Kommunikationsmodul sowie Verfahren zur Anbindung eines elektrischen Gerätes an ein Netzwerk

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kommunikationsmodul zur Anbindung von elektrischen Host-Geräten mit jeweils individueller physikalischer Schnittstelle an unterschiedliche externe Netzwerke, wobei das Kommunikationsmodul über eine Schnittstelle mit dem Host-Gerät verbunden ist und zumindest zwei physikalische Schnittstellen bereitstellt, von denen eine geeignete zur Verbindung mit der individuellen Schnittstelle des elektrischen Host-Gerätes auswählbar ist und wobei das Kommunikationsmodul einen an das jeweilige externe Netzwerk angepassten Netzwerk- Verbinder aufweist, sowie auf ein Verfahren zur Anbindung von elektrischen Geräten mittels jeweils individueller physikalischer Schnittstelle über ein Kommunikationsmodul an unterschiedliche externe Netzwerke, wobei das Kommunikationsmodul über eine Schnittstelle mit dem elektrischen Gerät verbunden ist und zumindest zwei physikalische Schnittstellen bereitstellt, von denen eine geeignete zur Verbindung mit der individuellen Schnittstelle des Geräts ausgewählt wird und wobei die über die Schnittstelle übertragenen Signale durch das Kommunikationsmodul an das jeweilige externe Netzwerk angepasst werden.

Ein Kommunikationsmodul sowie ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art sind in WO-A-2005/124569, EP-A- 177 9252 sowie EP-A-882800 beschrieben. Modularisierung und Standardisierung von Schnittstellen innerhalb einer speziellen Produktfamilie sind Stand der Technik. Dies berücksichtigt aber nur die Anforderungen eines speziellen Produktes.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Kommunikationsmodul sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubil-

den, dass die Kommunikationsmodule unabhängig von einzelnen Host-Geräten entwickelt werden können und für viele verschiedene Host-Geräte wieder verwendbar sind.

Die Aufgabe wird erfindungs gemäß durch ein Kommunikationsmodul dadurch gelöst, dass das Host-Gerät einen Prozessor zur Identifizierung des Kommunikationsmoduls und zur Auswahl der zumindest einen für das Host-Gerät geeigneten physikalischen Schnittstelle mittels serieller Kommunikation aufweist.

Die Aufgabe wird verfahrensmäßig gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass das Host- Gerät das Kommunikationsmodul unter Verwendung von Identifikations- und Erkennungssignalen identifiziert und zumindest eine der von dem Kommunikationsmodul bereitgestellten physikalischen Schnittstellen auswählt.

Anwendung findet das Kommunikationsmodul sowie das Verfahren in jedem Gerät, welches über ein externes Netzwerk kommunizieren können muss.

Dieses Gerät wird „Host-Gerät" genannt und kann in seine Hauptfunktion und die Kommunikationsfunktion (Modul oder Option) aufgespalten werden. Beide Teile sind über die Geräte Host-Schnittstelle zu verbinden.

Das Host-Gerät muss natürlich nur eine von mehreren Teilschnittstellen zur Verfügung stellen, während die Kommunikationsmodule alle vorzugsweise vier Schnittstellen zur Verfügung stellen müssen. Dadurch kann die Implementierung der Schnittstelle im Host-Gerät entsprechend den Anforderungen der Anwendung optimiert werden (Leistung versus Kosten) und trotzdem bleibt die Möglichkeit erhalten, aus einem großen Angebot an Kommunikations-Optionsmodulen zu wählen, die aber alle zur individuellen Schnittstelle passen.

Für Host-Geräte, welche eine Anbindung an ein oder mehrere Kommunikations- Netzwerke benötigen, besteht nicht mehr die Notwendigkeit, für jedes einzelne Netzwerk erneut eine Implementierung vorzunehmen, sondern lediglich einmalig die standardisierte Host-Schnittstelle zu implementieren und dann das benötigte Kommunikati-

onsoptionsmodul aus einer Liste vorhandener Kommunikationsmodule auszuwählen. Dadurch kann der Gesamtentwicklungsaufwand reduziert werden. Auch können die Eigenschaften je Netzwerk über verschiedene Produkte hinweg harmonisiert werden.

