-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Anlage und eine entsprechende Maschinenanlage. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Verfahren zum Steuern von Anlagen bekannt. Bei diesen Anlagen kann es sich beispielsweise um Werkzeugmaschinen oder dergleichen handeln. Oftmals besteht bei derartigen Steuerungen das Problem, dass Echtzeitbedingungen auch im Falle einer Ethernetverbindung auch dann einzuhalten sind, wenn ein Transport, beispielsweise von von EIP-Telegrammen über einen NRT(Non-Real-Time)-Kanal erfolgt.
-
Die Erfindung bezieht sich damit insbesondere auf solche Maschinen und Anlagen, die mit einem Echtzeit-Ethernet-Feldbus betrieben werden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zwei oder mehrere derartige Echtzeit-Feldbusse einzusetzen. So werden beispielsweise zwei RTE(Realtime-Ethernet)-Master eingesetzt. Beide Master werden mit ihren slaves bzw. Geräten getrennt verkabelt. Auf diese Weise sind nicht nur zwei Master notwendig sondern auch getrennte Verkabelungen und Infrastrukturkomponenten.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Strukturen für eine derartige Vorrichtung zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Maschinenanlage nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern einer Anlage steuert eine Steuerungseinrichtung wenigstens eine erste Anlageneinheit und eine zweite Anlageneinheit und zur Kommunikation zwischen der ersten Anlageneinheit und der Steuerungseinrichtung wird ein Echtzeit(feld)bus eingesetzt.
-
Weiterhin erfolgt eine Kommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung und der ersten Anlageneinheit über Echtzeitdatentelegramme, welche insbesondere über diesen Echtzeit(feld)bus kommuniziert werden.
-
Erfindungsgemäß übermittelt die Steuerungseinrichtung über den Echtzeitfeldbus Datentelegramme an die zweite Anlageneinheit, wobei diese Datentelegramme über einen Nichtechtzeitkanal übermittelt werden und wobei diese Datentelegramme gegenüber anderen über den Echtzeit(feld)bus gesendeten Telegrammen priorisiert werden. Es wird daher eine Kombination von echter bzw. harter Echtzeit (beispielsweise in Form von SERCOS III) einerseits und der Priorisierung von Telegrammen in einem ursprünglich für Nichtechtzeit geplanten NRT-Kanal (insbesondere von SERCOS III) vorgeschlagen.
-
Durch diese Vorgehensweise kann die Steuerung über lediglich einen Echtzeitbus erfolgen, genauer dadurch, dass eine Priorisierung der in dem NRT-Kanal übertragenen Telegramme erfolgt und durch diese Priorisierung auch eine (quasi) Echtzeitübermittlung solcher Telegramme ermöglicht wird.
-
Vorteilhaft handelt es sich bei den Datentelegrammen um Ethernet-Datentelegramme. Die Ethernet-Technologie ermöglicht einen Datenaustausch in Form von Datenpaketen zwischen den in einem Lokalnetz angeschlossenen Geräten, wie beispielsweise Computern, Druckern aber auch Maschinenkomponenten.
-
Bei einem bevorzugten Verfahren handelt es sich bei der Steuerung um eine SPS (speicherprogrammierbare) Steuerung. Weiterhin werden bevorzugt die Datentelegramme an die erste Anlageneinheit über einen Echtzeitkanal übermittelt.
-
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann die Vielfalt der Geräte, die an eine Steuerung anschließbar sind, erhöht werden. So lassen sich genauer die möglichen Geräte, die im Stand der Technik an zwei Echtzeitethernetbussen angeschlossen sind, kombinieren. Auf diese Weise kann einerseits eine flexiblere Verkabelung erreicht werden und andererseits auch eine Kosteneinsparung in der Steuerung.
-
Unter der Priorisierung wird bevorzugt auch eine zeitliche Priorisierung bestimmter Datentelegramme verstanden. Durch diese zeitliche Priorisierung kann für diese Datentelegramme sichergestellt werden, dass diese auch unter Echtzeitbedingungen übermittelt werden. Vorteilhaft werden also die priorisierten Datentelegramme (zeitlich) vor anderen Datentelegrammen über den Nichtechtzeit-Kanal gesendet.
-
Bei einem bevorzugten Verfahren werden über den Nichtechtzeitkanal an die zweite Anlageneinheit übermittelten Datentelegramme aus einer Mehrzahl von über den Nichtechtzeitkanal übermittelte Datentelegrammen anhand wenigstens eines vorgegebenen Merkmales dieser Datentelegramme identifiziert. Durch diese Identifizierung kann die sich insbesondere anschließende Priorisierung dieser Datentelegramme erreicht werden.
