本发明涉及一种用于向可与装置连接的设备提供地址的装置、一种能够与装置连接的设备、以及一种用于确定为附接有装置的设备定义的地址的方法。
背景技术：
在自动化系统测量数据中，致动器等的控制信号可以由为此目的设计的若干模块处理。模块通常通过总线耦合到自动化系统，该总线可以在模块和自动化系统的其他部分之间传输信号。总线也可以称为i/o总线(输入/输出)。由于多个模块耦接到同一总线，因此需要提供某种寻址方法，以便通过i/o总线将消息传送到正确的接收方。寻址解决方案是在模块中提供所谓的dip开关或相应的可切换元件，其中每个模块可以通过相应地设置开关而被设置有单个地址。但是，地址的每个地址位在i/o总线中需要一个开关和一个地址线。因此，为了能够区分(寻址)例如16个不同的模块，需要总线中有四条地址线，且每个模块中需要有四个开关。这些开关占据了模块的一些空间，并且可能会阻止模块的尺寸缩小。而且，用户可能会错误地将dip开关转换到不正确的位置，其中由dip开关指示的地址是不正确的。技术实现要素：本发明的一个目的是提供一种寻址装置的替代方式，以便在总线中需要更少的线路，并且在装置中不需要开关用于寻址目的。根据一个实施例，寻址基于模拟电压或其他模拟信号，使得每个模块可以通过一定的电压/信号电平来在总线中识别其身份。根据第一方面，提供了一种装置，用于向可与所述装置附接的设备提供地址，所述装置包括：-至少第一接口连接器和第二接口连接器；-用于所述第一接口连接器的第一地址编辑器(composer)，被配置为从模拟输入电压或电流产生作为模拟地址电压或模拟地址电流的地址信号；-用于所述第二接口连接器的第二地址编辑器，被配置为从模拟输入电压或电流产生作为模拟地址电压或模拟地址电流的地址信号；-所述至少两个连接器中的每一个中的地址线，被配置为向所述设备提供所述地址信号，所述地址信号指示当所述设备与所述装置附接时要由所述设备使用的地址；-其特征在于该装置还包括：在所述第一接口连接器和所述第二接口连接器中的每一个中的地址信号输入端，用于接收所述地址编辑器的模拟输入电压或电流；-在所述第一接口连接器和所述第二接口连接器中的每一个中的地址信号输出端，用于输出由所述地址编辑器从所述模拟输入信号产生的地址信号，其中所述第一接口连接器的地址信号输出端与所述第二接口连接器的地址信号输入端耦合，用于接收由所述第一地址编辑器产生的地址信号。根据第二方面，提供了一种能够与根据第一方面所述的装置连接的设备，其特征在于该设备包括：-输入端，用于接收所述地址信号作为模拟地址信号；-模数转换器，被配置为将所述模拟地址信号转换成数字值；-比较器，用于将所述模拟地址信号的数字值与一组参考值进行比较，以找出与所述模拟地址信号的数字值对应的地址信号电平对；以及确定器，用于基于比较结果来确定所述设备要使用的地址。根据第三方面，提供了一种用于确定为附接有装置的设备定义的地址的方法，所述方法包括：-将模拟地址信号作为模拟地址电压或模拟地址电流输入到所述设备；-将所述模拟地址信号转换成数字值；-将所述模拟地址信号的数字值与一组参考信号进行比较，以找出对应于所述模拟地址信号的参考信号；-如果找到与所述模拟地址信号相对应的参考信号，则使用与所述参考信号有关的信息来确定所述地址。模拟寻址方案可能产生几个优点。例如，可能需要较少的输入/输出引脚来读取地址，其中与多于一个引脚用于向与连接器耦接的设备提供地址信息的情况相比，连接器中可能需要较少的引脚，或者连接器的较大数量的引脚可以用于其他目的。此外，根据一个实施例，可以用无源组件进行电压/电流降低，因此可能不需要在背板中使用有源组件。这会提高系统的可靠性。