DE29809721U1 - Anordnung zur Steuerung und Regelung technischer Prozesse - Google Patents

Anordnung zur Steuerung und Regelung technischer Prozesse

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Description

Anordnung zur Steuerung und Regelung technischer Prozesse
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung und/oder Regelung technischer Prozesse, mit wenigstens einem Netzwerk aus mehreren Signalverarbeitungsknoten, die zur Generierung von Soll- und Stellwerten für den oder die technische Prozesse sowie von aus dem oder den technischen Prozessen abgeleiteten Istwerten ausgebildet und zur Kommunikation von Daten und Befehlen untereinander an einen ersten gemeinsamen, seriell arbeitenden Bus angekoppelt sind.
Aus dem Gebrauchsmuster DE 297 16 414 ist eine Anordnung zur seriellen Datenübertragung zwischen einem Servoverstärker und einer Steuereinheit bekannt, wobei die Steuereinheit über den Servoverstärker einen Motor regelt, und der Motor mit einer Positionsmeßeinrichtung verbunden ist. Zwischen dem Servoverstärker und der Steuereinheit ist eine bidirektionale Datenleitung angeordnet, damit ausgewählte Steuergrößen und spezifische Parameter über die bidirektionale Datenleitung seriell zwischen dem Servoverstärker und der Steuereinheit austauschbar sind. Auch Istwerte von der Positionsmeßeinrichtung sollen über den Servoverstärker an die Steuereinheit übertragbar sein. Ferner wird auf eine weitere Datenleitung zwischen einem Taktgeber der Steuereinheit und dem Servoverstärker hingewiesen, um einen taktsynchronen Austausch von Steuergrößen und Parameter erzielen zu können. Insbesondere ist hervorgehoben, daß die Steuereinheit und der Servoverstärker über eine einfache Punkt-zu-Punkt-Verbindung verbunden sind, wodurch keine Stationsadressen im Antrieb benötigt würden. Bei der Steuerung von Mehrachsanlagen entsteht jedoch durch Erweiterung dieser Verbindungsart der Nachteil eines hohen Verkabelungsaufwandes: Pro Achsregelung ist eine eigene bidirektionale Datenleitung für die Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu installieren.
Eine Anordnung zur seriellen Datenübertragung zwischen Master- und Slave-Rechner insbesondere zur Steuerung und Regelung von Mehrachs-
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Antriebsanlagen ist aus der deutschen Zeitschrift "Elektronik", Heft 6/1992 Seite 50, insbesondere 58/59 bekannt (Titel: Einchip-Controller für das SERCOS-Interface; Verfasser: E. Kiel, O. Schierenberg). Zwischen den einzelnen Rechnerknoten wird unter anderem eine serielle Datenübertragung mit einer RS-485-Bus-Verbindung vorgeschlagen. Um die für viele Regelungsaufgaben erforderliche zeitliche Synchronität zwischen den einzelnen Regelungsknoten zu erzielen, wird in erster Linie eine softwaremäßige Synchronisation mittels eines Master-Synchron-Telegramms im Detail beschrieben. Nur rein verbal ist auch die Synchronisierungsmöglichkeit über externe Mechanismen wie getrennt geführte Steuerleitungen angedeutet, ohne Realisierungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Entsprechendes gilt auch im Zusammenhang mit anderen bekannten Standard-Feldbussen, insbesondere CAN-Bus. So ist in der Veröffentlichung "CAL-based Communication Profile for Industrial Systems" von CIA - CAN in Automation - vom 22.09.1995 (CIA e.V. am Weigselgarten 26, D-91058 Erlangen) zwar ausführlich die Synchronisation von CAN-Bus-Teilnehmer mittels einer Synchronisationsnachricht aufgezeigt, die von einem Master-Knoten einer Anzahl von Slave-Knoten übermittelt wird. Es wird aber auch auf den Nachteil hingewiesen, daß die Synchronisationsgenauigkeit erheblich von der Übertragungsrate abhängig ist. Deshalb wird pauschal ohne Aufzeigen einer Realisierungsmöglichkeit zur weiteren Verbesserung der
Synchronisationsgenauigkeit auf den Einsatz separater Verdrahtung verwiesen.
