CN110663230A - 数据在本地总线上的传输 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的本地总线(6)、特别是环形总线的方法，并且涉及一种本地总线主机(3)。该方法包括：发送循环帧(17)的第一标识符(18)，其中第一标识符(18)定义循环帧(17)的开始；经由本地总线(6)发送过程数据(28)和管理数据(34、39b、40b)，其中过程数据(28)和管理数据(34、39b、40b)在循环帧(17)内被发送，其中在第一时间间隔τ₁中，对于第一标识符(18)发送包含过程数据(28)的至少一个数据包(25)，并且其中当管理数据(34、39b、40b)在循环帧(17)内被传输时，所述管理数据(34、39b、40b)与过程数据(28)分开地被传输。

Description

数据在本地总线上的传输

技术领域

本发明通常涉及在本地总线上传输数据。

背景技术

过程数据和管理数据主要在自动化设备的上下文中使用，但不限于此。

自动化设备尤其用于控制工厂、建筑物和交通工具。为了控制自动化设备，通常需要多个传感器和执行器。这些传感器和执行器监视和控制由设备执行的过程。在此，自动化设备的不同传感器和执行器在此通常称为自动化仪器。

这些自动化仪器可以直接连接到自动化设备的控制部，或者可以首先连接到输入和输出模块，这些模块通常称为E/A模块。这些模块又可以直接连接到控制部。

在此，自动化仪器在此可以直接集成在E/A模块中，也可以通过电缆或无线方式连接到E/A模块。

自动化设备的控制部通常借助一个或多个存储可编程控制部SPS完成。在此，可以在自动化设备中分层或分散地布置SPS。在此，在SPS中具有不同的性能等级，这样他们就可以根据计算和存储容量来接管不同的控制和调节。在最简单的情况下，SPS具有输入，输出，操作系统(固件)和接口，可通过该接口加载用户程序。用户程序定义了如何根据输入切换输出。在此，输入和输出可以连接到自动化仪器和/或E/A模块，并且借助用户程序中存储的逻辑可以监视或控制由自动化设备执行的过程。在此，过程的监控由传感器完成，并且过程的控制由执行器完成。控制部也可以称为中央控制部或中央单元，并承担至少对连接到该控制部的自动化仪器或E/A模块的控制。

但是，自动化仪器与至少一个控制部或E/A模块与至少一个控制部的直接连接采用并行布线的形式，即，从每个自动化设备或每个E/A模块分别将一条线路布设到上级控制部，非常繁琐。恰好是随着自动化设备自动化程度的提高，在并行布线中增加了布线成本。这与规划、安装、调试和维护上的巨大成本有关。

因此，当今在自动化技术中通常使用总线系统，通过该总线系统可以将自动化仪器或E/A模块连接到控制部。总线系统的这种用户设备也称为总线用户设备。因为数据是在总线系统上交换的，所以总线用户设备通常也称为数据总线用户设备。为了进一步简化单个自动化仪器或E/A模块与总线系统的连接，如今单个自动化仪器或E/A模块的编组借助专门的本地总线首先相互连接至本地总线系统，并且然后该本地总线的至少一个用户设备连接到总线系统，该总线系统连接到控制部。在此，本地总线系统可能不同于总线系统，总线系统用于实现与控制部的连接。

与控制部的总线系统连接的一组本地总线用户设备的用户设备通常称为本地总线主机。备选地，使用术语：本地总线系统的前端。与其他本地总线用户设备相比，该本地总线主机可以包含其他逻辑、电路或功能，这些逻辑、电路或功能对于连接到控制部的总线系统都是必需的。而且，本地总线主机本身可以包括SPS。该用户设备还可以具有用于在两个总线系统之间进行转换的逻辑和电路。因此，本地总线主机也可以构造为网关或总线转换器，并确保将以总线系统格式的数据转换为本地总线系统的格式，反之亦然。但是，在大多数情况下不强制的是，本地总线主机专门用于将本地总线连接到上级总线。

所使用的本地总线主要是针对自动化仪器或E/A模块的特定应用需求而协调的，或者考虑到其特殊的硬件设计。在此，本地总线系统的自动化仪器或E/A模块的编组通常构成自动化设备的子组，用于在由自动化设备执行的过程中执行特定任务。在总线上交换的用于过程的数据通常也称为本地总线数据或过程数据，因为该数据包括用于调节或控制由自动化设备执行的过程的信息。在此，这些数据尤其可以包括测量数据、控制数据、状态数据和/或导致在精确定义的时间段或精确定义的时刻内对数据总线用户设备进行调节或控制的其他信息。根据所使用的总线协议，在这些数据之前可以设置其他数据(报头)或为这些过程数据附加其他数据(尾部)。这些其他数据可以包括关于数据的信息，或者包括关于本地总线上的内部通信的信息。在此，已知各种不同的信息，这些信息可以根据所使用的总线协议设置在过程数据之前或附加到数据。此外，存在导致在规定的时间段之外或在精确定义的时刻之外对数据总线用户设备进行控制、调节或编程的数据。在自动化设备的上下文中，过程数据通常可以称为循环数据，因为在自动化设备中控制或调节的过程依赖于循环过程数据，循环过程数据允许数据总线用户设备能够实现控制和/或调节例如连接到数据总线用户设备上的执行器和传感器。相反，管理数据用于对数据总线用户设备进行编程，或例如查询其错误报告、状态等。

在此，环形总线是本地总线的一种特殊形式，例如从US 5472347A已知。在环形总线中，数据总线用户设备(例如自动化仪器或E/A模块)分别连接到其直接相邻的数据总线用户设备，并且数据根据顺序从一个数据总线用户设备转发到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称为本地总线数据。因此，并非所有数据总线用户设备都同时发送数据，而是根据顺序，其中数据总线用户设备从其上游数据总线用户设备接收数据，并将数据转发到其下游数据总线用户设备。在数据接收和转发之间，数据总线用户设备可以处理接收到的数据。当数据到达序列中的最后的数据总线用户设备时，来自最后一个数据总线用户设备的数据又根据顺序返回到第一数据总线用户设备。在此，返回可以由所有数据总线用户设备完成，也可以在旁路线路的帮助下绕过他们。因此，环形总线具有数据的下行流和上行流。环形总线中的数据通常以通过所有数据总线用户设备的数据包的形式传输。

在环形总线中，数据包从一个数据总线用户设备转发到另一个数据总线用户设备。在此，在任何给定时间，数据总线用户设备始终仅从其上游数据总线用户设备接收数据包的一部分。当包含在此部分中的数据已由数据总线用户设备处理后，该部分将转发给下游数据总线用户设备，同时上游数据总线用户设备接收数据包的新部分。这样，数据包的所有部分依次通过所有数据总线用户设备。

