ES2247263T3 - Equipo de automatismo provisto de un enlace tipo usb. - Google Patents
Equipo de automatismo provisto de un enlace tipo usb.Info
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Abstract
Equipo de automatismo que ejecuta un programa de aplicación (70) con el fin de efectuar una o varias funciones de control o de comando en una aplicación de automatismo, que incluye una memoria viva (64) y un conectador de tipo USB (81) unido mediante un circuito de direccionamiento de bus USB (8) a un bus interno (9) del equipo de automatismo, caracterizado porque incluye una tarea lógica (1, 31, 32, 60, 61, 62, 67) encargada de someter el flujo de comunicaciones intercambiadas por el conectador USB (81) entre el equipo de automatismo y equipos remotos, a las características del programa de aplicación (70) ejecutado en el equipo de automatismo, y porque la citada tarea lógica aprovecha una primera zona de memoria variable (693) de la memoria viva (64), declarada como pila (643) de recepción de tramas de entrada y como pila (642) de recepción de mensajes de salida, estando el tamaño de la primera zona de memoria (693) definido por construcción para la pila (643) de recepción de tramas de entrada y por parametrado para la pila (642) de recepción de mensajes de salida.
Description
Equipo de automatismo provisto de un enlace tipo
USB.
La presente invención se refiere a un equipo de
automatismo provisto de un enlace de tipo USB (Universal Serial Bus)
para la conexión de uno o de varios equipos remotos.
Con frecuencia, los terminales o equipos de tipo
PC están equipados con enlaces de tipo USB que simplifican la unión
de equipos remotos y ofrecen caudales mucho más importantes que los
enlaces en serie habituales. Además, este enlace permite repartir la
banda pasante en función de las necesidades de comunicación. La
abertura y la flexibilidad aportadas por este enlace no deben, no
obstante, perturbar el funcionamiento en tiempo real de los equipos
de automatismo que lo utilizan.
Un equipo de automatismo designa en lo que sigue
un autómata programable, una estación de control/comando, un comando
digital o cualquier equipo que pueda contener y ejecutar un programa
de aplicación con el fin de efectuar una o varias funciones de
control y/o de comando de toda o de una parte de una aplicación de
automatismo perteneciente, por ejemplo, al sector de los
automatismos industriales, de los automatismos para edificaciones o
para el control/comando de redes eléctricas de distribución.
La utilización de un tipo de enlace de esta
naturaleza sobre un equipo de automatismo, permitirá la mejora de la
velocidad de transferencia de datos entre este equipo de automatismo
y los equipos remotos, tales como los periféricos, los terminales,
los sistemas de programación, de diagnóstico, de supervisión, de
otros equipos de automatismo o similares. Esto permitirá asimismo la
resolución de los problemas de comunicación con el mundo de los
ordenadores de tipo PC. En efecto, los enlaces en serie
convencionales están direccionados mediante lógica, y el
comportamiento temporal está modificado por otras lógicas, cuya
ejecución es más prioritaria, como las lógicas
anti-virus, los economizadores de pantallas, etc. En
el caso de una red USB, la capa de enlace, correspondiente al nivel
2 del modelo de comunicación OSI, se gestiona mediante un componente
material dedicado, resultando también su funcionamiento
independiente de las otras tareas lógicas que se ejecutan en el
equipo.
Esta utilización permitiría, también
ventajosamente, la adopción en los equipos de automatismo de medios
de conexión estándar del mundo de los ordenadores PC, lo que
simplificaría la unión y reduciría con ello los costes de
realización.
Sin embargo, el importante caudal disponible con
un enlace de tipo USB no debe perturbar el funcionamiento del
programa de aplicación del equipo de automatismo. Si la baja banda
pasante de los enlaces en serie asíncronos induce un flujo sin
consecuencia sobre el funcionamiento en tiempo real del equipo de
automatismo, no sucede lo mismo con un enlace muy rápido. Resulta,
por tanto, imperativo adaptar el flujo entrante a las necesidades y
limitaciones en tiempo real de la aplicación controlada.
El problema surge, esencialmente, en la recepción
de mensajes. La asignación estadística de banda pasante conduciría a
una reducción notable de los rendimientos del sistema mediante una
disminución de su reactividad. En efecto, para responder a las
necesidades instantáneas, de regulación por ejemplo, haría falta
reservar canales de comunicación inutilizados la mayor parte del
tiempo. Por consiguiente, el caudal admisible sobre la toma terminal
de un equipo de automatismo debe ser calibrado en función de las
limitaciones de la aplicación. El número de mensajes admisibles por
ciclo -unidad de tiempo de la aplicación- sobre la toma terminal del
equipo de automatismo depende del modelo de equipo de automatismo.
