DE102009016972A1

DE102009016972A1 - Kommunikationssystem zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems

Info

Publication number: DE102009016972A1
Application number: DE102009016972A
Authority: DE
Inventors: Dominik Weiß
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: DE102009016972B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem (10) mit einem unterlagerten Bussystem (15), an welches mehrere Busteilnehmer (40-70) angeschlossen sind. Jeder Busteilnehmer (40-70) kann dezentral und vorzugsweise autark unter Ansprechen auf in Daten- oder Steuertelegrammen empfangenen teilnehmerbezogenen Zustandsinformationen die Kommunikation des unterlagerten Bussystems (15) und insbesondere die Kommunikation zu seinen benachbarten Busteilnehmern überwachen und je nach Implementierung bestimmte Aktionen oder Funktionen auslösen. Jeder Busteilnehmer (40-70) kann Steuertelegramme selbst erzeugen und diese über lokale, unabhängige Kommunikationszyklen direkt mit seinen benachbarten Busteilnehmern austauschen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Automatisierungstechnik und insbesondere ein Kommunikationssystem, einen Busteilnehmer und ein Verfahren zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems.
In der Automatisierungstechnik kommen unterlagerte Feldbus-Systeme zum Einsatz, die ein ringförmiges oder linienförmiges Übertragungsmedium enthalten, an das Busteilnehmer, wie zum Beispiel Sensoren und Aktoren angeschlossen werden können. Die Überwachung, Steuerung und Diagnose eines solchen Feldbussystems übernimmt in der Regel eine zentrale, überlagerte Steuerung, wie zum Beispiel eine speicherprogrammerbare Steuereinrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kommunikationssystem, einen Busteilnehmer sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen eine dezentrale und autarke Überwachung und Steuerung eines unterlagerten Bussystems, und zwar auch während des normalen Betriebs, das heißt während der Übertragung von Prozessdaten, ermöglicht wird. Darüber hinaus wird eine schnelle Fehlererkennung, gegebenenfalls eine schnelle Reaktion auf erkannte Fehler sowie eine genaue Fehlerlokalisierung in der Kommunikation zwischen jeder Punkt-zu-Punktverbindung innerhalb des Bussystems ermöglicht.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass jeder an einem unterlagerten Bussystem angeschlossene Busteilnehmer dezentral und vorzugsweise autark unter Ansprechen auf in Daten- oder Steuertelegrammen empfangenen teilnehmerbezogenen Zustandsinformationen die Kommunikation des unterlagerten Bussystems und insbesondere die Kommunikation zu seinen benachbarten Busteilnehmern überwachen und je nach Implementierung bestimmte Aktionen oder Funktionen auslösen. Jeder Busteilnehmer kann Steuertelegramme selbst erzeugen und diese über lokale, unabhängige Kommunikationszyklen direkt mit seinen benachbarten Busteilnehmern austauschen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass mit dem Ausdruck ”Steuertelegramme” im Unterschied zu ”Datentelegrammen” Telegramme verstanden werden, in denen keine Nutz- oder Prozessdaten übertragen werden. Daher können Steuertelegramme kürzer als Datentelegramme sein, so dass bei der Übertragung von Steuertelegrammen kürzere Kommunikationszyklen verwendet werden können.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist darin zu sehen, eine jitterarme Echtzeitübertragung bzw. -übergabe von Nutzdaten über bzw. an das unterlagerte Bussystem mittels der von einer übergeordneten Steuereinrichtung erzeugten Datentelegramme zu ermöglichen. Dies wird durch eine spezielle Datentelegramm-Startkennung und Steuertelegramm-Startkennung erzielt.
Unter einer dezentralen und vorzugsweise autarken Überwachung und/oder Steuerung der Kommunikation über das unterlagerte Bussystem versteht man, dass jeder Busteilnehmer jederzeit, schnell und eigenständig den aktuellen Zustand des unterlagerten Bussystems und insbesondere den Kommunikationszustand zu seinen benachbarten Busteilnehmern überwachen und gegebenenfalls auf einen fehlerhaften Betrieb reagieren kann.
Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Danach wird ein Kommunikationssystem zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems bereitgestellt. Das Kommunikationssystem umfasst ein unterlagertes Bussystem mit mehreren daran angeschlossenen Busteilnehmern, wobei an das Bussystem eine übergeordnete Steuereinrichtung anschließbar ist. Jeder Busteilnehmer weist folgende Merkmale auf:

– Eine Einrichtung zum Erzeugen von Steuertelegrammen, welche jeweils wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthalten,
– eine erste Schnittstelle mit einer ersten Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem ersten benachbarten Busteilnehmer oder einer überlagerten Steuereinrichtung,
– eine zweite Schnittstelle mit einer zweiten Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem zweiten benachbarten Busteilnehmer,
– eine Einrichtung zum Auslesen und Schreiben einer ersten Zustandsinformation aus bzw. in das Zustandsinformationsfeld, und
– eine Einrichtung zum Auswerten einer in dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms empfangenen ersten teilnehmerbezogenen Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen zwei benachbarten Busteilnehmern dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung wird jede Punkt-zu-Punktverbindung des unterlagerten Bussystem dezentral und autark überwacht und gesteuert, indem die von einem Busteilnehmer erzeugten Steuertelegramme nur zu dem jeweiligen ersten benachbarten Busteilnehmer und/oder zu dem jeweiligen zweiten benachbarten Busteilnehmer übertragen werden.
Das obengenannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.
Danach ist ein Kommunikationssystem zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems vorgesehen, welches ein unterlagertes Bussystem mit mehreren Busteilnehmer umfasst, wobei an das Bussystem eine übergeordnete Steuereinrichtung angeschlossen ist, die folgende Merkmale aufweist:
Eine Einrichtung zum Erzeugen und Übertragen von Steuertelegrammen, welche jeweils wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthalten, und wobei jeder Busteilnehmer folgende Merkmale aufweist:

– eine erste Schnittstelle mit einer ersten Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem ersten benachbarten Busteilnehmer oder der übergeordneten Steuereinrichtung, eine zweite Schnittstelle mit einer zweiten Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem zweiten benachbarten Busteilnehmer,
– eine Einrichtung zum Auslesen und Schreiben einer ersten Zustandsinformation aus bzw. in das Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms, und
– eine Einrichtung zum Auswerten einer in dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms empfangenen ersten teilnehmerbezogenen Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen zwei benachbarten Busteilnehmern dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.

In diesem Fall werden die Steuertelegramme nicht von den Busteilnehmern, sondern von der übergeordneten Steuereinrichtung erzeugt und durch die Busteilnehmer geschleift.
Die von den Busteilnehmern oder der übergeordneten Steuereinrichtung erzeugten Steuerinformationen können buskopplerbezogene Management- und/oder Zustandsinformationen und/oder busteilnehmerbezogene Management- und/oder Zustandsinformationen enthalten, Diese Informationen werden zur dezentralen und vorzugsweise autarken Überwachung und Steuerung des unterlagerten Bussystems, vornehmlich zur Überwachung der Kommunikation zwischen jeweils zwei benachbarten Busteilnehmern verwendet. Die internen Steuerinformationen werden von der SPS und/oder vom jeweiligen Busteilnehmer in entsprechende Zustandsinformationsfelder geschrieben und von den Busteilnehmern aus den entsprechenden Zustandsinformationsfelder ausgelesen und ausgewertet.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die übergeordnete Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen von Datentelegrammen, welche Prozessdaten enthalten kann, und eine Sende- und Empfangseinrichtung zum Senden von Datentelegrammen zu bzw. zum Empfangen von Datentelegrammen von den Busteilnehmern aufweist.
Um Steuertelegramme von Datentelegrammen unterscheiden zu können, weisen Datentelegramme jeweils ein Startkennungs-Feld für eine das Datentelegramm identifizierende Startkennung auf. Damit das unterlagerte Bussystem auch während der Übertragung von Prozessdaten dezentral und autark überwacht und gesteuert werden kann, weisen die Datentelegramme wenigstens ein Zustandsinformationsfeld auf, in welches jeder Busteilnehmer teilnehmerbezogene Zustandsinformation schreiben und aus welchem er teilnehmerbezogene Zustandsinformation auslesen kann.
Um eine Echtzeitübertragung von Datentelegrammen über das unterlagerte Bussystem zu ermöglichen, weist die übergeordnete Steuereinrichtung und/oder jeder Busteilnehmer eine Steuereinrichtung aufweist, die unter Ansprechen auf die in einem Datentelegramm empfangene Startkennung die Erzeugung und/oder Übertragung von Steuertelegrammen in definierter Weise unterbricht oder beendet.
Um eine jitterarme Echtzeitübertragung von internen Datentelegrammen über das unterlagerte Bussystem zu ermöglichen, enthalten Steuertelegramme jeweils ein Startkennungs-Feld für eine das Steuertelegramm identifizierende Startkennung. Darüber hinaus weisen die ein Datentelegramm identifizierende Startkennung und die ein Steuertelegramm identifizierende Startkennung jeweils ein unterschiedliches Bitmuster auf, derart, dass die Erzeugung und/oder Übertragung von Steuertelegrammen in definierter Weise, insbesondere innerhalb einer Bitdauer vom jeweiligen Busteilnehmer oder der übergeordneten Steuereinrichtung unterbrochen oder beendet werden kann.
Damit die Busteilnehmer, vorzugsweise ihre Empfangs- und/oder Sendeeinrichtungen, auch synchronisiert werden können, wenn keine Nutzdaten übertragen werden, kann die ein internes Steuertelegramm identifizierende Startkennung ein entsprechendes Bitmuster enthalten. Solche Bitmuster können beispielsweise unter Anwendung einer Coded Diphase-Kodierung oder einer Manchester-Kodierung erzeugt werden.
Vorzugsweise enthält die ein internes Datentelegramm identifizierende Startkennung und/oder die ein Steuertelegramm identifizierende Starkennung jeweils ein erstes und zweites Bitmuster. Die Busteilnehmer sind derart ausgebildet, dass sie eine empfangene Startkennung bereits durch das erste Bitmuster vollständig erkennen können. Dadurch, dass die Startkennung bereits vor ihrem vollständigen Eintreffen erkannt werden kann, können die Verarbeitungs- oder Verzögerungszeiten in den Busteilnehmern verkürzt werden. Das zweite Bitmuster kann genutzt werden, um kurze Zeit später mit größerer Sicherheit feststellen zu können, ob es sich bei den empfangenen Bitmustern tatsächlich um eine vollständige und gültige Startkennung handelt. Treten Bitfehler im zweiten Bitmuster auf, kann das Weitersenden des internen Steuer- oder Datentelegramms abgebrochen werden.
Damit jeder Busteilnehmer zum Beispiel erkennen kann, ob die Schnittstellen seiner benachbarten Busteilnehmer, mit denen er kommuniziert, ordnungsgemäß angeschlossen sind und/oder ob ein Übersprechen oder ein Kurzschluss in wenigstens einem benachbarten Busteilnehmer aufgetreten ist, sind der ersten und zweiten Schnittstelle jedes Busteilnehmers jeweils eine unterschiedliche Schnittstellen-Kennung zugeordnet. Die Schnittstellenkennungen stellen Zustandsinformationen dar, die in dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld übertragen werden können. Die Auslese- und Schreibeinrichtung jedes Busteilnehmers ist zum Auslesen einer Schnittstellenkennung aus dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld und zum Schreiben einer Schnittstellenkennung in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eines Steuer- oder Datentelegramms ausgebildet ist.
Um die Übertragungsqualität zwischen benachbarten Busteilnehmern besser überwachen zu können, kann jeder Busteilnehmer eine Einrichtung zum Ermitteln der Empfangsqualität an seiner ersten und zweiten Schnittstelle und eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Empfangszustandsinformation aufweisen. Derartige Ermittlungseinrichtungen sind an sich bekannt. Beispielsweise kann die Empfangsqualität anhand der ermittelten Bitfehlerrate empfangener und ausgewerteter interner Daten- oder Steuertelegrammen ermittelt werden. Die Auslese- und Schreibeinrichtung jedes Busteilnehmers ist nunmehr zum Auslesen einer Empfangszustandsinformation aus dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld und zum Schreiben einer Empfangszustandsinformation in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eines Steuer- oder Datentelegramms ausgebildet ist.
