DE102007019047B4

DE102007019047B4 - Kommunikationsanordnung

Info

Publication number: DE102007019047B4
Application number: DE102007019047.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Lohbeck Axel; Wolfgang Jantzen; Dipl.-Ing. Dewitz Gerd
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: US20080288680A1; DE102007019047A1

Abstract

Anordnung zur Kommunikation zwischen modularen Einrichtungen der Mess-, Steuer- und Regeltechnik, die über eine Rückverdrahtungsebene miteinander verbunden sind, wobei jeweils zwei Module (21...24, 31, 32) der Einrichtung über eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein Modul (31, 32) mit einem Koppelelement (41, 42) ausgestattet ist-und wobei mindestens ein Modul (31, 32) an eine Mehrzahl von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modul (21...24) ohne Koppelelement über jeweils eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) mit mindestens zwei anderen Modulen (31, 32) verbunden ist, die jeweils mit einem Koppelelement (41, 42) ausgestattet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kommunikation zwischen modularen Einrichtungen der Mess-, Steuer- und Regeltechnik gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 42 38 957 ist eine modulare Einrichtung bekannt, deren Module zur Kommunikation durch eine Mehrzahl parallelgeführter serieller Lateralbusse miteinander verbunden sind, die als CAN-Busse ausgeführt sind.
Die fortschreitende Entwicklung von Einrichtungen der Mess-, Steuer- und Regeltechnik hat insbesondere durch verbesserte Überwachungs- und Diagnosefunktionen zu wachsenden Datenvolumina geführt, deren Transport und Übermittlung in angemessenen Zeitrahmen auch mehrfache Busauslegungen überfordert und dabei zu einem hohen materiellen Aufwand führt.
Aus der EP 0 844 763 A2 ist bekannt, zwischen einer Mehrzahl von Einrichtungen der Telekommunikationstechnik ein vollständiges Netzwerk von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu knüpfen.
Weiterhin ist aus der DE 103 45 981 A1 eine Schaltungsvorrichtung zur Datenverarbeitung mit redundant ausgelegter Datenübertragungseinheit bekannt, bei der Umschalteinheiten vorgesehen sind, welche zum Umschalten zwischen unterschiedlichen Datenübeertragungseinheiten sowie einem Schaltungskernmodul und einem externen Schaltungsmodul dienen.
Aus der WO 2005/004490 A1 sind Schaltanordnungen für USB- und FireWire-Systeme bekannt.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2004 053 801 A1 eine Schaltvorrichtung für einen PCI-Express-Bus bekannt, welche auf individuelle Anforderungen der angeschlossenen Endeinrichtungen rekonfigurierbar ist.
Aus der US 6 904 530 B2 ist eine Einrichtung bekannt mit einem Koppelelement, welches auf einer Erweiterungskarte angeordnet ist und an welches USB-Ausgänge angeschlossen sind, bekannt, wobei das Koppelelement über separate Leitungen individuell mit weiteren Einrichtungen verbindbar ist.
Die US 2006/0015666 A1 offenbart eine Einrichtung mit einer Backplane zur Aufnahme von Modulen, die ein Koppelelement aufweist, das als Schaltmodul ausgeführt sein kann. Dabei werden die Module über serielle Taktleitungen und serielle Datenleitungen angesprochen, wobei die seriellen Taktleitungen und seriellen Datenleitungen nach Art eines Parallelbusses ausgeführt sind. Die separate Führung von Takt- und Datenleitungen nach Art eines Parallelbusses lässt eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Modulen zu, die an demselben Bus angeschlossen sind.
Der US 2004/0236885 A1 ist eine Einrichtung mit einem backplane-ähnlichen Verbindungsmittel entnehmbar, bei der die Koppelmittel zentral in dem Verbindungsmittel untergebracht sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Kommunikation zwischen modularen Einrichtungen der Mess-, Steuer- und Regeltechnik anzugeben, das einen hohen Datendurchsatz bei geringem materiellen Aufwand erlaubt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung geht aus von einer modularen Einrichtung der Mess-, Steuer- und Regeltechnik, deren Module zur Kommunikation mit seriellen Bussen miteinander verbunden sind und die über eine Rückverdrahtungsebene miteinander verbunden sind.
Dabei sind jeweils zwei Module der Einrichtung über eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung miteinander verbunden. Durch die Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen jeweils zwei Modulen ist die Datenrate des jeweiligen Verbindungsprotokolls auch tatsächlich nutzbar, da Kollisionen durch andere sendewillige Teilnehmer an demselben Bus im Master-Slave-Betrieb ausgeschlossen sind. Darüber hinaus sind Maßnahmen zur Adressierung der Teilnehmer und Kollisionsauflösung im Verbindungsprotokoll verzichtbar.
