CN110663029A - 分布式处理过程数据 - Google Patents

Abstract

描述一种用于在本地总线(6)上分布式处理过程数据(P1、P2、P3)的方法，其中，本地总线(6)具有本地总线主控装置(3)和至少两个数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)，并且所述方法包括将带有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)从本地总线主控装置(3)经过本地总线(6)进行发送，在第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)上接收数据包(17)，通过第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)预处理至少一个过程数据(P3)，通过第一数据总线用户设备v(7a、7b、……、7n)将具有至少一个处理好的过程数据(P3a)的数据包(17)通过本地总线(6)发送到第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)上，在第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)上接收具有至少一个预处理好的过程数据(P3a)的数据包(17)并且通过第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)进一步处理至少一个预处理好的过程数据(P3a)。此外描述了相应的本地总线(6)和本地总线主控装置(3)。

Description

分布式处理过程数据

技术领域

本发明一般来说涉及过程数据的分布式处理，并且尤其涉及分布式处理在本地总线、尤其环型总线的数据总线用户设备上的过程数据。

背景技术

本地总线大多用在自动化系统中。总线系统并且特别是本地总线系统已成为现代自动化系统中必不可少的部分。自动化系统尤其用于控制工业设备、建筑物以及交通工具。对于控制自动化系统来说，大多需要多个传感器和执行器。这些传感器和执行器监视并且控制由系统执行的过程。一个自动化系统的不同的传感器和执行器在这种情况下经常也被称为自动化设备。

这些自动化设备可以直接与自动化系统的控制器连接，或者可以首先与输入模块和输出模块(经常也被称为I/O模块)连接。接着，这些模块又与控制器直接连接。

在此，自动化设备可以直接集成在I/O模块中，或者可以与这些I/O模块经由缆线或者无线地连接。

自动化系统的控制器通常借助一个或多个内存可编程的控制器、PLC实现。在此，PLC按等级地或者非中心地设置在自动化系统中。在此，在PLC中存在不同的性能级，从而PLC可以根据计算能力和存储能力承担不同的控制和调节。PLC在最简单的情况下具有输入端、输出端、运行系统(固件)和接口，通过它们可以加载用户程序。用户程序定义了应该如何根据输入切换输出。在这种情况下，输入端和输出端与自动化系统和/或I/O模块连接，并且可以借助在用户程序中寄存的逻辑监视或者控制由自动化系统执行的过程。在此，通过传感器实现过程的监视并且通过执行器实现过程的控制。这种控制器也可以被称为中央控制器或者中央单元，并且至少针对与控制器连接的一个自动化设备或者I/O模块承担控制。

不过，自动化设备与至少一个控制器直接连接或者I/O模块与至少一个控制器以并行接线的方式直接连接(亦即从每个自动化设备或每个I/O模块各布置一条线路以用于上级控制)是相当昂贵的。尤其是随着自动化系统的自动化程度的提高，在并行接线时增加了接线工作量。这在设计、安装、调试和维修时与高成本相关联。

因此，目前在自动化技术中大多使用总线系统，利用总线系统可以将自动化设备或者I/O模块连接到控制器上。为了进一步简化各个自动化设备或者I/O模块与总线系统的连接，目前经常借助专门的本地总线将各组自动化设备或者I/O模块上下连接成本地总线系统并且接着将该本地总线的至少一个用户设备与总线系统连接，该总线系统与控制器连接。在此，本地总线系统可以与用于与控制器连接的总线系统不同。

一组本地总线用户设备的与控制器的总线系统连接的用户设备经常也被称为本地总线主控装置。备选地，也使用本地总线系统的前端的名称。这种本地总线主控装置相对于其他本地总线用户设备来说包含其他的逻辑、电路和功能性，这些逻辑、电路或功能性对于连接到控制器的总线系统上来说是必需的。本地总线主控装置本身也可以包含PLC。这种用户设备也可以具有用于在两个总线系统之间转换的逻辑和电路。因此，本地总线主控装置也可以构造为网关或者总线转换器，并且负责将以其中一个总线系统的格式存在的数据转换成本地总线系统的格式，并且反之亦然。但是，大多不强制将本地总线主控装置专门用于将本地总线连接到上级的总线上。

通常使用的本地总线大多适配于自动化设备的或者I/O模块的特定的使用要求或者考虑到它们的特殊的硬件设计。在此，本地总线系统的自动化设备或者I/O模块的组大多形成自动化系统的用于执行在由自动化系统执行的过程中的特殊任务的分组。针对过程的在总线上交换的数据也经常被称为本地总线数据或者过程数据，因为这些数据包含用于调节或者控制由自动化系统执行的过程的信息。在此，这种数据还可以包括测量数据、控制数据、状态数据和/或其他信息。根据使用的总线协议，这些数据可以前置于其他数据(报头)或者附加在其他数据之后(尾部)。

所述其他数据可以包含关于数据的信息或者包含关于在本地总线上的内部通信的信息。在此，已知多种不同的信息，这些信息按照使用的总线协议前置于所述数据或者附加在所述数据之后。连接到本地总线上的本地总线用户设备也可以称为数据总线用户设备，因为这些数据在本地总线上交换。在此，数据总线用户设备用于控制或监视过程、尤其通过将控制信号例如输出给执行器和/或通过例如由传感器接收测量信号实现。数据总线用户设备将控制信号和/或测量信号转换成本地总线的数据或者反之亦然。

在此，环型总线是本地总线的一种专门的形式，例如由US 5472347已知。在环型总线中，数据总线用户设备、例如自动化设备或者I/O模块分别与它们直接相邻的数据总线用户设备连接并且将数据依次从一个数据总线用户设备继续传送给另一个数据总线用户设备。在本地总线上传输的数据也可以被称为本地总线数据。因此，不是同时向所有数据总线用户设备发送数据，而是依次发送，其中，一个数据总线用户设备从其上游的数据总线用户设备获得数据并且将数据继续传送给其下游的数据总线用户设备。数据总线用户设备可以在获得数据和继续传送之间处理获得的数据。当数据到达系列中的最后的数据总线用户设备时，再次将数据从最后的数据总线用户设备依次返回传送到第一个数据总线用户设备。在此，这种返回传送要么通过所有数据总线用户设备实现，要么在数据总线用户设备旁边借助旁路线实现。因此，环型总线具有数据的下行流和上行流。环型总线中的数据大多以数据包的形式传输，数据包经过所有数据总线用户设备。

在环型总线中将数据包从一个数据总线用户设备继续传递至另一个数据总线用户设备。在此，在每个给出的时间内，一个数据总线用户设备总是仅从其上游的数据总线用户设备接收数据包的一部分。于是，数据总线用户设备在继续传送包含在数据包的所接收的部分中的数据之前花费一定时间，所述数据总线用户设备需要这些时间来处理所述数据。如果数据总线用户设备仅使用限定的时间或工作时钟处理数据，直至需要继续传送所述数据，则限定可执行的处理。

因此，本发明的任务在于，提供一种方法和一种设备，利用所述方法和设备，可以利用过程数据进行复杂的处理，而不会使过程数据在相应的数据总线用户设备上保留的时间长于分配给数据总线用户设备以用于处理所述数据的事先确定的固定的时间或工作时钟。

发明内容

该任务利用独立权利要求的方法解决。

有利的实施方式在从属权利要求中描述。

按照本发明的方法用于在本地总线、尤其环型总线中利用本地总线主控装置和至少两个数据总线用户设备分布式处理过程数据，在此，所述方法包括将具有过程数据的数据包通过本地总线发送，其中，由本地总线主控装置发送数据包。在此，数据包优选原始由本地总线主控装置产生并且通过环型总线发送给数据总线用户设备。在产生时，本地总线主控装置将由控制器、例如PLC接收的过程数据嵌入数据包中。然而，数据包也可以包含来自本地总线主控装置本身的和/或控制器的过程数据。数据包也可以称为电报。数据包例如具有头部、净荷并且有利地具有校验和。在此，携带过程数据的数据包也可以被称为过程数据包。有利地，过程数据包不具有用于将过程数据传输给本地总线中的数据总线用户设备或者传输来自数据总线用户设备的过程数据的地址。在过程数据包中，过程数据例如这样设置，使得数据总线用户设备基于过程数据在过程数据包中的相应的位置、例如在所属的相关的数据块(1字节)内的一位或几位识别出属于相应的数据总线用户设备的过程数据。有利地，过程数据包具有标识符(IDE)，该标识符配属于该类型的数据包、亦即过程数据包并且能通过数据总线用户设备识别。过程数据也可以称为本地总线数据。

过程数据包例如可以在循环帧中通信。在此，循环帧例如可以定义为周期的(循环的)、优选等距的时隙，在所述时隙中，数据能在本地总线上传输。循环帧例如具有至少一个开始标识符(SOC)和用于传输数据的时域。在此，相继的循环帧的多个开始标识符(SOC)有利地时间上等距地相互间隔开。所谓的时域针对数据包的传输而设定。开始标识符(SOC)和数据包经由本地总线传输并且经过所有数据总线用户设备。开始标识符(SOC)能单独地、亦即作为独立的符号传输或者有利地包含在开始数据包(SOC-包)中。