Um beispielsweise auf erkannte Fehler innerhalb des Bussystems reagieren zu können, weist jeder Busteilnehmer eine Steuereinrichtung auf, die unter Ansprechen auf eine ausgewertete Zustandsinformation eine vorbestimmte Aktion auslösen kann. Insbesondere kann die Steuereinrichtung unter Ansprechen auf wenigstens eine ausgewertete Zustandsinformation die erste und/oder zweite Schnittstelle des jeweiligen Busteilnehmers sperren bzw. schließen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein Busteilnehmer, welcher vor der erfassten Störungsstelle liegt, seine entsprechende Schnittstelle schließen kann, so dass das restliche unterlagerte Bussystem weiter betrieben werden kann.
Um die dezentrale und autarke Diagnose oder Überwachung der Kommunikationsqualität des unterlagerten Bussystems weiter zu verbessern, weist jeder Busteilnehmer eine der ersten und zweiten Schnittstelle zugeordnete Fehlererkennungseinrichtung auf, welche prüfen und ermitteln kann, ob und wie viele an der ersten und/oder zweiten Schnittstelle fehlerhafte internen Daten- und/oder Steuertelegrammen empfangen worden sind und/oder ob und wie viele an den jeweiligen Busteilnehmer gesendete interne Daten- und/oder Steuertelegramme nicht erkannt wurden oder verloren gegangen sind. Um benachbarte Busteilnehmer über fehlerhaft empfangene interne Daten- oder Steuertelegramme und/oder über nicht erkannte oder verloren gegangene Daten- oder Steuertelegramme informieren zu können, enthalten die internen Daten- und/oder Steuertelegramme jeweils weitere Zustandsinformationsfelder, in die das jeweilige Ergebnis der Fehlererkennungseinrichtung übertragen werden kann.
Um nicht erkannte oder verloren gegangene internen Daten- und/oder Steuertelegramme zu erfassen, weist die Fehlererkennungseinrichtung jedes Busteilnehmers vorzugsweise eine erste, der ersten und zweiten Schnittstelle zugeordnete Telegrammzähleinrichtung auf, welche die über die erste Schnittstelle gesendeten internen Daten- und/oder Steuertelegramme fortlaufend zählt und welche die über die zweite Schnittstelle gesendeten internen Daten- und/oder Steuertelegramme ebenfalls fortlaufend zählt. Die internen Daten- und Steuertelegramme können jeweils ein Telegrammnummernfeld als weiteres Zustandsinformationsfeld aufweisen, in welches der jeweilige Wert der ersten Telegrammzählereinrichtung geschrieben werden kann. Durch einen Vergleich des vom Buskoppler aktuell übertragenen Zählwertes, der angibt wie viele interne Daten- und/oder Steuertelegramme bisher dem unterlagerten Bussystem übergeben worden sind, mit dem in einem Telegrammnummernfeld eines Daten- oder Steuertelegramm übertragenen Zählwertes der entsprechenden Telegrammzähleinrichtung, der zusammen mit dem Zählwert des Buskopplers in dem Daten- oder Steuertelegramm übertragen wird, kann der jeweilige Busteilnehmer feststellen, ob sein benachbarter Busteilnehmer interne Daten- und/oder Steuertelegramme nicht erkannt hat.
Um nicht erkannte oder verloren gegangene interne Daten- und/oder Steuertelegramme zu erfassen, kann die Fehlererkennungseinrichtung zusätzlich oder alternative eine zweite, der ersten und zweiten Schnittstelle zugeordnete Telegrammzählereinrichtung aufweisen, welche die an der ersten Schnittstelle empfangenen internen Daten- und/oder Steuertelegramme zählt und welche die an der zweiten Schnittstelle empfangenen internen Daten- und/oder Steuertelegramme ebenfalls zählt. Die Fehlererkennungseinrichtung eines entsprechenden Busteilnehmers erkennt eigene fehlerhafte Empfangseinrichtungen dadurch, dass sie den Zählwert, der angibt, wie viele interne Daten- und/oder Steuertelegramme der jeweils benachbarte Busteilnehmer übertragen hat, mit dem entsprechenden Zählwert hinsichtlich der ersten oder zweiten Schnittstelle vergleicht, der angibt, wie viele interne Daten- und/oder Steuertelegramme die erste oder zweite Empfangseinrichtung empfangen hat. Aus den entsprechenden Vergleichsergebnisse wird die aktuelle Zahl nicht erkannter Steuer- und/oder Datentelegramme hinsichtlich der ersten und zweiten Schnittstelle ermittelt. Diese Zahlen werden in internen Daten- oder Steuertelegrammen, die jeweils zwei weitere Zustandsinformationsfelder enthalten, vom entsprechenden Busteilnehmer zu seinen benachbarten Busteilnehmern übertragen. Jeder Busteilnehmer kann somit maximal sechs Zahlenwerte, nämlich zwei eigene sowie jeweils zwei Werte seiner beiden benachbarten Busteilnehmer zur Verfügung gestellt bekommen. Anhand der zur Verfügung stehenden Werte kann jeder Busteilnehmer selbstständig den Zustand seiner beiden Empfangseinrichtungen mit dem Zustand der Empfangseinrichtungen seiner benachbarten Busteilnehmer vergleichen. Auf diese Weise kann jeder Busteilnehmer erkennen, ob und wie viele Fehler nur in den eigenen Empfangseinrichtungen, beispielsweise aufgrund eines einzelnen schlechten Kontakts der Datenleitung, aufgetreten sind, oder ob und wie viele Fehler in mehreren Busteilnehmern beispielsweise wegen zu hoher EMV-Störungen aufgetreten sind.
Um zu erkennen, ob an der ersten und/oder zweiten Schnittstelle eines Busteilnehmers interne Daten- und Steuertelegramme fehlerhaft empfangen worden sind, kann jeder Busteilnehmer eine Prüfsumme erzeugen. Hierzu weist jeder Busteilnehmer eine Einrichtung zum Erzeugen einer Prüfsumme auf, die über jedes auszusendende interne Daten- oder Steuertelegramm gebildet wird. Die Prüfsumme kann über definierte Abschnitte des Telegramms gebildet werden. Bei einem internen Steuer- oder Datentelegramm wird die Prüfsumme vorteilhafter Weise nur aus den Daten berechnet, die vor dem Prüfsummenfeld liegen. Die Prüfsumme stellt eine weitere Zustandsinformation dar. Um die Prüfsumme zu benachbarten Busteilnehmern übertragen zu können, weisen die internen Daten- oder Steuertelegramme jeweils ein Prüfsummenfeld als weiteres Zustandsinformationsfeld auf, in das der jeweilige Busteilnehmer die erzeugte Prüfsumme schreiben kann. Ferner enthält jeder Busteilnehmer eine Einrichtung zum Auslesen und Auswerten der in einem Daten- und/oder Steuertelegramm empfangenen Prüfsumme. Beim Auswerten der in einem Daten- oder Steuertelegramm empfangenen Prüfsumme bildet der Busteilnehmer vorzugsweise zunächst die Prüfsumme über das empfangene Daten- oder Steuertelegramm oder den bestimmten Abschnitt des empfangenen Daten- oder Steuertelegramms und vergleicht die berechnete Prüfsumme mit der in dem empfangenen Daten- oder Steuertelegramm enthaltenen Prüfsumme. Fehlerhaft erkannte Steuer- und/oder Datentelegramme werden fortlaufend gezählt. In jedem Busteilnehmer wird zudem die Summe über alle fehlerhaft erkannten und nicht erkannten Steuer- und/oder Datentelegramme gebildet.
Dank der Fehlererkennungseinrichtung können schleichend auftretende Fehler im internen Bussystem von jedem Busteilnehmer dezentral und autark erkannt und selbständig an die übergeordnete Steuereinrichtung berichtet werden. Stellt ein entsprechender Busteilnehmer fest, dass sich im Laufe der Zeit fehlerhaft erkannte und/oder verloren gegangene Daten- und/oder Steuertelegramme an einer der von ihm überwachten sechs Schnittstellen angehäuft haben, so kann er eine entsprechende Fehlerinformation erzeugen und während einer Datentelegrammübertragung in einem Datentelegramm zum Buskoppler übertragen. Die Fehlerinformation muss nicht sofort übertragen werden. Vielmehr geht es darum, Fehler, die über einen längeren Zeitraum auftreten, zu erkennen und zu interpretieren. Die Fehlerinformation kann die Anzahl fehlerhaft erkannter und/oder nicht erkannter Daten- und/oder Steuertelegramme, die Schnittstellenkennung und eine Angabe über den betreffenden Busteilnehmer enthalten. Die Fehlerinformation kann alternativ oder zusätzlich einen Differenzwert enthalten, der die Differenz zwischen der Anzahl der fehlerhaft und/oder nicht erkannten Steuer- und/oder Datentelegramme der auffällig fehlerbehafteten Schnittstelle und dem Mittelwert angibt, der über die fehlerhaft und/oder nicht erkannten Steuer- und/oder Datentelegramme der übrigen Schnittstellen gebildet wird. Mittels dieser Fehlerinformationen kann der Buskoppler und somit das Wartungspersonal über den Zustand der Schnittstellen der angeschlossenen Busteilnehmer informiert werden. Das Wartungspersonal kann dann rechtzeitig vor dem vollständigen Ausfall eines Busteilnehmers diesen austauschen.
Vorzugsweise enthält das unterlagerte Bussystem ein ringförmiges oder linienförmiges Übertragungsmedium, an das die Busteilnehmer angeschlossen sind.
Arbeitet die übergeordnete Steuereinrichtung fehlerhaft, können in den von den Busteilnehmern erzeugten internen Steuertelegrammen sicherheitsrelevante Daten übertragen werden. Hierzu ist ein zusätzliches Datenfeld zur Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten im internen Steuertelegramm vorgesehen.
Um die dezentrale und vorzugsweise auch autarke Überwachung und Steuerung des unterlagerten Bussystems durch die Busteilnehmer zu verbessern, kann die übergeordnete Steuereinrichtung einen Telegrammzähler aufweisen, der die für das unterlagerte Bussystem bestimmte Daten- oder Steuertelegramme fortlaufend zählt. Der Zählwert des Telegrammzählers stellt ebenfalls eine Zustandsinformation dar. Die Daten- und/oder Steuertelegramme enthalten jeweils ein weiteres Zustandsinformationsfeld, in das der jeweilige Zählwert des Telegrammzählers geschrieben wird, wobei die Auslese- und Schreibeinrichtung jedes Busteilnehmers nur zum Auslesen des Zählwertes aus dem weiteren Zustandsinformationsfeld berechtigt ist.
Das oben genannte technische Problem wird ebenfalls durch die Merkmale des Anspruchs 20 gelöst.
Danach wird ein Busteilnehmer geschaffen, der für den Einsatz in einem Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist und folgende Merkmale aufweist:

Das oben genannte technische Problem wird ferner durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 21 gelöst.
Danach wird ein Verfahren zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems zur Verfügung gestellt, an welches mehrere Busteilnehmer und eine übergeordnete Steuereinrichtung anschließbar sind, mit folgenden Verfahrensschritten:

– Erzeugen eines Steuertelegramms, welches wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthält, in einem ersten Busteilnehmer;
– Schreiben in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation;
– Übertragen des Steuertelegramms vom ersten Busteilnehmer zu einem benachbarten zweiten Busteilnehmer;
– Auslesen und Auswerten, im zweiten Busteilnehmer, die im Steuertelegramm empfangene Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen dem ersten und zweiten Busteilnehmer dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.

Vorzugsweise weist das Verfahren folgende weitere Verfahrensschritte auf:

– Erzeugen eines Steuertelegramms, welches wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthält, in dem zweiten Busteilnehmer;
– Schreiben in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation;
– Übertragen des Steuertelegramms vom zweiten Busteilnehmer zu dem benachbarten ersten Busteilnehmer oder zu einem benachbarten, dritten Busteilnehmer;
– Auslesen und Auswerten, im ersten oder dritten Busteilnehmer, die im Steuertelegramm empfangene Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen dem ersten und zweiten Busteilnehmer oder dem zweiten und dritten Busteilnehmer dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: ein beispielhaftes unterlagertes Bussystem, welches mit einer übergeordneten Steuereinrichtung verbunden ist, sowie einen detaillierten Aufbau eines Busteilnehmers,
2: einen Abschnitt des in 1 gezeigten unterlagerten Bussystems mit zwei autarken Überwachungskommunikationszyklen
3a: ein beispielhaftes, in der übergeordneten Steuereinrichtung erzeugtes Datentelegramm,
3b: ein beispielhaftes, in der übergeordneten Steuereinrichtung oder einem Busteilnehmern erzeugtes internes Steuertelegramm,
3c: ein alternatives, in der übergeordneten Steuereinrichtung oder einem Busteilnehmern erzeugtes verkürztes internes Steuertelegramm,
4a: eine beispielhafte Startkennung eines internen Datentelegramms, und
4b: eine beispielhafte Startkennung eines internen Steuertelegramms.
