DE10206904A1

DE10206904A1 - Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem mit Unterdrücken der zyklischen Kommunikation nach Äquidistanzverletzung

Info

Publication number: DE10206904A1
Application number: DE2002106904
Authority: DE
Inventors: Michael Zeitler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-09-04

Abstract

Bei einer Kommunikation über PROFIBUS-DP wird eine Verletzung der Äquidistanz bei Störungen von azyklischen Telegrammen bewusst für genau einen DP-Zyklus zugelassen (mit einmaligem Ausfall von Takt oder Nutzdaten muss der Master oder der Slave ohnehin klarkommen). Damit sich die Störung aber nicht auf den zweiten (oder weitere) Folgezyklen fortpflanzt, werden im ersten Folgezyklus alle weiteren Telegramme unterdrückt (nur aktive Pause am Bus). Damit kann der zweite Folgezyklus - wie gewünscht - synchron gestartet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem, insbesondere einem Feldbussystem, mit einer Busmastereinheit und mindestens einer Slaveeinheit, wobei die Busmastereinheit zur Ansteuerung jeder Slaveeinheit zyklisch und zeitlich äquidistant jeweilige Befehlstelegramme aussendet, aus denen die jeweilige Slaveeinheit Synchronisationssignale zur Synchronisation auf die Busmastereinheit ableitet, worauf von der Busmastereinheit pro Zyklus im Rahmen einer vorgegebenen Zeitschwelle weitere zyklische und daran anschließend azyklische Telegramme mit Kommunikationsinformationen ausgesendet werden, sowie auf ein korrespondierendes verteiltes Steuerungssystem.

Derartige Kommunikationsverfahren und die korrespondierenden Kommunikationseinheiten sind allgemein bekannt. Sie werden unter anderem in Feldbussystemen wie z. B. dem PROFIBUS eingesetzt. Die Bezeichnung Profibus steht als Abkürzung für "Process Field Bus" und beschreibt einen industriell eingesetzten Feldbus zur Datenübertragung, der in DIN 19245 Teil 1 und 2 und als EN 50170 genormt ist. Als Übertragungsmedium werden entweder eine geschirmte Zweidrahtleitung oder eine Glasfaser verwendet. Die maximale Leitungslänge hängt dabei von der gewählten Übertragungsrate ab, kann aber auch durch Repeater bis auf max. 4,8 km verlängert werden. Um Echtzeitverhalten zu erreichen, dürfen max. 32 aktive Stationen an den Bus angeschlossen werden, ansonsten bis zu 122 Stationen (inkl. Repeater).

Solche Feldbussyteme wie der Profibus sind verteilte Steuerungssysteme, die in der Regel eine Sendeeinheit (Kopfbaugruppe, Busmaster) und eine Vielzahl von Empfangseinheiten (Slaves) aufweisen. Die Ansteuerung der einzelnen Slavebaugruppen geschieht in der Regel dadurch, dass die Sendeeinheit den Empfangseinheiten ein Befehlstelegramm übermittelt. Bei Empfang des Befehlstelegramms geben die Empfangseinheiten Sollwerte an eine gesteuerte technische Anlage aus, die ihnen zuvor von der Sendeeinheit übermittelt worden sind. Gleichzeitig lesen sie Istwerte von der gesteuerten technischen Anlage ein, welche sie nachfolgend an die Sendeeinheit übermitteln. Die Sendeeinheit errechnet dann neue Sollwerte, die sie den einzelnen Empfangseinheiten übermittelt, so dass diese für das nächste Befehlstelegramm bereit sind.

Die Befehlstelegramme werden von der Sendeeinheit zeitlich äquidistant gesendet. Aus den Befehlstelegrammen sind daher Synchronisationssignale ableitbar, mittels derer die Empfangseinheiten mit der Sendeeinheit synchronisierbar sind.

