DE19815647A1 - Verfahren zur Synchronisation einer lokalen auf eine zentrale Zeitbasis, und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit bevorzugten Verwendungen - Google Patents

Abstract

Bei dem Verfahren werden Zeittelegramme von der zentralen (tz) an die lokale Zeitbasis (tm; tn) übertragen, der Absendezeitpunkt (y, z) eines Zeittelegramms erfaßt und als ein Datenwert in ein folgendes Zeittelegramm eingetragen. Von der lokalen Zeitbasis wird der Empfangszeitpunkt (u, v) eines Zeittelegramms erfaßt und der enthaltene Absendezeitpunkt reproduziert. Schließlich werden aus der Differenz zusammengehöriger Absende- und Empfangszeitpunkte von Zeittelegrammen die dabei auftretenden Zeitabweichungen (u-y, v-z) ermittelt und zur Synchronisation der lokalen Zeitbasis ausgewertet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation min­ destens einer lokalen Zeitbasis in einem lokalen technischen System auf eine zentrale Zeitbasis in einem zentralen techni­ schen System. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und bevorzugte Verwendungen der Vorrichtung.

Dabei kann die lokale Zeitbasis dem Zeitzustand in einer lo­ kalen Datenverarbeitungseinrichtung und die zentrale Zeitba­ sis dem Zeitzustand in einer zentralen Datenverarbeitungsein­ richtung entsprechen. Von der zentralen zur lokalen Datenver­ arbeitungseinrichtung und damit von der zentralen zur lokalen Zeitbasis werden Datensätze übertragen, welche Zeitinforma­ tionen und u. U. auch weitere Nutzdaten unterschiedlichster Art enthalten. Diese Datensätze werden nachfolgend kurz als "Zeittelegramme" bezeichnet.

In der lokalen Datenverarbeitungseinrichtung wird die lokale Verarbeitung von Daten in der Regel auf der Grundlage der lo­ kalen Zeitbasis vorgenommen. Diese wird in der jeweiligen lo­ kalen Datenverarbeitungseinrichtung insbesondere mit Hilfe von sogenannten Timerbausteinen gebildet. Dabei handelt es sich meist um Zähler, welche von einem lokalen Taktgeber zy­ klisch dekrementiert werden und die bei jeder vollständigen Dekrementierung, d. h. bei jedem Nulldurchgang des Zählerin­ halts, ein Trigger- oder Zeitgebersignal für die jeweilige lokale Zeitbasis abgeben.

In der Automatisierungstechnik können lokale Datenverarbei­ tungseinrichtungen zur dezentralen Steuerung von verteilten technischen Betriebsmitteln eingesetzt werden, welche als Be­ standteil einer unter Umständen komplexen Produktionseinrich­ tung z. B. auf die Bearbeitung eines Werkstückes oder die Ver­ arbeitung eines Ausgangsstoffes einwirken. Als eines von vie­ len möglichen Beispielen für derartige technische Betriebs­ mittel sollen exemplarisch elektrische Antriebe genannt wer­ den, welche jeweils von einer zugeordneten lokalen Datenver­ arbeitungseinrichtung, die auch als eine Antriebssteuerung bezeichnet werden kann, mit Daten versorgt werden. Im Bei­ spiel handelt es sich bei diesen Daten weitgehend um Regel­ größen, d. h. insbesondere um Meßwerte, Sollwerte und Stell­ werte.

Für die Funktionsfähigkeit der gesamten Produktionseinrich­ tung, z. B. einer CNC Werkzeugmaschine, ist es nun in aller Regel notwendig, daß deren technische Betriebsmittel koordi­ niert z. B. auf ein Werkstück oder einen Ausgangsstoff einwir­ ken. Dies setzt wiederum voraus, daß die lokalen Zeitbasen in den lokalen Datenverarbeitungseinrichtungen der technischen Betriebsmittel aufeinander synchronisiert sind. Hierdurch wird sichergestellt, daß z. B. Istwerte von den lokalen Daten­ verarbeitungseinrichtungen gleichzeitig erfaßt werden bzw. z. B. Stellsignale gleichzeitig an die zugehörigen technischen Betriebsmittel ausgegeben werden. Alle beteiligten lokalen Datenverarbeitungseinrichtungen einer Produktionseinrichtung wirken somit im Moment eines übereinstimmenden Bearbeitungs­ zustandes des jeweiligen Werkstücks bzw. des Ausgangsstoffe meß- und regelungstechnisch darauf ein.

Ferner ist eine regelmäßige, erneute Synchronisation der lo­ kalen Zeitbasen in den lokalen Datenverarbeitungseinrichtun­ gen erforderlich. Die Ursache hierfür liegt in den dazugehö­ rigen lokalen, insbesondere quarzgesteuerten Taktgebern der Timerbausteine. Diese weisen in den verschiedenen lokalen Da­ tenverarbeitungseinrichtungen eine unterschiedliche Exemplar­ streuung und somit verschiedenes Langzeitdriftverhalten auf, so daß die lokalen Zeitbasen ohne regelmäßige Synchronisation allmählich auseinander laufen würden.

Für eine Synchronisation der lokalen Zeitbasen können die lo­ kalen Datenverarbeitungseinrichtungen bei einem ersten, be­ kannten System über eine separate Taktleitung mit einem fe­ sten, zentralen Steuertakt versorgt werden. Dieser wird dem Taktgeber für den jeweiligen Timerbaustein direkt zugeführt. Eine derartige Anordnung ist besonders aufwendig, da die se­ parate Taktleitung parallel zu einem in der Regel ohnehin vorhandenen Datenbus zu verlegen ist, welcher die lokalen Da­ tenverarbeitungseinrichtungen mit einer zentralen Datenverar­ beitungseinrichtung verbindet.

Für eine Synchronisation von lokalen Zeitbasen in lokalen Da­ tenverarbeitungseinrichtungen können diese auch über einen Datenbus mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit ver­ bunden sein, in der eine zentrale Zeitbasis gebildet und ver­ waltet wird. Dabei werden bei einem bekannten System dieser Art sogenannte "Takttelegramme" von der zentralen an die lo­ kalen Zeitbasen übertragen und dort zur Synchronisation aus­ gewertet. Dabei tritt aber der Nachteil auf, daß die Taktte­ legramme von der zentralen Datenverarbeitungseinheit zeitlich streng äquidistant in den Datenbus eingespeist werden müssen. Diese werden von einer speziellen Auswerteschaltung in einer lokalen Datenverarbeitungseinrichtungen empfangen, insbeson­ dere einer PLL (phase locked loop) Auswerteschaltung. Diese leitet aus dem Empfangsrhythmus der äquidistanten Takttele­ gramme ein Korrektursignal ab, womit der auf den jeweiligen Timerbaustein einwirkende Taktgeber zum Zwecke der Synchroni­ sation der lokalen Zeitbasis nachgestimmt wird. Eine Synchro­ nisation mit zeitlich streng äquidistanten Takttelegrammen wird auch als eine harte Synchronisation bezeichnet.

Ein wesentlicher Nachteil eines derartigen Systems liegt dar­ in, daß zum Empfang und zur Auswertung der zeitlich streng äquidistanten Takttelegramme in jeder lokalen Datenverarbei­ tungseinrichtung eine separate Hardware in Form einer Auswer­ teschaltung erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil liegt darin, vielfach die Anforderung der strengen zeitlichen Äqui­ distanz in der Praxis nicht präzise eingehalten werden kann, z. B. wegen einer besonderen Art der Datenübertragung auf dem jeweiligen Datenbus bzw. wegen z. B. interruptbedingter Bear­ beitungsverzögerungen in der zentralen Datenverarbeitungsein­ heit. Dies führt zu Schwankungen, insbesondere Verzögerungen, in der zeitlichen Abfolge der Takttelegramme, welche auch als Jitter bezeichnet werden. Diese Jitter pflanzen sich u. U. fort bis in die lokalen Zeitbasen und können Äquidistanz­ schwankungen in unterlagerten Feinregeltakten der jeweiligen lokalen Datenverarbeitungseinrichtung verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Synchronisation von lokalen Zeitbasen anzugeben, wobei möglichst kein zusätzlicher Schaltungsauf­ wand auf der Seite der lokalen Datenverarbeitungseinrichtung erforderlich ist.

