DE10119654A1 - Method for operating modular control system for use in controlling complex industrial installations, involves cyclical exchanging process image to ensure that all components and central unit have a complete and up to date version of it - Google Patents

Method for operating modular control system for use in controlling complex industrial installations, involves cyclical exchanging process image to ensure that all components and central unit have a complete and up to date version of it

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Abstract

A method for operating a modular control system with a central or master unit (Z) and a number of connected peripheral components (Bn) using a process image (PA) deposited in the central unit to control installation processes. The process image is cyclically swapped between the central unit and the peripherals so that each is updated with the latest process image. An Independent claim is made for a modular control system with a central unit and peripherals with a cyclical exchange of the process image.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripherie­ baugruppen. Sie bezieht sich weiter auf ein danach arbeiten­ des Steuersystem.The invention relates to a method for operating a modular control system with a central unit and with a number of peripherals connected to it assemblies. It continues to refer to working afterwards of the tax system.

Ein derartiges modulares Steuersystem dient zum Steuern von Anlagenteilen innerhalb eines automatisierten, häufig auch komplexen technischen Anlagenprozesses. Hierzu sind üblicher­ weise eine Zentraleinheit (Master) und eine Anzahl von so ge­ nannten Peripheriebaugruppen (Slaves), wie beispielsweise Aktoren, Sensoren oder allgemein Wandler, vorgesehen, die untereinander über ein Bussystem oder Punkt-zu-Punkt-Verbin­ dungen miteinander verbunden sind. Diese Baugruppen, die in der Regel auch die Aufgabe von (Interface-)Slaves übernehmen, dienen zum Austauschen von Betriebsmeldungen und Status- oder Steuerinformationen mit überlagerten Steuerungsaufgaben oder Steuerungsfunktionen innerhalb des vernetzten Steuerungs­ systems.Such a modular control system is used to control Plant parts within an automated, often too complex technical plant process. This is more common as a central unit (master) and a number of so ge called peripheral modules (slaves), such as Actuators, sensors or transducers in general, provided that with each other via a bus system or point-to-point connection are connected with each other. These assemblies that are in usually also take on the task of (interface) slaves, are used to exchange operating messages and status or Tax information with overlaid control tasks or Control functions within the networked control system.

Beim Anlagenbetrieb und damit beim Betrieb des Steuersystems liest die Zentraleinheit die Peripheriezustände, insbesondere die Ein- und Ausgangswerte (I/O-Werte), aus den einzelnen Baugruppen aus und legt diese in einem Prozessabbild ab. Be­ nötigt eine Baugruppe, beispielsweise eine Kommunikations­ baugruppe, den Zustand von einem bestimmten Peripherieeingang und/oder -ausgang, so wird dieser von der Zentraleinheit an­ gefordert und an die entsprechende Baugruppe weitergeleitet. Dies erfordert in unerwünscht aufwendiger Art und Weise stets einen zweiten Kommunikationsweg über die Zentraleinheit. During plant operation and thus when operating the control system the central unit reads the peripheral states, in particular the input and output values (I / O values) from each Assemblies and stores them in a process image. Be requires an assembly, for example a communication module, the state of a certain peripheral input and / or output, this is from the central unit requested and forwarded to the appropriate assembly. This always requires in an undesirably complex manner a second communication path via the central unit.  

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems anzugeben, das innerhalb des Gesamtsystems mit möglichst geringem Aufwand eine zuverlässige Kommunikation zwischen den Baugruppen er­ möglicht. Des Weiteren soll ein hierzu besonders geeignetes Steuersystem angegeben werden.The invention is therefore based on the object of a method to operate a modular control system that within the overall system with the least possible effort reliable communication between the modules made possible. Furthermore, one that is particularly suitable for this purpose Tax system to be specified.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu wird ein in der Zentraleinheit hinterlegtes Prozessabbild eines zu steu­ ernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripherie­ baugruppen und der Zentraleinheit ausgetauscht, wobei die Zentraleinheit und jede Peripheriebaugruppe das an diese jeweils übertragene Prozessabbild aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripheriebaugruppe übergibt.With regard to the method, this object is achieved according to the invention solved by the features of claim 1. For this, a in the process image stored in the central unit is too controllable system process cyclically between the peripherals modules and the central unit replaced, the Central unit and every peripheral module that to this each transferred process image is updated and sent to the each adjacent peripheral module passes.

