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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine modulare automatisierungstechnische
Einrichtung der Mess-, Steuer- und Regeltechnik gemäß den
Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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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.
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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.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte modulare
automatisierungstechnische Einrichtung derart weiterzuentwickeln, dass
die Anforderungen an einen hohen Datendurchsatz bei geringem materiellen
Aufwand erfüllt sind.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen
Ansprüchen angegeben.
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Die
Erfindung geht aus von einer modularen Einrichtung der Mess-, Steuer-
und Regeltechnik, die aus einer Mehrzahl von Modulen besteht, die über ein
gemeinsames Verbindungsmittel miteinander elektrisch verbunden sind.
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Erfindungsgemäß weist
das Verbindungsmittel mindestens ein aktives Koppelelement mit einer Mehrzahl
von miteinander verbindbaren Anschlüssen zur Anschaltung
von seriellen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen auf. Darüber
hinaus ist jedes Modul jeweils über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung
mit mindestens einem Koppelelement verbunden. Dabei sind alle Module mittelbar über
das Koppelelement miteinander über individuelle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
kommunikativ verbunden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weiterere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Rahmen
von Ausführungsbeispielen aufgezeigt. Die dazu erforderlichen Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung einer modularen Einrichtung mit einem Koppelelement
in einem Modul und einfacher Koppelung
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2 eine
Prinzipdarstellung einer modularen Einrichtung mit einer redundanten
Koppelung
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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 der
Einrichtung angeordnet. Darüber hinaus ist die Rückverdrahtungsleiterplatte 1 mit
einem aktiven Koppelelement 41 ausgestattet.
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Das
Koppelelement 41 ist durch individuelle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 mit
jedem Modulen 21 bis 24 verbunden. Dazu weisen
alle Module 21 bis 24 der Einrichtung mindestens
eine Kommunikationsschnittstelle zum Anschluß einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung 5 auf.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass eines der Module 21 ein Steuerungsmodul
ist, das über die Rückverdrahtungsleiterplatte 1 mit
einer Mehrzahl von Ein-/Ausgabemodulen 22 bis 24 verbunden
ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das Steuerungsmodul
mit einer nicht dargestellten übergeordneten Einrichtung
verbunden ist. Die Ein-/Ausgabemodulen 22 bis 24 sind
an nicht dargestellte prozessnahe Einrichtungen wie Sensoren und
Aktoren angeschlossen.
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Das
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.
Derartige Koppelelemente 41 sind für sich bekannt
und handelsüblich. Damit sind alle Module 21 bis 24 der
modularen Einrichtung mittelbar miteinander kommunikativ verbindbar.
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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.
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.
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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.
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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 der Einrichtung
angeordnet sind. Die Rückverdrahtungsleiterplatte 1 ist
in dieser Ausführungsform mit zwei voneinander unabhängigen,
aktiven Koppelelementen 41 und 42 ausgestattet.
Jedes Modul 21 bis 23 ist durch eine individuelle
Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 5 mit jedem Koppelelement 41 und 42 verbunden.
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Bei
einer Ausgestaltung der Erfindung, bei der Koppelelemente 41 und 42 ihrerseits
separat mit übergeordneten Einrichtungen verbunden sein
können, ist durch die parallele und voneinander unabhängige
Verbindung der Module 21 bis 23 mit beiden Koppelelementen 41 und 42 eine
redundante Kommunikation zwischen allen Modulen 21 bis 23 implementiert.
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- 1
- Rückverdrahtungsleiterplatte
- 21..24
- Modul
- 41,
42
- Koppelelement
- 5
- Punkt-zu-Punkt-Verbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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