Die Aufgabe wird gelöst mit dem in Anspruch 1 angegebenen Verfahren und der in Anspruch 6 angegebene Vorrichtung. Die Lösung umfaßt auch die im Anspruch 9 angegebene bevorzugte Verwendung der Vorrichtung. Die Unteransprüche enthalten wei­ tere, vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens, der Vor­ richtung und der Verwendung der Vorrichtung.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der zentralen Zeitbasis der Absendezeitpunkt eines sogenannten "Zeittelegramms" erfaßt und als ein Datenwert in ein folgen­ des Zeittelegramm eingetragen. Von einer lokalen Zeitbasis wird dann der Empfangszeitpunkt eines Zeittelegramms erfaßt und der Wert des in einem Zeittelegramm enthaltenen Absende­ zeitpunktes reproduziert. Aus der Differenz zusammengehöriger Absende- und Empfangszeitpunkte von Zeittelegrammen werden schließlich von der lokalen Zeitbasis Meßwerte der Zeitabwei­ chung zwischen lokaler und zentraler Zeitbasis ermittelt. Diese Werte der Zeitabweichungen werden zur Synchronisation der lokalen Zeitbasis ausgewertet.

Die Erfindung beruht darauf, daß die Auswertung des Empfanges von Zeittelegrammen und die Heranziehung von darin enthalte­ nen Zeitinformationen zur Synchronisierung der lokalen Zeit­ basen herangezogen wird. Mit den Zeittelegrammen werden ei­ nerseits Zeitstempel übertragen, insbesondere in Form der Ab­ sendezeitpunkte von vorangegangenen Zeittelegrammen. Bei der Erfindung müssen aber die Zeittelegramme keinesfalls aus­ schließlich zur Übertragung von derartigen Zeitinformationen dienen. Vielmehr können die Zeittelegramme darüber hinaus auch beliebige, weitere Nutzdaten enthalten, welche in keiner Weise mit der Synchronisation der Zeitbasen in Verbindung stehen. Der Begriff Zeittelegramm bringt somit zum Ausdruck, daß es sich um ein Datentelegramm handelt, welches auch Zei­ tinformationen enthält, die von der zentralen Zeitbasis ge­ prägt sind.

Weiterhin ist es durch die erfindungsgemäße Erfassung der tatsächlichen Zeitabweichungen zwischen zentraler und lokaler Zeitbasis mit Hilfe von Zeittelegrammen möglich, das Auftre­ ten von Jittern sowohl auf der Seite der zentralen Zeitbasis, d. h. quasi auf der Sendeseite, als auch auf der Seite der lo­ kalen Zeitbasen, d. h. quasi auf den Empfangsseiten, zu kom­ pensieren. Derartige Jitter können unterschiedlichste Ursa­ chen haben und z. B. auf Übertragungsstörungen zwischen zen­ traler und lokaler Zeitbasis beruhen, bzw. auf Schwankungen von internen Bearbeitungsdauern in der zentralen bzw. einer lokalen Zeitbasis beruhen, welche durch Softwareprozesse, z. B. Interrupte, bedingt sind. Die erfindungsgemäße Kompen­ sierbarkeit derartiger Schwankungen beruht auf der möglichst genauen Erfassung, Übertragung und Auswertung der Werte des jeweiligen exakten Absendezeitpunktes und des exakten Emp­ fangszeitpunktes eines jeden Zeittelegramms, d. h. auf der Er­ fassung der damit verbundenen Zeitabweichung, welche wiederum ein Maß für den Unterschied zwischen zentraler und lokaler Zeitbasis sind. Hierdurch wird einer lokalen Zeitbasis ein hochgenauer und robuster, d. h. von Jittern unabhängiger, Zeitmeßwert zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert somit zwar eine re­ gelmäßige Übertragung von Zeittelegrammen, aber keine zeit­ lich streng äquidistante Übertragung von Takttelegrammen. Die Zeittelegramme sind somit Datentelegramme, welche auch eine, einen exakten Absendezeitpunkt betreffende, Zeitinformation enthalten. Das erfindungsgemäße Synchronisationsverfahren ist ferner so robust, daß sogar in einem Ausnahmefall ein einzel­ nes Zeittelegramm ausfallen kann, ohne daß die Synchronität der lokalen Zeitbasen gefährdet ist.

Bei einer weiteren, vorteilhaften Ausführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens werden von der lokalen Zeitbasis Zeitab­ weichungen mit Hilfe einer Gruppe von Zeittelegrammen ermit­ telt, welche während einer Beobachtungsperiode übertragen wurden. Aus dem Minimalwert der in einer Beobachtungsperiode erfaßten Zeitabweichungen wird schließlich ein Korrekturwert gebildet und zur Synchronisation verwendet. Bei dieser Aus­ führung wird auf der Seite einer lokalen Zeitbasis somit zu­ nächst ein Gruppe von Zeittelegrammen ausgewertet und die hieraus abgeleiteten Zeitabweichungen quasi aufgesammelt. Für eine Korrektur wird schließlich nur diejenige Zeitabweichung ausgewählt, welche die günstigsten Eigenschaften aufweist. Dies ist der Minimalwert der Zeitabweichungen, da dieser näm­ lich mit einem Zeittelegramm verbunden ist, welches in der zurückliegenden Beobachtungsperiode am wenigsten durch Jitter gestört wurde, also dem Idealzustand einer quasi verzöge­ rungsfreien Datenübertragung am nächsten kommt.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens entspricht ein Korrekturwert dem Aus­ gangswert eines Regelungsalgorithmus, dem als Sollwert der Wert null und als Istwert der Minimalwert aus den Zeitabwei­ chungen einer Beobachtungsperiode zugeführt wird. Mit dieser Ausführung wird einerseits quasi die "Weichheit" der Auf­ schaltung von Korrekturwerten auf eine lokale Zeitbasis, d. h. insbesondere die Aufschaltung auf die Timerbausteine einer dazugehörigen lokalen Datenverarbeitungseinheit, weiter er­ höht.

Schließlich wird es durch den Einsatz eines Regelungsalgo­ rithmus zur Bestimmung eines Korrekturwertes möglich, das er­ findungsgemäße Verfahren nahezu vollständig mit Hilfe von Programmroutinen zur realisieren, welche in der, die jeweili­ ge lokale Zeitbasis aufweisende lokale Datenverarbeitungsein­ heit ablaufen. Der jeweilige Korrekturwert kann somit rein softwaremäßige bestimmt werden, und muß dann nur noch in den Timerbaustein der lokalen Datenverarbeitungseinheit als ein neuer Startwert geladen werden. Ein derartiger Startwert kann auch als Reload Wert bezeichnet werden. Damit verbunden ist der weitere Vorteil, daß ein bevorzugt quarzgetriebener Takt­ geber, welcher den Timerbaustein einer lokalen Datenverarbei­ tungseinheit dekrementiert, völlig unbeeinflußt bleibt und frei laufen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt somit nicht auf den Taktgeber eines Timerbausteins, sondern auf den Timerbaustein selbst ein. Die Fortschreitung der lokalen Zeitbasis erfolgt somit erfindungsgemäß durch Reprogrammie­ rung eines entsprechend ausgewählten Startwertes für den Ti­ merbaustein. Der Startwert, auch Reloadwert genannt, wird so­ mit dynamisch angepaßt. Ferner ist diese Reprogrammierung taktunabhängig, kann also jederzeit erfolgen, d. h. "on the fly".

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird von einer lokalen Zeitbasis ein Korrekturwert während einer folgenden Beobachtungsperiode verteilt aufgeschaltet. Mit dieser "weichen", d. h. stufenweisen Aufschaltung eines Korrekturwertes, kann eine weitere Reduktion des Einflusses von Jittern auf die Qualität der Synchronisation bewirkt wer­ den. Das erfindungsgemäße Synchronisationsverfahren ist somit hochgenau und kommt ohne separate Taktleitungen aus.