In vorteilhafter Ausgestaltung übergibt die Zentraleinheit bei jedem Programmzyklus das aktuelle Prozessabbild an die benachbarte Peripheriebaugruppe. Gleichzeitig empfängt die Zentraleinheit von dieser Baugruppe das zuvor aktualisierte Prozessabbild. Die von der jeweiligen Peripheriebaugruppe benötigten Peripheriezustände werden dem Prozessabbild ent­ nommen und von dieser Baugruppe bearbeitet. Anschließend überträgt diese Baugruppe das aktualisierte Prozessabbild an die benachbarte Peripheriebaugruppe. Dieser Austausch des Prozessabbildes ist unabhängig vom jeweils eingesetzten Bau­ gruppentyp und kann somit auch für Kommunikationsanschaltun­ gen und für Zentraleinheiten bei verteilten Automatisierungs­ lösungen eingesetzt werden.In an advantageous embodiment, the central unit transfers the current process image for each program cycle neighboring peripheral module. At the same time receives the Central unit of this module the previously updated Process image. That of the respective peripheral module required peripheral states are shown in the process image taken and processed by this assembly. Subsequently this module transfers the updated process image the neighboring peripheral module. This exchange of The process image is independent of the construction used group type and can therefore also be used for communication connections and for central units in distributed automation solutions are used.

Bezüglich des modularen Steuersystems wird die genannte Auf­ gabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des An­ spruchs 4. Dazu weist das Steuersystem mindestens eine Zen­ traleinheit, in der ein Prozessabbild des zu steuernden An­ lagenprozesses hinterlegt ist, und eine Anzahl von mit der Zentraleinheit verbundenen Peripheriebaugruppen auf. Die oder jede Baugruppe liest zyklisch das zwischen den Baugruppen und der Zentraleinheit ausgetauschte Prozessabbild ein und aus diesem Peripheriezustände zur baugruppenspezifischen Be­ arbeitung aus.With regard to the modular control system, the above mentioned according to the invention solved by the features of the Proverb 4. The control system has at least one Zen tral unit in which a process image of the controller to be controlled location process is stored, and a number of with the Central processing unit connected peripheral modules. The or each assembly periodically reads that between the assemblies and  process image exchanged with the central unit this peripheral states for module-specific loading work out.

Die oder jede Peripheriebaugruppe weist wiederum einen pro­ grammierbaren Speicher und eine Übergabeschnittstelle auf, über die ein an diese Baugruppe übergebenes Prozessabbild an eine benachbarte Baugruppe übergeben wird. Die Übergabe des Prozessabbildes erfolgt, nachdem die jeweilige Baugruppe deren Peripheriezustände aktualisiert und in das übernommene Prozessabbild eingetragen hat.The or each peripheral module in turn has a pro programmable memory and a transfer interface, via which a process image transferred to this module an adjacent assembly is handed over. The handover of the Process image takes place after the respective assembly whose peripheral states are updated and transferred to the Has entered the process image.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde­ re darin, dass durch einen zyklischen Austausch des Prozess­ abbildes zwischen einer Anzahl von Peripheriebaugruppen und einer Zentraleinheit eines modularen Steuersystems stets jeder Baugruppe das vollständige Prozessabbild zur Verfügung steht, ohne dass dem System der Steckplatz der jeweiligen Baugruppe oder des jeweiligen Moduls bekannt sein muss. Da­ durch sind detaillierte Systemkenntnisse nicht mehr notwen­ dig. Zudem sind zusätzlich in ein bereits bestehendes System aufzunehmende Baugruppen bzw. Module mit unterschiedlichem Peripherieausbau rückwirkungsfrei einsetzbar.The advantages achieved with the invention are in particular re in that through a cyclical exchange of the process image between a number of peripheral modules and a central unit of a modular control system always the complete process image is available for each module stands without the system the slot of the respective Module or the respective module must be known. because detailed system knowledge is no longer required dig. In addition, are also in an existing system Assemblies or modules with different Peripheral expansion can be used without retroactive effects.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch in einem Funktions-Blockschaltbild ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes modulares Steuer­ system.An exemplary embodiment of the invention is described below a drawing explained. In it shows the only figure schematically in a functional block diagram one after the Modular control operating according to the method of the invention system.

