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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein automatisches Steuerungssystem, insbesondere
ein automatisches Steuerungssystem mit Netzwerk-Gateway sowie ein Verfahren
zum Betreiben desselben.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Ein
herkömmliches elektrisches Steuerungssystem verwendet allgemein
ein Relais als Steuerungsschalter. Jedoch muss das System neu hergestellt
werden, wenn das Design geändert wird. Darüber
hinaus zeigt ein Steuerungssystem auf Relaisbasis Probleme schlechter
Kontakte, des Abriebs und sperriger Größe. Daher
bestehen bei einem Steuerungssystem auf Relaisbasis hohe Kosten,
geringe Zuverlässigkeit sowie Wartungsschwierigkeiten.
Um diese Nachteile zu überwinden, hat DEC im Jahr 1969
das Konzept einer programmierbaren Logiksteuerung (PLC) zum Ersetzen
der Logikfunktion, der Timingfunktion und der Zählfunktion
bei Relaissteuerungen vorgeschlagen. Darüber hinaus zeigt
eine PLC die zusätzlichen Vorteile einer vielseitigen Steuerung,
Erweiterungsfähigkeiten und einfacher Wartbarkeit.
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Zu
den grundlegenden internen Komponenten einer PLC gehören
ein CPU-Modul, ein Eingabemodul und ein Ausgabemodul. Die CPU einer
PLC liest Eingangssignale vom Eingangsmodul, liest aus ihrem Speicher
Steuerungsbefehle und führt diese durch eine ALU in ihr
aus. Danach gibt die PLC über das Ausgabemodul Steuerungssignale
an externe Vorrichtungen aus, um diese zu steuern.
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Einhergehend
mit der schnellen Entwicklung der Netzwerktechnologie und der Computerhardware kann
ein Hostcomputer Daten in einer PLC dadurch abarbeiten oder auf
sie zugreifen, dass er über ein breitbandiges Netzwerk
wie das breitbandige Internet zugreift.
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Die 1 zeigt
eine schematische Ansicht eines automatischen Steuerungssystems
gemäß einer einschlägigen Technik, bei
dem ein Benutzer einen Hostcomputer 10a bedient, um über
ein Netzwerk-Gateway 20a auf Daten in einer PLC 30a zuzugreifen.
Der Hostcomputer 10a kann das Netzwerk-Gateway 20a über
ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk wie ein ADSL- oder T1-Netzwerk
erreichen. Das Netzwerk-Gateway 20a greift über
eine Schnittstelle niedriger Geschwindigkeit, wie RS-232C, RS-422
oder RS-485 auf die PLC 30a zu. Anders gesagt, ist die
PLC im Allgemeinen über ein etabliertes serielles Netzwerk
geringer Geschwindigkeit mit dem Netzwerk-Gateway 20a verbunden.
Daher ist es wahrscheinlich, dass es zu einem Stau im Netzwerk kommt,
wenn der Hostcomputer 10a auf viele PLCs zugreifen möchte.
Bei einem System gemäß einer einschlägigen
Technik stellt ein Anybus einen Speicherbereich im Netzwerk-Gateway 20a bereit, der über
Datenaustausch mit Vorrichtungen in einem Unternetzwerk, d. h. in
PLCs, verfügt. Jedoch muss der Hostcomputer die Abbildungsbeziehung
zwischen der Adresse im Netzwerk-Gateway und der Datenadresse im
PLC 30a wissen. Für den Benutzer des Hostcomputers 10a ist
es schwierig, die Einstellung zu kennen.
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Die
US-Patentveröffentlichung 2006/0041630 offenbart
ein Netzwerk-Gateway zwischen einem Ethernet und einem seriellen
Netzwerk geringer Geschwindigkeit. Das Netzwerk-Gateway wird dazu
verwendet, den Eingangs- und Ausgangsstatus der PLCs an entfernten
Stellen durchzuscannen, und es kann die Datenzugriffseffizienz nicht
verbessern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Steuerungssystem
mit einem Netzwerk-Gateway mit verbesserter Datenzugriffseffizienz
sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben zu schaffen.