Die durch die erfindungsgemäße Auswertung der Absende- und Empfangszeitpunkte von Zeittelegrammen gewonnenen und mit "Zeitabweichung" bezeichneten Werte sind ein Abbild für die aktuelle Abweichung einer lokalen Zeitbasis von der zentralen Zeitbasis. Sie können somit für eine Korrektur der lokalen Zeitbasis, d. h. für deren Synchronisation, verwendet werden, welche ohne Eingriffe auf zugeordneten lokalen Taktgeber aus­ kommt. Der Wert einer Zeitabweichung wird dabei im wesentli­ chen bestimmt von zwei Anteilen, wobei der erste Anteil als ein "Driftanteil" und der zweite Anteil als ein "Jitteranteil" angesehen werden kann. Der "Driftanteil" wird verursacht von Abweichungen zwischen zentraler und lokaler Zeitbasis, welche wiederum auf Bauelementetoleranzen insbe­ sondere der meist quarzgetriebenen Taktgeber der jeweiligen Zeitbasis beruhen. Der "Jitteranteil" beruht im wesentlichen auf unterschiedlichen Verarbeitungszeiten insbesondere der Zeittelegramme in der zentralen und der lokalen Zeitbasis, z. B. in den jeweils Datenbusanschaltungen der dazugehörigen zentralen und lokalen Datenverarbeitungseinheiten, und gege­ benenfalls zusätzlich auch auf möglicherweise nur geringfügi­ gen Laufzeitunterschieden auf dem Datenbus zwischen den Da­ tenverarbeitungseinheiten.

Die Erfindung, weitere vorteilhafte Ausführungsformen dersel­ ben und weitere damit verbundene Vorteile werden desweiteren anhand der in den nachfolgend kurz angeführten Figuren darge­ stellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild einer beispielhaften Anordnung, aus einer zentralen und zwei lokalen Datenverarbei­ tungsvorrichtungen mit einem Datenbus, über den er­ findungsgemäß Zeittelegramme übermittelt werden,

Fig. 2 eine beispielhafte, schematische Darstellung in Form eines zweidimensionalen Zeitdiagrammes zur Er­ läuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Synchronisationsverfahrens,

Fig. 3 einen beispielhaften, schematischen Ablaufplan zur Erläuterung von Bearbeitungsschritten zwischen dem Kommunikations- und Synchronisationsalgorithmus ge­ mäß der vorliegenden Erfindung auf der Seite einer zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung,

Fig. 4 einen weiteren beispielhaften, schematischen Ab­ laufplan zur Erläuterung von Bearbeitungsschritten zwischen dem Kommunikations- und Synchronisati­ onsalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Seite einer lokalen Datenverarbeitungsvorrich­ tung,

Fig. 5 beispielhaft die Bestimmung eines Minimalwertes aus den während einer Beobachtungsperiode erfaßten Zeitabweichungen gemäß einer vorteilhaften Weiter­ bildung der Erfindung, und

Fig. 6 schematisch eine beispielhafte Ausführung der Er­ findung zur Bestimmung und Aufschaltung eines aus den Zeitabweichungen abgeleiteten Korrekturwertes für die lokale Zeitbasis in einer lokalen Datenver­ arbeitungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt in Form eines beispielhaften Blockschaltbildes eine vorteilhafte Anordnung, welche zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens geeignete ist. Die Anordnung ent­ hält eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 1, welche auch als "Master" bezeichnet wird, und beispielhaft zwei lo­ kale Datenverarbeitungseinrichtungen 14 und 15, welche auch als "Slave m" und "Slave n" bezeichnet werden. Alle Datenver­ arbeitungseinrichtungen sind über einen externen Datenbus 10 miteinander verbunden, über den Datentelegramme mit Zeitin­ formationen, d. h. Zeittelegramme, von der zentralen an die lokalen Datenverarbeitungseinrichtungen übermittelt werden. Im Beispiel der Fig. 1 sind exemplarisch drei aufeinander­ folgende Zeittelegramme 11, 12 und 13 aus einem Strom von re­ gelmäßig aufeinander folgenden Telegrammen gezeigt, welche auch als Zeittelegramm Zn-1, Zn und Zn+1 bezeichnet werden. Jedes Zeittelegramm 11, 12, 13 enthält als eine Dateninforma­ tion den Wert des Absendezeitpunktes x, y, z eines vorange­ gangenen Zeittelegrammes. Wie oben bereits erläutert, können aber auch beliebige andere Nutzdaten enthalten sein, welche nicht mit der Übertragung von Zeitinformation zusammenhängen. Dies wird an Hand der nachfolgenden Fig. 2 noch näher erläu­ tert werden.

Die zentrale Datenverarbeitungseinrichtung 1 weist zentrale Mittel zur Bildung einer zentralen Zeitbasis tz auf. Dabei handelt es sich vorteilhaft um einen Timerbaustein 6, der von einem Taktgeber 7 angesteuert und z. B. dekrementiert wird. Pro vollständiger Dekrementierung, d. h. pro Nulldurchgang von dessen Zählerwert, wird vom Timerbaustein 6 ein Zeitbildungs­ signal für die lokale Zeitbasis tz abgegeben. Anschließend wird der Timerbaustein wieder mit einem konstanten Startwert geladen, welcher mit "RR const." bezeichnet ist. Der Timer­ baustein 6 steht über einen internen Datenbus 3 mit weiteren Elementen der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 1 in Verbindung. Im Beispiel der Fig. 1 sind eine zentrale Verar­ beitungseinheit 2, "CPU Master" genannt, ein Speicher 5 für Daten und eine Busanschaltung 4 vorhanden, worüber der inter­ ne Datenbus 3 mit dem externen Datenbus 10 verbunden ist. Die Busanschaltung 4 ist neben einem Kommunikationsalgorithmus 8, welcher von der zentralen Verarbeitungseinheit 2 bearbeitet wird, Bestandteil von zentralen Kommunikationsmitteln. Diese haben die Aufgabe der Einspeisung von Datentelegrammen, ins­ besondere in Form von Zeittelegrammen, in den zentralen Da­ tenbus 10.

Die Zeittelegramme selbst werden von zentralen Synchronisati­ onsmitteln gebildet, welche im Beispiel der Fig. 1 durch ei­ nen zentralen Synchronisationsalgorithmus 9 repräsentiert sind, der ebenfalls von der zentralen Verarbeitungseinheit 2 bearbeitet wird. Da der Absendezeitpunkt eines Zeittelegramms in dieses selbst als Datenwert nicht mehr eingetragen werden kann, wird eines der folgenden Zeittelegramme als Träger für diese Zeitinformation verwendet. Bevorzugt wird das unmittel­ bar folgende Zeittelegramm als Träger verwendet. Bei dem er­ findungsgemäßen Verfahren wird somit der Absendezeitpunkt ei­ nes eingespeisten Zeittelegramms erfaßt, zwischengespeichert und in ein folgendes Zeittelegramm vor dessen Einspeisung als einen Datenwert eintragen. Bei den in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Beispielen wird davon ausgegangen, daß das Zeittelegramm Zn+1 mit dem Bezugszeichen 13 den Absendezeit­ punkt z des vorangegangenen Zeittelegrammes Zn mit dem Be­ zugszeichen 12 als Datenwert, und das Zeittelegramm Zn mit dem Bezugszeichen 12 den Absendezeitpunkt y des vorangegange­ nen Zeittelegrammes Zn-1 mit dem Bezugszeichen 11 als Daten­ wert enthält.