1 zeigt ein beispielhaftes Kommunikationssystem 10, welches ein Automatisierungssystem sein kann. Das Automatisierungssystem 10 weist eine übergeordnete Steuereinrichtung 30 auf, welche eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) sein kann. An die SPS 30 ist ein Bussystem 15 angeschlossen. Das Bussystem 15 umfasst im vorliegenden Beispiel einen ringförmigen Übertragungspfad. Die übergeordnete Steuereinrichtung 30 eine Schnittstelle auf, welche eine Sendeeinrichtung 34 und eine Empfangseinrichtung 35 enthält, an welche ein Busteilnehmer 40 des Bussystems 15 angeschlossen ist. Das unterlagerte Bussystem 15 umfasst beispielsweisen in Reihe geschaltete Busteilnehmer 40 bis 70.
In der übergeordneten Steuereinrichtung 30 ist weiterhin eine Einrichtung zum Erzeugen von Datentelegrammen 180 implementiert, die beispielsweise die in 3a dargestellte Struktur aufweisen. Angemerkt sei bereits an dieser Stelle, dass einige der in 3a gezeigten Zustandsinformationsfelder nicht von der übergeordneten Steuereinrichtung 30, sondern von den Busteilnehmern beschrieben, ausgelesen und verarbeitet werden. Die Datentelegramme 180 werden über die Sendeeinrichtung 34 dem unterlagerten Bussystem 15 übergeben und über die Busteilnehmer 40 bis 70 und wieder zurück zur Empfangseinrichtung 35 übertragen. Weiterhin ist in der übergeordneten Steuereinrichtung 30 ein Telegrammzähler 32 implementiert, der die über die Sendeeinrichtung 34 auszusendenden Datentelegramme 180 fortlaufend zählt. Die laufende Nummer wird in das Feld 204 jedes zu sendenden Datentelegramms 180 eingetragen. Das Feld 204 wird als Zählerstand BK bezeichnet.
Die übergeordnete Steuereinrichtung 30 kann anstelle von Datentelegrammen auch Steuertelegramme erzeugen, die keine Nutzdaten oder Prozessdaten enthalten. Zwei beispielhafte Steuertelegramme sind in 3b bzw. 3c dargestellt. Sie werden weiter unten noch näher erläutert. Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass auch jeder Busteilnehmer solche Steuertelegramme erzeugen kann, die er über unabhängige Kommunikationszyklen mit seinen benachbarten Busteilnehmern zur dezentralen und autarken Überwachung des unterlagerten Bussystems 15 austauschen kann.
Der beispielhafte Aufbau der Busteilnehmer 40 bis 70 wird beispielhaft anhand des Busteilnehmers 50 näher beschrieben.
Der Busteilnehmer 50 weist eine erste Schnittstelle 80 auf, über die der Busteilnehmer 50 mit einem ersten benachbarten Busteilnehmer, im vorliegenden Beispiel mit dem Busteilnehmer 40 verbunden ist. Die erste Schnittstelle 80 enthält einen Empfänger 82 und einen Sender 81. Die Kennzeichnung des Empfängers 82 und des Senders 81 als Empfänger 1 und Sender 1 verdeutlicht, dass der Busteilnehmer 50 über eine Empfangsleitung Rx1 und eine Sendeleitung Tx1 mit dem ersten Teilnehmer 40 verbunden ist. Weiterhin enthält der Busteilnehmer 50 eine zweite Schnittstelleneinrichtung 100, über die der Busteilnehmer 50 mit einem zweiten benachbarten Busteilnehmer, im vorliegenden Beispiel mit dem Busteilnehmer 60 verbunden ist. Die zweite Schnittstelle 100 enthält wiederum einen Sender 102 und einen Empfänger 101. Der Sender 102 und der Empfänger 101 werden auch als Sender 2 und Empfänger 2 bezeichnet, um zu verdeutlichen, dass der Busteilnehmer 50 mit dem zweiten benachbarten Busteilnehmer 60 über eine Sendeleitung Tx2 und eine Empfangsleitung Rx2 verbunden ist. An dieser Stelle sei bereits darauf hingewiesen, dass der ersten Schnittstelle jedes Busteilnehmers die Schnittstellenkennung 1 und der zweiten Schnittstelle jedes Busteilnehmers die Schnittstellenkennung 2 zugeordnet sein kann. Darüber hinaus kann jede Schnittstellenkennung zusätzlich eine individuelle Kennung des jeweiligen Busteilnehmers enthalten, um die jeweiligen Schnittstellen eindeutig kennzeichnen zu können. Eine Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 ist sowohl mit der ersten Schnittstelle 80 als auch mit der zweiten Schnittstelle 100 verbunden. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 kann unter Anderem einen Sendezähler 93 aufweisen, der die über den Sender 102 zum Busteilnehmer 60 zu übertragenden Steuer- und/oder Datentelegramme fortlaufend zählt, während ein zweiter Sendezähler 92, die über den Sender 81 zum Busteilnehmer 40 zu übertragenden Daten- und/oder Steuertelegramme fortlaufend zählt. Weiterhin kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 einen Empfangszähler 94 enthalten, welcher die am Empfänger 82 vom Busteilnehmer 40 empfangenen Daten- und/oder Steuertelegramme zählt. Ein zweiter Empfangszähler 91 zählt die am Empfänger 101 vom Busteilnehmer 60 angekommenen Daten- und/oder Steuertelegramme. Angemerkt sei, dass die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 sowie die Sendezähler 92 und 93 und die Empfangszähler 91 und 94 auch als separate Bauteile aufgebaut sein können. Weiterhin kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 zum Berechnen einer Prüfsumme aus vorbestimmten Daten eines Steuer- und/oder Datentelegramms und zum Vergleichen von einer intern berechneten Prüfsumme mit einer in einem Steuer- oder Datentelegramm empfangenen Prüfsumme ausgebildet sein, um fehlerhaft empfangene Daten- oder Steuertelegramme erkennen zu können. Zudem kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 die aktuellen Zählerstände der Empfangszähler 91 und 94 mit den aktuellen Zählerständen der Sendezähler der benachbarten Busteilnehmer 40 und 60 vergleichen, um nicht erkannte oder verloren gegangene Daten- oder Steuertelegramme zu erkennen. Die Sende- und Empfangszähler werden auch als Telegrammzähleinrichtungen bezeichnet. Diese Fähigkeiten werden unten noch näher erläutert. Die Sendezähler 92 und 93, die Empfangszähler 91 und 94, die Einrichtung zur Berechnung von Prüfsummen sowie die Vergleichseinrichtungen können auch zusammenfassend als Fehlererkennungseinrichtung bezeichnet werden.
Wir betrachten nunmehr 3a, welche eine beispielhafte Struktur eines von der übergeordneten Steuereinrichtung 30 erzeugbaren Datentelegramms 180 zeigt. Ein solches Datentelegramm kann optionale Felder 200 bis 212 enthalten, die im vorliegenden Beispiel der Reihe nach für folgende Kennungen, Steuer-, Management- und/oder Zustandsinformationen vorgesehen sind:
Feld 200: Eine in 4a gezeigte Datentelegramm-Startkennung;
Feld 201: eine Schnittstellenkennung eines Busteilnehmers, die eine erste oder zweite Schnittstelle eines Busteilnehmers kennzeichnet;
Feld 202: eine Information über den Empfangszustand einer ersten oder zweiten Schnittstelle bzw. eines ersten oder zweiten Empfängers eines Busteilnehmers;
Feld 203: eine Modenkennung, die beispielsweise die Anzahl und den Inhalt der Felder festlegt, den überlagerten Netzwerktyp und/oder unterlagerten Bussystemtyp und dergleichen angibt (diese Informationen können auch in separaten Feldern stehen);
Feld 204: die im Buskoppler 30 erzeugte laufende Nummer für zu sendende Datentelegramme;
Feld 205: die von einem Busteilnehmer erzeugte laufende Nummer für über seine erste oder zweite Schnittstelle zu sendende Datentelegramme;
Feld 206: Fehlerinformationen hinsichtlich der ersten Schnittstelle eines Busteilnehmers, die angeben, ob Datentelegramme fehlerhaft oder gar nicht erkannt worden sind;
Feld 207: Fehlerinformation hinsichtlich der zweiten Schnittstelle des Busteilnehmers, die angeben, ob Datentelegramme fehlerhaft oder gar nicht erkannt worden sind;
Feld 208: Zählerstatusinformationen, die darauf hinweisen, wenn ein Zähler nicht ordnungsgemäß aktualisiert konnte;
Feld 209: zum Beispiel eine CRC-Prüfsumme, welche die vor ihr liegenden Daten absichert;
Feld 210: eine CRC-Statusinformation, die auf einen zuvor in einem benachbarten Busteilnehmer aufgetretenen Fehler hinweist, so dass die in den Feldern 203 und 204 stehenden Informationen, die unverändert von Busteilnehmer zu Busteilnehmer weitergeleitet werden, nicht mehr ausgewertet werden;
Feld 211: die von der SPS 30 zu übertragenden Prozessdaten; und
Feld 212: eine Datentelegramm-Stoppkennung.
Dank der besonderen Struktur der Datentelegramme kann die Kommunikationsqualität des Bussystems 15 auch während des Betriebs, d. h. während der Übertragung von Nutzdaten, dezentral und autark von den angeschlossenen Busteilnehmern 40 bis 70 überwacht werden. Die SPS 30 wird für diese Funktionen nicht benötigt.
3b zeigt ein erstes beispielhaftes Steuertelegramm 190, welches von der übergeordneten Steuereinrichtung 30, insbesondere jedoch von den Busteilnehmern erzeugt werden kann. Das Steuertelegramm 190 kann ähnlich dem Datentelegramm aufgebaut sein und die Felder 201 bis 210 und 212 des enthalten. Zwar enthält das Steuertelegramm ebenfalls ein Startkennungsfeld 195; dieses enthält jedoch eine Startkennung, die sich von der Datentelegramm-Startkennung unterscheidet. Eine beispielhafte Struktur einer Steuer-Telegramm-Kennung ist in 4b dargestellt. Ein Grund für die unterschiedlichen Startkennungen ist, dass, wie unten noch geschildert wird, ein Datentelegramm die Übertragung eines Steuertelegramms in definierter Weise und somit präzise unterbrechen bzw. beenden kann. Ferner enthält ein Steuertelegramm kein Nutzdatenfeld 211 zur Übertragung von Prozessdaten.
3c zeigt ein alternatives, gegenüber dem Steuertelegramm 190 verkürztes Steuertelegramm 220, welches lediglich das Startkennungsfeld 195, und die Felder 201, 202 und 212 des Steuertelegramms 190 enthält. Dank der verkürzten Steuertelegramme 220 können kürzere Verarbeitungs- oder Verzögerungszeiten in den Busteilnehmern erreicht und somit Steuerinformationen schneller zwischen benachbarten Busteilnehmern ausgetauscht werden.
Soll die Übertragung der in 3b und 3c gezeigten Steuertelegramme unterbrochen oder beendet werden können, wie nachfolgend noch erläutert wird, so sind die einzelnen Bits der Nutzinformationsfelder (201 bis 210 bzw. 201 und 202) durch feste Bitfolgen oder einzelne Bits getrennt. Diese Maßnahme verhindert, dass aus einem unterbrochenen Steuertelegramm irrtümlich eine gültige Startkennung eines Datentelegramms entstehen kann.
