CN101401364A - 具有对临界状态的可靠获取的数据传输和处理系统 - Google Patents
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Abstract
一种数据传输和处理系统，包括至少一个输入用户(1)；控制单元(4)，用于接收和处理输入用户(1)的数据；和用于在接收用户(1)和控制单元(4)之间传输数据的传输装置(3)。输入用户(1)循环地提供输入数据值(Z0、Z1…Zx)以供调用，传输装置(3)循环地调用输入数据值(Z0、Z1…Zx)，输入数据值(Z0、Z1…Zx)被传送给控制单元(4)，以在处理之后作为输出数据(A0、A1…Ax)发送给至少一个输出用户(2)。在输入用户(1)中设置具有监控电路(12，15)的参数化装置(5)，用于将表征临界状态的输入数据值标记为临界数据值(FZ1)。在出现这种临界状态时仅仅相应的临界数据值(FZ1)还被提供用于传输，并被一直传输，直到确定控制单元(4)接收到该临界数据值(FZ1)。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据传输和处理系统，其包括至少一个输入用户、用于接收和处理数据的控制单元、和在输入用户和控制单元之间传输数据的传输装置。输入用户形成循环的数据值，该数据值被传送给控制单元，以便在控制单元处作为输出数据值传送给输出用户。本发明还涉及用于可靠地处理临界状态的方法。
背景技术
在过程控制装置中，存在中央控制单元和多个分散的现场设备，它们通过总线系统互相连接。对于现场设备，可以分为例如收集测量值的输入现场设备和例如输出执行器控制信号的输出测量设备。输入现场设备可以被构造为使得其接收循环的数据值，并将该接收数据通过总线系统提供给控制单元。如果总线用户的数量非常大，则单个输入现场设备作为总线用户仅在短暂的循环时间内将所提供的数据传送给控制单元。如果现场设备的输入数据比总线系统所能够实现的对该数据值的取动作更快地改变，则出现数据损耗。这同样适合于输入数据仅在短的时间内存在于过慢的总线系统上的情形。
对于过程控制装置，重要的是快速准确地获取描述过程状态的测量值。尤其在安全技术中，不允许发生使安全要求成为必需的被测量状态丢失。但是，即使在标准技术中，也可能存在虽然只在短的时间内存在、但是必须一定在控制装置中被处理的输入信息。在这样的情况下，对传输系统提出更高的要求，即必须使用传输速度被提高的总线系统，或者总线用户的数量必须减少。而且，使用更快的控制系统可能也是比需的。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种具有至少一个输入用户或现场设备、控制单元和传输设备的数据传输和处理系统，其中涉及现场设备中的临界状态的临界数据值以更高的安全性被传输到控制单元。
所提出的任务是通过如权利要求中所给出的特征和措施实现的。
详细地，除了该至少一个输入用户或现场设备、控制单元和传输设备之外，数据传输和处理系统还包括参数化设备，其在该至少一个输入用户或现场设备中有效，以便将某数据值标记为临界状态。如果这些临界状态出现，并且被输入用户或现场设备确定为临界数据值，则这些临界数据值会一直被提供用于传输，直到确保这些临界数据值已经被传送到控制装置。这可以通过不同的方式实现。控制装置可以通过应答信号来确认数据传送发生。还可能的是，如果传输装置(大多为总线系统)根据安全要求而延长可靠输入设备中数据的提供时间，则没有应答信号也行。该在输入用户和控制单元之间采取的措施还可以相应地应用于控制单元和输出部分之间。
附图说明
借助附图描述本发明的实施例。在此示出：
图1示出数据传输和处理系统的结构图，
图2示出第一工作模式，
图3示出第二工作模式。
具体实施方式
数据传输和处理系统包括一系列现场设备，其中示出了输入现场设备作为输入用户1、输出现场设备作为输出用户2。总线3形成现场设备和控制单元4之间的数据传输设备。此外，还设置参数化装置5，其在现场设备1和控制单元4中处理数据时提供参数值。
现场设备1具有输入存储器11、处理逻辑12和从接通装置13。此外，还设置用于特定的参数化数据的存储器15。输入存储器11被设置用于循环地读入输入数据Z0、Z1至Zx，其中输入数据反映待监控的状态。输入数据在处理逻辑12中被处理，并且在此过程中与存储器15的参数数据组比较。经过这样处理的输入数据被传送到从接通装置13，并被提供用于通过传输设备3传输。
“用于参数化数据的存储器”应当被广泛地一般性地理解，不仅包括用于可编程存储器的“软件”，还包括也可以被包括在处理逻辑12中的“固件”。在此，输入数据Z0、Z1...Zx以数字形式存在，并且涉及临界状态的临界数据可以具有特定的地址字段，例如为零。
控制单元4包括主接通装置41、处理逻辑42和用于参数化数据的存储器45。主接通装置41通过传输设备3与从接通装置13连接，并接收输入数据Z0至Zx的数据值。数据值在处理逻辑42中被处理为控制命令，该控制命令被称为输出数据A0、A1...Ax，并通过传输设备3馈送到现场设备2。
输出现场设备2与输入现场设备2对称地构造，并包括输出存储器21、处理逻辑22和从接通装置23。可以看出，现场设备2中的数据流方向与现场设备1中的相反。
