试电路的短路。例如，也可以通过馈入电流或电压，将测试电路的点设置为参考电势等来作出改变。改变通常可以具有任何期望的性质，只要对于其中设置有作出改变的总线参与者(例如，第一总线参与者)的中央单元可见即可。特别地，还对于后续的总线参与者可见的是，之前的总线参与者已经进行了改变。
28.根据另一实施例，响应于中央单元的请求消息来进行测试电路的改变，其中请求消息优选地作为广播发送。响应于请求消息，测试电路的改变进一步优先地由尚未分配总线地址的总线参与者作出。请求消息可以优选地经由数据总线通过广播来发送，因为没有分配总线地址的总线参与者也可以接收广播。广播也可以被指定为广播消息，该广播消息旨在由所有总线参与者接收和处理。响应于广播，尚未具有总线地址的所有参与者可以对测试电路作出改变。
29.如果测试电路例如包括十个基板，基板包括相应数量的测试元件，且测试电路通过基板#3上的总线参与者短路，中央单元可以例如仅检测前三个测试元件(即，基板#1至#3的测试元件)。因此，然后对中央单元可见的是，没有总线地址的第一总线参与者座置在基板#3上，然后可以将合适的总线地址分配给该总线参与者，如下所述。
30.通常，在请求消息和通过一个或多个总线参与者进行的测试电路的改变之后，确定作出改变的至少一个总线参与者的位置，其中特别地，确定第一总线参与者或最靠近中央单元的作出改变的总线参与者的位置。
31.根据另一实施例，在确定总线参与者的位置之后，特别是作出改变的第一总线参与者的位置，通过分配消息分配总线地址，该分配消息优选作为广播发送。在总线参与者已经进行测试电路的改变之后，分配消息然后经由数据总线到达，随后，总线参与者接收包含在分配消息中的总线地址。
32.根据另一实施例，为了检测更靠近中央单元的总线参与者是否对测试电路进行了改变，在相应的总线参与者的基板的测试元件处确定电压，特别是通过比较器。如果电压为零，即例如，如果配置为电阻器的测试元件处没有电流，则总线参与者不是作出改变的最靠近中央单元设置的总线参与者。在这种情况下，总线参与者不接收包含在分配消息中的总线地址。以这种方式，防止了多个总线参与者接收相同的总线地址。
33.比较器优选地将测试元件处的电压数字化，其中比较器可以特别地连接到总线参与者的第一gpio引脚(通用输入输出引脚)。第一gpio引脚也可以配置为输入。从而大大简化了总线参与者的一部分的实现方式，因为仅当例如在高电平施加到gpio引脚时，才接收包含在分配消息中的总线地址。
34.可以通过配置为输出的总线参与者的第二gpio引脚来进行测试电路的改变。晶体管的基极或栅极可以例如连接到第二gpio引脚，并连接在相应总线参与者的基板的输入触头或输出触头之间，例如以便选择性地导致两个输入触头或两个输出触头之间的短路。如果晶体管然后通过第二gpio引脚导电连接，则导致短路，从而存在测试电路的改变。在总线参与者已经接收总线地址之后，测试电路优选地终止，使得其他总线参与者然后可以通过相同的方法步骤获得它们的总线地址。
35.可以理解的是，附加的电子元件也可以通过晶体管联接到测试电路中(或者也可以解联接)，从而然后以这种方式存在测试电路的改变，特别是不包括短路。
36.根据另一实施例，数据总线到总线参与者和中央控制的传递也通过基板进行。因此，基板可以具有用于数据总线的传输装置，例如用于can总线(控制器区域网络总线)的两个或四个另外的线路。数据总线特别也可以是现场总线，例如canopen总线。然而，也可以设想其他现场总线，例如sercos、以太网/ip等。但是，可以理解，其他通信总线也可以独立于所使用的协议而用作数据总线。
37.根据另一实施例，测试元件包括相应的欧姆电阻器和/或二极管。另外，基板的测试元件优选地各自相同。