Auf der Schicht 1 des OSI-Referenzmodells wird dabei NRZ als Modulationsverfahren eingesetzt. Auf der Schicht 2 wird ein Token-Protokoll zwischen den aktiven Stationen (Steuerungselemente) angewendet, wobei eine max. Token-Umlaufzeit um den logischen Ring der aktiven Elemente zur Erzielung eines vorhersagbaren Echtzeitverhaltens nicht überschritten werden darf. Eine Station mit Token misst von Token zu Token die aktuelle Umlaufzeit und darf dann so lange senden, bis die max. zulässige Token-Umlaufzeit erreicht ist. Auf jeden Fall darf sie aber eine hochpriore Nachricht absetzen, d. h. die zu sendenden Nachrichten sind vor dem Senden entsprechend in zwei Klassen zu priorisieren (hoch und normal).

Eine aktive Station, die das Token erhalten hat, darf mit allen anderen passiven Stationen (Aktorik und Sensorik) kommunizieren. Die Datenübertragung erfolgt bitorientiert in Paketen zu je 11 Bit (8 Nutzdatenbit, 3 Steuerbit), von denen mehrere Pakete (bis zu 249) je Übertragung hintereinander gesendet werden können.

Wegen des hohen Overheads für einzelne Anwendungen wurden verschiedene Versionen des Profibus entwickelt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vor allem der Profibus-DP (Dezentrale Peripherie) von Interesse, der seit 1993 als DIN 19245 Teil 3 in Deutschland genormt ist. Er eignet sich insbesondere für zeitkritische Anwendungen.

In der Praxis verbleibt zwischen dem Übermitteln der eingelesenen Istwerte an die Sendeeinheit und dem Übermitteln der Sollwerte an die Empfangseinheiten einerseits und dem Übermitteln des nächsten Befehlstelegramms andererseits ein zeitlicher Spielraum. Dieser wird in der Regel für sogenannte azyklische Telegramme genutzt. Hierbei kann es geschehen, dass aufgrund von Verzögerungen durch die azyklischen Telegramme einzelne Befehlstelegramme verspätet gesendet werden. Der Empfang derart verspätet gesendeter Befehlstelegramme bewirkt eine fehlerhafte Nachsynchronisation der Empfangseinheiten. Bei vielen Anwendungen ist diese fehlerhafte Nachsynchronisation unkritisch. Bei besonders zeitkritischen Anwendungen hingegen, insbesondere bei der Kopplung interpolierender Antriebsachsen, ist eine derartige fehlerhafte Nachsynchronisation jedoch nicht tolerierbar.

Im Folgenden sollen zunächst einige prinzipielle Erläuterungen zum Isochronen Profibus gegeben werden, die für das Verständnis der Erfindung von Bedeutung sind.

Beim Isochronen Profibus werden die Telegramme in einer bestimmten Reihenfolge übertragen. Eine Verbindung ist deshalb isochron, weil in einem Zeitschlitz-Zugriffs-System Zeitschlitze bzw. Slots für jeden DP-Zyklus die gleiche Zeitdauer haben und durch ein Global Control Telegram begonnen werden. Diese Zeiten können ganzzahlige Vielfache einer vorgeschriebenen unteren Grenze bis hin zu einer oberen Grenze sein. Dadurch können die Slots von ihrer festen Idealposition im Zeitraster in engen Grenzen abweichen. Dies erlaubt in einem Übertragungssystem in bestimmten Grenzen eine Flexibilität für burstartig auftretende Last und gleichzeitig für Echtzeitdienste mit Anforderungen an Mindestbandbreite und Delay.

Den Beginn eines jeden DP-Zyklus "DP-Cycle" stellt ein in äquidistanten Zeitabschnitten gesendetes Synchronisiertelegram (Äquidistanz Global-Control, nachfolgend mit GC abgekürzt) dar. Dieses Telegramm dient zur zeitlichen Synchronisation eines DP-Äquidistanzmasters "DP-Master" mit den Äquidistanz- Slaves "DP-Slave". Auf dieses "Äquidistanz-GC" folgen zunächst die Telegramme 1. . .8, die zur zyklischen Kommunikation gehören (insbesondere die Data-Exchange-Telegramme, aber auch Diagnose-/Cfg-/Prm-Telegramme).

Danach folgen noch - solange eine projektierte Zeitschwelle noch nicht überschritten ist - ein oder mehrere azyklische Telegramme C1 und C2 (MSAC1- oder MSAC2-Kommunikation), danach die Tokenweitergabe, und das Warten auf den Beginn des nächsten Zyklus DP-Cycle.

