DE3534465C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbundsystems speicherprogrammierbarer Steue­ rungen mit gleicher Hardware, vorzugsweise für Klein­ steuerungen, die in einem Netzwerk durch ein externes Bussystem gekoppelt sind, wobei eine der Steuerungen, als zentrale Einheit, die übrigen Steuerungen, als dezentrale Einheit, verwaltet.

Verbundsysteme speicherprogrammierbarer Steuerungen finden in der digitalen Steuerungstechnik eine immer größer werdende Anwendung. Durch die Topologie solcher Systeme wird eine hohe Leistungsfähigkeit in dezentra­ len Automatisierungssystemen erreicht.

Die bekannten Verbundsysteme weisen eine festgelegte hierarchische Struktur auf.

In der Zeitschrift "Regelungstechnische Praxis" 1984, Heft 3, Seite 129 wird ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Betreiben eines solchen, in hierarchischer Struktur aufgebauten, Systems vorgestellt.

Alle, bis auf den übergeordneten Prozeßrechner, in das System eingebundenen Steuerungen können die gleiche Hardware aufweisen und sind durch ein externes Bussystem gekoppelt.

Nachteilig hierbei ist der starre struktuelle System­ aufbau, wobei die Funktionsweise der zentralen Einheit und der dezentralen Einheit einmal vorgegeben nicht mehr veränderbar ist.

Die zentrale Einheit verwaltet das gesamte Verbund­ system und nur ihr ist es vorbehalten, intelligente Steuerungsaufgaben durchzuführen und die Funktions­ aufgaben auf die dezentralen Einheiten zu deligieren.

Hierbei ist es auch von Nachteil, daß das gesamte Anwenderprogramm in der zentralen Einheit steht, wodurch der Programmumfang, abhängig von den dezen­ tralen Steuerungsaufgaben, groß ist, und die Zykluszeit der Programmabarbeit erhöht wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbund­ systems speicherprogrammierbarer Steuerungen der eingangs genannten Art anzu­ geben, das eine flexible Struktur aufweist, indem die Hierarchie des Systems veränderbar ist, und wobei jede der im Verbundsystem befindlichen Steuerungen während des Prozeßablaufes die Funktionsweisen einer zentralen oder dezentralen Steuerung übernehmen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung betrifft alle speicherprogrammierbaren Steuerungen, die durch ein Netzwerk miteinander ver­ bunden sind und eine Kommunikation erlauben. Beispiele derartiger Netzwerke sind Bus-, Stern- oder Ringver­ bindungen. Die Übertragungsmedien können Zweidraht-, Koax-, Glasfaser- oder Infrarotverbindungen sein, die alle gewünschten Informationen mit einer dem gesamten Verbundsystem angepaßten Datentransportate übertragen.

Wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist die hohe Flexibilität bei Inbetriebnahme, Pro­ zeßabarbeitung, nachträglich gewünschten Funktions­ änderungen sowie bei Steuerungsausfall an einer An­ lagen- oder Maschinensteuerung.

Jede Steuerung des Verbundsystems ist in der Lage, Teilbereiche des Gesamtprozesses eigenständig zu steuern. Das erleichtert bei der Inbetriebnahme die Phase der Funktionsprüfung vor allem dann, wenn die Teilbereiche der Gesamtanlage von verschiedenen Her­ stellern gefertigt wurden.

Vorteilhaft ist weiterhin, daß das Anwenderprogramm jeder Steuerung für einen Teilbereich im hohen Maße komplex gestaltet werden kann, wodurch eine schnelle Programmabarbeitung erreicht wird.

Funktionsänderungen sind jederzeit leicht durchzu­ führen, daß ein direkter Zugriff auf das Anwender­ programm jeder Steuerung des Verbundsystems möglich ist. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einem Ausfall einer Steuerung nicht die Gesamtanlage ausfällt oder der Prozeßablauf unterbrochen werden muß, da nur der Teilbereich der Gesamtanlage ausfällt, welcher von der defekten Steue­ rung gesteuert wird.

