專利名稱：探測輸入信號變化的方法
技術領域：
本發明涉及一種用于探測在自動化系統中運行的輸入-/輸出組件的輸入端上的輸入信號變化的方法，在此，通過輸入-/輸出組件掃描信號，其中，在信號變化時產生了變化事件和從屬于該變化事件的時間戳，并且值對變化事件和時間戳存儲在位于輸入-/輸出組件上級的自動化組件中。
背景技術：
在自動化系統中，尤其是在帶有現場總線-/PR0FIBUS-DP或PR0FINET的分散站點中，優選地通過接口模塊連接輸入_/輸出組件。通過該輸入_/輸出組件來對數字外圍設備或模擬外圍設備的信號變化進行分析、探測并且設置時間。該時間被當作所謂的時間戳。 為了事后能夠對時間順序進行分析(S0E =事件順序)，所以信號變化的時間戳的應用尤其重要。這種輸入信號變化的實例是雙輸入信號的變化或狀態變化或類似的變化。根據本發明也可以將輸入信號變化理解成模擬信號超過極限值。由DE 10 2006 010 748A1已經公知了一種用于記錄輸入信號變化的方法。另外還公知在帶有連接在接口模塊上的、分散的外圍設備的自動化裝置中實現對例如數字外圍設備的信號變化進行分析并且相應地設置時間戳的功能。存放在時間戳中的時間點但是由此就是在從外圍組件、優選地是輸入_/輸出組件傳輸有效數據的那個瞬間中的在接口模塊中的時鐘的時間，并且該時間點由此不同于對外圍組件或輸入_/輸出組件上的信號進行實際探測的時間點。DE 10 2006 010 748A1所述的方法的缺陷在于，為了探測輸入-/ 輸出組件上的輸入信號變化，每個輸入_/輸出組件都需要實施高精度時鐘或用于該高精度時鐘的硬件。另一方面，公知的利用分散的外圍設備的方法的缺陷在于，所獲得的時間戳不夠準確。

發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種用于探測輸入信號變化的方法，其中一方面可以棄用額外的高成本的硬件，并且另一方面提高了與時間戳相關的輸入信號變化的準確性。該目的可以通過開頭所述的方法由此實現，即，輸入_/輸出組件和上級的自動化組件彼此之間脈沖同步地運行，其中，基于脈沖同步的運行，可以在上級的自動化組件中對時間戳集中地進行計算。在使用脈沖同步的方式對輸入和輸出進行處理的情況下，能夠借助該同步化的過程來提高探測外圍設備信號變化的準確性。可以為自動化系統選擇脈沖同步的數據傳輸來代替每個單個的輸入_/輸出組件上的時間同步。在該方法中，系統中的所有周期都彼此同步地并且等距地進行，優選地，在此每個數據傳輸的持續時間都一樣長。由此能夠確定輸入_/輸出組件的值發生變化的時間點。由于變化的時間點是可以計算的，所以上級的自動化組件可以自行標記出變化的數據。優選地，在脈沖的時間點時的瞬時時間和輸入_/輸出組件中的多個掃描間隔相加后得出時間戳。在此，在輸入_/輸出組件中以一定頻率來掃描信號，其中，該頻率由脈沖間隔除以掃描間隔得出。可以將脈沖間隔理解成在兩個同步脈沖之間的時間間隔。在該方法的第一個設計方案變體中，將數量與頻率相應的多個掃描值緩存在輸入_/輸出組件中并且傳輸給上級的自動化組件，其中，在上級的自動化組件中根據值的系列來檢測，在哪一個值的情況下發生信號變化，其中，在所述系列內的值的位置得出用于計算時間戳的倍數。在該方法的第二個設計方案變體中，將數量與頻率相應的多個掃描值緩存在輸入_/輸出組件中，并且在輸入_/輸出組件中根據值的系列來檢測，在哪一個值的情況下發生信號變化，其中，在系列內的值的位置得出用于計算時間戳的倍數，并且將該倍數傳輸給上級的自動化組件。在第三個設計方案變體中，在輸入-/輸出組件中運行邊緣探測器，該邊緣探測器識別出何時發生信號變化，并且在輸入-/輸出組件中對于每個掃描值增加了一個計數器， 其中，在通過邊緣探測器識別邊緣的時候，計數器的計數器讀數得出用于計算時間戳的倍數，并且將倍數傳輸給上級的自動化組件。為了進一步優化準確性，在輸入-/輸出組件中模擬地進行邊緣探測，由此選出了更小的掃描間隔并且改進了時間戳計算的準確性。邊緣探測器在此構造成具有分立的構件。對于所有前述的實施方式變體來說，在上級的自動化組件中運行時鐘，該時鐘提供了瞬時時間，在此，該時鐘與在自動化系統中的其它自動化組件同步。有利的是，上級的自動化組件作為接口模塊運行，并且輸入_/輸出組件通過外圍總線將所探測到的值發送給該接口模塊，其中，在另一方面，該接口模塊在連接在自動化裝置上的現場總線上運行。


在附圖中進一步說明設計方案的特征和優點。圖中示出圖1示出自動化系統連接中的輸入_/輸出組件，以及圖2示出帶有三種用于檢測輸入信號變化的不同變體的流程圖。