在循环帧的时域内不传输、传输一个或者传输多个数据包。在循环帧中有利地插入空闲数据(Idle-Data)、特别是邻接至少一个数据包插入。有利地，数据包和/或空闲数据的传输引起在本地总线上的无中断的信号。这种信号能使数据总线用户设备实现针对所述信号在时间上同步。有利地，循环帧附加地具有帧尾。帧尾具有可变的长度并且在用于数据传输的、优选不超过下一个循环帧的随后的开始标识符(SOC)的时域之后。有利地，帧尾具有空闲数据。

在此，数据包和借此包含在内的过程数据逐步经过本地总线的各个数据总线用户设备。在数据包经过数据总线用户设备期间，所述数据总线用户设备可以处理包含在数据包内的过程数据。

按照本发明，第一数据总线用户设备接收数据包，即数据包的第一部分。数据包的该部分包含指定用于第一数据总线用户设备的过程数据。“指定”在上下文中意指，各个过程数据适用于，由指定使用它们的数据总线用户设备用于在刚好这个数据总线用户设备上例如执行控制、调节和评价。然而，第一数据总线用户设备也可以接收在数据包的第一部分中的、非指定用于该数据总线用户设备的过程数据，而所述过程数据指定用于本地总线中的下游的第二数据总线用户设备。亦即，所述过程数据指定用于第二数据总线用户设备，以便恰好在该数据总线用户设备上执行控制、调节和评价。

在此，数据包的由第一数据总线用户设备接收的部分例如可以仅包含指定用于第一数据总线用户设备的过程数据，或者包含指定用于第一数据总线用户设备的过程数据的一部分并且包含指定用于第二数据总线用户设备的过程数据的另一部分，或者仅包含指定用于第二数据总线用户设备的过程数据。

如果数据包的刚好接收的部分具有指定用于第二数据总线用户设备的过程数据，则按照本发明，第一数据总线用户设备执行对所述过程数据的预处理。在此，所述预处理的程度取决于，在第一数据总线用户设备需要将数据包或者数据包的该部分继续传送给第二数据总线用户设备之前，第一数据总线用户设备还有多少能力可供使用，即工作时钟或时间。供数据总线用户设备使用的时间相当于在接收和继续传送数据包之间的时间。当数据包的暂时处于第一数据总线用户设备中的部分不具有指定用于第一数据总线用户设备的过程数据时，即第一数据总线用户设备也不必进行处理时，第一数据总线用户设备的所有工作时钟都能自由用于预处理。在预处理之后，第一数据总线用户设备将数据包或者数据包的具有至少一个预处理的过程数据的暂时保留的部分通过本地总线发送给第二数据总线用户设备。在此，过程数据例如可以是多位，其中，单个的过程数据可以单独的一位。第一和第二数据总线用户设备不必在本地总线中直接相邻地设置。第一数据总线用户设备仅需要布置在第二数据总线用户设备上游，即在第二数据总线用户设备之间获取数据包或者数据包的包含待预处理的过程数据的部分，以便该第一数据总线用户设备可以在第二数据总线用户设备之前执行处理。

按照本发明的方法还包括，在第二数据总线用户设备上接收具有至少一个预处理好的过程数据的数据包并且通过该第二数据总线用户设备进一步处理所述至少一个预处理好的过程数据。这种进一步处理也可以包括针对在第二数据总线用户设备下游的另一个数据总线用户设备执行进一步的预处理。在这种情况下，第二数据总线用户设备成为第一数据总线用户设备并且执行针对第二数据总线用户设备的预处理。然而，所述进一步处理也可以包括，利用过程数据执行控制、调节或评价。

通过将过程数据的处理分布到多个数据总线用户设备上，得到对在本地总线上提供的资源的优化的使用，即对供数据总线用户设备使用的空闲的能力的最佳使用。在此，能针对数据总线用户设备通过上游的数据总线用户设备执行的预处理的复杂度与数据总线用户设备的数量及其空闲的能力直接成正比。从本地总线主控装置沿本地总线的下行方向设置的数据总线用户设备越多，可以针对所述数据总线用户设备通过上游的数据总线用户设备执行的预处理步骤就越多。与之相应地，本地总线的数据总线用户设备作为针对过程数据的处理的分布式的逻辑起作用。在此，本地总线在其构建期间就这样设计，使得需要较复杂地预处理其过程数据的数据总线用户设备比需要简单地预处理其过程数据的数据总线用户设备距离本地总线主控装置更远。通过分布式的处理，也可以使各个数据总线用户设备相当简单地设计，因为不必仅由一个数据总线用户设备单独完成复杂的处理，而是将处理分布到多个数据总线用户设备。这也导致本地总线中的同质化。不必将高性能的数据总线用户设备与低性能的数据总线用户设备组合，而是数据总线用户设备可以全部具有相同的性能。在此，以计算能力的形式评估性能。

在按照本发明的方法的一种优选的实施方式中，预处理包括通过第一数据总线用户设备将至少一个过程数据写入数据包。在此，到数据包中的写入可以在数据包的先前从中读取过程数据的相同的部分中进行或者在数据包的不同的部分中进行。如果将所述至少一个过程数据写入数据包的不同的部分中，则所述至少一个过程数据首先存储在第一数据总线用户设备中，直至数据包的该部分存在于要写入的第一数据总线用户设备中。然而，第一数据总线用户设备也可以写入数据包的相同的部分并且所述至少一个过程数据例如在不同的位置处写入数据包的该部分中。在此，要写入的过程数据由第一数据总线用户设备的存储器收集和/或原始由数据包读取，或者由第一数据总线用户设备的至少一个输入端获得，或者是先前提到的方式的组合。也可设想的是，从数据包读取至少一个过程数据，利用所述至少一个过程数据执行操作并且再次将至少一个处理好的过程数据在相同的位置处写入数据包的从中读取过程数据的部分中。

在按照本发明的方法的一种优选的实施方式中，所述方法进一步包括如下步骤：在写入所读取的至少一个过程数据之前存储所述过程数据。在此，存储器可以包括以各种方式保留所读取的至少一个过程数据。在此，重要的仅在于，数据总线用户设备可以访问至少一个读取的过程数据，即可以访问存储器。相应地，所读取的至少一个过程数据可以存储在数据总线用户设备本身中，例如存储在数据总线用户设备的存储器中，或者存储在与数据总线用户设备连接的存储器中。在此，在数据总线用户设备和存储器之间的连接可以有线地或无线地实现。也可设想的是，存储器是附加模块，其可以与数据总线用户设备连接。存储器可以任意地设计。

在按照本发明的方法的一种优选的实施方式中，数据包具有多个符号，其中，每个符号具有一定位数、例如8位、即1字节。与之相应地，数据包以单元的方式、片段的方式或者间隔的方式(例如逐个符号地)经过数据总线用户设备。数据包的这样的部分随后也被称为数据包的片段或单元。与之相应地，数据总线用户设备在每个给出的时间内总是仅存在数据包的一部分。本地总线中的最后的数据总线用户设备要么再次通过所有数据总线用户设备要么通过胖路线将数据包的由所述数据总线用户设备处理的部分沿上行方向返回发送给本地总线主控装置。一旦数据包的所述部分再次通过数据总线用户设备发送，则可以进一步处理数据包的所述部分。例如可以进行信号边缘的时间校正。在处理数据包的部分时，也可以进行过程数据的按照本发明的分布式的预处理，以便例如在过程数据到达本地总线主控装置之前就执行评价或者以便将过程数据转换成特定的格式，从而所述过程数据可以更简单地被本地总线主控装置处理或者进一步发送给上级的控制器。

