DE10040468A1 - Betriebsverfahren für eine aus einer Kopfbaugruppe und mindestens einer Eingabebaugruppe bestehende Peripheriesteuereinheit - Google Patents

Abstract

Von der Eingabebaugruppe (5) werden zyklisch Daten in die Eingabebaugruppe (5) eingelesen. Zeitnah zum Einlesen der Daten wird von der Eingabebaugruppe (5) ein Meldesignal an eine Kopfbaugruppe (4) übermittelt. Die Kopfbaugruppe (4) ermittelt aufgrund des Empfangs des Meldesignals einen Zeitstempel. Die Daten werden danach für die Kopfbaugruppe (4) bereitgestellt. Die Kopfbaugruppe (4) ordnet den bereitgestellten Daten den zuvor ermittelten Zeitstempel zu.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine aus einer Kopfbaugruppe und mindestens einer Eingabebau­ gruppe bestehende Peripheriesteuereinheit, wobei von der Ein­ gabebaugruppe Prozessdaten in die Eingabebaugruppe eingelesen und danach an die Kopfbaugruppe bereitgestellt werden, wobei die Kopfbaugruppe den bereitgestellten Prozessdaten einen Zeitstempel zuordnet.

Peripheriesteuereinheit, die aus einer Kopfbaugruppe und - meist mehreren - Ein- und Ausgabebaugruppen bestehen, sind z. B. bei PROFIBUS-Systemen bekannt. Sie bilden dort einen so genannten DP-Slave.

Im Stand der Technik arbeiten die einzelnen Baugruppen der Peripheriesteuereinheit asynchron. Insbesondere bearbeiten die Eingabebaugruppen ihren gesamten Zyklus inklusive aller Diagnosen und Weiterverarbeitungen zu Ende und stellen erst dann ihre Prozessdaten für die Kopfbaugruppe bereit. Diese liest dann an der entsprechenden Stelle ihres eigenen Bear­ beitungszyklus die Prozessdaten in die Kopfbaugruppe ein, überprüft sie auf Signaländerungen und speichert sie im Ände­ rungsfall mit der zum Zeitpunkt des Einlesens in die Kopfbau­ gruppe gültigen Uhrzeit ab.

Diese Vorgehensweise kann zu Abweichungen zwischen der abge­ speicherten Zeit und der Zeit, zu der die Prozessdaten in die Eingabebaugruppe eingelesen wurden, von mehreren Millisekun­ den führen.

Es ist zwar denkbar, die Eingabebaugruppen mit eigenen Zeit­ gebern zu versehen und beim Einlesen der Prozessdaten diesen sofort einen Zeitstempel zuzuordnen. In diesem Fall müssten aber nicht nur auf den Eingabebaugruppen Uhrenbausteine vor­ gesehen werden, sondern darüber hinaus auch diese untereinan­ der und mit dem Uhrenbaustein der Kopfbaugruppe synchroni­ siert werden. Dies führt zu vergleichsweise hohen Kosten und belastet darüber hinaus die übrige Kommunikation zwischen den einzelnen Baugruppen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges und effektives Betriebsverfahren für eine aus einer Kopfbaugruppe und mindestens einer Eingabebaugruppe be­ stehende Peripheriesteuereinheit zu schaffen, mittels dessen eine genaue Zeitstempelzuordnung zu den eingelesenen Prozess­ daten möglich ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass von der Eingabebaugrup­ pe zeitnah zum Einlesen der Prozessdaten ein Meldesignal an die Kopfbaugruppe übermittelt wird und dass die Kopfbaugruppe den Zeitstempel aufgrund des Empfangs des Meldesignals ermit­ telt.

Wenn das Übermitteln des Meldesignals hochprior und das Be­ reitstellen der Prozessdaten niederprior erfolgt, ist gewähr­ leistet, dass das Meldesignal stets zeitnah zum Einlesen der Prozessdaten an die Kopfbaugruppe übermittelt wird.