Die in Fig. 1 beispielhaft dargestellten beiden lokalen Da­ tenverarbeitungseinrichtungen 14 bzw. 15 sind identisch auf­ gebaut und weisen jeweils lokale Mittel zur Bildung einer lo­ kalen Zeitbasis tm bzw. tn auf. Diese lokalen Mittel weisen bevorzugt jeweils einen Timerbaustein 24 bzw. 34 auf, welcher von einem Taktmittel 25 bzw. 35 zyklisch dekrementiert wird. Pro vollständiger Dekrementierung wird von den Timerbaustei­ nen 24 bzw. 34 ein Zeitbildungssignal für die lokalen Zeitba­ sen tm bzw. tn abgegeben. Anschließend werden die Timerbau­ steine wieder mit einem Startwert geladen, welcher mit "RR dyn." bezeichnet ist. Es handelt sich dabei um einen, gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung gebildeten soge­ nannten "dynamischen Reloadwert", welcher erfindungsgemäß zur Synchronisation der jeweiligen lokalen Zeitbasis unter Ver­ wendung zumindest einer ermittelten Zeitabweichung angepaßt ist. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert werden. Die Timerbausteine 25 bzw. 35 stehen über einen internen Datenbus 20 bzw. 30 mit weiteren Elementen der jeweiligen lokalen Da­ tenverarbeitungseinrichtung 14 bzw. 15 in Verbindung. Im Bei­ spiel der Fig. 1 sind jeweils eine lokale Verarbeitungsein­ heit 19 bzw. 29, "CPU Slave m" bzw. "CPU Slave n" genannt, jeweils ein Speicher 23 bzw. 33 für Daten und eine Busan­ schaltung 21 bzw. 31 vorhanden, worüber der jeweilige interne Datenbus 20 bzw. 30 mit dem externen Datenbus 10 verbunden ist. Die Busanschaltungen 21 bzw. 31 sind neben jeweils einem Kommunikationsalgorithmus 26 bzw. 36, welcher von der jewei­ ligen lokalen Verarbeitungseinheit 19 bzw. 29 bearbeitet wer­ den, Bestandteil von zentralen Kommunikationsmitteln. Diese haben die Aufgabe der Entgegennahme von Zeittelegrammen aus dem zentralen Datenbus 10.

Die Zeittelegramme selbst werden von lokalen Synchronisati­ onsmitteln ausgewertet, welche im Beispiel der Fig. 1 durch jeweils einen lokalen Synchronisationsalgorithmus 27 bzw. 37 repräsentiert sind, der ebenfalls von der jeweiligen lokalen Verarbeitungseinheit 2 bearbeitet wird. Erfindungsgemaß wer­ den dabei die tatsächlichen Empfangszeitpunkte von Zeittele­ grammen erfaßt, die in den empfangenen Zeittelegrammen als Zeitdatenwerte enthaltenen Absendezeitpunkte von Zeittele­ grammen auslesen und die Zeitabweichungen aus zusammengehöri­ gen Absende- und Empfangszeitpunkten von Zeittelegrammen be­ stimmt. Hieraus werden schließlich Korrekturwerte "RR dyn." für die lokalen Mittel zur Erzeugung der lokalen Zeitbasis tm bzw. tn bestimmt. Dienen wiederum bevorzugt Timerbausteine 24 bzw. 34 als lokale Mittel zur Erzeugung der lokalen Zeitbasis tm bzw. tn, so schalten die lokalen Synchronisationsalgorith­ men 27 bzw. 37 dem jeweiligen Timerbaustein als Startwert den Korrekturwert "RR dyn." auf. Dies wird nachfolgend insbeson­ dere am Beispiel der Fig. 6 noch näher erläutert werden.

Im Beispiel der Fig. 1 verfügen die jeweiligen internen Da­ tenbusse 20 bzw. 30 über eine weitere Busanschaltung, welche als Antriebsanschaltung 22 bzw. 32 bezeichnet ist. Hiermit können Datenverbindungen mit einer beispielhaften technischen Produktionseinrichtung 16 hergestellt werden. In Fig. 1 die­ nen die beiden lokalen Datenverarbeitungseinrichtungen 14 bzw. 15 beispielhaft zum Betrieb von lokalen technischen Be­ triebsmitteln 17 bzw. 18 in der technischen Produktionsein­ richtung 16. Bei den technischen Betriebsmitteln handelt es sich z. B. um elektrische Antriebe 17 bzw. 18. Dabei steuert die lokale Datenverarbeitungseinrichtung 14 bzw. 15 das loka­ le technische Betriebsmittel 17 bzw. 18 jeweils im Takt der jeweiligen lokalen Zeitbasis tm bzw. tn an. Hierbei werden zwischen lokaler Datenverarbeitungseinrichtung 14 bzw. 15 und dem zugeordneten lokalen technischen Betriebsmittel 17 bzw. 18 bevorzugt Regelgrößen synchron im Takt der jeweiligen lo­ kalen Zeitbasis tm bzw. tn ausgetauscht, insbesondere digita­ lisierte Ist-, Soll- und/oder Stellwerte 17a, 17b bzw. 18a, 18b. Diese Größen werden in der dezentralen Verarbeitungsein­ heit 28 bzw. 38 lokalen Datenverarbeitungseinrichtung 14 bzw. 15 verarbeitet. In Fig. 1 dient hierzu beispielhaft jeweils ein symbolischer Regelalgorithmus 28 bzw. 38 in der lokalen Verarbeitungseinheit 19 bzw. 29. Sind die lokalen Zeitbasen tm bzw. tn erfindungsgemäß synchronisiert, so erfolgt der Austausch der Regelgrößen bezüglich desselben Ausgangszustan­ des im Inneren der Produktionseinrichtung 16 und die Regelal­ gorithmen 28 bzw. 38 vollziehen die jeweiligen Berechnungen auf Basis einer übereinstimmenden Grundlage.

Fig. 2 zeigt ein zweidimensionales Zeitdiagramm in einer beispielhaften, schematischen Darstellung. Hiermit wird nach­ folgend die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Synchronisa­ tionsverfahrens weiter erläutert.

Auf der linken Seite des Zeitdiagrammes befinden sich eine erste Gruppe von drei vertikalen Zeitachsen 49, 50 und 51, welche der zentralen Datenverarbeitungseinrichtung 1 (Master) zugeordnet sind. Dabei zeigt die Zeitachse 49 den Zeitablauf in der zentralen Zeitbasis tz, die Zeitachse 50 Aktionszeit­ punkte im zentralen Synchronisationsalgorithmus 9 und die Zeitachse 51 Datenverarbeitungsschritte im zentralen Kommuni­ kationsalgorithmus 8. Auf der rechten Seite des Zeitdiagram­ mes befinden sich eine zweite Gruppe von drei weiteren verti­ kalen Zeitachsen 52, 53 und 54, welche einer lokalen Daten­ verarbeitungseinrichtung zugeordnet sind, im Beispiel der lo­ kalen Datenverarbeitungseinrichtung 15 (Slave n). Dabei zeigt die Zeitachse 52 den Zeitablauf in der lokalen Zeitbasis tn, die Zeitachse 53 Aktionszeitpunkte im lokalen Synchronisati­ onsalgorithmus 37 und die Zeitachse 54 Datenverarbeitungs­ schritte im lokalen Kommunikationsalgorithmus 36. Zwischen beiden Gruppen von Zeitachsen ist durch schräge, von links nach rechts verlaufende Pfeile 11, 12 und 13 die Übertragung der beispielhaften Zeittelegramme Zn-1, Zn und Zn+1 auf dem Datenbus 10 symbolisiert.

Der Ablauf von Datenverarbeitungsschritten und Aktionszeit­ punkten der einzelnen Algorithmen im Beispiel des Zeitdia­ grammes von Fig. 2 wird nachfolgend im Detail erläutert.

Die mit Rauten gekennzeichneten Zeitpunkte 55, 56, 57 bzw. 58 auf der Zeitachse 49 stellen Zeitmarken der zentralen Zeitba­ sis tz dar. Diese entsprechen bevorzugt denjenigen Zeitpunk­ ten, bei denen im Beispiel der Fig. 1 der Timerbaustein 6 in der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 15 jeweils mit einem neuen Startwert geladen wird, d. h. einem Reloadwert RR const. Zur Bildung der zentralen Zeitbasis tz wird der Ti­ merbaustein 6 von einem Taktmittel 7 zyklisch dekrementiert. Nach jeder vollständigen Dekrementierung wird ein Zeitbil­ dungssignal für die zentrale Zeitbasis tz abgeben. Schließ­ lich wird dem Timerbaustein 6 ein neuer Startwert RR const. aufgeschaltet. Gleichzeitig wird in jedem der Zeitpunkte 55, 56, 57 bzw. 58 der zentrale Synchronisationsalgorithmus 9 aufgerufen, was in Fig. 2 durch schräge, von links nach rechts verlaufende Pfeile 39, 42, 45 bzw. 48 symbolisiert ist. Diese verzweigen auf Aktionszeitpunkte 9a, 9c bzw. 9e des Synchronalgorithmus. Der zum Pfeil 48 gehörige Aktions­ zeitpunkt ist aus Gründen der besseren Übersicht am unteren Rand der Fig. 2 nicht mehr dargestellt.

