WO2000018063A2 - Network and coupling device for connecting two segments of such a network - Google Patents

Network and coupling device for connecting two segments of such a network Download PDF

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WO2000018063A2
WO2000018063A2 PCT/DE1999/003037 DE9903037W WO0018063A2 WO 2000018063 A2 WO2000018063 A2 WO 2000018063A2 DE 9903037 W DE9903037 W DE 9903037W WO 0018063 A2 WO0018063 A2 WO 0018063A2
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WO
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segment
telegram
telegrams
received
coupling device
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PCT/DE1999/003037
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Dieter BRÜCKNER
Jürgen SEITER
Michael Tremel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
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    • HELECTRICITY
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    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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Definitions

  • the invention relates to a network according to the preamble of claim 1 and to a coupling device for connecting two segments in such a network according to the preamble of claim 10.
  • Networks in which several subscribers are connected to one another for data transmission are already generally known. Since a network with only one bus is limited in terms of the number of nodes and bus length by physical conditions and logical determinations, the network is divided into several segments that are connected to one another via coupling devices, so-called repeaters. A coupling device is connected to the bus segments with a transceiver on each side and is used essentially for bidirectional signal regeneration between the two segments. To secure the data transmission, it is known, for example, from the rtp seminar “Bus systems” in “Control engineering practice", 1984, Issue 2, pages S5 to S8, to provide telegrams with control information.
  • a subscriber who sends the telegram to the network adds this control information to the telegram, while another subscriber who receives the telegram compares it with self-generated control information and detects a transmission error in the event of deviations.
  • a fault in a segment of the network leads to faulty telegrams at the receiver, which can be recognized by the receiver as faulty telegrams on the basis of the control information.
  • Sporadic errors on a segment which simulate the transmission of a telegram, as well as disturbed telegrams, are forwarded to all other segments of the network. Faults thus spread throughout the network and may take up a large part of the transmission capacity. In the worst case, interference coupling on a segment can block the entire network.
  • the invention has for its object to provide a network and a coupling device for connecting two segments in such a network, by which the spread of interference is avoided on the entire network.
  • the new network and the new coupling device for connecting two segments in such a network have the features specified in the characterizing part of claim 1 and in the characterizing part of claim 17, respectively.
  • Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.
  • the invention has the advantage that dynamic disturbances, e.g. B. short spikes, as well as permanent interference, which are coupled to a segment of a network, do not reduce the transmission capacity of other segments of the same network. Segmentation, in which the forwarding of disturbed telegrams from a disturbed segment to neighboring segments is prevented in a simple manner from propagation of disturbances across several segments.
  • dynamic disturbances e.g. B. short spikes
  • permanent interference which are coupled to a segment of a network
  • the forwarding of telegrams via a coupling device can be blocked in one direction regardless of whether the forwarding of telegrams in the opposite direction is enabled or also blocked.
  • This has the advantage that participants, in particular slaves in a token network, connect to the network behind a disturbed segment are connected, can continue to follow the token circulation and thus double token formation on the segment cut off from the network is avoided. Slaves continue to respond to calls from a master, so that telegrams for the qualitative evaluation of the second segment are available even after the transmission direction has been blocked.
  • the permanent token transmission is avoided when a master is disconnected from a token network.
  • a monitoring mechanism which is particularly easy to use is obtained if the means for detecting a corruption of the telegram are designed such that an error is detected if a signal level in a received telegram is maintained for longer than a predefinable time. In this case, it is advantageously used that all transmission protocols for networks have to change levels after certain times.
  • the monitoring mechanism can be used advantageously, in that an error is detected if the signal level in a received telegram remains at a low level for 13 consecutive bit times.
  • PROFIBUS DP such a character can never occur in the undisturbed case because of the stop bit with high level. It must therefore have been falsified by a malfunction.
  • a monitoring mechanism can be used in a simple manner, in which the number of characters contained in a received telegram is compared with a predeterminable maximum number.
  • the number of characters in a telegram is practically limited for all transmission protocols and can therefore be checked for a predefinable limit.
  • the PROFIBUS DP protocol only allows telegrams with a maximum of 255 characters, so that a telegram with more than preferably 262 characters can only occur in the event of a fault.
  • An additional control information that a first coupling device, which forwards a telegram from a first segment to a second segment, independently of any control information that may be present on the first segment, adds it to a telegram sent to the second segment and thus by a second Coupling device connected to the second segment can be checked, has the advantage that a clear localization of the point of origin of the fault up to the faulty segment is made possible.
  • a telegram can be supplemented with control information regardless of the transmission protocol used on other segments. Telegrams that were transmitted on the first segment without complex control information, for example only with a parity bit, such as with PROFIBUS DP, are supplemented by the additional control information in the second segment to increase the transmission security.
  • This monitoring of the transmission quality detects faulty telegrams and can be excluded from further processing.
  • supplementing the telegram with control information requires that a pause between two telegrams is greater than the time required to send the control information. Since always between telegrams
  • the control information can advantageously be generated at the same time as the telegram is received if a CRC (Cyclic Redundancy Check) check character is used as the control information and after the end of the telegram to the second Segment is sent. There is therefore no time delay in the transmission in a coupling device by generating control information for the telegram received in each case and comparing it with the control information received with the telegram, and by generating new control information for the transmitted telegram.
  • CRC Cyclic Redundancy Check
  • CRC test character with a length of 5 bits has proven to be a good compromise between security in error detection and the additionally required data transmission volume.
  • Such a CRC test mark can be used with particular advantage in a fieldbus of the type of PROFIBUS DP.
  • the telegram can easily be supplemented by an additional stop bit, after which the control information follows immediately. This means that there is no need for a transmission pause between the telegram and the control information, and little additional transmission time is required to expand the telegram with control information.
  • the recipient of the telegram is a coupling device that generates control information for a telegram received on the second segment, compares the generated control information with received control information and indicates an error if the control information differs, it can be read directly on the receiver whether the telegram is over the relevant segment was transferred correctly.
  • the display can take place by optical means, for example an LED, or by electrical means, for example by leading a signal to an electrical connection contact which can be wired to an operating and monitoring station.
  • a telegram for the error message can be generated, which is transmitted to a central reporting station via the network. However, this presupposes that the coupling device itself receives access authorization to the network and can be addressed on the network.
  • the network can be automatically reset to the basic state in an advantageously simple manner by releasing the blocking of the forwarding of telegrams again when a predefinable number of error-free telegrams has been received on the second segment.
  • the occurrence of a permanent block for forwarding telegrams via a coupling device can be avoided by removing the block if the transmission quality on the second segment is checked by special telegrams that pass through the second segment from the first coupling device to the second coupling device and vice versa, a good transmission quality results.
  • Telegrams are received, it can be assumed that no nodes are connected to the segment. In this case, the blocking of the forwarding of telegrams was triggered by temporary interference coupling.
  • FIG. 1 shows a network with electrical signal transmission on three segments
  • FIG. 2 shows a section of a network with partly electrical and optical signal transmission
  • FIG. 3 shows a telegram structure with an attached CRC test character
  • FIG. 4 shows a block diagram of a coupling device
  • 5 shows a block diagram of a channel of a coupling device
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a segment decoupling
  • FIG. 7 shows a flow diagram of a segment coupling with transmission of special telegrams
  • FIG. 8 shows a network with the structure of an optical double ring.
  • the network of Figure 1 is divided into three segments 1, 2 and 3. Participants 4 and 5 are connected to segment 1, participants 7 and 8 are connected to segment 3.
  • the segments 1 and 2 are connected by a repeater 9 as a first coupling device, the segments 2 and 3 by a repeater 10 as a second coupling device.
  • a data transfer according to the protocol of the PROFIBUS DP is processed on the segments 1 and 3.
  • Telegrams that are to be transmitted from segment 1 to segment 3 are provided in the first coupling device 9 with a CRC check mark which is read as control information for checking a correct transmission of the telegram via the segment 2 in the second coupling device 10 and with a reference to the received CRC test character is compared.
  • the network in FIG. 2 contains segments 11, 12 and 13, on which data are transmitted with electrical signals, and segments 14, 15, 16 and 17 with optical transmission. It only a section of the network is shown. Further coupling devices or subscribers, not shown for reasons of clarity, can be located on the segments 14 and 17. Participants 18, 19 and 20 are connected to coupling devices 21, 22 and 23 by segments 11, 12 and 13, respectively.
  • the segments 14, 15, 16 and 17 with optical signal transmission have an optical waveguide for each transmission direction. For segment 14 these are the optical fibers 141 and 142, for segment 15 the optical fibers 151 and 152, for segment 16 the optical fibers 161 and 162 and for segment 17 the optical fibers 171 and 172.
  • the segments 11, 12 and 13 are in this exemplary embodiment according to built up to the RS485 specification, and data is transferred according to the protocol of the PROFIBUS DP. Accordingly, only one parity bit is used on segments 11, 12 and 13 to secure data transmission. Telegrams are transmitted to segments 14, 15, 16 and 17, each of which is supplemented with control information consisting of a CRC test character with a length of 5 bits.
  • FIG. 3 shows the structure of a telegram with an attached CRC test character, as can be used in the networks according to FIGS. 2 and 3.
  • the check mark is added to the telegram to avoid dynamic errors, e.g. B. to find a loose contact on an optical connector, a cold solder joint or excessive attenuation of an optical fiber, and to obtain a clear location of the fault location.
  • This measure checks the transmission of a telegram from one coupling device to another, which represents the next recipient of the telegram.
  • a CRC check mark is only generated for segments 14, 15, 16 and 17 with optical signal transmission and checked in the next receiver in each case.
  • an error counter is increased by one and decreased by one if it matches. If the error counter a predeterminable limit value, preferably limit value 4, has been reached, a forwarding of telegrams from the disturbed segment to neighboring segments is blocked. On the other hand, no CRC test mark is appended to the telegrams on segments 11, 12 and 13 with electrical signal transmission according to the RS485 specification. This means that there is no need to deviate from the protocol in accordance with PROFIBUS DP on these segments.
  • the end of the telegram can be determined using a TLU (telegram length unit). In the case of disturbed telegrams, this can possibly be excluded by the disturbance in the case of a telegram according to the PROFIBUS DP protocol. So that the attached CRC test mark can be evaluated in any case and not misinterpreted as part of the disturbed telegram, the end of the telegram must be reliably recognized even in the event of faults. In the exemplary embodiment shown, an additional stop bit is inserted between the end of the telegram according to the PROFIBUS DP protocol and the start of the CRC test character.
  • the end of the telegram of any telegram can be recognized in the receiver.
  • the end of the telegram is recognized by the fact that after the last character no new start bit is detected, but another stop bit follows.
  • the CRC test character is always attached in synchronism with the telegram characters. For this reason, a started character is supplemented to eleven bit times even in the event of faults, and the eleven-bit character grid of a telegram is thus simulated.
  • a response telegram can appear on the same segment as early as eleven bit times after the end of an undisturbed telegram.
  • a receive lock has been implemented that prevents an RXD machine from restarting for the duration of the CRC test character after each telegram end.
  • FIG. 4 shows the rough structure of the coupling devices 21, 22 and 23 in FIG. 2.
  • a channel is provided for each segment that can be connected to the coupling device.
  • the two channels 41 and 42 are designed for optical signal transmission, the channels 43 and 44 for electrical signal transmission on the respective segment.
  • the coupling device 22 is connected, for example, in such a way that the signals from the optical waveguide 152 of the segment 15 via transceivers (not shown) with lines 45 to the channel 41, and the signals from the optical waveguide 161 of the segment 16 via trans not shown.
  • DC- with lines 46 on the channel 42 and the electrical lines of the segment 12 are guided via transceivers, not shown, with lines 47 on the channel 43.
  • the channel 44 is not used and can be switched off separately from the other channels 41, 42 and 43 to reduce the energy consumption.
  • no segment is connected to lines 48 of the channel 44.
  • a path controller 49 and a switching matrix 50 ensure the distribution of a received telegram to the connected segments. You activate only one of the channels 41 ... 44 at any time, which remains selected until the end of the telegram. This is also the case when signals arrive on several channels at the same time.
  • channels 43 and 44 which are designed for electrical signal transmission, a received signal is transmitted on all segments except the segment "which is connected to the currently active receiving channel.
  • a parameterization can be used to determine Whether a received signal should also be sent back on the segment of the currently active receiving channel or not.Sending the received telegram back on the segment of the currently active receiving channel corresponds to the formation of an echo.As long as the data rate of the telegram is not yet recognized, path control prevents it 49 the forwarding of received signals to the connected segments, for example in the coupling device 22 in FIG. 2, lines 52, 53 and 54 of the optical waveguide 151 of the segment 15, the optical waveguide 162 of the segment 16 or the via transceivers not shown in FIG electrical cables of the segment 12 (see Figure 2). There is no segment on lines 55. The signals that are carried on lines 45 ...
  • the lines 52 ... 55 each physically consist of at least two electrical lines, which are provided for a TXD or RTS signal.
  • lines 58 and 59 are returned from the output of switching matrix 50 to channels 41 and 42, respectively.
  • the signals on lines 58 and 59 are evaluated in channels 41 and 42 and then, if necessary, given on lines 52 and 53.
  • path controller 49 recognizes from an RTS signal supplied by channel 43 on line 60, which is generated on the basis of the received signal on line 47 from channel 43, that a telegram from segment 12 is being received.
  • the switching matrix 50 is then replaced by the path Controller 49 set such that the received telegram is routed to lines 58 and 59. Since no echo formation is set for segment 12 with " electrical signal transmission " , the telegram is not forwarded to lines 54.
  • a channel for identifying the telegram is stored in channels 41 and 42 and the telegram is stored on lines 52 and 53 respectively connected segments 15 and 16.
  • the echo generated by the neighboring coupling device 21 of the telegram output on lines 52 is received via line 45 from channel 41, it can be identified as an echo of this telegram by means of the stored character for identifying the telegram and is no longer output on lines 56 and 57 through channel 41.
  • the echo generated by the adjacent coupling device 23 is also removed from the network.
  • the pause between a sent telegram and the arrival of a response telegram can be determined by means of a slot time determination 51.
  • FIG. 5 shows a block diagram of channels 41 and 42 from FIG. 4.
  • a line 61 feeds a received signal from a connected segment to a so-called RXD machine 62 and a CRC check 63.
  • line 61 corresponds to one of lines 45 in FIG. 4.
  • the signal regenerated with RXD machine 62 becomes one So-called TXD machine 66 is supplied, which on the one hand generates an RTS and a TXD signal on lines 67 and, on the other hand, an RTS and TXD signal on lines 68.
  • Lines 67 and 68 are connected to the switching matrix 50 in the block diagram according to FIG.
  • a telegram is output on lines 67, which has been supplemented by a CRC generator 69 by a CRC check mark.
  • the telegram is forwarded on lines 68 without a CRC test character, so that the received telegram is output unchanged and is compatible with a transmission protocol which is connected to the respective segment " subscriber.
  • lines 70 are provided which are connected, for example in the case of channel 41 in FIG. 4, to lines 58 to which the switching matrix 50 forwards the received telegram.
  • the output of an AND gate 76 is connected, using the example of channel 41 in FIG. 4, to lines 52 for transmitting the TXD signal.
  • An RTS signal is passed on by line 83 directly from switch 73 to lines 52.
  • a segmentation logic 71 controls a blocking of the forwarding of disturbed telegrams to the connected segments and, for this purpose, supplies a blocking signal on a line 72 to the switch 73 and the switch 64.
  • FIG. 5 Further function blocks in FIG. 5 are a device 74 for the telegram start test, a delay element 75, a device 77 for telegram length determination (TLU), a device 86 for activity check and a device 78 for ring monitoring, the functions of which will be explained in more detail later.
  • TLU telegram length determination
  • the channels 43 and 44 are basically similar to the channels 41 and 42. However, the CRC check 63, the switch 73 and parts of the segmentation logic 71 are omitted, since a CRC check mark and an exchange of special telegrams do not occur on the segments with electrical signal transmission according to the PROFIBUS DP protocol.
  • the received telegram is additionally routed to the CRC check 63 (FIG. 5), in which a CRC check mark is formed for the received telegram and compared with the received CRC check mark .
  • the start delimiter of the received telegram is evaluated by the device 77 for determining the telegram length and the telegram length is determined. It supplies the CRC check 63 and the RXD machine 62 with a signal on lines 84 and 85, respectively, which indicates the end of the telegram.
  • the CRC check 63 thus recognizes that only a stop bit 34 (FIG. 3) and the CRC test character follow, and reads the CRC test character attached to the received telegram, which it needs for comparison with the self-generated CRC test character. After the comparison has been carried out, what is received
  • Switching matrix 50 ( Figure 4) with lines 58 is looped through to the lines 70 ( Figure 5), channel 41 sends via lines 52 on the optical fiber 151 of the segment 15, which is provided for data transmission in the opposite direction, the received telegram with a CRC test marks newly formed in the CRC generator 69 as control information.
  • the CRC test symbol is also checked in the activated receiving channel of the coupling device 21, which receives the echo telegram, in order to detect faults on the optical waveguide 151 in the opposite transmission direction.
  • the switch 64 is opened so that the received echo telegram corresponds to the timely transmission process does not interfere. If the transmission on segment 15 was undisturbed, the new CRC check mark matches the discarded one, otherwise it does not.
  • the path controller 49 in which transmission directions can be preset, also sends the telegram to the other outputs of the coupling device, in accordance with the respective protocol of the connected segment, with or without a supplemented CRC test mark.
  • a telegram supplemented by the CRC check mark is sent to segment 16 and a telegram to segment 12 without an additional CRC check mark.
  • the switches 64 and 73 in the channels of a coupling device also make it possible to decouple a faulty segment from the network as a measure of error handling, so that faults cannot burden the entire network.
  • the disturbance can thus advantageously be limited to the disturbed segment of the network.
  • the transmission and reception paths are each carried out separately.
  • a segment is decoupled, ie when the forwarding of telegrams from a disturbed segment is interrupted via a coupling device into further segments connected to the coupling device, both transmission directions are advantageously blocked.
  • neither telegrams from segment 15 into segments 12 or 16, nor telegrams from segments 12 or 16 into segment 15 are transmitted. This is particularly advantageous if the last of the segments in a series of segments connected in series, a so-called optical line, is disturbed by optical signal transmission.
  • segment 16 is the last segment of the optical line. If a malfunction occurs on the optical waveguide 162 of segment 16 in the network structure thus obtained, the forwarding of telegrams received on segment 16 to segment 13 is blocked. An active subscriber 20 therefore no longer receives any telegrams on segment 13, on which data transmission is carried out according to the PROFIBUS DP protocol.
  • a master that no longer detects any activity on the network begins to send a token to itself and to query other participants on the network. This is referred to as sending a permanent token.
  • both directions of transmission are advantageously blocked at the same time when a segment is decoupled with optical signal transmission. Both transmission directions are only activated again when the bi-directional functionality of the segment has been determined by exchanging special telegrams via the decoupled segment.
  • the two transmission directions cannot be operated independently of one another on the segments 11, 12 and 13 with electrical signal transmission, since only a single transmission medium with an ability for bidirectional transmission is used.
  • the case that the transmission is disturbed in one direction and not in the other direction is therefore extremely rare in practice.
  • a simultaneous blocking of both transmission directions is on the Segments 11, 12 and 13 are therefore not carried out.
  • the coupling device 22 can still send telegrams into the disturbed segment 12 without having to fear that the network is blocked.
  • a sporadic fault for example on segment 12, therefore leads to a decoupling of the segment for only a few telegrams and does not separate a passive subscriber from the network for a longer period of time.
  • the FIFO memory 65 in FIG. 5 is used to compensate for bit-time fluctuations which can arise, for example, as a result of quartz inaccuracies in the data transmission. If four bits are written into the FIFO memory 65, this begins with the output of the first bits.
  • the memory depth of the FIFO memory 65 is nine bits.
  • the TXD machine 66 rigidly reads out the bits stored in the FIFO memory 65 at intervals of one bit.
  • the RTS signal (request to send) controls the data flow direction of the transceiver of the respective channel and becomes active four bit times before the first start bit of the telegram.
  • the RTS signal is switched inactive again by the TXD machine 66 at the end of the last stop bit.
  • the ring monitor 78 consists of a number of monitoring mechanisms which can detect circling telegrams, telegram fragments or interference couplings in a connection of coupling devices to an optical single-fiber ring or to an optical double ring and eliminate them by interrupting the ring.
  • the network structure in FIG. 2, for example, is referred to as an optical single-fiber ring.
  • An optical double ring is obtained by connecting the optical fibers 141 and 142 from segment 14 to the optical fibers 171 and 172 from segment 17, respectively.
  • a monitoring mechanism implemented in the ring monitor 78 is a low-bit monitor which outputs an error signal if the data signal is at an active level, here the low level, for 13 consecutive bit times.