En efecto, un modelo de gama alta, que gestiona aplicaciones
voluminosas, debe poder asegurar un caudal mucho más importante que
un modelo de inicio de gama, en especial para responder a las
necesidades de los supervisores. Además, los caudales pueden variar
según las aplicaciones del automatismo, puesto que el número de
ciclos ejecutados por segundo de un programa de aplicación en un
equipo de automatismo está también ligado al tipo de aplicación. Por
ejemplo, para una aplicación de automatismo concerniente al
control/comando de una máquina, el tiempo de ciclo es en general
inferior a 10 ms, mientras que el de una aplicación de regulación es
más bien del orden de 100 ms. En este último caso, el número de
mensajes tratados por unidad de tiempo será así más bajo.
El documento US 6.219.033 describe un ordenador
susceptible de ser unido a una interfaz
hombre-máquina por medio de un enlace de tipo USB.
El documento US 2002/0133239 describe un autómata programable que
incluye un conectador de tipo USB. Sin embargo, estos dos documentos
no proporcionan detalles sobre los medios utilizados en un equipo de
automatismo para gestionar las perturbaciones provocadas por los
enlaces USB sobre el funcionamiento de un programa de aplicación
ejecutado por un equipo de automatismo de ese tipo.
Un objeto de la invención es, por tanto, proponer
la utilización de un enlace USB sobre un equipo de automatismo que
incorpora medios para evitar perturbar el funcionamiento del
programa de aplicación en tiempo real ejecutado en el equipo de
automatismo.
Este objeto se ha alcanzado mediante un equipo de
automatismo que ejecuta un programa de aplicación en tiempo real,
para efectuar una o varias funciones de control o de comando en una
aplicación de automatismo, que incluye una memoria viva y un
conectador de tipo USB unido por medio de un circuito de
direccionamiento de bus USB a un bus interno del equipo de
automatismo. El equipo de automatismo incluye una tarea lógica
encargada de someter el flujo de las comunicaciones intercambiadas
en el conectador USB entre el equipo de automatismo y equipos
remotos, a las características del programa de aplicación ejecutado
en el equipo de automatismo. La citada tarea lógica aprovecha una
primera zona de memoria variable de la memoria viva, declarada como
pila de recepción de tramas de entrada y como pila de recepción de
mensajes de salida, estando el tamaño de la primera zona de memoria
definido por construcción para la pila de recepción de tramas de
entrada, y por parametrado para la pila de recepción de mensajes de
salida.
Según una particularidad, la tarea lógica se
activa periódicamente mediante una base de tiempo del equipo de
automatismo, y trata la parte de emisión disparando un módulo
constructor de tramas.
Según otra particularidad, la tarea lógica se
dispara con la recepción de un mensaje de comunicación por una
interrupción proveniente del circuito de direccionamiento del bus
USB, e incluye un módulo constructor de mensajes con destino al
programa de aplicación, tras la sincronización mediante la base de
tiempo del equipo de automatismo.
Según otra particularidad, el constructor de
mensajes convierte las tramas USB en mensajes expresados en el
formato del sistema de explotación del equipo de automatismo y
comprensibles por la aplicación, y a la inversa para el constructor
de tramas.
La tarea lógica aprovecha una segunda zona de
memoria variable de la memoria viva del equipo de automatismo,
declarada como pila de emisión de tramas de salida y como pila de
emisión de mensajes de entrada, estando el tamaño de la segunda zona
de memoria variable asignado por construcción para la pila de
emisión de tramas de salida y por parametrado para la pila de
emisión de mensajes de entrada.
Según otra particularidad, la tarea lógica
incluye un módulo de parametrado que comprende una función lógica de
parametrado de las zonas de memoria utilizadas como pila de emisión
de mensajes de entrada y como pila de recepción de mensajes de
salida.
Según otra particularidad, la tarea lógica
incluye un módulo gestor de los mensajes entrantes hacia el programa
de aplicación y un módulo gestor de los mensajes salientes que
provienen del programa de aplicación.
Según otra particularidad, el módulo gestor de
los mensajes entrantes limita a un valor determinado el número de
mensajes leídos al comienzo de un ciclo del programa de aplicación
(por ejemplo, cuatro mensajes por ciclo para un modelo de equipo de
automatismo de gama media).
Según otra particularidad, el equipo de
automatismo incluye un piloto que dispara la lectura de los mensajes
entrantes al comienzo del ciclo del programa de aplicación y dispara
la escritura de los mensajes salientes al final del ciclo del
programa de aplicación y antes del comienzo del ciclo siguiente.