Insbesondere im Zusammenhang mit dem CAN-Bus (vgl. W. Lawrenz "CAN Controller Area Network - Grundlagen und Praxis" 2.Auflage Hüthig Verlag Heidelberg 1997, vgl. dort insbesondere Seite 14 und 38) ist es bekannt, daß trotz Knoten-Synchronisation aufgrund jeder Botschaftsübertragung die Entstehung von Durchlaufzeit-Jitter unvermeidlich sind. Dies beruht auf der Tatsache, daß jedes Signal bei seiner Kommunikation eine Durchlaufverzögerung hat - sogenannte Latenzzeit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer regelungs- oder steuerungstechnischen Anordnung mit Multi-Signalverarbeitungsknoten-Struktur
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und seriellem Datenübertragungsbus der eingangs genannten Art bei niedrigem Hardware- und Verdrahtungsaufwand die Genauigkeit der Synchronisation der Signalverarbeitungsknoten untereinander zu erhöhen. Es soll garantiert sein, daß wichtige Nachrichten von Knoten bzw. Bus-Teilnehmern, insbesondere von Sollwerten eines Master-Knotens, zu exakt bestimmten Zeitpunkten vom gemeinsamen Bus zur Weiterverarbeitung abrufbar sind. Ferner sollen die Reaktionen der Knoten, insbesondere deren Verarbeitung der ihnen zugeordneten Sollwerte, in einem festgelegten und präzise eingehaltenen Zeitraster beginnen können.
Zur Lösung wird bei einer Anordnung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Signalverarbeitungsknoten zur Synchronisation aufeinander an einen zweiten Bus gleichartiger und/oder serieller Struktur angekoppelt sind, der von einem Synchrontaktgeber dominiert und/oder kontrolliert ist, indem dieser auf den zweiten Bus Synchrontaktsignale ausgibt, auf welche wenigstens ein Teil der Signalverarbeitungsknoten über Synchrontakt-Empfangsmittel mit Bereitstellung und/oder Start von Sende-, Empfangs- und/oder Verarbeitungsprozessen für die Soll-, Ist-, Stellwerte oder sonstige Daten und/oder Befehle anspricht. Die Synchronisierung wird also mit zusätzlichem, nur minimalem Hardwareaufwand, nämlich einer Sammelleitung bewerkstelligt, die von einer Taktquelle gespeist und auf die Knoten als Taktsenke einwirkt. Indem diese eine serielle Datenübertragungsstruktur aufweist, reichen für die erfindungsgemäße Sammelleitung als zweiter (Synchronisations-) Bus nur wenige Adern aus. Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Bus mit zwei Signalleitungen gebildet, die an ihren beiden Enden über je einen gemeinsamen Abschlußwiderstand miteinander verbunden sind. Damit ist die Möglichkeit eröffnet, den zweiten Bus mit der gleichen Hardware-Struktur wie der erste Bus auszuführen, die dann beide beispielsweise gemäß ISO 1898, Internationaler Standard für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit CAN in Kraftfahrzeugen, implementiert sein können. Dies führt zu einer kostengünstigen Vereinheitlichung von Hardware-Komponenten. Alternativ wäre auch der
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Einsatz von RS-485-Bussystemen oder 24 VoIt-I ndustrielogik für den zweiten Bus zweckmässig.
Im Rahmen der Erfindung kann der Synchrontaktgeber entweder als eigenständige Stand-alone Hardware-Komponente oder in einem Signalverarbeitungsknoten integriert auf den zweiten Synchronisations-Bus senden. Komplementär dazu sind die empfangenden Knoten mit an die Synchrontaktsignale auf dem zweiten Bus angepaßte Empfangsmittel ausgebildet. Als solche lassen sich zweckmäßig an sich bekannte Interrupt-Eingänge von Prozessoren verwenden. Wird der Interrupt durch ein Taktsynchronsignal betätigt, läßt sich in jedem Signalverarbeitungsknoten ein synchronisierter Neustart des Signalverarbeitungsprozesses oder Programmablaufs zur Regelung oder Steuerung auslösen.
Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß durch die zusätzliche Bus-Hardware die Reaktionszeitpunkte aller Teilnehmer bzw. Knoten hochgenau koordiniert werden können. Für die Teilnehmer ist ein Bezugszeitpunkt exakt festgelegt, in Abhängigkeit von diesem die Signalverarbeitungsprozesse, insbesondere Steuerungs- und Regelungstasks begonnen werden können. In besonderer Ausbildung des Erfindungskonzeptes sind Daten- und Befehlsübertragungen von Signalverarbeitungsknoten auf den ersten Bus sowie deren interne Signalverarbeitungsprozesse bezüglich des jeweiligen Auftretens des Taktsynchronsignales auf den zweiten Bus nicht nur zeitlich festgelegt, sondern auch dem gegenüber gezielt verzögert bzw. mit definierten Nacheilungen oder Zeitverschiebungen versehen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist innerhalb der Signalverarbeitungsknoten, streng bezogen auf das für alle verbindliche Taktsynchronsignal des zweiten Busses, definiert, wann welche Telegramme bzw. Datagramme übermittelt werden. Der Takt- oder Synchronisationszyklus bzw. das entsprechende Zeitintervall, der bzw. das zeitlich zwischen zwei Taktsynchronsignalen aus dem zweiten Bus liegt und/oder von diesem zeitlich
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begrenzt oder definiert ist, wird aufgeteilt in Zeitfenster bzw. Zeitabschnitte, und jeder Zeitabschnitt kann inhaltlich einem bestimmten Signalverarbeitungs- und technischen Prozeß oder "personell" einem bestimmten Busteilnehmer bzw. Signalverarbeitungsknoten zugeordnet sein. Die Zeitabschnitte können sowohl für alle Busteilnehmer bestimmt als auch einzelnen ausgewählten oder Gruppen von Busteilnehmern zugewiesen sein. So ist auch mit dem Taktsynchronsignal des zweiten Busses als Bezugszeitpunkt festgelegt, welcher Teilnehmer wann senden darf. Damit ist die synchrone Übertragung von Soll-, Ist- und Stellwerten rechtzeitig an die Signalverarbeitungsprozesse zur Kontolle der technischen Prozesse, insbesondere von Regelstrecken, mit hohen Synchronisations- und Echtzeitanforderungen garantiert.
Vor allem bei komplexen Maschinen und Anlagen, in denen einen Vielzahl von Gruppen mit jeweils mehreren Funktionsteilen zu bewegen, zu messen oder zu verstellen sind, ist es wünschenswert, mehrere Signalverarbeitungsnetzwerke mit jeweils einem eigenen Bussystem nebeneinander so einzusetzen, daß unter diesen Netzwerken eine Synchronisation vorgenommen werden kann. Hierzu ist es bekannt (vgl. Offenlegungsschrift DE 196 33 745 A1), daß wenigstens ein Knoten eines Signalverarbeitungsnetzwerks mit einem Knoten eines anderen Signalverarbeitungsnetzwerks gekoppelt ist. Dabei sind die Kopplungsmittel mit Einrichtungen zur zeitlichen Koordination und Synchronisierung versehen. In der praktischen Realisierung wird allerdings der Austausch von Synchronisationstelegrammen zwischen den Netzwerken vorgeschlagen, damit daraus ein Netzwerk für sein Bussystem einen Synchronisationstakt aus dem Bussystem des benachbarten Netzwerkes gewinnen kann. Die eingangs genannten Nachteile wie Durchlaufverzögerung, Latenzzeit und Durchlaufzeit-Jitter schränken so die Synchronisationsgenauigkeit auch bei Multi-Netzwerksystemen ein. Zur Abhilfe wird in besonderer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß das benachbarte zweite Netzwerk so ausgebildet ist, daß es eine Struktur, eine Synchronisation sowie eine Kommunikation der Knoten untereinander aufweist, die denen im ersten Netzwerk gleichartig sind. Das bedeutet insbesondere, daß sowohl das erste als auch das zweite benachbarte
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Netzwerk, das mit dem ersten zu synchronisieren ist, ein eigenes, zweites Synchronisationsbussystem mit serieller Arbeitsweise aufweist. Nun wird im Sinne der erfindungsgemäßen Ausbildung einer der Signalverarbeitungsknoten eines Netzwerks nicht nur an den diesem eigenen Synchronisationsbus, sondern auch an den Synchronisationsbus des anderen, benachbarten Netzwerkes angekoppelt. Damit ist die vorteilhafte Möglichkeit eröffnet, daß der an zwei Synchronisationsbussen angekoppelte Signalverarbeitungsknoten das Taktsynchronsignal eines Synchronisationsbusses auf den Synchronisationsbus des benachbarten Netzwerkes durchschleifen kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in
Fig. 1. Ein Blockschaltbild für ein erfindungsgemäß synchronisiertes Multi-Netzwerksystem;
Fig. 2 Signal/Zeit-Diagramme für den ersten und zweiten Bus und die daran angekoppelten Master- und Slave-Knoten.