在按照本发明的方法的另一种优选的实施方式中，接收包括：逐个符号地接收数据包，即在每个给定的时间内在数据总线用户设备中仅支配数据包的一部分。所述符号可以具有8位，即1字节。但是本领域技术人员了解，也可以在其他单元中发生数据包的分段，这种分段包括8位以上或以下。在处理数据包的其中一部分之后，即在处理其中一个符号之后，数据总线用户设备将刚刚处理好的部分进一步发送给下游的数据总线用户设备并且在相同的步骤中从上游的数据总线用户设备接收数据包的新的一部分。处理数据包的一部分也可以包括，数据总线用户设备跳过数据包的这部分，即不执行处理。为了确保确定的处理时间，数据包的所述部分也可以在未处理时以一定量的工作时钟保留在数据总线用户设备上。需要这样，以便给其它数据总线用户设备充分的时间来在接收数据包的新的一部分之前执行它们的处理。在此，处理数据包的一部分、即例如数据包的符号可以逐位地进行。因此，可以执行对所接收的符号的至少一位的位操作以便获得所述至少一个预处理好的过程数据，其中，所述操作是过程数据的处理。可执行的位操作例如可以基于数据总线用户设备所执行的减少的指令组来执行，所述位操作例如是“跳过”(“SKIP”)、“移动”(“MOVE)”、“增值”(“INCREMENT”)、“非”(“NEGATION”)、“与”(“AND”)和“或”(“OR”)或者它们的组合。借助指令列表在数据总线用户设备中寄存应该执行哪种位操作。所述指令列表针对数据包的每部分或者数据包的每位包含至少一个指令、亦即应以相应的位数执行的操作。如果数据总线用户设备例如没有以所述位数执行处理，则相应的指令列表针对相应的位数是空的或者具有“跳过”(“SKIP”)指令。指令列表也可以具有特定的指令的重复次数。例如，指令列表可以包含“跳过”(“SKIP”)指令，利用指示重复该指令两次。于是，在这种情况下不处理接下来的两位，而是跳过。也可以针对“移动”(“MOVE)”、“非”(“NEGATION”)、“增值”(“INCREMENT”)、“与”(“AND”)和“或”(“OR”)的指令预设参量。数据总线用户设备可以存储多个指令列表。在此，本地总线主控装置将指令列表索引前置于数据包中的过程数据，所述指令列表索引向数据总线用户设备指示针对数据包的随后的部分、即过程数据使用非常特定的指令列表。在此，指令列表索引指向数据总线用户设备中的特定的存储位置，在该存储位置中存储指令列表的至少一个第一指令，或者可以指向特定的引用，该引用指向特定的指令列表或者至少指向指令列表中的第一指令。

在按照本发明的方法的另一种优选的实施方式中，所述方法包括从数据包的符号读取至少一个过程数据并且接着将过程数据写入数据包的该符号中或者例如写入该数据包的随后的符号中。在此，所述随后的符号可以直接跟随当前的符号或者间接跟随，即通过一定数量的符号间隔开。因此，在这种情况下，预处理可以包括将至少一个过程数据重新存储在该数据包中。在此，第一数据总线用户设备从刚好要在数据总线用户设备上处理的符号读取至少一个过程数据并且可以将所述至少一个过程数据写入相同的符号中的不同的位置上，然后将符号发送给第二数据总线用户设备，以便在那里进一步处理。所述读取和写入可以在两个工作时钟内进行。通过第一数据总线用户设备进行所述预处理的优点在于，第二数据总线用户设备本身不必进行重新存储。与之相应地，第二数据总线用户设备不必牺牲工作时钟，而是可以将其工作时钟用于执行自身的对过程数据的处理。也可设想，第一数据总线用户设备不再将所读取的至少一个过程数据写入相同的符号，而是仅缓存并且写入相同的数据包的稍后施加在该数据总线用户设备上的符号，以便因此变更至少一个过程数据在数据包中的位置。

在按照本发明的方法的另一种实施方式中，所述方法包括在第一数据总线用户设备上从本地总线主控装置接收指令列表。在此，本地总线主控装置例如通过通信向每个数据总线用户设备发送指令列表，在该通信中不向数据总线用户设备发送过程数据。本地总线主控装置例如可以在通信数据包中向数据总线用户设备发送指令列表。通信数据包不包含过程数据。有利地，通信数据包包含尤其用于程序化和/或控制和/或监视和/或识别至少一个数据总线用户设备的数据。有利地，通信数据包具有配属于至少一个数据总线用户设备的地址。优选地，数据总线用户设备设立用于评价地址。当通信数据包包含指令列表时，数据总线用户设备可以存储所述指令列表。接着，在过程数据包中，即在向数据总线用户设备发送过程数据的通信中，将指令列表索引前置于过程数据包，该指令列表索引向数据总线用户设备指示所存储的哪种指令列表。因此，一个指令列表索引配属于一个指令列表或者反之亦然，从而借助于指令列表索引可以识别要使用的指令列表。为此，指令列表索引优选具有一配属于一指令列表的值，例如该值指向特定的指令列表或者该指令列表的存储位置。为此，所述值本身可以是存储地址，在那里存储指令列表或者在那里存储指令列表的至少一个第一指令。备选地或附加地，所述值也可以指向存储区域，在该存储区域中保存相应的指令列表。先前提到的情况也可以称为直接分配。然而，指令列表索引的值例如也可以作为输入查找表(英语：Lookup-Table，LUT)而使用。在此，指令列表索引的值是查找表的输入值。查找表的输出值可以是所属的指令列表的第一指令的存储地址或者在其他情况下可以识别指令列表。查找表在软件技术以及硬件技术上例如可以呈逻辑形式并且制定从一输入值到一输出值的一对一的转换，其中，输出值给出关于要使用的指令列表的指示。在此，如何在指令列表索引和指令列表之间建立关联与查找表有关。使用查找表也可以称为间接分配。但是，在直接以及间接分配时，能通过指令列表索引一对一地识别、亦即找出要被数据总线用户设备使用的指令列表。

上面提到的任务也通过一种本地总线来解决，该本地总线具有至少一个第一和第二数据总线用户设备和本地总线主控装置。在此，本地总线主控装置具有用于发送带有过程数据的数据包的器件。用于发送的器件可以是发送器电路或收发器电路。第一数据总线用户设备具有用于接收带有过程数据的数据包的器件以及用于预处理所接收的数据包的至少一个过程数据的器件和用于将带有至少一个预处理好的过程数据的数据包发送给第二数据总线用户设备的器件。在此，用于接收的器件是接收器电路并且用于发送的电路是发送器电路，或者两个器件可以构造为一个收发器电路或者两个单独的收发器电路。用于预处理的器件可以是处理器、单片机或运算电路，该运算电路尤其由集成电路的门元件形成。运算电路也可以构造为数字逻辑，该数字逻辑尤其至少构造为半导体芯片的部件。所述电路可以在专用集成电路(英语：ASIC)中或者在现场可编程(逻辑)门阵列(英语：FPGA)中实现。

第二数据总线用户设备具有用于接收带有至少一个预处理好的过程数据的数据包的器件以及用于进一步处理所述至少一个预处理好的过程数据的器件。在此，用于接收数据包的器件是接收器电路或收发器电路。用于进一步处理的器件可以是处理器、单片机或运算电路，该运算电路尤其由集成电路的门元件形成。运算电路也可以构造为数字逻辑，该数字逻辑尤其至少构造为半导体芯片的部件。所述电路可以在ASIC或FPGA中实现。

在按照本发明的本地总线的一种优选的实施方式中，所发送和接收的数据包具有多个符号，其中，在每个给定的时间内，仅数据包的一个符号施加在相应的数据总线用户设备上。因此，用于发送带有过程数据的数据包的器件和用于发送带有至少一个预处理好的过程数据的器件适用于逐个符号地发送。相应地，用于接收带有过程数据的数据包的器件和用于接收至少一个过程数据的器件适用于逐个符号地接收。亦即，数据包的一个符号仅以一定的时间保留在数据总线用户设备上，直至该数据总线用户设备从上游的数据总线用户设备接收新的符号并且将刚才保留的符号继续发送给下游的数据总线用户设备。在此，数据包逐个符号地经过数据总线用户设备可以通过数据总线用户设备的工作时钟确定，例如在两个工作时钟之后进行继续发送，或者可以仅通过接收信号的触发所述继续发送。

基于本发明的任务也通过一种方法解决，该方法用于在具有至少两个数据总线用户设备和本地总线的本地总线、尤其环型总线中分布式处理过程数据。在此，所述方法包括确定第一数据总线用户设备的负载。在此，所述负载表明，第一数据总线用户设备在供所述第一数据总线用户设备支配的工作时钟内是否可以针对第二数据总线用户设备执行过程数据的预处理。亦即，如果第一数据总线用户设备例如接收数据包的符号并且在该符号中包含过程数据，这些过程数据不引起在第一数据总线用户设备上的控制或调解，或者数据总线用户设备不必将由其传感器输入端收集的数据写入该符号，则第一数据总线用户设备关于该符号的负载等于零。第一数据总线用户设备及其计算能力对于所述符号的停留时间(例如在工作时钟内所测量的)来说是相应空闲的并且可以用于预处理。亦即，第一数据总线用户设备可以利用处于符号中的过程数据执行预处理。为了向第一数据总线用户设备指示要执行的相应的预处理，产生至少一个指令列表，其中，所述至少一个指令列表具有一组指令，以便通过第一数据总线用户设备预处理过程数据，其中，用于预处理的指令与负载的确定有关。第一数据总线用户设备的计算能力空闲越多，其执行的利用在数据包内部的符号的预处理就越多。在此，所产生的指令列表不仅具有用于预处理的指令，而且也具有用于处理指定用于第一数据总线用户设备的过程数据的指令。亦即，所产生的指令列表针对引起预处理的一些符号具有指令，而针对其他符号、尤其具有指定用于第一数据总线用户设备的过程数据引起相应的过程数据的处理。

于是，接着将所产生的指令列表发送到第一数据总线用户设备上，例如在非同步的通信中、例如在通信数据包中发送。接着，将具有过程数据的过程数据包通过本地总线主控装置发送到本地总线上。

于是，第一数据总线用户设备执行指令列表的指令，其中，针对每个符号执行指令，或者甚至针对相应的符号中的每位执行指令列表的指令，其中，所述指令要么引起处理要么引起预处理。

基于本发明的任务也通过具有至少两个数据总线用户设备的本地总线、尤其环型总线的本地总线主控装置来解决。在此，本地总线主控装置具有用于确定第一数据总线用户设备的负载的器件，其中，所述负载表明，第一数据总线用户设备在供所述第一数据总线用户设备支配的工作时钟内是否可以针对第二数据总线用户设备执行过程数据的预处理。此外，本地总线主控装置具有用于产生至少一个指令列表的器件，其中，所述至少一个指令列表具有一组指令，以便通过第一数据总线用户设备预处理过程数据，其中，用于预处理的指令与负载的确定有关。在此，用于确定的器件和用于产生的器件可以是处理器、单片机或运算电路，该运算电路尤其由集成电路的门元件形成。运算电路也可以构造为数字逻辑，该数字逻辑尤其至少构造为半导体芯片的部件。所述电路可以在ASIC或FPGA中实现。

此外，本地总线主控装置具有用于将至少一个指令列表发送、例如在通信数据包中发送给第一数据总线用户设备的器件，和用于将带有过程数据的数据包、例如过程数据包发送到本地总线上的器件。用于发送指令列表的器件和用于发送数据包的器件可以是相同的器件或两个单独的器件并且用于发送的器件可以构造为发送器电路或收发器电路。

附图说明

以下借助实施例与附图进一步阐述本发明。由所描述的实施例得出本发明的技术方案的其他细节、特征和优点。图中：

图1示出示例性的自动化系统的示意性框图，其具有内存可编程的控制器和示例性的环型总线；

图2示出具有过程数据的、由本地总线主控装置使用的数据包的示意图；

图3示出示例性的时间流程图，其呈现出图2中示出的数据包经过图1中示出的环型总线的示例性的数据总线用户设备；以及

图4a示出图1中示出的环型总线的示例性的数据总线用户设备的指令列表，所述指令列表用于处理图2中示出的数据包的过程数据；以及

图4b示出图1中示出的环型总线的示例性的数据总线用户设备中的存储器的示意图，所述存储器用于保留过程数据。

具体实施方式

图1示出自动化系统的示意性框图。本领域技术人员了解，所示出的自动化系统仅是示例性的并且所有属于该自动化系统的元件、模块、构件、用户设备和单元可以不同地构造，但是仍然可以实现在这里描述的基本功能。

图1中示出的自动化系统具有上级的控制器1，该控制器例如可以利用内存可编程的控制器、PLC实现。这种PLC1原则上用于控制和调节由自动化系统执行的过程。不过目前，自动化系统中的PLC1也承担广泛的功能，比如像所有过程相关的数据的可视化、报警和记录，并且PLC1本身作为人机接口行使功能。存在不同性能级的PLC1，所述性能级具有不同的指标(计算能力、存储能力、输入端及输出端的数量和类型、以及接口)，这些指标使PLC1能实现对自动化系统的过程的控制和调节。PLC1大多具有一个模块化的结构并且包括各个组成部分，这些组成部分分别实现不同的任务。PLC1通常包括中央的计算组件(具有一个或多个中央处理器和存储模块)和多个具有输入端和输出端的组件。这样模块化构建的PLC1能够通过补充组件而简单地扩展。在此，与过程的复杂性和构建自动化系统的复杂性有关的是在PLC1中需要集成哪些组件。在现今的自动化系统中，PLC1大多也不再是独立的系统，反而，PLC1通过相应的接口(这里未示出)与互联网或内联网连接。

这意味着，PLC1是其可以从中获得信息、指令和程序的网络的一部分。例如，PLC1可以通过与处于内联网或互联网中的计算机的连接来接收在过程中输送的资料，从而例如可以通过这种信息优化地控制所述过程的数量和状态。也可设想的是，通过使用者从内联网或互联网的存取来控制PLC1。因此，使用者例如可以借助于计算机(也称为主机)访问PLC1并且检查、变更和修改其用户程序。与之相应的，可以从一个或多个远程控制站或调度中心访问PLC1。必要时，主机可以具有用于呈现过程流程的可视化装置。

为了控制自动化系统的过程，PLC1与自动化设备连接。为了保持低的接线成本，针对这种连接使用总线系统。在图1中示出的实施例中，PLC1借助于上级的总线2与下级的本地总线系统的本地总线主控装置3连接，所述总线在这里示出的实施例中可以是现场总线。但是，在上级的总线2处不仅可以像这里示出的实施例中那样连接本地纵向的本地总线主控装置3，而且也可以连接构造用于与PLC1通信的其他任意用户(在这里未示出)。

在这里示出的实施例中，上级的总线2与本地总线主控装置3连接。为此，本地总线主控装置3具有第一接口4，所述第一接口这样设计，使得其可以与上级的总线2连接。为此，接口4例如可以具有插口形式的接收端并且上级的总线2可以具有插头，该插头可以由插口容纳。在此，插头和插口例如可以是模块化插头和模块化插座，亦即上级的总线2的每条芯线都以一定连接在模块化插座中电学地或者光学地连接。但是，对于本领域技术人员来说，也已知设计接口4的其他可能性，从而可以将本地总线主控装置3与上级的总线2电学地或光学地连接。在此，本领域技术人员已知螺纹连接、旋接、卡扣连接或插塞连接，借助于这些连接方式能建立电学的或光学的连接。在此，大多是公插头由母配件容纳。这种容纳方式大多不仅建立电学的或光学的连接，而且也确保两个部件的机械耦联并且可以仅利用一定的力就能再次拆卸。但是也可设想的是，上级的总线2与接口4固定地接线。

在这里示出的实施例中的本地总线主控装置3具有另一个第二接口，以便连接本地总线主控装置3与本地总线。在本地总线上连接或者形成数据总线用户设备7a、7b、……、7n。本地总线以有利的方式这样构造，使得由本地总线主控装置3发送的数据包通过所有与本地总线连接的数据总线用户设备7a、7b、……、7n传输并且返回传输给本地总线主控装置3。在此，一个数据总线用户设备7a、7b、……、7n总是仅从其上游的数据总线用户设备7a、7b、……、7n接收数据包的一部分。包含在这部分中的数据由数据总线用户设备7a、7b、……、7n处理，在此时间段之后，将这部分继续传送给下游的数据总线用户设备7a、7b、……、7n并且同时从上游的数据总线用户设备7a、7b、……、7n接收数据包的新的一部分。数据包的所有部分以这种方式连续经过所有数据总线用户设备7a、7b、……、7n。本地总线以有利的方式构造为环型的结构。这样的本地总线也可以称为环型总线6。备选地，本地总线也可以构造为线型的或星型的或者由前述的组合或混合形式构造。在此，通过本地总线主控装置3的第二接口实现数据包的发送和接收。在这里示出的实施例中，第二接口分成第一部分5a和第二部分5b。第二接口的第一部分5建立环型总线6中的下行连接并且第二接口的第二部分5b建立环型总线6中的上行连接。

在示出的实施例中，环型总线6具有数据总线用户设备7a、7b、……、7n，所述环型总线的数据发送方向在图1中示出的实施例中以箭头示出。在这里示出的实施例中，所述数据总线用户设备7a、7b、……、7n分别具有接口8，以便从上游的或前置的数据总线用户设备7a、7b、……、7n接收数据。在数据总线用户设备7a的情况下，该数据总线用户设备经由接口8接收来自上游的本地总线主控装置3的数据。此外，在这里示出的实施例中，数据总线用户设备7a、7b、……、7n分别具有接口9，以便将数据继续传送给下游的或后置的数据总线用户设备7a、7b、……、7n。在数据总线用户设备7a的情况下，所述数据经由接口9发送到下游的数据总线用户设备7b。在此，接口8和9用于沿环型总线6的下行方向、亦即远离本地总线主控装置3传播数据。此外，在该实施例中，数据总线用户设备7a、7b、……、7n也具有接口10和11，以用于沿环型总线6的上行方向、亦即朝向本地总线主控装置3传播数据。在数据总线用户设备7a的情况下，接口10在此设计用于接收来自下游的或后置的数据总线用户设备7b的数据，并且接口11设计用于将数据继续传送给上游的或前置的数据总线用户设备(这里是本地总线主控装置3)。因此，也可以说，接口9和11是发送接口，而接口8和10是接收接口。

在这里示出的实施例中，接口与PLC1的连接或者说数据总线用户设备7a、7b、……、7n的连接借助于线缆或者用于借助电触点直接或间接接触的电路板实现。另一备选方案在于，无线地建立各个连接，并且所述接口均提供对所用的无线标准的必要转换。

即使本地总线主控装置3与各个数据总线用户设备7a、7b、……、7n在这里示出的实施例中呈现为相互间隔的，亦即本地总线主控装置3与数据总线用户设备7a、7b、……、7n非中心地设置，本领域技术人员也清楚，数据总线用户设备7a、7b、……、7n和本地总线主控装置3(也是环型总线6的一个数据总线用户设备)也可以直接相互连接。在此，其中一个数据总线用户设备的触点例如可以作用于直接相邻的数据总线用户设备的相应的容纳端或者容纳触点，以便因此建立在所述数据总线用户设备之间的电连接，以便可以沿上行方向和下行方向发送数据。数据总线用户设备7a、7b、……、7n例如可以在远离主控装置的一侧具有容纳端并且在面向主控装置的一侧具有触点。于是，如果数据总线用户设备7a、7b、……、7n相应地串列布置，则其中一个数据总线用户设备7a、7b、……、7n的触点相应地嵌接到另一个数据总线用户设备7a、7b、……、7n的容纳端中并且可以产生电连接。于是，本地总线主控装置3在作用于第一数据总线用户设备7a的容纳端的一侧相应地具有触点，以便因此在接口5a和8或者接口5b和11之间产生电连接。不过，本领域技术人员也已知两个直接相邻设置的数据总线用户设备7a、7b、……、7n建立电学的或光学的连接的其他可能性，例如压力接触、闸刀式接触和叉式接触。

如果数据总线用户设备7a、7b、……、7n和本地总线主控装置3直接相互连接，那么它们也可以具有机械的容纳端或者机械的紧固器件，利用这种容纳端或紧固器件可以将数据总线用户设备7a、7b、……、7n与本地总线主控装置3相互连接。在此，数据总线用户设备7a、7b、……、7n例如可以在一侧具有突出部并且在另一侧具有侧凹部。于是，如果数据总线用户设备7a、7b、……、7n串列布置，那么其中一个突出部嵌接到另一个数据总线用户设备7a、7b、……、7n的侧凹部中，从而产生机械的耦联。为了串列布置数据总线用户设备7a、7b、……、7n，这些数据总线用户设备也可以设置在一个共同的容纳端、例如安装轨上。为了紧固在安装轨上，数据总线用户设备7a、7b、……、7n可以具有相应的紧固器件。备选地或附加地，数据总线用户设备7a、7b、……、7n例如也可以具有能可拆卸地连接的紧固器件，利用所述紧固器件可以将数据总线用户设备7a、7b、……、7n紧固在安装轨上或者紧固在另一个容纳端上。为此，能可拆卸地连接的紧固器件是可更换的，并且用于期望的容纳端的相应的紧固器件可以与数据总线用户设备7a、7b、……、7n连接，从而可以将这些数据总线用户设备紧固在期望的容纳端上。

此外，数据总线用户设备7a、7b、……、7n在图1中示出的实施例中也具有处理单元12。所述处理单元12可以是算术逻辑单元或者另一类型的计算装置，借助于所述计算装置可以处理数据。处理单元12优选是数据总线用户设备7a、7b、……、7n的集成的组成部分，以便确保特别快速且时间上同步地加工数据。

处理单元12也可以被称为数据总线用户设备的总线路。亦即，处理装置12经由输入端8和10接收数据并且将数据输出到输出端9和11上。此外，处理装置12可以从输入端/输出端13和14接收或者输出数据。此外，处理单元12可以访问数据总线用户设备7a、7b、……、7n的存储器(在这里未示出)，例如在所述存储器中存储数据、过程数据或指令列表。

处理单元12可以设计用于处理接收的数据以及输出数据。可以从上游的数据总线用户设备或者从数据总线用户设备7a、7b、……、7n的输入端13接收待处理的数据。在此，数据总线用户设备7a、7b、……、7n的输入端13与传感器15连接，所述传感器例如发送测量数据、状态数据等等。可以将处理过的数据输出到下游的数据总线用户设备上或者输出到数据总线用户设备7a、7b、……、7n的输出端14上。在此，数据总线用户设备7a、7b、……、7n的输出端14可以与执行器16连接，所述执行器例如借助其发出的数据执行特定的动作。

为了简单起见，在这里示出的实施例中，数据总线用户设备7a、7b、……、7n仅示出为具有一个输入端13和一个输出端14并且数据总线用户设备7b也仅与传感器15和执行器16连接。但是本领域技术人员清楚，数据总线用户设备7a、7b、……、7n可以具有多个输入端和输出端13和14，并且可以与多个不同的传感器15和执行器16连接。在此，描述传感器15的特征在于，传感器15接收数据或信号并且发送给数据总线用户设备7a、7b、……、7n，而执行器16从数据总线用户设备7a、7b、……、7n接收数据或信号并且基于这些数据或信号执行动作。

备选地，接口8、9、10和11可以集成在模块单元中并且数据总线用户设备7a、7b、……、7n可以插接到所述模块单元上。所述模块单元也可以称为环型总线6的基本元件。在此，通过模块单元构建环型基础结构并且数据总线用户设备7a、7b、……、7n是可更换的，从而环型总线6可以利用任意的数据总线用户设备7a、7b、……、7n构建。借助模块单元也确保，即使移除一个数据总线用户设备7a、7b、……、7n，在剩余的数据总线用户设备7a、7b、……、7n之间的通信也不中断，因为这种通信通过在环型总线中剩余的模块单元执行。

基于其与传感器15或执行器16连接的输入端和输出端13、14，在该实施例中示出的数据总线用户设备7a、7b、……、7n也经常称为I/O模块。即使数据总线用户设备7a、7b、……、7n在这里示出的实施例中呈现为与传感器15或者执行器16空间分离，传感器15或执行器16也可以集成在I/O模块中。

数据总线用户设备7a、7b、……、7n用于控制或监视过程、尤其通过将控制信号例如输出给执行器16和/或通过例如由传感器15接收测量信号实现。数据总线用户设备7a、7b、……、7n将控制信号和/或测量信号转换成本地总线6的过程数据或者反之亦然。

在这里示出的实施例中示出的环型总线6基于循环帧通信。在此，循环帧例如可以定义为周期的(循环的)、优选等距的时隙，在所述时隙中，数据能在环型总线6上传输。循环帧例如具有至少一个开始标识符(SOC)和用于传输数据的时域。在此，相继的循环帧的多个开始标识符(SOC)有利地时间上等距地相互间隔开。所谓的时域针对数据的传输而设定，数据在循环帧内可以以数据包的形式传输。开始标识符(SOC)和数据包经由环型总线6传输并且经过所有数据总线用户设备7a、7b、……、7n。有利地，循环帧通过环型总线6中的本地总线主控装置3开始。开始标识符(SOC)能单独地、亦即作为独立的符号传输或者有利地包含在开始数据包(SOC-包)中。

在循环帧的时域内不传输、传输一个或者传输多个数据包。在循环帧中有利地插入空闲数据(Idle-Data)、特别是邻接至少一个数据包插入。有利地，数据包和/或空闲数据的传输引起在环型总线6上的无中断的信号。这种信号能使数据总线用户设备7a、7b、……、7n实现针对所述信号在时间上同步。有利地，循环帧附加地具有帧尾。帧尾具有可变的长度并且在用于数据传输的、优选不超过下一个循环帧的随后的开始标识符(SOC)的时域之后。有利地，帧尾具有空闲数据。

数据包在循环帧内从本地总线主控装置3发送。在此，本地总线主控装置3例如将数据包的一部分沿下行方向发送给环型总线6的第一数据总线用户设备7a。该第一数据总线用户设备7a通过接口8接收数据包的第一部分。数据包的这样的部分随后也被称为片段或单元。接着，数据总线用户设备7a、7b、……、7n执行这部分的处理，并且接着将这部分经由接口9继续传送至下一个数据总线用户设备7a、7b、……、7n，该第一数据总线用户设备7a、7b、……、7n优选同时接收数据包的第二部分，等等。在此，数据包的这部分的大小、亦即数据包的分段与数据总线用户设备7a、7b、……、7n的接收能力有关，例如可以为了处理而在数据总线用户设备7a、7b、……、7n上同时存在数据包的固定位数、例如8位(Bits)。如果在数据包的这部分中包含过程数据，则数据总线用户设备7a、7b、……、7n根据这些过程数据处理器指令列表。接着，将数据包的这部分(8位)从接口9传输给下一个数据总线用户设备7a、7b、……、7n，在这里示出的实施例中为数据总线用户设备7b。数据总线用户设备7b又具有用于处理过程数据的这部分的自身的指令列表，其中，数据总线用户设备7a和7b的指令列表不同。在此，关于处理时间的定时取决于由本地总线主控装置3预定的定时。在此，数据总线用户设备7a、7b、……、7n的内部的时钟发生器与本地总线主控装置3的定时同步。

与之相应地，循环帧的数据包以单元的方式、片段的方式或者间隔的方式(例如部分地或者以8位符号)经过数据总线用户设备7a、7b、……、7n。接着，由最后的数据总线用户设备(在这里示出的实施例中是数据总线用户设备7n)处理的数据包的部分沿上行方向经过环型总线6，从而从最后的数据总线用户设备7n开始再次朝向本地总线主控装置3通过所有数据总线用户设备7a、7b、……、7n上行地发送这部分。为此，要么最后的数据总线用户设备7n具有可控的桥，其连接接口9与接口10，要么在最后的数据总线用户设备7n上连接可控的桥(在这里未示出)，其承担将循环帧的部分从接口9传送到接口10上的功能。备选地，数据总线用户设备7n的接口10也借助旁路线(这里未示出)直接与本地总线主控装置3的接口5b连接。

如在这里示出的实施例中那样，循环帧的或者数据包的单元可以沿上行方向通过各个数据总线用户设备7a、7b、……、7n返回到本地总线主控装置3，而不发生进一步处理。但是也可以设想，沿上行方向再次发生单元的处理，从而所述单元可以两次处理，一次沿下行方向朝向最后的数据总线用户设备7n处理，并且一次沿上行方向朝向本地总线主控装置3处理。

沿上行方向例如可以通过信号刷新和/或相移进行处理。

借助于指令列表(例如图4a中示例性示出)执行数据包的处理，其中，所述指令列表包含指令组，这些指令组可以被数据总线用户设备7a、7b、……、7n的处理单元12执行。指令列表本身在初始化阶段中由本地总线主控装置3发送给各个数据总线用户设备7a、7b、……、7n。在此，指令列表具有指令组，这些指令组定义了要由数据总线用户设备7a、7b、……、7n执行的处理和预处理。借助指令列表可以将过程数据的处理分布到多个数据总线用户设备7a、7b、……、7n上。

随后借助图2至图4描述这种过程数据的分布式的处理的实施例。在此，所描述的实施例仅示例性地理解并且本领域技术人员了解，可以与该实施例不同，而不背离本发明的基本思想。

图2示出由本地总线主控装置3产生的数据包17的示意图，该数据包具有过程数据P1、P2、P3。所示出的数据包17具有至少一个通常的包头部分、信息部分以及校验和部分(CRC值)。

包头部分包含字段18，该字段包含唯一的一次性的位模式IDE，其也可以称为代码字或标识符。唯一的位模式或者代码字的数量和配置与在环型总线6上使用的编码有关。然而备选地或附加地，也可以在所使用的总线协议中定义特殊的位模式或代码字。在此，仅意味着，数据总线用户设备7a、7b、……、7n可以由字段18的位模式或者代码字一对一地识别出数据包17的类型。在这里示出的实施例中，数据总线用户设备7a、7b、……、7n了解，当接收带有位模式IDE的字段18时，其是携带过程数据P1、P2、P3的数据包17。

包头部分也还可以包含其他信息，这些信息例如指示数据包17是沿上行方向还是下行方向运动。为此，最后的数据总线用户设备7n例如可以将如下信息写入到包头部分中，即数据包17已经经过该数据总线用户设备7n并且朝向本地总线主控装置3发送回去。此外，包头部分也还可以包含关于数据包17的长度的信息，从而数据总线用户设备7a、7b、……、7n检查数据包17的完整性，或者说可以了解在开始新的数据包17之前还要从数据总线用户设备7a、7b、……、7n接收数据包17的多少部分。本领域技术人员也还已知其他可以写入到数据包17的包头部分中的字段，这些自动可以用于通过数据总线用户设备7a、7b、……、7n进行控制或者识别故障。

数据包17的信息部分首先可以具有指令列表索引字段19(ILI)，其指示出数据总线用户设备7a、7b、……、7n应该使用哪种指令列表。例如可以在环型总线6的正常运行中规定，所有数据总线用户设备7a、7b、……、7n使用其第一指令列表，反之，在故障情况下使用第二指令列表。在此，指令列表索引可以直接指向在数据总线用户设备7a、7b、……、7n中存储的指令列表的存储位置，或者指令列表索引可以具有一值，数据总线用户设备7a、7b、……、7n例如可以利用该值经由查找表找到相应的指令列表。信息部分还具有实际的过程数据P1、P2和P3。这些过程数据P1、P2和P3在这里示出的实施例中以不同的图案示出。在这里示出的实施例中，过程数据P1指定用于环型总线6中的数据总线用户设备7a，过程数据P2指定用于环型总线6中的数据总线用户设备7b并且过程数据P3指定用于环型总线6中的数据总线用户设备7n。在此，过程数据P3分成三个部分P3a、P3b、P3c。

过程数据P1、P2和P3在数据包17的信息部分中的定位由本地总线主控装置3预定。例如，本地总线主控装置3将由控制器1包含的过程数据P1、P2和P3在不变更次序的情况下复制到数据包17中。亦即，本地总线主控装置3为了加快将由控制器1包含的数据流转换成数据包17而不执行过程数据P1、P2、P3的次序的变更。

在这里示出的实施例中，数据包17分成各8位的符号。数据包17以这种分段被数据总线用户设备7a、7b、……、7n接收和处理。亦即，本地总线主控装置3首先将符号或者字段IDE18发送给第一数据总线用户设备7a，在先前确定的时间之后，本地总线主控装置3将数据包17的包头部分的另一符号发送给数据总线用户设备7a，同时，该数据总线用户设备又将符号或者字段IDE18发送给数据总线用户设备7b。数据包17的所有部分以这种方式经过各个数据总线用户设备7a、7b、……、7n，其中，在每个给出的时间内，每个数据总线用户设备7a、7b、……、7n总是仅保留进而处理数据包17的一块或者一部分。

此外，数据包17在信息部分还具有字段20，该字段可以设计为计数器值，并且该计数器值可以被每个已经传输数据包17的该部分的数据总线用户设备7a、7b、……、7n增值或减值。字段20的计数器值可以被本地总线主控装置3使用，以便检查数据包17是否经过所有数据总线用户设备7a、7b、……、7n。

对于数据总线用户设备7n来说，数据包17逐个符号地经过数据总线用户设备7a、7b、……、7n例如意味着，该数据总线用户设备首先以一个符号接收过程数据P3a、以另一个符号接收过程数据P3b并且以再一个符号接收过程数据P3c。如果数据总线用户设备7n仅连同过程数据P3a和P3b执行控制、调节和处理，则数据总线用户设备7n首先必须缓存过程数据P3a，之后随着接收另一个符号，也存在过程数据P3b。当存在过程数据P3b时，数据总线用户设备7n必须首先将运算能力和工作时钟用于从存储器读取缓存的过程数据P3a，之后进行处理。

利用按照本发明的预处理，这种用于数据总线用户设备7n的额外成本(经费)能够最小化，如图3中所示，即通过由环型总线6中位于数据总线用户设备7n上游的数据总线用户设备7a、7b预处理过程数据P3a最小化。

图3以时间流程图示意性地示出数据包17的信息部分的符号(如图2中所示)如何经过环型总线6的示例性的数据总线用户设备7a、7b、……、7n以及由相应的数据总线用户设备7a、7b、……、7n执行哪个过处理步骤或者预处理步骤。

在时间τ＝1时，仅数据总线用户设备7a从本地总线主控装置3接收过程数据P2。在这里示出的实施例中，过程数据P2填满数据包17的整个符号。然而，数据总线用户设备7a不利用所述过程数据P2执行处理或者预处理。也可以说，所述过程数据P2不是指定用于数据总线用户设备7a。对于所述过程数据P2来说，数据总线用户设备7a在其指令列表中相应地具有“跳过”(“SKIP”)指令，或者针对符号的每位具有“跳过”(“SKIP”)指令或者不具有指令。然而，过程数据P2在数据总线用户设备7a上以事先确定的时间保留，然而数据总线用户设备7a将过程数据P2继续传送给数据总线用户设备7b。这确保环型总线6的确定的特性，即环型总线6的可预测的时间上的特性，因为每个符号在相应的数据总线用户设备7a、7b、……、7n上以事先确定的时间保留，其中，所述事先确定的时间优选在所有数据总线用户设备7a、7b、……、7n中是相同的并且可以取决于本地总线主控装置3的预定的定时。在τ＝2时将过程数据P2发送给数据总线用户设备7b的情况下，数据总线用户设备7a以数据包17的另一个符号接收过程数据P3a。在这里示出的实施例中，一个过程数据P3a或多个过程数据P3a仅相当于数据包17的符号的一定的部分。过程数据P3a例如可以仅是符号中的一位。

亦即，在τ＝2时，过程数据P2已经经过数据总线用户设备7a并且该数据总线用户设备暂时保留具有过程数据P3a的符号，其中数据总线用户设备7b保留过程数据P2。因为所述过程数据P2指定用于该数据总线用户设备7b，所以该数据总线用户设备7b读取过程数据P2进而执行控制、调节或处理。过程数据P2的读取以“R”(读取)表示。接着，数据总线用户设备7b将数据包17的具有过程数据P2的符号进一步发送给随后的数据总线用户设备、例如数据总线用户设备7n。