本发明的目的是提供一种用于环形总线系统中的改善的时间管理的方法和本地总线主机。

发明内容

该目的通过根据本发明的方法和本地总线主机来实现。在实施例中描述了有利的实施方式。

描述了一种运行具有数据总线用户设备的本地总线的根据本发明的方法，其中，本地总线尤其是环形总线。在此，该方法包括以下步骤：传输循环帧的第一标识符，其中，第一标识符定义循环帧的开始。在此，循环帧可以是例如反复(循环)优选等距的时间间隔，在该时间间隔内可以在本地总线上传输数据。在此，循环帧具有例如至少一个第一标识符，该第一标识符也可以被称为起始标识符SOC(循环开始)，并且该第一标识符以随后的第一标识符定义了用于传输数据的时间范围。在此，彼此连续的循环帧的多个第一标识符有利地在彼此时间等距的距离中。在此，第一标识符可以包含唯一的位模式SOC。如果数据总线用户设备识别出该位模式，则数据总线用户设备知道循环帧已经开始，也就是说，在相对于SOC的特定时间间隔中，过程数据跟随并且在相对于SOC的非特定的时间间隔中，管理数据跟随。在本发明的上下文中，时间可以指的是绝对时间或相应的工作周期。

根据本发明的方法还包括经由本地总线传输过程数据和管理数据的步骤，其中，过程数据和管理数据在循环帧内被传输。过程数据在数据总线用户设备处用于引起过程的控制和/或调节。例如，它们控制连接到数据总线用户设备的执行器的额定值，或调节所记录的传感器值的极限值。管理数据具有用于管理数据总线用户设备的数据，即例如包括数据总线用户设备的编程或例如查询状态。但是，管理数据也可以用于初始化本地总线，以便例如给数据总线用户设备分配地址或查询其地址。管理数据优选地不包含过程数据。

在根据本发明的方法中，以第一时间间隔将至少一个包含过程数据的数据包发送给第一标识符，并且当要在循环帧内发送管理数据时，该管理数据与过程数据分开地发送。这意味着管理数据不与过程数据一起在至少一个数据包中传输，而是在同一循环帧内传输。在此，管理数据和过程数据不会混合在一起。

换句话说，首先将第一标识符从本地总线主机发送到本地总线。第一数据总线用户设备接收到第一标识符并知道循环帧开始。然后，第一数据总线用户设备在优选定义的预定或固定的时间(例如十二个时钟)之后将第一标识符转发给随后的数据总线用户设备，等等。因此，第一预定时间例如是数据总线用户设备用于将每个符号转发到随后的数据总线用户设备的特定或固定的延迟。这意味着可以说第一标识符在本地总线上发送，因为该第一标识符经过本地总线的所有数据总线用户设备。在距第一标识符的第一时间间隔处，本地总线主机发送至少一个数据包的第一符号。该符号也由第一数据总线用户设备接收，并在定义的预定的或固定的时间之后转发给相应随后的数据总线用户设备，等等。至少一个同步数据包的其他符号发生相同的情况。也就是说可以说的是，至少一个同步数据包在本地总线上传输，因为至少一个同步数据包的所有部分都通过所有数据总线用户设备。

如果在所有数据总线用户设备处定义的预定时间是恒定的，则至少一个数据包的第一符号和第一标识符之间的时间间隔也始终相同。在此也可以说，第一标识符和至少一个同步数据包的部分以恒定的速度通过本地总线，即数据总线用户设备。与至少一个数据包分开，本地总线主机发送管理数据，因此管理数据可以时间上观察地在至少一个数据包之前发送，或者在至少一个数据包之后发送，只要数据包与第一标识符或后续的第一标识符不相邻即可。管理数据也由数据总线用户设备接收并且在定义的预定的时间之后被转发给相应后续的数据总线用户设备，等等。也就是说可以说的是，管理数据在本地总线上传输。

由于过程数据和管理数据在循环帧内一起传输，因此得到以下优点：在同步过程数据和管理数据之间进行切换时，不必中断与数据总线用户设备的通信。此外，也可以例如针对每个数据包改变数据总线用户设备的编程，即通过在数据包之前设置管理数据。通过在循环帧内传输同步过程数据和管理数据而不中断通信，可以确保尽可能最佳的时间管理。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，至少一个同步数据包具有与第一标识符不同的第二标识符。同步数据包的该标识符可以是一对一的位模式IDE。数据总线用户设备知道如果出现此位模式，则数据包将跟随过程数据。本地总线主机可以适于在距第一标识符的第一时间间隔中向本地总线发送该第二标识符，随后是过程数据。第二标识符和过程数据分别由数据总线用户设备接收，并在定义的预定时间或固定时间转发到相应的后续数据总线用户设备等，从而以此方式数据包在本地总线上传输。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，代替同步传输管理数据，在至少一个异步数据包中传输管理数据。仅在必要时，即在等待的待传输的管理数据中，传输异步数据包。如果没有管理数据可用于传输，则在循环帧内不会传输异步数据包。如果从循环帧到随后的循环帧不一定总是与第一标识符具有相同的时间间隔，则异步地传输数据包。相反，数据包必须始终在每个循环帧内以与第一标识符相同的时间间隔被传输。数据包和异步数据包都优选与本地总线的时钟信号对准。

异步数据包可以包括第三标识符，该第三标识符相对于第一标识符以及第二标识符移动，其中第一标识符是指示循环帧开始的标识符，第二标识符是指示数据包的标识符。

在此，第三标识符同样可以是数据总线用户设备已知的所属的位模式，从而该数据总线用户设备在获得第三标识符时知道存在异步数据包并且与此相应地异步数据、即管理数据跟随第三标识符。本地总线主机可以适于将该第三标识符发送到本地总线。第三标识符和管理数据分别由数据总线用户设备接收，并在定义的预定时间或固定时间转发到相应的后续数据总线用户设备等，从而以此方式异步数据包在本地总线上传输。

在根据本发明的方法的优选实施方式中，该方法进一步包括确定第一时间间隔的步骤。也就是说，确定在至少一个同步数据包的第一符号的传输与第一标识符的传输之间有多少时间。第一时间间隔优选地基于数据总线用户设备的数量以及过程数据的传输的预定的或计算的延迟来确定。

该确定在此可以例如由本地总线主机完成。第一时间间隔优选地指示在第一标识符的传输和第二标识符的传输之间的时间。如果所有数据总线用户设备都被调整为仅对于恒定时间拥有相应的接收的符号，并且然后将该符号转发给后续数据总线用户设备，因此该时间间隔在第一标识符的发送或转发与第二标识符的发送或转发之间保持相同。

在一个有利的设计方案中，在发送第一标识符和发送至少一个数据包的第一符号之间允许经过多长时间，取决于何时必须在数据总线用户设备上存在包含在数据包中的过程数据，以便执行控制和/或调节。特别地，可以需要尽可能小的等待时间。例如，本地总线主机可以知道何时必须在各个数据总线用户设备处存在过程数据，从而所有数据总线用户设备都可以同时或至少在有限的时间段内执行控制和/或调节。从该知识以及传输数据包需要花费多长时间的知识(取决于数据总线用户设备的数量)，本地总线主机可以确定何时必须传输至少一个数据包，或者何时必须发送至少一个数据包的第一符号，从而所有数据总线用户设备都能及时获得其相应的过程数据。在此，本领域技术人员知道相应的数据总线用户设备处的过程数据的存在还取决于至少一个数据包内的过程数据的分布。

在此，本地总线主机可以适于存储所确定的时间间隔。此外，本地总线主机可适于使用相同的时间间隔，直到本地总线的配置再次改变，即直到添加或删除数据总线用户设备为止。在此，可以调整本地总线主机，使得该本地总线主机确定首次初始化本地总线时的时间间隔。而且，本地总线主机可以在初始化之后被适配为以固定的时间间隔检查时间间隔，或者由本地总线的配置改变来触发。备选地，第一时间间隔可以通过外部程序来计算，例如在台式PC或通过现场总线连接的SPS上的外部程序。

