DE102014006231A1

DE102014006231A1 - Verbinden mehrerer Slave-Einheiten mit einer Master-Steuereinheit in einem System mit verteilter Steuerung

Info

Publication number: DE102014006231A1
Application number: DE102014006231.7A
Authority: DE
Inventors: Johan BORKHUIS; Frank Jan EXOO
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2015-11-05
Also published as: JP2017514378A; EP3117568A1; US20170163440A1; JP6296171B2; CN106170954A; WO2015166332A1; US10498553B2; EP3117568B1

Abstract

Verfahren zum Verbinden mehrerer erster Slave-Einheiten in einem System mit verteilter Steuerung, System mit verteilter Steuerung und Master-Steuereinheit. Das System weist eine Master-Steuereinheit und mehrere erste Slave-Einheiten auf. Das System weist ferner eine zweite Slave-Einheit auf, die einen ersten Kommunikationsanschluss, einen zweiten Kommunikationsanschluss und einen dritten Kommunikationsanschluss aufweist, wobei jeder Kommunikationsanschluss einen Eingang und einen Ausgang aufweist. In der zweiten Slave-Einheit ist der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses verbunden, der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses ist intern kommunikativ mit dem Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses verbunden, und der Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses ist intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses verbunden. Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Kette von ersten Slave-Einheiten ausgehend von den mehreren ersten Slave-Einheiten, das kommunikative Verbinden der Master-Steuereinheit mit dem ersten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit, das kommunikative Verbinden eines ersten Kommunikationsanschlusses einer vorderen Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten mit dem zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit und das kommunikative Verbinden eines zweiten Kommunikationsanschlusses einer hinteren Slave-Einheit aus der Kette mit dem dritten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden mehrerer Slave-Einheiten mit einer Master-Steuereinheit in einem System mit verteilter Steuerung sowie ein System mit verteilter Steuerung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Slave-Einheiten in industriellen Systemen mit verteilter Steuerung werden in Ketten mit Master-Steuereinheiten verbunden, so dass sie zentral gesteuert werden können. Jede Slave-Einheit weist einen ersten Kommunikationsanschluss auf, über den Befehle empfangen, verarbeitet und mit einem zweiten Kommunikationsanschluss ausgetauscht werden, um mit weiteren Slave-Einheiten in der Kette zu kommunizieren. Kommunikationsanschlüsse in einer Slave-Einheit sind bidirektional und so ausgebildet, dass ein Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses mit einem Ausgang im ersten Kommunikationsanschluss kommunikativ verbunden ist. Dadurch ist es möglich, unten in der Kette erzeugte Informationen in Rückwärtsrichtung in der Kette nach oben zu senden. Auch Befehle, die in der Kette nach unten in Vorwärtsrichtung gesendet wurden, können zurückgesendet werden, um von den Slave-Einheiten ausgegebene Daten über die Rückwärtsrichtung zur Master-Steuereinheit weiterzuleiten. Zu diesem Zweck weist die letzte Slave-Einheit in der Kette, die keine weitere Verbindung mit einer anderen Slave-Einheit hat, einen geschlossenen zweiten Kommunikationsanschluss auf, der die Befehle in einer Rückschleife zum ersten Kommunikationsanschluss zurücksendet, über den der Befehl in die Slave-Einheit eingegeben wurde.
Ein Problem bei der Weiterleitung von Befehlen in einem System mit verteilter Steuerung mit einer Kette von Slave-Einheiten nach dem Stand der Technik besteht darin, dass bei Auftreten einer Unterbrechung in der Kommunikation in der Slave-Einheit-Kette, derart, dass die Kette in zwei Abschnitte geteilt wird, nur der erste Abschnitt vor der Unterbrechung die Befehle erhält, während der zweite Abschnitt nach der Trennung oder Unterbrechung keine Befehle mehr erhält. Dies führt zu einer Potentialstörung des Steuerungssystems als Ganzes, da die Zusammenwirkung von Teilen der Kette von Slave-Einheiten unentbehrlich sein kann.
Im Stand der Technik wurde eingeführt, die letzte Slave-Einheit aus einer Kette von Slave-Einheiten mit einem zweiten Anschluss der Master-Steuereinheit verbinden zu können, statt den letzten Kommunikationsanschluss der letzten Slave-Einheit zu schließen. Die Befehle müssen nicht mehr in einer Rückschleife in Rückwärtsrichtung durch die Kette geleitet werden, sondern werden am zweiten Kommunikationsanschluss der Master-Steuereinheit empfangen. Dadurch wird ein redundanter Pfad innerhalb der Kette von Slave-Einheiten gebildet.
Bei einer Unterbrechung in der Kette von Slave-Einheiten schließen die Slave-Einheiten auf beiden Seiten der Unterbrechung ihre angrenzenden Anschlüsse, so dass zwei Unterketten gebildet werden, wobei eine Unterkette ihre Befehle über die vorherige Strecke empfängt, indem Befehle die Unterkette runter und zurück in Rückwärtsrichtung weitergeleitet werden, während die zweite Unterkette von dem zweiten Kommunikationsanschluss der Master-Steuereinheit zunächst über den Rückpfad Befehle empfängt, die über den Vorwärtspfad in einer Rückschleife zum zweiten Kommunikationsanschluss geleitet werden, wobei der redundante Pfad in Rückwärtsrichtung verwendet wird.
Ein Nachteil bei diesem Lösungsweg besteht darin, dass die Master-Steuereinheit zwei Kommunikationsanschlüsse verwenden muss, um den redundanten Pfad in einer einzelnen Kette von Slave-Einheiten zu bilden, d. h. einen Kommunikationsanschluss für jede Unterkette nach einer Unterbrechung in der Kommunikation, wobei die Kommunikationsanschlüsse nicht ausreichend sein können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der oben beschriebene Nachteil wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Verbinden mehrerer erster Slave-Einheiten in einem System mit verteilter Steuerung behoben. Das System weist eine Master-Steuereinheit und mehrere erste Slave-Einheiten auf, wobei jede erste Slave-Einheit einen ersten Kommunikationsanschluss und einen zweiten Kommunikationsanschluss aufweist. Jeder Kommunikationsanschluss hat einen Eingang und einen Ausgang. Bei jeder ersten Slave-Einheit ist der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses und der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses verbunden. Das System weist ferner eine zweite Slave-Einheit auf, die einen ersten Kommunikationsanschluss, einen zweiten Kommunikationsanschluss und einen dritten Kommunikationsanschluss aufweist, wobei jeder Kommunikationsanschluss einen Eingang und einen Ausgang aufweist. Bei der zweiten Slave-Einheit ist der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses, der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses und der Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses verbunden.
Das Verfahren umfasst ferner das Bilden einer Kette von ersten Slave-Einheiten ausgehend von den mehreren ersten Slave-Einheiten, das kommunikative Verbinden der Master-Steuereinheit mit dem ersten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit, das kommunikative Verbinden eines ersten Kommunikationsanschlusses einer vorderen Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten mit dem zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit. Das Verfahren umfasst ferner das kommunikative Verbinden eines zweiten Kommunikationsanschlusses einer hinteren Slave-Einheit aus der Kette mit dem dritten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit.