Wir kehren noch einmal zu 1 zurück. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 kann in der Lage sein, das Startkennungsfeld 200 eines Datentelegramms, das Startkennungsfeld 195 eines Steuertelegramms, sowie die Zustandsinformationsfelder 201 bis 212 eines Steuer- oder Datentelegramms auszulesen und die ausgelesenen Informationen auszuwerten, um gegebenenfalls implementierte Funktionen auszuführen. Darüber hinaus kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 je nach Systemimplementierung entsprechende teilnehmerbezogene Zustandsinformationen in die jeweiligen Zustandsinformationsfelder, z. B. die Felder 201, 202, 204 bis 210 schreiben. Ferner kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 die für den Busteilnehmer 40 bestimmten Nutzdaten eines Datentelegramms aus dem dem Busteilnehmer 40 zugeordneten Datenblock des Datenfeldes 211 auslesen und gegebenenfalls teilnehmerbezogene Nutzdaten in diesen Datenblock schreiben. Weiterhin kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 derart ausgebildet sein, dass sie die Empfangsqualität der ersten Schnittstelle 80, die die Qualität der Kombination aus dem Empfänger 82, der Empfangsleitung Rx1 und dem Sender 132 widerspiegelt, und die Empfangsqualität des Empfängers 101 der zweiten Schnittstelle 100, die die Qualität der Kombination aus dem Empfänger 101, der Empfangsleitung Rx2 und dem Sender 141 widerspiegelt, ermitteln kann. Auf diese Weise wird zudem die Übertragungsqualität der Leitung Rx1 zwischen dem Empfänger 82 des Busteilnehmers 50 und dem Sender 132 des Busteilnehmers 40 sowie Übertragungsqualität der Leitung Rx2 zwischen dem Empfänger 101 des Busteilnehmers 50 und dem Sender 141 des Busteilnehmers 60 ermittelt.
Wir betrachten nunmehr 2. Der einfachen Darstellung wegen sind lediglich die drei Busteilnehmer 40, 50 und 60 gezeigt. Weiterhin sind Kommunikationszyklen zwischen dem Busteilnehmer 50 und seinen beiden benachbarten Busteilnehmern 40 und 60 schematisch angedeutet, über die Steuertelegramme zwischen den Busteilnehmer 40 und 50 und den Busteilnehmern 50 und 60 dezentral und unabhängig voneinander ausgetauscht werden können. Auf diese Weise kann die Kommunikationsqualität des internen Bussystems 15 und insbesondere die Kommunikation zwischen den benachbarten Busteilnehmern 40 und 50 bzw. 50 und 60 dezentral und autark überwacht und diagnostiziert werden, auch wenn keine Nutzdaten von der SPS 30 in Datentelegrammen übertragen werden.
Wie bereits erwähnt, können alle Busteilnehmer gleich aufgebaut sein. Folglich enthält der Busteilnehmer 40 eine erste Schnittstelleneinrichtung 110, welche einen Empfänger 112 und einen Sender 111 aufweist, eine Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 und eine zweite Schnittstelleneinrichtung 130, welche wiederum einen Sender 132 und einen Empfänger 131 aufweist. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 ist wiederum mit der ersten und zweiten Schnittstelleneinrichtung verbunden. In ähnlicher Weise weist der Busteilnehmer 60 eine erste Schnittstelleneinrichtung 140 auf, welche wiederum einen Empfänger 142 und einen Sender 141 enthält. Weiterhin ist eine Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 im Busteilnehmer implementiert. Eine zweite Schnittstelleneinrichtung 160 enthält wiederum einen Sender 162 und einen Empfänger 161. Wie aus 2 deutlich wird, ist der Busteilnehmer 50 über seine erste Schnittstelle 80 mit der zweiten Schnittstelle 130 des Busteilnehmers 40 und über seine zweite Schnittstelle 100 mit der ersten Schnittstelle 140 des Busteilnehmers 60 verbunden. Auf ähnliche Weise sind die anderen Busteilnehmer mit ihren jeweiligen benachbarten Busteilnehmern verbunden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des in 1 Kommunikationssystems 10 näher erläutert.
1. Bevorzugte Übertragung von Steuertelegrammen in lokalen unabhängigen Kommunikationszyklen
Angenommen sei ein erstes, bei dem aktuell keine Prozessdaten von der SPS 30 über das Bussystem 15 übertragen werden müssen. Um trotzdem eine dezentrale und autarke Überwachung des unterlagerten Bussystems 15 durchführen zu können, erzeugen die Busteilnehmer 40 bis 70 beispielsweise in der jeweiligen Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung interne Steuertelegramme, die in unabhängig voneinander aufgebauten Kommunikationszyklen zwischen benachbarten Busteilnehmern ausgetauscht werden. Dieser Austausch von Steuertelegrammen wird nachfolgend anhand der zwischen den Busteilnehmern 40 und 50 bzw. 50 und 60 aufgebauten unabhängigen Kommunikationsverbindungen näher erläutert.
Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 des Busteilnehmers 40 erzeugen nunmehr interne Steuertelegramme, die beispielsweise das in 3c gezeigte Format aufweisen können. Zunächst wird eine Startkennung in das Startkennungsfeld 220 eines zu erzeugenden Steuertelegramms geschrieben, welche aus der in 4b gezeigten Bitfolge ”111101110101” bestehen kann. Da das interne Steuertelegramm über den Sender 132 der zweiten Schnittstelleneinrichtung 130 zum Busteilnehmer 50 übertragen werden soll, wird im fehlerfreien Fall in das in 3c gezeigte Feld 201 die Zahl 2 geschrieben, welche die zweite Schnittstelle 130 des Busteilnehmers 40 kennzeichnet. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 kann derart ausgebildet sein, dass sie die Empfangsqualität hinsichtlich der ersten Schnittstelle 110, d. h. der Kombination aus Empfänger 112, Sender der SPS 30 und der Empfangsleitung Rx2, und hinsichtlich der zweiten Schnittstelle 130, also der Kombination aus Empfänger 131, Sendeleitung Tx1 und Sender 81, ermitteln kann. Angenommen sei, dass die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 eine ausreichende Empfangsqualität hinsichtlich der Schnittstelle 30 ermittelt hat. Demzufolge schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 in das in 3c gezeigte Feld 202 beispielsweise eine logische „1” ein, welche angibt, dass der Empfängerstatus gut ist. Die einzelnen Bits der Felder 201 und 202 sind, wie oben erwähnt, beispielsweise jeweils durch eine feste Bitfolge voneinander getrennt. Das Steuertelegramm enthält keine Stoppkennung. Das interne Steuertelegramm, welches unter Anderem eine Information über den Empfangszustand der Kombination aus Empfänger 131, Sendeleitung Tx1 und Sender 81 enthält, wird nunmehr vom Sender 132 des Busteilnehmers 40 zum Empfänger 82 des Busteilnehmers 50 übertragen. Weitere Steuertelegramme werden in ähnlicher Weise zum Busteilnehmer 50 übertragen.
In ähnlicher Weise, aber unabhängig vom Busteilnehmer 40, erzeugt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 des Busteilnehmers 50 Steuertelegramme. Insbesondere schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 im ordnungsgemäßen Betrieb die Schnittstellenkennung ”1” der ersten Schnittstelle 80 in das entsprechende Feld 201 eines zu übertragenden Steuertelegramms. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 kann derart ausgebildet sein, dass sie die Empfangsqualität der Kombination aus Empfänger 82, Empfangsleitung Rx1 und Sender 132 und der Kombination aus Empfänger 101, Empfangsleitung Rx2 und Sender 141 ermitteln kann. Angenommen sei, dass auch die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 eine ausreichende Empfangsqualität hinsichtlich des Empfängers 81 ermittelt hat. Demzufolge schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 in das in 3c gezeigte Feld 202 beispielsweise eine logische 1 ein, welche angibt, dass der Empfängerstatus gut ist. Die einzelnen Bits der Felder 201 und 202 sind, wie oben erwähnt, beispielsweise jeweils durch eine feste Bitfolge voneinander getrennt. Das Steuertelegramm wird nicht mit der in 3c gezeigten Stoppkennung abgeschlossen.
Nunmehr sendet der Sender 81 unabhängig von dem Busteilnehmer 40 das erzeugte Steuertelegramm und weitere Steuertelegramme zum Empfänger 131 des Busteilnehmers 40.
In ähnlicher Weise können die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung aller Busteilnehmer 40 bis 70 unabhängig voneinander Steuertelegramme erzeugen und zu ihren jeweils benachbarten Busteilnehmern übertragen.
Die Busteilnehmer können somit immer wieder eigene Steuertelegramme erzeugen und diese aufgrund ihrer kurzen Länge schnell untereinander austauschen, und zwar insbesondere solange, wie keine Datentelegramme von der SPS 30 für das unterlagerte Bussystem vorliegen. Wie beschrieben, sendet der Sender 132 des Busteilnehmers 40 Informationen über den Empfangszustand hinsichtlich der zweiten Schnittstelle 130 zum Empfänger 82 des Busteilnehmers 50, während der Sender 81 des Busteilnehmers 50 in seinen erzeugten internen Steuertelegrammen Informationen über den Empfangszustand hinsichtlich der ersten Schnittstelle 80 zum Busteilnehmer 40 überträgt.
Angenommen sei nunmehr der Fall, dass die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 festgestellt hat, dass sich die Empfangsqualität hinsichtlich der Kombination aus Empfänger 82, Empfangsleitung Rx1 und Sender 132 verschlechtert hat und unter einen vorgegebenen Schwellenwert gesunken ist. Unter Ansprechen auf den ermittelten Qualitätsabfall schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 in das Feld 202 des aktuell erzeugten Steuertelegramms beispielsweise eine logische ”0”, die signalisiert, dass die Empfangsqualität am Empfänger 82 zu schlecht ist. Dieses Steuertelegramm wird vom Sender 81 zum Empfänger 131 des Busteilnehmers 40 übertragen. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 liest das Feld 202 des empfangenen Steuertelegramms aus und erkennt anhand der logischen ”0”, dass die Verbindung zum benachbarten Busteilnehmer 50 gestört ist. Darauf hin kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 die zweite Schnittstelle 130 schließen. Dadurch, dass regelmäßig Steuertelegramme zwischen den benachbarten Busteilnehmern über unabhängige Kommunikationszyklen ausgetauscht werden können, können die Busteilnehmer sehr schnell Fehler erkennen und auf diese reagieren, um beispielsweise ihre vor einer Fehlerstelle liegende zweite Schnittstelle zu schließen. Der vor der Störquelle liegende Teil des unterlagerten Bussystems 15 kann dann weiter betrieben werden. Dank der dezentralen Überwachung des unterlagerten Bussystems 15 durch unabhängige Kommunikationszyklen zwischen benachbarten Busteilnehmern kann im Fehlerfall das Bussystem 15 schnell umgebaut werden. Die beschriebenen Maßnahmen ermöglichen ferner, dass Busteilnehmer auch im laufenden Betrieb ausgetauscht oder an- bzw. abgeschaltet werden können (Hot Swapping).
Nunmehr wird ein Szenario betrachtet, bei dem der Busteilnehmer 50 erkennen kann, dass falsche Steuertelegramme vom Busteilnehmer 40 angekommen sind. Wie beschrieben, enthalten Steuertelegramme des Busteilnehmers 40, die zum Busteilnehmer 50 übertragen werden, im fehlerfreien Fall im Feld 201 die Schnittstellenkennung ”2” der zweiten Schnittstelle 130. Allerdings enthält nunmehr das zuletzt empfangene Steuertelegramm die Schnittstellenkennung ”1” der ersten Schnittstelle 110 des Busteilnehmers 40. Ein solcher Fehler kann auftreten, wenn die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 defekt ist, ein interner Kurzschluss zum Beispiel zwischen dem Sender 132 und dem Empfänger 131 aufgetreten ist und/oder ein Übersprechen von der Empfangsleitung Rx1 auf die Sendeleitung Tx1 innerhalb einer Schnittstelle erfolgte. Der Busteilnehmer 50 kann auf den erkannten Fehler dadurch reagieren, dass er in das Feld 202 eines weiteren für den Busteilnehmer 40 bestimmten Steuertelegramms eine logische ”0” einschreibt, welche auf einen schlechten Empfang hinsichtlich des Empfängers 82 hinweist. Das entsprechende Steuertelegramm wird vom Sender 81 zum Empfänger 131 übertragen. Der Busteilnehmer 40 kann daraufhin wiederum seine zweite Schnittstelleneinrichtung 130 oder auch die erste Schnittstelle 110 schließen. Zusätzlich kann der Busteilnehmer 40 ein Steuertelegramm erzeugen und zur SPS 30 übertragen, um dem Bedienpersonal mitzuteilen, dass der Busteilnehmer 40 defekt ist. In ähnlicher Weise kann jeder Busteilnehmer interne Steuertelegramme zu seinen jeweils benachbarten Busteilnehmern übertragen, um diese anhand der Schnittstellenkennung und einer Information über die Empfangsqualität der jeweiligen Schnittstelle, die mit dem entsprechenden Busteilnehmer kommuniziert, über seinen aktuellen Zustand zu informieren.
