CN119452600A - 通过以编码形式光学呈现地址进行地址检查 - Google Patents

Abstract

公开了一种输入/输出设备和一种用于检查输入/输出设备的地址的方法。输入/输出设备包括输入端和/或输出端、总线接口、存储器和多个发光部件。输入端和/或输出端设计用于连接现场设备。总线接口设计用于将现场设备与现场总线间接或直接连接。存储器设计用于存储地址。输入/输出设备设计成，通过总线接口接收指向地址的数据。输入/输出设备还设计成，在使用发光部件的情况下以编码形式呈现地址。

Description

通过以编码形式光学呈现地址进行地址检查

技术领域

本说明书涉及对用于电子数据传输的地址的检查。本说明书尤其涉及对如下地址的检查：该地址用于构建在输入/输出设备(I/O设备)与控制装置之间的(相比于通常的标准通信通道)特别安全的通信通道。

背景技术

I/O设备可以通过本地总线接口和现场总线接口等(有线)总线接口连接到网络或上级控制装置上并且由此通过总线接口将数据发送到上级控制装置和/或从上级控制装置接收数据。在此，为了建立在两个总线用户设备之间的通信通道，经常使用地址，总线用户设备可以基于这些地址检查通过总线传输的报文是否寻址到这些总线用户设备。因为在地址分配时可能出现/发生错误，所以尤其在构建以安全为导向的通信通道(即相比于标准通信通道特别且通常更安全的通信通道)时，在使用前检查分配的地址，以便能在地址分配时发现并修正错误，是有利的或必需的(以相应的安全等级为背景)。

发明内容

按照本发明的I/O设备包括输入端和/输出端、总线接口、存储器和多个发光部件。在此，输入端和/或输出端设计成与现场设备连接并且总线接口设计成将现场设备与现场总线间接或直接连接。此外，存储器设计用于存储地址。此外，I/O设备设计成，通过总线接口接收数据，这些数据寻址到所述地址并且所述地址在使用发光部件的情况下以编码形式呈现。

就此而言，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“输入端”或者“输出端”的概念尤其理解为一种电连接端。在此，可以规定，由其他设备产生在I/O设备的输入端处的或者经过I/O设备的输入端的电压和/或电流，并且由I/O设备本身产生在I/O设备的输出端处的或者经过I/O设备的输出端的电压和/或电流。例如，在输入端和/或输出端处可以连接现场设备，所述现场设备提供状态信号或者处理控制信号。在此，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“现场设备”的概念尤其理解为在运行时与I/O设备(信号技术地)连接的传感器或执行器。

此外，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“总线接口”的概念尤其理解为一种总线接口，其设计用于连接到本地总线上并且用于与另外的I/O设备或现场总线耦合器交换(过程)数据或者用于直接连接到现场总线上。在此，在当前的说明书的范围内使用的“本地总线”的概念尤其理解为一种总线，通过该总线(仅)将串列在现场总线耦合器上的I/O设备彼此间或者与现场总线耦合器(直接)连接。相反，如果总线接口设计成直接连接到现场总线上(并且因此不通过本地总线和现场总线耦合器连接)，那么在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“总线接口”的概念尤其理解为一种现场总线接口。

此外，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“存储器”的概念尤其理解为一种电子存储器，在其上可以存储关于I/O设备的配置的数据。由这种配置例如得出怎样生成过程映像(例如怎样由I/O设备的输入端读入的信号导出代表特定时间点或特点时间段的过程数据以及怎样将上述过程数据通过本地总线传输给现场总线耦合器)和/或怎样由从现场总线耦合器通过本地总线传输到I/O设备的过程数据导出控制信号(这些控制信号例如在I/O设备的输出端处输出)。如果总线接口设计成直接连接到现场总线上，那么由这种配置例如得出怎样将上述过程数据通过现场总线传输给上级控制装置和/或怎样由从上级控制装置通过现场总线传输给I/O设备的过程数据导出控制信号。

此外，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“发光部件”的概念尤其理解为一种部件，该部件设计成借助流经该部件的电流激发光的射出，例如是发光二极管的发光半导体部件。对此要说明的是，根据上述理解，多色发光二极管可以包括多个发光部件，这些发光部件射出不同波长或波长范围的光。

此外，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“编码形式”的概念尤其理解为在地址与由发光部件呈现的样式之间的分配关系，这种分配关系由单一映射得出。