输入现场设备1和输出现场设备2可以通过在现场设备1/2中共同使用从接通装置13/23和处理逻辑12/22而相互结合，其中只有输入电路11和输出电路21彼此分离，以便相应地控制他们的功能。
参数化装置具有用于所有参数化数据的中央存储器，并且假定控制单元4的存储器45被用作该中央存储器。从中央存储器出发，特定的参数化数据被馈送给各个输入现场设备并被存储，以便在数据传输和处理系统运行时被使用。参数化数据可以作为位组合被存储。
借助图2和图3的示意图解释数据传输和处理系统的运行流程。最上面的水平行表示图1的设备部件。垂直行可以说是时间轴。假设，通过使用所存储的参数值，为控制装置4设置安全的控制程序。然后，应用者借助于参数化设备定义临界状态FZ1、FZ2...，这些临界状态涉及安全的输入用户或现场设备1。随着系统的启动，安全的输入用户或现场设备1循环地将输入数据Z0、Z1...Zx读入到输入存储器11中。这些数据被传送到控制单元4，如通过图2或图3的列1和列4之间的箭头所示出的。随着数据值Z0的到达，控制单元4启动循环的控制程序420，其通过沿线段4的矩形来表示。
在图2的工作模式中，输入数据的获取与总线3同步，相反，控制单元4的控制程序与总线3异步地实现。示出了这样的情况，即控制程序的持续时间比各输入数据之间的时间距离更长。这意味着，输入数据Z1、Z2、Z3保持不被考虑。随着输入数据Z4的到达，启动新的控制程序4Z4。时间上重叠地，输入数据Z6到达输入用户1，这些数据表示临界状态FZ1。此后，输入用户1只还将临界输入数据FZ1发送到控制单元4。控制单元4首先还参与处理输入数据Z4。在处理Z4之后，临界输入数据FZ1变为有效，并启动处理循环4FZ1。同时，对FZ1的应答信号被从控制单元4发送回输入用户1，由此，临界输入数据FZ1的输出结束，并继续当前存在的输入数据Z10、Z11、Z12的输出。随着程序循环4FZ1的执行，逻辑结果作为输出数据值f(FZ1)被从控制单元4传送到输出现场设备2，以便在输出现场设备2处基于输出数据A0、A1...Ax引入动作。
图2仅示出一个实施例。在该实施例中，输入数据Z0、Z1...Zx的传输同步进行。此外，各控制程序4Z0、4Z4等的循环执行进行得比各输入数据Z0、Z1等的到达更慢。
在图3的工作模式中，现场设备1中的输入处理以及控制单元4中的控制程序都与传输循环异步地进行。因此，在4Z0之后，控制程序4Z1等被启动，除非输入用户1发送出临界输入数据FZ1。然后，临界处理循环4FZ1被执行，这导致发送应答信号到输入用户1，以及发送输出数据值f(FZ1)到输出用户2。
在将特定总线结构作为传输设备3使用时，可以不需要明确的应答。在这样的将传输设备3实施为总线构造中，输入用户1可以借助于所传送的消息中顺序号连续增大了特定数量的计数步长，来准确地确定用于临界状态的数据组是否到达控制单元。此外，在该总线的情况下，运行控制单元，使得控制程序总是在两次传输之间被执行。因此，保证临界数据值组被控制单元的控制程序处理。
利用图2示出了对现场设备1的输入数据的获取与总线3同步。但是，还可以与总线3的运行方式同步地执行控制单元4的控制程序。同时还可以只将控制单元4与总线3同步，而现场设备1的输入数据的获取与总线3异步地运行。
延长临界数据的提供时间的原理还可以应用于输出用户2。于是，在图2或图3中，输出数据值f(FZ1)的发送一直持续，直到从输出用户2到控制单元4的应答信号被接收到为止。
在某些安全总线系统中，不需要额外的措施来延长临界数据的提供时间，因为在那里，更安全的应用模块(控制软件中的功能模块)负责从应用者到控制单元的响应通过执行控制而进行。
作为现场设备和控制单元之间的传输设备，除了现场总线设备之外，也可以考虑以太网设备。
Claims (19)
1.一种数据传输和处理系统，包括：
至少一个输入用户(1)；
控制单元(4)，用于接收和处理输入用户(1)的数据；
用于在所述接收用户(1)和所述控制单元(4)之间传输数据的传输设备(3)；
其中所述输入用户(1)循环地提供输入数据值(Z0、Z1...Zx)以供调用，所述传输设备(3)循环地调用所述输入数据值(Z0、Z1...Zx)，其中所述输入数据值(Z0、Z1...Zx)被传送到所述控制单元(4)，以便在处理之后作为输出数据(A0、A1...Ax)被发送到至少一个输出用户(2)；
其特征在于，
在所述输入用户(1)中设置具有监控电路(12，15)的参数化装置(5)，用于将表征临界状态的输入数据值标记为临界数据值(FZ1)，和
在出现这种临界状态时，仅仅相应的临界数据值(FZ1)还被提供用于传输，并且被一直传输，直到确定所述控制单元(4)已经接收到所述临界数据值(FZ1)为止。
2.根据权利要求1所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述输入用户(1)是输入现场设备，其中所述输入现场设备具有用于提供输入数据值(Z0、Z1...Zx)的输入存储器(11)、和用于将所提供的数据与所述临界数据值(FZ1)进行比较的处理逻辑(12)。
3.根据权利要求2所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述输入现场设备(1)在输出端具有从接通装置(13)，其中所述从接通装置通过所述传输设备(3)与所述控制单元(4)的主接通装置(41)连接。