38.基板的测试元件可以是中央单元已知的。由于已知的测试元件，中央单元然后可以在已知的施加的/赋予的测试电流或施加到测试电路的已知的电压的情况下，确定多少个和/或哪些个测试元件当前在测试电路中是电活性的。例如，当在基板#3上由总线参与者进行电路时，如果仅三个测试元件在测试电路中是电活性的，则中央单元将能够确定与例如在测试电路中十个测试元件是电活性的情况下相比具有相同的施加的测试电流下的较低电压。作出改变的总线参与者的机械位置特别可以根据施加到测试电路的电压和/或根据测试电路的电流来确定。
39.测试元件通常也可以是另一种无源部件，例如线圈或电容器。在这种情况下，测试电流可以例如是交流电。测试电流的施加应理解为使得中央单元向测试电路施加预定电压或将预定电流施加到测试电路中。中央单元可以测量测试电路处/中的电压和/或电流。
40.同样可能的是，测试元件是有源部件，例如电压源或电流源。在这方面，例如，然后可以使中央单元测量由测试电路中的各种电压源产生的累积电压。在这方面，电压然后会更高，在某个时间点，测试电路中更多的测试元件是电活性的。
41.替代地或附加地，测试元件也可以产生测试电路和/或测试电流的时间变化，从而例如可以发生时钟控制的测试电流的时间延迟和/或时钟影响。
42.根据另一实施例，可以识别出是否存在不具有总线参与者的一个或多个基板。该识别特别可以由中央单元执行。为此，可以维护所有已分配和未分配地址的列表(例如由中央单元)。其然后可以从没有总线参与者的基板的列表中看到。特别地，所有总线参与者都可以短暂地先后对测试电路作出改变(例如，响应中央单元的请求)来以此方式使清单保持最新。
43.根据实施例，然后还可以从列表中确定没有总线参与者的至少一个基板的位置。由此可以优选地知道空基板的机械位置。这然后可以例如在计划工具中显示。
44.如已经提到的，根据实施例，可以在最后一个基板之后提供闭合测试电路的终端元件。终端单元的不存在可以优选地由中央单元识别。特别地，可以通过在测试电路中完全中断的电流来识别不存在。
45.根据另一实施例，该方法被重复执行，特别是直到将总线地址分配给所有的总线参与者为止。至少以下步骤优选由最靠近中央单元的没有总线地址的总线参与者重复地执行：改变测试电路、发送分配消息和从分配消息接收总线地址。
46.为了概括过程，下面将通过示例的方式来假设系统，该系统中存在十个基板，每个基板连接到总线参与者。对于此示例，假设只有基板#3和基板#6上的总线参与者还没有总线地址。进一步假设中央单元向测试电路施加恒定电压，并且所有基板中的测试元件都是相同的欧姆电阻器。为了将总线地址分配给基板#3和#6上的总线参与者，请求消息由中央单元通过广播发送到所有的总线参与者，因此，总线参与者#3和#6各自在其基板处使测试电路短路。由于总线参与者#3更靠近中央单元，总线参与者#3后面的所有总线参与者(因此也有总线参与者#6)变得对测试电路电无效，从而中央单元识别出在测试电路中仅有三个电阻器(即，直到基板#3的电阻器)是电活性的。这反映在测试电路中相应的电流变化中。然后，中央单元可以从测试电路的电流确定基板#3上的总线参与者还没有总线地址。然后，基
板#3上的总线参与者的总线地址(例如，总线地址#3)借助于分配消息通过广播传输到所有的总线参与者。已经具有总线地址的总线参与者则忽略此消息。总线参与者#6也忽略了该消息，因为它通过比较器和第一gpio引脚识别出更靠近中央单元的总线参与者应该接收该地址。总线参与者#3经由它的第一gpio引脚(其处于高电平)识别出它是最靠近中央单元的没有总线地址的总线参与者，并且它从分配消息接收总线地址。然后，总线参与者#3终止测试电路的短路。由于总线参与者#3使短路终止，直到总线参与者#6的所有测试元件现在在测试电路中变为电活性。因此，测试电路中的电流再次改变，使得中央单元现在可以识别出总线参与者#6尚没有总线地址。然后，总线参与者#6的总线地址(例如，总线地址#6)再次通过广播借助于分配消息而发送并被总线参与者#6接收。在总线参与者#6已接收到总线地址之后，它也终止测试电路的短路。中央单元随后可以基于再次改变的电流在测试电路中识别出所有测试元件现在在测试电路中都是电活性的。因此，不再有没有总线地址的总线参与者。