Mit dem oben beschriebenen Verfahren wird erreicht, dass in der Kommunikationsrückwärtsrichtung der Kette aus ersten Slave-Einheiten ein redundanter Pfad gebildet wird, so dass bei Auftreten einer Trennung in der Kette, d. h. wenn die Kette aus ersten Slave-Einheiten in zwei Unterketten von ersten Slave-Einheiten geteilt wird, die Kommunikationsrahmen tragenden Befehle von der Master-Steuereinheit zur zweiten Slave-Einheit, dann zu den ersten Unterketten, über die erste Unterkette in Vorwärtsrichtung und über den redundanten Pfad in der ersten Unterkette zurück zur zweiten Slave-Einheit, und anschließend von der zweiten Slave-Einheit zu einer zweiten Unterkette von ersten Slave-Einheiten zuerst über den redundanten Pfad und dann durch die verbleibenden Slave-Einheiten, zurück zur zweiten Slave-Einheit und schließlich zurück zur Master-Steuereinheit.
Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Reihenfolge bei der Bearbeitung eines Befehlsrahmens in den Slave-Einheiten die gleiche ist wie diejenige vor dem Auftreten der Unterbrechung. Somit ist ein durchgehender Betrieb des Systems gewährleistet, was insbesondere für kritische Prozesse oder zu steuernde Maschinen von Nutzen sein kann, ohne erneutes Routing oder Rekonfigurieren der Master-Steuereinheit oder der zweiten Slave-Einheit. Es reicht aus, die Kette von Slave-Einheiten mit der zweiten Slave-Einheit wie beschrieben zu verbinden.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst das Trennen der hinteren ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten von der zweiten Slave-Einheit. Für jede Slave-Einheit in der Kette von ersten Slave-Einheiten wird eine erste Laufzeitverzögerung über den zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit gemessen. Die ersten Laufzeitverzögerungen werden in einem Datenspeicher gespeichert.
Nach einer Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten können Laufzeitverzögerungen zu jeder ersten Slave-Einheit gemäß dem Stand der Technik gemessen werden, gemäß dem Taktversätze berechnet und in die entsprechenden ersten Slave-Einheiten geladen werden können. Dies ist jedoch eine zeitaufwendige Aufgabe. Die Messung von Laufzeitverzögerungen und deren Speicherung vor dem Auftreten einer Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten gemäß der Ausführungsform der Erfindung ermöglicht ein rasches Berechnen und Laden von Taktversätzen nach einer Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten. Der Betrieb mit verteilten Takten der Slave-Einheiten nach der Trennung kann rascher wieder aufgenommen werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform, bei der das Trennen der hinteren ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten von der zweiten Slave-Einheit das Schließen des zweiten Kommunikationsanschlusses der hinteren ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten und das Schließen des dritten Kommunikationsanschlusses der zweiten Slave-Einheit umfasst, wird es einer Master-Steuereinheit oder jeder anderen Vorrichtung ermöglicht, die erforderliche Trennung der Kette von ersten Slave-Einheiten automatisch vorzunehmen, indem Befehle zu diesem Zweck zu den ersten und zweiten betroffenen Slave-Einheiten gesendet werden. Ein manueller Eingriff bei der Trennung der Kette von ersten Slave-Einheiten ist nicht erforderlich.
Eine weitere Ausführungsform umfasst ferner das Trennen der vorderen ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten von der zweiten Slave-Einheit, das Messen für jede Slave-Einheit in der Kette von ersten Slave-Einheiten einer zweiten Laufzeitverzögerung über den dritten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit und das Speichern der zweiten Laufzeitverzögerungen für jede erste Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten in einem Datenspeicher.
Dadurch ist es folglich möglich, die Laufzeitverzögerungen auch zunächst über den redundanten Pfad zu messen, so dass der zweiten Unterkette, die die Kommunikationsrahmen zunächst über den redundanten Pfad empfängt, die korrekten Taktversätze bereitgestellt werden können, die ausgehend von den gemessenen Laufzeitverzögerungen berechnet werden, die den redundanten Pfad in Rückwärtsrichtung berücksichtigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform, bei der das Trennen der vorderen ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten von der zweiten Slave-Einheit das Schließen des ersten Kommunikationsanschlusses der vorderen ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten und das Schließen des zweiten Kommunikationsanschlusses der zweiten Slave-Einheit umfasst, wird es einer Master-Steuereinheit oder einer anderen Vorrichtung ermöglicht, die erforderliche Trennung der Kette von ersten Slave-Einheiten automatisch vorzunehmen, indem Befehle zu diesem Zweck zu den betroffenen ersten und zweiten Slave-Einheiten gesendet werden. Ein manueller Eingriff bei der Trennung der Kette von ersten Slave-Einheiten ist nicht erforderlich.
Eine weitere Ausführungsform umfasst das Erfassen einer Trennung einer der ersten Slave-Einheiten in der Kette von ersten Slave-Einheiten, das Bestimmen einer Position der Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten anhand einer erfassten Trennung einer der ersten Slave-Einheiten, das Berechnen von Taktversätzen für jede erste Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten in Abhängigkeit von der bestimmten Position und der gespeicherten ersten und zweiten Laufzeitverzögerungen, und das Laden der berechneten Taktversätze in jede entsprechende Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten.
Der oben beschriebene Nachteil wird auch gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung durch ein System mit verteilter Steuerung behoben, wobei das System eine Master-Steuereinheit und mehrere erste Slave-Einheiten umfasst, bei dem jede erste Slave-Einheit einen ersten Kommunikationsanschluss und einen zweiten Kommunikationsanschluss aufweist. Jeder Kommunikationsanschluss weist einen Eingang und einen Ausgang auf, und bei jeder ersten Slave-Einheit ist der Eingang der ersten Kommunikationsanschluss intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses und der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses verbunden. Die mehreren ersten Slave-Einheiten sind kommunikativ in einer Kette von ersten Slave-Einheiten verbunden.
Das System weist ferner eine zweite Slave-Einheit mit einem ersten Kommunikationsanschluss, einem zweiten Kommunikationsanschluss und einem dritten Kommunikationsanschluss auf, wobei jeder Kommunikationsanschluss einen Eingang und einen Ausgang aufweist. Der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses ist intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses verbunden, der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses ist intern kommunikativ mit dem Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses verbunden, und der Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses ist intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses verbunden. Die Master-Steuereinheit ist kommunikativ mit dem ersten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit verbunden. Der erste Kommunikationsanschluss der vorderen Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten ist kommunikativ mit dem zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit verbunden. Das System beinhaltet ferner, dass der zweite Kommunikationsanschluss der hinteren ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten kommunikativ mit dem dritten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit verbunden ist.
Das beschriebene System führt zu den gleichen Wirkungen und Vorteilen wie das oben beschriebene Verfahren.
Bei einer Ausführungsform des Systems ist die Master-Steuereinheit dazu angeordnet, erste Laufzeitverzögerungen jeder Slave-Einheit in der Kette von ersten Slave-Einheiten über den zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheiten zu messen. Die Kette von ersten Slave-Einheiten ist zu diesem Zweck an der hinteren ersten Slave-Einheit von der zweiten Slave-Einheit getrennt. Die Master-Steuereinheit ist ferner dazu angeordnet, die ersten Laufzeitverzögerungen in einem Datenspeicher zu speichern. Das Trennen kann manuell ausgeführt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Systems ist die Master-Steuereinheit ferner dazu angeordnet, den zweiten Kommunikationsanschluss der hinteren ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten und den dritten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit zu schließen. Auf diese Weise ist kein manueller Eingriff erforderlich.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Systems ist die Master-Steuereinheit ferner dazu angeordnet, zweite Laufzeitverzögerungen jeder Slave-Einheit in der Kette von ersten Slave-Einheiten über den dritten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit zu messen, wobei die Kette von ersten Slave-Einheiten an der vorderen ersten Slave-Einheit von dem zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit getrennt ist. Die Master-Steuereinheit ist ferner dazu angeordnet, die zweiten Laufzeitverzögerungen für jede erste Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten in dem Datenspeicher zu speichern. Das Trennen der Kette von ersten Slave-Einheiten kann manuell erfolgen.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Systems ist die Master-Steuereinheit ferner noch dazu angeordnet, den ersten Kommunikationsanschluss der vorderen ersten Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten und den zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit zu schließen. Auf diese Weise ist kein manueller Eingriff erforderlich.