Das modulare Steuersystem umfasst eine Zentraleinheit oder einen Master Z und im Ausführungsbeispiel drei Peripherie­ baugruppen B1 bis B3. Die Zentraleinheit Z, beispielsweise eine CPU, weist einen programmierbaren Speicher PS und eine Übergabeschnittstelle S auf. Analog weist jede der Baugruppen B1 bis B3 eine Übergabeschnittstelle S und einen Speicher M auf, der zweckmäßigerweise ebenfalls programmierbar ist. The modular control system comprises a central unit or a master Z and, in the exemplary embodiment, three peripheral modules B 1 to B 3 . The central unit Z, for example a CPU, has a programmable memory PS and a transfer interface S. Similarly, each of the assemblies B 1 to B 3 has a transfer interface S and a memory M, which is expediently also programmable.

Die Baugruppen B1 bis B3 können Kommunikationsmodule, Peri­ pheriemodule und/oder Module mit intelligenter Vorverarbei­ tung zur Bearbeitung von Aktor- oder Sensorsignalen eines technischen Anlagenprozesses innerhalb eines Automatisie­ rungssystems sein.The assemblies B 1 to B 3 can be communication modules, peripheral modules and / or modules with intelligent preprocessing for processing actuator or sensor signals of a technical system process within an automation system.

Die Zentraleinheit Z enthält ein Prozessabbild mit einer ein­ deutigen Adressierung der Peripheriebaugruppen B1 bis B3. Hierzu erfolgt zweckmäßigerweise während einer Initialisie­ rungsphase, die durch die Zentraleinheit Z nach dem Hoch­ laufen der Baugruppen B1 bis B3 automatisch gestartet wird, zunächst eine Belegung der Ein- und Ausgänge In aller Bau­ gruppen Z und Bn im Prozessabbild PA.The central unit Z contains a process image with a clear addressing of the peripheral modules B 1 to B 3 . For this purpose, it is expedient during an initialization phase, which is started automatically by the central unit Z after the modules B 1 to B 3 have run up, first of all the inputs and outputs in all modules Z and B n in the process image PA.

Dazu trägt die Zentraleinheit Z die durch diese belegte Peri­ pherie, d. h. deren Eingänge I1 bis I4 und deren Ausgänge Q1 bis Q4, in das Prozessabbild PA - z. B. durch eine "1" - ein und übergibt dieses an die erste Baugruppe B1. Diese Bau­ gruppe B1 erkennt die belegten Adressenplätze AFE und AFA und somit die bereits belegte Peripherie und trägt wiederum deren Peripherie, d. h. deren Eingänge I5 bis I8 und deren Ausgänge Q5 und Q6, in das Prozessabbild PA ein. Anschließend übergibt diese erste Baugruppe B1 das entsprechend erweiterte Prozess­ abbild PA an die nächste Baugruppe B2 weiter, die wiederum deren Peripherie, d. h. deren Eingänge I9 und I10 sowie deren Ausgänge Q7 und Q8, in das Prozessabbild PA einträgt und die­ ses an die dritte Baugruppe B3 übergibt. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis alle Baugruppen B1 und alle Bau­ gruppen Bn deren Peripherieausbau in das Prozessabbild PA eingetragen haben.For this purpose, the central unit Z carries the periphery occupied by this, ie its inputs I1 to I4 and its outputs Q1 to Q4, into the process image PA - z. B. by a "1" - and passes this to the first module B1. This assembly group B 1 recognizes the occupied address spaces AF E and AF A and thus the already occupied periphery and in turn enters its periphery, ie its inputs I5 to I8 and its outputs Q5 and Q6, in the process image PA. This first module B 1 then passes the correspondingly expanded process image PA on to the next module B 2 , which in turn enters its periphery, i.e. its inputs I9 and I10 and its outputs Q7 and Q8, into the process image PA and ses it to the third Module B 3 passes. This process is continued until all modules B 1 and all modules B n have their peripheral configuration entered in the process image PA.

