DE4238957A1 - Übertragungssystem zum Datenaustausch - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Übertragungssystem zum Datenaustausch
zwischen verteilten Einrichtungen in speicherprogrammierten Steuerungen
mit Rückführung über den zu steuernden Prozeß.
In speicherprogrammierten Steuerungen zur Prozeßsteuerung werden
prozeßspezifische Eingangsparameter (Meßwerte) mit vorgegebenen
Prozeßparametern, sogenannten Merkern, verknüpft. Die Ergebnisse dieser
Verknüpfung werden als Ausgangsparameter an Stellglieder ausgegeben, die
den Ablauf des zu steuernden Prozesses in Abhängigkeit von den
Eingangsparametern beeinflussen.
Die Einrichtungen der speicherprogrammierten Steuerung sind prozeßnah
plaziert, um die notwendigen Übertragungsleitungen zwischen
Meßwertgebern sowie Stellgliedern und der speicherprogrammierten
Steuerung möglichst kurz zu halten.
In einem räumlich vom Prozeß getrennten sogenannten Wartenbereich sind
Bedien- und Beobachtungsgeräte sowie Einrichtungen zur Konfiguration der
speicherprogrammierten Steuerung vorgesehen.
Die Bedien- und Beobachtungsgeräte sowie die Einrichtungen zur
Konfiguration sind untereinander und mit der speicherprogrammierten
Steuerung über einen seriellen Bus verbunden. Über diesen Bus werden die
Konfigurationsdaten von den Einrichtungen zur Konfiguration der
speicherprogrammierten Steuerung zur speicherprogrammierten Steuerung
übertragen und Meßwerte und Kontrolldaten von der speicherprogrammierten
Steuerung zu den Bedien- und Beobachtungsgeräten übertragen. Darüber
hinaus werden Steuerbefehle von den Bediengeräten zur
speicherprogrammierten Steuerung übertragen.
Aufgrund der räumlichen Entfernung zwischen der speicherprogrammierten
Steuerung und den Geräten und Einrichtungen im Wartenbereich und wegen
seiner hohen Datenübertragungsrate wird für diesen im folgenden als
Systembus bezeichneten Bus häufig das in der DIN/ISO 8802 Teil 3
genormte Bussystem ETHERNET verwendet.
Die speicherprogrammierte Steuerung besteht im wesentlichen aus einer
zentralen Verarbeitungseinheit, die mit einem Buscontroller zum Anschluß
an den Systembus und einer Mehrzahl von Eingabe- und Ausgabebaugruppen
verbunden ist. An die Eingabebaugruppen sind die Meßwertgeber
angeschlossen und an die Ausgabebaugruppen sind die Stellglieder
angeschlossen.
Die Verarbeitungskapazität der zentralen Verarbeitungseinheit ist
bauelementespezifisch begrenzt. In Abhängigkeit von der Anzahl der
prozeßspezifisch erforderlichen Meßwertgeber und Stellglieder sowie der
Häufigkeit ihrer zeitlich aufeinanderfolgenden Abfrage bzw. Bedienung
ist es erforderlich, eine Mehrzahl von zentralen Verarbeitungseinheiten
vorzusehen, die jeweils an den Systembus angeschlossen sind.
In Abhängigkeit von der prozeßspezifischen räumlichen Anordnung sind die
einer Steuerungssequenz zugeordneten Meßwertgeber und Stellglieder an
Eingabe- bzw. Ausgabebaugruppen verschiedener zentraler
Verarbeitungseinrichtungen angeschlossen. Demzufolge sind die Meßwerte
bzw. Ausgangsparameter an die jeweils andere, zuständige zentrale
Verarbeitungseinheit zu übertragen. Insbesondere bei zeitkritischen
Prozessen muß diese Datenübertragung mit sogenanntem Echtzeitverhalten
realisiert werden. Das heißt Zeitverzögerungen zwischen der
Meßwerterfassung und der Übertragung zu der zugeordneten zentralen
Verarbeitungseinheit bzw. der Stellwertgenerierung in der betreffenden
zentralen Verarbeitungseinheit und Übertragung des Stellwertes an die
zentrale Verarbeitungseinheit, an deren Ausgabebaugruppe das
entsprechende Stellglied angeschlossen ist, sind zu vermeiden. Darüber
hinaus sind Meß- bzw. Stellwerte zwischen der jeweiligen Eingabe- bzw.
Ausgabebaugruppe und der zugehörigen zentralen Verarbeitungseinheit in
Echtzeit zu übertragen.
