DD276551A1 - Verteiltes steuerungssystem mit modularen funktionsbausteinen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein verteiltes Steuerungssystem mit modularen Funktionsbausteinen, die als eine Vielzahl von Rechner-Modulen und Peripher-Modulen in einem Datenverarbeitungssystem (DVS) untereinander mittels Kommunikationselementen zusammenwirken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches verteiltes Steuerungssystem anzugeben, deren Bausteine, hardwareunabhaengig, modulartig zuordenbar und untereinander verbindbar sind. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass die Funktionsbausteine eines verteilten Steuerungssystemes voneinander unabhaengig sind, je ein Initialisierungselement und ein Interfaceelement fuer die eigene Rechnerkomponente und fuer jede andere Rechnerkomponente eines anderen Basissystems, die die Dienste des Funktionsbausteines nutzen soll, ein Nucleus- und Kommunikationselement aufweisen, dass die Funktionsbausteine die Dienste des zur jeweiligen Rechnerkomponente gehoerenden Echtzeitbetriebssystemkerns nutzen und die Nucleuselemente aller Funktionsbausteine im verteilten System als Interpreter von Nachrichten eines im System einheitlichen Uebertragungsmechanismus arbeiten und direkt an den Uebertragungsmechanismus angeschlossen sind. Fig. 2

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf oin verteiltes Steuerungssystem mit modularen Funktionsbausteinen, die als eine Vielzahl von Rechner-Modulen und Peripher-Modulen in einem Datinverarbaitungssystem (DVS) untereinander mittels Kommunikationselementen zusammenwirken.

Die Erfindung ist anwendbar in allen Gebieten der Technik, in denen zur Prozeßsteuerung, zur Automatisierung, zur Rationalisierung u. a. Zielen mehrere Rochner im Nahbereich kommunizierend miteinander verbunden sind.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bekannte verteilte Stei'orungssystome werden vielfältig in der Technik angewendet. Bei Fleischmann .Ein Konzept zur Darstellung und Realisierung von verteilten Proze&automatisierungssystemen", Erlangen 1983, werden derartige Systeme umfassend analysiert. Dabei werden auf der Basis mehrerer miteinander gekoppelter Rechner Lösungen beschrieben, bei denen auf die einzelnen Rechner Funktionsbausteine verteilt sind, die ein Interfaceelement für die Rechnerkomponente in der sich der Funktionsbaustein befindet und je ein Interfaceelemont (Hüllelement) für jede andere Rechnerkomponente im verteilten Steuerungssystem besitzen. Für die Kommunikation der Rechnerkomponenten untereinander ist die Aufbereitung der Nachricht in das Format des Übertragungsmechanismus erforderlich. Dazu wird ein Stellvertreterprozeß zwischengeschaltet, während die Kommunikation mit der eigenen Rechnerkomponente die Dienste des Funktionsbausteinos als Interpreter nutzt. Der Aufwand für diese Lösung ist sehr erheblich, da vor allem bei einer erheblichen Zahl von Modulen, wie es bei technischen Steuerungsprozessen sehr häufig der Fall ist, für jedes Prozeßsteuermodul ein derartiger Stellvertreterprozeß und ein Inerfaceelement (Hüllelement) erforderlich ist.

In der DE-OS 3112 693 wird ein dezentrales modularaufgebautos Dntonverarbeitungssystom beschrieben, bei dom selbständige, gleichberechtigte Peripherie-Module mit einem gemeinsamen asynchronen, bidirektionalen Bussystem an einem Hauptspeicher betrieben werden. Das Betriebssystem ist dabei auf die einzelnen Rechner-Module und Peripher-Module so aufgeteilt, daß jeder Rechner durch Interpretieren wenigstens einer Programmspracne selbständige Anwender· und Dienstleistungsprogramme abarbeiten kann.

Derartige Lösungen sind mit einem erheblichen Aufwand verbunden, da sie keine örtliche Vorteilung zulassen. Ebenso können koine unterschiedlichen Übertragungsmedien kombiniert werden.