In den Aktionszeitpunkten 9a, 9c bzw. 9e wird der zwischen ge­ speicherte Absendezeitpunkt x, y bzw. z des zuletzt abgesen­ deten Zeittelegrammes aktiviert und dem zentralen Kommunika­ tionsalgorithmus 8 übergeben. Diese ist wiederum durch schrä­ ge, von links nach rechts verlaufende Pfeile 40, 43 bzw. 46 symbolisiert. Dieser trägt den jeweiligen Absendezeitpunkt x, y bzw. z in einem Datenverarbeitungsschritt 8aa, 8ba bzw. 8ca in ein Zeittelegramm Zn-1, Zn bzw. Zn+1 ein, welches dann in den Datenbus 10 eingespeist wird. Bevorzugt nach Abschluß der jeweiligen Einspeisung wird in einem weiteren Datenverarbei­ tungsschritt 8ab, 8bb bzw. 8cb der tatsächliche Absendezeit­ punkt y, z bzw. a des gerade abgesendeten Zeittelegrammes Zn-1, Zn bzw. Zn+1 bezogen auf die Zeitachse 49 der zentralen Zeitbasis tz erfaßt und dem zentralen Synchronisationsalgo­ rithmus 9 übergeben. Dies ist durch schräge, von rechts nach links verlaufende Pfeile 41, 44 bzw. 47 symbolisiert, welche auf entsprechende Aktionszeitpunkte 9b, 9d bzw. 9f auf der Zeitachse 50 des zentralen Synchronisationsalgorithmus 9 ver­ zweigen. Dort werden die Meßwerte der tatsächlichen Absende­ zeitpunkte y, z bzw. a gespeichert, um ab dem durch die Zeit­ marke 56, 57 bzw. 58 auf der Zeitachse 49 der zentralen Zeit­ basis tz markierten jeweiligen Zeitpunkt als Datenwert des jeweils folgenden Zeittelegrammes Zn, Zn+1 . . . berücksichtigt werden zu können.

Die in den Datenbus 10 eingespeisten Zeittelegramme 11, 12 bzw. 13 werden im Beispiel der Fig. 2 vom lokalen Kommunika­ tionsalgorithmus 36 der lokalen Datenverarbeitungseinrichtung 15 (Slave n) in Aktionszeitpunkten 36a, 36b bzw. 36c entge­ gengenommen. Bevorzugt nach Abschluß des jeweiligen Datenemp­ fangs wird in einem weiteren Datenverarbeitungsschritt 36aa, 36ba bzw. 36ca der tatsächliche Empfangszeitpunkt u, v bzw. w des gerade entgegengenommenen Zeittelegrammes Zn-1, Zn bzw. Zn+1 bezogen auf die Zeitachse 52 der lokalen Zeitbasis tn erfaßt und der im jeweiligen Zeittelegramm als ein Datenwert enthaltene Absendezeitpunkt x, y bzw. z rekonstruiert. Beide Werte, d. h. der Absendezeitpunkte des vorangegangenen Zeitte­ legrammes und der Empfangszeitpunkt des aktuellen Zeittele­ grammes stehen in Datenverarbeitungsschritten 36ab, 36bb bzw. 36cb zur Verfügung. Sie werden paarweise dem lokalen Synchro­ nisationsalgorithmus 37 übergeben, was durch schräge, von links nach rechts verlaufende und mit x,u, y,v bzw. z,w be­ schriftete Pfeile 66, 68 bzw. 70 symbolisiert ist. Diese ver­ zweigen auf entsprechende Aktionszeitpunkte 37a, 37b bzw. 37c auf der Zeitachse 53 des lokalen Synchronisationsalgorithmus 37. In diesen Aktionszeitpunkten werden erfindungsgemäß quasi als Meßwerte für die Zeitabweichungen aus der Differenz zu­ sammengehöriger Absende- und Empfangszeitpunkte von Zeittele­ grammen gebildet. Gemäß bevorzugten Ausführungen der Erfin­ dung wird hieraus ein Korrekturwert bzw. ein in Teilkorrek­ turwerte aufgeteilter Korrekturwert zur Synchronisation der lokalen Zeitbasis tn abgeleitet.

Ein Korrektur- bzw. Teilkorrekturwert wird bevorzugt in den mit Rauten gekennzeichneten Zeitpunkte 59, 60, 61 bzw. 62 auf der Zeitachse 52 der lokalen Zeitbasis tn aktiv bzw. zum Zwecke der Synchronisation berücksichtigt. Im Beispiel der Fig. 2 sind neben den Zeitpunkten 60, 61 bzw. 62 symbolisch die dazugehörigen Zeitabweichungen (x-s), (u-y) bzw. (v-z) angegeben, welche als Grundlage für eine Synchronisation aus­ gewertet werden.

Im Beispiel der Fig. 2 sind ferner beispielhaft ein soge­ nannter Jitter 63 auf der Sendeseite, und ein sogenannter Jitter 64 auf der Empfangsseite dargestellt. Es handelt sich dabei um Zeitverzögerungen, welche durch unregelmäßige und nicht vorhersehbare Verzögerungen bei der Befehlsverarbeitung auf der Sendeseite, d. h. in der Verarbeitungseinheit 2 der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 1, bzw. auf der Emp­ fangsseite, d. h. z. B. in der Verarbeitungseinheit 29 der lo­ kalen Datenverarbeitungsvorrichtung 15, auftreten. Im Bei­ spiel der Fig. 2 wird durch den Jitter 63 der Datenverarbei­ tungsschritt 8ba verzögert, d. h. die Absendung des Zeittele­ grammes Zn, während die Absendung der Zeittelegramme Zn-1 und Zn+1 in den vergleichbaren Datenverarbeitungsschritten 8aa und 8ca auf der Zeitachse 51 des zentralen Kommunikationsal­ gorithmus 8 nahezu verzögerungsfrei erfolgt. Weiterhin wird durch den Jitter 64 der Datenverarbeitungsschritt 36cb verzö­ gert, d. h. der Empfang des Zeittelegrammes Zn+1, während der Empfang der Zeittelegramme Zn-1 und Zn in den vergleichbaren Datenverarbeitungsschritten 36ab und 36bb auf der Zeitachse 54 des lokalen Kommunikationsalgorithmus 36 nahezu verzöge­ rungsfrei erfolgt. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß derartige sporadische Verzögerungen nahezu keinen Einfluß auf die Qualität der Synchronisation der Zeitbasen in lokalen Datenverarbeitungsvorrichtungen haben, d. h. der aktuelle Wert eines Jitters durch den Meßwert einer Zeitabweichung erfaßt und bei der Synchronisation mit berücksichtigt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, welche im Beispiel der Fig. 1 bereits dargestellt ist, kann die lokale Datenverarbeitungsvorrichtung 15 lokale Mittel zur Bildung der lokalen Zeitbasis tn mit jeweils einem Timerbaustein 34 aufweisen, welcher von einem Taktmittel 35 zyklisch dekremen­ tiert wird. Nach jeder vollständigen Dekrementierung wird ein Zeitbildungssignal für die lokale Zeitbasis tn abgeben. Schließlich schalten die lokalen Synchronisationsmittel 37 dem jeweiligen Timerbaustein 34 als neuen Startwert einen, unter Berücksichtigung gemessener Zeitabweichungen gebildeten Korrekturwert RR dyn auf, womit die gewünschte Synchronisati­ on der lokalen Zeitbasis tn an die zentrale Zeitbasis tz be­ wirkt wird. Die Zeitpunkte 60, 61 bzw. 62 in Fig. 2 können somit denjenigen entsprechen, bei denen im Beispiel der Fig. 1 der Timerbaustein 34 jeweils mit einem neuen Startwert ge­ laden wird, d. h. einem Reloadwert RR dyn. Dabei ist dieser Startwert nicht konstant, sondern wird zur Synchronisation der dazugehörigen Zeitbasis tn unter Auswertung der erfaßten Zeitabweichungen dynamisch angepaßt. Eine vorteilhafte Aus­ führung für eine derartige dynamische Anpassung wird nachfol­ gend am Beispiel der Fig. 6 noch näher beschrieben werden.