Der die zentralen Verarbeitungseinheiten verbindende Systembus ist
aufgrund seines Übertragungsprotokolls zu echtzeitenmäßigen
Datenübertragung ungeeignet, weil ETHERNET an ein nonpersistentes
Zugriffsverfahren gebunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem
zum Datenaustausch zwischen verteilten Einrichtungen in
speicherprogrammierten Steuerungen anzugeben, daß einen echtzeitfähigen
Datentransfer zwischen einer Mehrzahl von zentralen
Verarbeitungseinheiten sowie zwischen Eingabe- bzw. Ausgabebaugruppen
und der jeweils zugeordneten zentralen Verarbeitungseinheit erlaubt,
ohne den Datenaustausch zwischen den zentralen Verarbeitungseinheiten
und den Einrichtungen zum Beobachten, Bedienen und Konfigurieren zu
behindern.
Erfindungsgemäß ist ausgehend von einem Systembus mit nonpersistentem
Zugriffsverfahren, an dem alle zentralen Verarbeitungseinheiten,
Bedien-, Beobachtungs- und Konfigurationseinrichtungen angeschlossen
sind, mindestens ein Lateralbus vorgesehen, dessen Übertragungsprotokoll
ein prioritätspersistentes Zugriffsverfahren umfaßt und an dem
ausschließlich, jedoch mindestens zwei zentrale Verarbeitungseinheiten
angeschlossen sind. Darüber hinaus ist jeder zentralen
Verarbeitungseinheit mindestens ein weiterer Bus, dessen
Übertragungsprotokoll ein prioritätspersistentes Zugriffsverfahren
umfaßt, zugeordnet, an den jeweils mindestens eine Eingabe- bzw.
Ausgabebaugruppe angeschlossen ist.
Dazu wird im Rahmen der Konfiguration der speicherprogrammierten
Steuerung jeder zu übertragenden Information, das können Meßwerte,
Stellwerte, Zwischenergebnisse oder Merker sein, ein Rang in Form einer
Priorität zugeordnet.
Der Versuch mehrerer sendefähiger Einrichtungen, auf den angeschlossenen
Bus zuzugreifen, endet damit stets mit der Übertragung der höchstprioren
Information. Auf diese Weise ist ein prioritätsabhängig echtzeitfähiger
Datentransfer zwischen den an einen der Busse mit prioritätspersistentem
Zugriffsverfahren angeschlossenen Einrichtungen realisierbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen und
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazu erforderlichen Figuren
zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Anordnung und erfindungsgemäßen
Verknüpfung von Komponenten einer speicherprogrammierten
Steuerung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zentralen Verarbeitungseinheit,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Eingabe-/Ausgabeeinrichtung,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Eingabe-/Ausgabeeinrichtung mit
Koppelfeld,
Fig. 5 eine Darstellung einer konstruktiven Ausgestaltung der
Erfindung,
Fig. 6 eine Darstellung eines ausgeführten Übertragungssystems,
Fig. 7 eine Darstellung einer Variante der Erfindung,
Fig. 8 eine Darstellung der EA-Busstruktur,
Fig. 9 eine konstruktive Ausgestaltung einer zentralen Baueinheit,
Fig. 10 eine konstruktive Ausgestaltung einer peripheren Baueinheit.
Mit einem räumlich ausgedehnten, stilisiert dargestellten Prozeß 100
sind gemäß Fig. 1 eine Anzahl k Meßwertgeber 90/1 bis 90/k und eine
Anzahl m Stellglieder 95/1 bis 95/m verbunden. Jeder Meßwertgeber 90/1
bis 90/k und jedes Stellglied 95/1 bis 95/m ist an eine von n
Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/31-n einer nahegelegenen Eingabe-/
Ausgabeeinrichtung 80/11 bis 80/31, im folgenden als EA-Einrichtungen
bezeichnet, angeschlossen. Dabei wird zwischen Anschlußeinheiten für die
Dateneingabe und Anschlußeinheiten für die Datenausgabe unterschieden.
An die Anschlußeinheit 80/11-1 ist der Meßwertgeber 90/1 angeschlossen;
die Anschlußeinheit 80/11-1 ist eine Eingabeanschlußeinheit. An die
Anschlußeinheit 80/11-2 ist das Stellglied 95/1 angeschlossen; die
Anschlußeinheit 80/11-2 ist eine Ausgabeanschlußeinheit.
Mindestens einer EA-Einrichtung 80 ist in Abhängigkeit von der Anzahl
und der zeitlichen Aufeinanderfolge von Funktionssequenzen eine zentrale
Verarbeitungseinheit 40 zugeordnet. In der Fig. 1 sind beispielhaft aus
der Vielzahl möglicher Kombinationen drei Zuordnungen von
EA-Einrichtungen 80 zu zentralen Verarbeitungseinheiten 40 gezeigt.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 40/1 ist über drei parallel
verlaufende, serielle Busse 50/1, 50/2 und 50/3, die im folgenden als
EA-Busse bezeichnet werden, mit drei EA-Einrichtungen 80/11, 80/12 und
80/13 verbunden. Eine derart ausgestaltete Verknüpfung ist besonders
zweckmäßig, wenn eine Vielzahl von Daten in kürzester Zeit zwischen den
verschiedenen Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/13-n und der zentralen
Verarbeitungseinheit 40/1 zu übertragen sind und die Funktionssequenzen
nur einfache Befehlsfolgen sind, d. h. wenn der Umfang der
Datenübertragung gegenüber dem Umfang der Datenverarbeitung überwiegt.