Zweckmäßigerweise würde in diesem Fall das Produkt um diesen defekten Teilbereich herumgeleitet und somit der Fertigungsfluß nicht gestoppt.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand einer beispielhaften Konfiguration eines Verbundsystems speicherprogrammierbarer Steue­ rungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Verbundsystem mit zehn gleichen Steuerungen,

Fig. 2 die Hardware jeder Steuerung im Verbundsystem,

Fig. 3 die Grundeinstellung des Verbundsystems.

Die Fig. 1 zeigt eine derartige Verbindung mehrerer Steuerungen, die je nach Anforderung in unterschied­ lichen Betriebsarten arbeiten. Dargestellt wird dabei eine typische Konfiguration, die einige der verschie­ denen Möglichkeiten beinhaltet. Die Steuerung 1 wird in dem vorgestellten Beispiel als zentrale Einheit benutzt. Die Steuerungen 2-4 arbeiten als dezentrale Einheiten der zentralen Einheit 1. Die Steuerungen 5-7 arbeiten, wie die zentrale Einheit, autonom, passen ihren Ablauf jedoch der zentralen Einheit an. Die Steuerungen 8-10 bearbeiten dauernd unter­ schiedliche Programme, die von der zentralen Einheit aufgerufen oder geladen werden.

Alle vorgestellten Steuerungen nach Fig. 1 sind gleich aufgebaut. Sie unterscheiden sich lediglich in der softwarebedingten Abarbeitung des internen Programms. Die Steuerung 1 fungiert als zentrale Einheit des gesamten Verbundsystems. Sie wird durch das System- und ein Anwenderprogramm in der Funktionsweise be­ stimmt.

Die dezentralen Einheiten 2-4 bearbeiten ein internes Programm, das alle Eingangsdaten von der zentralen Einheit auf die im Verbundsystem befindlichen Ausgänge abbildet und die internen Eingänge an die zentrale Einheit weitergibt. Die zeitliche Sequenz wird von der zentralen Einheit festgelegt. Die autonom arbeit­ tenden dezentralen Einheiten 5-7 sind - wie die de­ zentralen Einheiten 2-4 - von der Arbeitsweise der zentralen Einheit abhängig, sie beschränken sich jedoch nicht nur auf das Abbilden und den Datentrans­ port der E/A-Größen, sondern führen auch eine Vorver­ arbeitung oder Datenreduktion durch (z. B. PID-Regler, Temperaturüberwachung, Positioniervorgänge usw.). Die dezentralen Einheiten 8-10 sind von ihrer Struktur her lose an die zentrale Einheit gekoppelt. Sie werden je nach Anwendung von der zentralen Einheit program­ miert und arbeiten dann parallel zur zentralen Einheit ein beliebiges Programm ab. Die Datenkommunikation dient im letzten Fall lediglich zur Programmanwahl, zur Programmladeprozedur oder im Betriebszustand zur Übermittlung von Status- oder Fehlerinformationen. Die Steuerungen 5-10 sind für die schnelle Programm­ verarbeitung von großem Interesse, da sie eine paral­ lele Verarbeitung im weiteren Sinne erlauben.

Alle vorgestellten Einheiten sind in diesem Beispiel durch ein Netzwerk miteinander verknüpft. Sie unter­ scheiden sich lediglich durch eine - vor der Inbetrieb­ nahme festgelegte - Adresse (im EPROM, Schalterstel­ lung o. ä.). Eine bestimmte Adresse (z. B. die Adresse 1) wird ebenfalls vor der Inbetriebnahme als Zentrale deklariert. Die Funktionsweisen aller übrigen Steue­ rungen können dann auf zweierlei Arten festgelegt werden:

• 1. Die Funktionsweise ist adressenabhängig.
• 2. Die Funktionsweise wird durch die zentrale Einheit über eine Prozedur programmiert.