Wenn das Meldesignal der Kopfbaugruppe über eine eigene Mel­ designalleitung übermittelt wird, kann das Übermitteln des Meldesignals auch während des Austauschs von Prozessdaten zwischen anderen Baugruppen der Peripheriesteuereinheit er­ folgen.

Wenn die in die Eingabebaugruppe eingelesenen Prozessdaten von der Eingabebaugruppe vorverarbeitet werden und das Melde­ signal nur dann an die Kopfbaugruppe übermittelt wird, wenn die Eingabebaugruppe aufgrund der Vorverarbeitung einen Aktu­ alisierungsbedarf für die Prozessdaten erkennt, wird der Prozessdatenaustausch zwischen der Eingabebaugruppe und der Kopfbaugruppe so gering wie möglich gehalten. Die Vorverar­ beitung der Prozessdaten umfasst vorzugsweise insbesondere auch eine Plausibilitätsprüfung der in die Eingabebaugruppe eingelesen Prozessdaten.

Die Peripheriesteuereinheit ist in der Regel in ein größeres Automatisierungssystem eingebunden. Die Kopfbaugruppe stellt die Prozessdaten daher in der Regel für eine ihr übergeordne­ te Zentraleinheit bereit.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 ein verteiltes Automatisierungssystem,

Fig. 2 eine Peripheriesteuereinheit,

Fig. 3 eine Kopfbaugruppe,

Fig. 4 eine Eingabebaugruppe und

Fig. 5 und 6 Ablaufdiagramme.

Gemäß Fig. 1 besteht ein verteiltes Automatisierungssystem in der Regel aus einer übergeordneten Zentraleinheit 1 und meh­ reren Peripheriesteuereinheit 2. Die Zentraleinheit 1 und die Peripheriesteuereinheit 2 kommunizieren beispielsweise über einen seriellen Feldbus 3, z. B. gemäß dem PROFIBUS-Protokoll, miteinander.

Die Peripheriesteuereinheit 2 bestehen - siehe auch Fig. 2 - jeweils aus einer Kopfbaugruppe 4, Eingabebaugruppen 5 und Ausgabebaugruppen 6. Die Baugruppen 4-6 jeder Peripheriesteu­ ereinheit 2 sind über einen Steuereinheitsbus 7 miteinander verbunden. Der Steuereinheitsbus 7 kann wahlweise ein seriel­ ler oder ein paralleler Bus 7 sein.

Die Ein- und Ausgabebaugruppen 5, 6 lesen zyklisch Prozessda­ ten von einer zu steuernden technischen Anlage 8 ein bzw. geben Prozessdaten an diese aus. Sie stellen die eingelesenen Prozessdaten für die Kopfbaugruppen 4 bereit. Dort wird den Prozessdaten ein Zeitstempel zugeordnet und es erfolgt eine - zumindest teilweise - Weiterverarbeitung. Soweit erforder­ lich, werden die Prozessdaten von den Kopfbaugruppen 4 an die Zentraleinheit 1 weiterübermittelt. Die Zentraleinheit 1 kom­ muniziert in der Regel über eine geeignete Schnittstelle 9, z. B. einen Computermonitor mit einer Eingabetastatur und ei­ ner Maus, mit einem Anwender.

Gemäß Fig. 3 weisen die Kopfbaugruppen 4 je einen Mikroprozes­ sor 10 auf. Dieser arbeitet ein Computerprogrammprodukt 11 ab, welches den Betrieb der jeweiligen Kopfbaugruppe 4 steu­ ert. Im Rahmen der Abarbeitung des Computerprogrammprodukts 11 kommuniziert die Kopfbaugruppe 4 unter anderem mit der Zentraleinheit 1 und den ihr zugeordneten Ein- und Ausgabe­ baugruppen 5, 6.