Beim Betrieb des Steuersystems überträgt die Zentraleinheit Z nach jedem Programmzyklus das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit dieser verbundene, benachbarte (rechte) Peri­ pheriebaugruppe B1. Gleichzeitig empfängt die Zentraleinheit Z das von dieser Peripheriebaugruppe B1 zuletzt aktualisierte Prozessabbild PA. Die Zentraleinheit Z aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werte) I1 bis I4. Somit sind alle Eingänge I1 bis I4 aktualisiert und das innerhalb der Zentraleinheit Z ablaufende Programm wird mit diesen Werten bearbeitet. Anschließend werden neu berech­ nete Ausgangswerte Q1 bis Q8 im Prozessabbild PA aktuali­ siert.During operation of the control system, the central unit Z transmits the updated process image PA to the adjacent (right) peripheral module B 1 connected to it after each program cycle. At the same time, the central unit Z receives the process image PA last updated by this peripheral module B 1 . The central unit Z updates this process image PA with its own input values (I / O values) I1 to I4. All inputs I1 to I4 are thus updated and the program running within the central unit Z is processed with these values. Newly calculated output values Q1 to Q8 are then updated in the process image PA.

Die Peripheriebaugruppe B1 übernimmt das Prozessabbild PA von der Zentraleinheit Z und aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werten) I5 bis I8. Von dieser Baugruppe B1 selbst benötigte Ausgangswerte Q5 und Q6 werden entnommen und ausgegeben. Anschließend überträgt diese Bau­ gruppe B1 das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit die­ ser Baugruppe B1 verbundene nächste Baugruppe B2. Gleichzei­ tig empfängt die erste Baugruppe B1 von der nächsten Bau­ gruppe B2 das Prozessabbild PA und aktualisiert dieses mit eigenen Eingangswerten I5 bis I8. Von der Baugruppe B1 selbst benötigte Ausgangswerte Q5 und Q6 werden entnommen und ausge­ geben.The peripheral module B 1 takes over the process image PA from the central unit Z and updates this process image PA with its own input values (I / O values) I5 to I8. Output values Q5 and Q6 themselves required by this module B 1 are taken and output. Subsequently, this building transmits group B 1, the updated process image PA to the connected with the assembly ser B 1 next assembly B2. At the same time, the first module B 1 receives the process image PA from the next module B 2 and updates it with its own input values I5 to I8. Output values Q5 and Q6 required by module B 1 are taken and output.