Darüber hinaus ist mindestens ein Modul an eine Mehrzahl von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen angeschlossen. Dadurch sind alle Module der modularen Einrichtung mittelbar miteinander kommunikativ verbindbar. Die Module mit nur einer seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung sind mittelbar über ein Modul, das an eine Mehrzahl von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen angeschlossen ist, verbunden.
Erfindungsgemäß ist mindestens ein Modul ohne Koppelelement über jeweils eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit mindestens zwei anderen Modulen verbunden, die jeweils mit einem Koppelelement ausgestattet sind. Auf diese Weise sind einzelne oder alle Module der modularen Einrichtung redundant in der Einrichtung vernetzbar.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist mindestens ein Modul mit einem Koppelelement ausgestattet, an das die seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen geführt sind. Damit sind alle Module der modularen Einrichtung mittelbar miteinander kommunikativ verbindbar. Die Module mit nur einer seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung sind mittelbar über das Koppelelement verbunden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Punkt-zu-Punkt-Verbindung durch einen USB (Universal Serial Bus) gebildet. Dabei wird für die kommunikationstragende Busphysik und das Protokoll des für sich bekannten Universal Serial Bus verwendet. Dazu gehört insbesondere die differentielle Übertragung der Daten über ein Adernpaar zwischen jeweils zwei Modulen.
Für den Betrieb des USB sind einschlägige Kommunikationsschaltkreise handelsüblich. Im Ergebnis der weiten Verbreitung des USB im Bereich der Personalcomputer werden diese Kommunikationsschaltkreise in großen Stückzahlen gefertigt und sind daher vergleichsweise kostengünstig gegenüber Kommunikationsschaltkreisen anderer Bussysteme mit geringerer Verbreitung. Darüber hinaus sind die Software-Treiber zum Betrieb der Kommunikationsschaltkreise unter verschiedenen Betriebssystemen verfügbar. Vorteilhafterweise ist dadurch der Aufwand zur Implementierung der Kommunikationsmittel gering.
Seit der Spezifikation des USB in der Version 2.0 beträgt die Datenrate auf dem Bus bis zu 480 MBit/s. Damit ist ein hoher Datendurchsatz zwischen den Modulen ermöglicht.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Punkt-zu-Punkt-Verbindung durch einen seriellen Bus nach der Firewire-Spezifikation (IEEE 1394) gebildet. Dabei wird für die kommunikationstragende Busphysik und das Protokoll des für sich bekannten Firewire-Bus verwendet. Dazu gehört insbesondere die differentielle Übertragung der Daten über ein Adernpaar zwischen jeweils zwei Modulen.
Weiterere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Rahmen von Ausführungsbeispielen aufgezeigt. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer modularen Einrichtung mit einem Koppelelement in einem Modul und einfacher Koppelung
2 eine Prinzipdarstellung einer modularen Einrichtung mit einer redundanten Koppelung
In der 1 ist eine Prinzipdarstellung einer modulare Einrichtung der Mess-, Steuer- und Regeltechnik gezeigt, die in einem Schaltschrank oder beliebig anderen Gehäuse untergebracht ist. Auf einer Rückverdrahtungsleiterplatte 1 sind Steckplätze für eine Mehrzahl von Modulen 21 bis 24 und 31 der Einrichtung angeordnet, die untereinander jeweils paarweise durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 miteinander verbunden sind. Dazu weisen alle Module 21 bis 24 und 31 der Einrichtung mindestens eine Kommunikationsschnittstelle zum Anschluß einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung 5 auf.
Dabei ist ein Modul 31 durch eine Sonderstellung gekennzeichnet, wonach eine Mehrzahl von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 an dieses Modul 31 angeschlossen sind. Dadurch sind alle Module 21 bis 24 und 31 der modularen Einrichtung mittelbar miteinander kommunikativ verbindbar. Die Module 21 bis 24 mit nur einer seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung 5 sind mittelbar über ein Modul 31, das an eine Mehrzahl von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 angeschlossen ist, verbunden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Modul 31 ein Steuerungsmodul ist, das über die Rückverdrahtungsleiterplatte 1 mit einer Mehrzahl von Ein-/Ausgabemodulen 21 bis 24 verbunden ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Steuerungsmodul 31 mit einer nicht dargestellten übergeordneten Einrichtung verbunden ist. Die Ein-/Ausgabemodulen 21 bis 24 sind an nicht dargestellte prozessnahe Einrichtungen wie Sensoren und Aktoren angeschlossen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Modul 31 mit einem Koppelelement 41 ausgestattet, an das die seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 