附图说明在下文中将参考附图更详细地描述一些实施例，其中：图1示出了根据一个实施例的自动化系统的一部分；图2示出了根据一个实施例的寻址原理；图3a示出了根据一个实施例用于在背板中产生地址的方法的简化框图；图3b描绘了根据一个实施例的用于多个模块的背板；图3c描绘了根据一个实施例的用于单个模块的背板；图4a描绘了根据一个实施例的输入/输出模块；图4b示出了根据一个实施例的输入/输出模块的一些部分的简化框图；图5是根据一个实施例的方法的流程图；图6a示出了根据一个实施例的寻址原理；及图6b示出了根据一个实施例的图6a的寻址原理的变体。具体实施方式图1描绘了根据一个实施例的自动化系统1的一部分。在该示例中，自动化系统1是所谓的分布式控制系统(dcs)，其可以包括：多个处理站，输入/输出(i/o)设备以及其他服务器、总线和站点；然而，为了清楚起见，仅示出了一个处理站和与其连接的组件。输入/输出设备也可以称为输入/输出模块或接口设备或接口模块。在图1的自动化系统1中，至少一个传感器3耦合到过程中的不同部件或设备以收集指示过程状况的信号，即，控制该过程所需的测量数据。由传感器3测量的信号被引导到至少一个i/o单元10中。i/o单元10可以包括至少一个电子卡以及形成i/o(输入和输出)所需的其他部件。传感器3可以测量例如过程或过程部件中存在的压力或温度，运动部件的旋转速度，待制造的产品的性质，或在过程中流动的悬浮物的流速或水平等等。根据一个实施例，除非传感器输出数字形式的信号，否则i/o单元10可以接收测量信号并且尤其将模拟信号转换为数字格式。备选地或除此之外，i/o单元10可以将控制信号输出到致动器2，例如过程的阀、马达、开关。控制信号可以基于从处理站6接收到的控制信息，并且其也可以例如通过控制室9的过程控制操作而发起。测量信号从i/o单元10经由i/o总线4传送到i/o总线控制器5，i/o总线控制器5可以将测量信号转发到处理站6。处理站6包括处理站软件的至少一部分，利用该处理站软件从测量信号计算各种指标和函数。控制的计算和生成也可以在处理站6中进行。从处理站6开始，将数字信号和/或计算的指标或函数以数据的形式传输，以存储在数据库服务器8中。从处理站获得的实时数据和从数据库获得的历史数据可以在用户接口9中查看。处理站6耦接到通信总线7，例如以太网。如果系统中有多于一个处理站6，它们都可以连接到相同的通信总线7。控制室9中的用户接口可以与数据库服务器8通信，数据库服务器8也与处理站通信。通信总线也可以通过将处理站6、数据库服务器8以及用户接口9耦接到同一个通信总线而形成。用户接口9可以包括至少一个显示装置和一个或多个输入装置。显示装置可以是基于阴极管、平板显示器、投影到基板上的图像、或个人便携式显示装置的显示器。输入设备可以是传统的键盘、鼠标或其他数据输入设备。图3a示出了根据一个实施例的寻址原理，图3b示出了根据一个实施例的用于多个模块的背板20的机械结构的简化示例，图3c示出了根据一个实施例的用于单个模块的背板20的机械结构的简化示例。在图3b的这个例子中，背板20具有用于几个输入/输出模块10的一组连接器21。在本说明书中，这些连接器21也可以被称为槽。背板20也具有若干导电线(仅示出其中的一些)，以经由连接器21向/从输入/输出模块10提供电源电压vcc、接地面gnd、模拟寻址信号addr、数据信号等。在图3a的例子中，仅示出了与背板20耦合的两个输入/输出模块10，但是在实际实施中，连接器21的数量以及输入/输出模块10的数量可以不同于两个，例如可以是四、八或十六。为了能够区分输入/输出模块10和它们已经耦合的连接器，需要寻址方案。例如，背板的第一连接器可以被认为具有地址0，背板的第二连接器可以被认为具有地址1，等等。背板的最后一个连接器可以被认为具有地址n-1，其中n是背板20中连接器的数量。换句话说，地址还可以指示背板的连接器的物理位置或顺序号以及连接到连接器的模块的顺序号。这里应该注意，可以不使用上述背板20，但是例如每个连接器具有其自己的基板20，其中可以通过使用多个基板和利用连接电缆串联耦合基板来形成较大的输入/输出站。