CN102347897A - 用于对外围数据进行数据交换的方法和子模块 - Google Patents

用于对外围数据进行数据交换的方法和子模块 Download PDF

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Abstract

为了在用于和主模块(20)对外围数据进行数据交换的子模块(21)中加速从分散的外围设备的输入/输出数据到上级的复制过程而提出，在这种子模块(21)的操作系统(30)中装入一种传输装置(33)。

Description

用于对外围数据进行数据交换的方法和子模块
技术领域
本发明涉及一种用于在主模块和子模块之间对外围数据进行数据交换的方法，其中外围单元连接在子模块上并且通过外围单元读入或输出数据，该方法具有以下步骤： 
-确定外围传输数据记录，其中外围传输数据记录具有外围单元的第一地址范围和主模块的第二地址范围， 
-在第二地址范围中映像出存在于第一地址范围中的外围数据和/或反过来在第一地址范围中映像出存在于第二地址范围中的外围数据。 
此外本发明涉及一种用于和主模块对外围数据进行数据交换的子模块，该子模块包括：操作系统；用于完成控制任务的应用程序；接口，该接口设计用于从外围单元读入数据和/或将数据输出给外围单元。 
背景技术
在现场总线的领域中、例如Profibus DP中，已经公开了多种方法和控制系统，其中上级的控制器和现场总线连接并且该现场总线又和自动化单元连接，该自动化单元是分散的外围设备。自动化单元通常设计为输入/输出组件，并且可以在自动化设备中在当地在机械上直接与传感器和执行机构连接。这些分散的输入/输出组件可 以直接连接在主模块上或通过子模块连接在主模块上。在后一种配置中，调试者在这样的自动化设备中面临一个问题，即分散的外围设备的输入/输出地址相应地显示在主模块中的地址范围上。为此根据现在已知的现有技术在子模块的应用程序中借助于复制机构进行分配，其中应用程序例如设计为循环执行的SPS程序。此外在应用程序中提供了所谓的功能模块例如DB-Send和DB-Receive。输入/输出单元的外围数据由子模块读入并且存储在数据模块中，其中在主模块中进行地址范围的分配，并且这样分配的地址范围或其数据内容利用发送命令发送到主模块。因为应用程序复制了分散的外围设备的输入/输出数据，并且通过数据接口提供给上级的主模块，因此主模块附加地承载了计算消耗。在可编程控制器的执行周期中，这种附加的负载进行了应用程序的运行时间。这种应用周期的运行时间决定性地负责用于输入/输出数据的实现性。工业自动化设备设计带有自动化装置，该自动化装置将分散的外围数据传输给上级的主模块，对于具有这种自动化设备的设备操作者来说，基于优化的控制过程，重要的是在“正确的”时间点获取外围数据。此外对于设备操作者值得期望的是，应用程序并不进行不必要的复制任务。 
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于数据交换的方法，其中为应用程序减负。本发明的目的还在于提出一种用于和主模块对外围数据进行数据交换的子模块，这样设计该子模块，即该子模块能实现使为应用程序减负。 
对于开头所述的方法由此实现该目的，即产生包括外围传输数据记录的复制列表，其中外围传输数据记录分配有数据区说明和方向说明，然后将复制列表存储在子模块中，并且在操作系统中装入 传输装置，其中传输装置访问复制列表并且根据外围传输数据记录将外围数据分配给相应的地址范围。借助于该方法实现了复制周期在子模块的操作系统中的移动并且因此和运行在子模块中的应用程序无关。不再由于外围数据的复制任务而使得应用周期推迟。在本发明的另一个实施方式中，在子模块中提供存储区，该存储区由外围传输数据记录中得出并且利用存储区提供用于将外围数据传输到主模块并且从主模块中传输出外围数据的数据接口。通过存储区限定的数据接口可以看作子模块中的一种传输区域。在该传输区域中可以存储输入数据、输出数据或输入/输出数据的混合数据类型的外围数据，任意的数据接口和可预定长度的外围数据。数据结构和长度然后相应于例如在外围单元上占主导地位的数据结构。此外，数据接口设计用于在复制时显示可能的外围访问错误。外围访问错误此外例如通过在PROFINET IO-协议中通用的有效数据伴随者(IOPS和IOCS)来显示，因此上级的控制器或者说主模块获得关于下级外围设备的访问问题的信息。 
在另一个实施方式中，为复制列表附加提供优先级列表，该优先级列表通过传输装置优先地进行处理以用于时间关键的数据。在外围单元中可以例如中断重要的记录和/或警报，必须尽可能快地对这些记录和/或警报作出反应。如果在优先级列表中例如存储了这种类型的警报，那么传输装置设计用于优先地处理这种时间关键的警报。 
有利的也在于，在子模块中运行的应用程序可以访问被交换的外围数据。 
在另一个适合的方法步骤中，利用配置工具产生复制列表，其中利用配置工具访问涉及主模块和下级的子模块的物理结构的配置数据，其中外围单元划分为在中央分配给子模块的外围单元和从 中央分散开地分配给子模块的外围单元。为了在组合设备中配置自动化组件的物理的配置，已经提供了配置工具。该配置工具有利地在工艺技术方面加以改进，因此可以在中央的或分散的组件的主模块、子模块中对用户的相应配置进行规划。 
