下级的通讯系统中的PROFIenergy的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有PROFINET系统（1）和PROFINET系统（1）下级的第二系统（2）的自动化系统，其中PROFINET系统（1）包括PROFINET控制装置（10）和能与下级的第二系统（2）建立通讯连接的PROFINET现场设备（13）。为了提供具有更好的能源管理的自动化系统提出，第二系统（2）包括第一设备（23），其中，PROFINET控制装置（10）能向第一设备（23）发送PROFIenergy命令，其中，第一设备（23）能根据收到的PROFIenergy命令进行能源状态转换和/或向PROFINET控制装置（10）发送消耗数据。
【专利说明】 下级的通讯系统中的PROFIenergy
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动化系统，其具有PR0FINET系统和PR0FINET系统下级的第二系统。另外，本发明涉及一种自动化系统的通讯方法。
【背景技术】
[0002]PR0FINET (过程现场网络，Process Field Network)是由 PR0FIBUS&PR0FINET 国际组织为自动化所公开的工业以太网标准。PR0FINET使用TCP/IP和IT标准，具有实时以太网能力并且可以集成现场总线系统。
[0003]PR0FINET系统特别是包括IO控制器(PR0FINET控制装置)和至少一个IO装置(PR0FINET现场设备)。PR0FINET控制装置是在PR0FINET系统内部监控自动化任务的控制装置。PR0FINET现场设备是由IO控制器监督和控制的现场设备。PR0FINET现场设备可以由多个模块和子模块构成。
[0004]借助于PR0FINET系统，特别是可以在工业环境中实现自动化系统(例如生产设备、生产线、工厂自动化、过程自动化)。借助于PR0FINET控制装置，可以集中控制和监督这种系统。
[0005]PROFIenergy (节能增效技术)用于支持PR0FINET自动化装置中的能源管理任务。PROFIenergy根据通讯协议PR0FINET，并且使用PR0FINET电报来传输PROFIenergy命令。借助于PROFIenergy命令，可以在PR0FINET网络内部控制自动化设备(例如机器人装配单元、激光切割装置和子系统，如喷漆装置)在制造中的能源消耗。对能源消耗自身的控制通过公开的和标准化的PROFIenergy命令完成，PROFIenergy命令在制造中用于计划内和计划外的中断。PROFIenergy命令被植入PR0FINET电报中，并在PR0FINET系统内部借助于PR0FINET电报在PR0FINET控制装置方面被发送给PR0FINET现场设备。
[0006]通过借助于PR0FINET控制装置发送PROFIenergy命令，能源消耗器能够对生产间歇做出反应。间歇可以在已知时间开始，或者作为对不可预见的事件或崩溃的反应而出现。每个耗电器以对自身来说适当的方式对PROFIenergy命令作出反应。所规定的PROFIenergy命令特别是根据以下应用情况:
[0007]-短暂间歇(一小时以内):一般来说，这种间歇是计划内的，在这种间歇中，可以例行断开PR0FINET现场设备，例如午休。按照安全规定来使用与安全相关的功能。重新接通时，PR0FINET系统按照接通顺序启动PR0FINET现场设备，并检验所有的PR0FINET现场设备是否正确运行，从而例如可以重新开始制造过程。
[0008]-较长的间歇(若干小时或若干天):在此与短暂间歇的处理方式相类似，仅使在此附加的PR0FINET现场设备进入待机模式或完全断开，或者控制其进入深度“休眠”模式。
[0009]-计划外的间歇(通常为故障):在此同样与短暂间歇的处理方式相类似。只是使用者不知道，间歇在什么时候发生以及持续多长时间。首先，使PR0FINET现场设备进入“停止”状态，以便减少能耗。如果有意义，则根据持续时间将PR0FINET现场设备切换至其它节能状态。[0010]-对负载进行测量和可视化:直接(通过仪器)或隐含地(通过了解电参数)收集PR0FINET现场设备的数据。