4.根据权利要求3所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述控制单元(4)具有用于产生输出数据值(A0、A1...Ax)的处理逻辑(42)，并且所述主接通装置(41)被设置用于接收所传送的数据值以及输出所述输出数据值。
5.根据权利要求1至4之一所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述控制单元(4)包括用于在接收到临界数据值(FZ1、FZ2...)时计算临界输出数据值(f(FZ1))并反复地发送到所述输出用户(2)，直到确定所述输出用户(2)已经接收到所述临界输出数据值(f(FZ1))为止的装置。
6.根据权利要求5所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述输出用户(2)具有用于在接收到临界输出数据值(f(FZ1))时形成应答并将所述应答发送回所述控制单元(4)的装置。
7.根据权利要求1至6之一所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述输出用户(2)是输出现场设备，其中所述输出现场设备具有用于将所述控制单元(4)所传递的输出数据值(A0、A1...Ax)传送到输出存储器(21)的处理逻辑(22)。
8.根据权利要求7所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述输出现场设备(2)在输入端具有从接通装置(23)，其中所述从接通装置(23)通过所述传输设备(3)与所述控制单元(4)的主接通装置(41)连接。
9.根据权利要求1至8之一所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述传输设备(3)是现场总线。
10.根据权利要求9所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述现场总线(3)将中央控制单元(4)与多个现场设备连接，所述现场设备被构造为输入现场设备(1)和输出现场设备(2)，或被构造为组合的现场设备。
11.根据权利要求1至10之一所述的数据传输和处理系统，其特征在于，所述参数化装置(5)具有用于所有参数化数据的中央存储器(45)、和至少一个用于特定参数化数据的分布式存储器(15)，其中所述特定参数化数据被适配用于各自相应的现场设备。
12.一种用于保护临界数据值的数据传输和处理的方法，其中所述临界数据值来自输入用户(1)，所述方法包括以下步骤：
a)将输入数据(Z0、Z1...Zx)按照时钟地或循环地传递给多个输入用户中相应的输入用户(1)；
b)存储所述输入数据(Z0、Z1...Zx)，以便按照时钟地或循环地调用；
c)将所述输入数据(Z0、Z1...Zx)与参数化数据进行比较，以确定临界数据值(FZ1)；
d)如果没有临界数据值(FZ1)被确定，则将所述输入数据(Z0、Z1...Zx)传送到控制单元(4)；
e)如果出现临界数据值(Z6＝FZ1)，则中断对连续传递的输入数据的存储，并一直传送所述临界数据值(FZ1)到所述控制单元(4)，直到确定所述控制单元(4)已经接收到所述临界数据值为止。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述控制单元(4)在接收到临界数据值(FZ1)时向所述临界数据值所来源自的输入用户(4)发送应答信号。
14.根据权利要求12的方法，其特征在于，每个输入用户(1)为了传输输入数据(Z0、Z1...Zx)而连接到现场总线(3)，并且预定计数步长的经过被估计为控制单元(4)中接收到临界数据值(FZ1)。
15.根据权利要求12至14之一的方法，其特征在于，所述控制单元(4)在预定的循环中从所传送的输入数据(Z0、Z1...Zx)中产生输出数据，并通过现场总线(3)将所述输出数据传送到输出现场设备(2)。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，所述控制单元(4)在接收到临界数据值(FZ1、FZ2...)时计算临界输出数据值(f(FZ1))，并反复地发送到所述输出用户(2)，直到确定所述输出用户(2)已经接收到所述临界输出数据值(f(FZ1))为止。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述输出现场设备(2)在接收到临界输出数据值(f(FZ1))时将应答信号发送回所述控制单元(4)。
18.根据权利要求12至17之一的方法，其特征在于，所述输入数据(Z0、Z1...Zx)是在输入现场设备(1)中所获得的测量数据。
19.根据权利要求15至18之一的方法，其特征在于，所述输出数据(A0、A1...Ax)是用于输出现场设备(2)的执行器数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121017 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |