DE3928998C2 - Speicherprogrammierbare Steuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einer Masterbaugruppe, die über einen parallelen Bus mit Slavebaugruppen verbunden ist, und einem seriellen Bus, der die Slavebaugruppen untereinander verbindet.

Eine speicherprogrammierbare Steuerung der vorstehend beschriebenen Art ist bekannt. Bei dieser Steuerung ist der den Slavebaugruppen und der Masterbaugruppe gemeinsame Bus an zusätzlich eine Eingabeeinheit angeschlossen, die weiterhin mit dem an die Slavebaugruppen angeschlossenen Bus verbunden ist. Der die Slavebaugruppen und die Eingabeeinheit verbindende Bus leitet Rückmeldeinformationen, die jeweils von einem Ausgabeport einer Slaveeinheit ausgegeben werden, zur Eingabeeinheit (DD 241 798 A1).

Bekannt ist auch ein Steuerungsssystem, bei dem mehrere aktive Teilnehmer an zwei verschiedenen Bussen hängen. Der eine Bus ist ein logischer Token-Ring, der die aktiven Teilnehmer untereinander und weitere passive Teilnehmer miteinander verbindet. Es ist immer einer der aktiven Teilnehmer Master und zwar der, welcher das Token-Telegramm erhält (Elektronik 16/04.08. 1989, S. 71-78).

Bei einer anderen bekannten speicherprogrammierbaren Steuerung mit einer Zentraleinheit erfolgt die Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und Ein-, Ausgabebaugruppen über einen parallelen Ein-, Ausgabebus. Ein zweiter paralleler Speicherbus verbindet die Zentraleinheit, Programmspeicher, Kommunikationsprozessoren und Feldbuskoppler (Maschine und Werkzeug 17/1988, S. 12-23).

Weiterhin ist es bekannt, bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung die Baugruppen mit einer umschaltbaren Master-, Slave-Funktion zu versehen (Precision 7/1988, S. 4-7).

Schließlich ist es bekannt, serielle oder parallele Bussysteme zur Verbindung von elektronischen Baugruppen je nach Bedarf einzusetzen (Elektroniker, Nr. 5/1977, S. EL7-EL15).

Bei speicherprogrammierbaren Steuerungen sind die Slavebaugruppen häufig mit dem Prozeß, d. h. mit Geräten und Anlagenteilen verbunden, die gesteuert werden müssen.

Fällt die Masterbaugruppe z. B. infolge einer Störung aus, dann können, wenn die einzelnen Slavebaugruppen nicht autonom die mit ihnen verbundenen Geräte, Anlagenteile oder Maschinen zumindest für eine begrenzte Zeit steuern können, kritische Prozeßzustände auftreten. Ein autonomer Betrieb einzelner Slavebaugruppen ist zumindest dann nicht möglich, wenn einzelne Slavebaugruppen für die gesamte speicherprogrammierbare Steuerung wichtige Funktionen ausüben, indem sie z. B. Speicher enthalten, die mehr als zwei Baugruppen zugeordnet sind.

Bei manchen kritischen Prozeßzuständen kann es vorkommen, daß der Datentransfer auf dem parallelen Bus nicht ausreicht, um den Prozeß in der richtigen Weise zu beeinflussen. Prinzipiell könnte eine speicherprogrammierbare Steuerung mit einer schnelleren Datentransferrate eingesetzt werden, deren höhere Geschwindigkeit durch eine größere Datenbreite und/oder Adreßbreite auf dem Bus in Verbindung mit Prozessoren einer entsprechender Anzahl von parallelen Daten- und Adreßausgängen gesteigert wird. Wenn derartige kritische Prozeßzustände nur selten vorkommen und Ausnahmefälle bilden, ist die Verwendung einer in der Leistung an diese Ausnahmefälle angepaßten speicherprogrammierbaren Steuerung kostspielig.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine speicherprogrammierbare Steuerung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß zwischen den Slavebaugruppen unabhängig vom parallelen Bus ein Informationsaustausch mit möglichst geringem Aufwand möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Der serielle Bus arbeitet bei der im Patentanspruch 1 beschriebenen Steuerung z. B. dann, wenn eine Slavebaugruppe den Betrieb benötigt.

Eine solche Anforderung kann z. B. erzeugt werden, wenn keine Datenübertragungen zwischen den Slavebaugruppen und der Masterbaugruppe des parallelen Busses innerhalb einer vorgegebenen Zeit stattfinden. Dies kann ein Kennzeichen dafür sein, daß die Masterbaugruppe des zentralen Busses ausgefallen oder überlastet ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der im Patentanspruch 1 beschriebenen Maßnahmen sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltbild eines speicherprogrammierbaren Steuergeräts, das auch als SPS bezeichnet wird und das eine zentrale Baugruppe, die als SPS-Masterbaugruppe 1 bezeichnet ist, und weitere Baugruppen enthält, die in bezug auf die SPS-Masterbaugruppe 1 Slavebaugruppen 2, 3, 8 sind und von denen nur zwei dargestellt sind. Es können auch mehr Slavebaugruppen vorgesehen sein. Die SPS-Masterbaugruppe 1 und die Slavebaugruppen 2 und 3 sind gemeinsam an einen parallelen Bus 4 angeschlossen, der Steuerleitungen 5, Adreßleitungen 6 und Datenleitungen 7 enthält. Diese Leitungen sind aus Übersichtlichkeitsgründen jeweils nur einmal dargestellt.

In bezug auf den parallelen Bus 4 haben die Slavebaugruppen 2, 3, 8 nur Slaveverhalten. Alle Slavebaugruppen 2, 3, 8 sind noch mit einem seriellen Bus 9 verbunden, der eine Leitung 10 und eine Masseleitung 11, d. h. eine an Masse gelegte Leitung 11 aufweist.

Eine Slavebaugruppe, nämlich die Slavebaugruppe 8 ist so eingestellt, daß sie für den Datentransfer auf dem seriellen Bus 9 die Masterfunktion ausübt, d. h. alle Übertragungen auf dem seriellen Bus laufen unter Steuerung und Kontrolle der Slavebaugruppe 8 ab, die deshalb im folgenden Slave- und Masterbaugruppe 8 bezeichnet wird. Die Leitung 10 und die Masseleitung 11 sind für die bidirektionale Übertragungsrichtung zwischen Slave- und Masterbaugruppen vorgesehen. Die einzelnen Baugruppen weisen insbesondere alle Prozessoren auf. Die Slavebaugruppen 2, 3 und die Master- und Slavebaugruppen 8 sind über beipielsweise parallele Ein- und Ausgänge mit nicht näher dargestellten Geräten, Maschinen- oder Anlagenteilen verbunden, die von der speicherprogrammierten Steuerung im Rahmen der vorgegebenen Steuerungsaufgabe überwacht oder betätigt werden.

Mit dem seriellen Bus 9 können die Slavebaugruppen und die Slave- und Masterbaugruppe 8 miteinander gekoppelt werden. Die einzelnen Baugruppen sind vorzugsweise gleich ausgebildet und enthalten die gleiche Betriebssoftware bzw. Betriebsfirmware in bezug auf den Bus 9. Das Busprotokoll ist so aufgebaut, daß der Datenverkehr immer unter Kontrolle einer Baugruppe abläuft. Damit jede Baugruppe bei Bedarf diese Buskontrollfunktion ausüben kann, ist die dafür erforderliche Soft- bzw. Firmware in den Slavebaugruppen 2, 3 und der Slave- und Masterbaugruppe 8 vorhanden. Die Einstellung der Masterfunktion oder der Slavefunktion erfolgt insbesondere verdrahtungsmäßig über Brücken bzw. Schaltelemente 13, die an der auf der jeweiligen Baugruppe angebracht sind.

Durch Schließen der Brücke bzw. des Schaltelements 13 wird die jeweilige Baugruppe so eingestellt, daß sie die Masterfunktion für den seriellen Bus 9 ausübt. Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung ist das Schaltelement 13 bei der Slave- und Masterbaugruppe 8 geschlossen, während die Schaltelemente 13 bei den Slavebaugruppen 2 und 3 offen sind. Die Slavebaugruppen 2, 3 werden nur aktiv, wenn sie von der Slave- und Masterbaugruppe 8 zum Empfangen und Senden aufgefordert wurden.

Die Slave- und Masterbaugruppe übt die Busmasterfunktion für den seriellen Bus 9 vorwiegend dann aus, wenn die SPS-Masterbaugruppe 1 gestört ist oder den notwendigen Datentransfer über den parallelen Bus 4 nicht in der notwendigen Zeit abwickeln kann. Ob die Masterbaugruppe 1 ausgefallen ist, erkennt die Slave- und Masterbaugruppe 8 z. B. durch zyklische Übertragung einer die einwandfreie Arbeitsweise der Slave- und Masterbaugruppe 8 anzeigenden Information. Bleibt diese aus, übernimmt die Slave- und Masterbaugruppe 8 die Abwicklung der Übertragung über den seriellen Bus 9. Ebenso kann der Slave- und Masterbaugruppe 8 von der Masterbaugruppe 1 signalisiert werden, daß sie die Busmasterfunktioin für den Bus 9 übernehmen soll.

Die Slavebaugruppen 2, 3 sind nach der Initialisierung der speicherprogrammierbaren Steuerung in der Lage, eine Slavefunktion sowohl für den parallelen Bus 4 als den seriellen Bus 9 auszuüben.

Der Start eines Datenaustausches zwischen der Slave- und Masterbaugruppe 8 und den Slavebaugruppen 2, 3 wird durch ein Signal bestimmter Länge und mit einem bestimmten Pegel angestoßen. Dieses Signal wird auch Break-Signal genannt, das auf der Leitung 10 und der Masseleitung 11 erzeugt wird. Nach dem Busprotokoll des seriellen Busses 9 enthält das auf das Break-Signal folgende Telegramm zuerst eine Adresse, die z. B. 1 Byte umfaßt.

Das gesamte Telegramm hat folgende Aufbau:

Adresse:
1 Byte
Funktion:	1 Byte
Daten:	eine vorgegebene Zahl von Bytes
Status:	1 Byte
Datensicherung:	1 Byte.

Mit der Funktion kann das Lesen oder Schreiben von Daten gesteuert werden.

Die adressierte Slavebaugruppe liest das gesamte ausgesendete Telegramm und antwortet mit einem Telegramm, wenn das empfangene Telegramm vollständig war. Das Antworttelegramm hat den gleichen Aufbau wie das Sendetelegramm. Die Slave- und Masterbaugruppe führt Datentransfer nacheinander mit allen Slavebaugruppen 2, 3 aus.

Wenn eine Slavebaugruppe 2, 3 auf ein an sie adressiertes Telegramm nicht antwortet oder ein unvollständiges bzw. fehlerhaftes Telegramm zurücksendet, dann bricht die Slave- und Masterbaugruppe die Übertragung ab und versucht die Slavebaugruppe erneut durch ein Telegramm zum Antworten zu bringen. Ist der erneute Versuch erfolglos, so wird eine Fehlerkennung im Status der Master- und Slavebaugruppe 8 in der den Slavebaugruppen 2, 3 angeordneten Datei gesetzt.

Es folgt ein erneuter Übertragungszyklus, in dem die Slave- und Masterbaugruppe 8 versucht, mit der entsprechenden Slavebaugruppe Daten auszutauschen, wobei die Fehlerkennung zurückgesetzt wird, wenn eine fehlerfreie Übertragung stattgefunden hat. Wenn alle Slavebaugruppen ihre Übertragungen beendet haben, werden die empfangenen Daten zur Aktualisierung oder zum Aufbau eines Prozeßabbilds verwendet. Danach beginnt eine neue Übertragungsprozedur.

Claims (6)

1. Speicherprogrammierbare Steuerung mit einer Masterbaugruppe, die über einen parallelen Bus (4) mit Slavebaugruppen (2, 3, 8) verbunden ist, und einem seriellen Bus (9), der die Slavebaugrupen (2, 3, 8) untereinander verbindet, wobei eine ausgewählte Slavebaugruppe (8) derart eingerichtet ist, daß sie eine Masterfunktion für die Datenübertragung auf dem seriellen Bus (9) ausübt und die übrigen Slavebaugruppen (2, 3) über den seriellen Bus (9) mit einem vorgegebenen Signal der ausgewählten Slavebaugruppe (8) aktivierbar sind.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der serielle Bus (9) eine Leitung (10) und eine Masseleitung (11) für die Übertragung zwischen den übrigen Slavebaugruppen (2, 3) und der ausgewählten Slavebaugruppe (8) aufweist.

3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Slavebaugruppen (2, 3, 8) mittels einer von Hand herstellbaren Verbindung zur Ausführung der Masterfunktion auf dem seriellen Bus (9) einstellbar sind.

4. Steuerung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf das vorgegebene Signal von der ausgewählten Slavebaugruppe (8) ein Telegramm ausgesendet wird, das mit einer Adresse für eine der übrigen Slavebaugruppen (2, 3) beginnt.

5. Steuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die adressierte Slavebaugruppe (2, 3) ein Antworttelegramm zu der ausgewählten Slavebaugruppe (8) zurücksendet, die das Antworttelegramm auf Richtigkeit und Vollständigkeit überprüft und bei Unrichtigkeit und Unvollständigkeit eine Fehlererkennung für die adressierte Slavebaugruppe (2, 3) speichert.

6. Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Fehlerkennung die entsprechende Slavebaugruppe (2, 3) durch ein neues Telegramm adressiert wird, und daß bei Empfang eines richtigen und vollständigen Antworttelegramms in der ausgewählten Slavebaugruppe (8) die Fehlerkennung zurückgesetzt wird.