Nunmehr sei angenommen, dass die Busteilnehmer über unabhängige Kommunikationszyklen Steuertelegramme austauschen, welche die in 3b gezeigte Struktur aufweisen können. Allerdings werden die Felder 204, 210 und 212 nicht erzeugt.
Nachfolgend wird wiederum anhand der in 2 gezeigten unabhängigen Kommunikationszyklen zwischen den Busteilnehmern 40 und 50 sowie 50 und 60 die Funktionsweise erläutert, die für alle Busteilnehmer gilt. Es werden jedoch nur Steuertelegramme betrachtet, die vom Busteilnehmer 40 zum Busteilnehmer 50 sowie vom Busteilnehmer 60 zum Busteilnehmer 50 übertragen werden.
Nunmehr sei angenommen, dass der Busteilnehmer 40 bereits fünf Steuertelegramme, aber noch keine Datentelegramme über den Sender 132 zum Busteilnehmer 50 geschickt hat. Die Anzahl der vom Sender 132 zum Busteilnehmer 50 gesendeten Steuertelegramme werden mittels eines Sendezählers fortlaufend gezählt und in das Feld 205 des entsprechenden Steuertelegramms geschrieben. Ein solcher Sendezähler ist in 1 am Beispiel des Busteilnehmers 50 gezeigt und mit 93 bezeichnet. Das erste Steuertelegramm trägt somit im Feld 205 die laufende Nummer 1, während das Feld 205 des zuletzt übertragenen fünften Steuertelegramms die Nummer 5 enthält. Angenommen sei ferner, dass die Zustandsinformationsfelder 206 und 207 der fünf bisher zum Busteilnehmer 50 übertragenen Steuerfelder einen Zählerstand „0” enthalten. Das bedeutet, dass der Busteilnehmer 40 alle an seiner ersten Schnittstelle 110 empfangenen Steuertelegramme und alle bisher an seiner zweiten Schnittstelle 130 vom Busteilnehmer 50 empfangenen Steuertelegramme erkannt und zudem keine verfälschten Steuertelegramme empfangen hat. Wie fehlerhaft empfangene Steuertelegramme oder verfälschte Steuertelegramme von einem Busteilnehmer erkannt und gezählt werden können, wird unten i. V. m. dem Busteilnehmer 50 erklärt. Das Zählerstatusfeld 208 der ersten fünf an den Busteilnehmer 50 übertragenen Steuertelegramme enthält die Meldung, dass alle Zähler gültige Werte enthalten. In das Feld 209 jedes zu übertragenden Steuertelegramms trägt der Busteilnehmer 40 die Prüfsumme ein, die über alle Datenfelder, die vor dem Datenfeld 209 liegen, berechnet wird. In das Feld 201 jedes der fünf zum Busteilnehmer 50 übertragenen Steuertelegramme hat der Busteilnehmer 40, bzw. die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 korrekterweise die Kennung ”2” der zweiten Schnittstelle 130 geschrieben. Der Empfangsstatus des Empfängers 131 war während der Übertragung der fünf Steuertelegramme ausreichend, was durch einen entsprechenden Eintrag im Feld 202 jedes der fünf bisher übertragenen Steuertelegramme angezeigt wird. Weiterhin sei angenommen, dass der Busteilnehmer 50 bereits sechs Steuertelegramme, aber noch keine Datentelegramme vom Busteilnehmer 60 empfangen hat. Alle sechs Steuertelegramme enthalten in den Feldern 206, 207 den Zählerstand „0” und in Feld 208 eine Angabe, dass die Zähler gültige Werte liefern. Die vom Sender 142 zum Busteilnehmer 50 gesendeten Steuertelegramme werden mittels eines Sendezählers fortlaufend gezählt. Die entsprechende laufende Nummer wird in das Feld 205 des entsprechenden Steuertelegramms geschrieben. Ein solcher Sendezähler ist in 1 am Beispiel des Busteilnehmers 50 gezeigt und mit 92 bezeichnet. Das erste gesendete Steuertelegramm erhält somit im Feld 205 die laufende Nummer 1, während das Feld 205 des zuletzt übertragenen sechsten Steuertelegramms die laufende Nummer 6 enthält. In dem Feld 209 ist die jeweilige Prüfsumme eingetragen. In das Feld 201 jedes der sechs zum Busteilnehmer 50 übertragenen Steuertelegramme hat der Busteilnehmer 60, bzw. die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 korrekterweise die Kennung ”1” der ersten Schnittstelle 140 geschrieben. Der Empfangsstatus hinsichtlich der Schnittstelle 140 war während der Übertragung der sechs Steuertelegramme ausreichend, was durch einen entsprechenden Eintrag im Feld 202 jedes der sechs bisher übertragenen Steuertelegramme angezeigt wird.
Damit der Busteilnehmer 50 feststellen kann, ob an ihn gerichtete Steuertelegramme nicht erkannt wurden oder verloren gegangenen sind, zählt der Empfangszähler 94 alle am Empfänger 94 ankommenden Steuertelegramme, während der Empfangszähler 91 alle am Empfänger 101 ankommenden Steuertelegramme zählt. Anschließend vergleicht die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 den Zählwert der jeweiligen Zähler mit dem im Feld 205 eines Steuertelegramms enthaltenen Zählwertes. Angenommen sei, dass der Empfangszähler 94 auf dem Wert ”4” steht, nachdem er das fünfte Steuertelegramm vom Busteilnehmer 40 empfangen hat. Ferner sei angenommen, dass der Empfangszähler 91 ebenfalls auf dem Wert ”4” steht, nachdem er das sechste Steuertelegramm vom Busteilnehmer 60 empfangen hat. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 vergleicht nunmehr die im fünften Steuertelegramm empfangene laufende Nummer ”5” mit dem Zählwert des Empfangszählers 94 und die im sechsten Steuertelegramm empfangene laufende Nummer ”6” mit dem Zählwert des Empfangszählers 91. Sie stellt folglich fest, dass bisher an der ersten Schnittstelle 80 ein Steuertelegramm und an der zweiten Schnittstelle 100 zwei Steuertelegramme nicht erkannt worden sind. Nicht erkannte Steuer- und/oder Datentelegramme werden fortlaufend hinsichtlich der ersten Schnittstelle in einem ersten Fehlerzähler und hinsichtlich der zweiten Schnittstelle in einem zweiten Fehlerzähler gezählt. Der erste und zweite Fehlerzähler kann Bestandteil der Datenverbeitungs- und Steuereinrichtung sein.
Eine solche Fehlerüberwachung erfolgt in der Regel über einen längeren Zeitraum in jedem am Bussystem 15 angeschlossenen Busteilnehmer, und zwar anhand aller empfangenen und gesendeten Steuer- und/oder Datentelegramme.
Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 erzeugt nunmehr zwei Steuertelegramme, von denen das eine zum Busteilnehmer 40 und das andere zum Busteilnehmer 60 übertragen werden soll. Darüber hinaus schreibt sie die Anzahl der hinsichtlich der ersten Schnittstelle 80 nicht erkannten Steuertelegramme in das Feld 206 und Anzahl der hinsichtlich der zweiten Schnittstelle 100 nicht erkannten Steuertelegramme in das Feld 207 der beiden Steuertelegramme.
Zudem kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 des Busteilnehmers 50, alternativ oder zusätzlich, feststellen, ob und wie viele an ihn gerichtete Daten- und/oder Steuertelegramme fehlerhaft erkannt worden sind. Diese Art der Fehlerüberwachung wird in der Regel bevorzugt. Hierzu berechnet die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 eine Prüfsumme über die vorbestimmten Felder jedes empfangenen Steuertelegramms und vergleicht die berechnete Prüfsumme mit der im Feld 209 des jeweiligen Steuertelegramms stehenden Prüfsumme. Stimmen alle Prüfsummen überein, wurden die von den Busteilnehmern 40 und 60 kommenden Steuertelegramme unverfälscht am Busteilnehmer empfangen. Erkennt die Datenverarbeitungs und Steuereinrichtung 90 jedoch verfälschte Steuertelegramme, die am Empfänger 82 empfangen wurden, so wird in einem dritten Fehlerzähler, der zum Beispiel in der Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 implementiert ist, der Fehlerwert um eins erhöht. Die Fehlerwerte des ersten und dritten Fehlerzählers dann werden addiert. Die Summe aus beiden Fehlerwerten wird in das der ersten Schnittstelle 80 zugeordnete Feld 206 geschrieben. Erkennt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 jedoch beispielsweise ein verfälschtes Steuertelegramm, das am Empfänger 101 empfangen wurde, so wird in einem vierten Fehlerzähler der aktuelle Fehlerwert um eins erhöht. Die Fehlerwerte des zweiten und vierten Fehlerzählers werden addiert. Die Summe aus beiden Fehlerwerten wird in das der zweiten Schnittstelle 100 zugeordnete Feld 207 geschrieben.
Der Busteilnehmer 50 ist somit in der Lage, eigene Fehler hinsichtlich der Übertragungsstrecken aus Empfänger 82, Empfangsleitung Rx1 und Sender 132 und aus Empfänger 101, Empfangsleitung Rx2 und Sender 141 zu erkennen.
Ferner wird der Busteilnehmer 50 in den Feldern 206 und 207 von Steuertelegrammen, die er vom Busteilnehmer 40 bzw. vom Busteilnehmer 60 empfängt, über die Anzahl fehlerhaft und/oder oder nicht erkannter Steuertelegramme hinsichtlich der Schnittstellen 110 und 130 des Busteilnehmers 40 bzw. der Schnittstellen 140 und 160 des Busteilnehmers 60 informiert. Dies gilt auch für die anderen Busteilnehmer.
Auf diese Weise kann jeder Busteilnehmer das Verhalten seiner beiden eigenen Schnittstellen und das Verhalten der beiden Schnittstellen seiner benachbarten Busteilnehmer überwachen. Erkennt ein Busteilnehmer eine relative Fehlerhäufung hinsichtlich einer der sechs überwachten Schnittstellen, kann er eine entsprechende Fehlerinformation zu einem beliebigen Zeitung in ein empfangenes Datentelegramm schreiben und über das Bussystem 15 zur SPS 30 zurück übertragen.
Zudem schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 im fehlerfreien Fall in das Feld 201 des für den Busteilnehmer 40 bestimmten Steuertelegramms die Kennung ”1” für die erste Schnittstelle 80 und in das Feld 201 des für den Busteilnehmer 60 bestimmten Steuertelegramms die Kennung ”2” für die zweite Schnittstelle 100. Weiterhin schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 in das Feld 202 des für den Busteilnehmer 40 bestimmten Steuertelegramms den Empfangszustand hinsichtlich der Schnittstelle 80 und in das Feld 202 des für den Busteilnehmer 60 bestimmten Steuertelegramms den Empfangszustand hinsichtlich der Schnittstelle 100. Darüber hinaus berechnet die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 noch die Prüfsumme für das an den Busteilnehmer 40 gerichtete Steuertelegramm und die Prüfsumme für das an den Busteilnehmer 60 gerichtete Telegramm und trägt die Prüfsumme in das Feld 209 des jeweiligen Steuertelegramms ein. Letztendlich wird noch die vom Sendezähler 93 ermittelte laufende Nummer in das Feld 205 des an den Busteilnehmer 60 gerichteten Steuertelegramms und die vom Sendezähler 92 ermittelte laufende Nummer in das Feld 205 des an den Busteilnehmer 40 gerichteten Steuertelegramms geschrieben. In unabhängigen Kommunikationszyklen überträgt der Busteilnehmer 50 schließlich das an den Busteilnehmer 40 gerichtete Steuertelegramm über den Sender 81 zum Empfänger 131 und das an den Busteilnehmer 60 gerichtete Steuertelegramm über den Sender 102 zum Empfänger 142. Die Busteilnehmer 40 und 60 können dann die empfangenen Steuerfelder in der zuvor beschriebenen Weise auswerten und weitere Steuertelegramme zum Busteilnehmer 50 übertragen und von diesem empfangen.