Otras particularidades y ventajas de la invención
se pondrán más claramente de manifiesto con la lectura de la
descripción que sigue, realizada en relación con un modo ilustrativo
pero no limitativo de realización de la invención, representado en
los dibujos que se acompañan, en los que:
- la figura 1 representa el esquema de una
arquitectura de comunicación de un equipo de automatismo definido
según la invención, y
- la figura 2 esquematiza un ejemplo de
arquitectura de un equipo de automatismo de ese tipo.
La invención va a ser descrita ahora en relación
con las figuras 1 y 2. La invención se refiere a un equipo de
automatismo provisto de un conectador (81, figura 2) de tipo USB, no
representado en la figura 1, el cual comunica con uno o varios
equipos remotos exteriores por medio de un enlace (95, figura 1).
Este conectador (81) de tipo USB está unido a un circuito (8) de
direccionamiento de un bus USB. Este circuito (8) de
direccionamiento del bus USB comunica con el bus interno (9) del
equipo de automatismo, a la entrada mediante el enlace (91) y a la
salida mediante el enlace (92) del bus interno (9) del equipo de
automatismo. La estructura clásica de un equipo de automatismo está
representada en la figura 2 y está constituida, en general, por una
unidad central (63) constituida por uno o varios procesadores, por
una memoria muerta (65) de tipo ROM no modificable o de tipo
FLASHPROM modificable, que se designará en lo que sigue como memoria
muerta. Esta memoria muerta (65) contiene el programa constructor
denominado sistema de explotación (sistema operativo, OS). Este
programa de constructor está expresado generalmente en un lenguaje
específico del constructor. El equipo de automatismo incluye
asimismo una memoria viva (64), la cual comunica, como la memoria
muerta (65), con la unidad central (63) mediante el bus interno (9).
Un gestor de entrada-salida (66) del equipo de
automatismo está asimismo unido al bus interno (9) y comunica con la
unidad central (63). La memoria viva (64) contiene en una primera
zona el programa en tiempo real de la aplicación (70), desarrollado
por el usuario, denominado en lo que sigue programa de aplicación, y
en una segunda zona los datos, en particular las imágenes de los
estados de los acopladores y las constantes relativas al programa de
aplicación desarrollado por el usuario.
Se recuerda que el programa de aplicación es
ejecutado por la unidad central (63) y se encarga de realizar el
control y/o el comando de una aplicación de automatismo merced a
entradas-salidas direccionadas por el gestor de las
entradas-salidas (66) y al programa de aplicación.
El programa de aplicación elaborado por el
diseñador-usuario se escribe habitualmente en uno o
en varios lenguajes gráficos de automatismo, que integran
especialmente esquemas de contacto (Ladder Diagram), diagramas
funcionales en secuencia (Sequential Function Chart), todavía
denominados Grafcet, bloques de funciones (Function Block
Description) y/o listas de instrucciones IL (Instruction List).
Además de las informaciones propias de la
aplicación de automatismo que están constituidas por el programa de
aplicación, los datos y las entradas-salidas
memorizadas en la memoria viva (64), la invención describe la
posibilidad de atribuir zonas de memorias (693, 694) variables de la
memoria viva (64). Una primera zona de memoria (693) variable
permite constituir una pila FIFO (642) de recepción de mensajes de
salida y una pila FIFO (643) de recepción de tramas de entrada, y
una segunda zona de memoria (694) variable permite constituir una
pila FIFO (641) de emisión de mensajes de entrada y una pila FIFO
(644) de emisión de tramas de salida. El tamaño de la primera zona
de memoria (693) se define por construcción para la pila (643) de
recepción de tramas de entrada y por parametrado para la pila (642)
de recepción de mensajes de salida. El tamaño de la segunda zona de
memoria (694) se define por construcción para la pila (644) de
emisión de tramas de salida y por parametrado para la pila (641) de
emisión de mensajes de entrada. Los tamaños de las pilas de emisión
y de recepción de tramas (643, 644) son así fijados por el
constructor del equipo de automatismo, por ejemplo en función del
modelo del equipo de automatismo. Por el contrario, un parametrado
por el usuario permite definir los tamaños de las pilas de emisión y
de recepción de mensajes (641, 642), por ejemplo en función del tipo
de aplicación de automatismo controlado.
Además de los componentes clásicos de un sistema
de explotación de un equipo de automatismo estándar, la memoria ROM
o la memoria PROM comprenderá un determinado número de módulos
lógicos cuyas funciones van a ser explicadas en lo que
sigue.
sigue.