47.进一步优选的，请求消息由中央单元重复地和/或循环地发送。因此，新添加的装置(例如通过热插拔)可以以自动方式获取总线地址，从而能够集成到系统中。同样，中央单元可以永久性地或反复地测量测试电路的电流和/或电压，以检测新的总线参与者。特别地，新的总线参与者可以通过进行测试电路的改变来吸引它们的注意。然后，可以在识别出新的总线参与者之后再次执行本文所述的方法。
48.根据另一实施例，总线参与者可拆除地连接到相应的基板，并且特别地借助于插头连接器电联接到相应的基板。总线参与者可以优选地例如夹在基板上，其中总线参与者可以优选地不用工具再次从基板释放。在将总线参与者连接或紧固到相应的基板时，特别可以自动地建立总线参与者和测试电路之间以及总线参与者和数据总线之间的电连接。
49.根据另一实施例，数据总线是现场总线和/或总线参与者中的至少一些是输入输出模块(i/o模块)。因此，总线参与者可以是现场装置。
50.本发明的另一主题是一种系统，其包括中央单元和多个总线参与者，每个总线参与者电连接且特别是也机械地联接到基板，总线参与者连接到数据总线，其中，
51.‑
基板各自包括电测试元件；
52.‑
基板分别沿着行电连接到相邻的基板，基板由此形成测试电路，在该测试电路中，测试元件优选串联连接；
53.‑
中央单元连接到测试电路；
54.‑
将测试电流施加到测试电路中；
55.‑
至少一个总线参与者，特别是没有总线地址的总线参与者，配置为对测试电路作出改变；
56.‑
中央单元配置为测量测试电路的改变；
57.‑
中央单元配置为，基于测试电路的改变，确定作出改变的总线参与者的位置或没有总线地址的总线参与者的位置，并将总线地址分配给作出改变的总线参与者或没有总线地址的总线参与者。
58.关于根据本发明的方法的陈述相应地适用于根据本发明的系统。这尤其对于优点和实施例适用。
附图说明
59.下面将仅通过示例的方式参考附图来描述本发明。图中示出了：
60.图1是包括中央单元和附接到基板的多个总线参与者的系统；以及
61.图2示出了将总线地址分配给总线参与者的流程图。
具体实施方式
62.图1示出了系统10，其具有中央单元12和三个总线参与者14.1、14.2和14.4。
63.总线参与者14紧固到基板16，其中五个基板16.1、16.2、16.3、16.4和16.5通过示例的方式在图1中示出。中央单元12和总线参与者14通过插头连接器18电连接到基板16。基板16还通过插头连接器18彼此电联接。
64.相应的基板16的面向中央单元12的两个插头连接器18用作输入触头19a，而相应的基板16的远离中央单元12的两个插头连接器18充当输出触头19b。
65.每个基板16包括测试元件，其在这里以测试电阻器20的形式示出。测试电阻器20分别布置在两个连接器18之间并在测试电路22中形成供电线。测试电路22还包括终端元件24，其中终端元件24同样包括测试电阻器20，其建立在基板16中的返回线路26的连接。
66.测试电阻器20各自具有100ω的欧姆电阻。
67.在中央单元12中，电流源28连接到测试电路22中并将3ma的恒定测试电流施加到测试电路中。
68.中央单元12还包括模数转换器(adc)30，其检测当前存在于测试电路22处的电压。
69.每个总线参与者14还包括比较器32，其分别检测施加到基板16的电压或测试电路22中的电流。可以经由第一gpio引脚34读出比较器32。
70.第二gpio引脚36控制相应的总线参与者14的相应的晶体管38。在相应的测试电阻器20之后，测试电路22的短路可以借助于晶体管38发生。
71.为了更好的概述，在图中未示出数据总线，例如can总线，中央单元12和所有的总线参与者14经由该总线彼此通信。