Im 2. Fall besteht jederzeit die Möglichkeit, die Funktionsweisen jeder Steuerung beliebig zu ändern. Im 1. Fall kann eine leichte Änderung der Funktions­ weise auch dadurch geschehen, daß eine programmierbare Adresse vergeben wird. Insbesondere kann durch die programmierbare Vergabe einer Adresse auch ein Wechsel der zentralen Einheit erfolgen. Insgesamt liegt somit ein System vor, das von der Struktur her bei LANs (Local Area Networks) schon Verwendung findet. Hinzu kommt in diesem Beispiel jedoch die Eigenschaft, daß alle Steuerungen von der Hand- und Systemsoftware gleich aufgebaut sind und sich durch die Programmierung oder durch die Adreßzuordnung im Netz unterschiedlich verhalten. Diese spezielle Eigenschaft erlaubt ein Maximum an Flexibilität und eine zu jeder Zeit belie­ bige Änderung der Systemstruktur.

Die Hardware, die derartigen Steuerungen zugrunde liegt, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Schaltung besteht aus einer Zentraleinheit (CPU), einem Festspeicher (z. B. EEPROM o. ä.), einem Anwenderprogramm- und Daten­ speicher (RAM) mit Pufferung, den gewünschten E/A-Ka­ nälen und dem Businterface. Mit dieser Konfiguration sind alle Funktionsarten möglich. Die unterschiedlichen Arbeitsweisen werden durch den Festwertspeicher be­ stimmt. Dieser Festwertspeicher ist so ausgelegt, daß neben dem Grundprogramm (System der Zentraleinheit) auch die dezentrale, die ladbare und die festgelegte Arbeitsweise abgelegt ist.

Die Fig. 3 zeigt in vereinfachter Form die Grundein­ stellung der Systemkonfiguration. Nach dem Starten eines derartigen Verbundsystems informiert sich jede Steuerung zuerst über die vorein­ gestellte eigene Adresse und eine eventuelle feste Funktionsvorgabe. Sollte eine feste Funktionsvor­ gabe eingestellt sein, wird das notwendige Programm direkt im Festwertspeicher gestartet (dezentrale Einheit oder intelligente dezentrale Einheit). Wenn die Funktionsweise noch nicht eingestellt wurde, kann eine spätere Programmierung die bereits im Fest­ wertspeicher vorgegebene Arbeitsweise hervorrufen. Liegt die Arbeitsweise im Festwertspeicher nicht als Systemprogramm vor, so erwartet die Steuerung durch einen internen Lader die Übergabe des Programms durch die zentrale Einheit. Die zentrale Einheit ist somit in der Lage, sowohl die Funktionsweise als auch den Zeitpunkt des Einsatzes zu bestimmen.

Vernetzte Systeme, die aus den vorgestellten Steue­ rungen aufgebaut sind, lassen sich damit beliebig flexibel gestalten. Spätere Änderungen der System­ struktur sind nur mit einer neuen Funktionsvergabe verbunden. Ein Austauschen der Steuerungen entfällt.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betreiben eines Verbundsystems spei­ cherprogrammierbarer Steuerungen mit gleicher Hardware, vorzugsweise für Kleinsteuerungen, die in einem Netzwerk durch ein externes Bussystem gekoppelt sind, wobei eine der Steuerungen, als zentrale Einheit, die übrigen Steuerungen, als dezentrale Einheit, verwaltet, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) jede Steuerung (1-10) eine gleiche Systemsoftware aufweist, wodurch jede Steuerung (1-10) in der Lage ist, die Funktionsweise der zentralen Einheit zu übernehmen, wobei jede Steuerung (1-10) einen Speicherbereich für ein Anwender­ programm aufweist,
• b) die Funktionsweise jeder Steuerung (1-10) fest­ gelegt wird
  • - beim Systemstart durch die Anfangsinitiali­ sierung,
  • - im Prozeßablauf durch die aktuelle zentrale Einheit,
• c) jede Steuerung (1-10) mit dezentraler Funktions­ weise in der Lage ist, das interne Anwenderpro­ gramm abzuarbeiten, ohne die Funktionsweise der zentralen Einheit zu übernehmen.

2. Verfahren zum Betreiben eines Verbundsystems spei­ cherprogrammierbarer Steuerungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuerung (1-10) in der Lage ist, völlig autonom zu arbeiten.

3. Verfahren zum Betreiben eines Verbundsystems spei­ cherprogrammierbarer Steuerungen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Bussystem auch dafür vorgesehen ist, einen lokalen übergeordneten Rechner einzu­ koppeln.