DE10127963A1 - Verfahren zur Vergabe von mehrstelligen, binären Identifikationsnummern für Nachrichten bei einem System mit einer Vielzahl von automatisierungstechnischen Geräten - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Vergabe von mehrstelligen, binären Identifikationsnummern - sogenannte Identifiern - für Nachrichten bei einem System mit einer Vielzahl von automatisierungstechnischen Geräten vorgeschlagen, welche mit einem Feldbus untereinander vernetzt sind, wobei das Gesamtsystem in mindestens zwei Subsysteme aufgestellt ist, wobei die Anzahl der zulässigen Bits des Identifiers in mindestens vier Bereiche eingeteilt werden, wobei DOLLAR A - eine die Wichtigkeit einer Nachrichtenart kennzeichnende Prioritätsklasse am Anfang des Identifiers binär codiert wird, DOLLAR A - anschließend eine die Zählnummer eines Gerätes innerhalb eines Subsystems kennzeichnende Device-Id bitweise codiert wird, DOLLAR A - anschließend eine die Zählnummer des Subsystems kennzeichnende Subsystem-Id bitweise codiert wird und DOLLAR A - eine die Zählnummer einer Nachricht kennzeichnende Service-Nr. am Ende des Identifiers binär codiert wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergabe von mehrstelligen, binären Identifikationsnummern - sogenannten Identifiern - für Nachrichten bei einem System mit einer Vielzahl von automatisierungstechnischen Geräten, welche mit einem Feldbus untereinander vernetzt sind. Die Erfindung kann allgemein in der Automatisierungstechnik und speziell in der Antriebstechnik eingesetzt werden.
• Bei der Vernetzung automatisierungstechnischer Geräte untereinander kommen zweckmäßig Feldbusse zum Einsatz. Darunter versteht man Leitungsverbindungen, die alle Geräte miteinander verbinden und über welche die Geräte alle relevanten Prozeßinformationen (Nachrichtenarten, Nachrichten, Dienstklassen, Dienste) in Form von digitalen Nachrichten austauschen. Zu der Spezifikation eines Feldbusses gehören neben der Hardwareschicht auch die Softwaredienste, wie beispielsweise die Auswahl der definierten Nachrichten und die Art der Adressierung der Busteilnehmer - nachfolgend allgemein auch Geräte genannt. Auch die Sicherungsaufgaben (Schutz der übertragenen Daten vor Verfälschung) sind von den Hard- und Softwarekomponenten des Feldbusses zu übernehmen.
• Ein unter der Bezeichnung "CAN" bekannter Feldbus weist ein spezielles Arbitrierungsverfahren (Verwaltung des Buszugriffsrechts) auf, das ohne einen Master (Busteilnehmer mit Busverwaltungsaufgaben) auskommt und Kollisionen zwischen mehreren gleichzeitig auftretenden Kommunikationswünschen ohne Daten- und Durchsatzverlust auflöst. Dieses Verfahren beruht darauf, daß eine jede Nachricht bzw. Nachrichtenklasse (nicht der Empfänger der Nachricht!) eine mehrstellige binäre Identifikationsnummer, den Identifier, erhält und dieser Identifier implizit die Wertigkeit (Wichtigkeit) der Nachricht ausdrückt. Eine logische "0" an einer beliebigen Stelle des Identifiers gilt als vorrangig zu einer logischen "1". Ein sendender Busteilnehmer, der erkennt, daß gleichzeitig ein anderer Busteilnehmer eine höherwertige Nachricht sendet, muß den Sendebetrieb sofort abbrechen und den bevorrechtigten Teilnehmer fortfahren lassen. Dieses Zugriffsverfahren wird von Hardwarekomponenten auf physikalischer Ebene erledigt.