[0011]然而，PROFIenergy限于利用通讯标准PR0FINET的应用，并且因此只能在PR0FINET现场设备中直接应用。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种具有更好的能源管理的自动化系统。
[0013]这一目的通过一种根据权利要求1的装置来实现，也就是说，通过具有PR0FINET系统和PR0FINET系统下级的第二系统的自动化系统来实现，其中PR0FINET系统包括PR0FINET控制装置和能与下级的第二系统建立通讯连接的PR0FINET现场设备，其中第二系统包括第一设备，其中，PR0FINET控制装置能向第一设备发送PROFIenergy命令，其中，第一设备能根据收到的PROFIenergy命令进行能源状态转换，和/或向PR0FINET控制装置发送消耗数据，并且这一目的也通过一种根据权利要求6所述的方法来实现，也就是说，通过自动化系统的通讯方法来实现，该自动化系统具有PR0FINET系统和PR0FINET系统下级的第二系统，其中PR0FINET系统包括PR0FINET控制装置和能与下级的第二系统建立通讯连接的PR0FINET现场设备，其中第二系统包括第一设备，其中，PR0FINET控制装置向第一设备发送PROFIenergy命令,并且第一设备收到PROFIenergy命令,并且接着进行能源状态转换和/或向PR0FINET控制装置发送消耗数据。
[0014]本发明的有利改进方案在从属权利要求2至5以及7和8中给出。
[0015]包括PR0FINET系统和PR0FINET系统下级的第二系统的自动化系统例如可以应用在生产设备或生产线中。下级的第二系统例如可以是AS接口系统或IO链路(Link)系统。
[0016]PR0FINET控制装置可以有针对性地借助于PROFIenergy命令向第二系统的第一设备发出指令。为此，PR0FINET控制装置优选地可以对第二系统的第一设备寻址。
[0017]PR0FINET现场设备优选地收到考虑用于第一设备的PROFIenergy命令，并将收到的PROFIenergy命令发送给第二系统的第一设备。
[0018]在PR0FINET系统内部，借助于PR0FINET电报发送PROFIenergy命令。然而，与第二系统的第一设备的通讯借助于在那里应用的通讯种类完成，从而在第二通讯系统的一个或多个电报内部只发送PROFIenergy命令。
[0019]优选地通过PR0FINET现场设备或通过与PR0FINET现场设备连接的第二通讯系统的控制装置将包含PROFIenergy命令的PR0FINET电报转换为第二通讯系统的电报。同样可以考虑的是，将PR0FINET现场设备设计为第二通讯系统的控制装置。
[0020]第一设备收到最初由PR0FINET控制装置发送的PROFIenergy命令，并且能接着做出相应的反应。特别是第一设备根据收到的PROFIenergy命令进行能源状态转换。在因此导致的对第一设备的能量状态转换中，特别是这样控制第一设备的组件和/或由第一设备监督或控制的自动化系统的组件，即在自动化系统内部减少能耗。通过因此而导致的自动化系统能耗减少，相对于自动化系统的运行而言可以节省费用。
[0021]能源状态转换特别是指使第一设备进入节能状态的转换。在此，例如可以根据第一设备断开第一设备的能耗组件。
[0022]通过第一设备的能源状态转换，特别是可以减少自动化系统内部的能耗。[0023]优选地，第一设备根据收到的PROFIenergy命令这样控制特别是串联的装置或耗电器，即在自动化系统内部减少能耗。
[0024]作为能源状态转换的可替换方案或作为能源状态转换的补充，第一设备能根据收到的PROFIenergy命令(特别是由第一设备和/或由自动化系统的通过第一设备监督和/或控制的组件)将消耗数据发送给PROFINET控制装置。PROFINET控制装置收到这些消耗数据，从而可以对这些消耗数据进行分析。于是，可以在自动化系统内部进行更好的能源管理。
[0025]通过这种自动化系统或自动化系统内部的通讯方法，可以在不进行生产的时间内通过统一的方法，借助于PROFIenergy命令，有针对性地使整个自动化系统或部分自动化系统进入在能源方面有利的状态(例如待机运行、断开)。此时，可以有针对性地只通过控制装置在自动化系统内部发出PROFIenergy命令。于是，可以借助于PROFIenergy命令对自动化系统进行统一的能源管理，而不必注意各个通讯系统(PROFINET系统、第二系统)。