Jeder der drei EA-Busse 50/1, 50/2 und 50/3 ist mit jeder der zentralen
Verarbeitungseinheit 40/1 zugeordneten EA-Einrichtungen 80/11, 80/12 und
80/13 verbunden. Damit ist sichergestellt, daß bedarfsweise sowohl von
allen angeschlossenen EA-Einrichtungen 80/11, 80/12, 80/13 gleichzeitig
Daten gesendet bzw. empfangen werden können als auch bei entsprechender
Anforderung von einer der EA-Einrichtungen 80/11, 80/12 oder 80/13 über
alle EA-Busse 50/1, 50/2 und 50/3 gleichzeitig gesendet bzw. empfangen
werden kann. Darüber hinaus können die Datenübertragungsrichtungen der
einzelnen EA-Busse 50/1, 50/2 und 50/3 zum Datentransfer zwischen einer
der EA-Einrichtungen 80/11, 80/12 und 80/13 auch aufgeteilt werden, so
daß auf zwei EA-Bussen, beispielsweise 50/1 und 50/2, Daten von der
zentralen Verarbeitungseinheit 40/1 zu der entsprechenden
EA-Einrichtung, beispielsweise 80/12, übertragen werden und gleichzeitig
Daten von der EA-Einrichtung 80/12 über den EA-Bus 50/3 zur zentralen
Verarbeitungseinheit 40/1 übertragen werden oder umgekehrt.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 40/2 ist über einen EA-Bus 60 mit zwei
EA-Einrichtungen 80/21 und 80/22 verbunden. Eine derart gestaltete
Verknüpfung ist besonders geeignet, wenn zur Steuerung von Teilen des
Prozesses 100 eine Reihe von Meßwertgebern 90 und Stellgliedern 95
anzuschließen sind, deren Umfang der Datenübertragung gering ist im
Vergleich zur Datenverarbeitung in der zentralen Verarbeitungseinheit
40/2. Meßwerte von den einzelnen EA-Einrichtungen 80/21 und 80/22 und
Stellwerte zu den EA-Einrichtungen 80/21 und 80/22 können separat
aufeinanderfolgend übertragen werden.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 40/3 ist über zwei parallel
verlaufende EA-Busse 70/1 und 70/2 mit einer einzigen EA-Einrichtung
80/31 verbunden. Diese Konfiguration ist dann besonders vorteilhaft,
wenn prozessual bedingt trotz vergleichsweise geringer anschließbarer
Anzahl n von Meßwertgebern 90 und Stellgliedern 95 in Summe der Umfang
der Datenübertragung und der Umfang der Datenverarbeitung gleichermaßen
intensiv sind. Über beide EA-Busse 70/1 und 70/2 können gleichzeitig
Meßwerte von der EA-Einrichtung 80/31 zur zentralen Verarbeitungseinheit
40/3 oder Stellwerte von der zentralen Verarbeitungseinheit 40/3 zur
EA-Einrichtung 80/31 übertragen werden. Darüber hinaus können
gleichzeitig über einen der EA-Busse, beispielsweise 70/1, Meßwerte zur
zentralen Verarbeitungseinrichtung 40/3 und über den anderen EA-Bus 70/2
Stellwerte zur EA-Einrichtung 80/31 übertragen werden.
Die EA-Busse 50/1 bis 70/2 sind Bussysteme mit einem
Übertragungsprotokoll, das einen prioritätspersistenten Zugriff der
angeschlossenen Sender auf den Bus gestattet, wobei unter Sender die an
die jeweiligen EA-Busse 50, 60 oder 70 angeschlossenen zentralen
Verarbeitungseinheiten 40 und EA-Einrichtung 80 zu verstehen sind.
Vorzugsweise werden für die EA-Busse 50/1 bis 70/2 Bussysteme nach dem
CAN-Standard entsprechend dem Normentwurf ISO/DIS 11898 eingesetzt.
Jeder EA-Einrichtung 80/11 bis 80/31 sind jeweils eine Anzahl von
Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/31-n zugeordnet, wobei der
Übersichtlichkeit halber in Fig. 1 dieser EA-Einrichtung 80/11 bis 80/31
genau n Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/11-n . . . . 80/31-1 bis 80/31-n
zugeordnet sind. Im Rahmen der konkreten Realisierung der Erfindung ist
die Anzahl n einer EA-Einrichtung, beispielsweise 80/11, zugeordneten
Anschlußeinheiten, in diesem Falle 80/11-1 bis 80/11-n, von
konstruktiven Vorgaben und Randbedingungen abhängig und kann von
EA-Einrichtung zu EA-Einrichtung unterschiedlich sein.