Wichtig ist dabei, dass die Übertragung der Nutzdaten (Data- Exchange) zu den einzelnen Slaves auch wirklich vor einem Zeitpunkt T_M (dort beginnt der Master in jedem DP-Zyklus die Empfangsdaten vom Slave auszuwerten) und vor einem Zeitpunkt T_O (dort beginnt der Slave in jedem DP-Zyklus die Sendedaten des Masters auszuwerten) stattgefunden hat. Würden die Nutzdaten erst nach diesem Zeitpunkt transportiert, können sie vom Master bzw. vom Slave nicht mehr ausgewertet werden, da dieser dann bereits eine Berechnung mit Ersatzwerten gestartet hat.

Die Darstellung gemäß der Fig. 1 stellt den voranstehend geschilderten beim isochronen Profibus verwendeten Ablauf schematisch für einen DP-Master und einen DP-Slave über drei Zyklen DP-Cycle dar:
Die Telegramme 1 bis 8 kennzeichnen die zyklischen Telegramme an die acht DP-Slaves. C1/C2 bezeichnet ein MSAC1/MSAC2 Telegram an einen der Slaves, und GC das Äquidistanz-GC, das den Beginn eines neuen DP-Zyklus DP-Cycle anzeigt. T_M bezeichnet den Zeitpunkt in jedem DP-Zyklus zur Auswertung der Empfangsdaten vom Slave durch den Master, während T_O den entsprechenden Zeitpunkt in jedem DP-Zyklus zum Einlesen der Eingangsdaten für den nächsten DP-Zyklus angibt. Auf Seiten eines DP- Master sind als anfallende Nutzdaten Servodaten "Servo", Interpolatordaten IPO und weitere Echtzeitdaten RT angegeben.

Im Rahmen der Erfindung soll nun - selbst bei Störungen am Bus - eine unzulässige Verlängerung des isochronen Buszyklusses verhindert werden. Dieser könnte sonst zu Verlust der Synchronität zwischen Master und Slave (z. B. Steuerung und Antrieb), mehrfachem Nutzdatenausfall, bis hin zu Stillsetzung des Antriebs führen (hier speziell wenn durch Störungen am Bus azyklische Telegramme mehrfach wiederholt werden).

Eine konkrete Lösung für dieses Problem ist bisher nicht bekannt geworden. Zunächst wären jedoch folgende Möglichkeiten zur Lösung dieses Problems vorstellbar:

- Unterdrücken von Telegrammwiederholungen von azyklischen Telegrammen im aktuellen Zyklus (wie dies für zyklische Telegramme angedacht ist), d. h. das Wiederholungs-Telegram wird erst im nächsten Zyklus erneut gesendet.
Dies wäre zwar eine elegante Lösung aufgrund der geringen Belastung der Zykluszeit, dadurch geringe Totzeiten für die Regelung und maximale Anzahl zyklische Teilnehmer bei vorgegebener Äquidistanzzeit. Aber die Lösung ist protokolltechnisch nicht realisierbar (sie führt aus Slavesicht zu Verletzung der DP-V1 Statemachine, mit der Folge von Verbindungsabbruch selbst im zyklischen Teil, bzw. zu Telegrammverdopplung und Kommunikationsfehlern im MSAC1 und MSAC2 Teil).
- Einrechnen von bis zu vier Telegrammwiederholungen von azyklischen Telegrammen bei der Berechnung der Äquidistanzzeit

Dies wäre die einfachste Lösung (am prinzipiellen Ablauf wird nichts geändert, nur die Projektierung erfolgt nach anderen Kriterien), aber diese Lösung bringt die größten Beeinträchtigungen für den Anwender (Vergrößerung der Äquidistanzzeit und damit der regelungstechnischen Totzeit; d. h. Verlust an Reglungsqualität bzw. Dynamik der Maschine; schlechte Ausnutzung des Busses d. h. es wird Zeit für die azyklische Telegrammwiederholungen berücksichtigt, die aber nur im Störungsfall sinnvoll verwendet wird, in der Regel wird diese Zeit mit Aktive-Pause-Telegrammen verschwendet).