过程数据必须被提供给数据总线用户设备的时刻也可以称为输出时刻，因为在该时刻过程数据被输出到数据总线用户设备的输出上。通过在数据总线用户设备的输出上输出过程数据，例如可以控制或调节执行器。该输出时刻可以是固定预定的，并且距第一标识符具有第二时间间隔。在此，第二时间间隔定义了通过本地总线主机发送第一标识符与输出时刻之间经过的时间。在此，对于每个数据总线用户设备，第二时间间隔都不同。在此，根据数据总线用户设备在本地总线中的位置，针对每个数据总线用户设备确定第二时间间隔。优选地，对于每个数据总线用户设备通过管理数据告知其各自的第二时间间隔。

在另一设计方案中，输出时刻的预定借助于绝对时间说明来进行。在这种情况下，数据总线用户设备都以共同的时基工作。例如，所有数据总线用户设备都同步到定时器。根据有利的设计方案，第一标识符包含时间戳，该时间戳由数据总线用户设备评估，例如以校正他们自己的时基。

根据固定的输出时刻，也可能存在固定的输入时刻，该输入时刻将过程数据的输入固定在数据总线用户设备的输入上。该输入时刻可以是例如数据总线用户设备从连接到数据总线用户设备的传感器记录值的时刻。在此，输入时刻可以是远离第一标识符的发送的第三时间间隔。记录的值也可以表示过程数据，并且可以由数据总线用户设备在循环帧内借助另一个数据包查询，这样本地总线主机就可以将相应的过程数据转发到上级控制部。在此，本地总线主机可以适于例如在本地总线上以距第一标识符的第四时间间隔发送另一个数据包，其中，第四时间间隔是根据数据总线用户设备上的输入时刻确定的，从而当数据总线用户设备已经从其输入读取了值并且准备好将该值写入另一个数据包或者该另一个数据包的对于该值存在的部分中时，在数据总线用户设备上存在另外的数据包或者数据包的部分。

通过具有数据总线用户设备的本地总线、特别是环形总线的根据本发明的本地总线主机也实现了上述目的。在此，本地总线主机具有用于发送循环帧的第一标识符的装置，其中，第一标识符定义循环帧的开始。用于发送的装置适于通过本地总线发送过程数据和管理数据，其中，过程数据和管理数据能够在循环帧内传输。在根据本发明的本地总线主机的情况下，用于发送的装置适于在距第一标识符的第一时间间隔中发送包含过程数据的至少一个同步数据包。如果在循环帧内发送管理数据，则用于发送的装置适于发送与过程数据分开的该管理数据。用于发送的装置可以是例如电路，尤其是收发器电路。可以在专用集成电路(ASIC)或现场可编程(逻辑)门阵列(FPGA)中实现电路。用于发送的装置还可以包括编码器，该编码器对要在本地总线上发送的数据进行编码。用于发送的装置还可以包括调制器，该调制器调制在本地总线上待发送的数据。

在根据本发明的本地总线主机的优选实施方式中，用于发送的装置还适于在异步数据包中发送管理数据。

在按照本发明的本地总线主机的一种优选实施方式中，该本地总线主机还具有用于基于输出时刻确定第一时间间隔的装置，该输出时刻确定在相应数据总线用户设备的输出上的过程数据的输出，其中，以距所述第一标识符的第二时间间隔预定所述输出时刻。

在根据本发明的本地总线主机的优选实施方式中，用于确定的装置适于基于输入时刻来确定距第一标识符的第四时间间隔，该输入时刻确定了在各个数据总线用户设备的输入处的过程数据的输入。在此，以距第一标识符的第三时间间隔预定或确定输入时刻。用于传输的装置适于以距第一标识符的第四时间间隔在循环帧中发送至少一个另外的同步数据包。在此，另一个数据包能够用于查询相应的数据总线用户设备的输入上的值。在此，本地总线主机还可以具有用于接收过程数据的装置。

附图说明

接下来借助实施例利用附图更详细地解释本发明。从所描述的实施例得到本发明的主题的进一步细节、特征和优点。图示：

图1是具有存储可编程控制部和示例性环形总线的示例性自动化设备的示意性框图；

图2是循环帧的示意图；

图3是由符号组成的数据包的示意图，其中一些符号携带过程数据；

图4是由符号组成的异步数据包的示意图，其中一些符号携带管理数据；

图5是由符号组成的另一个异步数据包的示意图，其中一些符号携带管理数据；和

图6示出了循环帧内的异步和同步数据包的示例性时间序列。

具体实施方式

图1示出了自动化设备的示意性框图。本领域技术人员将理解，所示的自动化设备只是示例，并且属于自动化设备的所有元件、模块、构件、用户设备和单元都可以进行不同配置，但仍然可以满足此处描述的基本功能。

图1所示的自动化设备具有上级控制部1，上级控制部例如可以通过存储可编程控制部SPS来实现。这样的SPS 1基本上用于控制和调节由自动化设备执行的过程。但是，当今自动化设备中的SPS 1还承担更广泛的功能，例如可视化、报警和记录与过程有关的所有数据，并且因此SPS 1充当人机接口。存在不同性能等级的SPS 1，其具有不同的资源(计算容量、存储器容量、输入和输出以及接口的数量和类型)，这些资源使SPS 1实现控制和调节自动化设备的过程。SPS1通常具有模块化构造，并且包括单个组件，每个组件执行不同的任务。通常，SPS 1包括中央计算结构组(具有一个或多个主处理器和存储模块)和多个具有输入和输出的结构组。通过添加结构组，可以轻松扩展此类模块化构造的SPS 1。在此，取决于过程的复杂性和自动化设备的结构的复杂性的是哪些结构组必须集成在SPS 1中。在当今的自动化设备中，SPS 1通常也不再是独立的系统，而是通过相应的接口(此处未显示)将SPS 1连接到互联网或内联网。

这意味着SPS 1是网络的一部分，通过该网络或从该网络中SPS 1可以获得信息，指令，程序等。例如，SPS 1可以通过与位于内联网或互联网上的计算机的连接来获取有关过程提供的材料的信息，因此例如通过了解材料的数量或性质可以最佳控制该过程。也可以设想的是，SPS 1由使用者从内联网或互联网进行的访问进行控制。因此例如使用者在计算机(也称为主计算机)的帮助下可以访问SPS 1并检查、更改或纠正其用户编程。因此，可以从一个或多个远程控制站或控制中心访问SPS 1。如果需要，主计算机可以具有可视化设备，用于表示过程序列。

为了控制自动化设备的过程，将SPS l连接到自动化仪器。为了保持较低的接线成本，针对这些连接而使用总线系统。在图1所示的实施例中，SPS 1借助于上级总线2连接到下级本地总线系统的本地总线主机3，该上级总线2在这里所示的实施例中可以是现场总线。然而在上级总线2上不仅可以如这里所示的实施例中那样连接着本地总线的本地总线主机3，而且还连接着被设计用于与SPS 1通信的任何其他用户设备(这里未示出)。