Bei einer Ausführungsform des Systems ist ferner jede der ersten Slave-Einheiten dazu angeordnet, eine Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten zu erfassen. Die Master-Steuereinheit ist dazu angeordnet, eine Position der Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten anhand einer erfassten Trennung einer der ersten Slave-Einheiten zu bestimmen. Die Master-Steuereinheit ist ferner dazu angeordnet, Taktversätze für jede erste Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten in Abhängigkeit von der bestimmten Position der Trennung und der gespeicherten ersten und zweiten Laufzeitverzögerungen zu berechnen und die berechneten Taktversätze in jede entsprechende Slave-Einheit aus der Kette von ersten Slave-Einheiten zu laden.
Die Aufgabe wird auch gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung durch eine Master-Steuereinheit gelöst, die eine Verarbeitungseinheit und mindestens einen Kommunikationsanschluss für die Verbindung mit mindestens einer Slave-Einheit aufweist. Die Verarbeitungseinheit ist kommunikativ mit dem mindestens einen Kommunikationsanschluss und mit einem Datenspeicher verbunden. Die Verarbeitungseinheit ist dazu angeordnet, die Schritte des Verfahrens auszuführen und entsprechend den oben beschrieben Ausführungsformen des Systems angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist der Datenspeicher in der Master-Steuereinheit eingebaut.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren ausführlicher beschrieben. Darin zeigen:
1a ein Blockschaltbild eines Steuerungssystems nach dem Stand der Technik;
1b ein Blockschaltbild eines Systems mit verteilter Steuerung gemäß dem Stand der Technik;
1c ein weiteres Blockschaltbild eines Systems mit verteilter Steuerung mit einem redundanten Pfad gemäß dem Stand der Technik;
1d ein Blockschaltbild eines Systems mit verteilter Steuerung gemäß dem Stand der Technik nach einer Trennung;
2a ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems mit verteilter Steuerung;
2b ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems mit verteilter Steuerung nach einer Trennung;
3a ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
3b ein Ablaufdiagramm einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform;
4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Master-Steuereinheit.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1a zeigt ein industrielles Steuerungssystem nach dem Stand der Technik, mit einer Master-Steuereinheit 101, die mit einer Slave-Steuereinheit oder Slave-Einheit 102 kommunikativ verbunden ist 103, 104''''. Die Master-Steuereinheit 101 verwendet einen Kommunikationsanschluss 106, um mit der Slave-Einheit 102 zu kommunizieren. Die Master-Steuereinheit 101 gibt Befehle zu einer oder mehreren Slave-Einheiten 102 aus, die diese Befehle verarbeiten und Steuerungsaktionen ausführen, wie etwa analoge oder digitale Eingaben oder Ausgaben für Anwendungen, wie z. B. für Antriebssysteme auf Bohrplattformen, für die Ventilsteuerung bei chemischen Anlagen usw.
Eine Master-Steuereinheit 101 ist im Allgemeinen so programmiert, dass sie koordinierte Steuerungsfunktionen unter Verwendung von Steuerungs- und Regelungsfunktionen für Zustandsmaschinen ausführt. Die Master-Steuereinheit 101 kann mit weiteren Informationsverarbeitungssystemen verbunden sein, um Befehle zu erhalten und Informationen auf einer noch höheren Aggregationsebene auszutauschen. Die Kommunikation zwischen den Master-Steuereinheiten 101 und Slave-Einheiten 102 findet unter Anwendung von Kommunikationsprotokollen für die industrielle Automatisierung statt, wie etwa von Controller Area Network (CAN)^TM, EtherNet/IP^TM, EtherCAT^TM, Profinet IO_TM, Profibus^TM usw. Im Fall von EtherCat^TM wird die Kommunikation zwischen verschiedenen Komponenten eines industriellen Steuerungssystems insbesondere unter Anwendung eines Ethernet^TM-Feldbus-Protokolls ausgeführt. Dieses Protokoll ermöglicht schnelle Antwortzeiten auf Steuerungsbefehle, die von einem Master-Controller in mit dem Mastercontroller verbundenen Slave-Einheiten ausgegeben werden. Bei EtherCAT^TM werden die Daten in Kommunikationsrahmen übertragen, die einen Ethernet-Header, Daten, eine Prüfsumme und einen Abstand zwischen den Paketen umfassen, um die Rahmen voneinander zu trennen. Einzelheiten zu EtherCAT^TM-Feldbus sind in [1] beschrieben. Insbesondere sind auf Seite 7 von [1] Kommunikationsrahmen beschrieben, die in einem Netzwerk von miteinander verbundenen Master-Steuereinheiten und Slave-Einheiten für die Kommunikation verwendet werden.
Die Kommunikation in dem EtherCAT^TM-Feldbus ist bidirektional. Ein Kommunikationsanschluss, der für die Kommunikation zwischen einer Master-Steuereinheit und einer Slave-Einheit oder zwischen Slave-Einheiten verwendet wird, weist immer einen Eingang und einen Ausgang auf, die mit einem Ausgang bzw. Eingang der anderen Einheit verbunden sein können.
Eine Slave-Einheit 102 weist mehrere zirkulär miteinander verbundene bidirektionale Kommunikationsanschlüsse auf. Industrielle Slave-Einheiten wie EtherCAT^TM-Slave-Einheiten weisen in der Regel zwei solche Kommunikationsanschlüsse auf. Bestimmte EtherCAT^TM-Slave-Einheiten können bis zu vier Kommunikationsanschlüsse aufweisen.
Ein Kommunikationsanschluss 110–113 kann zwei Zustände haben, offen oder geschlossen. Im offenen Zustand kann ein Kommunikationsanschluss im offenen Zustand extern Kommunikationsrahmen an seinem Eingang empfangen und diese Rahmen intern, d. h. innerhalb der Slave-Einheit zum nächsten Kommunikationsanschluss weiterleiten, und wenn sich der nächste Kommunikationsanschluss im offenen Zustand befindet, werden die Kommunikationsrahmen zum Ausgang des Kommunikationsanschlusses weitergeleitet. Ein Kommunikationsanschluss im geschlossenen Zustand leitet einen Kommunikationsrahmen seines vorhergehenden Kommunikationsanschlusses intern zum nächsten Kommunikationsanschluss weiter, ohne seinen Ausgang oder Eingang freizugeben. Jeder Kommunikationsanschluss ist ferner so angeordnet, dass wenn ein Kommunikationsanschluss erfasst, dass er keine externe Verbindung hat, d. h. einen getrennten Eingang und Ausgang, er den Kommunikationsanschlussstatus zu geschlossen ändert und jeglichen Kommunikationsrahmen von dem vorhergehenden Kommunikationsanschluss zum nächsten Kommunikationsanschluss weiterleitet. Eine Slave-Einheit 102 kann einen Kommunikationsanschlusszustand auch beim Empfangen eines Befehls zu diesem Zweck ändern. Ein solcher Befehl wird vorzugsweise von der Master-Steuereinheit 101 ausgegeben, mit der die Slave-Einheit 102 kommunikativ verbunden ist.