-
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren ist das vorgegebene Merkmal aus einer Gruppe von Merkmalen ausgewählt, welche ein VLAN-Tag dieses Datentelegrammes, ein DSCP-Feld in einem IP-Header dieses Datentelegrammes, einen Ethertype des Datentelegrammes, TCP/UDP-Port Nummer, Kombinationen hieraus oder dergleichen enthält. So kann beispielsweise anhand des VLAN-Tags bzw. dessen Auswertung im Ethernet-Telegramm dieses Ethernet-Telegramm zugeordnet werden. Auch die anderen Auswertungsmöglichkeiten erlauben eine Zuordnung der jeweiligen Datentelegramme.
-
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren werden die über den Nichtechtzeitkanal einer zweiten Anlageneinheit priorisiert übermittelten Datentelegramme unter Echtzeitbedingungen übermittelt. Diese Echtzeitübermittlung ist durch die Priorisierung dieser Datentelegramme möglich.
-
Mit einem weiteren vorteilhaften Verfahren werden über den Nichtechtzeitkanal auch Datentelegramme unter Nichtechtzeitbedingungen übermittelt.
-
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren erfolgt eine dynamische Anpassung der Priorisierung. So kann die Priorisierung schnell an die jeweiligen steuerseitigen Gegebenheiten angepasst werden.
-
Bei einem weiteren vorteilhaften Verfahren weist wenigstens eine Anlageneinheit einen Servomotor auf. Vorteilhaft weist die erste Anlageneinheit einen Servomotor auf. So wäre es auch möglich, dass über den Echtzeitbus mehrere Servomotoren gesteuert werden. Die zweite Anlageneinheit kann dabei ebenfalls Motoren wie Servomotoren, aber auch Motoren mit Frequenzumrichtern oder dergleichen aufweisen. Es können jedoch auch andere Geräte (Aktoren und/oder Sensoren) angesteuert werden, wie beispielsweise Laserscanner oder dergleichen. Daneben wäre es auch möglich, dass über den Echtzeitbus mehrere Ein-/und Ausgabegeräte (Standard I/O) angesteuert werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Maschinenanlage mit wenigstens einer ersten Anlageneinheit und einer zweiten Anlageneinheit gerichtet, wobei die erste Anlageneinheit und die zweite Anlageneinheit vorzugsweise unabhängig voneinander steuerbar sind. Weiterhin weist die Maschinenanlage eine Steuerungseinrichtung auf, welche sowohl die erste Anlageneinheit als auch die zweite Anlageneinheit steuert.
-
Erfindungsgemäß kommuniziert die Steuerungseinrichtung sowohl mit der ersten Anlageneinheit als auch mit der zweiten Anlageneinheit über den gleichen Echtzeitfeldbus, wobei die Kommunikation mit der ersten Anlageneinheit über Echtzeitdatentelegramme erfolgt und weiterhin eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche aus einer Vielzahl von über einen Nichtechtzeitkanal von der Steuerungseinrichtung ausgegebenen Datentelegrammen bestimmte Datentelegramme priorisiert, um so Echtzeitbedingungen für diese (– d. h. insbesondere die priorisierten –) über den Nichtechtzeitkanal übertragenen Datentelegramme zu erreichen.
-
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung in wenigstens einem Gerät angeordnet, welches an dem besagten Echtzeitbus angeschlossen ist und welches bevorzugt selbst Telegramme in den Nicht-Echtzeitkanal einspeist. Bei diesem Gerät kann es sich beispielsweise um einen NRT-Plug handeln. Die Priorisierung kann dabei über wenigstens eine, bevorzugt über mehrere Warteschlangen erfolgen. Dabei kann z. B. einer zeitlichen Synchronisation die höchste Priorität zugeordnet werden, einer Bewegungssynchronisation eine darauf folgende Priorität, Sicherheitskriterien eine weitere Priorität usw.
-
Insbesondere werden solche Datentelegramme priorisiert, welche zur Steuerung der zweiten Anlageneinheit dienen.
-
Dabei findet vorteilhaft eine Kommunikation über Ethernet statt. Es Ist daher für die Steuerung der ersten und der zweiten Anlageneinheit nur ein Echtzeitbus nötig.
-
Bevorzugt weist wenigstens eine Anlageneinheit einen Servomotor auf.
-
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen:
-
Darin zeigen:
-
1a, 1b zwei Darstellungen von Schaltungsanordnungen nach dem Stand der Technik;
-
2 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer Linientopologie;
-
3 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer Ringtopologie;
-
4 eine schematische Darstellung eines Datentelegrammes;
-
5a, 5b zwei weitere Darstellungen zur Veranschaulichung eines Datentelegrammes.