在这里示出的实施例中，上级总线2与本地总线主机3连接。为此，本地总线主机3具有第一接口4，第一接口被设计为使得第一接口可以连接到上级总线2。为此，接口4可以具有例如插座形式的容纳部，而上级总线2可以具有可以由插座接收的插头。在此，插头和插座可以是例如模块化插头和模块化插座，即，上级总线2的每根缆芯电或光学地连接到模块化插座中的连接部。但是，本领域技术人员还知道如何设计接口4的其他可行方案，这样就可以将本地总线主机3电连接或光连接到上级总线2。在此，本领域技术人员已知旋拧连接、旋转连接、卡扣连接或插头连接，借助于它们可以建立电连接或光学连接。在此，在大多数情况下，雄插头由雌配合件容纳。该容纳通常不仅建立电连接或光学连接，而且还可以确保这两个部分是机械耦合的，并且只有施加一定的力才能重新解除。但也能够考虑的是，将上级总线2与接口4固定接线。

在此处所示的实施例中，本地总线主机3具有另一个第二接口，以便将本地总线主机3连接到本地总线。数据总线用户设备7a、7b，...，7n连接到本地总线或形成本地总线。本地总线被有利地构造成使得由本地总线主机3发送的数据包通过与本地总线连接的所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n并且发送回本地总线主机3。在此，数据总线用户设备7a、7b，...，7n总是仅从其上游数据总线用户设备7a、7b，...，7n接收数据包的一部分。经过时间段后，在该时间段中数据总线用户设备7a，7b，...，7n可以处理此部分中包含的数据，然后将该部分转发给下游数据总线用户设备7a，7b，...，7n，并且同时由上游数据总线用户设备7a，7b，...，7n接收数据包的新部分。这样，数据包的所有部分依次通过所有数据总线用户设备7a，7b，...，7n。本地总线有利地形成在环形结构中。这样的本地总线也可以称为环形总线6。备选地，本地总线可以链形或星形地形成，或由前述的组合或混合形式形成。在此，数据包的发送和接收是通过本地总线主机3的第二接口完成的。在这里示出的实施例中，第二接口被分为第一部分5a和第二部分5b。第二接口的第一部分5a在环形总线6中建立下行连接，并且第二接口的第二部分5b在环形总线6中建立上行连接。

环形总线6(环形总线的数据发送方向用箭头在图1所示的实施例中示出)在此处所示的实施例中具有数据总线用户设备7a、7b，...，7n。在这里所示的实施例中，这些数据总线用户设备7a、7b，...，7n分别具有接口8，以便从上游或前面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，数据总线用户设备通过接口8从上游的本地总线主机3接收数据。本地总线6上的数据也可以称为本地总线数据。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，以便将数据转发给下游或随后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，该数据总线用户设备通过接口9将数据发送到下游数据总线用户设备7b。在此，接口8和9在此用于沿环形总线6的下行方向(即远离本地总线主机3)传播数据。此外，在该实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n还具有用于在环形总线6的上行方向上，即向本地总线主机3传播数据的接口10和11。在此，在数据总线用户设备7a的情况下，接口10被设计成从下游或后续的数据总线用户设备7b接收数据，并且接口11被设计成将数据转发给上游或先前的数据总线用户设备，这里是本地总线主机3。所以也可以说，接口9和11是发送接口，而接口8和10是接收接口。

在此处所示的实施例中，接口和SPS 1或数据总线用户设备7a，7b，...，7n的连接通过电缆或电路板用于借助电触头直接或间接接触来实现。另一备选方案是，单个连接是通过无线方式建立的，并且接口提供了对所用无线标准的必要转换。

即使在这里示出的实施例中，本地总线主机3和单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n彼此分开地示出，本地总线主机3也因此与数据总线用户设备7a、7b，...，7n分散地布置，本领域技术人员知道数据总线用户设备7a、7b，...，7n和还代表环形总线6的数据总线用户设备的本地总线主机3也可以直接彼此连接。在此，例如一个数据总线用户设备的触头可以嵌入到直接相邻的数据总线用户设备的相应的容纳部或容纳触头，以便在数据总线用户设备之间建立电连接，从而可以在上行方向和下行方向上发送数据。例如，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以在背离主机的一侧上具有容纳部，并且在面向主机的一侧上具有触头。如果然后相应地将数据总线用户设备7a、7b，...，7n排成行列，则一个数据总线用户设备7a、7b，...，7n的触头分别嵌入到另一数据总线用户设备7a、7b，...，7n的容纳部中，并且可以产生电连接。本地总线主机3于是在侧面具有相应的触头，该触头嵌入到第一数据总线用户设备7a的容纳部中，以便在接口5a和8或接口5b和11之间产生电连接。然而，本领域技术人员还知道其他可能性，例如压力触头，刀叉触头，例如彼此直接相邻布置的两个数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以产生电连接或光连接。

在数据总线用户设备7a、7b，...，7n和本地总线主机3直接彼此连接的情况下，它们也可以具有机械容纳部或机械紧固装置，单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n和本地总线主机3通过该机械容纳部或机械紧固装置可以彼此连接。在这种情况下，例如数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以在一侧上具有突出部而在另一侧上具有底切部。如果随后将数据总线用户设备7a、7b，...，7n排成行列，则一个突出部嵌入到另一个数据总线用户设备7a、7b，...，7n的底切部中，从而产生机械耦合。为了数据总线用户设备7a、7b，...，7n的简单的排成行列，它们也可以布置在公共容纳部上，例如安装轨上。为了固定在安装轨上，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以具有相应的紧固装置。备选地或附加地，数据总线用户设备7a、7b，...，7n也可具有例如可释放地连接的紧固装置，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可通过该固定装置固定在安装轨或另一容纳部上。为此，可释放地连接的紧固装置可以互换，并且用于期望的容纳部的相应的紧固装置可以与数据总线用户设备7a、7b，...，7n连接，以便可以将它们紧固在期望的容纳部上。

此外，在图1所示的实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n还具有处理单元12，该处理单元例如由在图3中更详细地示出的处理部件和逻辑单元组成。处理单元12也可以称为数据总线用户设备的整个电路。也就是说，处理单元12经由输入8和10接收数据，并且在输出9和11上输出数据。此外，处理单元12可以从输入和输出13和14接收或输出数据。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12’，其中例如存储有数据、过程数据或指令列表。

处理单元12也可以称为数据总线用户设备的整个电路。也就是说，处理设备12经由输入8和10接收数据，并且在输出9和11上输出数据。此外，处理设备12可以从输入和输出13和14接收或输出数据。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12’，其中例如存储有数据、过程数据或指令列表。

处理单元12可以被配置为处理接收到的数据和输出数据。可以从上游数据总线用户设备或从数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输入13接收要处理的数据。在此，数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输入13可以连接到传感器15，传感器发送例如测量数据，状态数据等。可以将处理后的数据输出到下游数据总线用户设备或数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输出14。在此，数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输出14可以连接到执行器16，该执行器例如借助于指向它们的数据执行特定的动作。如果在上行方向上也进行数据处理，则数据也可以由下游数据总线用户设备7a、7b，...，7n接收，并且可以将处理后的数据发送到上游数据总线用户设备7a、7b，...，7n。