Die zentralen Verarbeitungseinheiten 40/1 bis 40/3 sind darüber hinaus
an einen Systembus 20 angeschlossen, an den im Wartenbereich 10 gemäß
Fig. 1 je eine Konfigurationseinrichtung 11, eine Bedieneinrichtung 12
und eine Beobachtungseinrichtung 13 angeschlossen sind. Für diese
Einrichtungen 11, 12 und 13 werden üblicherweise Personalcomputer
eingesetzt. In Abhängigkeit vom zu steuernden Prozeß kann es zweckmäßig
sein, die funktionelle Zuordnung der Einrichtungen 11, 12 und 13 im
Wartenbereich zu kombinieren. So ist es möglich, die Bedienung und
Beobachtung geräteseitig funktionell zusammenzufassen, so daß ein oder
mehr kombinierte Bedien-/Beobachtungseinrichtungen 12, 13 an den
Systembus 20 angeschlossen sind. Wenn der zu steuernde Prozeß 100 es
zuläßt, kann auch die Konfiguration der speicherprogrammierten Steuerung
von einer Bedien-/Beobachtungseinrichtung aus vorgenommen werden.
An den Systembus 20 werden hohe Anforderungen hinsichtlich der
Datenübertragungsrate gestellt, wobei der deterministische Zusammenhang
zwischen dem die Busanforderung auslösenden Ereignis und der
tatsächlichen Datenübertragung von untergeordneter Bedeutung ist.
Demzufolge ist ein Bussystem mit nonpersistentem Zugriffsverhalten, wie
das als DIN/ISO 8802 Teil 3 genormte ETHERNET, als Systembus 20
geeignet.
Darüber hinaus ist in Fig. 1 ein erster Lateralbus 30/1 dargestellt, an
den alle zentralen Verarbeitungseinheiten 40/1 bis 40/3 angeschlossen
sind, und ein zweiter Lateralbus 30/2, an den die zentralen
Verarbeitungseinheiten 40/1 und 40/2 angeschlossen sind. Diese
Lateralbusse 30/1 und 30/2 weisen ein Übertragungsprotokoll mit
prioritätspersistentem Zugriffsverhalten auf und dienen der
echtzeitgemäßen Datenübertragung zwischen den einzelnen zentralen
Verarbeitungseinheiten 40/1 bis 40/3.
In Abhängigkeit vom Umfang der zwischen den zentralen
Verarbeitungseinheiten 40 zu übertragenden Daten werden ein oder mehr
Lateralbusse 30 vorgesehen.
Für eine in Fig. 1 dargestellte speicherprogrammierte Steuerung ist
prozeßspezifisch ein hohes Datenübertragungsvolumen zwischen den
zentralen Verarbeitungseinheiten 40/1 und 40/2 zu erwarten. Demgemäß
sind die zentralen Verarbeitungseinheiten 40/1 und 40/2 über zwei
Lateralbusse 30/1 und 30/2 verbunden. Demgegenüber ist zwischen der
zentralen Verarbeitungseinheit 40/3 und den zentralen
Verarbeitungseinheiten 40/1 und 40/2 prozeßspezifisch ein
vergleichsweise geringes Datenübertragungsvolumen zu erwarten, so daß
der Anschluß der zentralen Verarbeitungseinheit 40/3 an einen der
Lateralbusse 30/1 und 30/2 den Anforderungen genügt. Gemäß Fig. 1 ist
die zentrale Verarbeitungseinheit 40/3 an den Lateralbus 30/1
angeschlossen.
Zur Veranschaulichung der Notwendigkeit zeitlich determinierter
Datenübertragung zwischen den zentralen Verarbeitungseinheiten 40/1 bis
40/3 wird der Informationsfluß an folgendem Beispiel erläutert.
Die Erzeugung einer Steuersequenz ist in der zentralen
Verarbeitungseinheit 40/1 vorgesehen. Ein durch diese Steuersequenz
ansprechbares Stellglied ist das Stellglied 95/1, eine Datenquelle für
diese Steuersequenz ist der Meßwertgeber 90/k. Der Meßwertgeber 90/k ist
an die Eingabeanschlußeinheit 80/31-n angeschlossen, die über die
EA-Busse 70/1 und 70/2 mit der zentralen Verarbeitungseinheit 40/3
verbunden ist. Das Stellglied 95/1 ist an die Ausgabeanschlußeinheit
80/11-2 angeschlossen, die über die EA-Busse 50/1 bis 50/3 mit der
zentralen Verarbeitungseinheit 40/1 verbunden ist. Das bedeutet, die
Meßwertinformation ist vom Meßwertgeber 90/k über die
Eingabeanschlußeinheit 80/31-n der EA-Einrichtung 80/31, über einen der
EA-Busse 70/1 oder 70/2, über die zentrale Verarbeitungseinheit 40/3 und
über den Lateralbus 30/1 zur zentralen Verarbeitungseinheit 40/1 zu
übertragen, und zwar in Abhängigkeit von der ihr zugeordneten Priorität
möglichst verzögerungsfrei. In der zentralen Verarbeitungseinheit 40/1
wird diese Meßwertinformation verarbeitet und eine Stellwertinformation
generiert. Diese Stellwertinformation wird entsprechend der ihr
zugeordneten Priorität über einen der EA-Busse 50/1 bis 50/3 zur
EA-Einrichtung 80/11 übertragen, die die Ausgabeanschlußeinheit 80/11-2
umfaßt. Dieser Vorgang läßt insgesamt den Systembus 20, auf den
gleichzeitig Datenpakete von bzw. zu Einrichtungen im Wartenbereich 10
übertragbar sind, unberührt.
