專利名稱：用于流體系統(tǒng)的控制設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于流體系統(tǒng)的控制設備。名稱“流體系統(tǒng)”在此理解為大范圍的技術設備和設備組合，其與流體(液體和氣體)的控制、定劑量或者測量/分析有關，從簡單的閥門或閥門組到定劑量設備或分析設備直至復雜設備例如質(zhì)量流量測量設備。典型地，控制設備對于這些應用需要控制器、至上級控制裝置的通信接口以及根據(jù)應用需要用于執(zhí)行器和/或傳感器的接口。根據(jù)通信環(huán)境需要不同的通信接口，例如總線接口。這些控制設備對于每種應用配備有為此合適的標準部件例如微控制器和接口，其中相應的應用根據(jù)效率、通信環(huán)境和成本預給定所使用的部件的選擇。各種在流體系統(tǒng)中使用的控制設備相應是大的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)可以借助極其靈活地配置的用于流體系統(tǒng)的控制設備滿足用于完全不同的通信環(huán)境的流體應用的多重要求。在權利要求中說明的根據(jù)本發(fā)明的解決方案的核心是，將通用計算模塊用作統(tǒng)一的存儲部分(Lagerteil)，該計算模塊包含可編程邏輯組件、時鐘發(fā)生器、易失性快速工作存儲器和持久存儲器并且借助一些外圍部件構建在電路板上。在下文中稱作FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的可編程邏輯組件是數(shù)字技術的集成電路，該電路可以通過編程配置為極其復雜的邏輯電路。FPGA的可以通過編程作為硬件可用的典型的組成部分是邏輯基本塊、處理器、乘法器、存儲器控制器和查找表，然而也是帶有用于常見標準的I/O端口的完整的通信接口、存儲器和用于時鐘準備的硬件。借助根據(jù)本發(fā)明的體系結(jié)構可能的是，統(tǒng)一的計算模塊通過配置數(shù)據(jù)配備有對于相應的應用所有需要的硬件部件，包括用于相應的通信環(huán)境的功能。此外，通過識別連接在電路板上的通信模塊進行的動態(tài)配置也是可能的。同樣，可以進行再配置以匹配改變后的環(huán)境。這種再配置可以手工進行或者簡單地通過將通信模塊插接到電路板上來自動進行。因此，存在的配置可以由應用者隨時容易地并且甚至現(xiàn)場匹配于改變后的通信環(huán)境。為此需要的硬件部件在被持久存儲的配置數(shù)據(jù)中已經(jīng)被預配置過并且僅僅必須在需要是加載到FPGA中。


本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點從下面借助所附附圖的說明中得出。其中圖1示出了帶有通用計算模塊的流體控制設備的示意性框圖；圖2示出了用于說明使控制設備與不同的通信環(huán)境匹配的圖解；圖3示意性地示出了在接通時計算模塊的初始狀態(tài)；以及圖4示出了計算模塊的配置過的狀態(tài)。
具體實施例方式在圖1中，流體控制設備的電路板10稱作“MFC主板”。其中，“MFC”代表Mass Flow Controller，即質(zhì)量流量控制裝置。這是本發(fā)明的示例性應用。設置有可以插接到電路板
410上的通信模塊20用于融入到通信環(huán)境中。計算模塊30、標準接口部件40和電源部件50 構建在電路板10上。屬于標準接口部件40的是USB、藍牙、JTAG等等，其帶有必要時需要的電平匹配或信號放大以及帶有其象征性地稱作“插頭”的電路板10上的端子。這些標準接口部件實現(xiàn)外部執(zhí)行器和/或傳感器的端子，然而也可以用于維護和診斷。電源部件50 在電路板10上也具有稱作“插頭”的用于環(huán)境的端子。此外，電路板10具有用于根據(jù)需要待裝配的通信模塊20的插接位置60。通信模塊20基于插接卡，該插接卡具有匹配于電路板10的插接連接裝置60的統(tǒng)一的插接連接裝置以及通過相應的通信標準預給定的用于通信環(huán)境的端子(在圖1中稱作“插頭”)，盡管可以涉及任意的、電學的、光學的或者HF通信端子。具體而言，可以在通信模塊20的插接卡上設置可由計算模塊30通過插接位置60識別的編碼部和PHY模塊例如電平變換器。對不同通信模塊的接口的通用可用性的細節(jié)參考圖2在下面進一步闡述。在非常緊湊并且設計為統(tǒng)一的存儲部分的計算模塊30上合并有所有部件，其需要短的信號運行時間。對于電路板10上的“外部環(huán)境”，計算模塊30僅僅具有至外圍部件 40,50和60的簡單印制導線。計算模塊30包含可編程的邏輯部件(下面稱作FPGA組件3 、持久存儲器34例如為閃存、易失性存儲器36例如為SDRAM(同步動態(tài)隨機存取存儲器)以及時鐘發(fā)生器38。 在FPGA內(nèi)部所示的部件是應用處理器322、通信處理器324、通信邏輯電路3 和設備邏輯電路328。這些部件在系統(tǒng)每次接通時通過還要描述的啟動過程借助在FPGA內(nèi)的配置數(shù)據(jù)