  • an active level here the low level
  • the causes of such a fault can be, for example, extraneous light coupling or a defective coupling device.
  • Another monitoring mechanism is a transmission time monitoring, which issues an error signal if more than 262 characters are counted in a telegram.
  • the PROFIBUS DP protocol limits a telegram to a maximum of 255 characters, so that a telegram with more than 262 characters can only occur in the event of a fault. This can be caused by a defective active participant in the respective segment or a dynamic interference coupling to the segment.
  • a start bit and telegram length check is carried out as a monitoring mechanism.
  • a counter is incremented by two if an invalid start delimiter or a valid start delimiter with an unsuitable telegram length is detected.
  • the counter is decremented by one for each error-free telegram until it has reached zero again.
  • the start bit and telegram length check outputs an error signal if the counter reading exceeds a predefinable number. With this, errors are recognized in which the telegram has been falsified by a defective node or interference coupling.
  • a repeat error test as a further monitoring mechanism is intended to prevent a formally valid telegram from circling forever in an optical single-fiber ring if the device 74 for the initial telegram test is no longer able to extract the telegram from the optical single-fiber ring.
  • the repeat error test contains a counter that is incremented by one if the second character of a telegram just received matches that of the previous telegram or if a single-character telegram is received. In the event of inequality, the counter is set to zero, as is when a telegram is newly fed into the monitored single-fiber ring. In the latter case, the Direction 74 for the telegram start test active again.
  • the repeat error test also outputs an error signal if the counter reading exceeds a predefinable number.
  • the repeat error test detects, for example, interference in an open optical fiber or in the transceiver.
  • the switch 64 interrupts the forwarding of received telegrams for echo filtering and is triggered by the device 74 for the telegram start test with a signal on a line 81. In the event of a fault that was detected by the ring monitor 78, the switch 64 can also be opened by the ring monitor 78. The switch 64 is closed again only while the segment is in the idle state in the transmission and reception direction.
  • All monitoring mechanisms can be activated individually or in combination with one another by parameterization.
  • each optical channel In an interconnection of coupling devices to form an optical ring, each optical channel must remove the telegrams it has fed into the ring from the ring so that there are no perpetually circulating telegrams.
  • the device 74 for the telegram start test therefore remembers a character from up to 32 transmitted telegrams, which enables the optical channel to recognize the telegrams it has fed into the optical ring and by opening the switch 64, as already described above, from Take ring.
  • the received telegrams are constantly compared with the transmitted telegram beginnings already stored in the device 74 for the telegram start test. If the received telegram start matches the oldest entry, it is deleted.
  • the device 74 for telegram opening test blocks opening of the transmission of received telegrams until all entries are deleted and the end of the telegram, the beginning of which matches the last entry, has been reached. If more than 32 entries are to be stored in device 74 for the telegram start test, device 74 reports an overflow to ring monitor 78. The ring monitor 78 then interrupts the transmission and reception of telegrams on the optical channel for a ring circulation time.
  • the received telegrams to the RXD machine 62 are delayed in such a way that they only arrive at the device 74 for the telegram start test when an identifier of the original telegram, via which line, is received via the line 70 the received telegram represents the echo in which device 74 for the telegram start test was registered.
  • the sequence can be maintained in the device 74: first send a telegram and save the identifier of the telegram, then wait for the echo and recognize it as an echo on the basis of the identifier.
  • the activity check device 86 monitors activities on the connected segment. If no bus activity can be determined for a predeterminable period of time, this is reported by a signal on a line 82 to the segmentation logic 71, which then triggers a decoupling of the relevant segment. Monitoring is carried out with a counter, which is reset with every signal change on line 61 and otherwise counts continuously. If a predetermined counter reading is exceeded, the message signal is output to the segmentation logic 71 and the counter reading is reset.
  • the predeterminable period of time the maximum possible signal propagation time in the network between the most distant bus users must be taken into account in order not to limit the network expansion due to a time threshold that is too small. Each of the following events can trigger a segment to be decoupled:
  • a received CRC check character is not adapted to the received message or there is a stop bit error in a received message character
  • optical signal level on the optical waveguide has fallen below a minimum value; this is indicated to the segmentation logic 71 by a level measuring device by means of a signal 120,
  • the memory that is provided in the device 74 for the telegram start test runs over more than 32 sent telegrams without receiving a valid echo, 4. no activity is detected on the reception line 61 for a predefinable monitoring time or 5.
  • a Monitoring mechanism of the ring monitoring 78 detects errors in a received telegram.
  • the basic sequence of a segment decoupling is explained using the flow diagram in FIG. 6 using the example of a fault on segment 15 in FIG. 2.
  • the sequence control is in a basic state 90, in which the switch 64 is closed. If an event causes a segment to be decoupled, the basic state 90 is first left and a transition is made to a wait state 91, in which the switch 64 is opened and a forwarding of received telegrams to connected segments 12 and 16 is blocked. An error is displayed, an error message via the signaling contact is not yet given.
  • a predeterminable minimum segment duration is waited for, which is preferably greater than the time threshold of a timer in the device for activity check, which monitors transmission pauses on the connected segment and, if exceeded, triggers a segment decoupling.
  • state 92 is referred to as a first check, and the longer the waiting time in state 91, the less the influence of low frequency dynamic disruptions to the network
  • the waiting time for segments connected in series with coupling devices determines how long the line is at least interrupted after a disruption.
  • switches 64 and 73 are open. There is therefore no echo and the forwarding of received telegrams is blocked. However, the RXD machine 62, the device 77 for determining the telegram length and the CRC check 63 remain active in order to carry out an assessment of the transmission quality on the basis of received telegrams and to inform the segmentation logic 71 of the result of the assessment via the lines 79 and 80.
  • the wait state 91 there is already a reaction to received special telegrams and the wait state 91 is exited in order to be able to react to special telegrams from the neighboring coupling device 21, which is itself already in the first check state 92.
  • 22 bit times are waited, which correspond to compliance with the telegram minimum interval of eleven bit times and an end of a character that may have just started, before the first special telegram is sent in first check state 92.
  • one reason for the segment decoupling may be that a timer for monitoring transmission activities on the segment has a predefinable maximum idle time has exceeded. The reasons for this can in turn be a break in the optical waveguide or a failure of the neighboring coupling device. Another option for addressing this time monitoring is to switch off all active participants in the network. The separated segment can therefore be in order if the maximum idle time is exceeded or it can also be faulty. Before an error message is output, the segment in question is therefore checked by exchanging special telegrams in the first check state 92.
  • the coupling devices connected to the segment change to a cyclic check state 93, in which they cyclically try to transmit special telegrams and simultaneously activate an LED and a signaling contact to indicate an error.
  • the signaling contact can be wired to an operator control and monitoring station to generate an error message. This measure enables automatic visualization of a fault. If error-free transmission of special telegrams occurs in both directions, the system changes to the basic state 90 and segment 15 is automatically coupled to the network again.
  • the special telegrams implement a hand-shake process which ensures that the locks in both coupling devices 21 and 22 on segment 15 are released at the same time. This advantageously prevents only one transmission direction from being activated at certain times.
  • the segment therefore allows bidirectional transmission immediately after coupling. If there is no data traffic on the segment afterwards, the timer responds again to monitor the maximum idle time and an exchange of special telegrams is initiated again without issuing an error message.
  • the exchange of special telegrams in the first check state 92 is indicated by a flashing LED and thus serves as an operating display as long as there is no data traffic on the segment 15.
  • cyclic check state 93 an error is indicated by the LED lighting continuously and an error message via the message given contact. The segment decoupling is maintained in this state. In cyclic check status, 93 special telegrams are sent to the faulty segment at predefinable cyclical intervals and a check is carried out.
  • the cyclic check state 93 returns to the basic state 90 and the error message is withdrawn.
  • two special telegrams ST1 and ST2 were introduced, which are sent cyclically until the segment is reconnected.
  • the special telegrams differ from the useful telegrams that are transmitted in the network so that they cannot be interpreted as such.
  • a parity bit with a polarity opposite to the parity bit in the case of useful telegrams is used for the telegram characters.
  • the special telegram ST1 is used for the cyclical initiation of a check of the segment, while the special telegram ST2 is sent as confirmation for a correct telegram transmission.
  • the special telegrams are provided with a CRC test mark to check the transmission quality.
  • the flowchart in FIG. 7 illustrates the process of segment coupling with the transmission of special telegrams.
  • the vertical areas corresponding to the wait state 91, the first check state 92 and the cyclic check state 93 in FIG. 6 are marked by vertical lines on the right side in FIG.
  • a transition is made to a state 100 in which a timer for monitoring a minimum segmentation time is started. If the timer has expired, a change is made to a state 101 and a special telegram ST1 is sent. The progress of the timer is marked by a state transition arrow 102. State 101 is also entered according to an arrow 103 when a special telegram ST1 or a special telegram ST2 is received has been. After sending a special telegram ST1 in state 101, the timer for monitoring the minimum segmentation time is reset and started again when changing to state 104.
  • an arrow 110 changes to state 105, which represents the start of the cyclic check. If, on the other hand, a special telegram ST2 sent by an adjacent coupling device has arrived within the monitoring time, this means that the reception and transmission paths of the segment are in order, and an arrow 111 changes to a state 112 in which the segment is coupled again , ie the forwarding of received telegrams to neighboring segments is enabled. In state 105, which was assumed after the timer had expired, the coupling device again sends a special telegram ST1 to the disturbed segment.
  • a cycle timer is then reset and a transition is made to a state 113 in which the cycle timer is monitored.
  • the monitoring time of the cycle timer defines the cycle duration with which special telegrams are sent to the segment. If the cycle duration has expired without the receipt of a special telegram, the state 105 is returned to in accordance with an arrow 114. If, on the other hand, a special telegram ST1 sent by an adjacent coupling device has been received, a transition to a state 116 takes place according to an arrow 115, in which a special telegram ST2 is sent to the neighboring coupling device is sent. The cycle timer is then reset and the state of the cycle timer is monitored again in a state 117.
  • State 105 is returned to in accordance with an arrow 118.
  • Receiving a special telegram ST2 sent by an adjacent coupling device in state 117 means that the reception and transmission path of the segment are in order again, and an arrow 119 transfers to state 112, in which the cyclic check has ended and the segment is coupled again.
  • State 112 corresponds to the basic state 90 in FIG. 6.
  • the hand shake procedure shown with special telegrams ST1 and ST2 automatically reconnects a disturbed segment in a simple manner after the disturbances have disappeared.
  • Segments that have to comply with a certain protocol for example according to PROFIBUS DP, that does not allow special telegrams are released again without such a hand shake procedure.
  • the segments 11, 12 and 13 are such segments.
  • the faulty segment is also decoupled by the respective coupling device in the event of an error, ie the forwarding of telegrams that were received on the faulty segment 11, 12 or 13 is blocked.
  • the retimer's FIFO memory is cleared. After a parameterizable minimum segmentation time has elapsed, a monitoring timer and a telegram counter are started.
  • the transmission to the disturbed segment remains activated in order to prevent the formation of subnetworks which, as already described above, could result in a double token formation, for example.
  • the forwarding of telegrams received, for example, on the segments 15 or 16 to the segment 12 thus remains even in the case of a disturbed segment 12 and is independent of whether the forwarding of Telegrams in the opposite direction is blocked.
  • Monitoring mechanisms check the received signal of the faulty segment. The monitoring timer is reset and restarted each time a signal is received. If no further telegrams are received within the monitoring time, then there are probably no nodes connected to the segment and a temporary interference coupling was triggered. The segment can therefore be coupled again. If a predeterminable number of error-free telegrams were received in succession before the monitoring time expired, the segment is coupled again as soon as the segment in the sending and receiving direction is in the idle state.
  • subscribers 201 ... 206 are each connected to coupling devices 221 ... 226 by segments 211 ... 216 with electrical signal transmission, on which data is transmitted according to the PROFIBUS DP protocol.
  • the coupling devices 221 ... 226 are connected in pairs by segments 231 ... 236 with optical signal transmission, so that an optical double ring is formed, as shown in FIG.
  • the segments 231 ... 236 have optical fibers 241 ... 246 or optical fibers 251 ... 256 which can be operated independently of one another for each transmission direction.
  • the principle of operation of the optical double ring is that telegrams that are fed in by a subscriber via a segment with electrical signal transmission are simultaneously forwarded by the coupling device into both connected segments with optical signal transmission.
  • a telegram that the subscriber 201 sends to the coupling device 221 via the segment 211 is forwarded by the coupling device 221 to the coupling device 222 both with the optical fiber 251 of the segment 231 and to the coupling device 226 with the optical fiber 246 of the segment 236.
  • the telegram sent by subscriber 201 is thus duplicated.
  • the two circulating, completely identical telegrams are subsequently recognized as identical telegrams by the coupling device 224, at which they meet due to the transit time, and are taken from the optical double ring.
  • the device 74 (see FIG. 5) is used for the telegram start test, which stores a character for identifying transmitted telegrams, in order to prevent telegrams that circulate forever, as was already described above.
  • the telegrams rotating in opposite directions are also removed from the optical double ring when the two telegrams meet in a segment with optical signal transmission, that is to say not directly at a coupling device.
  • segment 236 has been decoupled due to interference from coupling devices 221 and 226, a telegram from subscriber 201 is only forwarded to segment 231 by coupling device 221 and is therefore not duplicated.
  • a disturbed segment Before a disturbed segment is re-coupled with optical signal transmission, it can also happen that of the two identical telegrams circulating in the opposite direction in the optical double ring, some on the coupling device, which blocks the forwarding of telegrams to the disturbed segment, are deleted, while the telegrams, which have a longer transit time to the opposite coupling device on the disturbed segment, still on the way. In this case, the balance of identical telegrams rotating in opposite directions is disturbed. If, due to an imbalance of circulating telegrams, a disturbed segment was reconnected after the disturbance ceased to exist, circling telegrams can arise in the optical double ring, which can be recognized and eliminated, but disturb the entire network until they are eliminated.
  • a simple way of avoiding the occurrence of such circulating telegrams is to activate a segment after the fault has disappeared at a time when no telegrams are on the network.
  • this state is certainly a little later when an active node directed a so-called GAP query to a node that does not exist in the network.
  • active nodes with GAP queries carry out cyclical checks as to whether new nodes have been connected to the network and want to participate in data traffic. With each GAP query, the querying subscriber waits for a response with which the new subscriber, if he has meanwhile been connected to the network, reports.
  • the so-called slot time If the querying subscriber does not receive a response within a predefinable time, the so-called slot time, it assumes that the polled subscriber cannot be reached on the network.
  • the slot time is dimensioned such that it is greater than the longest possible time delay between the query and response telegram. It results from the sum of the runtimes of the query telegram to the queried subscriber and the response telegram to the querying subscriber between the most distant subscribers plus a delay in response from the queried subscriber and a security surcharge.
  • the coupling devices 221 ... 226 require certain monitoring mechanisms, e.g. B. for the determination of the monitoring time in the device 86 (see FIG. 5) for the activity check, information about the network expansion.
  • One way of communicating this information to the coupling devices would be to set parameters over the network. However, this possibility would be associated with a high outlay, since the coupling device would have to appear as a separate, addressable subscriber when configuring the network.
  • Another option would be to make the network expansion on the coupling devices manually adjustable or readable. However, this option would be prone to errors and would involve a great deal of effort when installing the network.
  • the network expansion in the coupling devices could be preset by a default value, which, however, would have to be designed for the maximum permissible network expansion and would be unnecessarily large in the respective application in a network.
  • the slot devices 221 ... 226 advantageously measure the slot time during the operation of the network.
  • the slot time contains information about the network expansion, so that complex parameterization of the coupling devices with regard to the network expansion can be omitted.
  • the slot time T s is parameterized in the participants as follows:
  • T s T + 2 [L tot - - ⁇ - 5 + 2 N ⁇ - ⁇ + V Tsdx + 20 T ⁇ Bi
  • Tsdx the maximum possible delay time after which a called subscriber must respond to a request telegram
  • T B it ⁇ the time duration of a bit at the data rate set in each case.
  • the slot time is thus configured in such a way that it is at least twice as long as would actually be necessary for the network expansion.
  • the slot time is then also greater than the maximum delay in an optical line at which the optical double ring in FIG. 8 is split up, for example if a fault is detected on segment 236 and segment 236 is decoupled.
  • the coupling devices involved must wait for a GAP query from an active subscriber and then wait for half the slot time to elapse. After receipt of a GAP query telegram, half the slot time must also be waited for, since a GAP query to a participant in the network would send the reply telegram to the coupling device before half the slot time. If no reply telegram arrives at the coupling device within half the slot time after a GAP query, it must have been a GAP query to a non-existent subscriber and there are certainly no telegrams in the network.
  • the coupling devices 221 ... 226 can only measure the slot time in the case of GAP queries by active subscribers to subscribers not present in the network, the HSA (Highest Station Address) of the active subscribers is configured such that GAP queries are received during operation at least one non-existent participant. So that the slot time is determined exclusively on the basis of such GAP queries, the measurements are carried out only between two call telegrams with acknowledge or between a call telegram with acknowledge and a token telegram. In order for the measured slot times to be automatically adjusted when the network changes or for incorrect measurements to be corrected, the slot time measurements are carried out continuously during operation. The measurement is carried out with a slot time counter, which is the number of bit times between the end of a telegram
  • the determined slot time is stored in a slot time flag in the slot time determination 51 (see FIG. 4).
  • the slot time flag in the coupling devices is set to a default value that corresponds to the highest adjustable value. After each valid measurement, the slot time marker is overwritten with the new measured value.
  • Active participants are participants who are in the logical token ring of the network and thus accept the token and can forward it to the next active participant in the logical token ring.
  • the respective token holder is authorized to send to the network.
  • passive participants cannot accept the token. They only send response telegrams when they have been requested by a token holder by means of a request telegram.

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Abstract

The invention relates to a network and a coupling device for connecting two segments of such a network. Said device comprises means (63, 64, 73, 78) designed to recognize modifications of a message caused by disruptions in a segment (16) and to block the onward transmission of messages received in a disturbed segment (16) to another segment (17). This method prevents disturbances in one segment from spreading throughout the network. The invention is used in repeaters.

Description

Beschreibungdescription
Netzwerk" sowie Koppelgerät zur Verbindung zweier Segmente in einem derartigen NetzwerkNetwork " and coupling device for connecting two segments in such a network
Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Koppelgerät zur Verbindung zweier Segmente in einem derartigen Netzwerk nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.The invention relates to a network according to the preamble of claim 1 and to a coupling device for connecting two segments in such a network according to the preamble of claim 10.
Netzwerke, in denen mehrere Teilnehmer zur Datenübertragung miteinander verbunden sind, sind bereits allgemein bekannt. Da ein Netzwerk mit nur einem Bus bezüglich Teilnehmeranzahl und Buslänge durch physikalische Gegebenheiten und logische Festlegungen beschränkt ist, wird das Netzwerk in mehrere Segmente unterteilt, die über Koppelgeräte, sogenannte Repeater, miteinander verbunden sind. Ein Koppelgerät wird beidseitig mit jeweils einem Transceiver an die Bussegmente angeschlossen und dient im wesentlichen zur bidirektionalen Signalregenerierung zwischen den beiden Segmenten. Zur Sicherung der Datenübertragung ist beispielsweise aus dem rtp-Seminar "Bussysteme" in "Regelungstechnische Praxis", 1984, Heft 2, Seiten S5 bis S8 bekannt, Telegramme mit Kontrollinformationen zu versehen. Ein Teilnehmer, der das Tele- gramm in das Netzwerk sendet, fügt diese Kontrollinformation dem Telegramm hinzu, während sie ein anderer Teilnehmer, der das Telegramm empfängt, mit einer selbstgebildeten Kontrollinformation vergleicht und bei Abweichungen einen Übertragungsfehler erkennt. Als eine Möglichkeit einer Kontroll- Information ist dort ein CRC-Wort angegeben (CRC = Cyclic Redundancy Check) , das über das gesamte Telegramm gebildet wird. Eine Störung eines Segments des Netzwerkes führt zu gestörten Telegrammen beim Empfänger, die von diesem anhand der Kontrollinformationen als gestörte Telegramme erkannt werden können. Sporadische Fehler auf einem Segment, welche die Übertragung eines Telegramms vortäuschen, werden ebenso wie gestörte Telegramme auf alle anderen Segmente des Netzwerks weitergeleitet. Störungen breiten sich somit im gesamten Netzwerk aus und nehmen unter Umständen einen großen Teil der Übertragungskapazität in Anspruch. Schlimmstenfalls kann durch Störeinkopplungen auf einem Segment das gesamte Netzwerk blok- kiert werden.Networks in which several subscribers are connected to one another for data transmission are already generally known. Since a network with only one bus is limited in terms of the number of nodes and bus length by physical conditions and logical determinations, the network is divided into several segments that are connected to one another via coupling devices, so-called repeaters. A coupling device is connected to the bus segments with a transceiver on each side and is used essentially for bidirectional signal regeneration between the two segments. To secure the data transmission, it is known, for example, from the rtp seminar "Bus systems" in "Control engineering practice", 1984, Issue 2, pages S5 to S8, to provide telegrams with control information. A subscriber who sends the telegram to the network adds this control information to the telegram, while another subscriber who receives the telegram compares it with self-generated control information and detects a transmission error in the event of deviations. A CRC word (CRC = Cyclic Redundancy Check), which is formed over the entire telegram, is specified there as a possibility for control information. A fault in a segment of the network leads to faulty telegrams at the receiver, which can be recognized by the receiver as faulty telegrams on the basis of the control information. Sporadic errors on a segment, which simulate the transmission of a telegram, as well as disturbed telegrams, are forwarded to all other segments of the network. Faults thus spread throughout the network and may take up a large part of the transmission capacity. In the worst case, interference coupling on a segment can block the entire network.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk sowie ein Koppelgerät zur Verbindung zweier Segmente in einem derartigen Netzwerk zu schaffen, durch welches eine Ausbreitung von Störungen auf das gesamte Netzwerk vermieden wird.The invention has for its object to provide a network and a coupling device for connecting two segments in such a network, by which the spread of interference is avoided on the entire network.