72.图2现在示出了向总线参与者14分配地址的顺序。对于下面的示例，假设只有总线参与者14.1已经有总线地址，而总线参与者14.2和14.4还没有总线地址。
73.只要总线参与者尚未从中央单元12接收到请求消息，第二gpio引脚36在步骤100被停用，从而不会发生测试电路22的短路。在步骤110中，中央单元12然后通过adc 30确定测试电路22处的瞬时电压。然后可以由此在步骤120中得出关于基板16的数量的结论。在步骤130中，中央单元12经由数据总线将请求消息作为广播发送，所述请求消息请求没有总线地址的总线参与者14来标识它们自己。在步骤140中，响应于请求消息，总线参与者14.2和14.4通过激活第二gpio引脚36将晶体管38分别切换到导通状态。由此在输出触头19b之间产生短路。
74.在步骤150中，中央单元12随后再次测量测试电路22处的电压。基于现在测量的电压，在步骤160中识别出哪一个是最接近的没有总线地址的总线参与者14。在本示例中，可以识别出，由adc 30测量的电压指示在该时间点，只有两个测试电阻器20在测试电路22中是电活性的。由此在步骤160中导致两个基板当前是“可检测的”。在步骤170中，现在将可检测的基板的数量与最初确定的基板的数量进行比较。在本示例中，如果数目不同，则在步骤
180中通过广播消息(分配消息)发送用于总线参与者14.2的总线参与者14.2的总线地址。由于总线参与者14.2可以通过其比较器识别出它是最靠近中央单元12的没有总线地址的总线参与者14，因此总线参与者14.2在步骤190中接收总线地址并通过进一步的广播确认接收。替代地，也可以通过常规消息来确认接收，特别是如果中央单元12的地址对于总线参与者14.2是已知的。随后，总线参与者14.2停用其第二gpio引脚36，从而第二总线参与者14.2终止短路。现在，该方法再次执行步骤150至190，以便还将其地址分配给总线参与者14.4。
75.通过将地址分配给总线参与者14.2和14.4，对于中央单元，结果是基板16.3为空并且没有总线参与者。
76.如果在分配给总线参与者14.4之后在步骤170中确定当前测量的基板16的数量与步骤120中预期的基板16的数量相对应，则进行到步骤200，在该步骤中等待预定的时间，然后在步骤130中再次寻找没有总线地址的新的总线参与者。从步骤200到步骤130的转换尤其可以实现附加总线参与者14的热插拔。
77.可以认识到，通过在基板16中提供测试元件(即测试电阻器22)，中央单元12可以自动识别总线参与者14的机械位置。由此可以以自动的方式向总线参与者14分配地址，其中，地址的分配也针对总线参与者14的实际物理位置。
78.附图标记列表
79.10
ꢀꢀ
系统
80.12
ꢀꢀ
中央单元
81.14
ꢀꢀ
总线参与者
82.16
ꢀꢀ
基板
83.18
ꢀꢀ
插头连接器
84.19a 输入触头
85.19b 输出触头
86.20
ꢀꢀ
测试电阻器
87.22
ꢀꢀ
测试电路
88.24
ꢀꢀ
终端元件
89.26
ꢀꢀ
返回线路
90.28
ꢀꢀ
电流源
91.30
ꢀꢀ
adc
92.32
ꢀꢀ
比较器
93.34
ꢀꢀ
第一gpio引脚
94.36
ꢀꢀ
第二gpio引脚
95.38
ꢀꢀ
晶体管
96.100 停用第二gpio引脚36
97.110 通过adc 30的电压测量
98.120 确定基板16的数目n
99.130 发送请求消息
100.140 通过启用第二gpio引脚36进行短路
101.150 通过adc 30测量测试电路22处的电压
102.160 确定在测试电路22仍是电活性的基板的数目a
103.170 比较是否n＝a
104.180 通过分配消息发送总线地址
105.190 接收总线地址，确认并停用第二gpio引脚36
106.200 等待一定时间直到识别出新添加的总线参与者14