I/O设备可以构造为I/O模块。就此而言，在当前的说明书的范围内使用的“模块”的概念尤其理解为一种设备，其设计成与另一设备电连接以用于扩展所述另一设备的能力，从而使两个设备形成一个功能单元。在此可以规定，两个设备设计成，不仅彼此电连接，而且也机械连接，从而两个设备不仅在功能上，也在机械上形成一个单元。

I/O模块例如可以具有壳体，该壳体构造用于将I/O模块串列到另一I/O模块或现场总线耦合器上。在此，在当前的说明书的范围内使用的“壳体”的概念尤其理解为一种由固体绝缘材料形成的结构，其中嵌入了导电结构，其中，所述壳体通常构造成基本上防止意外接触带电导体。此外，在当前的说明书的范围内使用的“串列”的概念尤其理解为在各壳体之间建立摩擦锁合或形锁合的连接，通过该连接可以使多个模块彼此串联连接。在此，壳体可以这样配备，使得有线传输路径建立在串联连接的范围内(无需其他辅助)。

此外，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“现场总线耦合器”的概念尤其要理解为模块化的现场总线节点的组件，所述组件的任务在于，使串列在现场总线耦合器上的I/O模块的数据和/或服务通过与现场总线耦合器连接的现场总线变得可供使用。

指向地址的数据可以包含在寻址到总线接口的报文中。I/O设备可以设计成，从报文中提取地址并且将地址存储在存储器中。亦即，总线接口可以已经具有一总线地址，通过该总线地址可以进行通信。接着，所述地址可以用于构建安全的通信通道，该通信通道基于寻址到总线接口的报文实现。例如，可以通过使用为安全的通信通道所设的地址，防止总线接口寻址中的错误导致I/O设备使用非指定用于I/O设备的数据来实现以安全为导向的功能。

因此，为实现以安全为导向的功能所设的地址可以用作额外的安全机制，其确保通过安全的通信通道传输的数据更有可能真正到达预期的接收者，或者确保非指定用于I/O设备的数据被I/O设备丢弃。此外，I/O设备可以对报文或包含在报文中的数据应用(前向)纠错算法和/或评估(包含在报文或数据中的)校验和，以便发现报文或数据中的错误并且必要时进行修正。

I/O设备可以设计成，响应于地址的确认，将地址用于构建通信通道，该通信通道由不同于寻址到总线接口的报文的安全机制保护。例如，I/O设备可以设计成，在以编码形式呈现地址之后，等待用户或调试工程师的确认并且仅在收到确认时使用地址。在此，可以规定，可以通过在I/O设备上输入(例如通过按下I/O设备上布置的按键)或者通过将确认消息发送至总线接口确认呈现的地址的正确性。

此外，I/O设备设计成，永久存储地址(必要时增加校验和)，并且在重新启动I/O设备时，只有在通过上级设备确认地址(继续)有效时，才将地址用于构建通信通道。例如，I/O设备可以在重新启动之后，等待由上级控制设备接收地址并且在接收的地址与存储的地址匹配时，继续使用该地址。在此，也可以规定，除了接收的地址之外，一起传输校验和，通过校验和可以检查地址的正确性。此外，I/O设备可以设计成，响应于复位请求的接收，复位地址，从而可以接收和存储新地址。复位请求例如可以是I/O设备在重新启动后接收预定的地址取代正确地址，预定的地址例如是无效地址范围内的特定地址。

在此，在重新启动后被I/O设备接收的地址可以包含在报文(或报文序列)内，该报文具有进一步的配置数据，这些配置数据进一步规定或者至少涉及要使用地址构建的通信通道或通过通信通道交换的数据。也可以例如通过分析附加在配置数据上的校验和或者通过将这些配置数据与存储在I/O设备上的配置数据相比较，对这些配置数据进行检查。

I/O模块可以设计用于在使用发光部件的情况下以数字编码的形式呈现地址。

就此而言，在当前的说明书和权利要求书的范围内使用的“数字编码”的概念尤其理解为一种编码，其中代表地址的字符串中的每个字符都映射到多个发光部件中的一个发光部件的一个离散状态(例如非激活、激活)。

地址可以包括零和一组成的序列，并且I/O设备可以设计成，通过去激活或激活发光部件呈现序列中的零或一。

第一组发光部件可以设计成发出第一波长的光，并且第二组发光部件可以设计成发出第二波长的光，其中，第一波长和第二波长对应于不同的颜色。

例如，发光部件可以包括在多色发光二极管(LED)内并且发光二极管发绿光来呈现“0”，发红光来呈现“1”。在此，使用不同的颜色来呈现字符串是有利的，因为可以随时识别有问题的LED。