[0026]在本发明的有利实施方式中，PROFINET现场设备能收到包含PROFIenergy命令的PROFINET电报，并将收到的PROFIenergy命令发送给第一设备。
[0027]PROFINET现场设备优选地借助于与PROFINET电报不同的电报将收到的PROFIenergy命令发送给第二设备。因此，PROFINET现场设备只将收到的PROFINET电报的数据记录(PROFIenergy命令)发送给第二设备。
[0028]在本发明的另一种有利的实施方式中，第一设备是第二系统的现场设备。
[0029]因此，第二系统的现场设备被第二系统的控制装置所控制。可以将第二系统的控制装置与PROFINET现场设备分散地设计，并与PROFINET现场设备通讯连接。同样可以考虑的是，通过PROFINET现场设备自身设计控制装置，或者控制装置与PROFINET现场设备连接(即机械连接或电连接)。
[0030]优选地，通过PROFINET现场设备或通过第二通讯系统的控制装置将包含PROFIenergy命令的PROFINET电报转换为第二通讯系统的电报。
[0031]第二系统的现场设备优选地是用于探测能源数据的传感器或用于控制或调节负载的执行元件或二者的组合。
[0032]在本发明的另一种有利的实施方式中，第二系统是AS接口系统或10链路系统。所述的AS接口(英语:执行元件传感器接口 Actuator-Sensor-1nterface,简称AS_i ;德语:执行元件传感器接口 Aktor-Sensor-Schnittstelle)是现场总线通讯的标准,该标准是为连接执行单元和传感器而开发的。所以，第一设备是AS接口装置(从机，Slave)。第二系统的控制装置是AS-1主机(Master)。10链路是用于将智能传感器和执行元件连接至自动化系统的通讯系统。第一设备因此是10链路装置。
[0033]在本发明的另一种有利的实施方式中，第二系统包括控制装置，控制装置可以与PROFINET现场设备和第一设备通讯，其中，PROFINET现场设备能将由PROFINET控制装置发送给第二系统的第一设备的PROFIenergy命令发送给第二系统的控制装置，并且第二系统的控制装置能接着借助于第二系统的至少一个电报将收到的PROFIenergy命令接着发送
给第二系统的第一设备。
[0034]所以，第二系统的控制装置可以这样将收到的PROFIenergy命令嵌入第二系统的电报结构，即借助于第二系统的至少一个电报将PROFIenergy命令发送给第二系统的第一设备。
[0035]因此，第二系统的控制装置可以从PR0FINET现场设备收到PROFIenergy命令，PR0FINET现场设备已经收到了 PR0FINET控制装置发送给第一设备的PROFIenergy命令。于是，第二系统的控制装置这样将这个PROFIenergy命令嵌入第二系统的电报结构，即借助于第二系统的一个或多个电报将PROFIenergy命令发送给第一设备。
[0036]如果第二系统例如是AS接口系统，则在PR0FINET系统内部借助于PR0FINET电报并且在第二系统内部借助于AS接口电报传输发送给第一设备的PROFIenergy命令。特别是通过第二系统的控制装置将PR0FINET电报转换为AS接口电报。
[0037]如果第二系统的控制装置直接与PR0FINET系统相连接，则这个装置单元同样包括能够从PR0FINET控制装置收到PROFIenergy命令的PR0FINET现场设备。
[0038]在本发明的另一种有利的实施方式中，下级的通讯系统既可以作为PR0FINET现场设备的外围站连接至PR0FINET系统，又可以通过PR0FINET现场设备分散地连接至PR0FINET 系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]以下借助附图中示出的实施例对本发明和本发明的设计方案作进一步的描述和说明。
【具体实施方式】
[0040]图中示出自动化系统的示意图。该自动化系统包括两个通讯系统。PROFINET系统I和PR0FINET系统I下级的第二系统2。第二系统2在这个实施例中是AS接口系统2。