來產(chǎn)生。至今所提及的標準接口部件40僅僅是示例。根據(jù)應用需要服務接口和/或診斷接口，尤其是USB、EIA 232、以太網(wǎng)或者藍牙。對于傳感器和執(zhí)行器的端子可以存在另外的接口，尤其是SPI、UART、4-20mA輸入端或輸出端、1 或者24V驅(qū)動器。此外可以設計人/ 機接口，尤其是顯示器、開關、鍵控器、LED、音頻裝置或者其組合。圖2說明了計算模塊的再配置的可能性，用于匹配于通信環(huán)境。示例性示出了三個不同的通信模塊，用于ftx)fibUS的通信模塊20a，用于CAN總線的通信模塊20b以及用于以太網(wǎng)的通信模塊20c。這些模塊中的每個都可以插接到電路板30的插接位置60上。這些模塊優(yōu)選地為了識別相應的類型而以數(shù)字方式編碼。例如，插接連接裝置60的導體中的三個可以傳輸數(shù)字代碼，借助該數(shù)字代碼可以將八個(21)不同的模塊類型編碼。計算模塊30可以在接通時讀取相應的編碼并且相應地配置其硬件。該配置過程可以在應用方處完全自動地運行或者(根據(jù)優(yōu)選)在制造商方面的許可之后才運行。在識別過程結(jié)束并且 FPGA相應地配置后，控制設備可以在相應的通信環(huán)境中運行。除了在圖2中所示的示例之外，自然還有另外的現(xiàn)場總線通信環(huán)境是可能的，尤其是I^rofibus、CANopen, Profinet或者 DART。在每次接通之后，計算模塊具有在圖3中所示的初始狀態(tài)。FPGA組件32具有帶有指令和變量存儲器1的初步的硬件基礎配置用于驅(qū)動軟件、CPU 2和存儲器控制器3。這些部件使系統(tǒng)能夠在接通時在持久存儲器34的固定地址讀取和加載出廠鏡像。出廠鏡像根據(jù)所識別的外部硬件部件借助該出廠鏡像的驅(qū)動軟件來確定配置過程。為此，出廠鏡像分析在持久存儲器中存儲的啟動配置數(shù)據(jù)。啟動配置數(shù)據(jù)尤其包含以下信息-應加載哪個應用程序鏡像
-該應用程序鏡像具有多少CUP-應以何種順序啟動應用程序鏡像的CPU-各CPU應實施哪些軟件-各鏡像位于哪些地址。隨后，F(xiàn)PGA 32覆蓋其初始配置并且借助啟動配置數(shù)據(jù)中的信息重新配置為目標系統(tǒng)。在圖4中所示的示例中，目標系統(tǒng)具有RAM 1、對持久存儲器34的訪問的控制器2、 復位邏輯電路3、第一 CPU 4和第二 CPU 5。第一 CPU 4加載和處理軟件“Bootcopier (啟動復制器)”6，其位于持久存儲器34中的CPU 4的復位地址上。在持久存儲器34中的“配置規(guī)定” 7中搜索合適的“軟件鏡像” 8，其加載到易失存儲器36的對于CPU 4保留的區(qū)域 36a中。CPU 4現(xiàn)在可以實施其軟件并且通過復位邏輯電路3首先喚醒第二 CPU 5。第二 CPU 5從持久存儲器34讀取其“軟件鏡像”9并且將該軟件鏡像復制到易失存儲器36的對該CPU保留的區(qū)域36b中。所示示例的目標系統(tǒng)現(xiàn)在配置完成。在圖1中所示的實施形式中，目標系統(tǒng)同樣具有兩個CPU，其中第一個配置為應用處理器322并且第二個配置為通信處理器324。此外，目標系統(tǒng)具有匹配于識別出的通信模塊20的通信邏輯電路326以及匹配于需要的標準接口部件40的設備邏輯電路328。
權利要求
1.一種用于流體系統(tǒng)的控制設備，其帶有電路板，在該電路板上設置有計算模塊和通過印制導線與該計算模塊連接的至少一個外圍通信端子，其中-控制設備的數(shù)字硬件實現(xiàn)計算模塊；-計算模塊包含可編程邏輯組件、時鐘發(fā)生器、易失性快速工作存儲器和持久存儲器；-在持久存儲器中存儲有出廠鏡像，可編程邏輯組件在接通瞬間加載出廠鏡像；-在持久存儲器中存儲有啟動配置數(shù)據(jù)，帶有出廠鏡像的可編程邏輯組件讀取和分析啟動配置數(shù)據(jù)；-可編程邏輯組件借助分析過的啟動配置數(shù)據(jù)或者外部信號配置該邏輯組件的硬件并且將用于通過硬件來執(zhí)行的應用加載到快速工作存儲器中。
2.根據(jù)權利要求1所述的控制設備，其中可編程邏輯組件的借助啟動配置數(shù)據(jù)來配置的硬件包括應用處理器、通信處理器、通信邏輯電路和設備邏輯電路。
3.根據(jù)權利要求2所述的控制設備，其中所述至少一個外圍通信端子是硬件接口的標準輸入端子和/或輸出端子，可編程的邏輯組件實現(xiàn)該硬件接口的數(shù)字部分。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的控制設備，其中設備邏輯電路包含至在電路板上存在的用于外部設備如執(zhí)行器和傳感器的端子的接口的數(shù)字部分，其中該接口在電路板上具有插接連接裝置、信號轉(zhuǎn)換器和/或電平變換器。
5.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中可編程邏輯組件的配置根據(jù)連接至電路板的通信端子的通信參與方來進行。
6.根據(jù)權利要求5所述的控制設備，其中電路板具有用于可更換的通信模塊的插接位置，并且用于不同的通信環(huán)境的、帶有用于電路板的插接位置的統(tǒng)一的插接連接裝置的通信模塊被提供。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的控制設備，其中標準通信協(xié)議存儲在持久存儲器中，并且可編程邏輯組件根據(jù)所連接的參與方使得所述協(xié)議可用。
8.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中持久存儲器中的基本內(nèi)容以加密的方式存儲。
9.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中現(xiàn)場總線，尤其是ftOfibus、 CANopen, Profinet或者DART設置為通信端子。
10.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中服務接口和/或診斷接口，尤其是 USB, EIA 232、以太網(wǎng)或者藍牙設置為通信端子。
11.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中傳感器接口和/或執(zhí)行器接口，尤其是SPI、UART、4-20mA輸入端或輸出端、I2C或者24V驅(qū)動器設置為通信端子。
12.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中人/機接口，尤其是顯示裝置、開關、 鍵控器、LED、音頻裝置或者其組合設置為通信端子。
13.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中計算模塊是用于不同應用的統(tǒng)一的存儲部分。
14.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，其中電路板配備有根據(jù)應用而不同的接口部件以及配備有統(tǒng)一的計算模塊。
15.根據(jù)上述權利要求之一所述的控制設備，用于以下應用之一-閥門控制，-定劑量控制， -分析，-流量測量。
全文摘要
針對完全不同的通信環(huán)境的流體應用的多重要求借助用于流體系統(tǒng)的可極其靈活地配置的控制設備來滿足。解決方案的核心是將通用計算模塊用作統(tǒng)一的存儲部分，該計算模塊包含可編程邏輯組件、時鐘發(fā)生器、易失性快速工作存儲器和持久存儲器并且與一些外圍部件一起構建在電路板上。統(tǒng)一的計算模塊通過配置數(shù)據(jù)配備有用于相應應用的所有需要的硬件部件，包括用于相應的通信環(huán)境的功能。此外，通過識別連接在電路板上的通信模塊進行的動態(tài)配置也是可能的。同樣，可以進行再配置以匹配改變后的環(huán)境。
文檔編號G05B19/418GK102419576SQ20111024968
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權日2010年8月23日
發(fā)明者沃爾克·哈夫 申請人:比爾克特韋爾克有限公司