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Demgemäß ist
durch die Erfindung ein automatisches Steuerungssystem mit einem
Host, einem funktionsmäßig mit diesem verbundenen
Netzwerk-Gateway sowie mehreren programmierbaren Logiksteuerungen
(PLC), die funktionsmäßig mit dem Netzwerk-Gateway
verbunden sind, geschaffen. Das Netzwerk-Gateway verfügt über
einen Controller und Register. Der Controller führt einen
Backupvorgang für Daten von speziellen Adressen im PLC
sequenziell für jeweils eine vorbestimmte Zeitperiode in die
Register aus. Wenn der Controller einen Zugriffsbefehl vom Host
empfängt und dieser Zugriffsbefehl die speziellen Adressen
spezifiziert, schickt der Controller die Daten, die der spezifizierten
Adresse entsprechen und bereits in den Registern gespeichert sind,
an den Host. Die Zugriffseffizienz kann verbessert werden, da ein
Teil der Daten in der PLC im Netzwerk-Gateway einem Cachevorgang
unterzogen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
als neuartig angenommenen Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten
Ansprüchen spezifisch dargelegt. Die Erfindung selbst kann
jedoch am besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte
Beschreibung derselben, die bestimmte beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung beschreibt, in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen verstanden werden.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines automatischen Steuerungssystems
gemäß einer einschlägigen Technik.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines Adressen Steuerungssystems gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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3A zeigt
ein Flussdiagramm eines durch den Controller ausgeführten
Datenauffrischvorgangs.
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3B zeigt
ein Flussdiagramm eines durch den Controller ausgeführten
Datenzugriffvorgangs.
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4A und 4B zeigen
die Anordnung von Registern im Netzwerk-Gateway.
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5 demonstriert
den Operationsablauf des Verfahrens gemäß der
Erfindung zum Betreiben eines Netzwerk-Gateways in einem automatischen Steuerungssystem.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die 2 zeigt
eine schematische Ansicht eines automatischen Steuerungssystems
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung. Dieses automatische Steuerungssystem verfügt über einen
Hostcomputer 10, ein Netzwerk-Gateway 20 und mehrere
PLCs 30A–30N. Der Hostcomputer 10 ist über
ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk wie ein ADSL- oder ein T1-Netzwerk
funktionsmäßig mit dem Netzwerk-Gateway 20 verbunden.
Das Netzwerk-Gateway 20 ist über serielle Schnittstellen
geringer Geschwindigkeit, wie RS-232C, RS-422 oder RS-485, funktionsmäßig
mit den mehreren PLCs 30A–30N verbunden.
Das Netzwerk-Gateway 20 verfügt über
einen Controller 200, einen Port 202 für das
Hochgeschwindigkeitsnetzwerk, einen Port 204 für
das Niedergeschwindigkeitsnetzwerk sowie eine Gruppe von Registern 40 (nur
eines ist dargestellt), wobei der Port 202 des Hochgeschwindigkeitsnetzwerks,
der Port 204 des Niedergeschwindigkeitsnetzwerks und die
Register 40 elektrisch mit dem Controller 200 verbunden
sind. Die PLCs 30A–30N können Peripherieelemente,
wie einen Sensor, steuern, und sie können erfasste Parameter
in einem speziellen in ihnen speichern. Der Hostcomputer 10 greift über das
Netzwerk-Gateway 20 auf die erfassten Parameter in den
PLCs 30A–30N zu. Der Hostcomputer 10 verfügt
allgemein über bessere Verarbeitungsfähigkeiten,
und er kann Prozesse an den abgerufenen, erfassten Parametern ausführen.
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Der
Controller 200 ist so ausgebildet, dass er einen Datenauffrisch-
und Datenzugriffsprozess ausführt. Beim Datenauffrischprozess
aktualisiert der Controller 200 sequenziell Daten in einem
speziellen Speicher der PLCs 30A–30N auf
spezielle Adressen in den Registern 40, was für
jeweils ein erstes vorbestimmtes Zeitintervall (beispielsweise 30
ms) erfolgt. Beim Datenzugriffsprozess prüft der Controller 200 ferner
für jeweils ein zweites vorbestimmtes Zeitintervall (beispielsweise
1 ms), ob der Hostcomputer 10 einen Zugriffsbefehl ausgegeben
hat.
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Die 3A zeigt
ein Flussdiagramm des durch den Controller 200 ausgeführten
Datenauffrischvorgangs. Die 3B zeigt
ein Flussdiagramm des durch den Controller 200 ausgeführten
Datenzugriffsvorgangs. Wie es in der 3A dargestellt
ist, führt der Controller 200 den Datenauffrischvorgang
in einem Schritt S10 mit jeweils einem ersten vorbestimmten Zeitintervall
(beispielsweise 30 ms) aus, und er ruft in einem Schritt S12 Daten
aus einem speziellen Speicher in den PLCs 30A–30N ab.
