DE3838152A1 - Verfahren und identifizierung von busteilnehmern - Google Patents
Verfahren und identifizierung von busteilnehmernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und
Identifizierung von Busteilnehmern in einem 1-Master-n-
Slave-System, wobei sich die vernetzten Teilnehmer in einem
ringtopologisch angeordneten Bussystem befinden und mittels
einem als Übertragungsmedium ausgeführten Lichtwellenleiter
Informationen mit geringen Datenmengen bis in die niedrigste
Feldebene austauschen.
Bei den bekannten bitseriellen Übertragungsverfahren
erfolgt die Identifizierung und Erfassung der Teilnehmer
zyklisch und ist in jedem Übertragungstelegramm protokolliert.
Die Effizienz der Nutzdatenübertragung leidet unter
der ständigen Mitführung der Verwaltungsdaten, wie
Kontrollstrukturen, z. B. Token-Verwaltung, Sicherheitszyklen
und Frage- und Antwortzyklen. Gerade im Bereich der
untersten Feldebene wird das Verhältnis der Nutzdaten zu
den Verwaltungsdaten immer schlechter, da es sich in der
Eingangs-Ausgangsebene meist um einfachste Feld-Ein/Ausgabegeräte
(Schalter, Tasten, Lampen, Schütze) und somit um
Ein-Bit-Informationen handelt.
Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Verfahren zur
Erfassung und Identifizierung der Busteilnehmer in einem
Ringsystem anzugeben, bei dem das übliche Overhead während
der Übertragung der Nutzdaten auf ein Minimum begrenzt
wird und die Erfassung und Identifizierung der Teilnehmer
in einem Konfigurationszyklus erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das
zentrale Steuersystem nach jeder Neuinitialisierung eine
zyklische Konfiguration des Ringsystems einleitet, wobei
jeder im Ringsystem eingebundene Teilnehmer derart erfaßt
wird, daß in einem ersten Konfigurationszyklus die
Teilnehmererkennung und Teilnehmeridentifizierung durch
eine geographische Adressierung erfolgt, indem ein
Konfigurationstelegramm, welches im wesentlichen aus einem
Startbyte, einem Adreßbyte mit der Wertigkeit 0 und einer
Folge von Datenbytes besteht, zum ersten Ringteilnehmer
gesendet wird und daß dieser Teilnehmer das empfangene
Adreßbyte in seinem Adreßregister als absolute Adresse
ablegt und durch Hinzuaddieren seiner hardwaremäßig
eingestellten relativen Adresse das Adreßbyte des
Konfigurationstelegramms für den nächsten Teilnehmer neu
generiert, welches dann mit dem, um die Adreßbytezahl des
Teilnehmers erhöhten Adreßbyte zum Teilnehmer gesendet
wird und daß der Teilnehmer und jeder weitere Teilnehmer
diese Prozedur durchläuft und daß am Ende des Ringes dem
zentralen Steuerungssystem ein genaues Abbild über die
Anzahl der Teilnehmer, deren zugeordneter relativen
Adresse aus der Summierung aller Adreßbytezahlen im
Adreßbyte und deren zugeordnete, errechnete und absolute
Adresse aus den entsprechenden Arbeitsregistern, deren
Werte in die Datenbytefolge des Konfigurationstelegramms
während des Konfigurationszyklus eingeschrieben
wurden, zur Verfügung steht, wobei für einen intelligenten
Teilnehmer mit variabler Datenlänge vier Datenbytes im
Konfigurationstelegramm reserviert wird und daß sich das
zentrale Steuerungssystem aus dem Konfigurationstelegramm
eine Abbildliste erstellt.
In den Unteransprüchen 2 bis 4 sind vorteilhafte Weiterbildungen
in Verbindung mit dem Hauptanspruch gekennzeichnet.
Das vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich
auf ein 1-Master-n-Slavesystem. Die Mastersteuerung
verwaltet das Protokoll der Konfigurationszyklen und
besitzt am Ende der Konfigurationszyklen eine genaue Orientierung
über die Anordnung der Teilnehmer im Ringsystem und
errechnet aus der Kenntnis der relativen Adresse jedes
Teilnehmers deren absolute Adresse und schreibt diese in
das Adreßregister der Teilnehmer ein. Sind die zwei
Konfigurationszyklen abgeschlossen, können n-Datenzyklen
folgen, wobei nur die bei der Identifikation der Teilnehmer
ermittelten Datenbytes den Datenzyklus belasten. Alle
möglichen folgenden Datenbytes werden vom Kommunikationsprotokoll
ignoriert und abgeschnitten. Problemlos können in
Ringsystemen, die das erfindungsgemäße Verfahren nutzen,
nach Ausschaltung der Steuerspannung, Teilnehmer in den Ring
eingefügt oder entfernt werden. Nach Einschalten der
Steuerspannung erfolgt die Neuinitialisierung des
Ringsystems mit den beschriebenen Konfigurationszyklen.