Die in den Steuertelegrammen gemäß 3b oder 3c verwendete Startkennung weist ein Bitmuster auf, welches jedem Busteilnehmer ermöglicht, sich zu synchronisieren.
Noch einmal sei erwähnt, dass die Felder der in 3b und 3c gezeigten Steuertelegramme nur Beispiele sind und zudem beliebig kombiniert und entfernt werden können. Die Felder der Steuertelegramme können jeweils ein Bit, mehrere Bits oder sogar mehrere Bytes aufnehmen.
2. Unterbrechung der Übertragung von Steuertelegrammen in lokalen unabhängigen Kommunikationszyklen
Nunmehr sei angenommen, dass die SPS 30 Datentelegramme übertragen möchte. Eine beispielhafte Telegrammstruktur ist in 3b dargestellt. Die gezeigten Felder werden wie folgt beschrieben:

– In das Feld 200 wird die in 4a dargestellte Startkennung geschrieben.
– Die Felder 201 und 202 werden nur von den Busteilnehmern beschrieben.
– Das Feld 203 enthält zum Beispiel Angaben über die Anzahl der Felder und deren Inhalt, den Typ des angeschlossenen externen Netzwerks 20 und des unterlagerten Bussystems 15.
– In das Feld 204 schreibt die SPS 30 die laufende Nummer der tatsächlich über das unterlagerte Bussystem 15 übertragenen internen Datentelegramme. Im vorliegenden Beispiel enthält das Feld 204 die Nummer 1.
– Die Felder 205 bis 208 werden nur von den Busteilnehmern beschrieben.
– In das Feld 209 schreibt die SPS 30 die Prüfsumme.
– Das Feld 210 wird von den Busteilnehmern beschrieben, wenn Daten- oder Steuertelegramme durchgeleitet werden.
– Das Feld 212 enthält eine vorgegebene Stoppkennung.

Werden von der SPS 30 weitere Datentelegramme erzeugt, enthält das in Feld 204 die aktuelle laufende Nummer der tatsächlich übertragenen Daten- und/oder Steuertelegramme und das Feld 209 die entsprechende Prüfsumme.
Damit Nutzdaten von der SPS 30 mit einem kleinen Jitter in Echtzeit über das unterlagerten Bussystem 15 übertragen werden können, wird eine Startkennung verwendet, die es ermöglicht, dass die Übertragung von Steuertelegrammen zwischen benachbarten Busteilnehmern in sehr kurzer Zeit, vorzugsweise innerhalb einer Bit-Dauer unterbrochen oder beendet werden kann. Hierzu werden beispielsweise die in 4a und 4b gezeigten Startkennungen verwendet.
Das erste von der SPS 30 erzeugte Datentelegramm wird nunmehr über den Sender 34 zum Empfänger 112 des ersten Busteilnehmers 40 übertragen. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120, wie auch die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung der anderen Busteilnehmers sind dazu ausgebildet, die Startkennung der Steuertelegramme und die Startkennung eines empfangenen Datentelegramms zu unterscheiden. Nachdem die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 des Busteilnehmers 40 das dritte Startbit der Startkennung des empfangenen Datentelegramms ausgewertet hat, weiß sie, dass ein Datentelegramm angekommen ist. Sie beendet daraufhin die Erzeugung und Übertragung von Steuertelegrammen zum Busteilnehmer 50. Gleichzeitig beginnt sie, die für den Busteilnehmer 40 bestimmten Nutzdaten aus dem ihr zugewiesenen Datenblock des Feld 211 auszulesen, eigene Nutzdaten in den Datenblock einzuschreiben und teilnehmerbezogene Zustandsinformationen in der zuvor beschriebenen Art und Weise in die Felder 201, 202 und 205 bis 209 zu schreiben. Unter Verwendung der im Feld 209 übertragenen Prüfsumme kann sie, wie oben bereits in Verbindung mit dem Busteilnehmer 50 erläutert, prüfen, ob und wie viele verfälschte Datentelegramme am Empfänger 112 angekommen sind. Der Busteilnehmer 40 addiert intern wiederum laufend die hinsichtlich der ersten Schnittstelle 110 fehlerhaft und nicht erkannten Steuer- und/oder Datentelegramme. Im Busteilnehmer 40 ist somit immer ein aktueller Wert gespeichert, der angibt, wie viele fehlerhaft erkannte und nicht erkannte Steuer- und Datentelegramme bisher ermittelt worden sind. Die entsprechende Summe hinsichtlich der ersten Schnittstelle wird in das Feld 206 eines Datentelegramms geschrieben und zur SPS 30 übertragen werden. In entsprechender Weise wird die aktuelle Zahl bezüglich der zweiten Schnittstelle 130 ermittelt, die angibt, wie viele fehlerhaft erkannte und nicht erkannte Steuer- und/oder Datentelegramme bisher ermittelt worden sind. Diese Summe wird in das Feld 207 eines Datentelegramms geschrieben. Zudem trägt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 die Nummer ”1” in das Feld 205, die anzeigt, dass der Sender 132 das erste Datentelegramm übertragen wird. Mit Beginn des dritten Startbits kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 mit der Verarbeitung des empfangenen Datentelegramms beginnen. Dank der in den 4a bis 4b gezeigten Startkennungen ist es somit möglich, Steuertelegramme nicht nur jederzeit unterbrechen oder beenden zu können, sondern auch die Übertragung von Nutzdaten in internen Datentelegrammen bitgenau zu beginnen. Darüber hinaus sind die Startkennungen derart gewählt, dass mehr als ein Bitfehler auftreten muss, um die Startkennung eines Datentelegramms in die Startkennung eines Steuertelegramms oder umgekehrt zu verfälschen.
Das teilnehmerbezogene Zustandsinformationen enthaltende Datentelegramm wird nunmehr vom Sender 132 zum Empfänger 82 des Busteilnehmers 50 übertragen. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 erkennt, wie zuvor die Datenverarbeitungseinrichtung 120 des Busteilnehmers 40, innerhalb der ersten drei Startbits, dass ein Datentelegramm angekommen ist. Sie beendet daraufhin die Erzeugung und Übertragung von Steuertelegrammen zum Busteilnehmer 60. Zudem kann sie bereits jetzt auch die Erzeugung und Übertragung von Steuertelegrammen zum Busteilnehmer 40 unterbrechen oder beenden. Allerdings kann alternativ die Erzeugung und Übertragung von Steuertelegrammen zum Busteilnehmer 40 auch dann unterbrochen oder beendet werden, wenn das Datentelegramm nach einem Umlauf vom Busteilnehmer 60 zum Busteilnehmer 50 übertragen worden ist. Gleichzeitig beginnt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 damit, die für den Busteilnehmer 50 bestimmten Nutzdaten aus dem ihr zugewiesenen Datenblock des Feld 211 auszulesen, eigene Nutzdaten in den Datenblock einzuschreiben und die Zustandsinformationen des Busteilnehmers 40 aus den Felder 201, 202 und 205 bis 210 zu den oben bereits geschilderten Prüfzwecken auszulesen und gegebenenfalls auszuwerten und zu verarbeiten. In das Feld 210 schreibt ein Busteilnehmer eine Information, die auf einen Fehler in dem aktuellen Steuer- und/oder Datentelegramm hinweist. Diese Felder können anschließend mit Zustandsinformationen des Busteilnehmers 50 überschrieben. Da die vom Busteilnehmer 40 empfangenen Datentelegramme nur über den Sender 102 der zweiten Schnittstelle 100 übertragen werden, wird im fehlerfreien Fall die Kennung ”2” in das Feld 201 geschrieben. In das Feld 202 schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 die Empfangsqualität hinsichtlich der Kombination aus Empfänger 101, Empfangsleitung Rx2 und Sender 141. Auch der im Feld 204 enthaltene Zählerstand des Telegrammzählers 32 der SPS 30 kann von der Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 ausgelesen werden.
Nachdem das Datentelegramm vollständig aktualisiert worden ist, überträgt der Sender 102 das Datentelegramm zum Empfänger 142 des Busteilnehmers 60, der das empfangene Datentelegramm in der zuvor beschriebenen Weise auswertet, aktualisiert und zum Busteilnehmer 70 weiterleitet.
Angemerkt sei, dass der Busteilnehmer 50 in das oder ein bestimmtes Datentelegramm auch eine Fehlerinformation schreiben kann, wenn, in der Regel über einen längeren Zeitraum, hinsichtlich einer seiner überwachten Schnittstellen 80 oder 100 eine relativ hohe Anzahl an fehlerhaft oder nicht erkannten Steuer- und/oder Datentelegrammen bezüglich der zusätzlich überwachten Schnittstellen 110, 130, 140 oder 160 ermittelt worden ist. Diese Fehlerinformation wird zur SPS 30 übertragen.
Der Busteilnehmer 70 schließt das ringförmige Bussystem 15 ab. Auf die zuvor beschriebene Weise wird das Datentelegramm vom Busteilnehmer 70 zum Empfänger 161 des Busteilnehmers 60 zurückgeschickt, dann über den Sender 141 zum Empfänger 101 des Busteilnehmers 50 und schließlich über den Busteilnehmer 40 zurück zur SPS 30 übertragen. Auf diese Weise kann jeder Busteilnehmer dezentral und autark die SPS 30 über den Zustand der jeweils von ihm überwachten Schnittstellen, das sind seine eigenen Schnittstellen und die seiner benachbarten Busteilnehmer, informiert halten. Dadurch wird das Wartungspersonal in die Lage versetzt, einen mangelhaft arbeitenden Busteilnehmer zu erkennen, so dass dieser rechtzeitig vor seinem vollständigen Ausfall ausgetauscht werden kann.
Angemerkt sei noch, dass bei der Rückübertragung des Datentelegramms jeder Busteilnehmer im fehlerfreien Fall anstelle der Kennung ”2” die Kennung ”1” für die erste Schnittstelle in das Feld 201 und die Empfangsqualität einer Übertragungsstrecke aus Empfänger, Sendeleitung und Sender der entsprechenden ersten Schnittstelle in das Feld 202 einträgt. Denn das Datentelegramm wird vom Sender der jeweiligen ersten Schnittstelle zum benachbarten Busteilnehmer zurück übertragen. Solange Nutzdaten an der SPS 30 vorliegen, die über das unterlagerte Bussystem 15 übertragen werden sollen, werden Datentelegramme in der beschriebenen Weise über die Busteilenehmer weitergeleitet, gezählt und ausgewertet.
Auf diese Weise kann jeder Busteilnehmer neben Nutzdaten auch Zustandsinformationen eines benachbarten Busteilnehmers in den Datentelegrammen empfangen und seine eigenen Zustandsinformationen in den Datentelegrammen an seine benachbarten Busteilnehmer senden. Folglich kann das unterlagerte Bussystem 15 auch während der Übertragung von Nutzdaten dezentral und autark durch die angeschlossenen Busteilnehmer 40 bis 70 überwacht und diagnostiziert werden.
Eigene Fehler und Fehler in benachbarten Busteilnehmern kann jeder Busteilnehmer in der oben beschriebenen Weise erkennen. Auch die Reaktion der Busteilnehmer auf erkannte Fehler kann in der dort erläuterten Weise erfolgen.
Bei der Übertragung von Nutzdaten werden Datentelegramme üblicherweise in einem festen zeitlichen Raster von der SPS 30 gesendet. Jeder Busteilnehmer, vorzugsweise die jeweilige Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung kann demzufolge dazu ausgebildet sein, zu errechnen, wie viele Datentelegramme pro Zeiteinheit empfangen werden müssten. Anhand des in Feld 204 übertragenen Sendezählerwertes, der angibt wie viele Datentelegramm von der SPS übertragen worden sind, kann jeder Busteilnehmer selbst bereits erkennen, ob Datentelegramme im überlagerten Netzwerk, in der SPS oder im unterlagerten Bussystem 15 verloren gegangen sind.