Danach aktualisiert der Controller 200 seine Register 40 in
einem Schritt S14 entsprechend den abgerufenen Daten. Wie es in
der 3B dargestellt ist, führt der Controller 200 in
einem Schritt S20 für jeweils ein zweites vorbestimmtes
Zeitintervall (beispielsweise 1 ms) einen Datenzugriffsvorgang aus,
und er prüft, ob der Hostcomputer 10 einen Zugriffsbefehl
ausgegeben hat. Wenn der Controller 200 im Schritt S20
erkennt, dass der Hostcomputer 10 einen Zugriffsbefehl
ausgegeben hat, prüft er in einem Schritt S22, ob die Zugriffsbefehle
zum Zugreifen auf interne Register im Netzwerk-Gateway 20 dienen.
Wenn die Zugriffsbefehle im Schritt S22 zum Zugreifen auf interne Register
im Netzwerk-Gateway 20 dienen, werden in einem Schritt
S28 dem Zugriffsbefehl zugeordnete Daten über das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk
an den Host geliefert. Wenn die Zugriffsbefehle im Schritt S22 nicht
zum Zugreifen auf interne Register im Netzwerk-Gateway 20 dienen,
prüft in einem Schritt S24 der Controller 200,
ob die Daten, auf die zuzugreifen ist, bereits im Register 40 gespeichert sind.
Wenn dies zutrifft, werden in einem Schritt S28 die dem Zugriffsbefehl
zugeordneten Daten über das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk
an den Host geliefert. Falls nicht zutreffend, ruft der Controller 200 die dem
Zugriffsbefehl entsprechenden Daten, die für den Zugriff
auf die PLC dienen sollen, in einem Schritt S26 aus einem der PLCs 30A–30N ab.
Danach werden die abgerufenen Daten in einem Schritt S28 über das
Hochgeschwindigkeitsnetzwerk an den Host geliefert.
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Die 4A und 4B zeigen
die Anordnung von Registern 40 im Netzwerk-Gateway 20.
Gemäß der Erfindung kann das Register 40 als
Bitregister MB oder Wortregister MW klassifiziert werden, das die
Daten eines Bitelements bzw. eines Wortelements überwacht.
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Wie
es in der 4A dargestellt ist, verfügen die
Bitregister MB im Wesentlichen über vier Abschnitte: einen
ersten Überwachungsanzahlspeicher 40A (mit einem
Register MB0), einen ersten Stationsnummernspeicher 40B (mit
Registern MB1–MB200), einen ersten Überwachungswertspeicher 40C (mit der
Registern MB201–MB213) sowie einen ersten Überwachungsstatusspeicher 40D (mit
der Registern MB214–MB226).
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Der
erste Überwachungsanzahlspeicher 40A wird dazu
verwendet, die Anzahl zu überwachender (aufzufrischender)
PLCs und die Op tion zum Ermöglichen einer Cachefunktion
aufzuzeichnen. Wenn das Bit 15 im Register MB0 des ersten Überwachungsanzahlspeichers 40A logisch
eins ist, ist der Cachemodus aktiviert. Wenn der Cachemodus aktiviert
ist, prüft der Controller 200, ob die dem Zugriffsbefehl
entsprechenden Daten bereits im Bitregister MB vorhanden sind, d.
h., es wird der Schritt S24 ausgeführt. Wenn das Bit 15
im Register MB0 des ersten Überwachungszahlenspeichers 40A logisch
null ist, wird der Cachemodus deaktiviert. Wenn der Cachemodus deaktiviert
ist, führt der Controller 200 eine Prüfung
dahingehend aus, ob die dem Zugriffsbefehl entsprechenden Daten
bereits im Bitregister MB vorhanden sind, d. h., es wird der Schritt S24
ausgeführt. Darüber hinaus wird der Cachemodus
automatisch deaktiviert, wenn die im ersten Überwachungsanzahlspeicher 40A gespeicherte
Anzahl zu überwachender PLCs einen vorbestimmten Bereich überschreitet.
Wenn beispielsweise die Anzahl zu überwachender PLCs auf
1 bis 16 Einheiten eingestellt ist, wird der Cachemodus automatisch deaktiviert,
wenn die tatsächliche Anzahl überwachter PLCs
kleiner als 1 oder größer als 16 ist.
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Der
erste Stationsnummernspeicher 40B wird dazu verwendet,
die Stationsnummer einer zu überwachenden PLC zu speichern;
außerdem gilt dies für die Speicheradresse einer überwachten
Vorrichtung, die der PLC mit der spezifizierten Stationsnummer zugeordnet
ist. Beispielsweise können die ungeradzahligen Register
im ersten Stationsnummernspeicher 40B dazu verwendet werden,
die Stationsnummer einer PLC aufzuzeichnen. Die geradzahligen Register
im ersten Stationsnummernspeicher 40B können dazu
verwendet werden, die Speicheradresse in einer PLC mit der spezifizierten
Stationsnummer aufzuzeichnen, wobei die Speicheradresse dazu verwendet
wird, Information von einer durch die PLC gesteuerten Sensorvorrichtung
zu speichern.