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被示出为仅具有一个输入13和一个输出14，并且仅数据总线用户设备7b被连接到传感器15和执行器16。然而，本领域技术人员已知的是，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以具有多个输入和输出13和14，并且可以连接到多个不同的传感器15和执行器16。在此，表征传感器的特征15是传感器15记录数据或信号并将其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可以被集成在模块单元中，并且数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以被插入到该模块单元上。模块单元也可以称为环形总线6的基础元件。在此，环形总线基础设施由模块单元构成，并且数据总线用户设备7a、7b，...，7n可互换，因此环形总线6可以利用任何数据总线用户设备7a、7b，...，7n来构造。借助模块单元也可确保的是，即使移除数据总线用户设备7a、7b，...，7n，由于在其余模块单元上进行通信，因此剩余数据总线7a、7b，...，7n之间的通信也不会中断。

由于该实施例中所示的数据总线用户设备7a、7b，...，7n由于其能够与传感器15或执行器16连接的输入和输出13、14而也经常被称为E/A模块。即使在这里示出的示例性实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n被示为与传感器15或执行器16在空间上分离，因此传感器15或执行器16也可以集成在E/A模块中。

在此示出的实施例中示出的环形总线6基于循环帧通信。在此，循环帧例如可以被定义为反复(循环)优选等距的时间间隔，在该时间间隔中可以在环形总线6上传输数据。循环帧具有例如至少一个第一标识符(SOC)和用于数据传输的时间范围。在此，彼此连续的循环帧的多个第一标识符(SOC)有利地在彼此时间等距的距离中。所述时间范围被设置用于传输可以在循环帧内以数据包形式传输的数据。第一标识符(SOC)和数据包通过环形总线6传输并经过所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n。有利的是，循环帧由环形总线6中的本地总线主机3初始化。第一标识符(SOC)是独立的，即可以作为独立符号被传输或有利地被包含在起始数据包(SOC包)中。

在循环帧的时间范围内，没有、一个或多个数据包被传输。有利地，空载数据(休眠数据)被插入到循环帧中，尤其是邻接至少一个数据包。有利地，数据包和/或空载数据的传输在环形总线6上引起不间断的信号。该信号允许数据总线用户设备7a、7b，...，7n与此信号时间同步。有利地，在循环帧内在循环帧的结尾(尾部)还有空载数据。尾部具有可变的长度，并且跟随用于数据传输的时间范围优选地直到下一个循环帧的下一个第一标识符(SOC)。相应的循环帧以示例方式显示在图2中。

每个数据包由本地总线主机3在下行方向上发送到环形总线6的第一数据总线用户设备7a。第一数据总线用户设备通过接口8接收数据包的第一部分。数据包的这一部分在下文中也称为块、单元或符号。数据总线用户设备7a然后执行该部分的处理，然后将其通过接口9转发给下一个数据总线用户设备7b，优选第一数据总线用户设备7a接收同时接受数据包的第二部分，等等。在此，数据包的部分的大小，即数据包的细分在此取决于数据总线用户设备7a、7b，...，7n的容量，例如固定数量的位，例如数据包的8位能够同时存在于数据总线用户设备7a、7b，...，7n处，以进行处理。如果本地总线6上的数据传输是串行的，则接口8和10可以适于执行串行到并行的转换，而接口9和11可以适于执行并行到串行的转换。为此，接口8、9、10、11具有相应的寄存器(此处未显示)。接口8、9、10、11也可以适于执行可能必要的编码和加密。例如，可以在本地总线上使用8b10b代码，可以通过接口8、9、10和11来实现其转换。

数据包例如以8位的部分或符号逐单元地、逐块地或逐部分地通过数据总线用户设备7a、7b，...，7n。由最后的数据总线用户设备(在此处所示的示例性实施例中是数据总线用户设备7n)处理过的数据包的部分然后沿上行方向穿过环形总线6，这样所述部分从最后的数据总线用户设备7n开始再次向着本地总线主机3的方向通过所有的数据总线用户设备7a、7b，...，7n被向上发送。为此，最后的数据总线用户设备7n具有将接口9连接到接口10的可切换桥，或者将可切换的桥(这里未示出)连接到最后的数据总线用户设备7n，该桥接管将数据包的部分从接口9传送到接口10的功能。备选地，数据总线用户设备7n的接口10也可以借助于在此未示出的旁路线路直接连接到本地总线主机3的接口5b。

如在此所示的示例性实施例中那样，在上行方向上，一个数据包或多个数据包的单元可以由单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n循环回到本地总线主机3，而无需进行任何进一步的处理。但也能够考虑的是，重新在上行方向上对数据包的单元进行处理，因此数据包可以被处理两次，一次是在向着最后的数据总线用户设备7n的下行方向上，并且一次是在向着本地总线主机3的上行方向上。例如，在上行方向上，处理可以通过信号刷新和/或相移来进行。

当在下行方向(即远离本地总线主机3)或上行方向(即朝向本地总线主机3)上处理数据包时，通过指令列表完成处理，其中指令列表包括可以由数据总线用户设备7a、7b，...，7n的处理单元12执行的指令集。指令列表本身可以在初始化阶段由本地总线主机3发送到单个数据总线用户设备7a、7b，...，7n，或者有利地在进行的通信中发送到数据总线用户设备7a、7b，...，7n，这样就可以在不中断通信的情况下进行数据总线用户设备7a、7b，...，7n的编程。

可以借助指令列表索引将数据总线用户设备7a、7b，...，7n使用哪个指令列表传送到数据总线用户设备7a、7b，...，7n。该指令列表索引通知数据总线用户设备要使用哪个存储的指令列表。因此，将指令列表索引分配给指令列表，反之亦然，从而可以在指令列表索引的帮助下识别要使用的指令列表。为此，指令列表索引优选具有分配给指令列表的值，例如，该值指示特定的指令列表或其存储位置。为此，该值本身可以是存储地址，在该存储地址中存储指令列表或在该存储地址中存储指令列表的至少一个第一指令。备选地或附加地，该值也可以指示在其中存储了相应的指令列表的存储区域。在上述情况下，也可以说的是直接分配。指令列表索引的值可以例如是，但也可用作转换表(查找表，LUT)的输入。在此，指令列表索引的值是转换表的输入值。转换表的输出值可以是相关指令列表中的第一指令的存储地址，或者另外识别指令列表。转换表可以在软件技术以及硬件技术上以例如逻辑的形式存储，并且说明从输入值到输出值的一对一转换，其中输出值指示要使用的指令列表。在此，取决于转换表的是如何在指令列表索引和指令列表之间建立关联。在使用转换表时，也可以说的是间接分配。但是，在直接和间接分配的情况下，由数据总线用户设备带使用的指令列表可以通过指令列表索引一对一识别，即可以找到。可以在待处理的本地总线数据之前在数据包中插入指令列表索引，这样数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以根据数据包中的本地总线数据的顺序使用相应的指令列表。在此，指令列表在此具有指令，该指令适用于数据包中的本地总线数据的顺序。在此，指令列表针对没有指向数据总线用户设备7a、7b，...，7n的本地总线数据可以例如具有“SKIP”指令，即指令数据总线用户设备7a、7b，...，7n跳过数据包的相应部分，而指向数据总线用户设备7a、7b，...，7n的本地总线数据的指令列表可以具有用于处理本地总线数据的相应指令。在图3至图5中示出了用于发送数据总线用户设备7a、7b，...，7n的过程数据和管理数据的数据包。