In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer zentralen Verarbeitungseinheit
40 am Beispiel der zentralen Verarbeitungseinheit 40/1 dargestellt. Ein
Hauptbestandteil dieser zentralen Verarbeitungseinheit 40 ist der
Rechenkern 41, an den jeweils ein Systembuscontroller 42 angeschlossen
ist. Der Systembuscontroller 42 ist mit dem Systembus 20 verbunden.
Darüber hinaus sind an den Rechenkern 41 die Lateralbuscontroller 43 und
die EA-Buscontroller 44 angeschlossen.
Für die in Fig. 2 gezeigte zentrale Verarbeitungseinheit 40/1 sind zwei
identische Lateralbuscontroller 43, an die jeweils einer der
Lateralbusse 30/1 und 30/2 angeschlossen ist, und drei identische
EA-Buscontroller 44 vorgesehen, an die jeweils einer der EA-Busse 50/1
bis 50/3 angeschlossen ist.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 40/2 (vgl. Fig. 1) weist zwei
Lateralbuscontroller 43 zum Anschluß an die Lateralbusse 30/1 und 30/2
auf. Jedoch ist nur ein EA-Buscontroller 44 zum Anschluß an den EA-Bus
60 erforderlich.
Die zentrale Verarbeitungseinheit 40/3 (vgl. Fig. 1) weist einen
Lateralbuscontroller 43 zum Anschluß an den Lateralbus 30/1 und zwei
EA-Buscontroller 44 auf, an die jeweils einer der EA-Busse 70/1 und 70/2
angeschlossen ist.
In Fig. 3 ist eine erste Variante eines Blockschaltbildes einer
EA-Einrichtung 80 am Beispiel der EA-Einrichtung 80/11 gezeigt. Die
EA-Einrichtung 80/11 weist n Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/11-n zum
Anschluß von nicht dargestellten Meßwertgebern und Stellgliedern auf und
ist an die drei EA-Busse 50/1 bis 50/3 angeschlossen. Gemäß Fig. 3 ist
jede der Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/11-n an einen der EA-Busse
50/1 bis 50/3 angeschlossen. Vorzugsweise sind dabei die
Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/11-n gleichmäßig auf die EA-Busse 50/1
bis 50/3 verteilt. Beispielsweise kann jede dritte Anschlußeinheit an
denselben EA-Bus angeschlossen sein.
Prozeßbedingt kann es auch zweckmäßig sein, in Abhängigkeit von den zu
übertragenden Datenvolumen die Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/11-n
ungleichmäßig auf die EA-Busse 50/1 bis 50/3 zu verteilen.
In jedem Fall ist jeder Anschlußeinheit 80/11-1 bis 80/11-n einer der
EA-Busse 50/1 bis 50/3 fest zugeordnet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 4 eine zweite
Variante eines Blockschaltbildes einer EA-Einrichtung 80 am Beispiel der
EA-Einrichtung 80/11 gezeigt. Die EA-Einrichtung 80/11 weist unverändert
n Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/11-n zum Anschluß von
nichtdargestellten Meßwertgebern und Stellgliedern auf und ist an die
drei EA-Busse 50/1 bis 50/3 angeschlossen. Darüber hinaus ist jedoch die
EA-Einrichtung 80/11 mit einem Koppelfeld 81 ausgestattet, an das alle
EA-Busse 50/1 bis 50/3 und alle Anschlußeinheiten 80/11-1 bis 80/11-n
angeschlossen sind. Über dieses Koppelfeld 81 ist jeder EA-Bus 50/1 bis
50/3 mit jeder Anschlußeinheit 80/11-1 bis 80/11-n verbindbar.
Somit ist die Datenübertragung über jeden angeschlossenen EA-Bus 50/1
bis 50/3 von und zu jeder Anschlußeinheit 80/11-1 bis 80/11-n möglich.