Nachfolgend sei das erfindungsgemäße Verfahren mittels der
Figuren der Zeichnung mit einer beispielhaften
Anordnung von Teilnehmern näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine einfache und beispielhafte Anordnung eines 1-
Master-n-Slave-Ringsystems, bei dem das Verfahren Anwendung
findet,
Fig. 2 das Telegramm für den Konfigurationszyklus 1, das
bei der beispielhaften Anordnung nach Fig. 1 Anwendung
findet,
Fig. 3 das Telegramm für den Konfigurationszyklus 2, das
bei der beispielhaften Anordnung nach Fig. 1 Anwendung
findet,
Fig. 4 die tabellarische Darstellung des Konfigurationszyklus
1, bezogen auf die Anordnung in Fig. 1,
Fig. 5 die tabellarische Darstellung des Konfigurationszyklus
2, bezogen auf die Anordnung in Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt eine einfache und beispielhafte Anordnung
eines 1-Master-n-Slave-Ringsystems, bei dem das erfindungsgemäße
Verfahren Anwendung findet. Hierbei besteht der
Ring aus einem Master und 3 Untersystemen Slave 1 bis Slave
3. Jedes Untersystem besteht im wesentlichen aus einer
optoelektrischen Empfangseinrichtung E und einer elektrooptischen
Sendeeinrichtung S, aus einem Telegrammregister
TR, einem Arbeitsregister AR, einem Datenspeicher DS und
einer Einrichtung BZ zur Einstellung der relativen Adresse.
Die Untersysteme ohne eigene Intelligenz sind auf eine
feste Datenlänge von maximal 4 Byte begrenzt. In dieser
beispielhaften Anordnung Fig. 1 beträgt die relative Adresse
BZ des Untersystems Slave 1 drei Byte (16-24V-Ausgänge)
und die des Untersystems 3 zwei Byte (8-24V-Eingänge). Das
Untersystem Slave 2 besitzt eine eigene Intelligenz und hat
eine variable Datenlänge. In diesem Fall 24 Byte (16
analoge Eingänge und 4 analoge Ausgänge).
Die Teilnehmer, Master und Untersysteme Slave 1 bis Slave 3
sind mittels Lichtwellenleiter ringtopologisch angeordnet.
Die Konfiguration, d. h. die Erfassung und Identifizierung
der Ringteilnehmer erfolgt nach der Initialisierung und
Ringsynchronisierung durch das zentrale Steuersystem
Master.
Fig. 2 zeigt das Telegramm des Konfigurationszyklus 1, das
erfindungsgemäß bei der beispielhaften Anordnung nach Fig.
1 Anwendung findet. Nach der Ringsynchronisation befinden
sich alle Untersysteme Slave 1 bis Slave 2 im Zustand
"Warten" und warten auf Anweisung vom Master. Diese
Anweisungen werden im Konfigurationszyklus und im Datenzyklus
gesendet. Der Konfigurationszyklus KZ 1 startet
ausgehend vom Zustand "Listen Delimiter" und der Master
sendet "Idle-Signal" (log. 1) mindestens 8 Bitzeiten.
Es folge der "Konfigurationsdelimiter" als Startbyte KD und
daran anschließend das Adreßbyte AB und das Adreßbyte
"repeat" ABr. Jeder Teilnehmer Slave 1 bis Slave 3 vergleicht
die Adreßbytes AB und ABr auf Übereinstimmung. Bei
Nichtübereinstimmung wird wieder der Zustand "Listen
Delimiter" eingenommen. Einem weiteren "Konfigurations
Delimiter" als Startbyte KD 1 folgen die Datenbytes DB 1 bis
DB 256.
Anhand der Fig. 4, die eine tabellarische Darstellung des
Konfigurationszyklus 1 darstellt, soll dieser näher
beschrieben werden. Erkennt das Untersystem Slave 1 nach
Idle-Signal IS das Startbyte KD, beginnt es mit seiner
Konfiguration. Ist der gesamte Ring synchronisiert, so
befinden sich alle Teilnehmer, Master und Slave 1-3 im
Zustand "Listen Delimiter" (Warten). Der Master sendet das
Startbyte KD, das Adreßbyte AB mit der Wertigkeit "0", die
Frame-Check-Summe über das Adreßbyte AB entsprechend dem
Adreßbyte "repeat" ABr also noch einmal "0", dann das
Startbyte KD 1 gefolgt von dem während des Konfigurationszyklus
KZ 1 definierbaren 256 Byte. Der erste Ringteilnehmer
Slave 1 ist ein Teilnehmer mit fester Bytezahl BZ und ist
hardwaremäßig fest auf 3 Byte eingestellt. Die vom Master
empfangene Adresse "0" speichert Slave 1, über sein
Transferregister TR, in seinem Arbeitsregister AR ab,
addiert seine 3 Bytes auf, trägt sie mittels des Transferregisters
TR in das Adreßbyte AB des Konfigurationstelegramms
KT 1 ein und sendet die Adresse 3 dem nächsten
Untersystem Slave 2. Dann bildet Slave 1 die Frame-Check-
Summe von der Adresse 3 und sendet sie über das Transferregister
TR dem Untersystem Slave 2 als Adreßbyte "repeat"
Abr. Dann empfängt Slave 1 das nächste Startbyte KD 1 und
weiß, daß die ersten drei Datenbytes, die er empfängt, für
seiner im Datenspeicher gekennzeichneten Identifikation. In
diesem Fall einen 3-Byte-Teilnehmer mit 8×24 V-Eingängen.
Die Datenbytes DB 2 und DB 3 bleiben ungenutzt. Alle
folgenden Datenbytes werden mit Bildung der Frame-Check-
Summe nur noch durchgereicht. Das Untersystem Slave 2 hat
die Adresse "3" von Slave 1 erhalten und schreibt diese
Adresse in sein Arbeitsregister AR. Slave 2 ist ein
intelligentes Untersystem mit variabler Datenlänge, die vom
Untersystem Slave 2 selbst oder vom Master zugewiesen
werden kann. Damit kann der Ring sich dynamisch optimal an
seine zeitlich veränderliche Problemstellung anpassen. Für
Slave 2 werden 4 Datenbytes fest vorgewählt. Die Addition
des Adreßbytes mit der vorgewählten Bytezahl 4 ergibt die
Adresse "7", die zum Slave 3 gesendet wird. Die Identität
von Slave 2 (24 analoge Eingänge, 4 analoge Ausgänge) und
seine relative Adresse (24 Byte) werden in das
Datenbyte DB 4 eingeschrieben. Slave 3 schreibt die vom
Slave 2 gesendete Adresse "7" in sein Arbeitsregister AR,
addiert seine relative Adresse mit der Bytezahl BZ 2 auf.
Slave 3 schreibt seine Identifikation in das Datenbyte
DB 8 ein und sendet dem Maser die Adresse "9".
Der Konfigurationszyklus KZ 1 endet mit dem vom Master
empfangenen letzten Datenbyte DB 256 und als Abschluß die
Frame-Check-Summe. Zu diesem Zeitpunkt sind alle Untersysteme
Slave 1 bis Slave 3 erfaßt und identifiziert. Der Master
hat sich ein Abbild vom Ringsystem geschaffen. Er kennt
die Position und die Anzahl der Teilnehmer, deren relative
Adresse sowie deren Identifikation. Das Untersystem Slave 2
wurde von ihm als intelligenten Teilnehmer ermittelt, der
eine variable Datenlänge aufweist und zur absoluten
Adressierung aller Teilnehmer am Ring einen zweiten
Konfigurationszyklus KZ 2 erzwingt.
Fig. 3 zeigt das Telegramm des Konfigurationszyklus KZ 2.
Dieser zweite Konfigurationszyklus wird wegen der Existenz
des intelligenten Teilnehmers Slave 2 und dessen variable
Datenlänge notwendig. In diesem Zyklus wird jedem Teilnehmer
die absolute Adressierung in das Arbeitsregister
geschrieben.
Fig. 5 zeigt eine tabellarische Darstellung des
Konfigurationszyklus KZ 2, bezogen auf die Anordnung in Fig. 1.
Nach dem "Konfigurations Delimiter" als Startbyte KD 2
sendet der Master die Datenbytes in aufsteigender Reihenfolge.
Im Datenbyte DB 1 steht die absolute Adresse "0" für
Slave 1. Sie wird nochmals in das Arbeitsregister geschrieben.
Für Slave 2 steht im Datenbyte DB 2 die absolute
Adresse "3". Im Datenbyte 3 des nächsten und letzten
Ringteilnehmers, Slave 3, steht die Summe aus relativer
Adresse "24" und der absoluten Adresse "3" des Teilnehmers
Slave 2. Die absolute Adresse "27" wird dem Teilnehmer
Slave 3 in das Arbeitsregister AR eingeschrieben.
Die Konfiguration ist abgeschlossen, wenn das Datenbyte
DB 256 den Empfänger des Masters erreicht. Das System
befindet sich danach wieder im Zustand "Listen Delimiter".
Der Master sendet Idle-Signal (log. 1) und wartet auf n-
Datenzyklen.
Im Konfigurationszyklus wird das erste Datenbyte jeweils
zum Konfigurationsbyte. Dabei kann das vom Master gesendete
Konfigurationsbyte z. B. die Einstellung des Watchdog-Timers
beinhalten und in den Datenspeicher DS der Untersysteme
eingeschrieben werden. Im gleichen Zyklus überschreibt das
Untersystem dieses Konfigurationsbyte mit seiner Identität.