Gemäß Fig. 1 sind zur Steuerung oder Regelung einer Vielzahl zusammenhängender technischer Prozesse beispielsweise in einer Druckmaschine zwei oder mehr Netzwerke mit Signalverarbeitungsknoten SK11, SK12, SK13, ... SK1n; SK21, SK22, SK23, ... SK2n, die teilweise Eingänge 1 für Istwerte aus den technischen Prozessen und Ausgänge 2 für Stellwerte zu den technischen Prozessen aufweisen, angeordnet und jeweils mit zwei eigenen seriellen Bussystemen 11, 12 bzw. 21, 22 versehen. Diese sind als CAN-Schnittstellen gemäß oben genannten Standard ISO 1898 realisiert. Demnach können die Signalverarbeitungsknoten SK11, SK12, ... SK1n und SK21, SK22, ... SK2n jeweils über Zwei-Draht-Sammelleitungen für Differenzsignalbetrieb untereinander kommunizieren. Die beiden jeweiligen Signalleitungen CANJH, CANJ_, SYNC_H, SYNC_L der Busse 11,12;21,22
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weisen als Leitungsabschlüsse jeweils zwei Widerstände an den Enden des Buskabels auf, worüber sie miteinander verbunden sind. Die Busteilnehmer SK11, ... SK1n, SK21, ... SK2n erkennen einen rezessiven Zustand, wenn die Spannung der CAN_H-Leitung nicht höher als die Spannung an der Leitung CAN_L ist. Ist die Spannung von CAN_H mindestens um 0,9 Volt höher als CANJ-, wird dies als dominanter Zustand erkannt. Entsprechendes gilt für die Busses 12, 22 mit den Signalleitungen SYNCJH, SYNCJ..
Einer der Knoten, gemäß gezeichnetem Beispiel SK21, ist an insgesamt drei Serienbusse angekoppelt: an den der Daten- und Befehlskommunikation dienenden ersten Bus 21 sowie an den zweiten, ausschließlich der Synchronisation der Busteilnehmer dienenden Bus 22 des zweiten Netzwerks SK21, SK22, ... SK2n und an den zweiten, ausschließlich der Synchronisation der Busteilnehmer dienenden Bus 12 des ersten Netzwerks SK11, SK12, ... SK1n. Damit ist es möglich, nicht nur über den jeweiligen Synchronisationsbus 12;22 eine Knoten-Synchronisation innerhalb jedes beider Netzwerke SK11, ... SK1n, SK21, ... SK2n, sondern auch über den genannten Knoten 21 eine Synchronisation der beiden genannten Netzwerke aufeinander herbeizuführen. Beispielsweise kann vom ersten Netzwerk ein Signalverarbeitungsknoten SK11 als Synchronmaster fungieren, indem er auf den zweiten Bus 12 des ersten Netzwerks Synchrontaktsignale ausgibt, auf die sich die sonstigen Signalverarbeitungsknoten SK12, SK13, ... SK1n synchronisieren. Dies ist gemäß Fig. 1 auch für den der Kopplung beider Netzwerke dienenden Signalverarbeitungsknoten SK21 möglich, da dieser an den zweiten Bus 12 des ersten Netzwerks angekoppelt ist. Zudem kann dieser als Synchron master den zweiten Bus 22 in seinem eigenen Netzwerk SK21, SK22, ... SK2n dominieren. Dabei kann er sich zur Erzeugung der Synchrontaktsignale für den zweiten Bus 22 des zweiten Netzwerks auf den Synchronmaster SK11 bzw. den zweiten, der Synchronisation der Knoten dienenden Bus 12 des ersten Netzwerks beziehen bzw. Synchronisieren und davon Zeitraster ableiten. Beide Synchronmaster SK11.SK21 werden innerhalb ihres Netzwerks vorzugsweise auch als