Die Kopfbaugruppe 4 weist ferner einen Zwischenspeicher 12 und einen Zeitgeber 13 auf. Der Zwischenspeicher 12 dient zum Zwischenspeichern von Prozessdaten sowie eines den Prozessda­ ten gegebenenfalls zugeordneten Zeitstempels. Der Zeitstempel wird durch Abfragen des Zeitgebers 13 ermittelt.

Ersichtlich ist der Mikroprozessor 10 einerseits mit dem se­ riellen Feldbus 3 und andererseits mit dem Steuereinheitsbus 7 verbunden. Der Steuereinheitsbus 7 weist dabei eine eigene Meldesignalleitung 14 auf, über die ein Meldesignal übermit­ telbar ist, auf das später noch näher eingegangen werden wird.

Gemäß Fig. 4 weist jede Eingabebaugruppe 5 einen Mikrocontrol­ ler 15 auf. Der Mikrocontroller 15 arbeitet ebenfalls ein Computerprogrammprodukt 16 ab, das den Betrieb der Eingabe­ baugruppe 5 steuert.

Im Rahmen der Abarbeitung des Computerprogrammprodukts lö liest der Mikrocontroller 15 gemäß einem Schritt 17 zunächst Prozessdaten von der zu steuernden technischen Anlage 8 in die jeweilige Eingabebaugruppe 5 ein. Danach nimmt der Mikro­ controller 15 in Schritten 18 und 19 eine Vorverarbeitung der in die Eingabebaugruppe 5 eingelesenen Prozessdaten vor. Ins­ besondere prüft der Mikrocontroller im Schritt 18, ob die Prozessdaten als solche möglich sind. Er nimmt also eine Plausibilitätsprüfung vor. Im Schritt 19 wird dann überprüft, ob sich die Prozessdaten gegenüber den beim vorherigen Zyklus eingelesenen Prozessdaten geändert haben. Nur wenn die Pro­ zessdaten sowohl plausibel sind als auch eine Änderung er­ folgt ist, werden nachfolgende Schritte 20, 21 durchlaufen. Das Übermitteln des Meldesignals an die Kopfbaugruppe 4 und das Bereitstellen der Prozessdaten für die Kopfbaugruppe 4 erfolgt also nur dann wenn die Eingabebaugruppe S aufgrund der Vorverarbeitung einen Aktualisierungsbedarf für die Daten erkennt. Der Schritt 20 könnte alternativ aber auch vor der Prüfung auf Plausibilität und/oder Änderungen erfolgen.

Im Schritt 20 wird unverzüglich, also zeitnah zum Einlesen der Prozessdaten in die Eingabebaugruppe 5 ein Meldesignal an die Kopfbaugruppe 4 übermittelt. Das Übermitteln des Melde­ signals erfolgt hochprior über die Meldesignalleitung 14.

Nach dem Übermitteln des Meldesignals werden im Schritt 21 die eingelesenen Prozessdaten für die Kopfbaugruppe 4 bereit­ gestellt. Das Bereitstellen der Prozessdaten erfolgt nieder­ prior an der Prozessdatenschnittstelle des restlichen Steuer­ einheitsbusses 7, also ohne Beachtung der Meldesignalleitung 14.

Das Abarbeiten der Schritte 17 bis 21 erfolgt in der Regel zyklisch. Nach der Abarbeitung des Schrittes 21 wird also wieder mit der Abarbeitung des Schrittes 17 begonnen.

Die Kopfbaugruppe 4 arbeitet ihr Programm in der Regel zyk­ lisch ab. Dieses umfasst gemäß Fig. 6 insbesondere Schritte 22 bis 27.

Im Schritt 22 wird abgefragt, ob ein Meldesignal von einer der Eingabebaugruppen 5 übermittelt wurde. Wenn ja, wird im Schritt 23 durch Abfragen des Zeitgebers 13 die Zeit erfasst, also ein Zeitstempel ermittelt. Das Ermitteln des Zeitstem­ pels erfolgt also unverzüglich nach dem Empfang des Meldesig­ nals. Der ermittelte Zeitstempel wird im Zwischenspeicher 12 hinterlegt.