Eine Verletzung der Äquidistanz kann also durch Vergrößerung der projektierten Äquidistanzzeit verhindert werden, dafür sinkt aber z. B. die Regelqualität (Erhöhung der Totzeiten der Strecke). Kleine Äquidistanzzeit (z. B. 1 ms bei 6-8 Achsen) und azyklische Kommunikation schließen sich heute im Prinzip gegenseitig aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lösung dieses Problems zu finden, die die Nachteile der voranstehend angedachten Maßnahmen vermeidet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das eingangs beschriebene Verfahren dadurch weitergebildet wird, dass im Fall der Verletzung der Äquidistanz alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus unterdrückt werden.

Eine Synchronität lässt sich dann einfach aufrechterhalten, wenn nach der Unterdrückung weiterer Telegramme im ersten Folgezyklus der zweite Folgezyklus wieder synchron gestartet wird.

Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer oder azyklischer Telegramme auf Seite der Slaveeinheit fehlende Informationen durch Ersatzwerte ergänzt werden.

Dies gelingt besonders gut, indem jede Slaveeinheit einen zugeordneten Zeitgeber aufweist, der durch empfangene Synchronisationssignale getaktet wird und der im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer oder azyklischer Telegramme die Slaveeinheit mit der gerade aktuellen Taktfrequenz steuert.

Besonders effektiv ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn nur im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von azyklischen Telegrammen alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus unterdrückt werden.

Im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von zyklischen Telegrammen in dem aktuellen Zyklus entfallen dann anschließende azyklische Telegramme und das gestörte zyklische Telegramm in dem aktuellen Zyklus kann erneut ausgesendet werden. Alternativ dazu kann das gestörte zyklische Telegramm auch in dem ersten Folgezyklus erneut ausgesendet werden.

Ferner wird die Aufgabe der Erfindung durch ein verteiltes Steuerungssystem gelöst, insbesondere durch ein Feldbussystem, mit einer Busmastereinheit und mindestens einer Slaveeinheit, wobei durch die Busmastereinheit zur Ansteuerung jeder Slaveeinheit zyklisch und zeitlich äquidistant jeweilige Befehlstelegramme aussendbar sind, aus denen durch die jeweilige Slaveeinheit Synchronisationssignale zur Synchronisation auf die Busmastereinheit ableitbar sind, wobei von der Busmastereinheit pro Zyklus im Rahmen einer vorgegebenen Zeitschwelle weitere zyklische und daran anschließend azyklische Telegramme mit Kommunikationsinformationen aussendbar sind, indem im Fall der Verletzung der Äquidistanz durch die Busmastereinheit alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus unterdrückbar sind.

Auch hierbei ist dann durch die Busmastereinheit nach der Unterdrückung weiterer Telegramme im ersten Folgezyklus der zweite Folgezyklus einfach synchron startbar.

Dabei hat es sich ebenfalls als günstig herausgestellt, wenn durch die Slaveeinheit im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer oder azyklischer Telegramme fehlende Informationen durch Ersatzwerte ergänzbar sind.

Dazu besitzt jede Slaveeinheit vorteilhafterweise einen zugeordneten Zeitgeber, der durch empfangene Synchronisationssignale taktbar ist und der im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer oder azyklischer Telegramme die Slaveeinheit mit der gerade aktuellen Taktfrequenz steuert.

Die Busmastereinheit ist vorzugsweise so ausgebildet, dass durch sie nur im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von azyklischen Telegrammen alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus unterdrückt werden.

Damit wird es ermöglicht, dass durch die Busmastereinheit im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von zyklischen Telegrammen in dem aktuellen Zyklus anschließende azyklische Telegramme unterdrückbar sind und das gestörte zyklische Telegramm in dem aktuellen Zyklus erneut aussendbar ist. Alternativ ist das gestörte zyklische Telegramm auch erst in dem ersten Folgezyklus erneut aussendbar.