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Sollwertgeber eingesetzt und sind jeweils in der Regel mit einer Informationskopplung 3 zu einer übergeordneten Leitsteuerung versehen.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 beruht also der Synchronisations-Mechanismus der Kommunikations-Serienbusse 11, 21 im wesentlichen auf den Synchrontaktsignalen SYNC (vgl. Fig. 2), wie sie von den jeweiligen Synchronmasterknoten SK11, SK21 auf die jeweils zweiten Serienbusse 12, 22 zum Empfang durch die sonstigen Signalverarbeitungsknoten gegeben werden. Auf den jeweils ersten Serienbussen 11, 21 werden Daten in Telegrammform, sog. Datagramme, übermittelt, und zwar in einem festgelegten zeitlichen Bezug zum Synchrontaktsignal SYNC. Die als Synchronslaves arbeitenden Signalverarbeitungsknoten SK12, SK13, ...SK1n, SK22, SK23, ...SK2n synchronisieren ihre Signalverarbeitungsprozesse und Regelungs- oder Steueraufgaben auf das Synchrontaktsignal SYNC, das vom Synchronmaster SK11 beispielsweise mit einer Taktperiode tSYNc von einer Millisekunde gemäß Fig. 2 generiert wird. Innerhalb dieses Taktzyklusses können zu definierten Zeiten beispielsweise Sollwerte und/oder Konfigurationsparameter beinhaltende Datagramme DG-A, DG_C, DG_E der jeweiligen Synchronmaster SK11, SK21 des ersten und/oder zweiten Netzwerks gemäß Fig. 1 an die über einen jeweiligen Kommunikationsbus 11, 12 erreichbaren Slave-Signalverarbeitungsknoten SK12,...SK1n; SK22,...SK2n gesendet werden. Umgekehrt können diese Datagramme DG_B, DG_D, DG_F mit Istwerten und Antworten beispielsweise auf Parameter und Up-/Download-Kommandos der Master an diese übermitteln.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführung nach Fig. 1 beschränkt: Der an drei Serienbusse angekoppelte Knoten SK21 könnte zusätzlich an den Daten- und Befehlsbus 11 des ersten Netzwerks SK11, SK12, ..., SK1n angekoppelt werden. Damit ist es möglich, Daten und Befehle zwischen dem Masterknoten SK11 des ersten Netzwerkes und dem Masterknoten SK21 des zweiten
Netzwerks SK21, Sk22 SK2n bidirektional auszutauschen.
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Gemäß Fig. 2 sind in einen Taktzyklus tsYNC die folgenden Zeitmultiplex-Kanäle A, B, C, D, E, F eingefügt:
A: Sollwertkanal 1 - ein Master-Signalverarbeitungsknoten sendet einen oder mehrere Sollwerte beinhaltende Datagramme an einen oder eine Gruppe von Slave-Signalverarbeitungsknoten.
B: Istwertkanal 1 - Sendung von Antworten mit Istwerten beinhaltenden Datagrammen von einem oder mehreren Slaves.
C: Sollwertkanal 2 (optional) - ein Master sendet einen oder mehrere Sollwerte beinhaltende Datagramme an einen oder mehrere oder an eine Gruppe von Slaves.
D: Istwertkanal 2 (optional) - wie Istwertkanal 1.
E: Kommando- bzw. Befehlskanal - ein Master sendet Aktions-Parameter- und/oder Up-ZDownload-Kommandos beinhaltende Datagramme an einen oder mehrere Slaves oder an eine Gruppe von Slaves (Aktionskommandos dienen beispielsweise der Initialisierung und/oder Konfigurierung und/oder Steuerung der Slaves).
F: Antwortkanal - ein Slave sendet Parameter- und/oder Up-/Download-Antworten beinhaltende Datagramme auf den Bus.
Gemäß Fig.2 lassen sich von dem jeweiligen Masterknoten SK11;SK21 in den Sollwert-Datagrammen DG_A, DG_C jeweils mehrere Sollwerte über die jeweiligen Kommunikationsbusse 11, 21 an die Slaveknoten übertragen. In den Istwert-Datagrammen DG_B, DG_D melden die Slaves jeweils mehrere Istwerte und ihr Statuswort. Der Kommandokanal und der Antwortkanal werden abwechselnd für mehrere Datagramme genutzt. Das Parameterkommando ermöglicht dem Master-Slave-Verarbeitungsknoten, Parameter des Slaves zu lesen oder zu schreiben. Der angesprochene Slave antwortet mit der passenden Parameterantwort. Das Up-/Download-Kommando ermöglicht
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Upload- und Download-Vorgänge vom Master zu einem Slave. Der angesprochene Slave antwortet mit der entsprechenden Up-/Download-Antwort.
Im Synchronbetrieb lassen sich die Betriebszustände "Anlauf und Initialisierung" und "synchronisiert" unterscheiden.
Das Anlaufverhalten gliedert sich in die folgenden Schritte:
Aktionskommando ausgeben: Ein Master-Signalverarbeitungsknoten, vorzugsweise der Synchronmaster, der (später) regelmäßig das Synchrontaktsignal SYNC im Zeitraster von einer Millisekunde ausgibt, gibt das Aktionskommando "SYNC-Modus mit dem Dateninhalt "SYNC-Betrieb einschalten" an alle Slaves-Signalverarbeitungsknoten aus. Die Slaves beginnen ihre Signalverarbeitungsprozesse auf das Synchrontaktsignal SYNC zu synchronisieren.
Slave-Konfiguration überprüfen: Der Master fordert von jedem Slave, den er am jeweils ersten Bus 11, 21 erwartet, über das Parameter-Kommando "Parameter lesen" dessen Statuswort an. Der Slave muß innerhalb einer vorbestimmten Antwortzeit mit der Parameter-Antwort antworten. Der Master überwacht, ob der Slave innerhalb dieser Zeit antwortet. Auf neu an den Kommunikationsbus 11, 21 angekoppelte Slave-Signalverarbeitungsknoten muß der Master einen kompletten Konfigurierungsdatensatz übertragen.
Soll- und Istwert-Zuordnung (im Falle von Regelungsaufgaben) konfigurieren:
Das Aktions-Kommando "Sollwert-Konfigurierung" legt für einzelne Slaves oder eine Gruppe von Slaves fest, an welcher Position die relevanten Sollwerte in den Sollwert-Datagrammen innerhalb eines Taktzykluses stehen, auf welche Parameter diese abgebildet werden und welches Format sie besitzen. Es wird keine Antwort erwartet. Es ist auch möglich, daß ein Slave einen Istwert eines anderen Slaves aus dem lstwert-1 -Kanal bzw. -Datagramm für sich als Sollwert nimmt. Dazu wird in der Sollwert-Konfigurierung zusätzlich die Slave-Nummer
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mit angegeben. Über das Aktionskommando "Istwert-Konfigurierung" wird der gleiche Mechanismus für die Istwert-Antworten angewandt. In den Istwert-Antworten muß an einer Stelle auch das Statuswort des jeweiligen Slaves enthalten sein.
Slave-Zustand überprüfen: Der Master gibt während der Synchronisierung noch keine Sollwerte aus. Er fordert über Parameter-Anfragen von jedem Slave dessen Status an. Das Statuswort enthält die Information, ob ein Slave synchronisiert ist oder nicht. Erst wenn alle Slaves synchron laufen, beginnt der Master, Sollwerte auszugeben. Der Master überwacht, ob die Synchronisierung bei allen Slaves innerhalb einer einstellbaren Zeit abgeschlossen ist. Ist dies nicht der Fall, meldet der Master diesen Fehler und verbleibt außer Normalbetrieb.
Sind alle Prüfungen/Konfigurierungen erfolgreich abgeschlossen, wird in den Zustand "synchronisiert" übergegangen. Zur Veranschaulichung des Synchronbetriebs wird auf Fig. 2 verwiesen. Im Zustand "synchronisiert" laufen alle Signalverarbeitungsprozesse, beispielsweise Mehrachs-
Antriebsregelungen, im gleichen Zeitraster, d.h. alle Slaves bearbeiten gleichzeitig ihre Signalverarbeitungs- bzw. Regelungsprozesse REG und übernehmen Sollwerte zeitgleich. Der Master sendet seinen Nachrichten bzw. Datagramme DG_A, DG_C, DG_E in definierter Reihenfolge in eigens zugeordneten Zeitfenstern bzw. Zeitabschnitten innerhalb des Taktzykluses tsYNc· Die Antwort-Datagramme DG_F, DG_B, DG_D seitens der Slaves sind innerhalb des Taktzykluses tsYNc in die Zeitmultiplex-Kanäle B, D und F gelegt.
Das Taktsynchronsignal SYNC bildet den Bezugszeitpunkt für den Start von Regelungs- oder Signalverarbeitungsvorgängen REG in den Slave-Knoten. Gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 2 beginnt periodisch 25 &mgr;&egr; nach der fallenden Flanke des Taktsynchronsignals SYNC die erste Regelungstask REG innerhalb eines Taktzyklusses tsYNc in einem Slaveknoten. In weiter fest eingestellten Zeitabständen von 150 &mgr;&egr;, 275 &mgr;&egr;,...900 &mgr;&egr; gegenüber dem Taktsynchronsignal SYNC werden die Regelungstasks REG fortgesetzt oder
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neu gestartet, wobei die Zeitabstände zwischen den aktivierten Regelungstasks REG konstant 125 \x.s betragen. Der Sollwert, der von einem Slave in einem vorausgegangenen Taktzyklus tsYNc empfangen wurde, wird im Rahmen des Signalverarbeitungs- bzw. Regelungsprozesses beispielsweise 500 &mgr;&egr; nach dem Synchrontaktsignal SYNC aktiviert. Der Master muß beispielsweise 350 \xs nach dem Synchrontaktsignal SYNC das nächste Datagramm für den Sollwertkanal 1 senden.
Fällt das Synchrontaktsignal SYNC in einem Taktzyklus tsYNc aus, wird der nächste Taktzyklus noch normal durchlaufen. In diesem Fall kann das Istwert-Datagramm der Slaves entfallen, wenn diese nicht mit der nötigen Zeitpräzision senden können. Nach dem zweiten Ausfall in Folge befinden sich die Slaves jedoch im nichtsynchronisierten Zustand. Für diesen Fall wird ein entsprechender Fehler zur Reaktion durch den Anwender gemeldet.
In einem Statuswort kann ein Slave-Signalverarbeitungsknoten an den Synchronmaster übermitteln, ob der Zustand "synchronisiert" vorliegt oder nicht. Zur Ermittlung kann beispielsweise der Slave die Zeitdifferenz zwischen dem Start seines Signalverarbeitungsprozesses und dem Synchrontaktsignal SYNC messen. Liegt die Zeitdifferenz in einer vorgegebenen Toleranz, wird im Statuswort der Zustand "synchronisiert" angezeigt.
Wesentlich ist der Bezug zwischen dem Synchrontaktsignal SYNC und dem Auftreten der Datagramme auf den Signal-Leitungen der jeweils ersten Busse 11, 21. Hierbei ist eine Arbitrierung nicht notwendig, Arbitrierungsalgorithmen können entfallen. Gleichwohl läßt sich nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ein an sich zur Verfügung stehender Arbitrierungsmechanismus weiterhin nutzen. Dieser kann innerhalb derjenigen Zeitintervalle 4 auf dem jeweiligen Kommunikationsbus 11,21 ablaufen, die von den bezüglich des Synchrontaktsignales SYNC fest vorgegebenen Zeitmultiplexkanälen A-F nicht belegt sind. Alternativ kann der
&bull; <*
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Arbitriermechanismus in einem Zeitintervall genutzt werden, in dem ein an sich vorhandener Zeitmultiplexkanal nicht genutzt wird.
42142bsg

Claims (10)

Schutzansprüche
1. Anordnung zur Steuerung und/oder Regelung technischer Prozesse, mit wenigstens einem Netzwerk aus mehreren Signalverarbeitungsknoten (SK11,
SK12, SK13 SK1n), die zur Generierung von Soll- und Stellwerten für den
oder die technischen Prozesse sowie von aus dem oder den technischen Prozessen abgeleiteten Istwerten ausgebildet und zur Kommunikation von Daten (DG_A, DG_B, DG_C, DE_D, DG_E) und Befehlen untereinander an einen
&iacgr;&ogr; ersten gemeinsamen, seriell arbeitenden Bus (11) angekoppelt sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsknoten (SK11, SK12, SK13
SK1n) zur Synchronisation aufeinander an einen zweiten Bus (12) gleichartiger und/oder serieller Struktur angekoppelt sind, der von einem Synchrontaktgeber dominiert und/oder kontrolliert ist, indem dieser auf den zweiten Bus Synchrontaktsignale (SYNC) ausgibt, auf welche wenigstens ein Teil (SK12, SK13,..., SK1n) der Signalverarbeitungsknoten (SK11, SK12, SK13,.... SK1n) über Synchrontakt-Empfangsmittel mit Bereitstellung und/oder Start von Sende-, Empfangs- und/oder Verarbeitungsprozessen für die Soll-, Ist und/oder Stellwerte oder sonstige Daten und Befehle ansprechen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (SK11) der Signalverarbeitungsknoten (SK11, SK12, SK13,..., SK1n) mit dem Synchrontaktgeber versehen oder als dieser ausgebildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Netzwerk nach einer Master-/Slave-Hierarchie mit einem Master-Signalverarbeitungsknoten (SK11) und
mehreren Slave-Signalverarbeitungsknoten (SK12, SK13 SK1n) arbeitet,
dadurch gekennzeichnet, daß der Master-Signalverarbeitungsknoten (SK11) mit dem Synchrontaktgeber versehen und/oder darüber an den zweiten Bus
(12) angekoppelt ist, während die Slave-Signalverarbeitungsknoten (SK12, SK13 SK1n) die Synchrontakt-Empfangsmittel aufweisen.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bus (12) mit zwei Signalleitungen (SYNC_H,
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SYNCJ-) gebildet ist, die an ihren beiden Enden über je einen gemeinsamen Abschlußwiderstand miteinander verbunden sind.
5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn-
zeichnet, daß die Synchrontakt-Empfangsmittel der Signalverarbeitungsknoten (SK12, SK13 SK1n), gegebenenfalls der Slave-
Signalverarbeitungsknoten, als Eingänge zur Unterbrechung oder zum Interrupt ihres Signalverarbeitungsprozesses oder Programmablaufs und gegebenenfalls zu deren Neustart ausgebildet sind.
6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten- und Befehlsübertragungen (DG_A, DG_B, DG_C, DE_D, DG_E) wenigstens eines oder mehrerer der Signalverarbeitungsknoten (SK11, SK12, SK13,..., SK1n) auf den ersten Bus (11) und/oder deren interne Signalverarbeitungsprozesse (REG) bezüglich des jeweiligen Auftretens des Taktsynchronsignales (SYNC) auf dem zweiten Bus (12) zeitlich festgelegt und gegebenenfalls verzögert sind.
7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Takt- oder Synchronisationszyklusses oder intervalles(tSYNC), der oder das zeitlich zwischen zwei Taktsynchronsignalen (SYNC) des zweiten Busses (12) liegt und/oder von diesen zeitlich begrenzt oder definiert ist, jedem Signalverarbeitungsknoten (SK11, SK12, SK13,..., SK1n) ein oder mehrere Zyklus- oder Intervallabschnitte (A,B,C,D,E) zum Zugriff auf den ersten Bus (11) zugeordnet sind.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Taktzyklus (tSYNC) vorbestimmte Zeitabschnitte (A,B,C,D,E) aufweist, zu denen jeweils einer oder mehrere der Signalverarbeitungsknoten (SK11, SK12, SK13, ..., SK1 n) zur Übertragung von Soll -, Ist - oder Stellwerten, Befehlen oder Daten (DG_A, DG_B, DG_C, DE_D, DG_E) ausgebildet, programmiert oder eingestellt ist.
Götz, Küchler & Dameron ,^''A J*i \**'l ' '"ll*
29.05.98/42142/28-SG
9. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit dem ersten Netzwerk (SK11, SK12, SK13,..., SK1n, 11,12) gleichartig strukturiertes, synchronisiertes und kommunizierendes, zweites Netzwerk (SK21, SK22, SK23,..., SK2n,21,22), wobei wenigstens einer (SK21) der Signalverarbeitungsknoten (SK11, SK12, SK13, ..., SK1n; SK21, SK22, SK23,..., SK2n) beider Netzwerke an den jeweiligen zweiten Taktsynchronsignal-Bus (12;22) sowohl des zweiten (SK21, SK22, SK23
SK2n,21,22) als auch des ersten Netzwerks (SK11, SK12, SK13,..., SK1n, 11,12) angekoppelt ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Signalverarbeitungsknoten (SK21) zum Durchschleifen des Taktsynchronsignales (SYNC) aus dem zweiten Bus (12) des einen Netzwerks (SK11, SK12, SK13, ..., SK1n, 11,12) zum zweiten Bus (22) des anderen Netzwerks (SK21,
SK22, SK23 SK2n,21,22) ausgebildet und/oder eingestellt ist.
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