Die Peripheriebaugruppe B2 übernimmt das Prozessabbild PA von der (ersten) Peripheriebaugruppe B1 und aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werten) I9 und I10. Von dieser Baugruppe B2 selbst benötigte Ausgangs­ werte Q7 und Q8 werden entnommen und ausgegeben. Anschließend überträgt diese Baugruppe B2 das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit dieser Baugruppe B2 verbundene nächste Bau­ gruppe B3. Gleichzeitig empfängt die zweite Baugruppe B2 von der nächsten Baugruppe B3 das Prozessabbild PA und aktuali­ siert dieses mit eigenen Eingangswerten I9 und I10. Von der Baugruppe B2 selbst benötigte Ausgangswerte Q7 und Q8 werden entnommen und ausgegeben.The I / O module B 2 takes the process image PA from the (first) I / O module B 1 and updates this process image PA with its own input values (I / O values) I9 and I10. Output values Q7 and Q8 required by this module B 2 are taken and output. This assembly B 2 then transmits the updated process image PA to the next assembly group B 3 connected to this assembly B 2 . At the same time, the second module B 2 receives the process image PA from the next module B 3 and updates it with its own input values I9 and I10. Output values Q7 and Q8 required by module B2 are taken and output.

Die Peripheriebaugruppe B3 übernimmt das Prozessabbild PA von der Peripheriebaugruppe B2 und aktualisiert dieses Prozess­ abbild PA mit eigenen Eingangswerten I11 und I12. Das aktua­ lisierte Prozessabbild PA steht somit der Peripheriebaugruppe B2 zur Verfügung, da die Baugruppe B3 selbst keine Ausgangs­ werte benötigt.The I / O module B 3 takes over the process image PA from the I / O module B 2 and updates this process image PA with its own input values I11 and I12. The updated process image PA is therefore available to the peripheral module B 2 , since the module B 3 itself does not require any output values.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit (Z) und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripheriebaugruppen (Bn), bei dem ein in der Zentraleinheit (Z) hinterlegtes Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripherie­ baugruppen (Bn) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauscht wird, wobei die Zentraleinheit (Z) und jede Peripheriebaugruppe (Bn) das an diese jeweils übertragene Prozessabbild (PA) aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripherie­ baugruppe (Bn) übergibt.1. Method for operating a modular control system with a central unit (Z) and with a number of peripheral modules (B n ) connected to it, in which a process image (PA) of a system process to be controlled stored in the central unit (Z) is cyclically between the peripherals modules (B n) and the central unit (Z) is replaced, wherein the central unit (Z) and each output module (B n) is updated to these in each case transmitted the process image (PA) and to the respective adjacent peripheral module (B n) passes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zentraleinheit (Z) bei jedem Zyklus das aktuelle Prozessabbild (PA) an die be­ nachbarte Peripheriebaugruppe (Bn) übergibt und von dieser das zuvor aktualisierte Prozessabbild (PA) empfängt.2. The method according to claim 1, in which the central unit (Z) transfers the current process image (PA) to the neighboring peripheral module (B n ) and receives the previously updated process image (PA) from each cycle. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Peripherie­ baugruppe (Bn) dem an diese übermittelten Prozessabbild (PA) entnommene baugruppenspezifische Peripheriezustände (In, Qn) bearbeitet und das hierdurch aktualisierte Prozessabbild (PA) an die benachbarte Peripheriebaugruppe (Bn) übergibt.3. The method according to claim 1 or 2, in which each peripheral module (B n ) processes the module-specific peripheral states (In, Qn) taken from this transmitted to the process image (PA) and processes the updated image (PA) to the adjacent peripheral module (B n ) passes. 4. Modulares Steuersystem mit einer Zentraleinheit (Z), in der ein Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagen­ prozesses hinterlegt ist, und mit einer Anzahl von mit der Zentraleinheit (Z) verbundenen Peripheriebaugruppen (Bn), von denen jede zyklisch das zwischen den Peripheriebaugruppen (Bn) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauschte Prozessabbild (PA) einliest und aus diesem Peripheriezustände (In, Qn) zur baugruppenspezifischen Bearbeitung ausliest.4. Modular control system with a central unit (Z) in which a process image (PA) of a plant process to be controlled is stored, and with a number of peripheral modules (B n ) connected to the central unit (Z), each of which cyclically switches between reads the exchanged process image (PA) into the peripheral modules (B n ) and the central unit (Z) and reads out peripheral states (In, Qn) from them for module-specific processing.
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