Zur Lösung dieser Aufgabe weisen das neue Netzwerk und das neue Koppelgerät zur Verbindung zweier Segmente in einem derartigen Netzwerk die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 17 angegebenen Merkmale auf. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Wei- terbildungen der Erfindung beschrieben.To solve this problem, the new network and the new coupling device for connecting two segments in such a network have the features specified in the characterizing part of claim 1 and in the characterizing part of claim 17, respectively. Advantageous further developments of the invention are described in the subclaims.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß dynamische Störungen, z. B. kurze Spikes, sowie Dauerstörungen, die auf ein Segment eines Netzwerks eingekoppelt werden, sich nicht vermindernd auf die Übertragungskapazität anderer Segmente desselben Netzwerks auswirken. Durch eine Segmentierung, bei welcher eine Weiterleitung gestörter Telegramme aus einem gestörten Segment in benachbarte Segmente gesperrt wird, wird in einfacher Weise eine Fortpflanzung von Störungen über mehrere Segmente hinweg unterbunden.The invention has the advantage that dynamic disturbances, e.g. B. short spikes, as well as permanent interference, which are coupled to a segment of a network, do not reduce the transmission capacity of other segments of the same network. Segmentation, in which the forwarding of disturbed telegrams from a disturbed segment to neighboring segments is prevented in a simple manner from propagation of disturbances across several segments.
Zudem kann die Weiterleitung von Telegrammen über ein Koppelgerät in der einen Richtung unabhängig davon gesperrt werden, ob die Weiterleitung von Telegrammen in der entgegengesetzten Richtung freigegeben oder ebenfalls gesperrt ist. Das hat den Vorteil, daß Teilnehmer, insbesondere Slaves in einem Token- Netzwerk, die hinter einem gestörten Segment an das Netzwerk angeschlossen sind, den Token-Umlauf weiterverfolgen können und daß somit eine Doppel-Token-Bildung auf dem vom Netzwerk abgeschnittenen Segment vermieden wird. Slaves antworten weiterhin auf Aufrufe eines Masters, so daß Telegramme zur qua- litativen Bewertung des zweiten Segments auch nach Sperren der jeweiligen Übertragungsrichtung zur Verfügung stehen. In entsprechender Weise wird bei Abtrennen eines Masters von einem Token-Netzwerk das Dauer-Token-Senden vermieden.In addition, the forwarding of telegrams via a coupling device can be blocked in one direction regardless of whether the forwarding of telegrams in the opposite direction is enabled or also blocked. This has the advantage that participants, in particular slaves in a token network, connect to the network behind a disturbed segment are connected, can continue to follow the token circulation and thus double token formation on the segment cut off from the network is avoided. Slaves continue to respond to calls from a master, so that telegrams for the qualitative evaluation of the second segment are available even after the transmission direction has been blocked. Correspondingly, the permanent token transmission is avoided when a master is disconnected from a token network.
Damit ein Segment nicht bereits bei einzelnen, sporadischen Fehlern vom Netzwerk abgetrennt wird, ist es möglich, die Weiterleitung von Telegrammen erst nach Feststellen einer vorgebbaren Anzahl von gestörten Telegrammen zu verhindern.So that a segment is not already disconnected from the network in the event of individual, sporadic errors, it is possible to prevent the forwarding of telegrams only after a predeterminable number of faulty telegrams has been determined.
Ein besonders einfach anwendbarer Überwachungsmechanismus wird erhalten, wenn die Mittel zur Erkennung einer Telegrammverfälschung derart ausgebildet sind, daß ein Fehler erkannt wird, wenn in einem empfangenen Telegramm ein Signalpegel länger als eine vorgebbare Zeit erhalten bleibt. In vorteil- hafter Weise wird dabei ausgenutzt, daß bei allen Übertragungsprotokollen für Netzwerke nach bestimmten Zeiten Pegelwechsel erfolgen müssen.A monitoring mechanism which is particularly easy to use is obtained if the means for detecting a corruption of the telegram are designed such that an error is detected if a signal level in a received telegram is maintained for longer than a predefinable time. In this case, it is advantageously used that all transmission protocols for networks have to change levels after certain times.
Insbesondere bei PROFIBUS DP ist der Überwachungsmechanismus mit Vorteil anwendbar, indem ein Fehler erkannt wird, wenn in einem empfangenen Telegramm der Signalpegel für 13 Bitzeiten in Folge auf einem Low-Pegel bleibt. Bei PROFIBUS DP kann ein derartiges Zeichen wegen des Stop-Bits mit High-Pegel im ungestörten Fall nie vorkommen. Es muß demnach durch eine Stö- rung verfälscht worden sein.In the case of PROFIBUS DP in particular, the monitoring mechanism can be used advantageously, in that an error is detected if the signal level in a received telegram remains at a low level for 13 consecutive bit times. With PROFIBUS DP, such a character can never occur in the undisturbed case because of the stop bit with high level. It must therefore have been falsified by a malfunction.
Weiterhin ist in einfacher Weise ein Überwachungsmechanismus anwendbar, bei welchem die Anzahl der in einem empfangenen Telegramm enthaltenen Zeichen mit einer vorgebbaren Maximal- zahl verglichen wird. Die Anzahl der Zeichen in einem Telegramm ist praktisch bei allen Übertragungsprotokollen begrenzt und damit auf einen vorgebbaren Grenzwert überprüfbar. Insbesondere das PROFIBUS DP-Protokoll läßt nur Telegramme mit maximal 255 Zeichen zu, so daß ein Telegramm mit mehr als vorzugsweise 262 Zeichen nur bei einer Störung auftreten kann.Furthermore, a monitoring mechanism can be used in a simple manner, in which the number of characters contained in a received telegram is compared with a predeterminable maximum number. The number of characters in a telegram is practically limited for all transmission protocols and can therefore be checked for a predefinable limit. In particular, the PROFIBUS DP protocol only allows telegrams with a maximum of 255 characters, so that a telegram with more than preferably 262 characters can only occur in the event of a fault.
Eine zusätzliche Kontrollinformation, die ein erstes Koppelgerät, das ein Telegramm von einem ersten Segment auf ein zweites Segment weiterleitet, unabhängig von einer möglicherweise vorhandenen, auf dem ersten Segment gültigen Kontroll- Information einem auf das zweite Segment gesendeten Telegramm hinzufügt und die somit durch ein zweites, an das zweite Segment angeschlossenes Koppelgerät überprüfbar ist, hat den Vorteil, daß eine eindeutige Lokalisierung des Fehlerentstehungsorts bis zum gestörten Segment ermöglicht wird. Dabei kann die Ergänzung eines Telegramms um eine Kontrollinformation unabhängig von dem auf anderen Segmenten verwendeten Übertragungsprotokoll erfolgen. Auch Telegramme, die ohne eine aufwendige Kontrollinformation, beispielsweise nur mit einem Parity-Bit, wie bei PROFIBUS DP, auf dem ersten Segment übertragen wurden, werden auf dem zweiten Segment zur Erhöhung der Übertragungssicherheit um die zusätzliche Kontrollinformation ergänzt. Durch diese Überwachung der Übertragungsqualität werden gestörte Telegramme erkannt und können von einer Weiterverarbeitung ausgeschlossen werden. Bei nichtspeichernden Koppelgeräten, welche empfangene Telegramme unmittelbar auf dem gegenüberliegenden Segment wieder aussenden, setzt eine Ergänzung des Telegramms um eine Kontrollinformation voraus, daß eine Sendepause zwischen zwei Telegrammen größer ist als die Zeit, die zum Senden der Kontroll- Information benötigt wird. Da immer zwischen TelegrammenAn additional control information that a first coupling device, which forwards a telegram from a first segment to a second segment, independently of any control information that may be present on the first segment, adds it to a telegram sent to the second segment and thus by a second Coupling device connected to the second segment can be checked, has the advantage that a clear localization of the point of origin of the fault up to the faulty segment is made possible. A telegram can be supplemented with control information regardless of the transmission protocol used on other segments. Telegrams that were transmitted on the first segment without complex control information, for example only with a parity bit, such as with PROFIBUS DP, are supplemented by the additional control information in the second segment to increase the transmission security. This monitoring of the transmission quality detects faulty telegrams and can be excluded from further processing. In the case of non-storing coupling devices which send the received telegrams directly to the opposite segment, supplementing the telegram with control information requires that a pause between two telegrams is greater than the time required to send the control information. Since always between telegrams
Sendepausen vorhanden sind, ist diese Bedingung ohne weiteres zu erfüllen.If there are pauses in transmission, this condition can be easily met.
In vorteilhafter Weise ist die Kontrollinformation gleichzei- tig mit Empfang des Telegramms generierbar, wenn als Kontrollinformation ein CRC(Cyclic Redundancy Check) -Prüfzeichen verwendet und nach dem Ende des Telegramms auf das zweite Segment gesendet wird. Es entsteht somit in einem Koppelgerät keine Zeitverzögerung der Übertragung durch die Generierung einer Kontrollinformation für das jeweils empfangene Telegramm und den Vergleich mit der beim Telegramm empfangenen Kontrollinformation sowie durch die Generierung einer neuen Kontrollinformation für das gesendete Telegramm.The control information can advantageously be generated at the same time as the telegram is received if a CRC (Cyclic Redundancy Check) check character is used as the control information and after the end of the telegram to the second Segment is sent. There is therefore no time delay in the transmission in a coupling device by generating control information for the telegram received in each case and comparing it with the control information received with the telegram, and by generating new control information for the transmitted telegram.
Als ein guter Kompromiß zwischen Sicherheit bei der Fehlererkennung und der zusätzlich erforderlichen Datenübertra- gungsmenge hat sich die Verwendung eines CRC-Prüfzeichens mit einer Länge von 5 Bit erwiesen. Insbesondere bei einem Feldbus nach Art des PROFIBUS DP ist ein derartiges CRC-Prüfzeichen mit Vorteil anwendbar.The use of a CRC test character with a length of 5 bits has proven to be a good compromise between security in error detection and the additionally required data transmission volume. Such a CRC test mark can be used with particular advantage in a fieldbus of the type of PROFIBUS DP.
Für ein sicheres Erkennen des Telegrammendes im Empfänger kann das Telegramm in einfacher Weise um ein zusätzliches Stop-Bit ergänzt werden, nach welchem unmittelbar die Kontrollinformation folgt. Dadurch kann eine Sendepause zwischen Telegramm und Kontrollinformation entfallen und es wird wenig zusätzliche Übertragungszeit für die Erweiterung des Telegramms um eine Kontrollinformation benötigt.To reliably detect the end of the telegram in the receiver, the telegram can easily be supplemented by an additional stop bit, after which the control information follows immediately. This means that there is no need for a transmission pause between the telegram and the control information, and little additional transmission time is required to expand the telegram with control information.
Wenn der Empfänger des Telegramms ein Koppelgerät ist, das für ein auf dem zweiten Segment empfangenes Telegramm eine Kontrollinformation erzeugt, die erzeugte Kontrollinformation mit einer empfangenen Kontrollinformation vergleicht und bei Abweichen der Kontrollinformationen einen Fehler anzeigt, so ist unmittelbar am Empfänger ablesbar, ob das Telegramm über das betreffende Segment korrekt übertragen wurde. Die Anzeige kann durch optische Mittel, beispielsweise eine LED, oder durch elektrische Mittel, beispielsweise indem ein Signal auf einen elektrischen Anschlußkontakt geführt ist, der mit einer Bedien- und Beobachtungsstation verdrahtet werden kann, erfolgen. Alternativ kann auch ein Telegramm zur Fehlermeldung generiert werden, das über das Netzwerk an eine zentrale Meldestation übertragen wird. Das setzt jedoch voraus, daß das Koppelgerät selbst eine Zugriffsberechtigung auf das Netzwerk erhält und am Netzwerk adressierbar ist.If the recipient of the telegram is a coupling device that generates control information for a telegram received on the second segment, compares the generated control information with received control information and indicates an error if the control information differs, it can be read directly on the receiver whether the telegram is over the relevant segment was transferred correctly. The display can take place by optical means, for example an LED, or by electrical means, for example by leading a signal to an electrical connection contact which can be wired to an operating and monitoring station. Alternatively, a telegram for the error message can be generated, which is transmitted to a central reporting station via the network. However, this presupposes that the coupling device itself receives access authorization to the network and can be addressed on the network.
In vorteilhaft einfacher Weise kann bei Wegfall der Störungsursache das Netzwerk wieder automatisch in den Grundzustand versetzt werden, indem eine Sperrung der Weiterleitung von Telegrammen wieder aufgehoben wird, wenn auf dem zweiten Segment eine vorgebbare Anzahl fehlerfreier Telegramme empfangen wurde .If the cause of the fault ceases to exist, the network can be automatically reset to the basic state in an advantageously simple manner by releasing the blocking of the forwarding of telegrams again when a predefinable number of error-free telegrams has been received on the second segment.
Die Entstehung einer dauerhaften Sperre der Weiterleitung von Telegrammen über ein Koppelgerät kann bei sporadischen Fehlern vermieden werden, indem die Sperre aufgehoben wird, wenn eine Überprüfung der Ubertragungsqualität auf dem zweiten Segment durch Sondertelegramme, die über das zweite Segment von dem ersten Koppelgerät zu dem zweiten Koppelgerät und umgekehrt übertragen werden, eine gute Übertragungsqualität ergibt.In the event of sporadic errors, the occurrence of a permanent block for forwarding telegrams via a coupling device can be avoided by removing the block if the transmission quality on the second segment is checked by special telegrams that pass through the second segment from the first coupling device to the second coupling device and vice versa, a good transmission quality results.
Wenn über eine vorgebbare Zeitdauer auf dem Segment keineIf none on the segment for a predefinable period of time
Telegramme empfangen werden, ist zu vermuten, daß keine Teilnehmer an das Segment angeschlossen sind. In diesem Fall wurde die Sperre der Weiterleitung von Telegrammen durch temporäre Störeinkopplungen ausgelöst.Telegrams are received, it can be assumed that no nodes are connected to the segment. In this case, the blocking of the forwarding of telegrams was triggered by temporary interference coupling.
Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.Based on the drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown, the invention and embodiments and advantages are explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Netzwerk mit elektrischer Signalübertragung auf drei Segmenten, Figur 2 einen Ausschnitt eines Netzwerks mit teilweise elektrischer und optischer Signalübertragung, Figur 3 einen Telegrammaufbau mit angehängtem CRC-Prüfzeichen, Figur 4 ein Blockschaltbild eines Koppelgeräts, Figur 5 ein Blockschaltbild eines Kanals eines Koppelgeräts, Figur 6 ein Ablaufdiagramm einer Segmentabkopplung, Figur 7 ein Ablaufdiagramm einer Segmentankopplung mit Übertragung von Sondertelegrammen und Figur 8 ein Netzwerk mit der Struktur eines optischen Doppelrings.1 shows a network with electrical signal transmission on three segments, FIG. 2 shows a section of a network with partly electrical and optical signal transmission, FIG. 3 shows a telegram structure with an attached CRC test character, FIG. 4 shows a block diagram of a coupling device, 5 shows a block diagram of a channel of a coupling device, FIG. 6 shows a flow diagram of a segment decoupling, FIG. 7 shows a flow diagram of a segment coupling with transmission of special telegrams, and FIG. 8 shows a network with the structure of an optical double ring.
Das Netzwerk nach Figur 1 ist in drei Segmente 1, 2 und 3 unterteilt. An das Segment 1 sind Teilnehmer 4 und 5, an das Segment 3 sind Teilnehmer 7 und 8 angeschlossen. Die Segmente 1 und 2 sind durch einen Repeater 9 als ein erstes Koppelgerät, die Segmente 2 und 3 durch einen Repeater 10 als ein zweites Koppelgerät miteinander verbunden. Auf den Segmenten 1 und 3 wird eine Datenübertragung nach dem Protokoll des PROFIBUS DP abgewickelt. Telegramme, die von Segment 1 auf Segment 3 zu übertragen sind, werden in dem ersten Koppelgerät 9 mit einem CRC-Prüfzeichen versehen, das zur Überprüfung einer korrekten Übertragung des Telegramms über das Segment 2 im zweiten Koppelgerät 10 als Kontrollinformation gelesen und mit einem anhand des empfangenen Telegramms erzeugten CRC-Prüfzeichen verglichen wird. Die Weiterleitung des Telegramms auf das Segment 3, das nach dem Protokoll des PROFIBUS DP arbeitet, erfolgt durch das zweite Koppelgerät 10 ohne die in Segment 2 verwendete Kontrollinformation. Der Übersichtlichkeit wegen ist in Figur 1 ein Netzwerk mit lediglich drei Segmenten dargestellt. In der Praxis treten jedoch häufig Netzwerke mit einer erheblich größeren Anzahl Segmenten auf, so daß die Möglichkeit der Fehlerlokalisierung bis auf das gestörte Segment einen erheblichen Vorteil dar- stellt. In den Koppelgeräten 9 und 10 werden lediglich zwei Kanäle für Segmente mit elektrischer Signalübertragung benötigt, so daß weitere Kanäle der Koppelgeräte abgeschaltet werden können.The network of Figure 1 is divided into three segments 1, 2 and 3. Participants 4 and 5 are connected to segment 1, participants 7 and 8 are connected to segment 3. The segments 1 and 2 are connected by a repeater 9 as a first coupling device, the segments 2 and 3 by a repeater 10 as a second coupling device. A data transfer according to the protocol of the PROFIBUS DP is processed on the segments 1 and 3. Telegrams that are to be transmitted from segment 1 to segment 3 are provided in the first coupling device 9 with a CRC check mark which is read as control information for checking a correct transmission of the telegram via the segment 2 in the second coupling device 10 and with a reference to the received CRC test character is compared. The forwarding of the telegram to segment 3, which works according to the protocol of the PROFIBUS DP, is carried out by the second coupling device 10 without the control information used in segment 2. For the sake of clarity, a network with only three segments is shown in FIG. In practice, however, networks with a considerably larger number of segments often occur, so that the possibility of fault localization, apart from the faulty segment, represents a considerable advantage. In the coupling devices 9 and 10, only two channels are required for segments with electrical signal transmission, so that additional channels of the coupling devices can be switched off.
Das Netzwerk in Figur 2 enthält Segmente 11, 12 und 13, auf denen Daten mit elektrischen Signalen übertragen werden, sowie Segmente 14, 15, 16 und 17 mit optischer Übertragung. Es ist lediglich ein Ausschnitt des Netzwerks dargestellt. An den Segmenten 14 und 17 können sich weitere, der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellte Koppelgeräte oder Teilnehmer befinden. Teilnehmer 18, 19 und 20 sind durch die Seg- mente 11, 12 bzw. 13 mit Koppelgeräten 21, 22 bzw. 23 verbunden. Die Segmente 14, 15, 16 und 17 mit optischer Signalübertragung besitzen für jede Übertragungsrichtung einen Lichtwellenleiter. Für Segment 14 sind dies die Lichtwellenleiter 141 und 142, für Segment 15 die Lichtwellenleiter 151 und 152, für Segment 16 die Lichtwellenleiter 161 und 162 sowie für Segment 17 die Lichtwellenleiter 171 und 172. Die Segmente 11, 12 und 13 sind in diesem Ausführungsbeispiel nach der Spezifikation RS485 aufgebaut, und die Datenübertragung erfolgt gemäß dem Protokoll des PROFIBUS DP. Zur Siche- rung der Datenübertragung wird demgemäß auf den Segmenten 11, 12 und 13 lediglich ein Parity-Bit verwendet. Auf den Segmenten 14, 15, 16 und 17 werden Telegramme übertragen, die jeweils um eine Kontrollinformation ergänzt sind, die aus einem CRC-Prüfzeichen mit 5 Bit Länge besteht.The network in FIG. 2 contains segments 11, 12 and 13, on which data are transmitted with electrical signals, and segments 14, 15, 16 and 17 with optical transmission. It only a section of the network is shown. Further coupling devices or subscribers, not shown for reasons of clarity, can be located on the segments 14 and 17. Participants 18, 19 and 20 are connected to coupling devices 21, 22 and 23 by segments 11, 12 and 13, respectively. The segments 14, 15, 16 and 17 with optical signal transmission have an optical waveguide for each transmission direction. For segment 14 these are the optical fibers 141 and 142, for segment 15 the optical fibers 151 and 152, for segment 16 the optical fibers 161 and 162 and for segment 17 the optical fibers 171 and 172. The segments 11, 12 and 13 are in this exemplary embodiment according to built up to the RS485 specification, and data is transferred according to the protocol of the PROFIBUS DP. Accordingly, only one parity bit is used on segments 11, 12 and 13 to secure data transmission. Telegrams are transmitted to segments 14, 15, 16 and 17, each of which is supplemented with control information consisting of a CRC test character with a length of 5 bits.