Claims (4)
1. Verfahren zur Erfassung und Identifizierung von Busteilnehmern
in einem 1-Master-n-Slave-System, wobei sich die
vernetzten Teilnehmer in einem ringtopologisch angeordneten
Bussystem befinden und mittels einem als Übertragungsmedium
ausgeführten Lichtwellenleiter Informationen mit geringen
Datenmengen bis in die niedrigste Feldebene austauschen,
dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale Steuersystem
(Master) nach jeder Neuinitialisierung eine zyklische Konfiguration
des Ringsystems einleitet, wobei jeder im Ringsystem
eingebundene Teilnehmer (Slave 1 bis Slave n) derart
erfaßt und identifiziert wird, daß in einem ersten Konfigurationszyklus
(KZ 1) die Teilnehmererkennung und Teilnehmeridentifizierung
durch eine geographische Adressierung
erfolgt, indem ein Konfigurationstelegramm (Kt 1), welches
im wesentlichen aus einem Startbyte (KD), einem Adreßbyte
(AB) mit der Wertigkeit 0, einem weiteren Adreßbyte (ABr)
mit der Wertigkeit 0 und einer Folge von Datenbytes (DB 0-
DBn) besteht, zum ersten Ringteilnehmer (Slave 1) gesendet
wird und daß dieser Teilnehmer (Slave 1) das empfangene
Adreßbyte (AB) in seinem Adreßregister (AR) als absolute
Adresse ablegt und durch hinzuaddieren seiner hardwaremäßig
eingestellten relativen Adresse (BZ) das Adreßbyte (AB)
des Konfigurationstelegramms (KT 1) für den nächsten
Teilnehmer (Slave 2) neu generiert, welches dann mit dem
um die Adreßbytezahl (BZ) des Teilnehmers (Slave 1)
erhöhten Adreßbyte (AB) zum Teilnehmer (Slave 2) gesendet
wird und daß der Teilnehmer (Slave 2) und jeder weitere
Teilnehmer (Slave 3 bis Slave n) diese Prozedur durchläuft
und daß am Ende des Ringes dem zentralen Steuerungssystem
(Master) ein genaues Abbild über die Anzahl der Teilnehmer
(Slave 1 bis Slave n), deren zugeordneter relativen Adresse
aus der Summierung aller Adreßbytezahlen (BZ) im Adreßbyte
(AB) und deren zugeordnete errechnete und absoluten Adresse
aus den entsprechenden Arbeitsregistern (AR), deren Werte
in die Datenbytefolge (DB 0-DBn) des Konfigurationstelegramms
(KT 1) während des Konfigurationszyklus (KZ 1)
eingeschrieben wurden, zur Verfügung steht, wobei für einen
intelligenten Teilnehmer (Slave 3) mit variabler Datenlänge
vier Datenbytes (DB 5-DB 8) im Konfigurationstelegramm (KT 1)
reserviert wird und daß sich das zentrale Steuerungssystem
(Master) aus dem Konfigurationstelegramm (KT 1) eine
Abbildliste (ABL) erstellt.
2. Verfahren zur Konfiguration von Steuerungssystemen nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teilnehmer
(Slave 1 bis Slave n) entsprechend seiner Adresse (AB)
während der Konfiguration seine Identifikation in die
Datenbytefolge (DB 0-DBn) des Konfigurationstelegramms
(KT 1) einliest.
3. Verfahren zur Konfiguration von Steuerungssystemen nach
Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
zentrale Steuersystem aus seiner, im ersten Konfigurationszyklus
(KZ 1) erstellten Abbildliste einen Teilnehmer
(Slave 3) mit variabler Datenlänge erkennt und zu einem
zweiten Konfigurationszyklus (KZ 2) gezwungen wird, indem
ein Konfigurationstelegramm (KT 2), bestehend aus einem
Startbyte (KD 2) und den nachfolgenden Datenbytes (DB 0-
DBn), in den Ring gesendet wird, wobei die nach dem
Startbyte (KD 2) folgenden Datenbytes (DB) in aufsteigender
Reihenfolge gemäß der Anzahl der Teilnehmer (Slave 1 bis
Slave n) und ihrer entsprechenden Bytezahl (BZ) reserviert
sind und mittels denen jeder Teilnehmer noch einmal seine
absolute Adresse (AB) in sein Adreßregister (AR) einliest.
4. Verfahren zur Konfiguration von Steuersystemen nach den
Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Konfigurationszyklen
(KZ 1, KZ 2) eine beliebige Anzahl von
Datenzyklen folgt und daß eine erneute Konfiguration erst
nach Aus- und Wiedereinschaltung der Steuerspannung
erfolgt.
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