图3c描述了这方面的一个例子。然而，该实施例也使用某种基于模拟信号的寻址方案，其可以类似于上述寻址方案。也可以称为背板的基板20设置有第一接口连接器25a和第二接口连接器25b，多个基板可以通过该第一接口连接器25a和第二接口连接器25b串联连接。第一接口连接器25a和第二接口连接器25b可以形成一种插座-插头对，其中第一基板的第二接口连接器25b可以与第二基板的第一接口连接器25a耦合，第二基板的第二接口连接器25b可以与第三基板的第一接口连接器25a耦合，等等。或者，可以在两个相继的基板之间使用电缆以提供多个基板的串联连接。图4a示出了根据一个实施例的输入/输出模块10的电气和电子结构的至少一部分的简化框图。输入/输出模块10包括控制输入/输出模块10的操作的控制器11、地址确定逻辑12和存储器14。输入/输出模块10还可以包括一些其他元件，例如连接器15，用以将输入/输出模块10连接到背板20的连接器21。应该注意的是，在实际实施中，输入/输出模块10还可以包括一些其他元件，这些元件在图4b中未示出。主要仅示出了那些可能参与地址确定处理的元件。地址确定逻辑12可以是控制器11的软件的一部分，或者可以用电子电路来实现，或者可以是这两者的组合。图4a将地址确定逻辑12示出为控制器11的软件的一部分。输入/输出模块10可以包括将模拟地址电压转换为数字值的一个或多个模数转换器13。然后可以由输入/输出模块10的控制器11检查该数字值，其可以被称为数字地址。图4b是根据一个实施例的输入/输出模块10的俯视图。在图4a中，仅以简化的方式示出了连接器15、印刷电路板18和模块电子器件19(即，控制器11、地址确定逻辑12、存储器14以及输入/输出模块的可能的其他电路)。在下文中，根据一个实施例，将参照图2的示意图和图3a的框图更详细地描述基于模拟信号的寻址方案。在该示例实施例中，寻址方案基于电压电平，但是在一些其他实施例中，寻址方案可以基于例如电流电平或lc电路。背板20包括模拟地址编辑器22，例如用于每个连接器21的电压调节器。电压调节器22例如是低压差调节器(vldo)，但是也可以使用其他种类的调节器，其能够产生一个与参考电压成比例的输出电压。低压差调节器能够在低压差调节器的输出端产生调节电压，从而使最大可获得的输出电压仅略低于低压差调节器的电源电压(例如低于电源电压约2v)。输出电压的电平可以由电压调节器22的参考电压输入端23处的参考电压来控制。实际上，参考电压输入端23可以是电压调节器22的接地连接器。在背板的第一连接器21a处，参考电压输入端23a耦合到地电平，即0v。这里假定输出电压比参考电压高zv。因此，来自第一电压调节器的输出电压是0v+zv。该输出电压被耦合到背板的第二连接器21b的参考电压输入端23b。因此，第二连接器处的输出电压大约为zv+zv，即2zv。同样的原理也适用于背板20的其他连接器，其中第n个连接器处的输出电压可以表示为nzv。换句话说，将用作地址信号的输出电压在每个连接器处逐步增加。在这个例子中，步长(stepsize)大体上是恒定的(＝z)，但不必需是恒定的。例如，步长可以遵循另一个函数，例如log(n)或n2。当输入/输出模块10耦合到背板的连接器21时，输入/输出模块10可以被加电并开始操作(图5中的框50)。模拟地址信号通过背板的连接器21的引脚24a、24b和输入/输出模块10的连接器15的相应引脚被输入(框51)到输入/输出模块10。在输入/输出模块10中，模拟地址信号被提供给模数转换器13，该模数转换器13将模拟地址信号转换(框52)为数字值。控制器11可以例如从输入/输出模块10的存储器14中获得(框53)查找表或用于将数字值与存储在查找表中的参考值进行比较的另一装置，或者控制器11可使用函数来揭示输入/输出模块10已经耦合到的背板的连接器的地址21。