[0041]图中示出的PR0FINET系统I包括PR0FINET控制装置10、PR0FINET现场总线11以及第一和第二 PR0FINET现场设备12，13。第一和第二 PR0FINET现场设备11，12例如分别是变频器。第一和第二 PR0FINET现场设备12，13和PR0FINET控制装置10分别连接至PR0FINET现场总线11，从而PR0FINET控制装置10能与各个PR0FINET现场设备12，13通讯。为此，在PR0FINET系统I内部在通讯参与者之间交换PR0FINET电报。借助于PR0FINET电报在通讯参与者之间传输需要传输的数据记录。这种数据记录例如可以是PROFIenergy命令。因此，在PR0FINET系统I内部借助于PR0FINET电报传输PROFIenergy命令。借助于第一 PR0FINET现场设备13控制第一耗电器15的能源供应。借助于第二 PR0FINET现场设备12控制第二耗电器14的能源供应。通过PR0FINET，控制装置10控制第一和第二PR0FINET 现场设备 11，12。
[0042]图中示出的AS接口系统2包括AS接口主机20 (控制装置)、AS接口现场总线21和第一和第二 AS接口现场设备22，23 (从机)。第一和第二 AS接口现场设备22，23和AS接口主机20分别连接至AS接口现场总线21，从而使AS接口主机20能够与各个AS接口现场设备22，23 (例如开关装置)通讯。为此，在AS接口系统2内部在通讯参与者之间交换AS接口电报。借助于AS接口电报在通讯参与者之间传输需要传输的数据记录。借助于第一 AS接口现场设备23控制第三耗电器25的能源供应。借助于第二 AS接口现场设备22控制第四耗电器24的能源供应。通过AS接口主机20控制第一和第二 AS接口现场设备21，22。[0043]耗电器14，15，24，25在这个实施例中分别是电驱动机器。然而，耗电器同样可以是例如电动机、气动控制装置(例如阀岛)或装置的供气装置(例如为暖气供气装置)。
[0044]变频器12 (第二 PROFINET现场设备12)直接连接至PROFINET现场总线11，所以PROFINET控制装置10可以借助于PROFIenergy命令直接使该变频器进入节能状态(例如待机运行)。为此，PROFINET控制装置10借助于PROFINET电报将相应的PROFIenergy命令发送给变频器12。
[0045]由于图中示出的自动化系统不限于单独使用PROFINET现场设备12，13，因此值得追求的是，至少使PROFINET系统I下级的通讯系统(此处为AS接口系统)参加自动化系统的组件中的一部分也加入PROFINET系统I的通讯过程。
[0046]为此，第一 PROFINET现场设备13与AS接口主机20相连接，也就是说，可以在第一 PROFINET现场设备13和AS接口主机20之间进行数据交换。AS接口主机20可以与PROFINET现场设备13分散布置，或者如同这个实施例中那样，直接与PROFINET现场设备13机械连接。因此，为PROFINET现场设备13装配了 AS接口主机20。
[0047]PROFINET的寻址装置可以对PROFINET系统I下级的第二系统2的装置寻址。因此，PROFINET控制装置10可以对下级的通讯系统2的装置20，22，23寻址，从而在PROFINET控制装置10方面可以将数据发送给第二系统2的寻址的装置20，21，22。所以，除了PROFINET现场设备12，13，PROFINET控制装置10同样可以对现场设备22，23以及第二系统2的控制装置20寻址，并将数据发给这些装置。此时，第一和第二系统1，2之间的数据交换借助于第一 PROFINET现场设备13和AS接口主机20完成。PROFINET控制装置10可以借助于一个或多个PROFINET电报将数据记录发送给第一 PROFINET现场设备12。第一PROFINET现场设备12将这个收到的数据记录传输给AS接口主机20。如果数据记录例如是考虑用于第二 AS接口现场设备22的，则AS接口主机20借助于一个或多个AS接口电报将收到的数据记录发送给第二 AS接口现场设备22。第二 AS接口现场设备22收到数据记录，并对这个数据记录进行相应的分析。通过这种方式，可以在PROFINET控制装置10和AS接口系统2的装置20，22，23之间进行系统重叠的通讯。