Diese Ausführungsform ist zur Übertragung zeitkritischer Daten besonders
vorteilhaft, weil hochpriore Busanforderungen der Anschlußeinheiten
80/11-1 bis 80/11-n auf die Anzahl angeschlossener EA-Busse 50/1 bis
50/3 verteilbar sind.
Im Rahmen der konstruktiven Ausgestaltung von speicherprogrammierten
Steuerungen werden logische Funktionseinheiten physisch zu Baueinheiten
zusammengefaßt, die in einem Gefäßsystem angeordnet sind. Vorzugsweise
werden für speicherprogrammierte Steuerungen Baugruppenträger
vorgesehen, die mit einer Reihe von physischen Baueinheiten bestückt
werden. Jeder Baugruppenträger weist eine Anzahl von Steckplätzen auf ,
die in Abhängigkeit von der ihm zugeordneten logischen Funktion mit
verschiedenen physischen Baugruppen ausgerüstet sind. In einer
realisierten Ausführungsform sind Baugruppenträger für die 19 Zoll-
Einbautechnik (DIN 41494 Teil 1) mit jeweils 10 Steckplätzen vorgesehen.
Zweckmäßigerweise sind gemäß Fig. 5 als physische Baueinheiten
Steuereinheiten 35 und EA-Einrichtungen 80 vorgesehen.
In Fig. 5 ist eine speicherprogrammierte Steuerung gezeigt, die aus fünf
Steuereinheiten 35/1 bis 35/5 besteht, die über einen Systembus 20 im
einer Konfigurationseinrichtung 11 und zwei kombinierten Bedien- und
Beobachtungseinrichtungen 12, 13 verbunden sind. Die Steuereinheiten
35/4 und 35/5 sind darüber hinaus über zwei Lateralbusse 30/1 und 30/2
miteinander verbunden. Über drei EA-Busse 50/1 bis 50/3 sind an die
Steuereinheit 35/4 zwei EA-Einrichtungen 80/1 und 80/2 angeschlossen.
Jede Steuereinheit 35/1 bis 35/5 weist gemäß Fig. 9 eine
Anschaltbaugruppe 36, eine zentrale Verarbeitungseinheit 40 sowie acht
Anschlußeinheiten auf. Die in Fig. 9 gezeigte Steuereinheit 35 weist
beispielsweise drei analoge Ausgangsanschlußeinheiten 82, zwei digitale
Ausgangsanschlußeinheiten 83 und drei digitale Eingangsanschlußeinheiten
84 auf, an die jeweils Stellglieder bzw. Meßwertgeber anschließbar
sind.
Über die Anschaltbaugruppe 36 wird die Steuereinheit 35 mit Energie
versorgt. Darüber hinaus sind die EA-Busse 50/1 bis 50/3 für den
Anschluß der EA-Einrichtungen 80 über die Anschaltbaugruppe 36 an die
zentrale Verarbeitungseinheit 40 angeschlossen.
Die der Steuereinrichtung 35 physisch zugeordneten Anschlußeinheiten 82,
83 und 84 sind eine logische EA-Einrichtung 80 gemäß Fig. 1 und über
EA-Busse 50/1 bis 50/3 mit der zentralen Verarbeitungseinheit 40
verbunden.
Bei fester Zuordnung von drei EA-Bussen 50/1 bis 50/3 zu den
Anschlußeinheiten 82, 83 und 84 und bei gleichmäßigem Datentransfer von
bzw. zur zentralen Verarbeitungseinheit 40 sind zwei EA-Busse 50/1 und
50/2 jeweils drei Anschlußeinheiten, beispielsweise dem EA-Bus 50/1 die
drei analogen Ausgangsanschlußeinheiten 82 und dem EA-Bus 50/2 die drei
digitalen Eingangsanschlußeinheiten 84, zugeordnet und dem dritten
EA-Bus 50/3 sind die zwei restlichen Anschlußeinheiten, beispielsweise
die zwei digitalen Ausgangsanschlußeinheiten 83, zugeordnet. Prinzipiell
ist die Zuordnung der EA-Busse 50/1 bis 50/3 zu den Anschlußeinheiten
82, 83 und 84 prozeßabhängig frei wählbar.
Zur Erweiterung der speicherprogrammierten Steuerung sind gemäß Fig. 5
EA-Einrichtungen 80/1 und 80/2 vorgesehen, die physisch abgesetzte,
separate Baueinheiten bilden. Jede dieser EA-Einrichtungen 80/1 und 80/2
weisen gemäß Fig. 10 eine Anschaltbaugruppe 36 und neun
Anschlußeinheiten auf. In Fig. 10 sind zwei analoge
Ausgangsanschlußeinheiten 82, eine digitale Ausgangsanschlußeinheit 83,
drei digitale Eingangsanschlußeinheilen 84 und drei analoge
Eingangsanschlußeinheiten 85 dargestellt. Die EA-Busse 50/1 bis 50/3
sind an die Anschaltbaugruppe 36 geführt. Von der Anschaltbaugruppe 36
sind die EA-Busse 50/1 bis 50/3 auf die Anschlußeinheiten 82 bis 85
verteilt.