如果使用查找表，则控制器11可以将数字值与表中的不同值进行比较(框54)，并且当它从表中找到与数字值基本相同的值(框55)时，控制器11可以使用(框56)表中该值的指标来确定实际地址。这种表的一个非限制性例子在下面的表1a中示出，并且该表的另一个非限制性例子在下面的表1b中示出。指标-值对也可以称为地址-信号电平对。表1a：地址值和相应指标的一些例子指标值01.21512.30023.515……1215.795表1b：地址值和相应指标的一些其他例子在实际的实施中，地址信号的最大可获得的电压值尤其取决于用于电压调节器22的电源电压。在一个实施例中，最大电压值比电源电压低大约2v，以保留用于调节电压调节器22的输出电压的一些余量。然而，在一些其他实施例中可以应用更小或更大的余量。例如，为了能够提供表1a的所有地址，电源电压可能需要为5v或更高，并且相应地，为了能够提供表1b的所有地址，电源电压可能需要为18v或更高，假设余量为2v。如果控制器11使用函数来确定地址，则该函数可以类似于上述函数的逆函数，即n＝模拟电压/z-1，假设最低地址(指标)为0。使用表1a的示例值可以推断步长z＝0.75。因此，例如，如果模拟电压大约为1.5v，则可以推断出地址是n＝1。输入/输出模块10还可以包括用于接收来自过程的模拟测量信号并将测量信号转换为数字样本的其他模数转换器17。除此之外或作为代替，输入/输出模块10可以进一步包括一个或多个数模转换器16，用于将数字控制信号转换为模拟控制信号以供该过程中的致动器使用。在输入/输出模块10处，操作可以如下。当输入/输出模块10耦合到背板20的一个连接器时，输入/输出模块10被耦合到电源线和地，其中输入/输出模块10被供电并且开始操作。输入/输出模块10的控制器11开始运行存储在输入/输出模块10的存储器(其也可以包括控制器11的可能的内部存储器)中的软件。在软件执行期间的某个阶段，可以存在用于控制器的指令(计算机代码)，用以确定输入/输出模块10已与之耦合的背板20的地址。根据一个实施例，这可以包括以下内容。输入/输出模块10的模数转换器13耦合到背板20的连接器21中的地址线addr，其中模数转换器13将地址线处的电压转换为一个或多个代表地址线处的电压的数字值。如上所述，控制器11读取数字值并执行数字值的检查。当控制器11已经确定了地址时，它可以被存储在存储器中并且稍后用作输入/输出模块10的地址。换句话说，在该实施例中，在输入/输出模块10已经开始工作后，地址仅需要被确定一次。另一方面，如果由于某种原因电源断开，则当电源下次可用时可能需要再次执行地址确定。作为实施有电子电路的地址确定逻辑的非限制性示例，可以利用比较器的优点。每个比较器都提供有模拟地址信号和参考信号。每个比较器的参考信号是唯一的，并且基本上与模拟地址的一个值相对应。例如，这些值可以是1.215v、2.300v、3.515v等。正确的地址值可以通过检查比较器的输出来确定。如果比较器在模拟地址信号高于(或等于)参考值时输出低电压值(例如0v)，并在模拟地址信号低于参考值时输出高电压值(例如5v)，则比较器输出值的组合揭示了地址信号的电平。例如，如果有三个比较器，参考值分别为1.215v、2.300v和3.515v，则在地址信号为1.215v时，第一个比较器可以输出0v，而第二个和第三个比较器可以输出5v；当地址信号为2.300v时，第一和第二比较器可以输出0v，第三比较器可以输出5v；当地址信号为3.515v时，所有三个比较器都可以输出0v。根据另一个实施例，模拟地址方案可以通过使用某种电压或电流分配器原理来实现。背板20的每个模块连接可以包括适用于作为分压器或分流器一部分的电阻器或其他适当的部件。图6a示出了这样的一个例子。