I/O设备可以设置成依次呈现序列段，并且同时呈现每段中的零和/或一。

例如，如果有2个LED可供使用并且代表地址的字符串具有6个字符，那么可以将地址分为3段，依次呈现(段1：字符1和2，段2：字符3和4，段3：字符5和6；LED 1：字符1、3和5，LED 2：字符2、4和6)。

I/O设备可以设计成通过去激活或激活发光部件中的单个发光部件呈现在特定时间点呈现的段。

I/O设备可以设计成，在最后一段之后和/或在第一段之前，输出与序列无关的光学、声学或触觉信号，该信号用信号表示序列呈现结束和/或序列呈现开始。

例如，I/O设备可以设置成，在最后一段之后和/或在第一段之前，允许所有发光部件(短暂)闪烁、输出信号声或振动。

I/O设备可以设置成，响应于地址的确认，执行I/O设备的重新启动，和/或将一些或所有发光部件用于呈现更多信息。

按照本发明的用于检查I/O设备的地址的方法包括将地址存储在I/O设备的存储器中并且借助以编码形式光学呈现地址来检查地址。

地址可以包括零和一组成的序列，并且I/O设备可以设计成，通过去激活或激活I/O设备的发光部件呈现序列中的零或一。

此外要理解的是，原则上在使用I/O模块执行的步骤中的所有特征可以是对应的方法的特征，反之亦然。

附图说明

随后在借助实施例的详细说明中阐述本发明，其中，参照附图，图中：

图1示出现场总线系统的示意图；

图2示出图1中示出的现场总线系统的现场总线节点的示意图；

图3阐明借助与现场总线节点连接的计算机配置图2中示出的现场总线节点；

图4示出I/O模块的结构，该I/O模块与现场设备连接；

图5示出第一地址以编码形式的第一种可能的呈现方式；

图6示出第一地址以编码形式的第二种可能的呈现方式；

图7示出第二地址以编码形式的第一种可能的呈现方式；

图8示出第二地址以编码形式的第二种可能的呈现方式；

图9示出检查I/O设备的地址的步骤流程。

在此，在图中通过相同的附图标记表示相同的或功能类似的元件。

具体实施方式

图1示出现场总线系统1000的框图。现场总线系统1000包括现场总线节点100、200、300和400，这些现场总线节点通过现场总线500相互连接。现场总线节点400构造为上级控制单元并且可以不仅用于监视而且用于调控由现场总线系统1000控制的设备(未示出)。当上级控制单元400监视设备时，上级控制单元400可以从现场总线节点100、200和300中的一个或多个现场总线节点周期地或者非周期地接收状态数据，所述状态数据描述设备的状态并且当所述设备的状态与期望的/允许的状态或者状态范围(实质上)偏离时，生成故障信号或者警报信号。当上级控制单元400(不仅监视，而且)调控设备时，所述上级控制单元400可以从现场总线节点100、200和300中的一个或多个现场总线节点周期地或非周期地接收状态数据并且在考虑状态数据的情况下确定传输至现场总线节点100、200和300中的一个或多个现场总线节点的控制数据。

图2示出模块化的现场总线节点100，包括现场总线耦合器110和两个串列到现场总线耦合器110上的I/O模块120和130，在所述I/O模块上连接有传感器140和执行器150。在运行期间，I/O模块130通过输入端134读入传感器信号并且由传感器信号生成状态数据，通过I/O模块130的总线接口132、本地总线160和(现场总线耦合器110)的总线接口112将所述状态数据传输到现场总线耦合器110上。除了现场总线接口114之外，现场总线耦合器110具有处理器和存储器，在该存储器中存储有关于现场总线耦合器110的配置的信息。

关于现场总线耦合器110的配置的信息例如可以指明，哪些或者多少I/O模块串列到现场总线耦合器110上以及现场总线耦合器110应怎样处理接收到的状态数据。现场总线耦合器110例如可以配置成本地处理这些状态数据和/或(必要时在改进的形式中)将所述状态数据通过现场总线接口114和现场总线500继续传送到上级控制单元400上。上级控制单元400(或者在本地处理的情况下的现场总线耦合器110)可以在考虑这些状态数据的情况下生成控制数据。