Die Fig. 3 bzw. 4 zeigen beispielhafte, schematische Ab­ laufpläne der zwischen einem zusammengehörigen Kommunikati­ ons- und Synchronisationsalgorithmus in einer Datenverarbei­ tungsvorrichtung gemäß der Erfindung auftretenden Bearbei­ tungsschritten. Die Darstellungen in den Figuren dienen zur weiteren Erläuterung des Zeitdiagrammes von Fig. 2. Dabei zeigt Fig. 3 einen Ausschnitt aus den gemäß der vorliegenden Erfindung zyklisch aufeinanderfolgend auftretenden Bearbei­ tungsschritten zwischen dem zentralen Synchronisationsalgo­ rithmus 9 und dem zentralen Kommunikationsalgorithmus 8 auf der Seite der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 2, d. h. in der Verarbeitungseinheit "CPU Master" von Fig. 2. Ferner zeigt Fig. 4 einen Ausschnitt aus den gemäß der vorliegenden Erfindung zyklisch aufeinanderfolgend auftretenden Bearbei­ tungsschritten zwischen dem lokalen Kommunikationsalgorithmus 36 und dem lokalen Synchronisationsalgorithmus 37 auf der Seite der lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 15, d. h. in der Verarbeitungseinheit "CPU Slave n" von Fig. 2.

Im Beispiel der Fig. 3 wird von dem Bearbeitungsschritt 39 der zentrale Synchronisationsalgorithmus 9 im Aktionszeit­ punkt 9a gestartet, so daß dieser ein neues Zeittelegramm Zn-1 generiert und in dieses den zwischengespeicherten Absende­ zeitpunkt x als einen Datenwert einträgt. Mit dem folgenden Bearbeitungsschritt 40 wird der zentrale Kommunikationsalgo­ rithmus 8 im Aktionszeitpunkt 8a gestartet. Dieser bewirkt die Absendung des Zeittelegrammes Zn-1 im Verarbeitungs­ schritt 8aa in den Datenbus 10, und die Erfassung von dessen Absendezeitpunkt y im folgenden Verarbeitungsschritt 8ab. Mit dem folgenden Bearbeitungsschritt 41 wird wiederum der zen­ trale Synchronisationsalgorithmus 9 gestartet. Dieser nimmt den erfaßten Absendezeitpunkt y zum Zwecke der Speicherung entgegen. Mit diesem Bearbeitungsschritt ist eine erste Folge von zusammengehörigen Bearbeitungsschritten auf der Seite der zentralen Datenverarbeitungsvorrichtung 2 abgeschlossen. In Fig. 3 sind im unteren Bereich analog zum Inhalt von Fig. 2 zwei weitere Zyklen von Bearbeitungsschritten dargestellt, welche die Zeittelegramme Zn und Zn+1 betreffen. Diese Abläu­ fe entsprechen der bisher erläuterten Folge von Bearbeitungs­ schritten, so daß zu deren näheren Beschreibung auf die obi­ gen Ausführungen verwiesen werden kann.

Im Beispiel der Fig. 4 wird in einem Bearbeitungsschritt 65 der lokale Kommunikationsalgorithmus 36 im einem Aktionszeit­ punkt 36a gestartet. Dieser Start kann durch das Eintreffen eines Zeittelegrammes auf dem Datenbus ausgelöst werden. Der lokale Kommunikationsalgorithmus 36 erfaßt dann in einem Ver­ arbeitungsschritt 36aa sowohl das anstehende Zeittelegramm Zn-1 als auch dessen tatsächlichen Empfangszeitpunkt u. In einem folgenden Verarbeitungsschritt 36ab erfolgt ferner eine Dekodierung und Rekonstruktion des Zeittelegrammes Zn-1 der­ art, daß zumindest der darin enthaltene Wert des Absendezeit­ punktes x eines vorangegangenen Zeittelegrammes Zn-2 zurück­ gewonnen wird. Mit dem folgenden Bearbeitungsschritt 66 wird der lokalen Synchronisationsalgorithmus 37 im Aktionszeit­ punkt 37a gestartet. Dieser speichert zunächst in einem Ver­ arbeitungsschritt 37aa den zum Zeittelegramm Zn-1 gehörigen Empfangszeitpunkt u für eine spätere Verarbeitung. In einem folgenden Verarbeitungsschritt 37ab wird aus zusammengehöri­ gen Absende- und Empfangszeitpunkten eines Zeittelegrammes ein Meßwert für die Zeitabweichung zwischen zentraler und lo­ kaler Zeitbasis bestimmt.

Im dargestellten Beispiel wird aus dem Absendezeitpunkt x und dem zwischengespeicherten Empfangszeitpunkt s des Zeittele­ grammes Zn-2 die Zeitabweichung x-s gebildet. Dieses Zeitte­ legramm wurde im Zeitdiagramm der Fig. 2 vor dem Zeittele­ gramm Zn-1 übertragen, und ist somit am oberen Bildrand aus Gründen der besseren Übersicht nicht mehr gezeigt. Aus dieser Zeitabweichung x-s kann ein Korrekturwert zur Synchronisation der lokalen Zeitbasis tn ermittelt und aktiviert werden. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert. Mit diesem Bearbei­ tungsschritt ist eine erste Folge von zusammengehörigen Bear­ beitungsschritten auf der Seite der lokalen Datenverarbei­ tungsvorrichtung 15 abgeschlossen. In Fig. 4 sind ebenfalls im unteren Bereich analog zum Inhalt von Fig. 2 zwei weitere Zyklen von Bearbeitungsschritten dargestellt, welche die Be­ stimmung und Verarbeitung der Zeitabweichungen u-y bzw. v-z unter Auswertung der Zeittelegramme Zn-1 und Zn betreffen. Diese Abläufe entsprechen der bisher erläuterten Folge von Bearbeitungsschritten, so daß zu deren näheren Beschreibung auf die obigen Ausführungen verwiesen werden kann.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden von einer lokalen Zeitbasis in einer lokalen Datenver­ arbeitungsvorrichtung Zeitabweichungen aus den während einer Beobachtungsperiode übertragenen Zeittelegramme ermittelt und gespeichert. Vorteilhaft wird dabei eine vorgegebene Anzahl von Übertragungen von Zeittelegrammen zu einer Beobachtungs­ periode zusammengefaßt. Die Übertragung und Auswertung eines Zeittelegrammes aus einer Beobachtungsperiode wird nachfol­ gend auch als ein Beobachtungsschritt bezeichnet. Aus den ku­ mulierten, in der Beobachtungsperiode erfaßten Zeitabweichun­ gen wird der jeweils aufgetretene Minimalwert ermittelt und hieraus ein Korrekturwert zur Verwendung für die Synchronisa­ tion gebildet. Wie oben bereits ausgeführt, ist ein Minimal­ wert aus einer Gruppe von Zeitabweichungen besonders geeignet zur Bildung eines Korrekturwertes, da die Absendung, die Übertragung und der Empfang damit verbundener Zeittelegramme am wenigsten zeitlich gegenüber der zentralen Zeitbasis ver­ setzt sind. Die wird nachfolgend am Beispiel der Fig. 5 wei­ ter erläutert.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Beobachtungsperiode, welche 15 Beobachtungsschritte B1 bis B16 aufweist. In Fig. 5 sind zwei Zeitachsen eingetragen, d. h. eine erste Zeitachse 49 für die zentrale Zeitbasis tz und eine zweite Zeitachse 52 für die lokale Zeitbasis tn. Die Schräglage der Zeitachse für tn gegenüber der Zeitachse für tz zeigt die Abweichung, d. h. die Drift, der lokalen Zeitbasis gegenüber der zentralen Zeitba­ sis, welcher deren regelmäßige Synchronisation erforderlich macht. Die Zeitachsen 49,52 in Fig. 5 entsprechen denen von Fig. 2. Ferner entsprechen die jeweils mit einer Raute ge­ kennzeichneten Zeitmarken am Ende eines jeden Beobachtungs­ schrittes in Fig. 5 den Zeitmarken auf der rechten, vertika­ len Zeitachse 49 von Fig. 2. Dies ist in Fig. 5 durch die Bezugszeichen 59, 60, 61 und 62 kenntlich gemacht. So wird beispielsweise während der Beobachtungsperiode B8, B9, B10 bzw. B11 das Zeittelegramm Zn-2, Zn-1, Zn bzw. Zn+1 übertra­ gen. Folglich steht am Ende z. B. des Beobachtungsschrittes B9, B10 bzw. B11, d. h. bei den Zeitmarken 60, 61 bzw. 62, je­ weils der Wert der Zeitabweichung x-s, u-y bzw. v-z zur Ver­ fügung, welcher durch Auswertung des Zeittelegrammes Zn-2, Zn-1 bzw. Zn gewonnen wurde. Im Beispiel der Fig. 5 tritt der Minimalwert der Zeitabweichungen der dargestellten Beob­ achtungsperiode beispielsweise am Ende des Beobachtungs­ schrittes B13 auf. Dessen vorteilhafte Weiterverarbeitung zu einem Korrekturwert für die Synchronisation wird am Beispiel der Fig. 6 weiter erläutert.