Bei dem in 1a gezeigten Beispiel weist die Slave-Einheit 102 vier Kommunikationsanschlüsse auf, von denen die Kommunikationsanschlüsse 110 und 111 im offenen Zustand sind. Dadurch ist es möglich, über die Kommunikationsleitung 103 gesendete und am Eingang des Anschlusses 110 empfangene Befehle zum nächsten Kommunikationsanschluss 111 zu senden, wo sie ausgegeben werden. Die Kommunikationsanschlüsse 112 und 113 befinden sich im geschlossenen Zustand. Die am Eingang des Kommunikationsanschlusses 111 empfangenen Kommunikationsrahmen werden zu den Kommunikationsanschlüssen 112 bzw. 113 weitergeleitet und am Ausgang des Kommunikationsanschlusses 110 ausgegeben.
Wie auch in 1a gezeigt, ist zwischen zwei Kommunikationsanschlüssen 110 und 111 eine Verarbeitungseinheit 109 einbegriffen. Durch Verbinden des Kommunikationsanschlusses 110 mit der Master-Steuereinheit 101 kann die Verarbeitungseinheit 109 auf Befehle ansprechen, die von der Master-Steuereinheit 101 am Eingang des Kommunikationsanschlusses 110 empfangen werden. Die Verarbeitungseinheit 109 ist dazu angeordnet, das Verhalten und den Zustand der Slave-Einheit zu steuern. Eine von solchen Handlungen kann das Ändern des Zustands jedes Kommunikationsanschlusses 110–113 der Slave-Einheit 102 von offen zu geschlossen und umgekehrt sein. Dadurch kann die Master-Steuereinheit 101 den Kommunikationszustand jedes Anschlusses 110–113 in einer Slave-Einheit 102 durch Senden eines Befehls zur Verarbeitungseinheit einer Slave-Einheit zu diesem Zweck steuern. Wenn eine Trennung erfasst wird, kann die Slave-Einheit-Verarbeitungseinheit auch ein Signal senden, das die Änderung des Zustands des Kommunikationsanschlusses und dessen Identität angibt. Die Master-Steuereinheit 101 fragt dann den Anschlussstatus ab.
Die Verarbeitungseinheit 109 kann ferner zur Master-Steuereinheit 101 zu sendende Daten in einem Kommunikationsrahmen einfügen, während der Rahmen durch die Verarbeitungseinheit 109 läuft.
1b zeigt ein Blockschaltbild eines Systems mit verteilter Steuerung nach dem Stand der Technik. Die Master-Steuereinheit 101 ist mit mehreren Slave-Einheiten 102–102''' verbunden, die in einer Kette 108 verbunden sind.
Die Kette von ersten Slave-Einheiten 108 wird durch die mehreren ersten Slave-Einheiten 102, 102', 102'', 102''' gebildet, indem der zweite Kommunikationsanschluss 111 einer vorderen Slave-Einheit 102 mit dem ersten Kommunikationsanschluss 110' der nächsten ersten Slave-Einheit 102' aus den mehreren Slave-Einheiten kommunikativ verbunden 103', 104''' wird und das kommunikative Verbinden 103'', 103''', 104'', 104' nachfolgender Slave-Einheiten 102'' wiederholt wird, bis die hintere Slave-Einheit 102''' aus den mehreren Slave-Einheiten verbunden ist.
Bei dem gezeigten Beispiel weist jede der Slave-Einheiten 102–102''' in der Kette von Slave-Einheiten 108 zwei Kommunikationsanschlüsse 110–110''' bzw. 111–111''' im offenen Zustand auf, während sich verbleibende Kommunikationsanschlüsse im geschlossenen Zustand befinden und dazu führen, dass ein am ersten offenen Kommunikationsanschluss 110–110''' eingegeben Kommunikationsrahmen zum zweiten offenen Kommunikationsanschluss 111–111''' weitergeleitet wird, wo er ausgegeben wird. Ebenso werden am zweiten offenen Kommunikationsanschluss 111–111''' eingegebene Kommunikationsrahmen zum ersten offenen Kommunikationsanschluss 110–110''' weitergeleitet, wo sie ausgegeben werden.
In der Praxis muss eine Kette von Slave-Einheiten 108 nicht linear sein. Es können Seitenarme von Slave-Einheiten der Hauptkette 108 auftreten, beispielsweise dort, wo eine Slave-Einheit in einer Kette drei Anschlüsse in einem offenen Zustand aufweist, wobei einer mit einem stromaufwärtigen Teil der Kette und zwei Anschlüsse mit zwei entsprechenden stromabwärtigen Unterketten verbunden sind, wie auf Seite 10 von [1] veranschaulicht ist.
Die hintere Slave-Einheit 102''' in der Kette 108 von 1b hat keine weitere Verbindung mit einer anderen Slave-Einheit in der Kette 108. Somit wird der letzte Anschluss 111''' in den durch die innere Verbindung 105 angegebenen geschlossenen Zustand versetzt.
Dadurch können die Kommunikationsrahmen, die durch die Kette von Slave-Einheiten 108 in Vorwärtsrichtung 103–103''' gesendet werden, in einer Rückschleife über die Kette von Slave-Einheiten 108 in Rückwärtsrichtung 104'–104'''' zur Master-Steuereinheit 101 gesendet werden, die dann die Kommunikationsrahmen weiterleiten kann, die Daten umfassen, die von den Slave-Einheiten 102–102''' an die Master-Steuereinheit 101 ausgegeben wurden.
1c zeigt ein weiteres Blockschaltbild eines Systems mit verteilter Steuerung mit einem redundanten Pfad gemäß dem Stand der Technik. In 1c ist die Kette von Slave-Einheiten 108 nicht nur an einer vorderen Slave-Einheit 102 unter Verwendung der Verbindungen 103 und 104 am ersten Anschluss 106 mit der Master-Steuereinheit 101 verbunden, sondern auch an einer hinteren Slave-Einheit 102''' unter Verwendung der Verbindungen 103'''' und 104 mit einem zweiten Anschluss 106' der Master-Steuereinheit 101.
Die Kommunikationsrahmen, die von dem ersten Anschluss 106 der Master-Steuereinheit 101 über die Verbindung 103 zur vorderen Slave-Einheit 102 gesendet werden, werden die Kette von Slave-Einheiten 108 runter weitergeleitet und durch die Verbindung 103'''' am zweiten Anschluss 106' der Master-Steuereinheit 101 zurück empfangen. Diese empfangenen Kommunikationsrahmen können in der Steuereinheit 101 sofort verarbeitet oder über den zweiten Kommunikationsanschluss 106' unter Verwendung der Verbindung 104 zurückgesendet und über die Verbindung 104'''' in einer Rückschleife zum ersten Anschluss 106 der Master-Steuereinheit 101 zurückgesendet werden. Der die Verbindungen 104–104'''' verwendete Pfad ist eigentlich ein redundanter Pfad.
1d zeigt ein Blockschaltbild eines Systems mit verteilter Steuerung gemäß dem Stand der Technik nach einer Trennung. Die Trennung liegt bei dem Beispiel zwischen den Slave-Einheiten 102' und 102'' vor. Als Folge der Trennung schließen die entsprechenden Slave-Einheiten 102', 102'' die Anschlüsse 111', 110'', die nun geschlossen sind, wie durch die internen Verbindungen 105 bzw. 105' angegeben ist. Dies führt dazu, dass eine erste Unterkette 114 mit den Slave-Einheiten 102, 102' gebildet wird. Ein von dem ersten Kommunikationsanschluss 106 der Master-Steuereinheit 101 über die Verbindung 103 gesendeter Kommunikationsrahmen wird über die interne Verbindung 105 und die Verbindungen 104''' und 104'''' in einer Rückschleife zurück zum ersten Kommunikationsanschluss 106 gesendet. Wenn eine Zustandsänderung an den Anschlüssen 111' und 110'' erfasst wird, signalisieren diese Anschlüsse dies der Master-Steuereinheit 101, die daraufhin die Trennung erfasst.