Bei drei EA-Bussen 50/1 bis 50/3 und bei gleichmäßigem Datentransfer von
und zu der zentralen Verarbeitungseinheit 40 sind jeweils drei
Anschlußeinheiten einem EA-Bus zugeordnenbar. Beispielsweise sind die
Ausgangsanschlußeinheiten 82 und 83 an den EA-Bus 50/1, die digitalen
Eingangsanschlußeinheiten 84 an den EA-Bus 50/2 und die analogen
Eingangsanschlußeinheiten 85 an den dritten EA-Bus 50/3 angeschlossen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 6 gezeigt. Es sind
fünf Steuereinheiten 35/1 bis 35/5 vorgesehen, die jeweils sowohl an den
Systembus 20 als auch an zwei Lateralbusse 30/1 und 30/2 angeschlossen
sind. An eine der Steuereinheiten 35/1 bis 35/5, an die Steuereinheit
35/4, sind zwei EA-Einrichtungen 80/1 und 80/2 über drei EA-Busse 50/1
bis 50/3 angeschlossen. Es ist jedoch möglich, auch jede andere
Steuereinheit 35/1 bis 35/3 und 35/5 prozeßspezifisch mit abgesetzten
EA-Einrichtungen 80 zu erweitern. Als Lateralbusse 30/1 und 30/2 sind
Bussysteme nach dem CAN-Standard entsprechend dem Normentwurf ISO/DIS
11898 vorgesehen, so daß die Steuereinheiten 35/1 bis 35/5 örtlich
getrennt bis zu einer gesamten Kabellänge der Lateralbusse 30/1 und 30/2
von jeweils 40 m anordnenbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist gemäß Fig. 7 vorgesehen, die
an einen Systembus 20 angeschlossene Steuereinheit 35/1 bis 35/5 in
Gruppen einzuteilen. Jede Gruppe von Steuereinheiten ist separat über
voneinander getrennte Lateralbusse verbunden. Gemäß Fig. 7 ist eine
erste Gruppe aus den Steuereinheiten 35/1 bis 35/3 gebildet, die an die
Lateralbusse 30/3 und 30/4 angeschlossen sind. Eine zweite Gruppe ist
durch die Steuereinheiten 35/4 und 35/5 gebildet, die an die
Lateralbusse 30/1 und 30/2 angeschlossen sind. Bei Verwendung von
Bussystemen nach dem CAN-Standard für die Lateralbusse 30/1 bis 30/4
sind die an den jeweiligen Lateralbus gruppenweise angeschlossenen
Steuereinheiten 35/1 bis 35/3 sowie 35/4 und 35/5 bis zu einer
Kabellänge von jeweils 40 m voneinander separierbar.
Jede Steuereinheit 35/1 bis 35/5 ist, wie am Beispiel der Steuereinheit
35/4 gezeigt, durch externe EA-Einrichtungen 80/1 und 80/2 erweiterbar,
die über EA-Busse 50/1 bis 50/3 an die jeweilige Steuereinheit 35/1 bis
35/5 angeschlossen sind. Der zusätzliche Abstand zwischen den Gruppen
von Steuereinheiten 35/1 bis 35/3 sowie 35/4 und 35/5 ist durch das
verwendete Bussystem des Systembusses 20 bestimmt.
In Fig. 8 ist eine Steuereinheit 35/4 dargestellt, die an einen
Systembus 20 und zwei Lateralbusse 30/1 und 30/2 angeschlossen ist. Die
Steuereinheit 35/4 ist über drei parallel angeordnete EA-Busse 50/1 bis
50/3 mit zwei abgesetzten EA-Einrichtungen 80/1 und 80/2 verbunden. Die
EA-Busse 50/1 bis 50/3 sind Bussysteme mit prioritätspersistentem
Zugriffsverfahren. Vorzugsweise werden Bussysteme nach dem CAN-Standard
verwendet. Vorteilhafterweise sind die einer Steuereinheit 35/4
zugeordneten EA-Einrichtungen 80/1 und 80/2 bis zu einer
Gesamtkabellänge für die jeweiligen EA-Busse 50/1 bis 50/3 von 40 m von
der Steuereinheit 35/4 entfernt plazierbar.