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Der
erste Überwachungswertspeicher 40C wird dazu verwendet,
die Daten (erfasste Parameter) einer durch eine PLC gesteuerten
Sen sorvorrichtung zu speichern. Der erste Überwachungsstatusspeicher 40D wird
dazu verwendet, den Überwachungsstatus zu speichern, wie
die Tatsache, ob ein Auffrischvorgang erfolgreich war.
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Wie
es in der 4B dargestellt ist, verfügt das
Wortregister MW im Wesentlichen über vier Abschnitte: einen
zweiten Überwachungsanzahlspeicher 40E (mit einem
Register MW0), einen zweiten Stationsnummernspeicher 40F (mit
Registern MW1–MW200), einen zweiten Überwachungswertspeicher 40G (mit
Registern MW201–MW213) und einen zweiten Überwachungsstatusspeicher 40H (mit
Registern MW214–MW226).
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Der
zweite Überwachungsanzahlspeicher 40E wird dazu
verwendet, die Anzahl der zu überwachenden PLCs und die
Option zum Ermöglichen der Cachefunktion aufzuzeichnen.
Wenn das Bit 15 im Register MW0 des zweiten Überwachungsanzahlspeichers 40E logisch
eins ist, ist der Cachemodus aktiviert. Wenn der Cachemodus aktiviert
ist, prüft der Controller 200, ob die dem Zugriffsbefehl
entsprechenden Daten bereits im Wortregister MW vorhanden sind,
d. h., es wird der Schritt S24 nicht ausgeführt. Wenn das
Bit 15 im zweiten Überwachungsanzahlspeicher 40E logisch
null ist, wird der Cachemodus deaktiviert. Wenn der Cachemodus deaktiviert
ist, prüft der Controller 200 nicht, ob die dem
Zugriffsbefehl entsprechenden Daten bereits im Wortregister MW vorhanden
sind, d. h., der Schritt S24 wird nicht ausgeführt.
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Darüber
hinaus wird, wenn die im zweiten Überwachungsanzahlspeicher 40E gespeicherte
Anzahl überwachter PLCs einen vorbestimmten Bereich überschreitet,
wird der Cachemodus automatisch deaktiviert. Wenn beispielsweise
die Anzahl überwachter PLCs auf 1 bis 16 Einheiten eingestellt
ist, wird der Cachemodus automatisch deaktiviert, wenn die tatsächliche
Anzahl überwachter PLCs kleiner als eins oder größer
als 16 ist.
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Der
zweite Stationsnummernspeicher 40F wird dazu verwendet,
die Stationsnummer einer überwachten PLC zu speichern.
Außerdem gilt dies für die Speicheradresse einer überwachten
Vorrichtung, die einer PLC mit einer speziellen Stationsnummer zugeordnet
ist. Beispielsweise können die ungeradzahligen Register
im zweiten Stationsnummernspeicher 40F dazu verwendet werden,
die Stationsnummer einer PLC aufzuzeichnen. Die geradzahligen Register
im zweiten Stationsnummernspeicher 40F können
dazu verwendet werden, die Speicheradresse in einer PLC mit einer
speziellen Stationsnummer aufzuzeichnen, wobei die Speicheradresse dazu
verwendet wird, Information von einer durch die PLC gesteuerten
Sensorvorrichtung zu speichern.
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Der
zweite Überwachungswertspeicher 40G wird dazu
verwendet, die Daten (erfasste Parameter) einer durch eine PLC gesteuerten
Sensorvorrichtung zu speichern. Der zweite Überwachungsstatusspeicher 40H wird
dazu verwendet, den Überwachungsstatus zu speichern, wie
die Tatsache, ob ein Auffrischvorgang erfolgreich war.
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Die 5 veranschaulicht
den Betriebsablauf beim Verfahren gemäß der Erfindung
zum Betreiben eines Mediators in einem automatischen Steuerungssystem.