[0048]在PROFINET系统I下层的系统2中还有多个组件22，23，在这些组件中，特别是在间歇过程中使所述的组件进入在能源方面有利的状态(例如待机运行)具有重要意义。然而，PROFIenergy通常在PROFINET现场设备12，13中停止。
[0049]这样设计AS接口系统2的AS接口现场设备22，23以及AS接口主机20，即它们可以处理PROFIenergy命令。根据收到的PROFIenergy命令，相应的AS接口装置20，22，23承担相应的能源模式。因此，第二系统2的装置20，22，23根据收到的PROFIenergy命令实施取决于装置的能源状态转换。
[0050]AS接口主机20能与PROFINET现场设备13和AS接口现场设备22，23通讯。
[0051]如果要在自动化系统内部根据间歇例如将AS接口系统2的第一 AS接口现场设备23切换至节能状态，则可以通过PROFINET系统I特别是借助于PROFINET控制装置10的指令来完成。为此，PROFINET控制装置I发出对第一 AS接口现场设备23寻址的PROFINET电报，该电报包括PROFIenergy命令。PROFINET现场设备13收到这个对第一 AS接口现场设备23寻址的PROFINET电报，并将PROFINET电报的PROFIenergy命令以及关于AS接口系统2的要寻址的从动装置23的信息发送给AS接口主机20。AS接口主机20收到并处理这些信息，并借助于AS接口电报将PROFIenergy命令发送给第一 AS接口现场设备23。第一 AS接口现场设备23收到PROFIenergy命令并接着进行能源状态转换，从而减少自动化系统内部的能耗。
[0052]因此，PR0FINET现场设备13收到嵌入PR0FINET电报中的PROFIenergy数据结构，去掉PR0FINET的电报信封(Telegrammhuelle)并通过相应网关的非循环数据信道(此处为AS接口主机20)将PROFIenergy的净数据结构(PROFIenergy命令)发送给下级的第二系统2的寻址现场设备。
[0053]根据收到的PROFIenergy命令进行第一 AS接口现场设备23的能源状态转换。在第一 AS接口现场设备23中为不同的PROFIenergy命令储存相应的运行状态(例如待机运行、断开)。所以，与PR0FINET系统I串联的系统2的现场设备23以对其自身来说适当的方式对PROFIenergy命令作出反应。可以从用户方面对相应现场设备22，23的专门用于PROFIenergy命令的各个运行状态进行调整。
[0054]现场设备23特别是具有分析是否要执行收到的关于能源状态转换的PROFIenergy命令的逻辑。如果现场设备23或由现场设备23控制的组件25的、由PROFIenergy命令导致的预期间歇例如为10分钟，并且现场设备23或组件25启动前的程序运行时间为15分钟，则不执行收到的PROFIenergy命令。因此，现场设备23首先分析收到的具有储存的参考值的PROFIenergy命令，然后决定是否执行收到的PROFIenergy命令。
[0055]通讯系统，例如AS接口或IO链路，具有交换非循环数据包(数据记录)的可能性。所以，与PR0FINET系统I串联的第二系统2的所有具有通讯能力的装置20，22，23都可以实现PROFIenergy命令，从而相对于PROFIenergy可以在第二系统2的所有装置20，22，23上使用统一的数据结构。于是，可以在自动化系统内部系统重叠地使用PROFIenergy，从而能够在自动化系统内部进行统一的节能管理。所以，同样可以将PROFIenergy的优点用于PR0FINET系统I下级的系统2。
[0056]第一设备23收集自身的消耗数据和/或由第一设备23监督和/或控制的自动化系统组件23的消耗数据。
[0057]尤其是考虑到第一设备23和/或由第一设备23监督和/或控制的组件23，收集到的消耗数据特别是可以提供自动化系统的能源消耗的结论。
[0058]作为促使第一设备23根据收到的PROFIenergy命令进行能源状态转换的补充或可替换方案，第一设备23同样可以根据收到的PROFIenergy命令将收集到的(特别是第一设备23和/或由第一设备23监督和/或控制的自动化系统组件的)消耗数据发送给PR0FINET控制装置10。于是，可以从PR0FINET控制装置10方面进行更好的能源管理。