Sodann werden im Schritt 24 die korrespondierenden Prozessda­ ten von der signalisierenden Eingabebaugruppe 5 abgefragt. Die Prozessdaten werden ebenfalls im Zwischenspeicher 12 ab­ gespeichert. Ihnen wird der zuvor ermittelte Zeitstempel zu­ geordnet. Soweit erforderlich, werden die eingelesenen Pro­ zessdaten und der ihnen zugeordnete Zeitstempel im Schritt 26 für die übergeordnete Zentraleinheit 1 bereitgestellt. Ferner werden im Schritt 27 weitere Aufgaben ausgeführt, die im Rah­ men der vorliegenden Erfindung nicht von Belang sind. Danach wird wieder mit dem Schritt 22 fortgefahren.

Mittels des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist ohne zu­ sätzlichen Hardwareaufwand gegenüber dem Stand der Technik und mit nur sehr geringem zusätzlichem Softwareaufwand gegen­ über dem Stand der Technik eine erhebliche Steigerung bei der Genauigkeit des Zeitstempels erreichbar. Insbesondere ist die Genauigkeit des Zeitstempels nunmehr unabhängig von der Ver­ zögerung zwischen dem Einlesen der Prozessdaten und dem Be­ reitstellen der Prozessdaten und auch unabhängig von der Ü­ bertragungsdauer.

Claims (12)

1. Betriebsverfahren für eine aus einer Kopfbaugruppe (4) und mindestens einer Eingabebaugruppe (5) bestehende Peripherie­ steuereinheit (2), wobei von der Eingabebaugruppe (5) Pro­ zessdaten in die Eingabebaugruppe (5) eingelesen und danach für die Kopfbaugruppe (4) bereitgestellt werden, wobei die Kopfbaugruppe (4) den bereitgestellten Prozessdaten einen Zeitstempel zuordnet, dadurch gekennzeichnet, dass von der Eingabebaugruppe (5) zeitnah zum Einlesen der Prozessdaten ein Meldesignal an die Kopfbaugruppe (4) über­ mittelt wird und dass die Kopfbaugruppe (4) den Zeitstempel aufgrund des Empfangs des Meldesignals ermittelt.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermitteln des Meldesignals hochprior und das Be­ reitstellen der Prozessdaten niederprior erfolgt.

3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Meldesignal der Kopfbaugruppe über eine eigene Mel­ designalleitung (14) übermittelt wird.

4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Eingabebaugruppe (5) eingelesenen Prozessda­ ten von der Eingabebaugruppe (5) vorverarbeitet werden und dass das Meldesignal nur dann an die Kopfbaugruppe (4) über­ mittelt wird, wenn die Eingabebaugruppe (5) aufgrund der Vor­ verarbeitung einen Aktualisierungsbedarf für die Prozessdaten erkennt.

5. Betriebsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorverarbeitung der Prozessdaten eine Plausibili­ tätsprüfung der in die Eingabebaugruppe (5) eingelesenen Pro­ zessdaten umfasst.

6. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, dass die für die Kopfbaugruppe (4) bereitgestellten Prozess­ daten von der Kopfbaugruppe (4) für eine der Kopfbaugruppe (4) übergeordnete Zentraleinheit (1) bereitgestellt werden.

7. Computerprogrammprodukt für eine Kopfbaugruppe (4) zur Durchführung eines Betriebsverfahrens nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6.

8. Kopfbaugruppe zur Durchführung eines Betriebsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

9. Kopfbaugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Computerprogrammprodukt (11) nach An­ spruch 7 programmiert ist.

10. Computerprogrammprodukt für eine Eingabebaugruppe (5) zur Durchführung eines Betriebsverfahrens nach einem der Ansprü­ che 1 bis 6.

11. Eingabebaugruppe zur Durchführung eines Betriebsverfah­ rens nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 6.

12. Eingabebaugruppe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Computerprogrammprodukt (16) nach Anspruch 10 programmiert ist.