• Eine weitere Leistung dieser Hardwarekomponenten ist, daß beim Empfang bereits bestimmte Identifier noch in der Hardware aussortiert werden können, so daß alle Nachrichten ignoriert werden können, deren Identifier nicht durch eine definierte Maske paßt. Vorteilhaft werden hierdurch höhere Applikationen weniger belastet. Durch geschickte Wahl der Identifier und der Masken läßt sich ein Multicast, d. h. ein Versenden einer Nachricht nicht an alle, sondern an eine definierte Gruppe von Busteilnehmern einfach realisieren.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vergabe von mehrstelligen, binären Identifikationsnummern für Nachrichten bei einem System mit einer Vielzahl von automatisierungstechnischen Geräten der eingangs genannten Art anzugeben, welches hardwaremäßig Multicast (Versand von Nachrichten an eine definierte Gruppe von Adressaten bzw. Geräten) ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anzahl der zulässigen Bits des Identifiers in mindestens vier Bereich eingeteilt werden, wobei
  
• - eine die Wichtigkeit einer Nachrichtenart kennzeichnende Prioritätsklasse am Anfang des Identifiers binär codiert wird,
• - anschließend eine die Zählnummer eines Gerätes innerhalb eines Subsystemes des Gesamtsystems kennzeichnende Device-Id bitweise codiert wird,
• - anschließend eine die Zählnummer des Subsystems kennzeichnende Subsystem-Id bitweise codiert wird und
• - eine die Zählnummer einer Nachricht kennzeichnende Service-Nr am Ende des Identifiers binär codiert wird.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich der Identifier implizit und ohne Mitwirkung eines Busmasters (bzw. eines als Busmaster wirkenden expliziten Gerätes, das die Identifier verwaltet) aus der Funktion und Zählnummer des adressierten Busteilnehmers sowie aus dem Charakter der Nachrichtenart bzw. Nachricht (bzw. der Dienstklasse oder des Dienstes) ergibt. Da ein Busmaster nicht erforderlich ist, ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Redundanz des Systems (der Ausfall eines Busmasters hätte weiterreichende Folgen für die Betriebsfähigkeit des Systems als der Ausfall eines beliebigen Gerätes). Es ist auch keine besondere Steuerung erforderlich, die besondere Befehlsvollmachten an alle anderen Busteilnehmer hat.
• Die Wichtigkeit einer Nachrichtenart oder Dienstklasse bestimmt höchstrangig die Priorität der Busvergabe, während die bloße Zählnummer der Nachricht oder des Dienstes eine geringe Relevanz hat. Nach der Wichtigkeit der Nachrichtenart oder Dienstklasse bestimmt zunächst die Zählnummer des Gerätes innerhalb eines Subsystems des Gesamtsystems über die Priorität bei der Busvergabe, so daß innerhalb jedes Subsystems den verschiedenen Kommunikationsaufgaben Rechnung getragen werden kann und danach erst die Zählnummer des Subsystems relevant ist. Bei der Identifiervergabe wird demnach vorteilhaft eine systemspezifische Gruppenbildung (Subsysteme) und die Gruppenhierarchie berücksichtigt. Die Vergabe der Bits erfolgt nach festen Feldern, die sich zur Filterung der Nachrichten durch eine hardwaremäßige Maske eignen. Die Aufteilung in Gerätebits und Subsystembits ermöglicht in Verbindung mit einer hardwaremäßigen Adreßmaskierung ein effizientes Übertragen von Multicast-Nachrichten an Gruppen von Busteilnehmern, d. h. das System von Identifiern ist so beschaffen, daß ein der Anwendung angepaßtes Multicast ohne Softwareaufwand allein durch entsprechende Maskierung auf Hardwareebene ermöglicht wird.
• Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 ein Beispiel eines Identifiers mit angegebener Prioritätsklasse und Service- Nr,
• Fig. 2 ein Beispiel eines Identifiers mit vollständigem Adressfeld,
• Fig. 3, 4 zwei Beispiele für die Ansprache in einem Multicast,
• Fig. 5 die Zuordnung von Prioritätsklasse, Device-Id, Subsystem-Id und Service-Nr zu den einzelnen Bits (Feldern) eines Identifiers,
• Fig. 6 ein beispielhaftes Antriebssystem.
• In Fig. 6 ist ein beispielhaftes Antriebssystem dargestellt. Das Antriebssystem besteht aus zwei Subsystemen (Untersystemen) 1', 2'. Das erste Subsystem 1' weist zwei Ankerstromrichter 3', 4' und zwei Feldstromrichter (Feldsteller) 5', 6' auf. Das zweite Subsystem 2' weist zwei Ankerstromrichter 7', 8' und zwei Feldstromrichter 9', 10' auf. Die beiden Ankerstromrichter 3', 4' sind einerseits an einen Transformator 11' angeschlossen und sind andererseits mit einem Gleichstrommotor (Anker) 12' verbunden. An die Feldstromrichter 5' bzw. 6' sind Feldspulen 13' bzw. 14' angeschlossen. Die beiden Ankerstromrichter 7', 8' sind einerseits an einen Transformator 15' angeschlossen und sind andererseits mit einem Gleichstrommotor (Anker) 16' verbunden. An die Feldstromrichter 9' bzw. 10' sind Feldspulen 17' bzw. 18' angeschlossen. Ein Feldbus 19' ist mit den Busteilnehmern (Geräten) des Kommunikationssystems, d. h. den Ankerstromrichtern 3', 4', 7', 8' und den Feldstromrichtern 5', 6', 9', 10' verbunden.