在τ＝3时，数据总线用户设备7a从本地总线主控装置3接收数据包17的下一个符号。该符号包含过程数据P3b以及过程数据P1。因为过程数据P1指定用于数据总线用户设备7a，所以该数据总线用户设备读取过程数据P1。在此，要么数据总线用户设备7a读取整个符号，要么指令列表中的指令向数据总线用户设备7a指示不读取符号的包含过程数据P3b的部分并且代替地，仅读取包含过程数据P1的部分。过程数据P1的读取以“R”表示。所述过程数据P1可以在数据总线用户设备7a上引起控制、调节，或者该数据总线用户设备7a可以利用所述过程数据P1执行处理。在相同的时间内，在数据总线用户设备7b中存在具有过程数据P3a的符号。这种具有过程数据P3a的符号由数据总线用户设备7a发送给数据总线用户设备7b。然而，即使过程数据P3a不是指定用于数据总线用户设备7b，该数据总线用户设备在其指令列表中具有用于该符号的至少一个指令，所述指令促使数据总线用户设备7b读取和存储符号中的所述一个过程数据P3a或多个过程数据P3a。过程数据P3a的读取以“R”表示。

在τ＝4时，数据总线用户设备7a从本地总线主控装置3接收数据包17的下一个符号。该符号包含过程数据P3c。数据总线用户设备7a不利用所述过程数据P3c执行处理，即数据总线用户设备7a在其指令列表中针对所述符号具有相应的“跳过”(“SKIP”)指令或针对符号的每位具有相应的“跳过”(“SKIP”)指令。在相同的时间内，数据总线用户设备7b从数据总线用户设备7a接收具有过程数据P1和P3b的符号。数据总线用户设备7b的指令可以促使所述数据总线用户设备在时间τ＝3时将所读取的过程数据P3a写入暂时存在的符号中。所述写入以“W”(写入)表示。在这里示出的实施例中，将过程数据P3a在过程数据P3b中写入符号中。为此，覆盖过程数据P1。这是可行的，因为过程数据P1已经被数据总线用户设备7a读取并且不再需要所述过程数据。然而，本领域技术人员也清楚，可以通过已知的机制防止覆盖过程数据。不过，也可以在产生指令列表时就实现不发生过程数据的覆盖或者至少确保仅覆盖不再需要的过程数据。在将过程数据P3a由数据总线用户设备7b写入符号之后，通过环型总线6传送该变更后的符号。

通过数据总线用户设备7b重新存储过程数据P3a是按照本发明的预处理。在此，数据总线用户设备7b处理不是指定用于该数据总线用户设备7b的过程数据，然而所述过程数据的重新存储节省了下游的数据总线用户设备(在这里示出的实施例中是数据总线用户设备7n)的工作时钟，因为该数据总线用户设备不需要再执行重新存储。这在时间流程图的延续中是明显的。

在τ＝n时，数据总线用户设备7n接收数据包17的第一符号。因为该第一符号不包含指定用于该数据总线用户设备7n的过程数据，所以数据总线用户设备7n可以跳过该符号。

因此，数据总线用户设备7n的指令列表可以具有一个或多个相应的“跳过”(“SKIP”)指令。

在τ＝n+1时，数据总线用户设备7n接收数据包17的另一个符号，即具有过程数据P3a的符号。然而，所述过程数据P3a不由数据总线用户设备7n读取，因为所述过程数据已经由数据总线用户设备7b重新存储到随后的符号中。亦即，数据总线用户设备7n不需要使用在τ＝n+1时所提供的工作时钟来读取过程数据P3a，而是数据总线用户设备7n另外使用空闲的能力，例如用于执行处理或者执行针对本地总线主控装置3的预处理，数据总线用户设备7n将符号返回传送到数据总线用户设备7n上。

于是，在τ＝n+2时，数据总线用户设备7n接收数据包17的由数据总线用户设备7b变更的符号，在该数据总线用户设备中重新存储过程数据P3a。接着，数据总线用户设备7n从该符号读取过程数据P3a和P3b。过程数据P3a和P3b的读取以“R”表示。因此，数据总线用户设备在一个步骤中读取过程数据P3a和P3b。

于是，在τ＝n+3时，数据总线用户设备7n接收数据包17的另一个符号，数据总线用户设备7n从该符号读取过程数据P3c。所述读取以“R”表示。

图4a示出数据总线用户设备7a、7b、……、7n的指令列表21a、21b、21n。在这里示出的实施例中，将指令列表21a、21b、21n作为表格呈现。在这里示出的实施例中，表格的每行包含两个指令，可以利用数据包17的刚好在数据总线用户设备7a、7b、……、7n这两个指令上待定的符号执行这两个指令。但是，本领域技术人员了解，即使这里仅示例性地示出针对两个工作时钟的两个指令，每个符号也可以执行其他数量的指令。此外，本领域技术人员清楚，指令列表21a、21b、21n也可以针对过程数据的符号中的每位具有单独的指令。仅为了简单和清楚起见，在这里省略了为每位指定相应的指令。

数据总线用户设备7a的指令列表21a的第一行是空的，这以“-”表示。亦即，数据总线用户设备7a不利用数据包17的由该数据总线用户设备7a接收的第一符号执行处理，因为不存在指令。代替空的指令，指令列表21a此时也可以具有“跳过”(“SKIP”)指令。指令列表21a的第二行也是空的，亦即，也不利用由数据总线用户设备7a接收的第二符号执行处理。因此，数据包17的头两个符号仅在数据总线用户设备7a上以事先确定的时间保留，而不执行处理。指令列表21a仅针对接收的第三符号具有指令，即，读取“R”，更确切地说，读取过程数据P1。在此，过程数据P1例如指定为一位或者例如按照数据包17的符号的最多8位的位区域。作为要针对该符号执行的第二指令，指令列表21a具有写入“W”，更确切地说，将读取的过程数据P1写入数据总线用户设备7a的存储器中，更确切地说，在存储地址0x00处写入。此外，指令列表21a不具有其他指令。亦即，数据总线用户设备7a从由该数据总线用户设备7a接收的第三符号读取过程数据P1并且将所述过程数据写入其存储器。在指令列表21a中示出的其他行是空的，亦即，不执行其他处理。但是本领域技术人员了解，在这里示出的指令仅示意性地理解并且也可以包括指令列表21a的其他指令。

指令列表21b存储在数据总线用户设备7b中。所述指令列表在第一行中直接具有两个指令，亦即，读取“R”和写入“W”，更确切地说，从第一符号读取过程数据P2并且将所读取的过程数据P2在存储地址0x00处写入存储器中。本领域技术人员了解，即使在这里为了简单以图2中过程数据的附图标记指明过程数据，指令也可以精确地指示符号中的应读取的位区域，或者过程数据P2能另外地识别。在完成所述两个指令之后，将符号进一步发送给下游的数据总线用户设备7n并且同时从上游的数据总线用户设备7a接收新的符号。数据总线用户设备7b的指令列表21b针对所述第二符号具有指令读取“R”和写入“W”，更确切地说，将所读取的过程数据P3a在存储地址0x01处写入存储器中。在完成所述两个指令之后，将符号进一步发送给下游的数据总线用户设备7n并且同时从上游的数据总线用户设备7a接收新的符号。针对所述符号，指令列表又包含两个指令，即读取“R”和写入“W”，更确切地说，在存储地址0x01处从存储器读取过程数据P3a并且将所读取的过程数据P3a在存储地址0x00处写入符号中。在此，可以表明过程数据P3a应写入符号的哪里。亦即，数据总线用户设备7a执行将过程数据P3a重新存储到数据包17中，即由数据包17的符号重新存储到数据包17的另一个符号中。为此，数据总线用户设备7b首先缓存过程数据P3a并且将所述过程数据写入下一个符号。即使在这里示出重新存储到紧接着的符号中，本领域技术人员也了解，也可以重新存储到任意随后的符号中。此外，本领域技术人员也清楚，即使在这里仅示出重新存储，数据总线用户设备7b可以利用过程数据P3a执行在预定的工作时钟的范围内任意可能的处理。所述处理例如包括过程数据P3a的“与”或“或”的关联。指令列表的其他行是空的，从而数据总线用户设备7b不执行其他处理。但是，这也仅仅是为了这里所示出的实施例的清楚性，并且不应限制性地理解。

指令列表21n存储在数据总线用户设备7n中。所述指令列表21n的头两行是空的，从而数据总线用户设备7n针对数据包17的头两个符号不执行处理。所述两个符号仍然相应地在数据总线用户设备7n上以一定的事先确定的时间保留，之后该数据总线用户设备将所述符号返回发送到本地总线主控装置3上，要么通过数据总线用户设备7a和7b返回发送，要么通过旁路线返回发送。对于由数据总线用户设备7n接收的第三符号，指令列表21n仅具有相应的指令，即读取“R”，更确切地说，读取过程数据P3a和P3b。所述过程数据P3a和P3b现在可以从其中一个符号读取，因为已经通过数据总线用户设备7b将过程数据P3a重新存储到相应的符号中。这使得数据总线用户设备7n能实现在第二符号中另外使用所提供的工作时钟，在该第二符号中数据总线用户设备7n此外还必须读取过程数据P3a。于是，接着通过指令“W”、即写入将所读取的过程数据P3a和P3b写入存储器中，更确切地说，在存储地址0x00处写入。在完成所述两个指令之后，将符号进一步发送给本地总线主控装置3并且同时从上游的数据总线用户设备7b接收新的符号。数据总线用户设备7n从所述符号通过指令“R”读取过程数据P3c并且将所述过程数据P3a通过指令“W”在存储地址0x01处写入其存储器中。指令列表21n还可以包含任意其他的指令。