Nach der Erfassung der Trennung zwischen den Slave-Einheiten 102' und 102'' kann die Master-Steuereinheit 101 den am Eingang des ersten Anschlusses 106 zurückempfangenen Kommunikationsrahmen zum Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses 106' weiterleiten. Der Kommunikationsrahmen wird nun über die Verbindung 104 zur zweiten Unterkette 115 von Slave-Einheiten 102'', 102''' gesendet. Der Rahmen wird zuerst zum intern geschlossenen Anschluss 110'' und anschließend über den Anschluss 111'' und den Anschluss 110''' zu den Slave-Einheiten 102'', 102''' weitergeleitet, wo sie von den entsprechenden Verarbeitungseinheiten 109 verarbeitet werden.
Auf diese Weise ist die Master-Steuereinheit 101 in der Lage, die Trennung zwischen den Einheiten 102' und 102'' zu kompensieren. Es sollte klar sein, dass eine Trennung zwischen den Slave-Einheiten 102 und 102' oder zwischen den Slave-Einheiten 102'' und 102''' in der gleichen Weise behandelt wird. Sogar eine Trennung zwischen der Master-Steuereinheit 101 und der Slave-Einheit 102, d. h. der Verbindung 103, 104'''', kann durch Senden des Kommunikationsrahmens über die Verbindung 104, 104', 104'', 104''' zum ersten Kommunikationsanschluss 110 der Slave-Einheit 102 aufgelöst werden, die aufgrund der Trennung geschlossen ist. Der Kommunikationsrahmen wird anschließend in Vorwärtsrichtung durch die Kette von Slave-Einheiten 108 und schließlich über die Verbindung 103'''' zurück zum Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses 106' der Master-Steuereinheit 101 zurückgesendet.
Eine Trennung in der Verbindung 104, 103'''' zwischen der letzten Slave-Einheit 102''' und der Master-Steuereinheit 101 führt dazu, dass der zweite Kommunikationsanschluss 111''' der letzten Slave-Einheit 102''' geschlossen wird. Anschließend können die Kommunikationsrahmen über den ersten Kommunikationsanschluss 106 der Master-Steuereinheit 101 unter Verwendung der Verbindungen 103 die Kette 102–102''' runter gesendet werden und dann in einer Rückschleife über den geschlossenen Anschluss 111''' der letzten Slave-Einheit 102''' über die Verbindungen 104', 104'', 104''' und 104'''' zurück zum Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses 106 der Master-Steuereinheit 101 gesendet werden. Somit kann jeder Fehler in der Verbindung von Slave-Einheiten mit der Master-Steuereinheit 101 kompensiert werden.
2a zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems mit verteilter Steuerung, bei dem eine zweite Slave-Einheit 201 die beiden Anschlüsse bereitstellt, die zum Verbinden einer Kette von Slave-Einheiten 108 mit der Master-Steuereinheit 101 benötigt werden, wobei folglich nur ein einziger Kommunikationsanschluss 106 erforderlich ist, um die Kommunikation von der Master-Steuereinheit 101 zu den Slave-Einheiten 102–102''' der Kette von Slave-Einheiten 108 durchzuführen.
Die Slave-Einheit 201 ist zwischen der Master-Steuereinheit 101 und der Kette von Slave-Einheiten 108 angeordnet. Die Slave-Einheit 201 weist drei zirkulär intern miteinander verbundene Kommunikationsanschlüsse 210, 211, 212 auf, die in den offenen Zustand versetzt werden. Jeder Kommunikationsanschluss 210, 211, 212 weist wie oben beschrieben einen Eingang und einen Ausgang auf. Folglich ist der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses 210 mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses 211 intern kommunikativ verbunden, der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses 211 mit dem Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 intern kommunikativ verbunden und der Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses 210 intern kommunikativ verbunden.
Die Slave-Einheit 201 ist den Slave-Einheiten 102–102''' ähnlich. Somit kann die Slave-Einheit 201 mehr als drei Kommunikationsanschlüsse aufweisen. Ein Fall mit vier Anschlüssen ist in 2a gezeigt. Solche zusätzliche Kommunikationsanschlüsse 213 können sich in einem geschlossenen Zustand oder in einen offenen Zustand befinden, wenn eine Unterkette von Slave-Einheiten mit einem derartigen Kommunikationsanschluss verbunden ist. Bei dem Beispiel von 2a befindet sich der zusätzliche vierte Kommunikationsanschluss 213 in einem geschlossenen Zustand.
Befehle, die von dem ersten Anschluss 106 der Master-Steuereinheit 101 über die Verbindung 203 gesendet werden, werden von dem Kommunikationsanschluss 210 der Slave-Einheit 201 zum Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses 211 weitergeleitet. Diese Kommunikationsrahmen werden durch die Kette von Slave-Einheiten 108 zur Verbindung 103'''' zum Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 der Slave-Einheit 201 weitergeleitet. Die Rahmen werden dann zum Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses 210 weitergeleitet und zum ersten Kommunikationsanschluss der Master-Steuereinheit 101 zurückgesendet.
Durch das Verbinden der Kette von Slave-Einheiten 108, wie oben beschrieben, wird ausgehend von dem Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 über die Verbindung 104–104'''' zum Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses 211 der Slave-Einheit 201 ein redundanter Pfad gebildet. Da dieser redundante Pfad zirkulär mit sich selbst verbunden ist, werden im normalen Betrieb keine Kommunikationsrahmen durch diesen Pfad gesendet. Jegliche Kommunikation erfolgt durch den primären Pfad 203, 103–103'''', 204.
2b zeigt ein Blockschaltbild des Systems mit verteilter Steuerung gemäß 2a nach einer Trennung. Eine Trennung zwischen den Slave-Einheiten 102', 102'' zum Beispiel führt dazu, dass der entsprechende Ausgangsanschluss 111' und Eingangsanschluss 110'' geschlossen werden, was durch die interne Verbindung 105, 105' angegeben ist. Die von der Master-Steuereinheit 101 von dem ersten Kommunikationsanschluss 106 über die Verbindung 203 gesendeten Kommunikationsrahmen werden über die Verbindungen 103, 103' weitergeleitet und unter Verwendung eines Teils des redundanten Pfads aus 2a in einer Rückschleife über den geschlossenen Kommunikationsanschluss 111' über die Verbindungen 104''', 104'''' zurück zur Slave-Einheit 201 geleitet.
Aufgrund der Konfiguration der Kommunikationsanschlüsse 211 und 212 der Slave-Einheit 201 werden die am Eingang des Kommunikationsanschlusses 211 empfangenen Kommunikationsrahmen zum Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 weitergeleitet und über die Verbindung 104 zum zweiten Teil des redundanten Pfads 104, 104' gesendet und in Vorwärtsrichtung 103''', 103'''' zum Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 und zum Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses 210 in einer Rückschleife zurück zum Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses der Master-Steuereinheit 101 gesendet. Aus 2b kann auch geschlossen werden, dass sogar die Reihenfolge, in der die Slave-Einheiten 102, 102', 102'' und 102''' Kommunikationsrahmen empfangen, die gleiche ist wie in 2a. Wenn eine einzige Trennung in einer Kette von Slave-Einheiten 108 auftritt, wird somit der sichere Betrieb des Systems mit der Master-Steuereinheit 101, der Slave-Einheit 201 und der Kette von Slave-Einheiten 108 aufrechterhalten.