Fig. 6 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausführung für einen lokalen Synchronisationsalgorithmus in einer lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung in Form eines Blockschaltbil­ des. Eine solche ermöglicht die Bestimmung und Aufschaltung eines Korrekturwertes für die lokale Zeitbasis unter Verwen­ dung des Minimalwertes aus den Zeitabweichungen der innerhalb einer Beobachtungsperiode übermittelten und ausgewerteten Zeittelegramme. In der Darstellung von Fig. 6 wird dabei zum besseren Verständnis Bezug genommen auf das Blockschaltbild von Fig. 1 und den lokalen Synchronisationsalgorithmus 37, welcher in der dortigen lokalen Datenverarbeitungsvorrichtung 15 "Slave n" enthalten ist.

Dabei betreffen die in den Blöcken 72, 73 und 74 von Fig. 6 symbolisch dargestellten Verarbeitungsschritte des Synchroni­ sationsalgorithmus 37 einen Beobachtungsschritt in einer Be­ obachtungsperiode und werden bei jedem Beobachtungsschritt der Beobachtungsperiode erneut durchlaufen.

In Block 72 dient ein erster Verarbeitungsschritt 72a zur Be­ stimmung des Wertes einer Zeitabweichung, wobei über eine Ab­ frage 76 vom zugehörigen Kommunikationsalgorithmus 36 der mit dem aktuellen Zeittelegramm übertragene Absendezeitpunkt ei­ nes vorangegangenen Zeittelegrammes abgefragt und durch Dif­ ferenzbildung mit dem gespeicherten, dazugehörigen Empfangs­ zeitpunkt zum Wert einer Zeitabweichung verarbeitet wird. Ein folgender Verarbeitungsschritt 72b dient zu dessen Speiche­ rung. Hierzu ist in Fig. 6 symbolisch ein Speicherbereich 78 dargestellt, in dessen Zellen die bereits erläuterten Zeitab­ weichungen x-s, u-y, v-z beispielhaft eingetragen sind. Der weitere Verarbeitungsschritt 72c, welcher die Aufgabe hat, einen Teilkorrekturwert zu laden, wird nachfolgend noch er­ läutert werden.

Es schließt sich ein Block 73 mit den Verarbeitungsschritten 73a und 73b an. Dabei hat der Verarbeitungsschritt 73a die Aufgabe der Speicherung eines Vorgabewertes, nämlich der An­ zahl der Beobachtungsschritte pro Beobachtungsperiode, welche auch der Anzahl der Durchläufe des Synchronisationsalgorith­ mus 37 durch die Blöcke 72, 73 und 74 entspricht. Im folgen­ den Verarbeitungsschritt 73b erfolgt eine Zählung der bereits erfolgten Durchläufe durch diese Blöcke. In der folgenden Programmverzweigung 74 wird durch Vergleich des Vorgabewertes aus 73a mit dem aktuellen Zählwert aus 73b festgestellt, ob alle Beobachtungsschritte einer Beobachtungsperiode bearbei­ tet worden sind und somit das Ende der Beobachtungsperiode erreicht ist, oder ob noch Beobachtungsschritte zu verarbei­ ten sind. Im ersten Fall wird die Verarbeitungsschleife aus den Blöcken 72, 73 und 74 verlassen über den Verzweig 79 auf den Block 81 übergegangen, während im zweiten Fall über den Verzweig 75 an den Anfang der Verarbeitungsschleife zurückge­ sprungen wird und die Bearbeitung der Blöcke 72, 73 und 74 für eine folgenden Beobachtungsschritt wiederholt wird.

Nach Bearbeitung aller Beobachtungsschritte einer Beobach­ tungsperiode wird im Block 81 der aktuelle Wert der minimalen Zeitabweichung in der letzten Beobachtungsperiode bestimmt, in dem auf die im Speicherbereich 78 enthaltenen Werte zu­ rückgegriffen wird. Gemäß einer besonders vorteilhaften, im Beispiel der Fig. 6 bereits dargestellten Ausführung der Er­ findung kann dieser Minimalwert nun mit Hilfe eines Regelung­ salgorithmus 84 im lokalen Synchronisationsalgorithmus 37 bis zum eigentlichen Korrekturwert RR dyn weiter verarbeitet wer­ den, welcher als Ausgangswert 85 des Regelungsalgorithmus 84 abgegeben wird. Vorteilhaft enthält der Regelungsalgorithmus 84 einen proportionalen Anteil, und gegebenenfalls zusätzlich auch einen integrierenden bzw. differenzierenden Anteil. Fer­ ner wird dem Regelungsalgorithmus 84 als Sollwert 83 der Wert null und als Istwert 82 der Minimalwert aus den Zeitabwei­ chungen einer vorangegangenen Beobachtungsperiode zugeführt.

Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann ein Kor­ rekturwert, der unter Auswertung der Beobachtungsschritte ei­ ner abgeschlossenen Beobachtungsperiode ermittelt wurde, wäh­ rend einer folgenden Beobachtungsperiode verteilt auf eine lokale Zeitbasis aufgeschaltet werden. Vorteilhaft wird hier­ zu in der betroffenen lokalen Zeitbasis ein Teilkorrekturwert durch Division eines Korrekturwertes durch die vorgegebene Anzahl der pro Beobachtungsperiode übertragenen Zeittelegram­ me gebildet, und anschließend pro Übertragung eines Zeittele­ grammes, d. h. pro Beobachtungsschritt, ein Teilkorrekturwert auf die lokale Zeitbasis zur Synchronisation aufgeschaltet. Der Korrekturwert wird somit nicht in einem Schritt, sondern stufenweise und zeitlich gestreckt aufgeschaltet.

Eine dafür geeignete, vorteilhafte Ausführung ist im Beispiel der Fig. 6 ebenfalls bereits dargestellt. Hierzu enthält der lokale Synchronisationsalgorithmus 37 einen Block 87, welcher eine Division des Korrekturwertes RR dyn am Ausgang 85 des Regelungsalgorithmus 84 durch die Anzahl der Beobachtungs­ schritte vornimmt, welche über die Verzweigung 86 aus dem Verarbeitungsschritt 73a gelesen wurde. Der hierdurch gebil­ dete Teilkorrekturwert TK kann zur Synchronisation der loka­ len Zeitbasis pro Übertragung eines Zeittelegrammes auf diese aufgeschaltet werden. Im Beispiel der Fig. 6 wird durch den Block 88 im Synchronisationsalgorithmus 37 ein Schreiben des Teilkorrekturwertes TK vorgenommen, in dem dieser über die Verzweigung 89 in den Verarbeitungsschritt 73b des Blockes 72 eingetragen wird. Wird nun die Verarbeitungsschleife aus den Blöcken 72, 73 und 74 zum Zwecke der Bearbeitung der Beobach­ tungsschritte einer aktuellen Beobachtungsperiode erneut zy­ klisch durchlaufen, so wird pro Durchlauf ein Teilkorrektur­ wert auf die lokale Zeitbasis aufgeschaltet. Nach Ablauf der vorgesehenen Anzahl von Durchläufen ist die Summe aller Teil­ korrekturwerte, d. h. der gesamte Korrekturwert quasi "weich" aufgeschaltet.