Figur 3 zeigt den Aufbau eines Telegramms mit angehängtem CRC-Prüfzeichen, wie es in den Netzwerken nach den Figuren 2 und 3 verwendet werden kann. Das Prüfzeichen wird dem Telegramm hinzugefügt, um dynamische Fehler, z. B. einen Wackel- kontakt an einem optischen Stecker, eine kalte Lötstelle oder eine zu hohe Dämpfung eines Lichtwellenleiters, feststellen zu können und eine eindeutige Lokalisierung der Fehlerstelle zu erhalten. Durch diese Maßnahme wird die Übertragung eines Telegramms von einem Koppelgerät zu einem anderen, das den nächsten Empfänger des Telegramms darstellt, geprüft. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird ein CRC-Prüfzeichen nur für die Segmente 14, 15, 16 und 17 mit optischer Signalübertragung generiert und im jeweils nächsten Empfänger überprüft. Bei Nichtübereinstimmung eines empfangenen CRC- Prüfzeichens mit einem in einem Koppelgerät generierten CRC- Prüfzeichen wird ein Fehlerzähler um Eins erhöht und bei Übereinstimmung um Eins erniedrigt. Wenn der Fehlerzähler einen vorgebbaren Grenzwert, vorzugsweise den Grenzwert 4, erreicht hat, wird eine Weiterleitung von Telegrammen aus dem gestörten Segment in benachbarte Segmente gesperrt. An den Segmenten 11, 12 und 13 mit elektrischer Signalübertragung nach der RS485-Spezifikation wird dagegen kein CRC-Prüfzeichen an die Telegramme angehängt. Damit ist auf diesen Segmenten keine Abweichung vom Protokoll gemäß PROFIBUS DP erforderlich.FIG. 3 shows the structure of a telegram with an attached CRC test character, as can be used in the networks according to FIGS. 2 and 3. The check mark is added to the telegram to avoid dynamic errors, e.g. B. to find a loose contact on an optical connector, a cold solder joint or excessive attenuation of an optical fiber, and to obtain a clear location of the fault location. This measure checks the transmission of a telegram from one coupling device to another, which represents the next recipient of the telegram. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a CRC check mark is only generated for segments 14, 15, 16 and 17 with optical signal transmission and checked in the next receiver in each case. If a received CRC test character does not match a CRC test character generated in a coupling device, an error counter is increased by one and decreased by one if it matches. If the error counter a predeterminable limit value, preferably limit value 4, has been reached, a forwarding of telegrams from the disturbed segment to neighboring segments is blocked. On the other hand, no CRC test mark is appended to the telegrams on segments 11, 12 and 13 with electrical signal transmission according to the RS485 specification. This means that there is no need to deviate from the protocol in accordance with PROFIBUS DP on these segments.
In Figur 3 sind lediglich die letzten drei Bits, zwei Daten- Bits 31 und 32 sowie ein Stop-Bit 33, eines Telegramms dargestellt, das dem Protokoll gemäß PROFIBUS DP entspricht. Dem Stop-Bit 33 wird ein weiteres Stop-Bit 34 angehängt, dem fünf Bits 35 ... 39 eines CRC-Prüfzeichens folgen. Über den ein- zelnen Bits sind jeweils durch nach unten weisende Pfeile die Abtastzeitpunkte, zu denen im Empfänger der Signalwert abgetastet wird, angedeutet. Nach dem letzten Bit 39 herrscht für die Dauer der folgenden Sendepause Idle-Zustand entsprechend dem dargestellten Pegel 40.In Figure 3, only the last three bits, two data bits 31 and 32 and a stop bit 33 of a telegram are shown, which corresponds to the protocol according to PROFIBUS DP. A further stop bit 34 is appended to the stop bit 33, followed by five bits 35 ... 39 of a CRC check character. The sampling times at which the signal value is sampled in the receiver are indicated above the individual bits by arrows pointing downwards. After the last bit 39, there is an idle state corresponding to the level 40 shown for the duration of the following transmission pause.
Bei ungestörten Telegrammen kann das Telegrammende durch eine TLU (Telegrammlängen-Unit) ermittelt werden. Bei gestörten Telegrammen kann dies bei einem Telegramm nach dem PROFIBUS DP-Protokoll evtl. durch die Störung ausgeschlossen wer- den. Damit das angehängte CRC-Prüfzeichen in jedem Fall ausgewertet werden kann und nicht als Teil des gestörten Telegramms fehlinterpretiert wird, muß jedoch das Ende des Telegramms auch bei Störungen sicher erkannt werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird dazu zwischen dem Ende des Telegramms nach dem PROFIBUS DP-Protokoll und dem Beginn des CRC-Prüfzeichens ein zusätzliches Stop-Bit eingefügt. Anhand der somit vorhandenen zwei Stop-Bits 33 und 34 kann im Empfänger das Telegrammende eines beliebigen Telegramms, also auch eines gestörten, erkannt werden. Das Telegrammende wird daran erkannt, daß nach dem letzten Zeichen kein neues Start- Bit detektiert wird, sondern ein weiteres Stop-Bit folgt. Das CRC-Prüfzeichen wird immer synchron zu den Telegrammzeichen angehängt. Deshalb wird ein begonnenes Zeichen auch bei Störungen auf elf Bitzeiten ergänzt und somit das Elf- Bit-Zeichenraster eines Telegramms nachgebildet.In the case of undisturbed telegrams, the end of the telegram can be determined using a TLU (telegram length unit). In the case of disturbed telegrams, this can possibly be excluded by the disturbance in the case of a telegram according to the PROFIBUS DP protocol. So that the attached CRC test mark can be evaluated in any case and not misinterpreted as part of the disturbed telegram, the end of the telegram must be reliably recognized even in the event of faults. In the exemplary embodiment shown, an additional stop bit is inserted between the end of the telegram according to the PROFIBUS DP protocol and the start of the CRC test character. On the basis of the two stop bits 33 and 34 thus present, the end of the telegram of any telegram, including a faulty one, can be recognized in the receiver. The end of the telegram is recognized by the fact that after the last character no new start bit is detected, but another stop bit follows. The CRC test character is always attached in synchronism with the telegram characters. For this reason, a started character is supplemented to eleven bit times even in the event of faults, and the eleven-bit character grid of a telegram is thus simulated.
Bereits elf Bitzeiten nach dem Ende eines ungestörten Telegramms kann auf demselben Segment bereits ein Antworttelegramm erscheinen. Damit der Empfänger eines Koppelgeräts nicht durch das CRC-Prüfzeichen zum Empfang eines Elf-Bit- Zeichens getriggert wird, ist eine Empfangssperre implementiert, die nach jedem Telegrammende einen Neustart einer RXD-Machine für die Dauer des CRC-Prüfzeichens verhindert.A response telegram can appear on the same segment as early as eleven bit times after the end of an undisturbed telegram. To prevent the receiver of a coupling device from being triggered by the CRC test character to receive an eleven-bit character, a receive lock has been implemented that prevents an RXD machine from restarting for the duration of the CRC test character after each telegram end.
In Figur 4 ist die grobe Struktur der Koppelgeräte 21, 22 und 23 in Figur 2 dargestellt. Für jedes an das Koppelgerät anschließbare Segment ist ein Kanal vorgesehen. Die beiden Kanäle 41 und 42 sind für eine optische Signalübertragung, die Kanäle 43 und 44 für eine elektrische Signalübertragung auf dem jeweiligen Segment ausgelegt. In dem Ausführungs- beispiel nach Figur 2 ist beispielsweise das Koppelgerät 22 derart verschaltet, daß die Signale des Lichtwellenleiters 152 des Segments 15 über nicht dargestellte Transceiver mit Leitungen 45 auf den Kanal 41, die Signale des Lichtwellenleiters 161 des Segments 16 über nicht dargestellte Trans- ceiver mit Leitungen 46 auf den Kanal 42 und die elektrischen Leitungen des Segments 12 über nicht dargestellte Transceiver mit Leitungen 47 auf den Kanal 43 geführt sind. Der Kanal 44 wird nicht verwendet und kann zur Verminderung des Energieverbrauchs getrennt von den übrigen Kanälen 41, 42 und 43 abgeschaltet werden. An Leitungen 48 des Kanals 44 ist in diesem Beispiel kein Segment angeschlossen. Eine Pfadsteuerung 49 und eine Schaltmatrix 50 sorgen für die Verteilung eines empfangenen Telegramms auf die angeschlossenen Segmente. Sie aktivieren zu jedem Zeitpunkt nur einen der Kanäle 41 ... 44, der bis zum Ende des Telegramms ausgewählt bleibt. Das ist auch dann der Fall, wenn auf mehreren Kanälen gleichzeitig Signale eintreffen. Bei den Kanälen 43 und 44, die für eine elektrische Signalübertragung ausgelegt sind, wird ein empfangenes Signal auf allen Segmenten außer dem Segment", das mit dem gerade aktiven Empfangskanal verbunden ist, weitergesendet. Bei den Kanälen 41 und 42 für eine opti- sehe Signalübertragung kann durch eine Parametrierung festgelegt werden, ob ein empfangenes Signal zusätzlich auch auf dem Segment des gerade aktiven Empfangskanals zurückgesendet werden soll oder nicht. Ein Zurücksenden des empfangenen Telegramms auf dem Segment des gerade aktiven Empfangskanals entspricht der Bildung eines Echos. Solange die Datenrate des Telegramms noch nicht erkannt ist, unterbindet die Pfadsteuerung 49 die Weiterleitung empfangener Signale auf die angeschlossenen Segmente. Über in der Figur 4 nicht dargestellte Transceiver sind beispielsweise bei dem Koppelgerät 22 in Figur 2 an Leitungen 52, 53 und 54 der Lichtwellenleiter 151 des Segments 15, der Lichtwellenleiter 162 des Segments 16 bzw. die elektrischen Leitungen des Segments 12 (siehe dazu Figur 2) angeschlossen. An den Leitungen 55 befindet sich kein Segment. Die Signale, die auf den Leitungen 45 ... 48 geführt werden, werden üblicherweise mit RXD bezeichnet. Die Leitungen 52 ... 55 bestehen jeweils physikalisch aus zumindest zwei elektrischen Leitungen, welche für ein TXD- bzw. RTS-Signal vorgesehen sind. Zur Echoüberwachung in den Kanälen 41 und 42 sind die Leitungen 58 bzw. 59 vom Ausgang der Schaltmatrix 50 auf die Kanäle 41 bzw. 42 zurückgeführt. Die Signale auf den Leitungen 58 und 59 werden in den Kanälen 41 bzw. 42 ausgewertet und dann gegebenenfalls auf Leitungen 52 bzw. 53 gegeben.FIG. 4 shows the rough structure of the coupling devices 21, 22 and 23 in FIG. 2. A channel is provided for each segment that can be connected to the coupling device. The two channels 41 and 42 are designed for optical signal transmission, the channels 43 and 44 for electrical signal transmission on the respective segment. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the coupling device 22 is connected, for example, in such a way that the signals from the optical waveguide 152 of the segment 15 via transceivers (not shown) with lines 45 to the channel 41, and the signals from the optical waveguide 161 of the segment 16 via trans not shown. ceiver with lines 46 on the channel 42 and the electrical lines of the segment 12 are guided via transceivers, not shown, with lines 47 on the channel 43. The channel 44 is not used and can be switched off separately from the other channels 41, 42 and 43 to reduce the energy consumption. In this example, no segment is connected to lines 48 of the channel 44. A path controller 49 and a switching matrix 50 ensure the distribution of a received telegram to the connected segments. You activate only one of the channels 41 ... 44 at any time, which remains selected until the end of the telegram. This is also the case when signals arrive on several channels at the same time. With channels 43 and 44, which are designed for electrical signal transmission, a received signal is transmitted on all segments except the segment "which is connected to the currently active receiving channel. In the case of channels 41 and 42 for an optical signal transmission, a parameterization can be used to determine Whether a received signal should also be sent back on the segment of the currently active receiving channel or not.Sending the received telegram back on the segment of the currently active receiving channel corresponds to the formation of an echo.As long as the data rate of the telegram is not yet recognized, path control prevents it 49 the forwarding of received signals to the connected segments, for example in the coupling device 22 in FIG. 2, lines 52, 53 and 54 of the optical waveguide 151 of the segment 15, the optical waveguide 162 of the segment 16 or the via transceivers not shown in FIG electrical cables of the segment 12 (see Figure 2). There is no segment on lines 55. The signals that are carried on lines 45 ... 48 are usually referred to as RXD. The lines 52 ... 55 each physically consist of at least two electrical lines, which are provided for a TXD or RTS signal. For echo monitoring in channels 41 and 42, lines 58 and 59 are returned from the output of switching matrix 50 to channels 41 and 42, respectively. The signals on lines 58 and 59 are evaluated in channels 41 and 42 and then, if necessary, given on lines 52 and 53.
Am Beispiel eines auf dem Segment 12 mit elektrischer Signalübertragung empfangenen Telegramms soll im folgenden die Funktionsweise der Pfadsteuerung 49 sowie der Schaltmatrix 50 erläutert werden. Die Pfadsteuerung 49 erkennt an einem von Kanal 43 gelieferten RTS-Signal auf einer Leitung 60, das aufgrund des Empfangssignals auf der Leitung 47 von Kanal 43 erzeugt wird, daß ein Telegramm von Segment 12 empfangen wird. Daraufhin wird die Schaltmatrix 50 durch die Pfad- Steuerung 49 derart eingestellt, daß das empfangene Telegramm auf die Leitungen 58 und 59 geleitet wird. Da für das Segment 12 mit" elektrischer Signalübertragung keine Echobildung eingestellt ist, erfolgt keine Weiterleitung des Telegramms auf die Leitungen 54. In den Kanälen 41 und 42 wird ein Zeichen zur Identifikation des Telegramms abgespeichert und das Telegramm auf Leitungen 52 bzw. 53 in die daran angeschlossenen Segmente 15 bzw. 16 ausgegeben. Wenn das vom benachbarten Koppelgerät 21 erzeugte Echo des auf die Leitungen 52 aus- gegebenen Telegramms über Leitungen 45 von Kanal 41 empfangen wird, kann es anhand des abgespeicherten Zeichens zur Identifikation des Telegramms als Echo dieses Telegramms identifiziert werden und wird durch den Kanal 41 nicht mehr auf Leitungen 56 und 57 ausgegeben. In analoger Weise wird auch das vom benachbarten Koppelgerät 23 erzeugte Echo vom Netzwerk genommen.Using the example of a telegram received on segment 12 with electrical signal transmission, the functioning of path controller 49 and switching matrix 50 will be explained below. The path controller 49 recognizes from an RTS signal supplied by channel 43 on line 60, which is generated on the basis of the received signal on line 47 from channel 43, that a telegram from segment 12 is being received. The switching matrix 50 is then replaced by the path Controller 49 set such that the received telegram is routed to lines 58 and 59. Since no echo formation is set for segment 12 with " electrical signal transmission " , the telegram is not forwarded to lines 54. A channel for identifying the telegram is stored in channels 41 and 42 and the telegram is stored on lines 52 and 53 respectively connected segments 15 and 16. If the echo generated by the neighboring coupling device 21 of the telegram output on lines 52 is received via line 45 from channel 41, it can be identified as an echo of this telegram by means of the stored character for identifying the telegram and is no longer output on lines 56 and 57 through channel 41. In an analogous manner, the echo generated by the adjacent coupling device 23 is also removed from the network.
Durch eine Slot-Zeit-Ermittlung 51 kann die Pause zwischen einem gesendeten Telegramm und dem Eintreffen eines Antwort- telegramms ermittelt werden.The pause between a sent telegram and the arrival of a response telegram can be determined by means of a slot time determination 51.
Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild der Kanäle 41 und 42 aus Figur 4. Eine Leitung 61 führt ein Empfangssignal eines angeschlossenen Segments einer sogenannten RXD-Machine 62 und einem CRC-Check 63 zu. Am Beispiel des Kanals 41 in Figur 4 entspricht die Leitung 61 einer der Leitungen 45 in Figur 4. Über einen Schalter 64 und einen First-in/First-out (FIFO) - Speicher 65 wird das mit der RXD-Machine 62 regenerierte Signal einer sogenannten TXD-Machine 66 zugeführt, die zum einen ein RTS- und ein TXD-Signal auf Leitungen 67 und zum anderen ein RTS- und TXD-Signal auf Leitungen 68 erzeugt. Die Leitungen 67 und 68 sind in dem Blockschaltbild gemäß Figur 4 am Beispiel des Kanals 41 als Leitungen 56 bzw. 57 an die Schaltmatrix 50 angeschlossen. Auf den Leitungen 67 wird ein Telegramm ausgegeben, das durch einen CRC-Generator 69 um ein CRC-Prüfzeichen ergänzt wurde. Auf den Leitungen 68 wird das Telegramm ohne CRC-Prüfzeichen weitergeleitet, so daß das empfangene Telegramm unverändert ausgegeben wird und kompatibel zu einem Übertragungsprotokoll der an das jeweilige Segment" angeschlossenen Teilnehmer ist. In diesem Ausfüh- rungsbeispiel werden die Leitungen 68 für die Weiterleitung des empfangenen Telegramms auf Segmente mit elektrischerFIG. 5 shows a block diagram of channels 41 and 42 from FIG. 4. A line 61 feeds a received signal from a connected segment to a so-called RXD machine 62 and a CRC check 63. Using the example of channel 41 in FIG. 4, line 61 corresponds to one of lines 45 in FIG. 4. Via a switch 64 and a first-in / first-out (FIFO) memory 65, the signal regenerated with RXD machine 62 becomes one So-called TXD machine 66 is supplied, which on the one hand generates an RTS and a TXD signal on lines 67 and, on the other hand, an RTS and TXD signal on lines 68. Lines 67 and 68 are connected to the switching matrix 50 in the block diagram according to FIG. 4 using the example of channel 41 as lines 56 and 57, respectively. A telegram is output on lines 67, which has been supplemented by a CRC generator 69 by a CRC check mark. The telegram is forwarded on lines 68 without a CRC test character, so that the received telegram is output unchanged and is compatible with a transmission protocol which is connected to the respective segment " subscriber. In this exemplary embodiment, the lines 68 for forwarding the received telegram to segments with electrical
Signalübertragung verwendet. Zur Echoüberwachung, d. h. zur Überwachung der Weiterleitung eines empfangenen Telegramms auf das Segment des gerade aktiven Empfangskanals, sind Leitungen 70 vorgesehen, die beispielsweise bei dem Kanal 41 in Figur 4 mit Leitungen 58 verbunden sind, auf welche die Schaltmatrix 50 das empfangene Telegramm weiterleitet. Der Ausgang eines UND-Gatters 76 ist am Beispiel des Kanals 41 in Figur 4 mit Leitungen 52 zur Übertragung des TXD-Signals verbunden. Ein RTS-Signal wird durch eine Leitung 83 unmittelbar von einem Schalter 73 auf die Leitungen 52 weitergegeben.Signal transmission used. For echo monitoring, d. H. To monitor the forwarding of a received telegram to the segment of the currently active receiving channel, lines 70 are provided which are connected, for example in the case of channel 41 in FIG. 4, to lines 58 to which the switching matrix 50 forwards the received telegram. The output of an AND gate 76 is connected, using the example of channel 41 in FIG. 4, to lines 52 for transmitting the TXD signal. An RTS signal is passed on by line 83 directly from switch 73 to lines 52.