Kern der Erfindung ist somit, dass die Verletzung der Äquidistanz (vor allem bei Störungen von azyklischen Telegrammen) bewusst für genau einen DP-Zyklus zugelassen wird. Dies ist nicht von Nachteil, weil der Master oder der Slave mit einmaligem Ausfall von Takt oder Nutzdaten ohnehin klarkommen muss.

Damit sich die Störung aber nicht auf den zweiten (oder weitere) Folgezyklen fortpflanzt, werden im ersten Folgezyklus alle weiteren Telegramme unterdrückt (nur aktive Pause am Bus). Damit kann der zweite Folgezyklus - wie gewünscht - synchron gestartet werden.

Daraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. So kann bei vorgegebener Äquidistanzzeit die maximale Anzahl von betreibbaren DP-Slaves betrieben werden. Bei einer Anwendung auf dezentral gesteuerte Antriebe als Slaves ist die Anzahl der Achsen bei einer vorgegebenen Äquidistanzzeit ein wichtiges Maß für den Vergleich mit anderen Bussystemen, bzw. bei der Auswahl des DP-Masters). Im Prinzip sind damit erst kleine Äquidistanzzeiten und azyklische Kommunikation möglich.

Hinzu kommt der Vorteil eines kompatiblen Verhaltens zu bisherigen PROFIBUS-DP-Konzepten, d. h. an solch einem Bus lassen sich auch Nicht-Äquidistanz-Slaves ohne Probleme mitbetreiben.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungen und in Verbindung mit den weiteren Figuren. Es zeigt jeweils in Prinzipdarstellung:
Fig. 1 ein Timingmodell eines äqudistanten Zyklus für einen DP-Master und einen DP_Slave im ungestörten Betrieb,
Fig. 2 ein vergleichbares Timingmodell eines äqudistanten Zyklus für einen DP-Master und einen DP_Slave bei einer Störung im zyklischen Betrieb,
Fig. 3 ein vergleichbares Timingmodell eines äqudistanten Zyklus für einen DP-Master und einen DP_Slave bei einer Störung im azyklischen Betrieb mit den dabei auftretenden herkömmlichen Problemen und
Fig. 4 ein vergleichbares Timingmodell eines äqudistanten Zyklus für einen DP-Master und einen DP_Slave gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer Störung im azyklischen Betrieb.
Die Darstellung gemäß der Fig. 1 wurde bereits eingangs erläutert. Die übrigen Fig. 2 bis 4 bauen auf der Fig. 1 auf und verwenden im wesentlichen die gleiche Terminologie.
Nachdem der ungestörte Betrieb bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläutert worden ist, sollen nun im Folgenden mögliche Störungen und deren Folgen detailliert geschildert werden.
Einmaliges Ausbleiben oder verspätetes Eintreffen von Nutzdaten wird vom Master oder Slave erkannt, und toleriert - in diesem Fall wird mit Ersatzwerten gerechnet. Fehlen aber z. B. bei einem Slave mehrmals hintereinander die Nutzdaten, erkennt dies der Slave als schweren Fehler, und reagiert dementsprechend darauf. Ein Antriebs-Slave würde z. B. an der Stromgrenze (d. h. mit maximalem Motormoment) abbremsen, und den Antrieb hinterher mit Störung stillsetzen.
Für das Äquidistanz-GC gilt ähnliches: bleibt es einmal aus, so bleibt der Slave über seinen internen Zeitgeber (z. B. eine phasenverriegelte Schleife PLL) voll funktionsfähig. Bleiben nacheinander eine gewisse Anzahl GC's aus, bedeutet dies für den Slave Verlust der Synchronität zum Master, und er reagiert ihn gleicher Weise wie bei mehrmaligem Ausfall von Nutzdaten.
In einem Zyklus können nun zum einen während der Übertragung eines zyklischen Telegrammes Störungen auftreten. Entweder werden nur die transportierten Daten verfälscht, oder es bleibt die Antwort des Slaves komplett aus, so dass ein Time- out auftritt und die Sequenz länger dauert wie geplant. In jedem Falle muss zusätzlich die fehlerhafte Telegrammsequenz in diesem oder im nächsten Zyklus wiederholt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine solche Störung im zyklischen Teil der Kommunikation. Eine Störung während Data-Exchange 6 führt dazu, dass sich die Telegrammsequenz verlängert und deutlich mehr Zeit benötigt als sonst. Dadurch erfolgt die nachfolgende Data-Exchange 8 Sequenz zu spät, d. h. erst nach T_M und auch nach T_O. Die hier erst transportierten Daten können nicht mehr berücksichtigt werden, da sowohl Master als auch Slave bereits mit Ersatzwerten zu rechnen begonnen haben. Tritt dieser Fall nur vereinzelt auf, ist dies aber unkritisch, er muss von den Teilnehmern beherrscht werden.