在装置方面，开头提到的目的通过一种和主模块对外围数据进行数据交换的子模块来实现，在此，子模块包括：操作系统；用于完成控制任务的应用程序；接口，该接口设计用于从外围单元读入数据和/或将数据输出给外围单元，子模块的特征在于，在操作系统中存在装入的传输装置，其中传输装置设计用于访问复制列表并且在子模块和主模块之间进行数据交换，由此能实现为应用程序减负。对于设备操作者和必须对具有这样的子模块的相应设备进行规划的设计者来说得到以下优点： 
用户可以简单地将用于交换数据的“透明”外围设备配置成主模块。因为不再委托应用程序用于执行外围数据的复制任务，因此提高了应用程序的性能。数据的现实性因此同样提高。通过将传输装置装入在操作系统中，由此可以使复制周期比在应用程序中更快地进行。 
优选地，子模块设计具有：用于将外围数据传输到主模块并且进行反向操作的数据接口；复制列表，其中在该复制列表中包括外围传输数据记录，并且其具有数据区说明和方向说明，并且该传输装置还设计用于根据复制列表在数据接口中提供外围数据。优选地，数据接口设计为在子模块中能预定的存储区。 
在另一个实施方式中，子模块具有用于连接外围单元的内部接口，外围单元在中央分配给子模块。子模块可以表现为具有集成的CPU的可扩展的分散的外围单元。在该可扩展的外围单元上可以根据使用情况插装附加的组件，用于输入和输出数据。 
在另一个实施方式中，子模块具有第二接口，该第二接口设计用于连接外围单元，该外围单元分散开地分配给子模块，其中第二接口设计为现场总线接口。 
优选地，子模块具有用于连接主模块的第一接口。该第一接口例如可以设计为用于Profinet、即用于工业以太网的IO接口，并且第二接口例如可以设计为Profibus DP接口。 
为了对时间关键的信号或警报作出反应，子模块适合地具有优先装置，其设计用于访问优先级列表，并且相应于需要进行交换的时间关键的外围数据相应地控制传输装置，其中传输装置设计用于对优先级信号作出反应。 
附图说明
在附图中详细说明了本发明的一个实施例和其他优点。图中示出： 
图1是在总线组合中的主模块和子模块， 
图2是子模块，和 
图3是复制列表的结构。 
具体实施方式
根据图1描述了具有主模块20和子模块21的自动化设备。通过第一现场总线11将主模块20利用主模块接口20a连接到子模块21上，子模块21具有第一接口27用于连接在第一现场总线11上。利用第二接口28将子模块21连接到第二现场总线12上。第二现场总线12又与第三外围单元24和第四外围单元25连接，在此将 外围单元24，25视为相对于子模块21分散布置的外围单元。和分散的外围单元相反，子模块21具有第一外围单元22和第二外围单元23，作为相对于子模块21在中央布置的外围单元。外围单元22，23直接连接在子模块21上并且和子模块21分离的外围单元24，25通过第二现场总线12连接在子模块上，为了在主模块20和子模块21之间对外围数据进行数据交换而确定外围传输数据记录，其中该外围数据记录具有各个外围单元22，23，24，25的第一地址范围和主模块20的第二地址范围。外围传输数据记录41，42，43(参见图2)用于在第二地址范围中显示出在第一地址范围中占多数的外围数据和/或相反地显示。提供子模块中的数据接口26以用于进行这种显示。 
在图2中示意性地示出了由图1已知的子模块21。子模块21具有操作系统30、应用程序31、数据接口26、复制列表32、优先装置34和用于与外界通信的接口。接口一方面是内部接口29，其他外围组件可以在该内部接口处直接插装在子模块21上。第一接口27用于通过现场总线连接在上级。操作系统30控制子模块21的内部流程，优选地将子模块21设计为独立的可编程控制器。将取决于使用情况的应用程序31用于完成控制技术方面的任务。在该操作系统30中装入了传输装置，其设计用于访问复制列表32并且在子模块21和主模块20之间进行数据交换，由此能实现为应用程序减负。外围数据可以从子模块交换到主模块但也可以从主模块交换到子模块。在复制列表32中包括了多个外围传输数据记录41，42，43(参见图3)。这些外围传输数据记录又具有数据区说明41a，42a，43a和方向说明41b，42b，43b。此外传输装置33设计用于在数据接口中根据复制列表32中的说明提供外围数据。例如将用于IO控制器的槽、子槽和地址类型的说明记录在复制列表中。在子模块21中然后利用复制列表对于输入数据示出地址类型、开始地址、长度并且可能示出过程图形。对于输出数据，开始地址、长度和过 程图形在复制列表中同样相符。方向说明41b用于说明应将输入/输出数据复制到哪里。例如从子模块到主模块的方向说明是有效的方向说明。 
利用配置工具产生复制列表32。配置工具在此使用了在图1中示出的自动化结构的物理结构数据。适于外围单元22，...，25的是，它们可以或者相对于子模块在中央或相对于子模块分散开地布置。用户现在可以根据配置工具在外围设备中选择中央的或分散的外围单元、子模块、模块或组合区域，通过这种在程序技术方面实施的选择，为接口26提供了相应的传输区域。该接口和I-Device接口对于本领域技术人员是已知的。 
为设备用户给出了下列优点以用于利用配置工具进行规划： 
用户可以在I-Device接口处简单地配置透明的外围设备。外围传输区域的性能、即数据的“新鲜度”被优化并且不取决于复制周期，该复制周期通常可能设计在具有应用周期的应用程序中。 
图3示出了具有三个外围传输数据记录41，42，43的复制列表32。第一外围传输数据记录41具有第一数据区说明41a和第一方向说明41b。在复制列表32中为例如警报或特别的数据说明的时间关键的数据交换提供了优先级列表44。 