Eine Segmentierlogik 71 steuert ein Sperren der Weiterleitung von gestörten Telegrammen auf die angeschlossenen Segmente und liefert dazu ein Sperrsignal auf einer Leitung 72 an den Schalter 73 und den Schalter 64.A segmentation logic 71 controls a blocking of the forwarding of disturbed telegrams to the connected segments and, for this purpose, supplies a blocking signal on a line 72 to the switch 73 and the switch 64.
Weitere Funktionsblöcke in Figur 5 sind eine Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest, ein Verzögerungsglied 75, eine Einrichtung 77 zur Telegrammlängenermittlung (TLU) , eine Einrichtung 86 zum Activity-Check und eine Einrichtung 78 zur Ringüberwachung, deren Funktionen später näher erläutert werden.Further function blocks in FIG. 5 are a device 74 for the telegram start test, a delay element 75, a device 77 for telegram length determination (TLU), a device 86 for activity check and a device 78 for ring monitoring, the functions of which will be explained in more detail later.
Die Kanäle 43 und 44 sind prinzipiell ähnlich wie die Kanäle 41 und 42 aufgebaut. Es entfallen jedoch der CRC-Check 63, der Schalter 73 und Teile der Segmentierlogik 71, da ein CRC- Prüfzeichen und ein Austausch von Sondertelegrammen auf den Segmenten mit elektrischer Signalübertragung nach dem PROFIBUS DP-Protokoll nicht vorkommen.The channels 43 and 44 are basically similar to the channels 41 and 42. However, the CRC check 63, the switch 73 and parts of the segmentation logic 71 are omitted, since a CRC check mark and an exchange of special telegrams do not occur on the segments with electrical signal transmission according to the PROFIBUS DP protocol.
Im folgenden wird zunächst die prinzipielle Funktionsweise eines Koppelgeräts am Beispiel des Koppelgeräts 22 in Figur 2 beschrieben. Ein beispielsweise auf dem Segment 15 mit opti- scher Signalübertragung empfangenes Telegramm wird zunächst auf die RXD-Machine 62 geleitet. RXD-Machine 62, FIFO-Spei- cher 65" und TXD-Machine 66 haben zusammen die Funktion eines Retimers, damit Verzerrungen des Empfangstelegramms sich nicht im Netzwerk fortpflanzen. Im Empfangszweig einesThe basic principle of operation of a coupling device is described below using the example of the coupling device 22 in FIG. 2. An example on segment 15 with The received signal telegram is first routed to the RXD machine 62. RXD machine 62, FIFO memory 65 " and TXD machine 66 together have the function of a retimer, so that distortions of the received telegram do not propagate in the network. One in the receive branch
Kanals, in welchem ein CRC-Prüfzeichen als Kontrollinformation erwartet wird, wird das empfangene Telegramm zusätzlich auf den CRC-Check 63 (Figur 5) geführt, in welchem für das empfangene Telegramm ein CRC-Prüfzeichen gebildet und mit dem empfangenen CRC-Prüfzeichen verglichen wird. Durch die Einrichtung 77 zur Telegrammlängenermittlung wird der Start- Delimiter des empfangenen Telegramms ausgewertet und die Telegrammlänge ermittelt. Sie liefert an den CRC-Check 63 und die RXD-Machine 62 jeweils ein Signal auf Leitungen 84 bzw. 85, welches das Telegrammende anzeigt. Damit erkennt der CRC-Check 63, daß lediglich noch ein Stop-Bit 34 (Figur 3) sowie das CRC-Prüfzeichen folgen, und liest das dem empfangenen Telegramm beigefügte CRC-Prüfzeichen, das er zum Vergleich mit dem selbstgenerierten CRC-Prüfzeichen benötigt. Nach der Ausführung des Vergleichs wird das empfangeneChannel in which a CRC check mark is expected as control information, the received telegram is additionally routed to the CRC check 63 (FIG. 5), in which a CRC check mark is formed for the received telegram and compared with the received CRC check mark . The start delimiter of the received telegram is evaluated by the device 77 for determining the telegram length and the telegram length is determined. It supplies the CRC check 63 and the RXD machine 62 with a signal on lines 84 and 85, respectively, which indicates the end of the telegram. The CRC check 63 thus recognizes that only a stop bit 34 (FIG. 3) and the CRC test character follow, and reads the CRC test character attached to the received telegram, which it needs for comparison with the self-generated CRC test character. After the comparison has been carried out, what is received
CRC-Prüfzeichen verworfen. Je nach Ergebnis des Vergleichs wird ein Fehlersignal auf einer Leitung 79 oder eine Gutmeldung auf einer Leitung 80 vom CRC-Check 63 an die Segmentierlogik 71 ausgegeben. Wenn die Schalter 64 und 73 ge- schlössen sind und wenn das empfangene Telegramm über dieCRC certification mark discarded. Depending on the result of the comparison, an error signal on a line 79 or a good message on a line 80 is output by the CRC check 63 to the segmentation logic 71. If the switches 64 and 73 are closed and if the received telegram via the
Schaltmatrix 50 (Figur 4) mit Leitungen 58 auf die Leitungen 70 (Figur 5) durchgeschleift wird, sendet Kanal 41 über Leitungen 52 auf dem Lichtwellenleiter 151 des Segments 15, der für eine Datenübertragung in der entgegengesetzten Richtung vorgesehen ist, das empfangene Telegramm mit einem im CRC- Generator 69 neu gebildeten CRC-Prüfzeichen als Kontrollinformation zurück. Auch in dem aktivierten Empfangskanal des Koppelgeräts 21, der das Echo-Telegramm empfängt, wird das CRC-Prüfzeichen überprüft, um Störungen auf dem Lichtwellen- leiter 151 der entgegengesetzten Übertragungsrichtung zu erkennen. Im Empfangskanal des Koppelgeräts 21 ist der Schalter 64 geöffnet, damit das empfangene Echo-Telegramm den gleich- zeitig ablaufenden Sendevorgang nicht stört. Wenn die Übertragung auf dem Segment 15 ungestört war, stimmt das neue CRC-Prüfzeichen mit dem verworfenen überein, andernfalls nicht. Auf die übrigen Ausgänge des Koppelgeräts wird je nach Einstellung der Schaltmatrix 50 durch die Pfadsteuerung 49, in welcher Übertragungsrichtungen voreinstellbar sind, ebenfalls das Telegramm gesendet, und zwar entsprechend dem jeweiligen Protokoll des angeschlossenen Segmentes, mit oder ohne ergänztem CRC-Prüfzeichen. In dem in Figur 2 dargestell- ten Ausführungsbeispiel wird auf das Segment 16 ein um das CRC-Prüfzeichen ergänztes Telegramm und auf das Segment 12 ein Telegramm ohne zusätzliches CRC-Prüfzeichen gesendet.Switching matrix 50 (Figure 4) with lines 58 is looped through to the lines 70 (Figure 5), channel 41 sends via lines 52 on the optical fiber 151 of the segment 15, which is provided for data transmission in the opposite direction, the received telegram with a CRC test marks newly formed in the CRC generator 69 as control information. The CRC test symbol is also checked in the activated receiving channel of the coupling device 21, which receives the echo telegram, in order to detect faults on the optical waveguide 151 in the opposite transmission direction. In the receiving channel of the coupling device 21, the switch 64 is opened so that the received echo telegram corresponds to the timely transmission process does not interfere. If the transmission on segment 15 was undisturbed, the new CRC check mark matches the discarded one, otherwise it does not. Depending on the setting of the switching matrix 50, the path controller 49, in which transmission directions can be preset, also sends the telegram to the other outputs of the coupling device, in accordance with the respective protocol of the connected segment, with or without a supplemented CRC test mark. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a telegram supplemented by the CRC check mark is sent to segment 16 and a telegram to segment 12 without an additional CRC check mark.
Durch die Schalter 64 und 73 in den Kanälen eines Koppel- geräts ist es weiterhin möglich, als Maßnahme einer Fehlerbehandlung ein gestörtes Segment aus dem Netzwerk abzukoppeln, damit Störungen nicht das gesamte Netzwerk belasten können. Die Störung kann somit vorteilhaft auf das gestörte Segment des Netzwerks eingegrenzt werden.The switches 64 and 73 in the channels of a coupling device also make it possible to decouple a faulty segment from the network as a measure of error handling, so that faults cannot burden the entire network. The disturbance can thus advantageously be limited to the disturbed segment of the network.
Auf den in Figur 2 dargestellten Segmenten 14 ... 17 mit optischer Signalübertragung sind Sende- und Empfangswege jeweils getrennt ausgeführt. Bei einer Abkopplung eines Segments, d. h. bei einer Unterbrechung der Weiterleitung von Telegrammen aus einem gestörten Segment über ein Koppelgerät in weitere an das Koppelgerät angeschlossene Segmente, werden in vorteilhafter Weise beide Ubertragungsrichtungen gesperrt. Es werden somit beispielsweise bei einer Störung des Segments 15 nach der Abkopplung des Segments weder Telegramme vom Seg- ment 15 in die Segmente 12 oder 16, noch Telegramme von den Segmenten 12 oder 16 in das Segment 15 übertragen. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn in einer Reihe hinter- einandergeschalteter Segmente, einer sogenannten optischen Linie, das letzte der Segmente mit optischer Signalübertra- gung gestört ist. Zur Erläuterung dieses Vorteils soll das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 gedanklich dahingehend abgewandelt werden, daß das Segment 17 fehlt und somit Segment 16 das letzte Segment der optischen Linie ist. Tritt bei dem so erhaltenen Netzwerkaufbau auf dem Lichtwellenleiter 162 des Segments 16 eine Störung auf, so wird die Weiterleitung auf dem Segment 16 empfangener Telegramme auf das Segment 13 gesperrt. Ein aktiver Teilnehmer 20 empfängt daher am Segment 13, auf welchem eine Datenübertragung nach dem PROFIBUS DP- Protokoll abgewickelt wird, keine Telegramme mehr. Im Multimaster-Betrieb nach dem PROFIBUS DP-Protokoll beginnt ein Master, der keine Aktivitäten auf dem Netzwerk mehr fest- stellt, einen Token an sich selbst zu schicken und Abfragen nach weiteren Teilnehmern am Netzwerk durchzuführen. Das wird als Dauer-Token-Senden bezeichnet. Wenn nun trotz Sperren der Übertragungsrichtung von dem Segment 16 zum Segment 13 die Weiterleitung von Telegrammen in entgegengesetzter Richtung, also vom Segment 13 zum Segment 16, freigeschaltet bleiben würde, so würden die Token- und Abfragetelegramme des Teilnehmers 20 als Master in das gesamte Netzwerk eingespeist werden. Zudem wären diese Telegramme asynchron zu den Telegrammen des restlichen Netzwerks und würden diese zerstören, so daß im Extremfall auch eine Datenübertragung auf dem ungestörten Teil des Netzwerks unmöglich wäre. Um dies zu vermeiden, werden vorteilhaft bei einer Abkopplung eines Segments mit optischer Signalübertragung beide Übertragungsrichtungen gleichzeitig gesperrt. Beide Übertragungsrichtun- gen werden erst wieder freigeschaltet, wenn durch den Austausch von Sondertelegrammen über das abgekoppelte Segment die bidirektionale Funktionsfähigkeit des Segments festgestellt wurde.On the segments 14 ... 17 shown in FIG. 2 with optical signal transmission, the transmission and reception paths are each carried out separately. When a segment is decoupled, ie when the forwarding of telegrams from a disturbed segment is interrupted via a coupling device into further segments connected to the coupling device, both transmission directions are advantageously blocked. For example, in the event of a fault in segment 15 after the segment has been uncoupled, neither telegrams from segment 15 into segments 12 or 16, nor telegrams from segments 12 or 16 into segment 15 are transmitted. This is particularly advantageous if the last of the segments in a series of segments connected in series, a so-called optical line, is disturbed by optical signal transmission. To explain this advantage, the exemplary embodiment according to FIG. 2 is to be modified in such a way that segment 17 is missing and thus segment 16 is the last segment of the optical line. If a malfunction occurs on the optical waveguide 162 of segment 16 in the network structure thus obtained, the forwarding of telegrams received on segment 16 to segment 13 is blocked. An active subscriber 20 therefore no longer receives any telegrams on segment 13, on which data transmission is carried out according to the PROFIBUS DP protocol. In multimaster operation according to the PROFIBUS DP protocol, a master that no longer detects any activity on the network begins to send a token to itself and to query other participants on the network. This is referred to as sending a permanent token. If, despite blocking the transmission direction from segment 16 to segment 13, the forwarding of telegrams in the opposite direction, i.e. from segment 13 to segment 16, would remain enabled, the token and query telegrams of subscriber 20 would be fed into the entire network as a master become. In addition, these telegrams would be asynchronous to the telegrams of the rest of the network and would destroy them, so that in extreme cases it would also be impossible to transmit data on the undisturbed part of the network. In order to avoid this, both directions of transmission are advantageously blocked at the same time when a segment is decoupled with optical signal transmission. Both transmission directions are only activated again when the bi-directional functionality of the segment has been determined by exchanging special telegrams via the decoupled segment.
Auf den Segmenten 11, 12 und 13 mit elektrischer Signalübertragung sind die beiden Übertragungsrichtungen nicht unabhängig voneinander betreibbar, da nur ein einziges Übertragungsmedium mit einer Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung verwendet wird. Der Fall, daß in der einen Richtung die Übertragung gestört wird und in der anderen Richtung nicht, ist in der Praxis daher äußerst selten. Ein gleichzeitiges Sperren beider Ubertragungsrichtungen wird auf den Segmenten 11, 12 und 13 daher nicht durchgeführt. Beispielsweise können trotz einer Sperre der Weiterleitung auf dem Segment" 12 mit elektrischer Signalübertragung empfangener Telegramme weiterhin durch das Koppelgerät 22 Telegramme in das gestörte Segment 12 gesendet werden, ohne eine Blockierung des Netzwerks befürchten zu müssen. Das hat den Vorteil, daß z. B. ein passiver Teilnehmer 19, der über ein gestörtes Segment 12 mit elektrischer Signalübertragung an das Netzwerk angeschlossen ist und seine Telegramme nur als Antwort- telegramme auf vorhergehende Aufruftelegramme sendet, weiterhin Aufruftelegramme mithören kann. Bei einer gleichzeitigen Sperre beider Übertragungsrichtungen des Segments 12 durch das Koppelgerät 22 würde der passive Teilnehmer 19 keine Aufruftelegramme mehr empfangen und folglich auch keine Antworttelegramme mehr senden. Er wäre am Netzwerk nicht mehr erreichbar. Aufgrund der Abkopplung des Segments 12 ist die Weiterleitung auf dem Segment 12 empfangener Telegramme auf das Netzwerk zwar gesperrt. Die Aufruftelegramme auf dem Netzwerk erreichen jedoch den passiven Teilnehmer 19 und dessen Antworttelegramme können vorteilhaft zur Beurteilung der Übertragungsqualität auf dem Segment 12 durch das Koppelgerät 22 ausgewertet werden. Auf den Austausch von Sondertelegrammen zur Feststellung des Wegfalls einer Störung kann daher verzichtet werden, und das Segment 12 wird bereits wieder angekoppelt, wenn ungestörte Telegramme auf dem Segment 12 mit elektrischer Signalübertragung empfangen werden. Diese Vorgehensweise wird mit Vorteil auch bei den weiteren Segmenten 11 und 13 mit elektrischer Signalübertragung angewendet .The two transmission directions cannot be operated independently of one another on the segments 11, 12 and 13 with electrical signal transmission, since only a single transmission medium with an ability for bidirectional transmission is used. The case that the transmission is disturbed in one direction and not in the other direction is therefore extremely rare in practice. A simultaneous blocking of both transmission directions is on the Segments 11, 12 and 13 are therefore not carried out. For example, despite the blocking of the forwarding on the segment " 12 telegrams received with electrical signal transmission, the coupling device 22 can still send telegrams into the disturbed segment 12 without having to fear that the network is blocked. This has the advantage that, for example, a passive subscriber 19, who is connected to the network via a disturbed segment 12 with electrical signal transmission and sends his telegrams only as response telegrams to previous call telegrams, can continue to listen to call telegrams while the transmission device 22 blocks both transmission directions of the segment 12 at the same time the passive subscriber 19 would no longer receive call telegrams and would consequently no longer send any response telegrams, and would no longer be reachable on the network. Because of the decoupling of segment 12, the forwarding of telegrams received on segment 12 to the network is blocked The call telegrams on the network, however, reach the passive subscriber 19 and its response telegrams can advantageously be evaluated by the coupling device 22 to assess the transmission quality on the segment 12. The exchange of special telegrams to determine the absence of a fault can therefore be dispensed with, and segment 12 is already coupled again when undisturbed telegrams are received on segment 12 with electrical signal transmission. This procedure is also advantageously used in the further segments 11 and 13 with electrical signal transmission.
Eine sporadische Störung, beispielsweise auf dem Segment 12, führt daher zu einer Abkopplung des Segments für lediglich wenige Telegramme und trennt einen passiven Teilnehmer nicht über eine längere Zeit vom Netzwerk. Dadurch wird eine bes- sere Anpassung der Segmentierdauer an die Art der Störung erreicht: Bei einer sporadischen Störung wird das Segment bereits nach kurzer Zeit wieder angekoppelt, bei einer mas- siven Störung, beispielsweise einem Kabelbruch, bleibt die Abkopplung des Segments dauerhaft bestehen.A sporadic fault, for example on segment 12, therefore leads to a decoupling of the segment for only a few telegrams and does not separate a passive subscriber from the network for a longer period of time. This results in a better adaptation of the segmentation duration to the type of disturbance: in the case of a sporadic disturbance, the segment is reconnected after a short time; sive fault, for example a cable break, the segment remains uncoupled.
Der FIFO-Speicher 65 in Figur 5 dient zum Ausgleich von BitzeitSchwankungen, die beispielsweise infolge von Quarz- ungenauigkeiten bei der Datenübertragung entstehen können. Wenn vier Bits in den FIFO-Speicher 65 eingeschrieben sind, beginnt dieser mit der Ausgabe der ersten Bits. Die Speichertiefe des FIFO-Speichers 65 beträgt neun Bit.The FIFO memory 65 in FIG. 5 is used to compensate for bit-time fluctuations which can arise, for example, as a result of quartz inaccuracies in the data transmission. If four bits are written into the FIFO memory 65, this begins with the output of the first bits. The memory depth of the FIFO memory 65 is nine bits.
Die TXD-Machine 66 liest die im FIFO-Speicher 65 abgelegten Bits starr im Abstand einer Bitzeit aus. Das RTS-Signal (request to send) steuert die Datenflußrichtung des Transcei- vers des jeweiligen Kanals und wird vier Bitzeiten vor dem ersten Startbit des Telegramms aktiv. Das RTS-Signal wird von der TXD-Machine 66 mit dem Ende des letzten Stop-Bits wieder inaktiv geschaltet.The TXD machine 66 rigidly reads out the bits stored in the FIFO memory 65 at intervals of one bit. The RTS signal (request to send) controls the data flow direction of the transceiver of the respective channel and becomes active four bit times before the first start bit of the telegram. The RTS signal is switched inactive again by the TXD machine 66 at the end of the last stop bit.
Die Ringüberwachung 78 besteht aus einer Anzahl von Über- wachungsmechanismen, die kreisende Telegramme, Telegrammfragmente oder Störeinkopplungen in einer Verschaltung von Koppelgeräten zu einem optischen Einfaserring oder zu einem optischen Doppelring erkennen und durch Unterbrechen des Ringes beseitigen können. Als optischer Einfaserring wird beispielsweise die Netzwerkstruktur in Figur 2 bezeichnet, die aufgrund der Echobildung z. B. auf dem Segment 16 mit den angeschlossenen Koppelgeräten 22 und 23 besteht. Ein optischer Doppelring wird durch Verbinden der Lichtwellenleiter 141 und 142 von Segment 14 mit den Lichtwellenleitern 171 bzw. 172 von Segment 17 erhalten.The ring monitor 78 consists of a number of monitoring mechanisms which can detect circling telegrams, telegram fragments or interference couplings in a connection of coupling devices to an optical single-fiber ring or to an optical double ring and eliminate them by interrupting the ring. The network structure in FIG. 2, for example, is referred to as an optical single-fiber ring. B. on the segment 16 with the connected coupling devices 22 and 23. An optical double ring is obtained by connecting the optical fibers 141 and 142 from segment 14 to the optical fibers 171 and 172 from segment 17, respectively.
Ein in der Ringüberwachung 78 realisierter Überwachungsmechanismus ist eine Low-Bit-Überwachung, die ein Fehlersignal ausgibt, wenn für 13 Bitzeiten in Folge das Daten- signal auf aktivem Pegel, hier der Low-Pegel, steht. Bei gültigen Telegrammzeichen kann ein derartiges Zeichen wegen des Stop-Bits mit High-Pegel im ungestörten Fall nie vor- kommen. Ursachen für eine derartige Störung können beispielsweise Fremdlichteinkopplung oder ein defektes Koppelgerät sein.A monitoring mechanism implemented in the ring monitor 78 is a low-bit monitor which outputs an error signal if the data signal is at an active level, here the low level, for 13 consecutive bit times. With valid telegram characters, such a character can never occur in the undisturbed case because of the stop bit with high level. come. The causes of such a fault can be, for example, extraneous light coupling or a defective coupling device.
Ein weiterer Überwachungsmechanismus ist eine Sendezeitüberwachung, die ein Fehlersignal ausgibt, wenn in einem Telegramm mehr als 262 Zeichen gezählt werden. Das PROFIBUS DP-Protokoll begrenzt ein Telegramm auf maximal 255 Zeichen, so daß ein Telegramm mit mehr als 262 Zeichen nur bei einer Störung auftreten kann. Ursachen können hier ein defekter aktiver Teilnehmer an dem jeweiligen Segment oder eine dynamische Störeinkopplung auf das Segment sein.Another monitoring mechanism is a transmission time monitoring, which issues an error signal if more than 262 characters are counted in a telegram. The PROFIBUS DP protocol limits a telegram to a maximum of 255 characters, so that a telegram with more than 262 characters can only occur in the event of a fault. This can be caused by a defective active participant in the respective segment or a dynamic interference coupling to the segment.
Zudem wird als Überwachungsmechanismus eine Startbit- und Telegrammlängenüberprüfung durchgeführt. Ein Zähler wird um Zwei erhöht, wenn ein ungültiger Startdelimiter oder ein gültiger Startdelimiter mit dazu nicht passender Telegrammlänge erkannt wird. Der Zähler wird bei jedem fehlerfrei empfangenen Telegramm um Eins erniedrigt, bis er wieder den Zähler- stand Null erreicht hat. Die Startbit- und Telegrammlängenüberprüfung gibt ein Fehlersignal aus, wenn der Zählerstand eine vorgebbare Zahl überschreitet. Damit werden Fehler erkannt, bei welchen das Telegramm durch einen defekten Teilnehmer oder eine Störeinkopplung verfälscht wurde.In addition, a start bit and telegram length check is carried out as a monitoring mechanism. A counter is incremented by two if an invalid start delimiter or a valid start delimiter with an unsuitable telegram length is detected. The counter is decremented by one for each error-free telegram until it has reached zero again. The start bit and telegram length check outputs an error signal if the counter reading exceeds a predefinable number. With this, errors are recognized in which the telegram has been falsified by a defective node or interference coupling.
Ein Wiederholfehlertest als ein weiterer Überwachungsmechanismus soll verhindern, daß ein formal gültiges Telegramm ewig in einem optischen Einfaserring kreist, wenn die Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest nicht mehr in der Lage ist, das Telegramm vom optischen Einfaserring zu entnehmen. Der Wiederholfehlertest enthält einen Zähler, der um Eins erhöht wird, wenn das zweite Zeichen eines gerade empfangenen Telegramms mit dem des vorhergehenden Telegramms übereinstimmt oder wenn ein Einzeichentelegramm empfangen wird. Bei Ungleichheit wird der Zähler auf Null gesetzt, ebenso, wenn ein Telegramm neu in den überwachten Einfaserring eingespeist wird. Im letzteren Fall ist auch die Ein- richtung 74 zum Telegrammanfangstest wieder aktiv. Auch der Wiederholfehlertest gibt ein Fehlersignal aus, wenn der Zählerstand eine vorgebbare Zahl überschreitet. Durch den Wiederholfehlertest werden beispielsweise Störeinkopplungen in einen offenen Lichtwellenleiter oder in den Transceiver erkannt.A repeat error test as a further monitoring mechanism is intended to prevent a formally valid telegram from circling forever in an optical single-fiber ring if the device 74 for the initial telegram test is no longer able to extract the telegram from the optical single-fiber ring. The repeat error test contains a counter that is incremented by one if the second character of a telegram just received matches that of the previous telegram or if a single-character telegram is received. In the event of inequality, the counter is set to zero, as is when a telegram is newly fed into the monitored single-fiber ring. In the latter case, the Direction 74 for the telegram start test active again. The repeat error test also outputs an error signal if the counter reading exceeds a predefinable number. The repeat error test detects, for example, interference in an open optical fiber or in the transceiver.
Der Schalter 64 unterbricht zur Echofilterung die Weiterleitung empfangener Telegramme und wird durch die Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest mit einem Signal auf einer Leitung 81 getriggert. In einem Fehlerfall, der durch die Ringüberwachung 78 erkannt wurde, kann der Schalter 64 auch durch die Ringüberwachung 78 geöffnet werden. Nur während auf dem Segment in Sende- und Empfangsrichtung Ruhezustand herrscht, wird der Schalter 64 wieder geschlossen.The switch 64 interrupts the forwarding of received telegrams for echo filtering and is triggered by the device 74 for the telegram start test with a signal on a line 81. In the event of a fault that was detected by the ring monitor 78, the switch 64 can also be opened by the ring monitor 78. The switch 64 is closed again only while the segment is in the idle state in the transmission and reception direction.
Alle Überwachungsmechanismen können durch eine Parametrierung einzeln oder in Kombination miteinander aktiviert werden.All monitoring mechanisms can be activated individually or in combination with one another by parameterization.
In einer Verschaltung von Koppelgeräten zu einem optischen Ring muß jeder optische Kanal die von ihm in den Ring eingespeisten Telegramme wieder vom Ring nehmen, damit keine ewig kreisenden Telegramme entstehen. Die Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest merkt sich daher von bis zu 32 gesende- ten Telegrammen ein Zeichen, das dem optischen Kanal ermöglicht, die von ihm in den optischen Ring eingespeisten Telegramme wieder zu erkennen und durch Öffnen des Schalters 64, wie bereits oben beschrieben, vom Ring zu nehmen. Die empfangenen Telegramme werden ständig mit den gesendeten, be- reits in der Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest gespeicherten Telegrammanfängen verglichen. Stimmt der empfangene Telegrammanfang mit dem ältesten Eintrag überein, so wird dieser gelöscht. Stimmt der Telegrammanfang nicht mit dem ältesten, sondern mit einem der jüngeren Einträge überein, so wird davon ausgegangen, daß die älteren Telegramme gestört wurden. In diesem Fall werden der übereinstimmende und alle älteren Einträge gelöscht. Die Einrichtung 74 zum Telegramm- anfangstest sperrt durch Öffnen des Schalters 64 so lange das Weiterleiten von empfangenen Telegrammen, bis alle Einträge gelöscht sind und das Ende des Telegramms, dessen Anfang mit dem letzten Eintrag übereinstimmt, erreicht ist. Sollen mehr als 32 Einträge in der Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest gespeichert werden, wird von der Einrichtung 74 an die Ringüberwachung 78 ein Überlauf gemeldet. Die Ringüberwachung 78 unterbricht daraufhin das Senden und Empfangen von Telegrammen auf dem optischen Kanal für eine Ringumlaufzeit .In an interconnection of coupling devices to form an optical ring, each optical channel must remove the telegrams it has fed into the ring from the ring so that there are no perpetually circulating telegrams. The device 74 for the telegram start test therefore remembers a character from up to 32 transmitted telegrams, which enables the optical channel to recognize the telegrams it has fed into the optical ring and by opening the switch 64, as already described above, from Take ring. The received telegrams are constantly compared with the transmitted telegram beginnings already stored in the device 74 for the telegram start test. If the received telegram start matches the oldest entry, it is deleted. If the beginning of the telegram does not match the oldest but one of the younger entries, it is assumed that the older telegrams have been disturbed. In this case, the matching and all older entries are deleted. The device 74 for telegram opening test blocks opening of the transmission of received telegrams until all entries are deleted and the end of the telegram, the beginning of which matches the last entry, has been reached. If more than 32 entries are to be stored in device 74 for the telegram start test, device 74 reports an overflow to ring monitor 78. The ring monitor 78 then interrupts the transmission and reception of telegrams on the optical channel for a ring circulation time.
Durch das Verzögerungsglied 75, in welchem sich ein Schieberegister befindet, werden die empfangenen Telegramme nach der RXD-Machine 62 so verzögert, daß sie erst dann an der Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest eintreffen, wenn über die Leitung 70 eine Kennung des ursprünglichen Telegramms, zu welchem das empfangene Telegramm das Echo darstellt, in der Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest registriert wurde. In der Einrichtung 74 kann somit in jedem Fall die Reihenfolge eingehalten werden: erst ein Telegramm senden und die Kennung des Telegramms abspeichern, dann auf das Echo warten und anhand der Kennung als Echo erkennen.Through the delay element 75, in which a shift register is located, the received telegrams to the RXD machine 62 are delayed in such a way that they only arrive at the device 74 for the telegram start test when an identifier of the original telegram, via which line, is received via the line 70 the received telegram represents the echo in which device 74 for the telegram start test was registered. In any case, the sequence can be maintained in the device 74: first send a telegram and save the identifier of the telegram, then wait for the echo and recognize it as an echo on the basis of the identifier.
Die Einrichtung 86 für einen Activity-Check überwacht Aktivitäten auf dem angeschlossenen Segment. Wenn für eine vor- gebbare Zeitdauer keine Busaktivität festgestellt werden kann, wird dies durch ein Signal auf einer Leitung 82 der Segmentierlogik 71 gemeldet, die daraufhin eine Abkopplung des betreffenden Segments auslöst. Die Überwachung erfolgt mit einem Zähler, der bei jedem Signalwechsel auf der Leitung 61 zurückgesetzt wird und ansonsten kontinuierlich zählt. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Zählerstandes wird das Meldesignal an die Segmentierlogik 71 ausgegeben und der Zählerstand zurückgesetzt. Bei der Festlegung der vorgebbaren Zeitdauer muß die maximal mögliche Signallaufzeit im Netzwerk zwischen den am weitesten entfernten Busteilnehmern beachtet werden, um die Netzwerkausdehnung durch eine zu kleine Zeitschwelle nicht zu begrenzen. Jedes der folgenden Ereignisse kann also eine Abkopplung eines Segments auslösen:The activity check device 86 monitors activities on the connected segment. If no bus activity can be determined for a predeterminable period of time, this is reported by a signal on a line 82 to the segmentation logic 71, which then triggers a decoupling of the relevant segment. Monitoring is carried out with a counter, which is reset with every signal change on line 61 and otherwise counts continuously. If a predetermined counter reading is exceeded, the message signal is output to the segmentation logic 71 and the counter reading is reset. When determining the predeterminable period of time, the maximum possible signal propagation time in the network between the most distant bus users must be taken into account in order not to limit the network expansion due to a time threshold that is too small. Each of the following events can trigger a segment to be decoupled:
1. Ein empfangenes CRC-Prüfzeichen ist nicht an das empfan- gene Telegramm angepaßt oder es tritt ein Stop-Bit-Fehler in einem empfangenen Telegrammzeichen auf,1. A received CRC check character is not adapted to the received message or there is a stop bit error in a received message character,
2. der optische Signalpegel auf dem Lichtwellenleiter hat einen Mindestwert unterschritten; dies wird der Segmentierlogik 71 von einer Pegelmeßeinrichtung durch ein Si- gnal 120 angezeigt,2. the optical signal level on the optical waveguide has fallen below a minimum value; this is indicated to the segmentation logic 71 by a level measuring device by means of a signal 120,
3. der Speicher, der in der Einrichtung 74 zum Telegrammanfangstest vorgesehen ist, läuft bei mehr als 32 gesendeten Telegrammen, ohne ein gültiges Echo zu empfangen, über, 4. auf der Empfangsleitung 61 wird für eine vorgebbare Überwachungszeit keine Aktivität festgestellt oder 5. ein Überwachungsmechanismus der Ringüberwachung 78 erkennt Fehler in einem empfangenen Telegramm.3. the memory that is provided in the device 74 for the telegram start test runs over more than 32 sent telegrams without receiving a valid echo, 4. no activity is detected on the reception line 61 for a predefinable monitoring time or 5. a Monitoring mechanism of the ring monitoring 78 detects errors in a received telegram.
Der prinzipielle Ablauf einer Segmentabkopplung wird anhand des Ablaufdiagramms in Figur 6 am Beispiel einer Störung auf Segment 15 in Figur 2 erläutert. Nach einem Reset befindet sich die Ablaufsteuerung in einem Grundzustand 90, in welchem der Schalter 64 geschlossen ist. Wird durch ein Ereignis eine Segmentabkopplung veranlaßt, so wird zunächst der Grundzustand 90 verlassen und in einen Wait-Zustand 91 übergegangen, in welchem der Schalter 64 geöffnet und eine Weiterleitung von empfangenen Telegrammen auf angeschlossene Segmente 12 und 16 gesperrt wird. Es erfolgt eine Fehleranzeige, eine Fehlermeldung über den Meldekontakt erfolgt noch nicht. In dem Wait-Zustand 91 wird eine vorgebbare Mindestsegmen- tierdauer abgewartet, die vorzugsweise größer ist als die Zeitschwelle eines Timers in der Einrichtung für Activity- Check, der Sendepausen auf dem angeschlossenen Segment über- wacht und bei Überschreiten eine Segmentabkopplung auslöst.The basic sequence of a segment decoupling is explained using the flow diagram in FIG. 6 using the example of a fault on segment 15 in FIG. 2. After a reset, the sequence control is in a basic state 90, in which the switch 64 is closed. If an event causes a segment to be decoupled, the basic state 90 is first left and a transition is made to a wait state 91, in which the switch 64 is opened and a forwarding of received telegrams to connected segments 12 and 16 is blocked. An error is displayed, an error message via the signaling contact is not yet given. In the wait state 91, a predeterminable minimum segment duration is waited for, which is preferably greater than the time threshold of a timer in the device for activity check, which monitors transmission pauses on the connected segment and, if exceeded, triggers a segment decoupling.
Damit ist sichergestellt, daß das benachbarte Koppelgerät, in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 das zum Koppelgerät 22 benachbarte Koppelgerät 21, ebenfalls eine Segmentabkopplung ausgelöst hat, d. h. ebenfalls eine Weiterleitung von dem Segment "15 empfangener Telegramme auf die anderen angeschlossenen Segmente 11 und 14 sperrt, bevor in einem Zustand 92 Sondertelegramme zur Überprüfung des Segments 15 ausgetauscht werden. Die Sondertelegramme werden in der Segmentierlogik 71 (Figur 5) erzeugt und über das UND-Gatter 76 sowie einen nicht dargestellten Transceiver auf das Segment 15 gesendet. Der Zustand 92 wird als First-Check bezeichnet. Je länger die Wartezeit im Zustand 91 ist, desto geringer ist der Einfluß niederfrequenter dynamischer Störungen auf das Netzwerk. Andererseits bestimmt die Wartezeit bei linienförmig mit Koppelgeräten hintereinandergeschalteten Segmenten, wie lange nach einer Störung die Linie mindestens unterbrochen ist.This ensures that the adjacent coupling device, in the exemplary embodiment according to FIG. 2, that to the coupling device 22 adjacent coupling device 21, also has triggered a segment decoupling also that a forwarding of the segment "15 of telegrams received on the other connected segments 11 and 14 are locked before 92 special telegrams are exchanged for checking the segment 15 in a state. The special messages are in the Segmentation logic 71 (FIG. 5) is generated and sent to segment 15 via AND gate 76 and a transceiver (not shown), state 92 is referred to as a first check, and the longer the waiting time in state 91, the less the influence of low frequency dynamic disruptions to the network On the other hand, the waiting time for segments connected in series with coupling devices determines how long the line is at least interrupted after a disruption.
Bei abgekoppeltem Segment 15 sind die Schalter 64 und 73 geöffnet. Es wird somit kein Echo gebildet und die Weiterleitung empfangener Telegramme gesperrt. Die RXD-Machine 62, die Einrichtung 77 zur Telegrammlängenermittlung und der CRC- Check 63 bleiben jedoch weiter aktiv, um eine Beurteilung der Ubertragungsqualität anhand empfangener Telegramme durchzuführen und der Segmentierlogik 71 das Ergebnis der Beurteilung über die Leitungen 79 und 80 mitzuteilen.When segment 15 is disconnected, switches 64 and 73 are open. There is therefore no echo and the forwarding of received telegrams is blocked. However, the RXD machine 62, the device 77 for determining the telegram length and the CRC check 63 remain active in order to carry out an assessment of the transmission quality on the basis of received telegrams and to inform the segmentation logic 71 of the result of the assessment via the lines 79 and 80.
Im Wait-Zustand 91 wird bereits auf empfangene Sondertelegramme reagiert und der Wait-Zustand 91 verlassen, um auf Sondertelegramme des benachbarten Koppelgeräts 21, das sich selbst bereits im First-Check-Zustand 92 befindet, reagieren zu können. Nach Empfang eines Sondertelegramms werden 22 Bit- Zeiten abgewartet, die einem Einhalten des Telegramm-Mindest- abstands von elf Bitzeiten und einem Beenden eines evtl. gerade begonnenen Zeichens entsprechen, bevor das erste Sondertelegramm im First-Check-Zustand 92 gesendet wird.In the wait state 91 there is already a reaction to received special telegrams and the wait state 91 is exited in order to be able to react to special telegrams from the neighboring coupling device 21, which is itself already in the first check state 92. After receiving a special telegram, 22 bit times are waited, which correspond to compliance with the telegram minimum interval of eleven bit times and an end of a character that may have just started, before the first special telegram is sent in first check state 92.
Wie bereits oben beschrieben, kann eine Ursache der Segmentabkopplung sein, daß ein Timer zur Überwachung von Sendeaktivitäten auf dem Segment eine vorgebbare Maximalruhezeit überschritten hat. Ursachen dafür können wiederum ein Bruch des Lichtwellenleiters oder ein Ausfall des benachbarten Koppelgeräts sein. Eine weitere Möglichkeit für das Ansprechen dieser Zeitüberwachung ist das Ausschalten aller aktiver Teilnehmer am Netzwerk. Das getrennte Segment kann demnach bei einer Überschreitung der maximalen Ruhezeit in Ordnung oder auch gestört sein. Vor einer Ausgabe einer Fehlermeldung wird deshalb das betreffende Segment durch Austauschen von Sondertelegrammen im First-Check-Zustand 92 geprüft. Schlägt dieser erste Versuch, Sondertelegramme fehlerfrei auszutauschen, fehl, so wechseln die an das Segment angeschlossenen Koppelgeräte in einen Cyclic-Check-Zustand 93, in welchem sie zyklisch versuchen, Sondertelegramme zu übertragen, und gleichzeitig zur Fehleranzeige eine LED und einen Meldekontakt aktivieren. Der Meldekontakt kann mit einer Bedien- und Beobachtungsstation zur Erzeugung einer Fehlermeldung verdrahtet werden. Durch diese Maßnahme wird eine automatische Visualisierung einer Störung ermöglicht. Bei einer fehlerfreien Übertragung von Sondertelegrammen in beiden Richtungen wird in den Grundzustand 90 gewechselt und das Segment 15 wieder automatisch an das Netzwerk angekoppelt. Durch die Sondertelegramme wird ein Hand-Shake-Verfah- ren realisiert, das eine gleichzeitige Aufhebung der Sperren in beiden Koppelgeräten 21 und 22 am Segment 15 sicherstellt. In vorteilhafter Weise wird dadurch vermieden, daß zu gewissen Zeiten lediglich eine Übertragungsrichtung aktiviert ist. Das Segment läßt somit bereits unmittelbar nach Ankoppeln eine bidirektionale Übertragung zu. Falls danach kein Datenverkehr auf dem Segment herrscht, spricht wieder der Timer zur Überwachung der maximalen Ruhezeit an, und es wird erneut ein Austausch von Sondertelegrammen veranlaßt, ohne eine Fehlermeldung auszugeben. Der Austausch von Sondertelegrammen im First-Check-Zustand 92 wird durch eine blinkende Leuchtdiode angezeigt und dient somit als Betriebsanzeige, solange kein Datenverkehr auf dem Segment 15 herrscht. Dagegen wird im Cyclic-Check-Zustand 93 ein Fehler durch Dauerleuchten der Leuchtdiode angezeigt und eine Fehlermeldung über den Melde- kontakt gegeben. Die Segmentabkopplung wird in diesem Zustand beibehalten. In vorgebbaren zyklischen Abständen werden im Cyclic-Check-Zustand 93 Sondertelegramme auf das gestörte Segment gesendet und eine Überprüfung durchgeführt. Bei kor- rekter Übertragung der Sondertelegramme wird vom Cyclic- Check-Zustand 93 wieder in den Grundzustand 90 zurückgekehrt und die Fehlermeldung zurückgenommen. Zur Realisierung des Hand-Shake-Verfahrens mit Sondertelegrammen wurden zwei Sondertelegramme ST1 und ST2 eingeführt, die bis Wieder- ankopplung des Segments zyklisch gesendet werden. Die Sondertelegramme weichen von den Nutztelegrammen, die im Netzwerk übertragen werden, ab, damit sie nicht als solches interpretiert werden können. Zudem wird bei den Sondertelegrammen ein Paritätsbit mit einer gegenüber dem Paritätsbit bei Nutztele- grammen umgekehrten Polarität für die Telegrammzeichen benutzt. Das Sondertelegramm ST1 dient zur zyklischen Einleitung einer Überprüfung des Segments, während das Sondertelegramm ST2 als Bestätigung für eine korrekte Telegrammübertragung gesendet wird. Die Sondertelegramme sind zur Über- prüfung der Übertragungsqualität mit einem CRC-Prüfzeichen versehen.As already described above, one reason for the segment decoupling may be that a timer for monitoring transmission activities on the segment has a predefinable maximum idle time has exceeded. The reasons for this can in turn be a break in the optical waveguide or a failure of the neighboring coupling device. Another option for addressing this time monitoring is to switch off all active participants in the network. The separated segment can therefore be in order if the maximum idle time is exceeded or it can also be faulty. Before an error message is output, the segment in question is therefore checked by exchanging special telegrams in the first check state 92. If this first attempt to exchange special telegrams fails, the coupling devices connected to the segment change to a cyclic check state 93, in which they cyclically try to transmit special telegrams and simultaneously activate an LED and a signaling contact to indicate an error. The signaling contact can be wired to an operator control and monitoring station to generate an error message. This measure enables automatic visualization of a fault. If error-free transmission of special telegrams occurs in both directions, the system changes to the basic state 90 and segment 15 is automatically coupled to the network again. The special telegrams implement a hand-shake process which ensures that the locks in both coupling devices 21 and 22 on segment 15 are released at the same time. This advantageously prevents only one transmission direction from being activated at certain times. The segment therefore allows bidirectional transmission immediately after coupling. If there is no data traffic on the segment afterwards, the timer responds again to monitor the maximum idle time and an exchange of special telegrams is initiated again without issuing an error message. The exchange of special telegrams in the first check state 92 is indicated by a flashing LED and thus serves as an operating display as long as there is no data traffic on the segment 15. On the other hand, in cyclic check state 93, an error is indicated by the LED lighting continuously and an error message via the message given contact. The segment decoupling is maintained in this state. In cyclic check status, 93 special telegrams are sent to the faulty segment at predefinable cyclical intervals and a check is carried out. If the special telegrams are transmitted correctly, the cyclic check state 93 returns to the basic state 90 and the error message is withdrawn. To implement the hand-shake procedure with special telegrams, two special telegrams ST1 and ST2 were introduced, which are sent cyclically until the segment is reconnected. The special telegrams differ from the useful telegrams that are transmitted in the network so that they cannot be interpreted as such. In addition, in the special telegrams a parity bit with a polarity opposite to the parity bit in the case of useful telegrams is used for the telegram characters. The special telegram ST1 is used for the cyclical initiation of a check of the segment, while the special telegram ST2 is sent as confirmation for a correct telegram transmission. The special telegrams are provided with a CRC test mark to check the transmission quality.
Das Ablaufdiagramm in Figur 7 verdeutlicht das Verfahren einer Segmentankopplung mit Übertragung von Sondertelegram- men. Durch senkrechte Linien an der rechten Seite in Figur 7 sind die vertikalen Bereiche, die dem Wait-Zustand 91, dem First-Check-Zustand 92 und dem Cyclic-Check-Zustand 93 in Figur 6 entsprechen, markiert.The flowchart in FIG. 7 illustrates the process of segment coupling with the transmission of special telegrams. The vertical areas corresponding to the wait state 91, the first check state 92 and the cyclic check state 93 in FIG. 6 are marked by vertical lines on the right side in FIG.
Nach Abkoppeln eines Segments wird in einen Zustand 100 übergegangen, in welchem ein Timer zur Überwachung einer Mindest- segmentierzeit gestartet wird. Ist der Timer abgelaufen, so wird in einen Zustand 101 gewechselt und ein Sondertelegramm ST1 gesendet. Der Ablauf des Timers ist durch einen Zustands- übergangspfeil 102 markiert. In den Zustand 101 wird entsprechend einem Pfeil 103 ebenfalls eingetreten, wenn ein Sondertelegramm ST1 oder ein Sondertelegramm ST2 empfangen wurde. Nach dem Senden eines Sondertelegramms STl im Zustand 101 wird der Timer zur Überwachung der Mindestsegmentierzeit zurückgesetzt und beim Wechsel in einen Zustand 104 erneut gestartet. Wird von dem am Segment benachbarten Koppelgerät bis zum Ablauf des Timers kein Sondertelegramm STl oder ST2 empfangen, so wird in den Zustand 105 übergegangen, wie es durch einen Pfeil 106 angedeutet ist, und erneut ein Sondertelegramm STl gesendet. Wurde dagegen vor Ablauf des Timers im Zustand 104 ein Sondertelegramm STl empfangen, so findet entsprechend einem Pfeil 107 ein Übergang in einen ZustandAfter uncoupling a segment, a transition is made to a state 100 in which a timer for monitoring a minimum segmentation time is started. If the timer has expired, a change is made to a state 101 and a special telegram ST1 is sent. The progress of the timer is marked by a state transition arrow 102. State 101 is also entered according to an arrow 103 when a special telegram ST1 or a special telegram ST2 is received has been. After sending a special telegram ST1 in state 101, the timer for monitoring the minimum segmentation time is reset and started again when changing to state 104. If no special telegram ST1 or ST2 is received by the coupling device adjacent to the segment until the timer has expired, the state 105 is entered, as indicated by an arrow 106, and a special telegram STl is sent again. If, on the other hand, a special telegram ST1 was received in state 104 before the timer expired, a transition to a state takes place according to arrow 107
108 statt, in welchem ein Sondertelegramm ST2 gesendet wird. Der Timer wird danach zurückgesetzt und in einem Folgezustand108 instead, in which a special telegram ST2 is sent. The timer is then reset and in a subsequent state
109 erneut gestartet. Wird in dem Zustand 109 während des Timer-Ablaufs auf das gesendete Sondertelegramm ST2 kein Ant- worttelegramm vom benachbarten Koppelgerät empfangen, so wird entsprechend einem Pfeil 110 in den Zustand 105 gewechselt, der den Beginn des Cyclic-Check darstellt. Ist dagegen ein von einem benachbarten Koppelgerät gesendetes Sondertelegramm ST2 innerhalb der Überwachungszeit eingetroffen, so bedeutet dies, daß Empfangs- und Sendepfad des Segments in Ordnung sind, und es wird entsprechend einem Pfeil 111 in einen Zustand 112 übergegangen, in welchem das Segment wieder angekoppelt wird, d. h., das Weiterleiten empfangener Telegramme auf benachbarte Segmente wird freigeschaltet . Im Zustand 105, der nach Ablauf des Timers eingenommen wurde, sendet das Koppelgerät erneut ein Sondertelegramm STl auf das gestörte Segment. Danach wird ein Zyklus-Timer rückgesetzt und in einen Zustand 113 übergegangen, in welchem der Ablauf des Zyklus- Timers überwacht wird. Die Uberwachungszeit des Zyklus-Timers legt die Zyklusdauer fest, mit welcher Sondertelegramme auf das Segment ausgesendet werden. Ist die Zyklusdauer ohne Empfang eines Sondertelegramms abgelaufen, so wird entsprechend einem Pfeil 114 wieder in den Zustand 105 zurückgegangen. Wurde dagegen ein von einem benachbarten Koppelgerät gesen- detes Sondertelegramm STl empfangen, so findet entsprechend einem Pfeil 115 ein Übergang in einen Zustand 116 statt, in welchem ein Sondertelegramm ST2 an das benachbarte Koppel- gerät gesendet wird. Danach wird der Zyklus-Timer zurückgesetzt und in einem Zustand 117 erneut der Ablauf des Zyklus-Timers überwacht. Läuft der Zyklus-Timer ab, ohne daß ein Sondertelegramm ST2 empfangen wurde, wird entsprechend einem Pfeil 118 wiederum in den Zustand 105 zurückgegangen. Ein Empfang eines von einem benachbarten Koppelgerät gesendeten Sondertelegramms ST2 in dem Zustand 117 bedeutet, daß Empfangs- und Sendepfad des Segments wieder in Ordnung sind, und es wird entsprechend einem Pfeil 119 in den Zustand 112 übergegangen, in welchem der Cyclic-Check beendet ist und das Segment wieder angekoppelt wird. Der Zustand 112 entspricht dem Grundzustand 90 in Figur 6.109 started again. If no response telegram is received from the neighboring coupling device in state 109 during the timer sequence for the special telegram ST2 sent, then an arrow 110 changes to state 105, which represents the start of the cyclic check. If, on the other hand, a special telegram ST2 sent by an adjacent coupling device has arrived within the monitoring time, this means that the reception and transmission paths of the segment are in order, and an arrow 111 changes to a state 112 in which the segment is coupled again , ie the forwarding of received telegrams to neighboring segments is enabled. In state 105, which was assumed after the timer had expired, the coupling device again sends a special telegram ST1 to the disturbed segment. A cycle timer is then reset and a transition is made to a state 113 in which the cycle timer is monitored. The monitoring time of the cycle timer defines the cycle duration with which special telegrams are sent to the segment. If the cycle duration has expired without the receipt of a special telegram, the state 105 is returned to in accordance with an arrow 114. If, on the other hand, a special telegram ST1 sent by an adjacent coupling device has been received, a transition to a state 116 takes place according to an arrow 115, in which a special telegram ST2 is sent to the neighboring coupling device is sent. The cycle timer is then reset and the state of the cycle timer is monitored again in a state 117. If the cycle timer expires without a special telegram ST2 having been received, the state 105 is returned to in accordance with an arrow 118. Receiving a special telegram ST2 sent by an adjacent coupling device in state 117 means that the reception and transmission path of the segment are in order again, and an arrow 119 transfers to state 112, in which the cyclic check has ended and the segment is coupled again. State 112 corresponds to the basic state 90 in FIG. 6.
Durch das dargestellte Hand-Shake-Verfahren mit Sondertele- grammen STl und ST2 wird automatisch in einfacher Weise ein gestörtes Segment nach dem Wegfall der Störungen wieder angekoppelt.The hand shake procedure shown with special telegrams ST1 and ST2 automatically reconnects a disturbed segment in a simple manner after the disturbances have disappeared.
Segmente, die einem bestimmten Protokoll, beispielsweise nach PROFIBUS DP, genügen müssen, das keine Sondertelegramme zuläßt, werden ohne ein derartiges Hand-Shake-Verfahren wieder freigegeben. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind die Segmente 11, 12 und 13 derartige Segmente. Hier wird durch das jeweilige Koppelgerät im Fehlerfall ebenfalls das ge- störte Segment abgekoppelt, d. h. die Weiterleitung von Telegrammen gesperrt, die auf dem jeweils gestörten Segment 11, 12 oder 13 empfangen wurden. Der FIFO-Speicher des Retimers wird gelöscht. Nachdem eine parametrierbare Mindestsegmen- tierzeit abgelaufen ist, wird ein Uberwachungstimer und ein Telegrammzähler gestartet. Wenn das Segment abgekoppelt ist, bleibt das Senden in das gestörte Segment freigeschaltet, um die Bildung von Teilnetzen zu verhindern, die - wie bereits oben beschrieben - beispielsweise eine Doppel-Token-Bildung zur Folge haben könnte. Die Weiterleitung von beispielsweise auf den Segmenten 15 oder 16 empfangenen Telegrammen auf das Segment 12 bleibt also auch bei einem gestörten Segment 12 bestehen und ist unabhängig davon, ob die Weiterleitung von Telegrammen in entgegengesetzter Richtung gesperrt ist. Überwachungsmechanismen prüfen das EmpfangsSignal des gestörten Segments. Bei jedem Signalempfang wird der Uberwachungstimer zurückgesetzt und neu gestartet. Werden innerhalb der Über- wachungszeit keine weiteren Telegramme empfangen, so sind vermutlich keine Teilnehmer an dem Segment angeschlossen, und es wurde auf eine temporäre Störeinkopplung getriggert. Das Segment kann deshalb wieder angekoppelt werden. Wenn jeweils vor Ablauf der Überwachungszeit eine vorgebbare Anzahl fehlerfreier Telegramme in Folge empfangen wurde, so wird das Segment wieder angekoppelt, sobald auf dem Segment in Sende- und in Empfangsrichtung Ruhezustand herrscht.Segments that have to comply with a certain protocol, for example according to PROFIBUS DP, that does not allow special telegrams are released again without such a hand shake procedure. In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the segments 11, 12 and 13 are such segments. In this case, the faulty segment is also decoupled by the respective coupling device in the event of an error, ie the forwarding of telegrams that were received on the faulty segment 11, 12 or 13 is blocked. The retimer's FIFO memory is cleared. After a parameterizable minimum segmentation time has elapsed, a monitoring timer and a telegram counter are started. When the segment is disconnected, the transmission to the disturbed segment remains activated in order to prevent the formation of subnetworks which, as already described above, could result in a double token formation, for example. The forwarding of telegrams received, for example, on the segments 15 or 16 to the segment 12 thus remains even in the case of a disturbed segment 12 and is independent of whether the forwarding of Telegrams in the opposite direction is blocked. Monitoring mechanisms check the received signal of the faulty segment. The monitoring timer is reset and restarted each time a signal is received. If no further telegrams are received within the monitoring time, then there are probably no nodes connected to the segment and a temporary interference coupling was triggered. The segment can therefore be coupled again. If a predeterminable number of error-free telegrams were received in succession before the monitoring time expired, the segment is coupled again as soon as the segment in the sending and receiving direction is in the idle state.
Anhand des Ausführungsbeispiels in Figur 8 soll im folgenden eine Möglichkeit beschrieben werden, durch Verschaltung der Komponenten zu einem optischen Doppelring eine höhere Verfügbarkeit des Netzwerks zu erhalten. In dem gezeigten Netzwerk sind Teilnehmer 201 ... 206 jeweils durch Segmente 211 ... 216 mit elektrischer Signalübertragung, auf welchen Daten nach dem PROFIBUS DP-Protokoll übertragen werden, an Koppelgeräte 221 ... 226 angeschlossen. Die Koppelgeräte 221 ... 226 sind paarweise durch Segmente 231 ... 236 mit optischer Signalübertragung miteinander verbunden, so daß ein optischer Doppelring entsteht, wie er in Figur 8 dargestellt ist. Die Segmente 231 ... 236 besitzen für jede Übertragungsrichtung unabhängig voneinander betreibbare Lichtwellenleiter 241 ... 246 bzw. Lichtwellenleiter 251 ... 256. Die Koppelgeräte 221 ... 226 überwachen die Segmente 211 ... 216 sowie 231 ... 236 auf Störungen und koppeln gestörte Segmente ab, wie es be- reits anhand des in Figur 2 gezeigten Netzwerks beschrieben wurde. Bei Abkoppeln eines gestörten Segments, beispielsweise des Segments 236 in Figur 8, entsteht aus dem ursprünglichen optischen Doppelring eine optische Linie, in welcher die Teilnehmer 201 ... 206 weiterhin erreichbar sind. Damit wird die Verfügbarkeit des Netzwerks erhöht. Durch Austausch von Sondertelegrammen zwischen den Koppelgeräten, im Beispiel eines gestörten Segments 236 zwischen den Koppelgeräten 221 und 226, wird auf die bereits oben beschriebene Weise ein Wegfall der Störung erkannt und das Segment 236 nach Wegfall der Störung erneut an das Netzwerk angekoppelt. Nach Behebung der Störung ist somit die optische Linie wieder zu einem optischen Doppelring geschlossen.On the basis of the exemplary embodiment in FIG. 8, a possibility is described below of obtaining a higher availability of the network by interconnecting the components to form an optical double ring. In the network shown, subscribers 201 ... 206 are each connected to coupling devices 221 ... 226 by segments 211 ... 216 with electrical signal transmission, on which data is transmitted according to the PROFIBUS DP protocol. The coupling devices 221 ... 226 are connected in pairs by segments 231 ... 236 with optical signal transmission, so that an optical double ring is formed, as shown in FIG. The segments 231 ... 236 have optical fibers 241 ... 246 or optical fibers 251 ... 256 which can be operated independently of one another for each transmission direction. The coupling devices 221 ... 226 monitor the segments 211 ... 216 and 231 ... 236 to interference and decouple disrupted segments, as has already been described with reference to the network shown in FIG. 2. When a disrupted segment, for example segment 236 in FIG. 8, is uncoupled, an optical line arises from the original optical double ring, in which the subscribers 201... 206 can still be reached. This increases the availability of the network. By exchanging special telegrams between the coupling devices, in the example of a disturbed segment 236 between the coupling devices 221 and 226, an elimination of the disturbance is recognized in the manner already described above and the segment 236 is coupled to the network again after the elimination of the disturbance. After the fault has been rectified, the optical line is closed again to form an optical double ring.
Das Funktionsprinzip des optischen Doppelrings besteht darin, daß Telegramme, die von einem Teilnehmer über ein Segment mit elektrischer Signalübertragung eingespeist werden, durch das Koppelgerät gleichzeitig in beide angeschlossene Segmente mit optischer Signalübertragung weitergeleitet werden. Beispielsweise wird ein Telegramm, das der Teilnehmer 201 über das Segment 211 an das Koppelgerät 221 sendet, durch das Koppelgerät 221 sowohl mit dem Lichtwellenleiter 251 des Segments 231 an das Koppelgerät 222 als auch mit dem Lichtwellenleiter 246 des Segments 236 an das Koppelgerät 226 weitergeleitet. Es erfolgt somit eine Duplizierung des durch den Teilnehmer 201 gesendeten Telegramms. Die beiden umlaufenden, völlig identischen Telegramme werden anschließend von dem Koppel- gerät 224, an welchem sie sich laufzeitbedingt treffen, als identische Telegramme erkannt und vom optischen Doppelring genommen. Dazu dient die Einrichtung 74 (siehe Figur 5) zum Telegrammanfangstest, die ein Zeichen zur Identifikation gesendeter Telegramme abspeichert, um, wie es bereits oben be- schrieben wurde, ewig kreisende Telegramme zu verhindern. Durch die beschriebenen Mechanismen werden die entgegengesetzt umlaufenden Telegramme auch dann vom optischen Doppelring genommen, wenn sich die beiden Telegramme in einem Segment mit optischer Signalübertragung, also nicht unmittel- bar an einem Koppelgerät, treffen.The principle of operation of the optical double ring is that telegrams that are fed in by a subscriber via a segment with electrical signal transmission are simultaneously forwarded by the coupling device into both connected segments with optical signal transmission. For example, a telegram that the subscriber 201 sends to the coupling device 221 via the segment 211 is forwarded by the coupling device 221 to the coupling device 222 both with the optical fiber 251 of the segment 231 and to the coupling device 226 with the optical fiber 246 of the segment 236. The telegram sent by subscriber 201 is thus duplicated. The two circulating, completely identical telegrams are subsequently recognized as identical telegrams by the coupling device 224, at which they meet due to the transit time, and are taken from the optical double ring. For this purpose, the device 74 (see FIG. 5) is used for the telegram start test, which stores a character for identifying transmitted telegrams, in order to prevent telegrams that circulate forever, as was already described above. By means of the mechanisms described, the telegrams rotating in opposite directions are also removed from the optical double ring when the two telegrams meet in a segment with optical signal transmission, that is to say not directly at a coupling device.
Wenn das Segment 236 wegen Störungen durch die Koppelgeräte 221 und 226 abgekoppelt wurde, wird ein Telegramm des Teilnehmers 201 durch das Koppelgerät 221 lediglich auf Segment 231 weitergeleitet und somit nicht dupliziert. Vor einem Wiederankoppeln eines gestörten Segments mit optischer Signalübertragung kann es zudem vorkommen, daß von den beiden identischen, im optischen Doppelring in entgegengesetzter Richtung umlaufenden Telegrammen einige an dem Koppelgerät, das eine Weiterleitung von Telegrammen auf das gestörte Segment sperrt, ausgelöscht werden, während die Telegramme, wel- ehe eine längere Laufzeit zu dem an dem gestörten Segment gegenüberliegenden Koppelgerät haben, noch unterwegs sind. In diesem Fall ist das Gleichgewicht identischer, in entgegengesetzten Richtungen umlaufender Telegramme gestört. Würde bei einem Ungleichgewicht umlaufender Telegramme ein ge- störtes Segment nach Wegfall der Störung erneut angekoppelt, so können kreisende Telegramme im optischen Doppelring entstehen, die zwar erkannt und beseitigt werden können, bis zu ihrer Beseitigung aber das gesamte Netzwerk stören.If segment 236 has been decoupled due to interference from coupling devices 221 and 226, a telegram from subscriber 201 is only forwarded to segment 231 by coupling device 221 and is therefore not duplicated. Before a disturbed segment is re-coupled with optical signal transmission, it can also happen that of the two identical telegrams circulating in the opposite direction in the optical double ring, some on the coupling device, which blocks the forwarding of telegrams to the disturbed segment, are deleted, while the telegrams, which have a longer transit time to the opposite coupling device on the disturbed segment, still on the way. In this case, the balance of identical telegrams rotating in opposite directions is disturbed. If, due to an imbalance of circulating telegrams, a disturbed segment was reconnected after the disturbance ceased to exist, circling telegrams can arise in the optical double ring, which can be recognized and eliminated, but disturb the entire network until they are eliminated.
Eine in einfacher Weise anwendbare Möglichkeit zur Vermeidung der Entstehung solcher kreisender Telegramme ist die Freischaltung eines Segments nach Wegfall der Störung zu einem Zeitpunkt, zu welchem keine Telegramme auf dem Netzwerk unterwegs sind. In einem Netzwerk mit Teilnehmern, die einen Datenverkehr nach dem PROFIBUS DP-Protokoll abwickeln, liegt dieser Zustand mit Sicherheit wenig später vor, wenn ein aktiver Teilnehmer an einen im Netzwerk nicht vorhandenen Teilnehmer eine sogenannte GAP-Abfrage gerichtet hat. Bei PROFIBUS DP führen aktive Teilnehmer mit GAP-Abfragen zy- klisch Überprüfungen durch, ob neue Teilnehmer an das Netzwerk angeschlossen wurden und am Datenverkehr teilnehmen wollen. Bei jeder GAP-Abfrage wartet der abfragende Teilnehmer auf eine Antwort, mit welcher sich der neue Teilnehmer, sofern er zwischenzeitlich an das Netzwerk ange- schlössen wurde, meldet. Erhält der abfragende Teilnehmer innerhalb einer vorgebbaren Zeit, der sogenannten Slot-Zeit, keine Antwort, so geht er davon aus, daß der abgefragte Teilnehmer nicht am Netzwerk erreichbar ist. Die Slot-Zeit wird dabei so bemessen, daß sie größer als die längstmögliche Zeitverzögerung zwischen Abfrage- und Antworttelegramm ist. Sie ergibt sich aus der Summe der Laufzeiten des Abfragetelegramms zum abgefragten Teilnehmer sowie des Antwort- telegramms zum abfragenden Teilnehmer zwischen am weitesten zueinander entfernten Teilnehmern zuzüglich einer Antwortverzögerung des abgefragten Teilnehmers und eines Sicherheitszuschlags .A simple way of avoiding the occurrence of such circulating telegrams is to activate a segment after the fault has disappeared at a time when no telegrams are on the network. In a network with nodes that process data traffic according to the PROFIBUS DP protocol, this state is certainly a little later when an active node directed a so-called GAP query to a node that does not exist in the network. With PROFIBUS DP, active nodes with GAP queries carry out cyclical checks as to whether new nodes have been connected to the network and want to participate in data traffic. With each GAP query, the querying subscriber waits for a response with which the new subscriber, if he has meanwhile been connected to the network, reports. If the querying subscriber does not receive a response within a predefinable time, the so-called slot time, it assumes that the polled subscriber cannot be reached on the network. The slot time is dimensioned such that it is greater than the longest possible time delay between the query and response telegram. It results from the sum of the runtimes of the query telegram to the queried subscriber and the response telegram to the querying subscriber between the most distant subscribers plus a delay in response from the queried subscriber and a security surcharge.
Die Koppelgeräte 221 ... 226 benötigen für bestimmte Überwachungsmechanismen, z. B. für die Festlegung der Überwachungszeit in der Einrichtung 86 (siehe Figur 5) für den Activity-Check, Informationen über die Netzwerkausdehnung. Eine Möglichkeit, um den Koppelgeräten diese Informationen mitzuteilen, wäre eine Parametrierung über das Netzwerk. Diese Möglichkeit wäre aber mit einem hohen Aufwand verbunden, da das Koppelgerät bei der Projektierung des Netzwerks als eigener, adressierbarer Teilnehmer erscheinen müßte. Eine weitere Möglichkeit wäre es, die Netzwerkausdehnung an den Koppelgeräten manuell einstellbar oder einlesbar zu machen. Diese Möglichkeit wäre aber fehleranfällig und mit einem hohen Aufwand bei der Installation des Netzwerks verbunden. Weiterhin könnte die Netzwerkausdehnung in den Koppelgeräten durch einen Default-Wert voreingestellt werden, der aber für die maximal zulässige Netzwerkausdehnung ausgelegt sein müßte und bei dem jeweiligen Anwendungsfall in einem Netzwerk unnötig hoch bemessen wäre.The coupling devices 221 ... 226 require certain monitoring mechanisms, e.g. B. for the determination of the monitoring time in the device 86 (see FIG. 5) for the activity check, information about the network expansion. One way of communicating this information to the coupling devices would be to set parameters over the network. However, this possibility would be associated with a high outlay, since the coupling device would have to appear as a separate, addressable subscriber when configuring the network. Another option would be to make the network expansion on the coupling devices manually adjustable or readable. However, this option would be prone to errors and would involve a great deal of effort when installing the network. Furthermore, the network expansion in the coupling devices could be preset by a default value, which, however, would have to be designed for the maximum permissible network expansion and would be unnecessarily large in the respective application in a network.
In vorteilhafter Weise wird durch die Koppelgeräte 221 ... 226 die Slot-Zeit während des Betriebs des Netzwerks gemessen. Die Slot-Zeit enthält Informationen über die Netzwerkausdehnung, so daß eine aufwendige Parametrierung der Koppelgeräte bezüglich der Netzwerkausdehnung entfallen kann. Die Slot-Zeit Ts wird in den Teilnehmern folgendermaßen para- metriert:The slot devices 221 ... 226 advantageously measure the slot time during the operation of the network. The slot time contains information about the network expansion, so that complex parameterization of the coupling devices with regard to the network expansion can be omitted. The slot time T s is parameterized in the participants as follows:
Ts = T +2 [Lges - 5 -ξ- + 2 Nκ - Vκ + Tsdx + 20 TBi^T s = T + 2 [L tot - -ξ- 5 + 2 N κ - κ + V Tsdx + 20 T ^ Bi
mitWith
Slot-Zeit, TSM ~ ein Sicherheitszuschlag,Slot time, TS M ~ a security surcharge,
LgeS - Summe der Längen der Segmente mit optischer Signalübertragung, Nκ - Anzahl der Koppelgeräte, Vκ - Signallaufzeit durch ein Koppelgerät,Lge S - sum of the lengths of the segments with optical signal transmission, N κ - number of coupling devices, V κ - signal transit time through a coupling device,
Tsdx - maximal mögliche Verzögerungszeit, nach der ein aufgerufener Teilnehmer auf ein Aufruftelegramm antworten muß, und TBit ~ die Zeitdauer eines Bits bei der jeweils eingestellten Datenrate.Tsdx - the maximum possible delay time after which a called subscriber must respond to a request telegram, and T B it ~ the time duration of a bit at the data rate set in each case.
Die Slot-Zeit wird damit so projektiert, daß sie mindestens doppelt so groß ist, wie es für die Netzwerkausdehnung eigentlich notwendig wäre. Die Slot-Zeit ist dann auch größer als die maximale Verzögerung in einer optischen Linie, zu welcher der optische Doppelring in Figur 8 aufgespalten wird, wenn beispielsweise eine Störung auf Segment 236 festgestellt und das Segment 236 abgekoppelt wird.The slot time is thus configured in such a way that it is at least twice as long as would actually be necessary for the network expansion. The slot time is then also greater than the maximum delay in an optical line at which the optical double ring in FIG. 8 is split up, for example if a fault is detected on segment 236 and segment 236 is decoupled.
Um zu gewährleisten, daß bei erneutem Freischalten eines gesperrten Segments nach Wegfall der Störung keine Telegramme im Netzwerk umlaufen, müssen die beteiligten Koppelgeräte eine GAP-Abfrage eines aktiven Teilnehmers und danach das Verstreichen der halben Slot-Zeit abwarten. Nach Empfang eines GAP-Abfragetelegramms muß zusätzlich die halbe Slot- Zeit abgewartet werden, da bei einer GAP-Abfrage an einen im Netzwerk vorhandenen Teilnehmer dessen Antworttelegramm vor Ablauf der halben Slot-Zeit das Koppelgerät erreichen würde. Wenn kein Antworttelegramm nach einer GAP-Abfrage innerhalb der halben Slot-Zeit beim Koppelgerät eintrifft, muß es sich um eine GAP-Abfrage an einen nicht vorhandenen Teilnehmer gehandelt haben und es sind mit Sicherheit keine Telegramme im Netzwerk unterwegs. Durch diese Vorgehensweise werden bei der Ankopplung von Segmenten nach Wegfall der Störung krei- sende Telegramme im optischen Doppelring vermieden. Da die Koppelgeräte 221 ... 226 die Slot-Zeit nur bei GAP- Abfragen aktiver Teilnehmer an im Netzwerk nicht vorhandene Teilnehmer messen können, wird die HSA (Highest Station Adress) der aktiven Teilnehmer so projektiert, daß während des Betriebs GAP-Abfragen an mindestens einen nicht vorhandenen Teilnehmer erfolgen. Damit die Slot-Zeit ausschließlich anhand derartiger GAP-Abfragen ermittelt wird, erfolgen die Messungen nur zwischen zwei Aufruftelegrammen mit Acknowledge oder zwischen einem Aufruftelegramm mit Acknowledge und einem Token-Telegramm. Damit eine automatische Anpassung der gemessenen Slot-Zeiten bei Änderungen des Netzwerks erfolgt oder damit Fehlmessungen korrigiert werden können, werden die Slot-Zeit-Messungen fortwährend während des Betriebs vorgenommen. Die Messung erfolgt mit einem Slot-Zeit-Zähler, der die Anzahl der Bitzeiten zwischen dem Telegrammende einesTo ensure that when a blocked segment is activated again, no telegrams circulate in the network after the fault ceases to exist, the coupling devices involved must wait for a GAP query from an active subscriber and then wait for half the slot time to elapse. After receipt of a GAP query telegram, half the slot time must also be waited for, since a GAP query to a participant in the network would send the reply telegram to the coupling device before half the slot time. If no reply telegram arrives at the coupling device within half the slot time after a GAP query, it must have been a GAP query to a non-existent subscriber and there are certainly no telegrams in the network. This procedure avoids telegrams in the optical double ring when segments are connected after the fault has been eliminated. Since the coupling devices 221 ... 226 can only measure the slot time in the case of GAP queries by active subscribers to subscribers not present in the network, the HSA (Highest Station Address) of the active subscribers is configured such that GAP queries are received during operation at least one non-existent participant. So that the slot time is determined exclusively on the basis of such GAP queries, the measurements are carried out only between two call telegrams with acknowledge or between a call telegram with acknowledge and a token telegram. In order for the measured slot times to be automatically adjusted when the network changes or for incorrect measurements to be corrected, the slot time measurements are carried out continuously during operation. The measurement is carried out with a slot time counter, which is the number of bit times between the end of a telegram
Aufruftelegramms mit Acknowledge und dem Telegrammanfang des Folgetelegramms zählt. Die ermittelte Slot-Zeit wird in einem Slot-Zeit-Merker in der Slot-Zeit-Ermittlung 51 (siehe Figur 4) gespeichert. Als Anfangswert nach einem Neustart des Netzwerks wird der Slot-Zeit-Merker in den Koppelgeräten auf einen Default-Wert gesetzt, der dem höchsten einstellbaren Wert entspricht. Nach jeder gültigen Messung wird der Slot- Zeit-Merker mit dem neuen Meßwert überschrieben.Call telegram with acknowledge and the beginning of the next telegram counts. The determined slot time is stored in a slot time flag in the slot time determination 51 (see FIG. 4). As the initial value after a restart of the network, the slot time flag in the coupling devices is set to a default value that corresponds to the highest adjustable value. After each valid measurement, the slot time marker is overwritten with the new measured value.
Aktive Teilnehmer sind dabei Teilnehmer, die sich im logischen Token-Ring des Netzwerks befinden und somit den Token annehmen und an den nächsten aktiven Teilnehmer im logischen Token-Ring weiterreichen können. Der jeweilige Token-Inhaber hat die Sendeberechtigung am Netzwerk. Im Gegensatz dazu können passive Teilnehmer den Token nicht aufnehmen. Sie senden lediglich Antworttelegramme, wenn sie dazu von einem Token-Inhaber durch ein Aufruftelegramm aufgefordert wurden. Active participants are participants who are in the logical token ring of the network and thus accept the token and can forward it to the next active participant in the logical token ring. The respective token holder is authorized to send to the network. In contrast, passive participants cannot accept the token. They only send response telegrams when they have been requested by a token holder by means of a request telegram.

Claims

Patentansprüche claims
1. Netzwerk mit mehreren Teilnehmern, das in mehrere durch zumindest ein Koppelgerät miteinander verbundene Segmente unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koppelgerät (23) Mittel (63, 64, 73, 78) aufweist, um eine Verfälschung eines Telegramms durch Störungen auf einem Segment (16) zu erkennen und um nach Erkennen eines Fehlers eine Weiterleitung auf dem Segment (16) empfangener Telegramme auf ein anderes Segment (17) zu sperren.1. Network with a plurality of subscribers, which is divided into a plurality of segments connected to one another by at least one coupling device, characterized in that a coupling device (23) has means (63, 64, 73, 78) to prevent a telegram from being distorted by interference on a Detect segment (16) and to block the forwarding of received telegrams received on segment (16) to another segment (17) after detection of an error.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Koppelgerät (23) auf dem anderen Segment (17) empfangene Telegramme auf das eine Segment (16) weitergeleitet werden, unabhängig davon, ob die Weiterleitung von Telegrammen in entgegengesetzter Richtung gesperrt ist.2. Network according to claim 1, characterized in that received by the coupling device (23) on the other segment (17) telegrams to the one segment (16), regardless of whether the forwarding of telegrams is blocked in the opposite direction.
3. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterleitung erst nach Feststellen einer vorgebbaren Anzahl von Fehlern gesperrt wird.3. Network according to claim 1 or 2, characterized in that the forwarding is blocked only after determining a predetermined number of errors.
4. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (78) zur Erkennung einer Telegrammverfälschung derart ausgebildet sind, daß ein Fehler erkannt wird, wenn in einem empfangenen Telegramm ein Signalpegel länger als eine vorgebbare Zeit erhalten bleibt.4. Network according to one of the preceding claims, characterized in that the means (78) for detecting a telegram corruption are designed such that an error is detected when a signal level is maintained in a received telegram for longer than a predeterminable time.
5. Netzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, daß ein Fehler erkannt wird, wenn in einem empfangenen Telegramm der Signalpegel für 13 Bitzeiten in Folge auf einem Low-Pegel bleibt.5. Network according to claim 4, characterized in that an error is recognized when the signal level in a received telegram remains at a low level for 13 consecutive bit times.
6. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Mittel (78) zur6. Network according to one of the preceding claims, characterized in that the means (78) for
Erkennung einer Telegrammverfälschung derart ausgebildet sind, daß ein Fehler erkannt wird, wenn in einem empfangenen Telegramm mehr als eine vorgebbare Anzahl von Zeichen enthalten sind.Detection of a telegram corruption are designed in such a way that an error is recognized when received in a Telegram more than a specifiable number of characters are contained.
7. Netzwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- n e t , daß ein Fehler erkannt wird, wenn in einem empfangenen Telegramm mehr als 262 Zeichen enthalten sind.7. Network according to claim 6, characterized in that an error is detected if more than 262 characters are contained in a received telegram.
8. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Koppelgerät (22) Mittel (69) aufweist, um zu einem Telegramm, das von einem ersten Segment (15) auf ein zweites Segment (16) weiterzuleiten ist, unabhängig von einer möglicherweise vorhandenen, auf dem ersten Segment (15) gültigen Kontrollinformation eine auf dem zweiten Segment (16) gültige Kontroll- Information zu senden, die an das Telegramm angepaßt ist, das auf dem zweiten Segment (16) gesendet wird, so daß durch ein an das zweite Segment angeschlossenes zweites Koppelgerät (23), das zumindest das zweite Segment (16) und ein drittes Segment (17) miteinander verbindet, die Kontrollinformation zur Beurteilung der Übertragungsqualität auf dem zweiten Segment (16) auswertbar ist.8. Network according to one of the preceding claims, characterized in that a first coupling device (22) has means (69) to a telegram, which is to be forwarded from a first segment (15) to a second segment (16), regardless of a possibly existing, on the first segment (15) valid control information to send a valid on the second segment (16) control information that is adapted to the telegram that is sent on the second segment (16), so that by second coupling device (23) connected to the second segment, which connects at least the second segment (16) and a third segment (17) to one another, the control information for assessing the transmission quality on the second segment (16) can be evaluated.
9. Netzwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Koppelgerät (23) Mittel (63) aufweist, um für ein auf dem zweiten Segment empfangenes Telegramm eine Kontrollinformation zu erzeugen, die erzeugte Kontrollinformation mit einer empfangenen Kontrollinformation zu vergleichen und bei Abweichen der Kontrollinformationen einen Fehler anzuzeigen.9. Network according to claim 8, characterized in that the second coupling device (23) has means (63) to generate control information for a telegram received on the second segment, compare the generated control information with received control information and if the Control information to indicate an error.
10. Netzwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Koppelgerät (23) Mittel (64, 71, 73,10. Network according to claim 9, characterized in that the second coupling device (23) means (64, 71, 73,
78) aufweist, um bei Abweichen der Kontrollinformationen eine Weiterleitung auf dem zweiten Segment (16) empfangener Tele- gramme auf das dritte Segment (17) zu sperren. 78) in order to block the forwarding of telegrams received on the second segment (16) to the third segment (17) if the control information deviates.
11. Netzwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontrollinformation ein CRC(Cycl"ic Redundancy Check) -Prüfzeichen nach dem Ende des Telegramms auf das zweite Segment (16) gesendet wird.11. Network according to one of claims 8 to 10, characterized in that a CRC (Cycl " ic redundancy check) test character is sent to the second segment (16) as control information after the end of the telegram.
12. Netzwerk nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das CRC-Prüfzeichen fünf Bit umfaßt.12. Network according to claim 11, characterized in that the CRC test character comprises five bits.
13. Netzwerk nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Telegramm um ein zusätzliches Stop-Bit13. Network according to claim 11 or 12, characterized in that the telegram by an additional stop bit
(34) ergänzt wird und daß unmittelbar nach dem zusätzlichen Stop-Bit (34) die Kontrollinformation (35 ... 39) gesendet wird.(34) is added and that the control information (35 ... 39) is sent immediately after the additional stop bit (34).
14. Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrung der Weiterleitung aufgehoben wird, wenn auf dem Segment (11, 12, 13) eine vorgebbare Anzahl fehlerfreier Telegramme empfangen wurde .14. Network according to one of the preceding claims, characterized in that a blocking of the forwarding is lifted when a predeterminable number of error-free telegrams has been received on the segment (11, 12, 13).
15. Netzwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrung der Weiterleitung aufgehoben wird, wenn eine Überprüfung der Übertragungsqualität auf dem zweiten Segment (16) durch Sondertelegramme, die über das zweite Segment (16) von dem ersten Koppelgerät15. Network according to one of claims 10 to 14, characterized in that a blocking of the forwarding is lifted when a check of the transmission quality on the second segment (16) by special telegrams via the second segment (16) from the first coupling device
(22) zu dem zweiten Koppelgerät (23) und umgekehrt übertragen werden, eine gute Übertragungsqualität ergibt.(22) to the second coupling device (23) and vice versa, good transmission quality results.
16. Netzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sperrung der Weiterleitung aufgehoben wird, wenn für eine vorgebbare Zeitdauer auf einem gesperrten Segment (11, 12, 13) keine Telegramme empfangen wurden.16. Network according to one of claims 1 to 14, characterized in that a blocking of the forwarding is lifted if no telegrams have been received on a blocked segment (11, 12, 13) for a specifiable period of time.
17. Koppelgerät zur Verbindung zweier Segmente in einem Netzwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgerät Mittel (63, 64, 73, 78) aufweist, um eine Verfälschung des Telegramms durch Störungen auf einem Segment (16) zu erkennen und um nach Erkennen eines Fehlers eine Weiterleitung auf dem Segment (16) empfangener Telegramme auf ein anderes Segment (17) zu sperren. 17. Coupling device for connecting two segments in a network according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling device means (63, 64, 73, 78) in order to detect a falsification of the telegram due to interference on one segment (16) and to block forwarding of telegrams received on the segment (16) to another segment (17) after detection of an error.
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