Die Spezifikation einer standardisierten internen Schnittstelle ermöglicht es, Kommunikationsmodule unabhängig vom einzelnen Host-Gerät zu entwickeln und für viele verschiedene Host-Geräte wieder zu verwenden. Die interne Hardware-Architektur des Kommunikationsmoduls ist nicht relevant, solange die Schnittstelle zum Host-Gerät der Definition entspricht. Das gleiche gilt für das Host-Gerät, solange die Schnittstelle zum Kommunikationsmodul der Definition entspricht.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen: Fig. 1 die Anbindung eines Host-Gerätes an unterschiedliche Netzwerke,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kommunikationsmoduls mit

Schnittstelle zu dem Host-Gerät,

Fig. 3 eine physikalische Sicht von Signalen eines 50-poligen

Kompakt-Flächen-Steckers und

Fig. 4 eine physikalische Sicht der Signale eines 30-poligen Steckers.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Host-Gerät HG, welches über ein Kommunikationsmodul KomMl, KomM2, KomM3 an unterschiedliche externe Netzwerke Nl, N2 wie Ethernet oder Feldbus verbindbar ist. Das Kommunikationsmodul KomMl ist über eine

Schnittstelle DHI, die als Geräte-Host-Schnittstelle bezeichnet werden kann, mit dem Host-Gerät verbunden um dessen Gerätefunktionen zu nutzen und dem Netzwerk Nl, N2 verfügbar zu machen. Mit dem Netzwerk Nl, N2 können ebenfalls Zentralsteuerungen wie PLC, DCS und/oder CET verbunden sein.

Die Host-Geräte-Schnittstelle DHI besteht aus mehreren Teilen, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Diese umfasst eine Steckverbindung DHI-SVl, DHI-S V2, die vorzugsweise als 50-Pin Compact Flash Stecker oder 30-Pin Stecker ausgebildet ist. Die Steckerbelegung ist den Fig. 3 und 4 zu entnehmen. über die Schnittstelle erfolgt eine Modul-Identifikation und grundlegende Hardware-Konfiguration.

Die Signale selbst können wie folgt gruppiert werden: - DPM, 16-bit Daten Parallel- Schnittstelle

UART auf physikalischer (Bit-)Ebene mit zusätzlichen Handshake- Signalen und

Datenflusssteuerungssignalen

SPI auf physikalischer (Bit-)Ebene mit zusätzlichen Handshake-Signalen

CAN auf physikalischer Ebene

Erkennungs signale

Spannungsversorgung (PWR).

Einige Signale teilen sich dabei denselben physikalischen Steckerpin, was nur deshalb möglich ist, da diese Signale nicht zeitgleich benutzt werden. Insbesondere werden die Signale D8 bis D 15 der Parallelschnittstelle mehrfach genutzt.

Ferner umfasst die Host-Geräte-Schnittstelle DHI mechanische Elemente wie Gehäuse, Leiterplatten, die nicht näher dargestellt wird.

Dieser Teil stellt die Austauschbarkeit der verschieden Kommunikationsmodule KomMl, KomM2, KomM3 sicher, d. h. die Verwendung eines Moduls für das Netzwerk Nl in mehreren verschiedenen Host-Geräten HG.

Des Weiteren ist der Schnittstelle DHI ein Protokoll DHI zugeordnet, um über diese Schnittstelle zu kommunizieren. Dieses Protokoll läuft oberhalb der Treiber für die physikalische (Bit-)Ebene.

Im Unterschied zum Stand der Technik gibt die erfindungsgemäße Definition der Schnittstelle bzw. das Modul KomM nicht nur zwei physikalische Ebenen bzw. Schnittstellen vor, sondern vorzugsweise vier (16-bit parallele Daten, UART, SPI and CAN), von denen jede einzelne vom Host-Gerät HG ausgewählt werden kann.

Zusätzlich ermöglicht die erfindungsgemäße Definition die gleichzeitige Benutzung der parallelen Schnittstelle, der UART- Schnittstelle und einer einfachen CAN-Schnittstelle.

Außerdem ermöglicht die Definition des Steckers DHI-SVl, DHI-S V2 sowohl die Benutzung eines 50-poligen Steckers gemäß Fig. 3 als auch eines 30-poligen Steckers gemäß Fig. 4 und zwar derart, dass beide austauschbar sind.

Zudem erfolgen die Identifizierung des Kommunikationsmoduls KomM und die Auswahl der physikalischen Schnittstelle DPM, CAN, UART, SPI mit allen notwendigen Parametern nicht über statische Signale, sondern mittels einer seriellen Kommunikation.

Die verwendeten Kommunikationsmodule KomM können sowohl mit eigenem Kommunikationsprozessor KomP ausgestattet sein auf dem das Schnittstellenprotokoll abgewickelt wird als auch von „dummer" Art sein, und zwar derart, dass nur Mittel UMS zur Umsetzung auf ein anderes physikalisches Medium sowie Mittel POT zur Potentialtrennung vorhanden sind.

In das Host-Gerät HG wird vorzugsweise nur eine der vorzugsweise vier physikalischen Schnittstellen DPM, CAN, UART, SPI sowie eine Identifikations- und Detekti- ons Schnittstelle implementiert, wobei entweder der 50-polige Stecker oder der 30-polige Stecker verwendet wird.