通过上级控制单元400生成的控制数据可以通过现场总线500传输到现场总线耦合器110上。传输至现场总线耦合器110的(或者在纯本地处理的情况下由现场总线耦合器110生成的)控制数据(必要时在改进的形式中)继续传送/传输至I/O模块120。I/O模块120接收控制数据并且将符合控制数据的控制信号在输出端124上输出，执行器150接在所述输出端上。在此，在现场总线系统1000的组件之间的数据通信、传感器信号到状态数据的映射和控制数据到控制信号的映射可以通过现场总线节点100的配置适配于不同的使用场景。

为此，图3示出现场总线节点100和与现场总线节点100连接的计算机600(例如台式机、笔记本电脑、平板电脑，等等)，该计算机设计用于配置现场总线节点100的I/O模块120和130。在此，计算机600不仅可以仅用于配置或者主要用于配置，而且(除了配置之外)还可以承担其他任务。计算机600尤其可以是上级控制单元400的一部分并且除了配置之外也可以承担监视任务和/或控制任务。例如，计算机600可以监视设备并且设计成，在存在特定的条件时，从一种运行模式转换到另一种运行模式(并且在转换的过程中可能改变或者更新配置)。

此外，作为配置的一部分，可以向I/O模块120和130传输地址(例如PROFIsafe地址)，这些地址设置为被I/O模块120和130用来构建以安全为导向的通道，从而可以将指向I/O模块120和130且与实现以安全为导向的功能相关的数据发送到这些地址。为了构建以安全为导向的通道，在此可以规定，数据和地址嵌入寻址到总线接口的报文中，并且在地址与分配给相应的I/O模块120和130的地址不匹配时，数据被相应的I/O模块120和130丢弃。在此，地址和/或数据可以为了发现或修正错误而配设有校验和，和/或经过前向错误编码。

如果规定I/O模块120和130中的一个或两个可以构建以安全为导向的通道用来通信，那么可以通过该以安全为导向的通道进行(进一步)配置。例如，如果规定I/O模块不执行安全攸关功能，那么可以仅基于寻址到总线接口122的报文进行I/O模块120的配置。然而，如果在I/O模块130方面规定，I/O模块130执行安全攸关功能(下文的前提)，则可以在接收和确认为以安全为导向的通信所设置的地址之后，通过使用该地址构建的以安全为导向的通信通道进行(进一步)配置(至少大体上涉及以安全为导向的功能)。

如图4中所示，设计用于执行以安全为导向的功能的I/O模块130具有电路10，该电路读入传感器140的传感器信号。传感器信号的读入例如可以通过如下方式进行：电路10(以特定的采样频率)确定施加在输入端134上的电压或者流经输入端134的电流。电路10还可以包括处理器12，该处理器设计用于执行存储在I/O模块130的存储器14中的程序(比如指令序列)，该程序在使用配置数据的情况下确定如何由传感器信号生成过程数据并且如何进一步处理过程数据(例如是否、何时或者以何种频率将过程数据传输至现场总线耦合器110)。

为了提高可靠性，该程序例如可以包括冗余编程分支指令这些分支指令的结果被比较。此外，与图4中所示的实例不同，可以使用两个或多个同类的或不同的传感器140，它们在无错误的情况下提供(近似)相同的传感器信号，从而可以通过比较这些传感器信号推断出传感器140的状态。此外，要理解的是，虽然图4示例性示出传感器140作为现场设备，但是连接在I/O模块140上的现场设备也可以是一个执行器、多个执行器或者任意其他现场设备。

I/O模块130还包括多个LED 20、22和24，这些LED在运行时显示I/O模块130的运行状态。此外，LED 20、22和24用于呈现分配给I/O模块130的、用于构建以安全为导向的通信通道的地址。为此，图5示出第一地址30以编码形式的可能的呈现方式。在此，代表地址30的字符串中的每个字符(这里为零和一)都分配有一个发光部件，并且当字符是“0”时，发光部件不激活，当字符是“1”时，发光部件激活。

如果LED 20、22和24是多色LED，那么如图6中所示，为每个字符分配LED 20、22和24中的一个，其中，当字符是“0”时，相应的LED 20、22或24的第一发光部件40、44或48激活，并且当字符是“1”时，LED 20、22或24的第二发光部件42、46或50激活，其中，发光部件40、44和48与发光部件42、46和50在射出的光的波长范围或者波长方面有所不同。例如，LED 20、22和24可以设计成发绿光或红光，并且为了呈现“0”发绿光，为了呈现“1”发红光。