• Jedes Subsystem 1' bzw. 2' ist eigenständig für einen Motor 12'/13'/14' bzw. 16'/17'/18' verantwortlich, beide Subsysteme müssen jedoch einen Datenaustausch über Soll- und Istwerte, Einschaltbefehle, Fehlerstatus usw. pflegen. Innerhalb eines Subsystems haben die beiden Ankerstromrichter 3', 4' bzw. 7', 8' einen sehr hohen Kommunikationsbedarf, zu den beiden Feldstromrichtern 5', 6' bzw. 9', 10' besteht ein geringerer Kommunikationsbedarf. Die beiden Subsysteme sind untereinander im Kommunikationsbedarf gleichwertig.
• Ausnahmslos alle Nachrichtenarten und Nachrichten (auch die für Notfälle, zur Synchronisation, zur Erstanmeldung noch unbekannter Busteilnehmer) - allgemein auch Dienstklassen oder Dienste genannt - werden in ein System von Prioritätsklassen - in den Figur mit "Prio" bezeichnet - sortiert, wobei die an sich gleich wichtigen Nachrichten (Dienste) innerhalb einer Prioritätsklasse noch mit einer Service-Nr (Zählnummer) unterschieden werden. Die Bits der Prioritätsklasse werden ganz am Anfang eines Identifiers an den meist entscheidenden Stellen plaziert.
• Die Bits der Service-Nr werden von den Bits der Prioritätsklasse getrennt und ganz an das Ende des Identifiers plaziert, wo sie auf die Busvergabe den geringsten Einfluß ausüben.
• In Fig. 1 ist ein Beispiel eines Identifiers mit angegebener Prioritätsklasse und Service- Nr dargestellt. Im Beispiel sind sechzehn verschiedene Prioritätsklassen, binär codiert durch vier Bits, und innerhalb jeder Prioritätsklasse 128 verschiedene Nachrichten oder Dienste, gekennzeichnet durch ihre Service-Nr und binär codiert durch sieben Bits, definiert. Wie bereits erwähnt, wird durch die Prioritätsklasse die Wichtigkeit einer Nachricht oder Dienstklasse festgelegt. Die Service-Nr gibt die Zählnummer der jeweiligen Nachricht oder des jeweiligen Dienstes an. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Prioritätsklasse "6" (binär codiert 0110) ausgewählt und darin die Nachricht bzw. der Dienst mit der Service-Nr "2" (binär codiert 0000010). Die Prioritätsklasse "6" ist beispielsweise den Parametrisierdiensten zugewiesen und der Dienst (Nachricht) mit der Service-Nr "2" hat darin beispielsweise die Bedeutung "Schreibe Parameterwerte".
• Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird ein Identifier durch insgesamt 29 Bits codiert, wovon die ersten vier Bits für die Prioritätsklasse und die letzten sieben Bits für die Service-Nr bestimmt sind, wie vorstehend ausgeführt ist. Somit verbleiben achtzehn Bits zur Kennzeichnung der Adresse des jeweiligen empfangenden Busteilnehmers (Geräts). Bei der Bezeichnung der Adresse des empfangenden Busteilnehmers wird zwischen einer Device-Id (Geräte-Nr) und einer Subsystem-Id (Subsystem-Nr) unterschieden. Die Device- Id gibt die Zählnummer eines Gerätes innerhalb eines Subsystems an. Die Subsystem- Id bezeichnet das Subsystem innerhalb eines aus mehreren Subsystemen bestehenden Gesamtsystems.
• Die Device-Id ist zu höherwertigeren Bits des Identifiers zugeordnet als die Subsystem- Id, da die verschiedenen Geräte innerhalb eines Subsystems verschieden dringliche Kommunikationsaufgaben haben, während die Subsysteme untereinander in der Wertigkeit möglichst gleich behandelt werden sollen. Die Subsystem-Id ergibt sich beispielsweise im Kontext der Gleichstromantriebe gemäß Fig. 1 aus den verwendeten Geräten und Aufgaben im Antriebssystem und legt auch den Umfang und die Dringlichkeit der Kommunikationsaufgaben fest.