Das Kommunikationsmodul KomM muss alles bereitstellen was notwendig ist, um über das externe Netzwerk Nl, N2 , für welches es gedacht ist, zu kommunizieren. An der Host-Geräteschnittstelle DHI müssen alle definitiven physikalischen Teilschnittstellen DPM, CAN, UART, SPI oder nur eine Teilmenge implementiert sein.

Ein Kommunikationsmodul KomM mit einem 30-poligen Stecker kann von einem Host-Gerät HG benutzt werden, welches sowohl einen 30-poligen als auch einen 50- poligen Stecker besitzt.

Ein Kommunikationsmodul KomM mit einem 50-poligen Stecker kann nur von einem Host-Gerät HG benutzt werden, welches einen 50-poligen Stecker besitzt.

Nach dem Einschalten der Spannung EV wird das Host-Gerät HG das Kommunikationsmodul KomM unter Verwendung der Identifikations- und Erkennungs-Signale identifizieren. Dabei wird das Kommunikationsmodul KomM seine Signatur übergeben, welche Informationen über die implementierten physikalischen Teilschnittstellen (zum Host-Gerät) sowie die unterstützten Kommunikationsparameter enthält und ebenfalls darüber Auskunft gibt, ob es sich um ein intelligentes Modul (mit DHI-P Protokoll) oder um ein dummes Modul mit Medium-Umsetzer UMS und Potentialtrennung POT zum externen Netzwerk handelt.

Das Host-Gerät HG nimmt dann die Basis-Hardware-Konfiguration auf Grundlage der Signatur des Kommunikationsmoduls vor. Anschließend schaltet das Host-Gerät HG entweder auf das High-Level-Protokoll DHI-P um oder übernimmt die Steuerung des dummen Moduls.

Intelligente Kommunikationsmodule KomM müssen jegliche Mittel bereitstellen, die nötig sind, um über das externe Netzwerk Nl, N2 zu kommunizieren, aber auch ein Mittel wie Mikro-Prozessor KomP um mittels des High-Level-Protokolls DHI-P jegliche Art vom Information zwischen dem externen Netzwerk Nl, N2 und dem Host-Gerät HG austauschen zu können.

Dumme Kommunikationsmodule KomM müssen die Potentialtrennung und die Umsetzung auf das Medium des externen Netzwerkes Nl, N2 zur Verfügung stellen als auch alle Mittel, die es dem Host-Gerät ermöglichen, die Signatur des Kommunikationsmoduls über die Host-Schnittstelle zu lesen. Außerdem müssen Mittel bereitgestellt werden, die es dem Host-Gerät möglich machen, die dem externen Netzwerk zugeordneten optischen Anzeigen wie LEDs auf dem Kommunikationsmodul zu steuern.

Die Geräte-Host-Schnittstelle DHI definiert eine Schnittstelle zwischen irgendeinem Host-Gerät HG und einer modularen Option, welches Zugriff auf jegliches externe Netzwerk Nl, N2 ermöglicht.

Die Schnittstelle DHI ist vorzugsweise eine geräteinterne Schnittstelle. Alle Signale sind für die direkte Kommunikationsverbindung zwischen Prozessoren definiert, deshalb müssen keine Transceiver benutzt werden.

Die Schnittstelle DHI erlaubt es, dass:

Host-Gerät HG und Kommunikationsmodul KomM einen Mikro-Prozessor KomP, HGP verwenden, um ein High-Level-Protokoll DHI-P zum Datenaustausch zu betreiben. In diesem Fall wird das Kommunikationsmodul KomM „intelligentes Modul" genannt; nur das Host-Gerät HG einen Mikroprozessor (HGP) ohne High-Level-Protokoll zum Datenaustausch besitzt, jedoch zur Steuerung des Kommunikationsmodul. In diesem Fall wird das Kommunikationsmodul „dummes Modul" genannt.

Die Schnittstellensignale sind für parallele und serielle Teilschnittstellen definiert. Serielle Teilschnittstellen sind UART, SPI und CAN.

Die Schnittstellensignale sind definiert für einen 50-poligen Stecker und -ohne physikalische Parallelschnittstelle - auch für einen 30-poligen Stecker derart, dass Mo-

dule mit einem 30-poligen Stecker und Geräte mit einem 50-poligen Stecker interoperabel sind und umgekehrt,

Kommunikationsmodul KomM zur Bereitstellung aller oder einzelner Teil- Schnittstellen.

Host-Geräte HG, die nur eine oder mehrere Teilschnittstellen zu Verfügung stellen.

Identifizierung des Kommunikationsmoduls KomM über eine einfache serielle Schnittstelle (serielle Signatur).

Basis-Hardware-Konfiguration, d. h. Auswahl der physikalischen Teilschnittstelle und übertragungsparameter, erfolgt über eine einfache serielle Schnittstelle.

Nach erfolgter Basis-Hardware-Konfiguration wird das High-Level-Protokoll DHI- P aktiviert.