Gemäß der 4A und
dem rechten Teil der 5 aktualisiert das Netzwerk-Gateway 20 den
Inhalt in den Bitregistern MB entsprechend der Stationsnummer und
der Vorrichtungsadresse, wie sie im ersten Stationsnummernspeicher 40B gespeichert
sind, auf sequenzielle Weise. Wie es in der 5 dargestellt
ist, enthält jedes der Register MB001, MB003 und MB005
den gespeicherten Wert 0×0001, der die Stationsnummer 0×0001
und die Zuordnung zur PLC 30A angibt. Die Inhalte der Register MB002,
MB004 und MB006 sind 0×1000, 0×1001 bzw. 0×1002.
Dies bedeutet, dass die Adressen 0×1000, 0×1001
und 0×1002 in der PLC 30A einen Auffrischvorgang
für eine Speicherung im entsprechenden Teil der Bitregister
MB benötigen (d. h. eine Aktualisierung des Inhalts in
den Bitregistern MB).
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Gemäß dem
linken Teil der 5 werden die vom Hostcomputer 10 ausgegebenen
Befehle individuell verarbeitet. Durch den ersten Befehl soll auf
die Adresse 0×1000 in der überwachten PLC 30A (mit der
Stationsnummer 0001) zugegriffen werden. Die Adresse 0×1000
in der PLC 30A wird durch das Netzwerk-Gateway 20 einem
Auffrischvorgang unterzogen, und die Daten unter der Adresse 0×1000
in der PLC 30A wurden bereits beim vorigen Zugriffsvorgang
aufgefrischt (siehe den Teil oben rechts in der 5).
Daher werden, wie es in der 4A dargestellt
ist, die neuen Daten 0×0001 im entsprechenden Register
MB201 gespeichert.
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Gemäß erneuter
Bezugnahme auf den linken Teil der 5 soll durch
den vom Hostcomputer 10 ausgegebenen dritten Zugriffsbefehl
auf die Adresse 0×20FF in der PLC 30A (mit der
Stationsnummer 0001) zugegriffen werden. Die Adresse 0×20FF
der PLC 30A erfährt entsprechend dem Datensatz
in den Bitregistern MB keinen Auffrischvorgang. Daher liest der
Netzwerk-Gateway 20 als Erstes die Daten unter der Adresse
0×20FF der PLC 30A, d. h. die Daten 0×5124, über
die Niedergeschwindigkeitsschnittstelle, und dann liefert er diese über
das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk an den Hostcomputer 10.
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Wie
es in der 5 dargestellt ist, aktualisiert
das Netzwerk-Gateway 20 seine Register durch Lesen von
Daten an speziellen Adressen spezieller PLCs auf sequenzielle Weise,
wobei die Information der speziellen Adressen und der speziellen
PLCs in den Registern MB (einem Bitelement entsprechend) oder den
Registern MW (einem Wortelement entsprechend) aufgezeichnet ist.
Wenn der Hostcomputer 10 auf eine PLC zugreifen soll, prüft
das Netzwerk-Gateway 2, ob die Daten bereits in ihm gespeichert
sind. Wenn die gewünschten Daten bereits in den Registern
des Netzwerk-Gateways 20 vorhanden sind, liefert es diese
Daten über das Hochgeschwindigkeitsnetzwerk an den Hostcomputer 10, und
der Datenabrufvorgang über die Niedergeschwindigkeitsschnittstelle kann
weggelassen werden. Daher kann die Effizienz der Netzwerküberwachung
verbessert werden.
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Obwohl
die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, ist es zu beachten, dass sie nicht auf die zugehörigen
Einzelheiten eingeschränkt ist. In der vorstehenden Beschreibung
sind verschiedene Ersetzungen und Modifizierungen vorgeschlagen,
und andere werden dem Fachmann ersichtlich. Daher sollten alle derartige
Ersetzungen und Modifizierungen im Schutzumfang der in den beigefügten
Ansprüchen definierten Erfindung enthalten sein.
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Ein
automatisches Steuerungssystem verfügt über einen
Host, ein funktionsmäßig mit diesem verbundenes
Netzwerk-Gateway sowie mehrere programmierbare Logiksteuerungen
(PLC), die funktionsmäßig mit den Netzwerk-Gateway
verbunden sind. Das Netzwerk-Gateway verfügt über
einen Controller und Register. Der Controller führt für
eine jeweils vorbestimmte Zeitperiode sequenziell einen Backupvorgang
für Daten an speziellen Adressen in der PLC aus. Wenn der
Controller vom Host einen Zugriffsbefehl empfängt und dieser
die speziellen Adressen spezifiziert, liefert der Controller die
der spezifizierten Adresse entsprechenden und bereits in den Registern
abgespeicherten Daten an den Host. Die Zugriffseffizienz kann verbessert
werden, da für einen Teil der Daten in der PLC im Netzwerk-Gateway
ein Cachevorgang ausgeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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