Ziol der Erfindung Die Erfindung verfolgt das Ziel, mikroolektronische Steuerungssystemo variabel nutzen und bei Bedarf ausbauen zu können. Darlegung des Wesens der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches verteiltes Steuerungssystem anzugeben, deren Bausteine,

hardwareunabhängig, modulartig zuordenbar und untereinander verbindbar sind.

Erfindun'jE;;emäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Funktionsbausteine eines verteilton Steuerungssystemes

voneinander unabhängig sind, je ein Initialisierungselement und ein Interfaceelement für die eigene Rechnerkomponente und (ür jede andere Rechnerkomponente eines anderen Basissystems, die die Dienste des Funktionsbausteines nutzen soll, ein

Nucleus- und Komunikationselement aufweisen, daß die Funkiionsbausteine die Dienste des zur jeweiligen Rechnerkomponente

gehörenden Echtzeitbetriebssystemkerns nutzen und die Nucleuselemente aller Funktionsbausteine im verteilten System als

Interpreter von Nachrichten eines im System einheitlichen Übertragungsmechanismus arbeiten und direkt an den Übertragungsmechanismus angeschlossen sind. Dann! wird es möglich, das gesamte verteilte Steuerungssystem aufzugliedern in

1. die jeweiligen Basissysteme mit der Rechnerkomponente, dem Monitormodul, dem Einschaltdiagnosemodul und einem Echtzeitbetriebssystem,

2. das Tunktionalsystem, welches für einen bestimmten Ausbaugrad der Steuerung in bezug auf die Anzahl der verwendeten Rechnerkomponenten und die erforderlichen Hauptsteuerfunktionen generiert ist, mit den unabhängigen modularen Funktionsbausteinen, die je eine Hauptsteuerungsfunktion im Steuerungssystem realisieren und

3. das Anwendersystem, welches an die speziellen Forderungen der Anwendertechnologie angepaßt ist und technologiespezifische Module beinhaltet.

Basissystem und Funktionalsystem können IUr ganze Maschinengruppen einheitlich gestaltet werden, während das Anwendei system für jeden konkreten Einsatzfall technologiespezifisch erarbeitet wird. Die erfindungswesentlichen Elemente werden innerhalb des Funktionalsystems realisiert. Die beschriebenen Funkiionsbauslcine können in der Realisierung, z. B. Parameter-Module, Ein/Ausschaltmodule, Netz- und Kopplungsmodule, Prozeßsteuermodule, Zoitsteuotmodule oder Reglermodule sein. Das Intorfacoelement für die eigene Rechnerkomponente und die des Interfaceelementes für die anderen Rechnerkomponenten

hat die gleiche Struktur und konvertiert die Nachrichten in die Syntax des im Gesamtsystem einheitlichen

Übcrtragungsmechapismus zur direkten Übergabe an das Nucleuseloment des Funkticnsbausteines bzw. zur direkten Übergabe

an den Übertragungsmechanismus, der seinerseits die Nachricht ebenfalls direkt an das Nucleuselement des

Funktionsbausteines der anderen Rechnerkomponente übergibt. C er Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, daß die Funktionsbausteine beliebig auf die Rechnerkomponente der

verschiedenen Basissysteme aufgeteilt, hinzugefügt oder von diesen abgerüstet werden können und daß damit die Steuerung mit geringem Aufwand εη die verschiedenen Aufgaben angepaßt werden kann. Die Steuerungssysteme können auch nachträglich ohne das Basis- und das Funktionalsystem zu verändern auf- und abgerüstet werden. Die Funktionsbausteine können auf andere Rechnerkomponenten verlagert werden.

Das oft aufwendige Anwendersystem ist unabhängig von d6r Ausbaustufe und der Anzahl der Rechnerkomponenten im Steuerungssystem, da die Interfaceelemente für die Funktionsbausteine der eigenen und der anderer Rechnerkomponenten

gleich sind.