地址生成电压被提供给背板20的第一连接器21a的地址电压输入端220。诸如电阻器之类的压降元件222的一端耦合到地址电压输入端220，并且压降元件222的另一端与第一连接器21a的剩余电压输出端224耦合。背板20的第一连接器21a以及其他连接器21b、21c具有模拟地址线226，以分别向输入/输出模块10a、10b、10c提供模拟地址电压。接地面23(0v)也耦接到连接器21a、21b、21c和输入/输出模块10a、10b、10c。连接器链(例如，一个背板的所有连接器或使用单独的线缆串联耦合的所有连接器)的最后连接器21c的电压输出端224可以耦合到接地面或另一个电压电平，然而，该另一个电压电平不同于第一连接器21a的地址电压输入端220处的电压。因此，每个压降元件在压降元件链中产生一定的电压下降(或者，如果该另一电压电平高于第一连接器21的地址电压输入端220处的电压，则产生一定的电压上升)，其中在每个连接器处模拟地址电压不同。输入/输出模块10a、10b、10c将模拟电压转换成数字值(或多个值)，并使用该数字值(或多个值)来确定输入/输出模块10a、10b、10c所耦接的连接器21a、21b、21c的地址。例如，可以如上所述或通过使用其他适当的方法来执行该确定。图6b示出了图6a的实施例的变体。在该变体中，输入/输出模块10a、10b、10c包括接地线209，其经由连接器21与连接器21的剩余电压输出端224耦合。输入/输出模块10a、10b、10c可以例如通过开关210控制接地线209，使其导致剩余电压输出端224接地，即耦合到0v电平。因此，只有那些电连接在接地的剩余电压输出端224和第一连接器21a的地址电压输入端220之间的压降元件参与分压。换句话说，如果例如第二输入/输出模块10b使第二连接器21b的剩余电压输出端224接地，则提供给第一连接器21a的地址电压输入端220的地址电压被两个压降元件分压，并且当使用基本相同的压降元件时，第二输入/输出模块10b接收地址电压，该地址电压是提供给第一连接器21a的地址电压输入端220的地址电压的一半。例如，如果第三输入/输出模块10c使第三连接器21c的剩余电压输出端224接地，则提供给第一连接器21a的地址电压输入端220的地址电压被三个压降元件分压，并且在使用基本相同的压降元件时，第三输入/输出模块10b接收地址电压，该地址电压是提供给第一连接器21a的地址电压输入端220的地址电压的三分之一。因为只有一个输入/输出模块10b应该同时将连接器21的剩余电压输出端224接地，所以输入/输出模块10可以利用一种中断过程来启动接地和随后释放接地。多于一个输入/输出模块10同时运行中断例程是不可能的。此外，输入/输出模块10在被接通后仅读取一次模拟地址电压就足够了。当然，如果输入/输出模块10稍后关闭，以及如果存在输入/输出模块10同时已经移动到不同位置的可能性，则可以重复地址读取过程。地址线处的电压电平可能高于输入/输出模块10的模数转换器的允许电压电平。则该电压可以通过例如电阻分压器或某种其他适当的电路被缩小到允许的电压范围。这里应该注意的是，输入/输出模块10具有连接器，该连接器是背板20中使用的连接器21的配对件，并且信号、电压、电流经由输入/输出模块10与连接器20之间的导体线传播。输入/输出模块10的连接器的至少一部分导线耦接到输入/输出模块10的内部电路。当输入/输出模块10已经确定其当前地址时，它们可以开始接收和/或发送消息到接口总线以与处理站控制器进行通信。消息的结构可以类似于使用传统的数字寻址方案的情况，因为模拟寻址方法不影响消息传送，但主要是影响地址确定原理。这里应该注意的是，本说明书中描述的寻址原理也可以在除上述过程控制系统之外的其他类型的系统中实现。本发明不仅限于上述实施例，而是可以在所附权利要求的范围内变化。当前第1页12