本领域技术人员了解，即使在这里示出的实施例中指令列表21a、21b、21n作为可读的表格给出，根据在数据总线用户设备7a、7b、……、7n中的存储器的使用情况，指令列表21a、21b、21n可以设计为复杂程度或高或低，即从高级编程语言中的程序代码到机器语言，亦即可以由数据总线用户设备7a、7b、……、7n的处理单元12直接执行的指令。在此，机器代码包括一组字节或语句，其可以代表命令以及数据。本地总线主控装置3可以在产生指令列表时将指令列表立即以机器代码发送给相应的数据总线用户设备7a、7b、……、7n，或者向所述数据总线用户设备发送呈程序代码形式的指令列表，这种程序代码可以由数据总线用户设备7a、7b、……、7n单个地汇编并且转换成机器语言。如果本地总线主控装置3将指令列表立即以机器语言的形式发送给数据总线用户设备7a、7b、……、7n，那么这具有如下优点：数据总线用户设备7a、7b、……、7n不需要昂贵的处理单元12，因为所述数据总线用户设备不必具有汇编所包含的指令列表的能力。不过，如果使用较复杂的数据总线用户设备7a、7b、……、7n，那么在数据总线用户设备7a、7b、……、7n本身上进行汇编是有利的，因为在这种情况下本地总线主控装置3不必具有关于数据总线用户设备7a、7b、……、7n的硬件的知识。但是本领域技术人员了解，指令列表的复杂性能够适配于数据总线用户设备7a、7b、……、7n的复杂性。

本领域技术人员也清楚，即使在这里仅针对符号中的每个过程数据、即针对每位给出各个总是对应于整个符号的指令，也可以存在单个的指令。在这种情况下，也可以说，进行逐位的处理或者预处理。

通过指令列表21a、21b和21n读取的过程数据P1、P2、P3写入数据总线用户设备7a、7b、……、7n的存储器中，更确切地说，写入由指令限定的存储地址处。数据总线用户设备7a、7b、……、7n的存储器22a、22b、22c的实例在图4b中示出。

由数据总线用户设备7a从数据包17的第三符号读取的过程数据P1在此存储在存储器22a的存储地址0x00处。

由数据总线用户设备7b从数据包17的第一符号读取的过程数据P2在此存储在存储器22b的存储地址0x00处。从数据包17的第二符号读取的过程数据P3a在此存储在存储器22b的存储地址0x01处。在将过程数据P3a写入数据包17的第三符号中之后，再次释放所述存储地址并且将所述存储地址处的过程数据P3a清除或者随后覆盖。

由数据总线用户设备7n从数据包17的第三符号读取的且事先由数据总线用户设备7b放置在数据包17中的过程数据P3a在此与过程数据P3b一样存储在存储器22n的存储地址0x00处。从数据包17的第四符号读取的过程数据P3c存储在存储器22n的存储地址0x01处。

本领域技术人员了解，在这里示出的存储位置及读取和写入的过程数据P1、P2、P3a、P3b、P3c仅示例性地理解。

本领域技术人员也了解，在这里提到存储器时，该存储器包括所有类型的保留。在此，重要的仅在于，数据总线用户设备7a、7b、……、7n可以访问所接收的数据，即例如访问存储器。相应地，数据可以存储在数据总线用户设备7a、7b、……、7n本身中，例如存储在数据总线用户设备7a、7b、……、7n的存储器22a、22b、22c中，或者存储在与数据总线用户设备7a、7b、……、7n单独或共同连接的存储器中。在此，在数据总线用户设备7a、7b、……、7n和存储器22a、22b、……、22n之间的连接可以有线地或无线地实现。也可设想的是，存储器22a、22b、……、22n是附加模块，其可以与数据总线用户设备连接。

附图标记列表

1 内存可编程的控制器(PLC)

2 上级的总线

3 本地总线主控装置

4 第一接口

5a、5b 第二接口

6 环型总线

7a、7b、7n 数据总线用户设备

8 第一下行数据接口

9 第二下行数据接口

10 第一上行数据接口

11 第二上行数据接口

12 处理单元

13、14 输入端/输出端

15 传感器

16 执行器

17 带有过程数据的数据包

18 IDE代码字

19 指令列表索引

P1、P2、P3 过程数据

20 计数器值

21a、21b、21n 指令列表

22a、22b、22n 存储器

Claims (15)

1.用于分布式处理过程数据(P1、P2、P3)的方法，所述方法用于在具有本地总线主控装置(3)和至少两个数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)的本地总线(6)、尤其环型总线中分布式处理过程数据，所述方法包括：

将带有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)从本地总线主控装置(3)经过本地总线(6)进行发送；

在第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)上接收数据包(17)；

通过第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)预处理至少一个过程数据(P3)；

通过第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)将具有至少一个预处理好的过程数据(P3a)的数据包(17)经由本地总线(6)发送到第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)上；

在第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)上接收具有所述至少一个预处理好的过程数据(P3a)的数据包(17)；以及

通过第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)进一步处理所述至少一个预处理好的过程数据(P3a)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预处理包括：

将所述至少一个过程数据(P3a)写入数据包(17)中。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，所述预处理包括：

从数据包(17)读取至少一个过程数据(P3)。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，

其中，数据包(17)具有多个符号，其中，每个符号具有一定位数。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，接收具有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)包括：

通过每个数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)逐个符号地接收数据包(17)。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述预处理包括：

逐位地预处理所接收的符号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述逐位地预处理包括：

对所接收的符号的至少一位执行位操作，以用于获得至少一个预处理好的过程数据(P3a)。

8.根据权利要求4至7之一所述的方法，其中，所述预处理包括：

从数据包(17)的符号读取过程数据(P3)；将过程数据(P3a)写入数据包(17)的该符号中或者写入数据包(17)的随后的符号中。

9.根据权利要求4至8之一所述的方法，其中，所述预处理包括：

执行指令列表(22a、22b、……、22n)的指令以用于预处理所述至少一个过程数据(P3)，其中，针对每个符号执行指令列表的固定数量的指令。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：

在第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)上从本地总线主控装置(3)接收指令列表(22a、22b、……、22n)。

11.本地总线(6)，其具有至少一个第一和第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)和本地总线主控装置(3)，其中，

本地总线主控装置(3)具有：

用于发送具有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)的器件；

第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)具有：

用于接收具有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)的器件；

用于预处理所接收的数据包(17)的至少一个过程数据(P3)的器件；

用于将具有至少一个预处理好的过程数据(P3a)的数据包(17)发送给第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)的器件；

第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)具有：

用于接收具有所述至少一个预处理好的过程数据(P3a)的数据包(17)的器件；

用于进一步处理所述至少一个预处理好的过程数据(P3a)的器件。

12.根据权利要求11所述的本地总线(6)，其中，数据包(17)具有多个符号，其中，每个符号具有一定位数。

13.根据权利要求12所述的本地总线(6)，其中，用于发送具有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)的器件适用于，在数据包(17)中逐个符号地发送过程数据(P1、P2、P3)；以及

用于发送具有所述至少一个预处理好的过程数据(P3a)的数据包(17)的器件适用于，在数据包(17)中逐个符号地发送所述至少一个预处理好的过程数据(P3a)。

14.用于分布式处理过程数据(P1、P2、P3)的方法，所述方法用于在具有本地总线主控装置(3)和至少两个数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)的本地总线(6)、尤其环型总线中分布式处理过程数据，所述方法包括：

确定第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)的负载，其中，所述负载表明，第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)在供所述第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)支配的工作时钟内是否针对第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)执行过程数据(P1、P2、P3)的预处理；

产生至少一个指令列表(22a、22b、……、22n)，其中，所述至少一个指令列表(22a、22b、……、22n)具有一组指令，以便通过第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)预处理过程数据(P1、P2、P3)，其中，用于预处理的指令与负载的确定有关；

将所述至少一个指令列表(22a、22b、……、22n)发送给第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)；以及

将具有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)通过本地总线主控装置(3)经过本地总线(6)进行发送。

15.具有至少两个数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)的本地总线(6)的、尤其环型总线的本地总线主控装置(3)，所述本地总线主控装置(3)具有：

用于确定第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)的负载的器件，其中，所述负载表明，第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)在供所述第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)支配的工作时钟内是否针对第二数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)执行过程数据(P1、P2、P3)的预处理；用于产生至少一个指令列表(22a、22b、……、22n)的器件，其中，所述至少一个指令列表(22a、22b、……、22n)具有一组指令，以便通过第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)预处理过程数据(P1、P2、P3)，其中，用于预处理的指令与负载的确定有关；

用于将所述至少一个指令列表(22a、22b、……、22n)发送给第一数据总线用户设备(7a、7b、……、7n)的器件；以及

用于将具有过程数据(P1、P2、P3)的数据包(17)经过本地总线(6)进行发送的器件。

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