Das Anwendersystem zu jeder einzelnen Rechnerkomponente ist damit gleichzeitig an alle Funktionsbaustein** des verteilten Steuerungssystems angeschlossen. Gegenüber dem Stand der Technik werden damit aufwendige Stellvertreterprozesse zum Anschluß der Funktionsbausteine an den Übertragungsmechanismus des Steuerungssystems eingespart. Aufführungsbeispiel Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Eine Vakuumanlage weist »in Standard-Steuerungssystem mit verteilten Rechnern auf, welches mehrere Basissysteme mit einer Vielzahl von Funktionsbausteinon als Funktionssystem aufweist. Das Anwendersystem wird auf die jeweilige Technologie, z. B. Abdampfen oder plasmagestützten Beschichten ausgelegt.

Fig. 1: zeigt die Struktur des Standard-Stftuerungssystems in vereinfachter Form. Fig.2: zeigt die Struktur des Standard-Steuerungssystems mit anwenderspezifischen Erweiterungen. Das Siandard-Steuerungssystem nach Fig. 1 hat drei Basissysteme, einen Bedienrechner 1, einen Steuerrechner 2 und einen Ein-Ausgaberechner 3. Jedes dieser Basissysteme hat einen Echtzeitbetriebssystemxern ¹O, einen Monitor 11 und eine Einschaltdiagnostik 12. Dos Funktionssystem besteht im Standard-Steuerungssystem aus neun Funktionsbausteinen, die wie folgt auf die Basissysteme

aufgeteilt sind. Dem Bedienrechner 1 sind die Funktionsbausteine 20-Bedionbaustein, 21 -Biidbaustein, 22-

Fehlerbchandlungsbaustein und 23 - Historybaustein zugeordnet. DemSt6uerrechner 2 sind die Funk'.ionsbausteine 24-Prozeßsteuerbaustein, 25- Parametrierbaustein, 2β -Zeitsteuerbaustein

und 27 - Reglerbaustein zugeordnet.

Dom Ein-Ausgaberechner 3 ist nur dor Prozeß-Ein-/Ausgabe-Baustein 28 zugeordnet. Jeder dieser Funktionsbaustoino 20 bis 28 weist einheitlich erfindungsgemäß ein Initialisierungselement 30 und ein Intcrfaceelemont 31 für die eigene Rechnerkomponente ein Interfaceelement 32 für die anderen Rechnerkomoonenten und ein Nucleus- und Kommunikationseloment 33 auf. Zugehörig ist weiterhin zu jedem Funktionsbaustein 20-28 ein entsprechondor

im System einheitlicher Übertragungsmechanismus 34. Die physische Kopplung de.- Basissysteme 1 bis 3 erfolgt in diesem Fall über öle Rechner-Koppelmodule für eino busorientierte Kopplung. Dieses Standard-Steuerungssystem ist zwar grundsätzlich funktionsbereit, jedoch praktisch nicht nutzbar, da jegliche Anwender-Funktionsbausteine noch fehlen.

tn Fig. 2 ist das Standard-Steuerungssystem nach Fig. 1 mit einem stark vereinfachten Anwendersystem erweitert. Es wurde ein Meßgeräterechner 4 mit nur einem Meßbaustein 40 und ein Gasregelungsrechner 5 mit den Funktionsbausteinen 41,42 und 43 für drei verschiedene Gase zusätzlich als Basissysteme angeordnet und dem Bedienrechner 1 und dem Steuerrechner 2 technologiespezitische Softwarebausteine 50 angegliedert. Die Softwarebausteine 50 können beim Bedienrechner 1 die Bilder für den Bildbaustein 21 realisieren und beim Steuerrechner 2 den technologischen Ablauf realisieren. Nachfolgend soll das System in Funktion beschrieben werden.

Mit dem Bedienrechner 1 und dem Steuerrechner 2 soll je der äquivalente Prozeß gestartet werden. Da« Starte ι ist eine Aufforderung an den Prozeßbauitein 24, der auf dem Batistystem Steuerrechner 2 sitzt. Das Anwendersyatom mit dem Softwarebaustein 50 ruft das Interfaceelement 31 des Prozeßsteuerbausteins 24 wie folgt auf

- create proz (Prozeßnummer).