Claims (11)

1.一种用于在主模块(20)和子模块(21)之间对外围数据进行数据交换的方法，其中外围单元(22，23，24，25)连接在所述子模块(21)上并且通过所述外围单元读入或输出数据，所述方法具有以下步骤：
-确定外围传输数据记录(41，42，43)，其中所述外围传输数据记录具有所述外围单元(22，23，24，25)的第一地址范围和所述主模块(20)的第二地址范围，
-在所述第二地址范围中映像出存在于所述第一地址范围中的外围数据和/或反过来在所述第一地址范围中映像出存在于所述第二地址范围中的外围数据，
其特征在于，
-产生复制列表(32)，所述复制列表包括所述外围传输数据记录(41，42，43)，其中所述外围传输数据记录分配有数据区说明(41a，42a，43a)和方向说明(41b，42b，43b)，
-所述复制列表(32)存储在所述子模块(21)中，
-在操作系统(30)中装入传输装置(33)，其中所述传输装置(33)访问所述复制列表(32)并且根据所述外围传输数据记录(41，42，43)将所述外围数据分配给所述相应的地址范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述子模块(21)中提供存储区，所述存储区由所述外围传输数据记录(41，42，43)中得出并且利用所述存储区提供用于将所述外围数据传输到所述主模块(20)并且从所述主模块中传输出所述外围数据的数据接口(26)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为所述复制列表(32)附加提供优先级列表(44)，所述优先级列表通过所述传输装置(33)优先地进行处理以用于时间关键的数据。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在所述子模块(21)中运行的应用程序(31)访问被交换的所述外围数据。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，
-利用配置工具产生所述复制列表(32)，和
-利用所述配置工具访问涉及所述主模块(20)和下级的所述子模块(21)的物理结构的配置数据，
-其中所述外围单元(22，23，24，25)划分为在中央分配给所述子模块(21)的外围单元(22，23)和从中央分散开地分配给所述子模块(21)的外围单元(24，25)。
6.一种用于和主模块(20)对外围数据进行数据交换的子模块(21)，所述子模块包括：
-操作系统(30)，
-用于解决控制任务的应用程序(31)，
-接(28，29)，所述接口设计用于从外围单元(22，23，24，25)读入数据和/或将数据输出给所述外围单元(22，23，24，25)，
其特征在于
-在所述操作系统(30)中装入的传输装置(33)，
其中所述传输装置(33)设计用于访问复制列表(32)并且在所述子模块(21)和所述主模块(20)之间进行数据交换，由此能实现为所述应用程序(31)减负。
7.根据权利要求6所述的子模块，具有：用于将所述外围数据传输到所述主模块(20)并且进行反向操作的数据接口(26)；复制列表(32)，其中在所述复制列表(32)中包括外围传输数据记录(41，42，43)，并且所述外围传输数据记录具有数据区说明(41a，42a，43a)和方向说明(41b，42b，43b)，并且所述传输装置(33)还设计用于根据所述复制列表在所述数据接口中提供所述外围数据。
8.根据权利要求6或7所述的子模块，具有用于连接所述外围单元(22，23)的内部接口(29)，所述外围单元在中央分配给所述子模块(21)。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的子模块，具有用于连接所述外围单元(24，25)的第二接口(29)，所述外围单元从中央分散开地分配给所述子模块(21)，其中所述第二接口设计为现场总线接口。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的子模块，具有用于连接所述主模块(20)的第一接口(29)。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的子模块，具有优先级装置(34)，所述优先装置设计用于访问优先级列表(44)，并且相应于需要进行交换的时间关键的外围数据相应地控制所述传输装置，其中所述传输装置设计用于对优先级信号作出反应。
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