具體實施例方式根據圖1示出自動化系統1，該自動化系統包括自動化裝置50、現場總線13、接口模塊11、外圍總線12以及帶有用于信號4的輸入端3的輸入-/輸出組件2。這種自動化系統1可以是可編程的管理系統、帶有通過現場總線13連接的分散式外圍設備的可存儲編程控制器或也可以是個人計算機、尤其是用于過程自動化的個人計算機。通過輸入-/輸出組件2的輸入端3連接上例如使用在工業過程中的傳感器。為了隨后在自動化設備50中或另一方面在上級管理系統中可以準確地確定，探測器的信號在哪個時間點上(例如，從“0”到“1”，即從“斷開”到“接通”或“門關閉”到“門打開”)發生了改變，使用了用于探測輸入_/輸出組件2的輸入端3處的輸入信號變化的方法。在此，在輸入_/輸出組件2中借助于探測裝置23掃描經過輸入端3的信號4，通過技術人員所公知的過采樣方法來在探測裝置23中實施掃描。這意味著，在輸入_/輸出組件內，信號 4的超掃描與自動化系統1中占支配地位的同步脈沖T相關。在此，將脈沖減速器25設計成接收同步脈沖T并且通過減速從同步脈沖T中產生減速的脈沖24。例如，脈沖T具有 100 μ S的脈沖間隔，而被減速的脈沖T則由此具有10 μ S的掃描間隔I。為了在自動化系統1中產生用于脈沖T的脈沖同步性，可以向自動化系統1中的所有自動化組件發送時間同步電報22。該通過現場總線13到達接口模塊11的時間同步電報22被時鐘9接收。該時鐘9被視為通過現場總線13進行同步化的高精度時鐘。在接口模塊11中，時鐘9中的同步化時間被用于控制產生脈沖T的脈沖發生器20。通過外圍總線 12將脈沖發生器20與輸入-/輸出組件2的脈沖減速器25連接在一起。假設信號4的輸入信號變化被識別出來，那么將通過外圍總線12向接口模塊11 傳輸變化事件5。變化事件通過這種傳輸到達了用于獲得時間戳的裝置21。由于輸入_/ 輸出組件2與接口模塊11彼此脈沖同步地運行，所以可以基于接口模塊11上的脈沖同步的運行來對時間戳6進行集中計算。用于進行掃描的頻率K被用于這種計算。在此，可以由脈沖間隔除以掃描間隔I來得出該頻率K。 在第一種變體中，在輸入_/輸出組件2中將數量與頻率K相應的多個掃描值緩存在輸入_/輸出組件2中并且通過外圍總線12傳輸給接口模塊11。在此，用于在接口模塊 11中獲得時間戳的裝置21這樣設計，即根據值的系列來檢測，在哪一個值的情況下發生信號變化，其中，在該系列內的值的位置得出用于計算時間戳的倍數。另外，在用于獲得時間戳的裝置21中產生了電報，該電報包括了時間戳6、信號4a的實際值以及變化事件，可以通過現場總線13來發送該電報。在圖2中示出另一個設計方案變體，即如何實現該用于獲得時間戳的裝置21或輸入_/輸出組件2或如何對其進行編程。根據圖2示出流程圖40。該流程圖40示出信號4的信號曲線。在此，該信號曲線具有作為輸入信號變化的邊緣10，該邊緣交替地上升或下降。脈沖T顯示為以垂直的虛線穿過圖表的同步脈沖。在兩個同步脈沖之間(也就是兩條垂直的虛線之間)的間距分別是 100 μ S。示出了周期N、周期Ν+1和周期Ν+2以及周期Ν+3。在探測輸入信號變化的第一種變體41中，周期N中的脈沖間隔更近。通過減慢的脈沖24(也就是輸入-/輸出組件2中的過采樣)，在100 μ s的脈沖間隔中產生了多個 10 μ S的片斷，即，第一個10 μ S間隔I1至第十個10 μ S間隔11(1。在此以1至10來對各個 10 μ S的時間片斷進行編號。與帶有100 μ S的脈沖的上級脈沖T相關地，輸入-/輸出組件2可以為所有10 μ S賦予新的值并且將其存儲在內部的緩存器中(過采樣)。通過讀取整個緩沖器(也就是所有的10值)，用于獲得時間戳的裝置21可以通過接口模塊11基于 10 μ s片斷的間隔尺寸來確定在其中實際發生信號變化的Delta-t時間戳。由此得到了比現有技術中更高的準確性。分別利用加黑的箭頭顯示出在其中顯現出信號變化的探測時段 44。與帶有上升邊緣10的信號4的信號曲線相關地從上升邊緣中引出了向下朝向第一變體41的垂直虛線。恰好在該位置上，信號基于該上升邊緣10進行變化。但是可以看出，該信號變化是在經過了 10 μ s的片斷之后才出現的，由此出現了探測錯誤45和Delta-tn。第二種變體42應該同樣是可想象得到的，在第二種變體42中，數量與頻率K相應的掃描值被緩存在輸入_/輸出組件2中并且在輸入_/輸出組件2根據值的系列來檢測，在哪一個值的情況下發生信號變化，其中，在該系列內的值的位置得出用于計算時間戳的倍數，并且將倍數傳輸給用于獲得時間戳的裝置21的接口模塊11。第三種變體43規定，在輸入_/輸出組件2 (見圖1)中運行邊緣探測器7，該邊緣探測器識別出何時信號發生變化，并且在輸入_/輸出組件2中對于每個掃描值增加了一個計數器8。在通過邊緣探測器7識別邊緣10的時候，計數器8的計數器讀數得出用于計算時間戳6的倍數。并且將該倍數或計數器讀數通過外圍總線12傳輸給接口模塊11并且在用于計算時間戳的裝置21中使用。在第三種變體43中，邊緣探測顯示了變化事件5。在每個周期N的末尾處，數據傳輸47發生變化。因此，流程圖40的最下面的那行顯示出了在接口模塊中的流程46。計算時間戳的一個可能的公式為t信號變化—n = t周期—n_t補償_De 1 ta-tn此時，n與瞬時時間相應。可能是外圍總線12上的運行時間延遲。
權利要求
1.一種用于探測在自動化系統(1)中運行的輸入-/輸出組件(2)的輸入端(3)上的輸入信號變化的方法，在此，-通過所述輸入_/輸出組件(2)掃描信號(4)，其中，在信號變化時產生了變化事件 (5)和從屬于所述變化事件(5)的時間戳(6)，并且_值對變化事件(5)和時間戳(6)存儲在位于所述輸入_/輸出組件(2)上級的自動化組件中，其特征在于，所述輸入_/輸出組件(2)和所述上級的自動化組件彼此之間以脈沖(T) 脈沖同步地運行，其中，基于所述脈沖同步的運行，在所述上級的自動化組件中對所述時間戳(6)集中進行計算。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，在所述脈沖⑴的時間點時的瞬時時間⑴和所述輸入_/輸出組件⑵中的多個掃描間隔⑴相加后得出所述時間戳(6)。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，在所述輸入-/輸出組件(2)中以頻率(k)來掃描所述信號(4)，其中，所述頻率(k)由所述脈沖間隔除以所述掃描間隔(I)得出。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，將數量與所述頻率(k)相應的多個掃描值緩存在所述輸入_/輸出組件(2)中并且傳輸給所述上級的自動化組件，其中，在所述上級的自動化組件中根據值的系列來檢測，在哪一個值的情況下發生信號變化，其中，在所述系列內的值的位置得出用于計算所述時間戳(6)的倍數。
5.根據權利要求3所述的方法，其中，將數量與所述頻率(k)相應的多個掃描值緩存在所述輸入_/輸出組件(2)中，并且在所述輸入_/輸出組件(2)中根據值的系列來檢測，在哪一個值的情況下發生信號變化，其中，在所述系列內的值的位置得出用于計算所述時間戳(6)的倍數，并且將所述倍數傳輸給所述上級的自動化組件。
6.根據權利要求3所述的方法，其中，在所述輸入-/輸出組件(2)中運行邊緣探測器 (7)，所述邊緣探測器識別出何時發生信號變化，并且在所述輸入-/輸出組件(2)中對于每個掃描值增加了一個計數器(8)，其中，在通過所述邊緣探測器(7)識別邊緣(10)的時候， 所述計數器(8)的計數器讀數得出用于計算所述時間戳(6)的倍數，并且將所述倍數傳輸給所述上級的自動化組件。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，在所述輸入-/輸出組件(2)中模擬地進行所述邊緣探測，由此選出了更小的掃描間隔(I)并且改進了所述時間戳計算的準確性。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其中，在所述上級的自動化組件中運行時鐘(9)，所述時鐘提供了所述瞬時時間(t)，在此，所述時鐘(9)與在所述自動化系統(1) 中的其它自動化組件同步。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其中，所述上級的自動化組件作為接口模塊(11)運行，并且所述輸入-/輸出組件⑵通過外圍總線(12)將所探測到的值發送給所述接口模塊(11)，其中，在另一方面，所述接口模塊(11)在連接在自動化裝置上的現場總線(13)上運行。
全文摘要
本發明涉及一種用于探測在自動化系統(1)中運行的輸入-/輸出組件(2)的輸入端(3)上的輸入信號變化的方法，在此，通過輸入-/輸出組件(2)掃描信號(4)，其中，在信號變化時產生了變化事件(5)和從屬于該變化事件(5)的時間戳(6)，并且值對變化事件(5)和時間戳(6)存儲在位于輸入-/輸出組件(2)上級的自動化組件中，其中，輸入-/輸出組件(2)和上級的自動化組件彼此之間以脈沖(T)脈沖同步地運行，其中，基于該脈沖同步的運行，在上級的自動化組件中對時間戳(6)集中進行計算。
文檔編號G05B19/042GK102478796SQ201110376720
公開日2012年5月30日 申請日期2011年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者霍爾格·羅赫爾, 馬蒂亞斯·西蒙 申請人:西門子公司