geführt sind. Dieses Koppelelement 41 weist eine Mehrzahl von Schnittstellen zum Anschluß aller Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 auf, die miteinander verbindbar sind. Das Koppelelement 41 ist in der Weise ausgestaltet, dass jeweils zwei beliebige der angeschlossenen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 miteinander verbindbar sind. Dabei bleibt das beherbergende Modul 31 von der durchgehenden Kommunikation zwischen zwei anderen Modulen 21 bis 24 unbeeinflußt. Derartige Koppelelemente 41 sind für sich bekannt und handelsüblich. Damit sind alle Module 21 bis 24 und 31 der modularen Einrichtung mittelbar miteinander kommunikativ verbindbar. Die Module 21 bis 24 mit nur einer angeschlossenen seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung sind mittelbar über das Koppelelement 41 verbunden.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist jede Punkt-zu-Punkt-Verbindung 5 durch einen USB (Universal Serial Bus) gebildet. Dabei wird für die kommunikationstragende Busphysik und das Protokoll des für sich bekannten Universal Serial Bus verwendet. Dazu gehört insbesondere die differentielle Übertragung der Daten über ein Adernpaar zwischen jeweils zwei Modulen 21 bis 24 und 31. Vorteilhafterweise sind für dessen Betrieb einschlägige Kommunikationsschaltkreise wie USB-Hub handelsüblich. Im Ergebnis der weiten Verbreitung des USB im Bereich der Personalcomputer werden diese Kommunikationsschaltkreise in großen Stückzahlen gefertigt und sind daher vergleichsweise kostengünstig gegenüber Kommunikationsschaltkreisen anderer Bussysteme mit geringerer Verbreitung. Darüber hinaus sind die Software-Treiber zum Betrieb der Kommunikationsschaltkreise unter verschiedenen Betriebssystemen verfügbar. Vorteilhafterweise ist dadurch der Aufwand zur Implementierung der Kommunikationsmittel gering.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist jede Punkt-zu-Punkt-Verbindung 5 durch einen seriellen Bus nach der Firewire-Spezifikation (IEEE 1394) gebildet. Dabei wird für die kommunikationstragende Busphysik und das Protokoll des für sich bekannten Firewire-Bus verwendet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in 2 unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel eine modulare Einrichtung der Mess-, Steuer- und Regeltechnik prinzipiell dargestellt, bei der auf einer Rückverdrahtungsleiterplatte 1 Steckplätze für eine Mehrzahl von Modulen 21 bis 23, 31 und 32 der Einrichtung angeordnet sind, die untereinander jeweils paarweise durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 miteinander verbunden sind.
In dieser Ausführungsform der Erfindung sind zwei Module 31 und 32 voneinander unabhängig jeweils an eine Mehrzahl von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 angeschlossen und mit jeweils einem Koppelelement 41 und 42 ausgestattet, an die die seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 angeschlossen sind. Die Module 21 bis 23 ohne Koppelelement 41 und 42 über jeweils eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit mindestens zwei anderen Modulen 31 und 32 verbunden, die jeweils mit einem Koppelelement 41 und 42 ausgestattet sind.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Module 31 und 32 mit einem Koppelelement 41 und 42 als Steuerungsmodul und die 21 bis 23 ohne Koppelelement 41 und 42 als Ein-/Ausgabemodule ausgeführt sind, ist durch die parallele und voneinander unabhängige Verbindung der Module 21 bis 23 mit beiden jeweils ein Koppelelement 41 und 42 aufweisenden Modulen 31 und 32 eine redundante Kommunikation zwischen dem Steuerungsmodul und den Ein-/Ausgabemodulen implementiert.
Bezugszeichenliste

1: Rückverdrahtungsleiterplatte
21...24, 31, 32: Modul
41, 42: Koppelelement
5: Punkt-zu-Punkt-Verbindung

Claims

Anordnung zur Kommunikation zwischen modularen Einrichtungen der Mess-, Steuer- und Regeltechnik, die über eine Rückverdrahtungsebene miteinander verbunden sind, wobei jeweils zwei Module (21...24, 31, 32) der Einrichtung über eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein Modul (31, 32) mit einem Koppelelement (41, 42) ausgestattet ist-und wobei mindestens ein Modul (31, 32) an eine Mehrzahl von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Modul (21...24) ohne Koppelelement über jeweils eine serielle Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) mit mindestens zwei anderen Modulen (31, 32) verbunden ist, die jeweils mit einem Koppelelement (41, 42) ausgestattet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) durch einen USB (Universal Serial Bus) gebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Punkt-zu-Punkt-Verbindung (5) durch einen seriellen Bus nach der Firewire-Spezifikation (IEEE 1394) gebildet ist.