如果可用于呈现的LED 20、22和24的数量小于字符串中的字符的数量，那么可以如图7所示，将字符串分段并且可以依次呈现不同的分段。例如，如结合图5描述的那样激活和去激活LED，可以在时间点T1由LED 20、22和24呈现字符串的前三个字符，并且在时间点T2由LED 20、22和24呈现字符串的后三个字符。当然，如图8所示，如结合图6描述的那样(在时间点T1和T2)运行LED，也可以在使用多色LED的情况下进行分段呈现。

图9示出一个过程的流程图。在此，在步骤2000中，地址30或32被存储在I/O设备的存储器中(例如I/O模块130的存储器14中)。在步骤2100中，如果在借助地址30或32的光学显示检查地址30或32时，确定存储的地址与为I/O设备所设的地址匹配，则可以将地址用于构建通信通道，该通信通道与其他由I/O设备构建的通信通道不同并且尤其更安全。

附图标记列表

10 电路

12 处理器

14 存储器

20LED

22LED

24LED

30 地址

32 地址

40 发光部件

42 发光部件

44 发光部件

46 发光部件

48 发光部件

50 发光部件

100 现场总线节点

110 现场总线耦合器

112 总线接口

114现场总线接口

120I/O模块

122 总线接口

124 输出端

130I/O模块

132 总线接口

134 输入端

140 传感器

150 执行器

160 本地总线

200 现场总线节点

300 现场总线节点

400 上级控制单元

500 现场总线

600 计算机

700 设备

800设备

1000现场总线系统

2000步骤

2100步骤

Claims (12)

1.输入/输出设备，包括：

输入端(134)和/或输出端(124)；

总线接口(132)；

存储器(14)；和

多个发光部件(40、42、44、46、48、50)；

其中，输入端(134)和/或输出端(124)设计用于连接现场设备；

其中，总线接口(132)设计用于将现场设备与现场总线(500)间接或直接连接；

其中，存储器(14)设计用于存储地址(30、32)；

其中，输入/输出设备设计成，通过总线接口(122、132)接收指向地址(30、32)的数据；并且

其中，输入/输出设备设计成，在使用发光部件(40、42、44、46、48、50)的情况下以编码形式呈现地址(30、32)。

2.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，数据包括在寻址到总线接口(132)的报文中，并且输入/输出设备设计成，从报文中提取地址(30、32)并且将地址存储在存储器(14)。

3.根据权利要求2所述的输入/输出设备，其中，输入/输出设备设计成，响应于地址(30、32)的确认，将所述地址用于构建通信通道，所述通信通道由不同于寻址到总线接口(132)的报文的安全机制保护。

4.根据权利要求1至3之一所述的输入/输出设备，其中，输入/输出设备设计成，在使用发光部件(40、42、44、46、48、50)的情况下以数字编码的形式呈现地址(30、32)。

5.根据权利要求4所述的输入/输出设备，其中，地址(30、32)包括零和一组成的序列，并且输入/输出设备设计成，通过去激活或激活发光部件(40、42、44、46、48、50)呈现序列中的零或一。

6.根据权利要求5所述的输入/输出设备，其中，发光部件(40、42、44、46、48、50)中的第一组设计成发出第一波长的光，并且发光部件(40、42、44、46、48、50)中的第二组设计成发出第二波长的光，其中，第一波长和第二波长对应于不同的颜色。

7.根据权利要求5或6所述的输入/输出设备，其中，输入/输出设备设计成，依次呈现序列段并且在每段中同时呈现零和/或一。

8.根据权利要求7所述的输入/输出设备，其中，输入/输出设备设计成，通过去激活或激活发光部件(40、42、44、46、48、50)中的单个发光部件呈现在特定时间点呈现的段。

9.根据权利要求7或8所述的输入/输出设备，其中，在最后一段之后和/或在第一段之前，输出与序列无关的光学、声学或触觉信号，所述信号用信号表示序列呈现结束和/或序列呈现开始。

10.根据权利要求1至9之一所述的输入/输出设备，其中，输入/输出设备设计成，响应于地址(30、32)的确认，执行输入/输出设备的重新启动，和/或将一些或所有发光部件(40、42、44、46、48、50)用于呈现更多信息。

11.用于检查输入/输出设备的地址(30、32)的方法，包括：

将地址(30、32)存储在输入/输出设备的存储器(14)中；以及

借助以编码形式光学呈现地址(30、32)来检查地址(30、32)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，地址(30、32)包括零和一组成的序列，并且输入/输出设备设计成，通过去激活或激活发光部件(40、42、44、46、48、50)呈现序列中的零或一。