Bei der Ausführung von 2b wird sogar eine Trennung zwischen der vorderen Slave-Einheit 102 und der Slave-Einheit 201 behoben, indem der Anschluss 211 automatisch geschlossen wird und zuerst der Kommunikationsrahmen über die Strecke 104–104''' zum Anschluss 110 der Slave-Einheit 102 weitergeleitet wird, welcher aufgrund der Trennung auch geschlossen wird. Der Kommunikationsrahmen folgt dann der Strecke 103', 103'' (s. 2a), 103''' und 103'''' und zurück zum Eingang des ersten Anschlusses 106 der Master-Steuereinheit 101 über den Anschluss 212, 213 und 210 der Slave-Einheit 201. Ebenso führt eine Trennung am hinteren Ende der Kette bei den Verbindungen 104, 103'''' dazu, dass der zweite Kommunikationsanschluss 212 der Slave-Einheit 201 in den geschlossen Zustand tritt. Der Kommunikationsanschluss 111''' der Slave-Einheit 102''' tritt auch in den geschlossen Kommunikationszustand. Die nun von dem ersten Kommunikationsanschluss 106 über die Verbindungen 203, 103, 103', 103'' (s. 2a), 103''' gesendeten Kommunikationsrahmen werden in einer Rückschleife von dem geschlossenen Kommunikationsanschluss 111''' zum Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses der Master-Steuereinheit 101 über die Verbindungen 104', 104'' (s. 2a), 104''', 104'''', den geschlossenen Kommunikationsanschluss 212, 213 und die Verbindung 204 zurückgesendet.
Da alle Kommunikationsanschlüsse der Slave-Einheit 201 und 102–102''' so angeordnet sind, dass sie in einen geschlossenen Zustand treten, wenn eine Trennung am entsprechenden Kommunikationsanschluss auftritt, wird die Kommunikation zwischen der Master-Steuereinheit 101 und den Slave-Einheiten 102–102''' ohne Eingriff der Master-Steuereinheit 101 aufrechterhalten.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel sollte klar sein, dass die vordere Slave-Einheit 102 mit dem zweiten Kommunikationsanschluss 211 verbunden werden sollte, der nach dem ersten Kommunikationsanschluss 201 offen ist, welcher die Kommunikationsrahmen von der Master-Steuereinheit 101 empfängt, während die hintere Slave-Einheit 102''' aus der Kette von Slave-Einheiten 108 mit dem dritten Kommunikationsanschluss 212 der Slave-Einheit 201 zu verbinden ist.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Kommunikationsanschluss 210, 211 können andere Kommunikationsanschlüsse vorhanden sein. Es ist jedoch erforderlich, dass Kommunikationsrahmen von dem Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses 210 zum Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses 211, Kommunikationsrahmen von dem Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses zum Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 und Kommunikationsrahmen von dem Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses 212 zum Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses 210 weitergeleitet werden.
3a zeigt ein Flussdiagramm einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Slave-Einheiten in einem industriellen System mit verteilter Steuerung können einen Systemtaktgeber zur Synchronisierung von lokalen Anwendungen mit einem Referenztaktgeber, d. h. einer Systemzeit verwenden. Zu diesem Zweck weist jede Slave-Einheit einen lokalen Taktgeber auf, der zunächst unabhängig von dem Referenztaktgeber läuft, mit dem Referenztaktgeber synchronisiert werden kann, durch Messung der Verzögerungen zwischen dem lokalen Taktgeber und dem Referenztaktgeber kompensiert werden kann und einen Taktversatz auf Basis der gemessenen Laufzeitverzögerungen in den entsprechenden Slave-Einheiten anwendet.
Der Verwendung eines verteilten Takts (engl. distributed clock – DC) ist in [2], Kapitel 9, Seite 65–86 veranschaulicht. Die Verarbeitungseinheiten 109–109''', 209 verarbeiten in Übereinstimmung mit dem DC-Betrieb. Das Ziel des DC-Betriebs besteht darin, dass bei allen Slave-Einheiten mit einem lokalen Taktgeber dieser Taktgeber mit dem Referenztaktgeber synchronisiert wird. Zu diesem Zweck muss für den DC-Betrieb die Master-Steuereinheit 101 Laufzeitverzögerungen für zu den Slave-Einheiten 102–102''', 201 gesendete Befehle messen und einen Korrekturwert, d. h. einen Taktversatz zu jedem Slave-Einheit-Taktgeber senden, um die Laufzeitverzögerung zu kompensieren. Das Messen einer Laufzeitverzögerung zu einer Slave-Einheit wird beispielsweise dadurch ausgeführt, dass:

1. die Master-Steuereinheit einen Broadcast-Schreibbefehl zu einem Anschluss sendet;
2. jede Slave-Vorrichtung die Zeit ihres lokalen Taktgebers separat für jede speichert, wenn das erste Bit der Ethernet-Präambel empfangen wurde;
3. der Master alle Zeitstempel liest und die Verzögerungszeiten in Bezug auf die Topologie berechnet. Die Verzögerungszeit zwischen dem Referenztaktgeber und dem individuellen Slave wird in einem Slave-Verzögerungsregister geschrieben.

Mit Bezug auf 2b werden zur Aufrechterhaltung des DC-Betriebs der Slave-Einheiten 102–102''' mit der Master-Steuereinheit 101 in einer Initialisierungsphase die Laufzeitverzögerungen der Kommunikationsrahmen von der Master-Steuereinheit 101 über die Slave-Einheit 201 und die Slave-Einheiten 102–102''' in der Kette von Slave-Einheiten 108 in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung gemessen.
Um die Laufzeitverzögerungen in Vorwärtsrichtung zu messen, wird die hintere Slave-Einheit 102''' von dem dritten Kommunikationsanschluss 212 der Slave-Einheit 201 getrennt 301. Die Trennung 301 kann entweder durch physisches Trennen der hinteren Slave-Einheit 102''' von dem dritten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit 201 oder durch Versetzen des Ausgangsanschlusses 111''' der Slave-Einheit 102''' in den geschlossenen Zustand und Versetzen des dritten Kommunikationsanschluss 212 in den geschlossenen Zustand erfolgen. Anschließend werden die Laufzeitverzögerungen in den entsprechenden Slave-Einheiten 102–102''' gemessen 302. Die Ergebnisse der Messungen in Vorwärtsrichtung werden in einem Datenspeicher 402 für die Master-Steuereinheit 101 gespeichert 307. Ausgehend von diesen Ergebnissen können für den DC-Betrieb erforderliche Taktversätze in Vorwärtsrichtung berechnet werden. Um zum normalen Betrieb des Systems zurückzukehren, wird die hintere erste Slave-Einheit 102''' mit dem dritten Anschluss 212 der Slave-Einheit 201 erneut verbunden 303.
Um die Laufzeitverzögerungen über den redundanten Pfad in Rückwärtsrichtung zu messen, wird die vordere Slave-Einheit 102 von dem zweiten Kommunikationsanschluss 211 der Slave-Einheit 201 getrennt 304. Die Trennung 304 kann entweder durch physisches Trennen der vorderen Slave-Einheit 102 von dem zweiten Kommunikationsanschluss der zweiten Slave-Einheit 201 oder durch Versetzen des Eingangsanschlusses 110 der Slave-Einheit 102 in den geschlossenen Zustand und Versetzen des zweiten Kommunikationsanschlusses 211 in den geschlossenen Zustand erfolgen. Die Laufzeitverzögerungen können nun durch Senden von Kommunikationsrahmen über den redundanten Pfad 104, 104', 104'', 104''' gemessen werden 305, welche über den Pfad 103', 103'', 103''', 103'''' in einer Rückschleife am Kommunikationsanschluss 110 der Slave-Einheit 102 und zum Eingang des Kommunikationsanschlusses 106 der Slave-Einheit 101 zurückgesendet werden.