Stellen die Busteilnehmer 40 bis 70 nunmehr fest, dass innerhalb einer einstellbaren Zeit keine Datentelegramme mehr ankommen, können sie erneut beginnen, Steuertelegramme zu erzeugen und mit benachbarten Busteilnehmern in der zuvor beschriebenen Art und Weise auszutauschen, um eine dezentrale und autarke Überwachung des unterlagerten Bussystems aufrecht zu erhalten. Alternativ können sie auch über ein entsprechendes Daten- oder Steuertelegramm von der SPS 30 darüber informiert werden, dass keine Nutzdaten mehr übertragen werden. Eine Rücksetzung der Sende-, Empfangs- und Fehlerzähler der Busteilnehmer erfolgt nicht.
3. Übertragung von von der SPS bereitgestellten Steuertelegrammen
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich auch die SPS 30 beispielsweise die in den 3b und 3c gezeigten Steuertelegramme erzeugen und dem unterlagerten Bussystem 15 zuführen, wenn keine Nutzdaten zur Verfügung stehen. In diesem Fall werden die Steuertelegramme nicht in unabhängigen Kommunikationszyklen zwischen benachbarten Busteilnehmern, wie dies in 2 dargestellt ist, ausgetauscht. Vielmehr werden die von der SPS 30 erzeugten Steuertelegramme, wie zuvor die Datentelegrammen, von Busteilnehmer zu Busteilnehmer und schließlich weitergereicht und zur SPS 30 zurück übertragen, nachdem sie in der zuvor beschriebenen Weise ausgewertet und durch teilnehmerbezogene Zustandsinformationen aktualisiert worden sind.
Insbesondere wird das erste von der SPS 30 erzeugte interne Steuertelegramm mit der in 3c gezeigten Struktur über den Sender 34 zum Empfänger 112 des ersten Busteilnehmers 40 übertragen. Angemerkt sei, dass das Steuertelegramm in diesem Fall einem Datentelegramm ohne Datenfeld 211 entsprechen kann.
Wichtig ist anzumerken, dass die in 4a dargestellte Startkennung eines Datentelegramms in zwei Bitmuster, zum Beispiel ”0010” und ”000” unterteilt sein kann. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120, wie auch die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung der anderen Busteilnehmer sind dazu ausgebildet, bereits anhand des ersten Bitmusters die Startkennung eines Datentelegramms zu erkennen. Das zweite Bitmuster wird verwendet, um mögliche Bitfehler zu erkennen. Erkennt eine Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung anhand des zweiten Bitmusters eine fehlerhafte Startkennung, wird die weitere Verarbeitung und Übertragung des entsprechenden Datentelegramms verhindert.
Nachdem die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 des Busteilnehmers 40 das erste Bitmuster korrekt erkannt hat, weiß sie, dass ein Steuertelegramm angekommen ist. Sie beginnt daraufhin, teilnehmerbezogene Zustandsinformationen in der zuvor beschriebenen Art und Weise in die Felder 201, 202 und 205 bis 210 zu schreiben. Insbesondere kann die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 anhand der im Feld 204 enthaltenen laufenden Nummer prüfen, ob am Empfänger 112 angekommene Steuertelegramme nicht erkannt worden sind. Anhand der im Feld 209 übertragenen Prüfsumme kann sie, wie oben bereits in Verbindung mit dem Busteilnehmer 50 erläutert, prüfen, ob am Empfänger 112 verfälschte Steuertelegramme angekommen sind. Die aktuelle Anzahl fehlerhaft erkannter und/oder nicht erkannter Steuertelegramme wird hinsichtlich der ersten Schnittstelle in das Feld 206 geschrieben. In entsprechender Weise wird die aktuelle Anzahl fehlerhaft erkannter und/oder nicht erkannter Steuertelegramme hinsichtlich der zweiten Schnittstelle in das Feld 207 geschrieben. Zudem trägt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 die Nummer ”1” in das Feld 205, die anzeigt, dass der Sender 132 das erste Datentelegramm übertragen wird. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 kann bereits nach dem Erkennen des ersten Bitmusters der Startkennung den Sender 132 veranlassen, das empfangene Steuertelegramm zum Busteilnehmer 50 zu übertragen.
Darüber hinaus ist die Startkennung derart gewählt, dass mehr als ein Bitfehler auftreten muss, um die Startkennung eines Datentelegramms in die Startkennung eines Steuertelegramms und umgekehrt zu verfälschen.
Das teilnehmerbezogene Zustandsinformationen enthaltende Steuertelegramm wird nunmehr vom Sender 132 zum Empfänger 82 des Busteilnehmers 50 übertragen. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 erkennt, wie zuvor die Datenverarbeitungseinrichtung 120 des Busteilnehmers 40 bereits anhand des ersten Bitmusters der empfangenen Startkennung, dass ein Steuertelegramm angekommen ist. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 beginnt nunmehr damit, die Zustandsinformationen des Busteilnehmers 40 aus den Felder 201, 202 und 205 bis 210 zu den oben bereits geschilderten Prüfzwecken auszulesen und gegebenenfalls auszuwerten, zu speichern und/oder zu verarbeiten. Diese Felder werden anschließend mit Zustandsinformationen des Busteilnehmers 50 überschrieben. Da das vom Busteilnehmer 40 empfangene Steuertelegramme nur über den Sender 102 der zweiten Schnittstelle 100 übertragen werden, wird im fehlerfreien Fall die Kennung ”2” in das Feld 201 geschrieben. In das Feld 202 schreibt die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 die Empfangsqualität des Empfängers 101. Auch der in Feld 204 enthaltene Zählerstand des Telegrammzählers 32 der SPS 30 kann von der Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 90 ausgelesen werden.
Noch einmal sei betont, dass jeder Busteilnehmer über einen längeren Zeitraum hinweg, also während der Übertragung von Millionen von Steuer- und/oder Datentelegrammen, seine Schnittstellen und die Schnittstellen seiner benachbarten Busteilnehmer überwacht, indem er die Anzahl fehlerhaft erkannter und/oder nicht erkannter Steuer- und/oder Datentelegramme ermittelt. Stellt ein Busteilnehmer zum Beispiel fest, dass die Anzahl fehlerhaft und/oder nicht erkannter Steuertelegramme bezüglich einer seiner beiden Schnittstellen im Verhältnis zu den Schnittstellen seiner benachbarten Busteilnehmer erheblich angewachsen ist, kann er eine entsprechende Fehlermeldung in einem Datentelegramm zur SPS 30 übertragen.
Nachdem das Steuertelegramm vollständig aktualisiert worden ist, überträgt der Sender 102 das Steuertelegramm zum Empfänger 142 des Busteilnehmers 60, der das empfangene Steuertelegramm in der zuvor beschriebenen Weise auswertet, aktualisiert und zum Busteilnehmer 70 weiterleitet. Der Busteilnehmer 70 schließt das ringförmige Bussystem 15 ab. Auf die zuvor beschriebene Weise wird das Steuertelegramm vom Busteilnehmer 70 zum Empfänger 161 des Busteilnehmers 60 zurückgeschickt, dann über den Sender 141 zum Empfänger 101 des Busteilnehmers 50 und schließlich über den Busteilnehmer 40 zurück zur SPS 30 übertragen.
Angemerkt sei noch, dass bei der Rückübertragung des Steuertelegramms jeder Busteilnehmer im fehlerfreien Fall anstelle der Kennung ”2” die Kennung ”1” für die erste Schnittstelle in das Feld 201 und die Empfangsqualität des Empfängers der entsprechenden ersten Schnittstelle in das Feld 202 einträgt. Denn das Steuertelegramm wird vom Sender der jeweiligen ersten Schnittstelle zum benachbarten Busteilnehmer zurück übertragen. Solange keine Nutzdaten an der SPS vorliegen, die über das unterlagerte Bussystem 15 übertragen werden sollen, werden Steuertelegramme in der beschriebenen Weise über die Busteilenehmer weitergeleitet, ausgewertet und/oder verarbeitet.
Auf diese Weise kann das unterlagerte Bussystem 15 dezentral und autark durch die angeschlossenen Busteilnehmer 40 bis 70 überwacht und diagnostiziert werden, auch wenn keine Nutzdaten übertragen werden.
Eigene Fehler und Fehler in benachbarten Busteilnehmern kann jeder Busteilnehmer in der Weise erkennen, die oben in den 1. und 2. Abschnitten geschildert wurden. Auch die Reaktion der Busteilnehmer auf erkannte Fehler kann in der dort erläuterten Weise erfolgen.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass jeder Busteilnehmer gegebenenfalls eine Fehlermeldung in das Feld 208 eines Steuertelegramms oder Datentelegramms schreiben kann. Diese Meldung zeigt an, dass möglicherweise die Sendezähler und Empfangszähler nicht ordnungsgemäß aktualisiert werden konnten, da beispielsweise die Versorgungsspannung des jeweiligen Busteilnehmers unterbrochen oder der Busteilnehmer neu gestartet worden ist.
Anstatt Steuertelegramme mit der in 3c gezeigten Struktur zu erzeugen, kann die SPS 30 auch verkürzte Steuertelegramme, wie in 3d dargestellt, erzeugen und über das unterlagerte Bussystem 15 übertragen. In diesem Fall werden lediglich die beiden Felder 201 und 202, welche eine Schnittstellenkennung bzw. eine Information über die jeweilige Empfangsqualität eines Busteilnehmers enthalten, von den Busteilnehmern ausgelesen und überschrieben. Bei der Übertragung der Steuertelegrame von der SPS zum Busteilnehmer 70 schreibt jeder Busteilnehmer im fehlerfreien Fall die Kennung ”2” der zweiten Schnittstelle in das Feld 201 sowie die Empfangsqualität des Empfängers der zweiten Schnittstelle in das Feld 202 des jeweiligen Steuertelegramms, während bei der Übertragung der Steuertelegramme vom Busteilnehmer 70 zurück zur SPS 30 jeder Busteilnehmer im fehlerfreien Fall die Kennung ”1” der ersten Schnittstelle in das Feld 201 sowie die Empfangsqualität des Empfängers der ersten Schnittstelle in das Feld 202 des jeweiligen Steuertelegramms schreibt. Die Auswertung der Zustandsinformationen in den Feldern 201 und 202 und die Systemreaktion auf die Auswertung erfolgt in der oben bereits erläuterten Weise.
4. Unterbrechung der Übertragung von von der SPS bereitgestellten Steuertelegrammen
Die Übertragung von Steuertelegrammen über das unterlagerte Bussystem 15, die von der SPS 30 eingeleitet wird, kann in definierter Weise und schnell unterbrochen oder beendet werden, wenn die SPS 30 Nutzdaten für das unterlagerte Bussystem 15 hat. Eine bitgenaue Übertragung von Datentelegrammen wird wiederum durch die Verwendung geeigneter, unterschiedlicher Startkennungen für Datentelegramme und Steuertelegramme ermöglicht.
Soll die Übertragung der in 3b und 3c gezeigten Steuertelegramme unterbrochen oder beendet werden können, so sind die einzelnen Bits der Nutzinformationsfelder (201 bis 210 bzw. 201 und 202) durch feste Bitfolgen oder einzelne Bits getrennt. Diese Maßnahme verhindert, dass aus einem unterbrochenen Steuertelegramm irrtümlich eine gültige Startkennung eines Datentelegramms entstehen kann.
Zunächst sei angenommen, dass die SPS 30 keine Steuertelegramme mehr erzeugt, sobald Prozessdaten für das unterlagerte Bussystem 15 zur Verfügung stehen. Die Prozessdaten werden anschließend in das Datenfeld 211 wenigstens eines Datentelegramms geschrieben. Ferner wird in das Feld 204 jedes Datentelegramms die aktuelle laufende Nummer und in das Feld 209 die entsprechend berechnete Prüfsumme geschrieben. Die Felder 201, 202 und 205 bis 207 werden nur von den Busteilnehmern beschrieben.
Damit die Nutzdaten von der SPS 30 mit einem kleinen Jitter in Echtzeit über das unterlagerten Bussystem 15 übertragen werden können, wird wiederum eine Startkennung verwendet, die es ermöglicht, dass die Übertragung von Steuertelegrammen in sehr kurzer Zeit, vorzugsweise innerhalb einer Bit-Dauer von den Busteilnehmern unterbrochen oder beendet werden kann. Hierzu wird beispielsweise die in 4a gezeigte Startkennung verwendet.