Dat Interfaceelement 31 wandelt die Aufforderung in eine Nachricht entsprechend der Syntax des Übertragungsmechanismus 34 und übergib! sie direkt dem Nucleus- und Kommun tationselement 33 des gleichen Prozeßbausteines 24, dor die entsprechenden Aktivitäten auslöst.

Im anderen Fall ruft dnr Softwarebaustein 50, der auf dem Bedienrechner 1 angeordnet ist, ebenfalls das im Bedienrechner 2 installierte Interfaceelcment 31 des Prozeßbausteines 24 mit

- create proz (Prczeßnummor) auf.

Dieses wandelt die Anforderung in gleicher Weise in die Syntax des Übartragungsmechanismus 34 und übergibt die Nachricht an diesen. Durch einen im Übertragungsmechanismus 34 installierten Adressierungsmechftnismus gelangt diese Nachricht in den richtigen Funktionsbaustein (20-28 und 40-43) und wird dort direkt an das Nucleus- und KoTimunikationselement 33 des Prozeßbausteines 24 zur Abarbeitung übergeben.

Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, daß der Aufruf des Prozeßbausteincs 25 in beiden Fällen identisch und somit unabhängig von der Anordnung des Funktionsbausteines, hier Prozeßbaustein 25, ist.

Durch den Direktanschluß der Funktionsbausteine an den Übertragungsmechanismus entfällt der sonst übliche Stollvertreterprozeß auf den Steuertechner 2. Der Übertragungsmechanismus 34 nimmt physisch verschiedene Übertragungsmedien durch entsprechende Koppolmodule (Schicht 1 nach ISO-Referenzmodell) in Anspruch, wodurch gemeinsame Rechnerbussyeteme 35 oder serielle Übertragungssysteme 36 gekoppelt werden können. Die Verteilung des Stouorungssystems kann damit im Gegensatz zu bekannten Lösungen mit verschiedenen Übertragungssystemen 35 ohne Änderung der Bausteine der Basis- und Funktionssysteme erfolgen.

Claims (2)

1. Verteiltes Steuerungssystem mit modularen Funktionsbausteinen, gekennzeichnet dadurch, daß die modularen Funktionsbausteine voneinander unabhängig sind, jeeinlnitialisiörungselementfür die eigene Rechnerkomponente, ein Interfaceelement für die eigene Rechnerkomponente und für jede andere Rechnerkomponente im verteilten System, die die Dienste des Funktionsbausteines nutzen will, ein Nucleus- und ein Kommunikationselement aufweisen, daß die Funktionsbausteine die Dienste des zur jeweiligen Rechnerkomponente gehörenden Echtzeitbetriebssystemkernes nutzen und die Nucleuselemente aller Funktionsbausteine im verteilten System als Interpreter von Nachrichten eines im System einheitlichen Übertragungsmechanismus arbeiten und direkt an die Übertragungsmechanismen angeschlossen sind.

2. Verteiltes Steuerungssystem mit modularen Funktionsbausteinen nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Interfaceelemente für die eigene Rechnerkomponente und die Interfaceelemente für die andere Rechnerkomponente gleiche Strukturen haben, daß der Anschluß eines Funktionsbausteines an andere Funktionsbausteine der eigenen Rechnerkomponente durch Interfaceelemente realisiert wird, die die Anforderungen in die Syntax der Nachrichten des im System einheitlichen Übertragungsmechanismus konvertieren und diese direkt an das Nucleuselement des Funktionsbausteines übergeben und daß der Anschluß des Funktionsbauste.nes an andere Funktionsbausteine anderer Rechnerkomponenten, durch Interfacoelemente die die Anforderung an den Funktionsbcustein in gleicher Art und Weise in die Syntax des Übertragungsmechanismus konvertieren und diese direkt an den Übertragungsmechanismus übergeben, der diese Anforderungen direkt an das Nucleuselement auf die Rechnerkomponente übergibt.