然而，首先在图2中示意性地示出了循环帧17。在循环帧17的开始处，设置一对一的第一标识符18作为SOC包的一部分(SOC：循环开始)。第一标识符18是定义循环帧17的开始的位模式。跟随标识符18，在SOC包内在时间上布置SOC包的多个部分19、20、21、22，该部分例如可以用于在本地总线主机3和数据总线用户设备7a、7b、7n之间的控制和时间同步。例如，在SOC包中在时间上布置字段19，在字段中存在至少一个用于对在本地总线6上发送的数据进行加密或解密的值。此外，SOC包可以具有字段20，该字段包含本地总线主机3的定时，因此数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以在此同步。此外，SOC包可以包括字段21作为时间戳，该字段指示何时从本地总线主机2发送第一标识符18。SOC包还可以包括字段22中的第一校验和，利用该第一校验和可以用于验证在SOC包的字段19、20、21、22中发送的数据是否被没有错误地接收。此外，在循环帧17内，在时间上布置了信息时间范围23。在该信息时间范围23内，同步和异步数据被传输到数据总线用户设备。在循环帧17内，可以在循环帧17的末尾提供具有空闲数据的时间范围(尾部)。时间范围24可以具有可变的长度，并且跟随用于数据传输的信息时间范围。优选地，时间范围24的长度被扩展到下一循环帧17的随后的第一标识符18。有利地，尾部24具有空载数据，即，不会对数据总线用户设备7a、7b，...，7n造成任何控制或调节但是仍然能够实现同步的数据。

在用于数据传输的信息时间范围23内，数据包可以包含在例如数据包中，而异步数据可以包含在异步数据包中。图3示出了同步数据包的示例，并且图4和图5分别示出了异步数据包的示例，利用该异步数据包可以寻址特定的数据总线用户设备7a、7b，...，7n或多个数据总线用户设备7a、7b、。..，7n。

图3中所示的同步数据包25包括头部分、信息部分和校验和部分。头部分包括字段26，该字段包含一对一的位模式IDE，该位模式也可以称为代码字或包标识符。位模式的数量和设计方案取决于环形总线6上使用的编码。在此，很重要的是，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以从字段26的位模式中识别出涉及哪种类型的数据包。在此处所示的实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n知道当接收到具有位模式IDE的字段26时，该字段是携带过程数据28a、28b、28c的同步数据包25。

头部分还可以包括其他信息，该其他信息指示例如数据包25是在下行方向还是上行方向上移动。为此，例如最后的数据总线用户设备7n将信息写入头部分中，数据包25已经通过该数据总线用户设备7n，并且已经在本地总线主机3的方向上被发送回去。此外，头部分还可以包含有关数据包25长度的信息，因此数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以检查数据包25的完整性，或者知道数据总线用户设备7a、7b，...，7n仍接收了多少数据包25。然而，本领域技术人员还知道可以存在于数据包25的头部分中的其他字段，该其他字段例如可以被数据总线用户设备7a、7b，...，7n用于控制或错误识别。

数据包25的信息部分可以首先包括指令列表索引字段27、ILI，指令列表索引字段指示数据总线用户设备7a、7b，...，7n应使用哪个指令列表。例如，在环形总线6的正常操作中可以规定，所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n均使用其第一指令列表，而在错误情况下，应使用第二指令列表。在此，指令列表索引可以直接引用存储在数据总线用户设备7a、7b，...，7n中的指令列表的存储位置，或者指令列表索引可以具有一个值，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以利用该值例如通过转换表可以找到相应的指令列表。信息部分还具有实际过程数据28a、28b和28c。

在这里所示的实施例中，数据包25被分成每个8位的符号。数据总线用户设备7a、7b，...，7n也以此细分接收和处理数据包25。这意味着，本地总线主机3首先将符号26发送到第一数据总线用户设备7a，在预定时间之后，本地总线主机3将数据包25的头部分的另一个符号发送给第一数据总线用户设备7a，该第一数据总线用户设备又同时将该符号26发送到数据总线用户设备7a、7b、7n的序列中的第二数据总线用户设备7b上。在有利的设计方案中，在同步数据包25的符号的发送和接收之间的该预定时间取决于本地总线的时钟，特别是固定数量的时钟，例如两个时钟。

此外，信息部分中的数据包25仍然具有字段29，该字段可以被配置为计数器，并且该字段可以由每个数据总线用户设备7a、7b，...，7n来递增或递减，数据包25的该部分已经通过该数据总线用户设备被传送。字段29的计数器值可以被本地总线主机3用来检查数据包25是否已经通过所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n。

本领域技术人员知道的是，仅是示例性地理解数据包25的这里示出的实施例，并且数据包25的设计方案可以另外取决于实现它的特定本地总线的需要和要求。

图4示出了异步数据包30的示意图，该异步数据包例如用于对数据总线用户设备7a、7b，...，7n进行编程，而不必中断当前的通信。在此，异步数据包30可以在当前循环通信中与同步数据包在时间上分开地传输，并且例如可以用于对数据总线用户设备7a、7b，...，7n的编程。在此，一个数据总线用户设备7a、7b，...，7n的编程借助指令列表信息进行，该指令列表信息借助异步数据包30被发送到待编程的数据总线用户设备7a、7b，...，7n上。

在此，异步数据包30包括通用头部分，信息部分和校验和部分。头部分包括字段31，该字段包含唯一的位模式MWR，该位模式也可以称为代码字或标识符。数据总线用户设备7a、7b，...，7n已知的是，当出现位模式MWR时，将数据提供给数据总线用户设备7a、7b，...，7n。在此，这些数据可以恰好是数据总线用户设备7a、7b，...，7n的指令列表，以对数据总线用户设备7a、7b，...，7n进行编程。尽管给出了指令列表作为示例，但是技术人员知道还可以将其他数据包含在异步数据包30中，利用该异步数据包可以对数据总线用户设备7a、7b，...，7n进行编程。异步数据包30的头部还可以包含控制或错误识别所需的其他信息，这里未示出。

异步数据包30的信息部分包含字段32，在该字段中存储待响应的数据总线用户设备7a、7b，...，7n的地址。只有其地址与字段32中存储的地址匹配的数据总线用户设备7a、7b，...，7n才读取异步数据包30的信息部分的指令列表数据34。信息部分还可以具有另一个字段33，该字段可以由相应的数据总线用户设备7a、7b，...，7n使用，数据总线用户设备的地址被存储在字段31中以进行错误识别、错误传播，或者该字段32可以包括指令列表数据34将存储到何处的指令。指令列表数据34可以包括至少一个指令列表或多个指令列表。在将一个指令列表或多个指令列表存储在相应的数据总线用户设备7a、7b，...，7n中之后，也可以说的是，相应的数据总线用户设备7a、7b，...，7n的编程已经进行。在此，指令列表具有指令集，这些指令集定义了要由数据总线用户设备7a、7b，...，7n执行的处理。例如，这是要用数据包25的过程数据28a、28b、28c执行的处理。如果异步数据包30在循环帧17内的数据包25之前发送，则数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以在接收过程数据28a、28n、28c之前被编程，这例如可以在相同的或两个不同的循环帧中进行。也就是说，在过程数据28a、28b、28c到达相应的数据总线用户设备7a、7b，...，7n之前，可以向该数据总线用户设备提供关于将如何处理过程数据28a、28b、28c的信息。在此处所示的示例性实施例中，数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以利用异步数据包30分别被发送指令列表数据34。这些指令列表数据34可以以可以经由指令列表索引找到的方式存储在相应数据总线用户设备7a、7b，...，7n中。同步数据包25包含指令列表索引27，该指令列表索引在每个数据总线用户设备7a、7b，...，7n中分别分别恰好指示用于处理过程数据28a、28b、28c的经存储的指令列表。