Die Ergebnisse der Messungen über den redundanten Pfad werden im Datenspeicher 402 der Master-Steuereinheit 101 gespeichert 307. Ausgehend von diesen Ergebnissen können für den DC-Betrieb erforderliche Taktversätze in Vorwärtsrichtung berechnet werden, jedoch über den redundanten Pfad. Um zum normalen Betrieb des Systems zurückzukehren, wird die vordere erste Slave-Einheit 102 mit dem zweiten Anschluss 211 der Slave-Einheit 201 erneut verbunden 306.
3b zeigt ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform. Eine Trennung zwischen den beiden Slave-Einheiten in der Kette von Slave-Einheiten 108 führt dazu, dass die Kommunikationsanschlüsse der Slave-Einheiten, die an die Trennung angrenzen, geschlossen werden. Diese Zustandsänderung des Anschlusses wird zusammen mit seiner Identität durch jede entsprechende Slave-Einheit zurück zur Master-Steuereinheit 101 kommuniziert. Die Trennung wird dadurch erfasst 308. Durch die Identifizierung der Slave-Einheiten und der entsprechenden Anschlüsse mit einer Statusänderung wird die Position der Trennung durch die Master-Steuereinheit 101 bestimmt 309. Die Master-Steuereinheit 101 berechnet 310 Taktversätze ausgehend von den zuvor gemessenen und gespeicherten Laufzeitverzögerungen der entsprechenden Slave-Einheiten in den Unterketten 214, 215, die aufgrund der Trennung entstehen. Nach der Erfassung 308 der Trennung und der Identifizierung 309 der betroffenen Slave-Einheiten berechnet 310 die Master-Steuereinheit 101 die Taktversätze für jede Slave-Einheit 102–102''' in Abhängigkeit von der Position der Trennung, d. h. von der Konfiguration der Unterketten 214, 215, und lädt 311 die entsprechenden Taktversätze in die Slave-Einheiten der Unterketten 214, 215. Dies ermöglicht den kontinuierlichen DC-Betrieb der entsprechenden Slave-Taktgeber in den entsprechenden Slave-Einheiten.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer in dem oben beschriebenen Verfahren und System verwendeten Master-Steuereinheit. Die Master-Steuereinheit 101 weist eine Verarbeitungseinheit 401 auf, die dazu angeordnet ist, unter Verwendung der Slave-Einheiten 201, 102–102''' wie oben beschrieben zumindest Daten zu erfassen, Daten auszugeben und Funktionen zu steuern oder zu regeln. Die Master-Steuereinheit 101 weist mindestens einen Kommunikationsanschluss 106, 106' auf, um unter Verwendung von Kommunikationsrahmen Befehle zu den mit dem Kommunikationsanschluss 106, 106' verbundenen Slave-Einheiten 201, 102–102''' zu senden und von diesen Daten zurückzuerhalten. Die Master-Steuereinheit 101 kann ferner weitere Kommunikationsanschlüsse (in 4 nicht gezeigt) aufweisen, um Daten und/oder Befehle oder Anweisungen von den Steuerungssystemkomponenten auf einer höheren Aggregationsebene auszutauschen. Der Master-Steuereinheit 101 steht ferner ein Datenspeicher 402 zur Verfügung, um über einen redundanten Pfad einer Kette von Slave-Einheiten 108 gemessene Laufzeitverzögerungen in Vorwärtsrichtung der Kette von Slave-Einheiten 108 zu speichern. Der Datenspeicher 402 kann wie in 4 gezeigt in der Master-Steuereinheit 101 eingebaut sein. Alternativ kann der Datenspeicher 402 ein separates Modul im System 200 oder in einem anderen Modul integriert sein. Die Master-Steuereinheit 101 kann mit ausführbaren Anweisungen programmiert werden, um dazu zu führen, dass die Verarbeitungseinheit 401 bestimmte Steuerungsaufgaben ausführt.
Literaturangaben:

[1] EtherCAT Introduction, EtherCAT Technology Group (ETG), http://www.ethercat.org/pdf/english/EtherCAT_Introduction_EN.pdf
[2] EtherCAT Slave Controller ESC Dataenblatt Abschnitt 1, Version 2.1 vom 01.03.2013, Beckhoff, http://download.beckhoff.com/download/Document/EtherCAT/Development_products/EtherCAT_ESC_Datasheet_Sec1_Technology_2i1.pdf

Claims

Verfahren zum Verbinden mehrerer erster Slave-Einheiten (102, 102', 102'', 102''') in einem System mit verteilter Steuerung (200), wobei das System Folgendes aufweist: – eine Master-Steuereinheit (101); – mehrere erste Slave-Einheiten (102, 102', 102'', 102'''), wobei jede erste Slave-Einheit einen ersten Kommunikationsanschluss (110–110''') und einen zweiten Kommunikationsanschluss (111–111''') aufweist, jeder Kommunikationsanschluss (110–110''', 111–111''') einen Eingang und einen Ausgang aufweist und bei jeder ersten Slave-Einheit der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses und der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses verbunden ist, – eine zweite Slave-Einheit (201), die einen ersten Kommunikationsanschluss (210), einen zweiten Kommunikationsanschluss (211) und einen dritten Kommunikationsanschluss (212) aufweist, bei der jeder Kommunikationsanschluss (210, 211, 212) einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses (210) intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses (211) verbunden ist, der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses (211) intern kommunikativ mit dem Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses (212) verbunden ist und der Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses (212) intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses (210) verbunden ist; wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Bilden einer Kette von ersten Slave-Einheiten (108) ausgehend von den mehreren ersten Slave-Einheiten (102, 102', 102'', 102'''); – kommunikatives Verbinden (203, 204) der Master-Steuereinheit (101) mit dem ersten Kommunikationsanschluss (210) der zweiten Slave-Einheit (201); – kommunikatives Verbinden des ersten Kommunikationsanschlusses (110) einer vorderen ersten Slave-Einheit (102) aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) mit dem zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner Folgendes umfasst: – kommunikatives Verbinden des zweiten Kommunikationsanschlusses (111''') der hinteren Slave-Einheit (102''') aus der Kette (108) mit dem dritten Kommunikationsanschluss (212) der zweiten Slave-Einheit (201).
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: – Trennen (301) der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) von der zweiten Slave-Einheit (201); – Messen (302) für jede Slave-Einheit (102–102''') in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) einer ersten Laufzeitverzögerung über den zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201); – Speichern (307) der ersten Laufzeitverzögerungen in einem Datenspeicher (402).
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Trennen (301) der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) von der zweiten Slave-Einheit (201) Folgendes umfasst: – Schließen des zweiten Kommunikationsanschlusses (111''') der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108); – Schließen des dritten Kommunikationsanschlusses (212) der zweiten Slave-Einheit (201).
Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, das ferner Folgendes umfasst: – Trennen (304) der vorderen ersten Slave-Einheit (102) aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) von der zweiten Slave-Einheit (201); – Messen (305) für jede Slave-Einheit (102–102''') in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) einer zweiten Laufzeitverzögerung über den dritten Kommunikationsanschluss (212) der zweiten Slave-Einheit (201); – Speichern (307) der zweiten Laufzeitverzögerungen für jede erste Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) in einem Datenspeicher (402).
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Trennen der vorderen ersten Slave-Einheit (102) aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) von der zweiten Slave-Einheit (201) Folgendes umfasst: – Schließen des ersten Kommunikationsanschlusses (110) der vorderen ersten Slave-Einheit (102) aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108); und – Schließen des zweiten Kommunikationsanschlusses (211) der zweiten Slave-Einheit (201).