-
Die 1a und 1b zeigen zwei schematische Darstellungen für Schaltungen nach dem Stand der Technik. Dabei ist eine Steuerungseinrichtung 102 vorgesehen, welche eine Vielzahl von Anlageneinheiten 104 bis 107 steuert. Zur Steuerung dieser Anlageneinheiten 104 bis 107 sind dabei Schnittstellen bzw. Busse 112 und 114 erforderlich. Man erkennt, dass die Steuerung der einzelnen Anlageneinheiten 104 und 105 einerseits und der Anlageneinheiten 106 und 107 andererseits vollkommen getrennt erfolgt. Dabei veranschaulicht 1a die Darstellung für eine Linientopologie und 1b die Darstellung für eine Ringtopologie. Bei diesen beiden Darstellungen sind damit jeweils zwei getrennte Busse nötig.
-
Mit anderen Worten werden hier beispielsweise SERCDS III-Vorrichtungen einerseits und EtherNet/IP-Vorrichtungen andererseits mit separaten Netzwerken betrieben.
-
2 zeigt die Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung für den Fall einer Linientopologie. In diesem Falle sind Anlageneinheiten 4 und 5, hier Servomotorantriebe, vorgesehen. Die Bezugszeichen 4a und 5a beziehen sich jeweils auf servomotorische Antriebe bzw. Servomotoren. Bei diesen Anlageneinheiten handelt es sich hier um SERCOS III-Vorrichtungen, die jeweils in Echtzeit betrieben werden, wie durch das Modul 20 veranschaulicht. Das Bezugszeichen 2 kennzeichnet wiederum eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung dieser Anlageneinheiten. Weiterhin ist damit auch ein Echtzeitbus 10 vorgesehen, über den Datentelegramme an die Anlageneinheiten 4 und 5 übermittelt werden.
-
Vom gleichen Echtzeitbus 10 werden jedoch auch die Anlageneinheiten 6 und 7 angesteuert, welche einem Modul 30 zugeordnet sind und bei denen es sich um Ethernet- bzw. IP-Vorrichtungen handelt. Die Bezugszeichen 14 und 16 beziehen sich auf ein Ein- und Ausgabegerät, wobei hier sowohl digitale als auch analoge Ein- und Ausgänge vorgesehen sein können. Bei den dargestellten Anlageeinheiten 4 und 5 handelt es sich hier um SERCOS III-Geräte, die an einem synchronen Bus SERCOS betrieben werden können. Dabei kann es sich jedoch auch um beliebige Geräte handeln. Diese müssen auch nicht unbedingt synchron arbeiten. Allerdings weisen hier die Anlageneinheiten Kommunikationselemente wie Kommunikationschips auf, welche entsprechend einer SERCOS-Spezifikation synchron arbeiten können.
-
Das Bezugszeichen 50 bezieht sich auf eine {nur grob schematisch dargestellte Auswerteeinheit, welche die über den NRT-Kanal gesendeten Datentelegramme auswertet. Diese Auswerteeinheit 50 kann dabei insbesondere diejenigen Datentelegramme erfassen bzw. identifizieren, die zur Steuerung der Anlageneinheiten 6, 7 dienen. Das Bezugszeichen 52 kennzeichnet eine Priorisierungseinrichtung, welche diese Datentelegramme, welche zur Steuerung der Anlageneinheiten 6, 7 dienen, zeitlich priorisiert, als insbesondere in der zeitlichen Abfolge voranstellt. Damit kann diese Priorisierungseinrichtung 52 insbesondere auch eine Umstellung der Datentelegramme bewirken.
-
Die Auswerteeinheit 50 und die Priorisierungseinrichtung 52 sind hier als separate Elemente dargestellt. Bevorzugt sind jedoch diese Einrichtungen in wenigstens einem Gerät angeordnet, welches an dem besagten Echtzeitbus angeschlossen ist und welches bevorzugt selbst Telegramme in den Nicht-Echtzeitkanal einspeist. Bei der in 3 gezeigten Anordnung könnten die Auswerteeinheit 50 und die Priorisierungseinrichtung entsprechend in dem NRT-Plug 18 (siehe unten) angeordnet sein, bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung etwa in dem Eingabe/Ausgabegerät 14. Weiterhin könnten entsprechende Auswerteeinheiten und Priorisierungseinrichtungen auch in den Anlageneinheiten 4–7 bzw. 4 und 5 angeordnet sein, insbesondere, falls diese selbst Datentelegramme einspeisen.
-
Man erkennt, dass es sich bei den Anlageneinheiten nicht notwendig um Motoren oder elektromotorische Antriebe handeln muss.
-
Das Bezugszeichen 12 kennzeichnet eine Verteileinrichtung, welche die Anschlüsse auf die einzelnen Anlageneinheiten 6 und 7 verteilt. Neben den gezeigten Anlageneinheiten könnten auch noch mehr Anlageneinheiten sowohl unter den SERCOS III-Vorrichtungen, als auch unter den Ethernet-Vorrichtungen angeschlossen sein. Das Bezugszeichen 1 bezieht sich auf die Maschinenanlage in ihrer Gesamtheit.
-
3 zeigt eine Darstellung entsprechend der Darstellung aus 2, jedoch für eine Ringtopologie. Diese Ringtopologie ist hier insbesondere in Hinblick auf das Modul 20 erkennbar. Das Bezugszeichen 18 kennzeichnet einen NRT-Plug. Üblicherweise verfügen SERCOS-Geräte über je zwei Ethernetstecker. Wird ein physikalischer Ring aufgebaut (d. h. vom letzten Gerät geht ein Ethernetkabel zurück zur Steuerungseinrichtung 2), dann wird dieser NRT-Plug benötigt, um weitere Geräte mit dem zusätzlichen Echtzeitprotokoll anzukoppeln. Ein derartiger NRT-Plug weist zwei ports für SERCOS-Anschlüsse und einen port für Standardethernet auf. Er koppelt damit vorteilhaft das Standardethernet aus dem SERCOS-NRT-Zeitfenster aus und gibt die Telegramme an einem NRT-port aus. Weiterhin speist er vorteilhaft die Telegramme eines NRT-ports in das für NRT reservierte Zeitfenster von SERCOS ein. Auf diese Weise können, wie in den 2 und 3 veranschaulicht wird, sowohl für eine Ringtopologie als auch für eine Linientopologie mit Hilfe nur eines Echtzeitbusses die unterschiedlichen Anlageneinheiten gesteuert werden.
-
4 zeigt die schematische Darstellung eines Datentelegrammes 40. Dieses Datentelegramm weist dabei einen Realtime-Kanal (Echtzeitkanal 42) und einen Nichtechtzeitkanal 44 auf. Das Bezugszeichen 45 kennzeichnet den Kommunikationszyklus in seiner Gesamtheit. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die innerhalb des Nichtechtzeitkanals 44 übermittelten Telegrammanteile priorisiert werden, d. h. diejenigen Anteile, welche zu den in 2 und 3 gezeigten Anlageneinheiten 6 und 7 übermittelt werden sollen. Damit wird in dem Echtzeitkanal 42 eine Echtzeit über TDMA (time division multiple access) erreicht und in dem Nichtechtzeitkanal 44 über eine Priorisierung.
-
Die 5a und 5b veranschaulichen Datentelegramme zur Darstellung dieser Priorisierung. Bei der in 5a gezeigten Darstellung wird ein Datentelegramm anhand seines VLAN-Tags identifiziert. Das Bezugszeichen 54 kennzeichnet ein Ethernet-Typfeld, welches ebenfalls zur Individualisierung und damit zur Priorisierung geeignet ist.
-
Bei der in 5b gezeigten Darstellung ist ein IP-Datentelegramm weiter aufgelistet. Eine Priorisierung kann hier nach dem IP-Header erfolgen. Weiterhin wäre es auch möglich, diese Individualisierung oder Priorisierung nach dem UDP-Header durchzuführen, beispielsweise nach der Nummer eines Zielports, wie in 5b veranschaulicht. Diese so individualisierten Datentelegramme werden, wie oben erwähnt bei der Übertragung priorisiert, so dass entsprechend eine Echtzeitübertragung auch für diese Datentelegramme möglich ist.
-
Die Anmelderin behält sich vor sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich zu beanspruchen, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Maschinenanlage
- 2
- Steuerungseinrichtung
- 4
- Anlageneinheit
- 4a
- servomotorischer Antrieb
- 5
- Anlageneinheit
- 5a
- servomotorischer Antrieb
- 6
- Anlageneinheit
- 7
- Anlageneinheit
- 10
- Echtzeit-Feldbus
- 12
- Verteileinrichtung, Nichtechtzeitkanal
- 14
- Ein- und Ausgabegerät, Auswerteeinrichtung
- 16
- Ein- und Ausgabegerät
- 18
- NRT-Plug
- 20
- Modul
- 30
- Modul
- 40
- Datentelegramm
- 42
- Echtzeitkanal
- 44
- Nichtechtzeitkanal
- 45
- Kommunikationszyklus
- 50
- Auswerteeinrichtung
- 52
- Priorisierungseinrichtung
- 54
- Ethernet-Typfeld
- 102
- Steuerungseinrichtung
- 104
- Antriebseinheit, Anlageneinheit
- 106
- Antriebseinheit, Anlageneinheit
- 112
- Schnittstelle, Bus
- 114
- Schnittstelle, Bus