即使在此处所示的异步数据包30的示例性实施例中，异步数据包只能通过字段32寻址到数据总线用户设备7a、7b，...，7n，本领域技术人员也知道异步数据包30也可以具有多个地址，广播地址或多播地址，这样，指令列表数据34不仅可以寻址到数据总线用户设备7a、7b，...，7n，而且可以寻址到多个数据总线用户设备7a、7b，...，7n。本领域技术人员也已知的是，仅是示例性地理解异步数据包30的这里示出的实施例，并且异步数据包30的设计方案可以另外取决于实现它的特定本地总线的需要和要求。

图5示出了另一个异步数据包35的示意图，该另一个异步数据包例如用于查询多个数据总线用户设备7a、7b，...，7n，而不必中断正在进行的通信。在此，异步数据包35可以被嵌入当前循环通信的数据包序列中。

在此，异步数据包35包括通用头部分，信息部分和校验和部分。头部分包括字段36，该字段包含唯一的位模式MRD，该位模式也可以称为代码字或标识符。数据总线用户设备7a、7b，...，7n已知的是，当出现位模式MRD时，从数据总线用户设备7a、7b，...，7n中读出数据。异步数据包35的头部还可以包含控制或错误识别所需的其他信息，这里未示出。

在此处所示的实施例中，异步数据包35的信息部分包括两个字段37和38，该字段可用于控制。例如，这些字段可以指示应该查询哪些信息，并且指示异步数据包35的优先级。对于本领域技术人员而言清楚的是，在信息部分中可以包含任何数量的控制字段或不包含任何控制字段。

主机发送具有如下区域的异步数据包35，在该区域中数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以分别写入其信息。在所示的示例性实施例中，异步数据包具有第一字段39a，数据总线用户设备7a、7b，...，7n的地址位于第一字段中。与该地址相关的数据总线用户设备7a、7b，...，7n在一个或多个字段39b中写入要发送的信息。在这里所示的实施例中，字段39a中的地址是第一数据总线用户设备7a的地址。另外，该数据总线用户设备在以下字段39b中写入要发送的信息。第二数据总线用户设备7a、7b，...，7n的信息可以利用另外的数据包35’查询，所述另外的数据包例如在字段40a中具有第二数据总线用户设备7a、7b，...，7n的地址，由所述另外的数据包查询信息。然后，第二数据总线用户设备7a、7b，...，7n可以将其待发送的信息写入字段40b中，等等。在此，第二数据总线用户设备7a、7b，...，7n不必是直接跟随第一数据总线用户设备7a的数据总线用户设备，而是可以是位于第一数据总线用户设备之后的任何位置上的数据总线用户设备，但是该数据总线用户设备的地址匹配于字段40a中所包含的地址。

本领域技术人员知道的是，仅是示例性地理解异步数据包35的这里示出的实施例，并且异步数据包35的设计方案可以另外取决于实现它的特定本地总线的需要和要求。

图6示出了例如在图3和4中所示的、循环帧17内的异步和同步数据包25和30的示例性时间序列，例如在图2中示出。为简单起见，循环帧17以及数据包25、30分别仅以其用于循环帧17的开始的一对一的位模式SOC 18、用于异步数据包30的开始的MWR 31、用于第一数据包25的开始的IDE 26以及用于第二数据包25的开始的IDE 26来标识。在此处所示的实施例中，在以一对一的位模式IDE 26为特征的第一数据包25之前发送异步数据包30，该异步数据包以一对一的位模式MWR 31为特征。

利用该异步数据包30，可以对数据总线用户设备7a、7b，...，7n进行编程，从而例如可以利用异步数据包30将指令列表数据发送给该数据总线用户设备。这些数据可以包括指令列表，其中，列表中的每个指令可适于处理包含在随后的同步数据包25中的过程数据28的处理。

在距第一位模式SOC 18的时间间隔τ₁中跟随着位模式IDE26，该位模式指示同步数据包25。这意味着，本地总线主机3例如在时间τ₀将位模式SOC 18发送到本地总线6上并且以距τ₀的时间间隔τ₁来看本地总线主机3发送位模式IDE26并且接着发送同步数据包25的符号。因为数据总线用户设备7a、7b，...，7n被适配为使得这些数据总线用户设备在转发符号之前仅对于定义的预定时间存在循环帧17的各个符号，并且如果在所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n上的该时间是恒定的，则位模式SOC 18和位模式IDE 26之间的第一时间间隔τ₁不变。也就是说，如果第i个数据总线用户设备7i在时间ti将位模式SOC 18转发到后续数据总线用户设备7i+1，则数据总线用户设备7i还将在时间τ_i+τ₁发送位模式IDE 26，等等。其中，i∈{a，...，n}。在此，第一时间间隔τ₁由本地总线主机3求取或确定，使得数据包25的所有符号在输出时刻之前到达相应的数据总线用户设备7a、7b，...，7n。输出时刻是这样的时刻，在该时刻，所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n将同步数据包25中包含的过程数据28转发到其输出14，例如转发到连接的执行器16，而且是所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n同时被转发。也就是说，输出时刻是固定时刻，该固定时刻与通过本地总线主机3发送位模式SOC 18具有特定时间间隔，这里是τ₂。在此，输出时刻例如可以由本地总线主机3确定。在此，本地总线主机3被适配为使得其选择第一时间间隔τ₁，即选择数据包25被发送的时刻，

使得在到达输出时刻之前，所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n都具有其过程数据28。也就是说，τ₁+τ_数据包τ₂，其中，τ_数据包表示直到所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n都具有其来自数据包25的针对其输出的相应的过程数据28的持续时间。本领域技术人员已知的是，该持续时间取决于数据包25的长度和/或取决于本地总线6中的数据总线用户设备7a、7b，...，7n的数量以及和/或取决于数据包25中的过程数据的分布和/或取决于数据总线用户设备内的数据提供的持续时间。例如，当最后的数据总线用户设备7n的过程数据28也最后在数据包25中被发送，则该过程数据必须先通过所有其他数据总线用户设备7a、7b，...，7n-i，然后该过程数据才能到达最后的数据总线用户设备7n。这就是说，其他数据总线用户设备7a、7b，...，7n先前已经获得了其过程数据28，并且必须等待，直到最后的数据总线用户设备7n也具有其过程数据28，直至输出。在这种情况下，持续时间τ_数据包对应于同步数据包25经过整个本地总线6所需的时间。对于本领域技术人员而言清楚的是，如果过程数据28以与数据总线用户设备7a、7b，...，7n的布置相反的顺序包含在数据包25中，则持续时间τ_数据包是最短的。也就是说，如果数据包25包含用于最后的数据总线用户设备7n的第一过程数据28，和用于数据总线用户设备7a的最后过程数据28，则在本发明的实施例中，所有数据总线用户设备7a、7b，...，7n同时具有其相应的过程数据28，并且数据总线用户设备7a、7b，...，7n不必等待。当数据总线用户设备7a、7b，...，7n不必在整个同步数据包25上执行CRC时，这尤其是有利的。通过知道数据总线用户设备7a、7b，...，7n的数量，并且可能通过知道数据包25内的过程数据28的分布，本地总线主机3可以确定并选择第一时间间隔τ₁，使得τ₁+τ_数据包≤τ₂。

类似于输出时刻，也可以存在确定或固定的输入时刻，即例如来自连接的传感器15的过程数据28存在于数据总线用户设备7a、7b，...，7n的输入13处的时刻。本地总线主机3可以h知道该时刻，该时刻与位模式SOC 18的传输相距第三距离τ₃。本地总线主机3可以适于在本地总线6上发送另外的同步数据包25，并且具体是在距位模式SOC 18的第四时间间隔τ₄中发送。在此，该另外的同步数据包25存在于数据总线用户设备7a、7b，...，7n处，使得这些数据总线用户设备在输入时刻上对过程数据28进行处理之后，能够将处理后的过程数据28写入其他数据包25的相应呈现给数据总线用户设备的符号中。因此，记录的过程数据28被发送到本地总线主机3，本地总线主机可以将过程数据转发给SPS 1。

在优选实施方案中，位模式18、31、26被每个数据总线用户设备恒定地延迟。例如，第一数据总线用户设备7a将位模式SOC 18延迟10个时钟。因此，第二数据总线用户设备7b比第一数据总线用户设备7a以恒定延迟(10个时钟)更晚接收位模式SOC 18。为了在本发明的有利设计方案中使得第一数据总线用户设备7a的输出时刻与第二数据总线用户设备7b的输出时刻时钟精确地一致，在第一数据总线用户设备7a和第二数据总线用户设备7b中的第二距离τ₂的区别尤其在于该恒定的延迟(10个时钟)。为了在本发明的有利设计方案中使得第一数据总线用户设备7a的输入时刻与第二数据总线用户设备7b的输入时刻时钟精确地一致，在第一数据总线用户设备7a和第二数据总线用户设备7b中的第三距离τ₃的区别尤其在于该恒定的延迟(10个时钟)。相应的情况适用于在传输链中的后续的数据总线用户设备7c等。

在图6所示的实施例中，循环帧17在重新传输指示随后的循环帧17的开始的位模式SOC 18之前结束。

尽管在图6所示的实施例中，将输出时刻和输入时刻作为固定时间预定，但是本领域技术人员知道输出和输入不必强制性地在一个时刻发生，而是也可以在一定的时间段中进行，所述时间段围绕输出时刻或输入时刻延伸。

即使在上面的描述中提到了数据，本领域技术人员也知道在这里应该包括，数据的单数，即单个数据。

在所描述的实施例中被描述为分离的单元、模块或接口的根据本发明的装置的构件可以被实现为分离的硬件，但是优选地被集成在同一半导体芯片上。优选地，它们的功能由逻辑门的硬件来实现。例如，单元、模块或接口可以在FPGA/ASIC上实现。

附图标记单

1 存储可编程控制部(SPS)

2 上级总线

3 本地总线主机

4 第一接口

5a，b 第二接口

6 环形总线

7a，b，n 数据总线用户设备

8 输入接口

9 输出接口

10 下行数据输入接口

11 下行数据输出接口

12 处理单元

13、14 输入/输出

15 传感器

16 执行器

17 循环帧

18 SOC代码字

19 循环帧的控制数据

20、21 同步数据

22 循环帧的头部分的校验和

23 循环帧的信息部分

24 尾部

25 同步数据包

26 IDE代码字

27 指令列表索引

28 过程数据

29 计数器值

30 异步数据包

31 MRW代码字

32 地址字段

33 异步数据包的控制数据

34 指令列表数据

35 另一个异步数据包

36 MRD代码字

37、38 另一个异步数据包的控制数据

39a 第一地址字段

39b 第一数据字段

40a 第二地址字段

40b 第二数据字段

Claims (14)

1.一种用于运行具有数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的本地总线(6)、特别是环形总线的方法，该方法包括：

传输循环帧(17)的第一标识符(18)，其中，第一标识符(18)定义循环帧(17)的开始；

通过本地总线(6)传输过程数据(28)和管理数据(34、39b、40b)，其中过程数据(28)和管理数据(34、39b、40b)在循环帧(17)内被发送，

其中，在距第一标识符(18)的第一时间间隔τ₁中，包含过程数据(28)的至少一个同步数据包(25)被传输，并且

其中当管理数据(34、39b、40b)在循环帧(17)内被传输时，所述管理数据(34、39b、40b)与过程数据(28)分开地被传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个同步数据包(25)具有与第一标识符(18)不同的第二标识符(26)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，管理数据(34、39b、40b)在至少一个异步数据包(30、35)中被传输。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述至少一个异步数据包(30、35)具有不同于第一和第二标识符(18、26)的第三标识符(31、36)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：确定第一时间间隔τ₁。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在距第一标识符(18)的第二时间间隔τ₂中预定输出时刻，该输出时刻确定在数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的输出(14)处的过程数据(35)的输出。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，第一时间间隔τ₁基于输出时刻和所述至少一个同步数据包(25)的长度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在距第一标识符(18)的第三时间间隔τ₃中预定输入时刻，该输入时刻确定在数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的输入(13)上的过程数据(28)的输入。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在距第一标识符(18)的第四时间间隔τ₄中在循环帧(17)中传输至少一个另外的同步数据包(25)，其中第四时间间隔τ₄基于输入时刻。

10.一种具有数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的本地总线(6)的、尤其是环形总线的本地总线主机(3)，其中，本地总线主机(3)包括：

用于发送循环帧(17)的第一标识符(18)的装置，其中，第一标识符(18)定义循环帧(17)的开始；其中用于发送的装置适于通过本地总线(6)发送过程数据(28)和管理数据(34、39b、40b)，其中，过程数据(28)和管理数据(34、39b、40b)能够在循环帧(17)内被发送，

其中，用于发送的装置适于在距第一标识符(18)的第一时间间隔τ₁中发送包含过程数据(28)的至少一个同步数据包(25)，并且其中，用于发送的装置适于当在循环帧(17)内要发送管理数据(34、39b、40b)时，与过程数据(28)分开发送管理数据(34、39b、40b)。

11.根据权利要求10所述的本地总线主机(3)，其中，用于发送的装置适于在异步数据包(31、36)中发送管理数据(34、39b、40b)。

12.根据权利要求10或11中的任一项所述的本地总线主机(3)，还包括：

用于基于输出时刻确定第一时间间隔τ₁的装置，该输出时刻确定数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的输出(14)上过程数据(28)的输出，其中，以距所述第一标识符(18)的第二时间间隔τ₂预定所述输出时刻。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的本地总线主机(3)，还包括：

用于基于输入时刻确定距第一标识符(18)的第四时间间隔τ₄的装置，该输入时刻确定在数据总线用户设备(7a、7b，...，7n)的输入(13)上的过程数据(28)的输入，其中，在距第一标识符(18)的第三时间间隔τ₃中预定该输入时刻；并且

其中，用于发送的装置适于在距第一标识符(18)的第四时间间隔τ₄中在循环帧(17)中发送至少一个另外的同步数据包(25)。

14.根据权利要求10至13中的任一项所述的本地总线主机(3)，还包括：

用于在循环帧(17)中接收过程数据(28)的装置。

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