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Folgendes umfasst: – Erfassen (308) einer Trennung einer der ersten Slave-Einheiten (102', 102'') in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108); – Bestimmen (309) einer Position der Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) anhand einer erfassten Trennung einer der ersten Slave-Einheiten (102, 102'''); – Berechnen (310) von Taktversätzen für jede erste Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) in Abhängigkeit von der bestimmten Position und der gespeicherten ersten und zweiten Laufzeitverzögerungen; und – Laden (311) der berechneten Taktversätze in jede entsprechende Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108).
System mit verteilter Steuerung (200), mit: – einer Master-Steuereinheit (101); – mehreren ersten Slave-Einheiten (102, 102', 102'', 102'''), wobei jede erste Slave-Einheit einen ersten Kommunikationsanschluss (110–110''') und einen zweiten Kommunikationsanschluss (111–111''') aufweist, jeder Kommunikationsanschluss einen Eingang und einen Ausgang aufweist, bei jeder ersten Slave-Einheit der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschluss und der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses verbunden ist und die mehreren ersten Slave-Einheiten (102, 102', 102'', 102''') in einer Kette von ersten Slave-Einheiten (108) kommunikativ verbunden sind; – einer zweiten Slave-Einheit (201), die einen ersten Kommunikationsanschluss (210), einen zweiten Kommunikationsanschluss (211) und einen dritten Kommunikationsanschluss (212) aufweist, bei der jeder Kommunikationsanschluss (210, 211, 212) einen Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei der Eingang des ersten Kommunikationsanschlusses (210) intern kommunikativ mit dem Ausgang des zweiten Kommunikationsanschlusses (211) verbunden ist, der Eingang des zweiten Kommunikationsanschlusses (211) intern kommunikativ mit dem Ausgang des dritten Kommunikationsanschlusses (212) verbunden ist und der Eingang des dritten Kommunikationsanschlusses (212) intern kommunikativ mit dem Ausgang des ersten Kommunikationsanschlusses (210) verbunden ist; – wobei die Master-Steuereinheit (101) mit dem ersten Kommunikationsanschluss (210) der zweiten Slave-Einheit (201) kommunikativ verbunden (203, 204) ist; – wobei der erste Kommunikationsanschluss (110) der vorderen Slave-Einheit (102) aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) kommunikativ mit dem zweiten Kommunikationsanschluss (111) der zweiten Slave-Einheit (201) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass – der zweite Kommunikationsanschluss (111''') der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) kommunikativ mit dem dritten Kommunikationsanschluss (212) der zweiten Slave-Einheit (201) verbunden ist.
System nach Anspruch 7, wobei die Master-Steuereinheit (101) dazu angeordnet ist: – erste Laufzeitverzögerungen jeder Slave-Einheit (102–102''') in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) über den zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201) zu messen, wobei die Kette von ersten Slave-Einheiten (108) an der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') von der zweiten Slave-Einheit (201) getrennt wird; und – die ersten Laufzeitverzögerungen in einem Datenspeicher (402) zu speichern.
System nach Anspruch 8, wobei die Master-Steuereinheit (101) ferner dazu angeordnet ist: – den zweiten Kommunikationsanschluss (111''') der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) zu schließen; und – den dritten Kommunikationsanschluss (212) der zweiten Slave-Einheit (201) zu schließen.
System nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Master-Steuereinheit (101) ferner dazu angeordnet ist, – zweite Laufzeitverzögerungen jeder Slave-Einheit (102–102''') in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) über den dritten Kommunikationsanschluss (212) der zweiten Slave-Einheit (201) zu messen, wobei die Kette von ersten Slave-Einheiten (108) an der vorderen ersten Slave-Einheit (102) von dem zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201) getrennt wird, – wobei die Master-Steuereinheit (101) ferner dazu angeordnet ist, die zweiten Laufzeitverzögerungen für jede erste Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) im Datenspeicher (402) zu speichern.
System nach Anspruch 10, wobei die Master-Steuereinheit (101) ferner dazu angeordnet ist: – den ersten Kommunikationsanschluss (110) der vorderen ersten Slave-Einheit (102) aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) zu schließen; und – den zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201) zu schließen.
System nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei dem: – jede der ersten Slave-Einheiten (102–102''') ferner dazu angeordnet ist, eine Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) zu erfassen; – die Master-Steuereinheit (101) dazu angeordnet ist, eine Position der Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) anhand einer erfassten Trennung einer der ersten Slave-Einheiten (102–102''') zu bestimmen; – die Master-Steuereinheit (101) ferner dazu angeordnet ist, Taktversätze für jede erste Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) in Abhängigkeit von der bestimmten Position und der gespeicherten ersten und zweiten Laufzeitverzögerungen zu berechnen und die berechneten Taktversätze in jede entsprechende Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) zu laden.
Master-Steuereinheit (101) für ein System mit verteilter Steuerung nach Anspruch 7, mit einer Verarbeitungseinheit (401) und mindestens einem Kommunikationsanschluss (106, 106') für die Verbindung mit mindestens einer Slave-Einheit (201, 102–102'''), bei der die Verarbeitungseinheit (401) kommunikativ mit dem mindestens einen Kommunikationsanschluss (106, 106') verbunden ist, wobei die Master-Steuereinheit (101) dazu angeordnet ist: – erste Laufzeitverzögerungen jeder Slave-Einheit (102–102''') in einer Kette von ersten Slave-Einheiten (108) über den zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201) zu messen, wobei die Kette von ersten Slave-Einheiten (108) an der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') von der zweiten Slave-Einheit (201) getrennt wird; und – die ersten Laufzeitverzögerungen in einem Datenspeicher (402) zu speichern.
Master-Steuereinheit (101), in der der Datenspeicher (402) eingebaut ist.
Master-Steuereinheit (101) nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, die ferner dazu angeordnet ist: – den zweiten Kommunikationsanschluss (111''') der hinteren ersten Slave-Einheit (102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) zu schließen; und – den dritten Kommunikationsanschluss (212) der zweiten Slave-Einheit (201) zu schließen.
Master-Steuereinheit (101) nach Anspruch 15, die ferner dazu angeordnet ist: – zweite Laufzeitverzögerungen jeder Slave-Einheit (102–102''') in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) über den dritten Kommunikationsanschluss (212) der zweiten Slave-Einheit (201) zu messen, wobei die Kette von ersten Slave-Einheiten (108) an der vorderen ersten Slave-Einheit (102) von dem zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201) getrennt wird, – die zweiten Laufzeitverzögerungen für jede erste Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) im Datenspeicher (402) zu speichern.
Master-Steuereinheit (101) nach Anspruch 16, die ferner dazu angeordnet ist: – den ersten Kommunikationsanschluss (110) der vorderen ersten Slave-Einheit (102) aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) zu schließen; und – den zweiten Kommunikationsanschluss (211) der zweiten Slave-Einheit (201) zu schließen.
Master-Steuereinheit (101) nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, die ferner dazu angeordnet ist: – eine Position einer Trennung in der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) anhand einer erfassten Trennung einer der ersten Slave-Einheiten (102–102''') zu bestimmen; – Taktversätze für jede erste Slave-Einheit (102–102''') aus einer Kette von ersten Slave-Einheiten (108) in Abhängigkeit von der bestimmten Position und der gespeicherten ersten und zweiten Laufzeitverzögerungen zu berechnen und die berechneten Taktversätze in jede entsprechende Slave-Einheit (102–102''') aus der Kette von ersten Slave-Einheiten (108) zu laden.