Die Aufschaltung eines Korrekturwertes erfolgt wiederum vor­ teilhaft unter Einsatz der in Fig. 1 beispielhaft darge­ stellten lokalen Mittel zur Bildung einer lokalen Zeitbasis tn. Diese weisen einen Timerbaustein 34 auf, welcher von ei­ nem Taktmittel 35 zyklisch dekrementiert wird und nach voll­ ständiger Dekrementierung eines vorher geladenen Startwertes ein Zeitbildungssignal für die lokale Zeitbasis tn abgibt. Zur Synchronisation schalten die lokalen Synchronisationsmit­ tel, insbesondere der dazugehörige Synchronisationsalgorith­ mus 37, dem Timerbaustein 34 als neuen Startwert den Korrek­ turwert RR dyn auf. Ist der Korrekturwert, wie oben beschrie­ ben, in Teilkorrekturwerte TK aufgeteilt, so werden diese dem Timerbaustein 34 in einer folgenden Beobachtungsperiode be­ vorzugt im Takt des Empfanges von Zeittelegrammen, d. h. pro Beobachtungsschritt, aufgeschaltet. Dies ist im Beispiel der Fig. 6 durch eine vom Verarbeitungsschritt 72c abgehende Verzweigung 77 symbolisiert, welche auf den Timerbaustein 34 verzweigt.

Claims (11)

1. Verfahren zur Synchronisation mindestens einer lokalen Zeitbasis (tm; tn) in einem lokalen technischen System (14; 15) auf eine zentrale Zeitbasis (tz) in einem zentralen techni­ schen System (1), wobei Zeittelegramme (. . .; Zn-1, 11; Zn, 12; Zn+1, 13; . . .) von der zentralen Zeitbasis (tz) an die lokale Zeitbasis (tm; tn) übertragen werden, und wobei

• a) von der zentralen Zeitbasis (tz) der Absendezeitpunkt (y, z) eines Zeittelegramms (11, 12) erfaßt und als ein Datenwert in ein folgendes Zeittelegramm (12, 13) einge­ tragen wird,
• b) von der lokalen Zeitbasis (tm)
  • b1) der Empfangszeitpunkt (u, v) eines Zeittelegramms (11, 12) erfaßt und der Wert des in einem Zeittele­ gramm (12, 13) enthaltenen Absendezeitpunktes (y, z) reproduziert wird,
  • b2) aus der Differenz zusammengehöriger Absende- und Empfangszeitpunkte von Zeittelegrammen (11, 12) Zeitabweichungen (u-y, v-z) zwischen lokaler und zentraler Zeitbasis ermittelt werden, und
  • b3) die Werte der Zeitabweichungen (u-y, v-z) zur Syn­ chronisation der lokalen Zeitbasis (tm) ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei von der lokalen Zeitbasis (tm; tn)

• a) Zeitabweichungen (u-y, v-z) mit Hilfe einer Gruppe von Zeittelegrammen (. . ., 11, 12, 13, . . .) ermittelt werden (78), welche während einer Beobachtungsperiode (73, 74) übertragen wurden, und
• b) aus dem Minimalwert (82) der in einer Beobachtungsperi­ ode (73, 74) erfaßten Zeitabweichungen (u-y, v-z) ein Kor­ rekturwert (RR dyn) gebildet (85) und zur Synchronisati­ on verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Korrekturwert (RR dyn) dem Ausgangswert (85) eines Regelungsalgorithmus (84) entspricht, dem als Sollwert (83) der Wert null und als Ist­ wert (82) der Minimalwert aus den während einer Beobachtungs­ periode (73, 74) ermittelten Zeitabweichungen (78) zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Korrekturwert (RR dyn) während einer folgenden Beobachtungsperiode verteilt auf eine lokale Zeitbasis (tm; tn) aufgeschaltet wird (88).

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei

• a) eine Beobachtungsperiode (73, 74) aus einer vorgegebenen Anzahl (73a, 73b) von übertragenen Zeittelegrammen (. . ., 11, 12, 13, . . .) besteht,
• b) ein Teilkorrekturwert (TK) gebildet (88) wird durch Di­ vision (87) eines Korrekturwertes (RR dyn) durch die vorgegebene Anzahl (73a, 73b) von übertragenen Zeittele­ grammen (. . ., 11, 12, 13, . . .) und
• c) zur Synchronisation pro Übertragung eines Zeittelegram­ mes ein Teilkorrekturwert (TK) auf die lokale Zeitbasis (tm; tn) aufgeschaltet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit

• a) einer zentralen Datenverarbeitungseinrichtung (1), wel­ che aufweist
  • a1) zentrale Mittel (6, 7) zur Bildung einer zentralen Zeitbasis (tz)
  • a2) zentrale Kommunikationsmittel (8, 4) zur Einspeisung von Zeittelegrammen (. . ., 11, 12, 13, . . .) in einen Da­ tenbus (10) und
  • a3) zentrale Synchronisationsmittel (9), welche den Ab­ sendezeitpunkt (y, z) eines eingespeisten Zeittele­ gramms (11, 12) erfassen und in ein folgendes Zeit­ telegramm (12, 13) vor dessen Einspeisung als einen Datenwert eintragen, und mit
• b) mindestens einer lokalen Datenverarbeitungseinrichtung (14; 15), welche aufweist
  • b1) lokale Mittel (24, 25; 34, 35) zur Bildung einer loka­ len Zeitbasis (tm; tn),
  • b2) lokale Kommunikationsmittel (26, 21; 36, 31) zum Emp­ fang von Zeittelegrammen (. . ., 11, 12, 13, . . .) aus dem Datenbus (10),
  • b3) lokale Synchronisationsmittel (27; 37), welche die Empfangszeitpunkte (u, v) von Zeittelegrammen (11, 12) erfassen, die in Zeittelegrammen (12, 13) enthaltenen Absendezeitpunkte (y, z) auslesen, Zeitabweichungen (u-y, v-z) zwischen lokaler und zentraler Zeitbasis aus zusammengehörigen Absende- und Empfangszeitpunkten bestimmen und hieraus einen Korrekturwert (RR dyn) für die lokalen Mittel (24, 25; 34, 35) zur Erzeugung der lokalen Zeitbasis (tm, tn) bestimmen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei

• a) die lokalen Mittel (24, 25; 34, 35) zur Bildung einer loka­ len Zeitbasis (tm; tn) jeweils einen Timerbaustein (24; 34) aufweisen, welcher von einem Taktmittel (25; 35) zyklisch dekrementiert wird und nach vollständiger De­ krementierung eines Startwertes (RR) ein Zeitbildungs­ signal für die lokale Zeitbasis (tm; tn) abgibt, und
• b) die lokalen Synchronisationsmittel (27; 37) dem jeweili­ gen Timerbaustein (24; 34) als Startwert (RR) den Korrek­ turwert (RR dyn) aufschalten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die lokalen Syn­ chronisationsmittel (27; 37) den Korrekturwert (RR dyn)

• a) aus den in einer Beobachtungsperiode (73, 74) empfangenen Zeittelegrammen (. . ., 11, 12, 13, . . .) bilden und
• b) in Teilkorrekturwerte (TK) aufteilen (86, 87), und diese
• c) dem Timerbaustein (24; 34) in einer folgenden Beobach­ tungsperiode, bevorzugt im Takt des Empfanges von Zeit­ telegrammen, aufschalten (88).

9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangegange­ nen Ansprüche 6 bis 8 zum Betrieb von lokalen technischen Be­ triebsmitteln (17, 18) in einer Produktionseinrichtung (16), wobei den lokalen technischen Betriebsmitteln (17; 18) eine lokale Datenverarbeitungseinrichtung (14; 15) zugeordnet ist, welche das jeweilige lokale technische Betriebsmittel (17; 18) im Takt der jeweiligen lokalen Zeitbasis (tm; tn) ansteuert.

10. Verwendung nach Anspruch 9 bei einer Produktionseinrich­ tung, welche elektrische Antriebe (17, 18) als technische Be­ triebsmittel aufweist.

11. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10 bei einer Produktions­ einrichtung, bei der eine lokale Datenverarbeitungseinrich­ tung (14; 15) Regelgrößen (17a, 17b; 18a, 18b), insbesondere Ist-, Soll- und/oder Stellwerte, synchron im Takt der jewei­ ligen lokalen Zeitbasis (tm, tn) mit dem zugeordneten lokalen technischen Betriebsmittel (17, 18) austauscht.