Würde im obigen Beispiel nach Ende der zyklischen Übertragung jetzt noch ein langes azyklisches Telegram C1/C2 übertragen, würde dies zu einer Verletzung der Äquidistanz führen, d. h. das Senden dieses azyklischen Telegrammes und das anschließende Tokenhandling wäre - bis zu dem Zeitpunkt wo der neue Zyklus mit dem Äquidistanz-GC beginnen sollte - noch nicht abgeschlossen.
Um dies zu verhindern gibt es im Zyklus eine Grenze, nach der keine azyklischen Telegramme mehr gesendet werden. Dadurch dass in diesem Zyklus das Senden des azyklischen Telegrammes unterdrückt wird, lässt sich die Störung auf den aktuellen Zyklus beschränken, und der nächste Zyklus kann synchron beginnen.
Wie die Fig. 2 verdeutlicht, erfolgt also eine Wiederholung des zyklischen Telegrammes in demselben oder besser noch (wie hier dargestellt) erst im nächsten DP-Zyklus. Im DP-Zyklus mit der Störung entfällt die azyklische Kommunikation. Zum Zeitpunkt T_M und T_O fehlen noch zyklische Daten, es wird daher mit Ersatzwerten gearbeitet. Im nächsten DP-Zyklus zum Zeitpunkt T_M und T_O liegen dann wieder gültige Daten vor.
Tritt die Störung hingegen im azyklischen Telegramm C1/C2 auf, so greift dieser Mechanismus nicht. Nach heutiger Vorgehensweise würde das azyklische Telegram bei DP im Fehlerfall sofort bis zu viermal nacheinander wiederholt.
Die Darstellung gemäß der Fig. 3 zeigt eine solche Störung im azyklischen Teil anhand C1#/C2# mit der herkömmlichen Wiederholung azyklischer Telegramme im aktuellen Zyklus. Daran werden die dadurch bedingten Probleme deutlich.
Heute sind bis zu vier Wiederholungen des azyklischen Telegrammes Pflicht. Zur Zeit T_M und T_O fehlen noch die Nutzdaten. Daher muss mit Ersatzwerten gerechnet werden. Die Störung der Äquidistanz pflanzt sich hier in den 3. und 4. Zyklus fort.
Dadurch, dass azyklische Telegramme noch die maximal mögliche Telegrammlänge nutzen können, wirkt sich diese Störung u. U. deutlich heftiger aus. Diese Störung kann sich fortpflanzen, so dass nicht nur im nächsten sondern sogar in den nächsten zwei oder drei Zyklen die Äquidistanz verletzt ist, und zum Zeitpunkt T_M und T_O nicht die gültigen Daten (Lebenszeichen) vorliegen, was durch T_O# angedeutet ist.
Dies würde bei einer numerischen Steuerung, die ihre Antriebe über PROFIBUS-DP angeschlossen hat, je nach Eigenschaft der verwendeten Komponenten (wieviele Ausfälle toleriert werden) zu erhöhter Konturverletzung bis hin zur Störung, d. h. Vollbremsung und darauffolgender Stillsetzung des Antriebs führen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt im Fall einer solchen Störung C1#/C2# im azyklischen Teil stattdessen eine Unterdrückung von allen Telegrammen im Folgezyklus, wenn dieser durch Äquidistanzverletzung nicht isochron gestartet wurde (bzw. wenn die Zeitverletzung ein gewisses Maß übersteigt) Sowohl Master als auch Slave müssen ohnehin mit einem einmaligem Ausfall der Nutzdaten klar kommen. Wenn der neue Zyklus bereits soweit verletzt ist, dass die zyklische Übertragung nicht bis T_M bzw. T_O fertiggestellt werden könnte, lässt sich die Äquidistanzverletzung sowieso nicht vor dem Master bzw. vor zumindest einigen der Slaves verbergen - diese müssen dann sowieso mit Ersatzwerten rechnen.
Jetzt geht es vorrangig darum, dass der dritte Zyklus zum korrekten Zeitpunkt begonnen und durchgeführt werden kann, damit jeder Teilnehmer im dritten Zyklus wieder gültige Daten sieht. Deshalb werden keine Telegramme im bereits begonnenen Zyklus gesendet, sondern es wird mit aktiver Pause auf den Beginn des dritten Zyklus gewartet. Die Darstellung gemäß der Fig. 4 zeigt diese Lösung nach der vorliegenden Erfindung.
Wie bereits in Verbindung mit Fig. 3 erwähnt, sind herkömmlich bis zu vier Wiederholungen des azyklischen Telegramms vorgesehen. Wegen der Verletzung der Zykluszeit (in Fig. 4 im zweiten DP-Zyklus) erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung ein aktives Unterdrücken von Telegrammen. Ein einmaliger Ausfall der Nutzdaten im Slave (wie sie sonst auch vorkommen würde) ist zulässig. Die Störung der Äquidistanz kann sich so nicht in den 3. und 4. Zyklus fortpflanzen. Die Nutzung des DP- Zyklusses und die Totzeiten sind daher optimal.
Durch die Erfindung ergeben sich unter anderem folgende technische Vorteile:

- Bei vorgegebener Anzahl der zu betreibenden Achsen minimalste DP-Äquidistanzzeit, und damit geringste Totzeiten und beste Dynamik.
- Bei vorgegebener Äquidistanzzeit maximale Anzahl von betreibbaren DP-Slaves (die Anzahl Achsen bei einer vorgegebenen Äquidistanzzeit ist ein wichtiges Maß für den Vergleich mit anderen Bussystemen, bzw. bei der Auswahl des DP-Masters).
- Kompatibles Verhalten zu bisherigen PROFIBUS-DP-Systemen, d. h. an solch einem Bus lassen sich auch Nicht-Äquidistanz- Slaves ohne Probleme mit betreiben.
- Beste Ausnützung des DP-Zyklus (keine Zeiten für Telegrammwiederholung reserviert, die bei ungestörtem Betrieb gar nicht genutzt werden können).
- Störunempfindlichkeit, d. h. obwohl in der Praxis Störungen auftreten werden, die zu Äquidistanz-verletzungen führen, sind deren Auswirkungen in kürzerer Zeit - typisch - nach einem DP-Zyklus behoben.
- Die Lösungen ist mit neuen DP-ASIC's (z. B. IBC-16, IBC-32, IDC-32) einfach und rasch implementierbar, d. h. es ist keine ASIC Neuentwicklung - wie bisher - nötig.
- Eine Baugruppe kann sogar in Software zwischen altem und neuem Verhalten umschalten.

Claims

1. Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem, insbesondere einem Feldbussystem, mit einer Busmastereinheit (DP-Master) und mindestens einer Slaveeinheit (DP-Slave), wobei die Busmastereinheit (DP-Master) zur Ansteuerung jeder Slaveeinheit (DP-Slave) zyklisch (DP-Cycle) und zeitlich äquidistant jeweilige Befehlstelegramme aussendet, aus denen die jeweilige Slaveeinheit (DP-Slave) Synchronisationssignale (GC) zur Synchronisation auf die Busmastereinheit ableitet, worauf von der Busmastereinheit (DP-Master) pro Zyklus im Rahmen einer vorgegebenen Zeitschwelle weitere zyklische (1. . .8) und daran anschließend azyklische Telegramme (C1, C2) mit Kommunikationsinformationen ausgesendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Verletzung der Äquidistanz alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus (DP-Cycle) unterdrückt werden.

2. Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Unterdrückung weiterer Telegramme im ersten Folgezyklus der zweite Folgezyklus (DP- Cycle) synchron gestartet wird.

3. Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer (1. . .8) oder azyklischer Telegramme (C1, C2) auf Seite der Slaveeinheit (DP-Slave) fehlende Informationen durch Ersatzwerte ergänzt werden.

4. Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Slaveeinheit (DP-Slave) einen zugeordneten Zeitgeber aufweist, der durch empfangene Synchronisationssignale (GC) getaktet wird und der im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer (1. . .8) oder azyklischer Telegramme (C1, C2) die Slaveeinheit (DP- Slave) mit der gerade aktuellen Taktfrequenz steuert.

5. Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen (C1#, C2#) von azyklischen Telegrammen alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus unterdrückt werden.

6. Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von zyklischen Telegrammen (1. . .8) in dem aktuellen Zyklus (DP-Cycle) anschließende azyklische Telegramme (C1, C2) entfallen und das gestörte zyklische Telegramm (1. . .8) in dem aktuellen Zyklus (DP-Cycle) erneut ausgesendet wird.

7. Verfahren zur Kommunikation in einem verteilten Steuerungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von zyklischen Telegrammen (1. . .8) in dem aktuellen Zyklus (DP-Cycle) anschließende azyklische Telegramme (C1, C2) entfallen und das gestörte zyklische Telegramm (1. . .8) in dem ersten Folgezyklus erneut ausgesendet wird.

8. Verteiltes Steuerungssystem, insbesondere Feldbussystem, mit einer Busmastereinheit (DP-Master) und mindestens einer Slaveeinheit (DP-Slave), wobei durch die Busmastereinheit (DP-Master) zur Ansteuerung jeder Slaveeinheit (DP-Slave) zyklisch (DP-Cycle) und zeitlich äquidistant jeweilige Befehlstelegramme aussendbar sind, aus denen durch die jeweilige Slaveeinheit (DP-Slave) Synchronisationssignale (GC) zur Synchronisation auf die Busmastereinheit (DP-Master) ableitbar sind, wobei von der Busmastereinheit (DP-Master) pro Zyklus im Rahmen einer vorgegebenen Zeitschwelle weitere zyklische (1. . .8) und daran anschließend azyklische Telegramme (C1, C2) mit Kommunikationsinformationen aussendbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Verletzung der Äquidistanz durch die Busmastereinheit (DP-Master) alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus unterdrückbar sind.

9. Verteiltes Steuerungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Busmastereinheit (DP-Master) nach der Unterdrückung weiterer Telegramme im ersten Folgezyklus der zweite Folgezyklus synchron startbar ist.

10. Verteiltes Steuerungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Slaveeinheit (DP-Slave) im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer (1. . .8) oder azyklischer Telegramme (C1, C2) fehlende Informationen durch Ersatzwerte ergänzbar sind.

11. Verteiltes Steuerungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Slaveeinheit (DP-Slave) einen zugeordneten Zeitgeber aufweist, der durch empfangene Synchronisationssignale (GC) taktbar ist und der im Falle des Ausbleibens oder verspäteten Eintreffens zyklischer (1. . .8) oder azyklischer Telegramme (C1, C2) die Slaveeinheit (DP-Slave) mit der gerade aktuellen Taktfrequenz steuert.

12. Verteiltes Steuerungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Busmastereinheit (DP-Master) nur im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen (C1#, C2#) von azyklischen Telegrammen alle weiteren Telegramme im ersten Folgezyklus unterdrückt werden.

13. Verteiltes Steuerungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Busmastereinheit (DP-Master) im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von zyklischen Telegrammen in dem aktuellen Zyklus (DP-Cycle) anschließende azyklische Telegramme (C1, C2) unterdrückbar sind und das gestörte zyklische Telegramm (1. . .8) in dem aktuellen Zyklus (DP-Cycle) erneut aussendbar ist.

14. Verteiltes Steuerungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Busmastereinheit (DP-Master) im Fall der Verletzung der Äquidistanz aufgrund von Störungen von zyklischen Telegrammen in dem aktuellen Zyklus (DP-Cycle) anschließende azyklische Telegramme (C1, C2) unterdrückbar sind und das gestörte zyklische Telegramm (1. . .8) in dem ersten Folgezyklus erneut aussendbar ist.