Das erste von der SPS erzeugte Datentelegramm wird nunmehr über den Sender 34 zum Empfänger 112 des ersten Busteilnehmers 40 übertragen. Die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120, wie auch die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung der anderen Busteilnehmers sind dazu ausgebildet, die Startkennung der Steuertelegramme und die Startkennung eines empfangenen Datentelegramms zu unterscheiden. Nachdem die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 120 des Busteilnehmers 40 das zweite Startbit der Startkennung des empfangenen Datentelegramms ausgewertet hat, weiß sie, dass ein Datentelegramm angekommen ist. Sie beendet daraufhin mit dem nächsten empfangenen Startbit die Übertragung von Steuertelegrammen zum Busteilnehmer 50. In ähnlicher Weise reagieren die übrigen Busteilnehmer bei der Auswertung der Startkennung des ersten empfangenen Datentelegramms.
Der weitere Verfahrensablauf entspricht dem im 2. Abschnitt ”Unterbrechung der Übertragung von Steuertelegrammen in lokalen unabhängigen Kommunikationszyklen” geschilderten Ablauf.

Claims

Kommunikationssystem (10) zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems, umfassend ein unterlagertes Bussystem (15) mit mehreren Busteilnehmer (40–70), wobei an das Bussystem (15) eine übergeordnete Steuereinrichtung (30) anschließbar ist, wobei jeder Busteilnehmer folgende Merkmale aufweist: – eine Einrichtung zum Erzeugen von Steuertelegrammen (90, 120, 150), welche jeweils wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthalten, – eine erste Schnittstelle (110, 80, 140) mit einer ersten Sende- und Empfangseinrichtung (111, 112; 81, 82; 141, 142) zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem ersten benachbarten Busteilnehmer oder einer überlagerten Steuereinrichtung (30), – eine zweite Schnittstelle (100, 130, 160) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinrichtung (101, 102; 131, 132; 161, 162) zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem zweiten benachbarten Busteilnehmer, – eine Einrichtung zum Auslesen und Schreiben einer ersten Zustandsinformation aus bzw. in das Zustandsinformationsfeld, und – eine Einrichtung zum Auswerten einer in dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms empfangenen ersten teilnehmerbezogenen Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen zwei benachbarten Busteilnehmern dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Busteilnehmer (50) erzeugten Steuertelegramme nur zu dem jeweiligen ersten benachbarten Busteilnehmer (40) und/oder zu dem jeweiligen zweiten benachbarten Busteilnehmer (60) übertragen werden.
Kommunikationssystem (10) zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems, umfassend ein unterlagertes Bussystem (15) mit mehreren Busteilnehmer (40–70), wobei an das Bussystem (15) eine übergeordnete Steuereinrichtung (30) angeschlossen ist, die folgende Merkmale aufweist: eine Einrichtung (90, 120, 150) zum Erzeugen und Übertragen von Steuertelegrammen, welche jeweils wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthalten, und wobei jeder Busteilnehmer folgende Merkmale aufweist: – eine erste Schnittstelle (110, 80, 140) mit einer ersten Sende- und Empfangseinrichtung (111, 112; 81, 82; 141, 142) zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem ersten benachbarten Busteilnehmer oder der übergeordneten Steuereinrichtung, eine zweite Schnittstelle (100, 130, 160) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinrichtung (101, 102; 131, 132; 161, 162) zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem zweiten benachbarten Busteilnehmer, – eine Einrichtung zum Auslesen und Schreiben einer ersten Zustandsinformation aus bzw. in das Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms, und – eine Einrichtung zum Auswerten einer in dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms empfangenen ersten teilnehmerbezogenen Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen zwei benachbarten Busteilnehmern dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuereinrichtung (30) eine Einrichtung zum Erzeugen von Datentelegrammen, welche Prozessdaten enthalten, und eine Sende- und Empfangseinrichtung (34, 35) zum Senden von Datentelegrammen zu bzw. zum Empfangen von Datentelegrammen von den Busteilnehmern aufweist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datentelegramme (180) jeweils ein Startkennungs-Feld (200) für eine das Datentelegramm identifizierende Startkennung und wenigstens ein Zustandsinformationsfeld (201) für wenigstens eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthalten.
Kommunikationssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuereinrichtung (30) und/oder jeder Busteilnehmer eine Steuereinrichtung aufweist, die unter Ansprechen auf die in einem Datentelegramm empfangene Startkennung die Erzeugung und/oder Übertragung von Steuertelegrammen in definierter Weise unterbricht oder beendet, so dass eine Übertragung von Datentelegrammen über das unterlagerte Bussystem in Echtzeit erfolgen kann.
Kommunikationssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuertelegramme (190, 220) jeweils ein Startkennungs-Feld (195) für eine das Steuertelegramm identifizierende Startkennung aufweisen, dass die ein Datentelegramm identifizierende Startkennung und die ein Steuertelegramm identifizierende Startkennung jeweils ein unterschiedliches Bitmuster enthalten, derart, dass die Erzeugung und/oder Übertragung von Steuertelegrammen in definierter Weise, insbesondere innerhalb einer Bitdauer vom jeweiligen Busteilnehmer oder der übergeordneten Steuereinrichtung unterbrochen oder beendet werden kann.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ein Steuertelegramm identifizierende Startkennung und/oder die ein Datentelegramm identifizierende Startkennung ein erstes und zweites Bitmuster enthält, wobei jeder Busteilnehmer und/oder die übergeordnete Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass er und/oder sie eine vollständige Startkennung bereits anhand des ersten Bitmusters erkennt.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten und zweiten Schnittstelle jedes Busteilnehmers jeweils eine Schnittstellen-Kennung zugeordnet ist, wobei die Auslese- und Schreibeinrichtung jedes Busteilnehmers zum Auslesen einer Schnittstellenkennung aus dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld und zum Schreiben einer Schnittstellenkennung in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eines Steuer- oder Datentelegramms ausgebildet ist.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Busteilnehmer eine Einrichtung zum Ermitteln der Empfangsqualität hinsichtlich der ersten und zweiten Schnittstelle und eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Empfangszustandsinformation aufweist, wobei die Auslese- und Schreibeinrichtung jedes Busteilnehmers zum Auslesen einer Empfangszustandsinformation aus dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld und zum Schreiben einer Empfangszustandsinformation in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eines Steuer- oder Datentelegramms ausgebildet ist.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Busteilnehmer eine Steuereinrichtung aufweist, die unter Ansprechen auf wenigstens eine ausgewertete Zustandsinformation eine vorbestimmte Aktion auslösen kann.
Kommunikationssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung unter Ansprechen auf wenigstens eine ausgewertete Zustandsinformation die erste und/oder zweite Schnittstelle des jeweiligen Busteilnehmers schließen kann.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Busteilnehmer (50) eine der ersten und zweiten Schnittstelle zugeordnete Fehlererkennungseinrichtung zum Erkennen von an der ersten und/oder zweiten Schnittstelle fehlerhaft empfangenen und/oder nicht erkannten Steuertelegrammen sowie eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Fehlerinformation aufweist, wobei die Steuer- und/oder Datentelegramme jeweils wenigstens ein weiteres Zustandsinformationsfelder enthalten, in die jeweils eine Fehlerinformation hinsichtlich der ersten bzw. zweiten Schnittstelle geschrieben und aus denen jeweils eine Fehlerinformation hinsichtlich der ersten bzw. zweiten Schnittstelle ausgelesen werden kann.
Kommunikationssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennungseinrichtung eine erste, der ersten und zweiten Schnittstelle zugeordnete Telegrammzähleinrichtung (92, 93) aufweist, welche die über die erste Schnittstelle gesendeten Daten- und/oder Steuertelegramme fortlaufend zählt und welche die über die zweite Schnittstelle gesendeten Daten- und/oder Steuertelegramme fortlaufend zählt, wobei die Daten- und/oder Steuertelegramme jeweils ein weiteres Zustandsinformationsfeld enthalten, und wobei die Auslese- und Schreibeinrichtung zum Auslesen eines Zählwertes aus dem weiteren Zustandsinformationsfeld und zum Schreiben eines Zählwertes in das weitere Zustandsinformationsfeld eines Daten- oder Steuertelegramms ausgebildet ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: eine zweite, der ersten und zweiten Schnittstelle zugeordnete Telegrammzähleinrichtung (91, 94), welche die an der ersten Schnittstelle empfangenen Daten- und/oder Steuertelegramme zählt und welche die an der zweite Schnittstelle empfangenen Daten- und/oder Steuertelegramme zählt, und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines von der zweiten Telegrammzähleinrichtung ermittelten Zählwertes mit einem von der ersten Telegrammzähleinrichtung ermittelten Zählwert.
Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: – eine Einrichtung zum Erzeugen einer Prüfsumme für jedes Daten- oder Steuertelegramm, wobei die Auslese- und Schreibeinrichtung zum Auslesen einer Prüfsumme aus dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld und zum Schreiben einer Prüfsumme in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eines Daten- oder Steuertelegramms ausgebildet ist.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das unterlagerte Bussystem ringförmig oder linienförmig ist.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuertelegramme jeweils ein Datenfeld zur Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten enthalten.
Kommunikationssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Steuereinrichtung einen Telegrammzähler aufweist, der die für das unterlagerte Bussystem bestimmte Daten- und/oder Steuertelegramme fortlaufend zählt, und wobei die Daten- und/oder Steuertelegramme jeweils ein weiteres Zustandsinformationsfeld enthalten, in das der jeweilige Zählwert des Telegrammzählers geschrieben wird, wobei die Auslese- und Schreibeinrichtung jedes Busteilnehmers nur zum Auslesen des Zählwertes aus dem weiteren Zustandsinformationsfeld berechtigt ist.
Busteilnehmer (50), der für den Einsatz in einem Kommunikationssystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist und folgende Merkmale aufweist: – eine Einrichtung zum Erzeugen von Steuertelegrammen, welche jeweils wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthalten, – eine erste Schnittstelle (110, 80, 140) mit einer ersten Sende- und Empfangseinrichtung (111, 112; 81, 82; 141, 142) zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem ersten benachbarten Busteilnehmer oder der übergeordneten Steuereinrichtung, eine zweite Schnittstelle (100, 130, 160) mit einer zweiten Sende- und Empfangseinrichtung (101, 102; 131, 132; 161, 162) zum Senden und Empfangen von Steuertelegrammen zu bzw. von einem zweiten benachbarten Busteilnehmer, – eine Einrichtung zum Auslesen und Schreiben einer ersten Zustandsinformation aus bzw. in das Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms, und – eine Einrichtung zum Auswerten einer in dem wenigstens einen Zustandsinformationsfeld eines Steuertelegramms empfangenen ersten teilnehmerbezogenen Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen zwei benachbarten Busteilnehmern dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.
Verfahren zum dezentralen und autarken Überwachen und Steuern eines unterlagerten Bussystems (15), umfassend ein unterlagertes Bussystem mit mehreren Busteilnehmer (40–70), wobei an das Bussystem eine übergeordnete Steuereinrichtung (30) anschließbar ist, mit folgenden Verfahrensschritten: – Erzeugen wenigstens eines Steuertelegramms, welches wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthält, in einem ersten Busteilnehmer (40); – Schreiben in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation; – Übertragen des Steuertelegramms vom ersten Busteilnehmer zu einem benachbarten zweiten Busteilnehmer (50); – Auslesen und Auswerten, im zweiten Busteilnehmer (50), die im Steuertelegramm empfangene Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen dem ersten und zweiten Busteilnehmer dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Erzeugen wenigstens eines Steuertelegramms, welches wenigstens ein Zustandsinformationsfeld für jeweils eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation enthält, in dem zweiten Busteilnehmer (50); – Schreiben in das wenigstens eine Zustandsinformationsfeld eine teilnehmerbezogene Zustandsinformation; – Übertragen des Steuertelegramms vom zweiten Busteilnehmer (50) zu dem benachbarten ersten Busteilnehmer (40) oder zu einem benachbarten, dritten Busteilnehmer (60); – Auslesen und Auswerten, im ersten oder dritten Busteilnehmer, die im Steuertelegramm empfangene Zustandsinformation, um die Kommunikation zwischen dem ersten und zweiten Busteilnehmer oder dem zweiten und dritten Busteilnehmer dezentral zu überwachen und/oder zu steuern.