• Die Device-Id und die Subsystem-Id werden dabei auf feste einzelne Bits d. h. bitweise statt als Binärzahl codiert, also nicht 1 = 000001, 2 = 000010, 3 = 000011, 4 = 000100, 5 = 000101, 6 = 000110 usw., sondern 1 = 000001, 2 = 000010, 3 = 000100, 4 = 001000, 5 = 010000, 6 = 100000. Auf diese Art und Weise wird ein hardwaremäßiges Dekodieren beim empfangenden Gerät per Maskenregister unterstützt und durch Setzen mehrerer bestimmter oder aller Bits auf einmal ein Multicast oder Broadcast (Sammelaufruf, Nachricht an alle) ermöglicht.
• In Fig. 2 ist ein beispielhafter Identifier für ein aus bis zu acht Subsystemen bestehendes Gesamtsystem dargestellt, wobei bis zu zehn Geräte je Subsystem eingesetzt sein können. Dementsprechend wird die Device-Id aus zehn Bits und die Subsystem-Id aus acht Bits gebildet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist speziell das Adressfeld angegeben, welches zur Ansprache für dritte Gerät im zweiten Subsystem erforderlich ist.
• In Fig. 3 ist ein Beispiel für eine Ansprache in einem Multicast dargestellt. Im gezeigten Beispiel werden alle Geräte im zweiten Subsystem angesprochen, d. h. alle zehn bitweise codierten Felder der Device-Id weisen eine logische "1" auf.
• In Fig. 4 ist ein weiteres Beispiel für eine Ansprache in einem Multicast dargestellt. Im gezeigten Beispiel werden die Geräte mit der Geräte-Nr 1 in allen Subsysteme angesprochen, d. h. alle acht bitweise codierten Felder der Subsystem-Id weisen eine logische "1" auf.
• In Fig. 5 ist die Zuordnung von Prioritätsklasse, Device-Id, Subsystem-Id und Service- Nr zu den einzelnen Bits (Feldern) eines Identifiers dargestellt. Es ist zu erkennen, daß
  
• - die vier Bits (Felder) 01 bis 04 des Identifier der Prioritätsklasse zugeordnet sind,
• - die zehn Bits (Felder) 05 bis 14 des Identifier der Device-Id zugeordnet sind,
• - die acht Bits (Felder) 15 bis 22 des Identifier der Subsystem-Id zugeordnet sind und
• - die sieben Bits (Felder) 23 bis 29 des Identifier der Service-Nr zugeordnet sind.
• Selbstverständlich ist je nach vorliegendem Anwendungsfall auch eine andere Aufteilung der 29 zur Verfügung stehenden Bits möglich, so daß auch eine hiervon abweichende Anzahl Bits der Prioritätsklasse, der Device-Id, der Subsystem-Id und der Service-Nr zugewiesen werden kann.
• Das Maskenregister in jedem Busteilnehmer wird so gesetzt, daß einzig die Nachrichten für das gewünschte Subsystem und das gewünschte Gerät passieren können.
• Das Verfahren läßt sich selbstverständlich auf mehr als zweistufige Hierarchien erweitern.

Claims (4)

1. Verfahren zur Vergabe von mehrstelligen, binären Identifikationsnummern - sogenannten Identifiern - für Nachrichten bei einem System mit einer Vielzahl von automatisierungstechnischen Geräten, welche mit einem Feldbus untereinander vernetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zulässigen Bits des Identifiers in mindestens vier Bereich eingeteilt werden, wobei
eine die Wichtigkeit einer Nachrichtenart kennzeichnende Prioritätsklasse am Anfang des Identifiers binär codiert wird,
anschließend eine die Zählnummer eines Gerätes innerhalb eines Subsystemes des Gesamtsystems kennzeichnende Device-Id bitweise codiert wird,
anschließend eine die Zählnummer des Subsystems kennzeichnende Subsystem-Id bitweise codiert wird und
eine die Zählnummer einer Nachricht kennzeichnende Service-Nr am Ende des Identifiers binär codiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle im Bus- Betrieb vorkommenden Nachrichtenarten in Prioritätsklassen eingeteilt und die Nachrichten innerhalb einer Prioritätsklasse mittels einer Zählnummer unterschieden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle am Feldbus angeschlossenen Geräte in Subsysteme eingeteilt und die Geräte innerhalb eines Subsystems nach der Dringlichkeit ihrer Kommunikationsaufgabe mittels einer Zählnummer unterschieden werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Maskenregister eines am Feldbus angeschlossenen Gerätes so gesetzt wird, daß einzig die Nachrichten für das gewünschte Subsystem und das gewünschte Gerät passieren können.