[0059]另外可以考虑的是，PR0FINET控制装置10将PROFIenergy命令发送给第二系统2下级的通讯系统(例如IO链路系统)的装置。以与所述方法类似的方式在PR0FINET系统I和下级的第二系统2之间将PROFIenergy命令转发给第二系统2下级的通讯系统的装置，从而使这个装置能够相应地做出反应(进行能源状态转换和/或将消耗数据传输给PR0FINET控制装置10)。
【权利要求】
1.一种自动化系统，具有PROFINET系统(I)和所述PROFINET系统(I)下级的第二系统(2)，其中所述PROFINET系统(I)包括PROFINET控制装置(10)和能与下级的所述第二系统(2)建立通讯连接的PROFINET现场设备(13)，其中，所述第二系统(2)包括第一设备(23 )，其中，所述PROFINET控制装置(10 )能向所述第一设备(23 )发送PROFIenergy命令，其中，所述第一设备(23)能根据收到的所述PROFIenergy命令进行能源状态转换，和/或向所述PROFINET控制装置(10)发送消耗数据。
2.根据权利要求1所述的自动化系统，其中所述PROFINET现场设备(13)能收到包含PROFIenergy命令的PROFINET电报,并将收到的所述PROFIenergy命令发送给所述第一设备(23)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的自动化系统，其中所述第一设备(23)是所述第二系统(2)的现场设备。
4.根据前述权利要求中任一项所述的自动化系统，其中所述第二系统(2)是AS接口系统或10链路系统。
5.根据前述权利要求中任一项所述的自动化系统，其中所述第二系统(2)包括能与所述PROFINET现场设备(13)和所述第一设备(23)通讯的控制装置(20)，其中所述PROFINET现场设备(13)能将由所述PROFINET控制装置(10)发送给所述第二系统(2)的所述第一设备(23)的PROFIenergy命令发送给所述第二系统(2)的所述控制装置(20)，并且所述第二系统(2)的所述控制装置(20)接着能借助于所述第二系统(2)的至少一个电报将收到的所述PROFIenergy命令继续发送给所述第二系统(2)的所述第一设备(23)。
6.一种自动化系统的通讯方法，所述自动化系统具有PROFINET系统(I)和所述PROFINET系统(I)下级的第二系统(2)，其中所述PROFINET系统(I)包括PROFINET控制装置(10)和能与下级的所述第二系统(2)建立通讯连接的PROFINET现场设备(13)，其中所述第二系统(2)包括第一设备(23)，其中，所述PROFINET控制装置(I)向所述第一设备(23)发送PROFIenergy命令,并且所述第一设备(23)收到所述PROFIenergy命令,并且接着进行能源状态转换，和/或向所述PROFINET控制装置(10)发送消耗数据。
7.根据权利要求6所述的通讯方法，其中所述PROFINET现场设备(13)收到包含PROFIenergy命令的PROFINET电报,并将收到的所述PROFIenergy命令发送给所述第一设备(23)。
8.根据权利要求6或7所述的通讯方法，其中所述第二系统(2)包括控制装置(20)，所述控制装置与所述PROFINET现场设备(13)和所述第一设备(23)通讯，其中所述PROFINET现场设备(13)将由所述PROFINET控制装置(10)发送给所述第二系统(2)的所述第一设备(23)的PROFIenergy命令发送给所述第二系统(2)的所述控制装置(20)，并且所述第二系统(2)的所述控制装置(20)接着借助于所述第二系统(2)的至少一个电报将收到的所述PROFIenergy命令继续发送给所述第二系统(2)的所述第一设备(23)。
【文档编号】H04L12/403GK103532810SQ201310279341
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月4日 优先权日:2012年7月6日
【发明者】马丁·戴梅尔 申请人:西门子公司