Bezugzeichenliste
10 Wartenbereich
11 Konfigurationseinrichtung
12 Bedieneinrichtung
13 Beobachtungseinrichtung
20 Systembus
30, 30/1 bis 30/4 Lateralbusse
35, 35/1 bis 35/5 Steuereinheiten
36 Anschaltbaugruppe
40, 40/1 bis 40/3 zentrale Verarbeitungseinheiten
41 Rechenkern
42 Systembuscontroller
43 Lateralbuscontroller
44 EA-Buscontroller
50, 50/1 bis 50/3
60 EA-Busse
70, 70/1, 70/2
80, 80/11 bis 80/31 EA-Einrichtungen
80/11-1 bis 80/31-n Anschlußeinheiten
81 Koppelfeld
82 analoge Ausgangsanschlußeinheiten
83 digitale Ausgangsanschlußeinheiten
84 digitale Eingangsanschlußeinheiten
85 analoge Eingangsanschlußeinheiten
90, 90/1 bis 90/k Meßwertgeber
95, 95/1 bis 95/m Stellglieder
100 Prozeß
11 Konfigurationseinrichtung
12 Bedieneinrichtung
13 Beobachtungseinrichtung
20 Systembus
30, 30/1 bis 30/4 Lateralbusse
35, 35/1 bis 35/5 Steuereinheiten
36 Anschaltbaugruppe
40, 40/1 bis 40/3 zentrale Verarbeitungseinheiten
41 Rechenkern
42 Systembuscontroller
43 Lateralbuscontroller
44 EA-Buscontroller
50, 50/1 bis 50/3
60 EA-Busse
70, 70/1, 70/2
80, 80/11 bis 80/31 EA-Einrichtungen
80/11-1 bis 80/31-n Anschlußeinheiten
81 Koppelfeld
82 analoge Ausgangsanschlußeinheiten
83 digitale Ausgangsanschlußeinheiten
84 digitale Eingangsanschlußeinheiten
85 analoge Eingangsanschlußeinheiten
90, 90/1 bis 90/k Meßwertgeber
95, 95/1 bis 95/m Stellglieder
100 Prozeß
Claims (5)
1. Übertragungssystem zum Datenaustausch zwischen verteilten
Einrichtungen in speicherprogrammierten Steuerungen, die mindestens
zwei zentrale Verarbeitungseinheiten aufweisen, an die mindestens
jeweils eine Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung angeschlossen ist, und
die in einem Wartenbereich angeordnete Einrichtungen zum
Konfigurieren, Bedienen und Beobachten umfassen, die über einen
Systembus mit den zentralen Verarbeitungseinheiten verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Systembus (20) ein nonpersistentes Zugriffsverhalten aufweist,
daß mindestens ein Lateralbus (30) mit prioritätspersistentem Zugriffsverhalten vorgesehen ist, an dem mindestens zwei zentrale Verarbeitungseinheiten (40) angeschlossen sind und
daß mindestens jeder zentralen Verarbeitungseinheit (40) mindestens ein Eingabe-/Ausgabe-Bus (50, 60, 70) zugeordnet ist, der prioritätspersistentes Zugriffsverhalten aufweist und an den mindestens eine Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung (80) angeschlossen ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß der Systembus (20) ein nonpersistentes Zugriffsverhalten aufweist,
daß mindestens ein Lateralbus (30) mit prioritätspersistentem Zugriffsverhalten vorgesehen ist, an dem mindestens zwei zentrale Verarbeitungseinheiten (40) angeschlossen sind und
daß mindestens jeder zentralen Verarbeitungseinheit (40) mindestens ein Eingabe-/Ausgabe-Bus (50, 60, 70) zugeordnet ist, der prioritätspersistentes Zugriffsverhalten aufweist und an den mindestens eine Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung (80) angeschlossen ist.
2. Übertragungssystem nach Anspruch l,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zentralen Verarbeitungseinheiten (40) in Gruppen einteilbar
sind, wobei jeder Gruppe jeweils mindestens ein separater
Lateralbus (30) zugeordnet ist, an den die zentralen
Verarbeitungseinheiten (40) der jeweiligen Gruppe angeschlossen
sind.
3. Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung (80) eine Anzahl n
Anschlußeinheiten (80/11-1 bis 80/31-n) aufweist, die mit
mindestens einem Eingabe-/Ausgabe-Bus (50, 60, 70) verbindbar ist.
4. Übertragungssystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Anschlußeinheit (80/11-1 bis 80/31-n) einem
Eingabe-/Ausgabe-Bus (50/1 bis 70/2) fest zugeordnet ist.
5. Übertragungssystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Anschlußeinheit (80/11-1 bis 80/31-n) einer
Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung (80/11 bis 80/31) mit jedem an die
Eingabe-/Ausgabe-Einrichtung (80/11 bis 80/31) angeschlossenen
Eingabe/Ausgabe-Bus (50/1 bis 70/2) verbindbar ist.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4238957A DE4238957A1 (de) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | Übertragungssystem zum Datenaustausch |
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US08/641,949 US5799205A (en) | 1992-11-13 | 1996-05-02 | Transfer system for data exchange using two active central processing units directly connected together parallel to serial system bus directly connecting CPUs to dispersed devices |
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AT (1) | ATE175038T1 (de) |
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Owner name: HARTMANN & BRAUN AG, 60487 FRANKFURT, DE |
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