Un primer módulo (60) juega el papel de piloto o
gestor de barrido (en inglés: "scan manager").
Un segundo módulo (62) de gestión de
interrupciones (en inglés: "interrupt manager") gestiona las
interrupciones provenientes del circuito (8) de direccionamiento del
bus USB.
Un tercer módulo (61) gestiona la base de tiempo
del sistema (en inglés: "system time base") y dispara la
activación de un módulo lógico (1) de tratamiento de la mensajería
USB que incluye principalmente un módulo constructor de mensajes
(11) (en inglés: "message builder") para las comunicaciones
entrantes y un módulo constructor de tramas (12) (en inglés:
"frame builder") para las comunicaciones salientes. Estos
módulos (11, 12) son memorizados en la memoria muerta (65) y forman
parte del sistema de explotación (OS). El módulo constructor de
mensajes (11) y el módulo constructor de tramas (12) armonizan
respectivamente las tramas entrantes con el formato de mensajes
destinados al programa de aplicación y, a la inversa, los mensajes
procedentes del programa de aplicación y destinados, en la salida, a
ser transformados en tramas y después emitidos hacia el bus USB.
El piloto (60), que dialoga con el programa de
aplicación (70), genera al final de cada ciclo del programa de
aplicación una señal (51) de fin de barrido (en inglés: "end
scan"). Esta señal (51) permite disparar un módulo gestor (32) de
mensajes salientes (en inglés: "outgoing messages manager"), el
cual va a recibir las informaciones destinadas a llenar la pila
(642) de recepción de mensajes de salida a emitir. Asimismo, para
garantizar la coherencia de los mensajes, el piloto (60) emite
igualmente al comienzo de cada ciclo del programa de aplicación una
señal (41) de inicio de barrido (en inglés: "begin scan"), la
cual dispara un módulo gestor (31) de mensajes entrantes (en inglés:
"incoming messages manager") para permitir la transmisión de
mensajes provenientes de la pila (641) de emisión de mensajes de
entrada hacia el programa de aplicación (70). Los módulos gestores
de mensajes entrantes (31) y de mensajes salientes (32) forman parte
del sistema de explotación (OS) memorizado en la memoria muerta (65)
del equipo de automatismo.
De este modo, como se ha indicado en la figura 1,
la pila (643) de recepción de tramas de entrada sirve de memoria
tampón entre el piloto de bus USB (8) y el constructor de mensajes
(11), y la pila (641) de emisión de mensajes de entrada sirve de
memoria tampón entre el constructor de mensajes (11) y el gestor
(31) de los mensajes entrantes. De igual modo, la pila (642) de
recepción de mensajes de salida sirve de memoria tampón entre el
gestor (32) de los mensajes salientes y el constructor de tramas
(12), y la pila (644) de emisión de tramas de salida sirve de
memoria tampón entre el constructor de tramas (12) y el piloto de
bus USB (8).
Un cuarto módulo de parametrado (67) incluye una
función lógica de parametrado que permite a un usuario configurar un
valor límite predeterminado del número de mensajes susceptibles de
ser recibidos al comienzo de un ciclo del programa de aplicación
(70) por la memoria del equipo de automatismo. Este valor límite
determina especialmente el tamaño de la zona de memoria asignada a
la pila (641) de emisión de mensajes de entrada. El módulo de
parametrado (67) proporciona esta información al módulo gestor (31)
de mensajes entrantes para permitirle limitar el número de mensajes
a recibir al comienzo del ciclo. Asimismo, el módulo de parametrado
(67) es igualmente capaz de permitir a un usuario configurar un
valor límite predeterminado del número de mensajes susceptibles de
ser emitidos al final del ciclo del programa de aplicación (70).
Este valor límite determinará en particular el tamaño de la zona de
memoria asignada a la pila (642) de recepción de mensajes de
salida.
Periódicamente, por ejemplo cada milisegundo, el
módulo de tratamiento de la mensajería USB (1) se dispara. Este
módulo asegura dos funciones esenciales:
fragmentación/desfragmentación de las tramas USB y regulación del
caudal. La desfragmentación consiste en convertir las tramas USB de
64 octetos en mensajes comprensibles por el programa de aplicación
y, al contrario, la fragmentación consiste en convertir los mensajes
comprensibles por el programa de aplicación en tramas USB de 64
octetos.
Un mensaje comprende generalmente varias tramas.
Cuando la tarea de tratamiento de la mensajería USB se activa, ésta
empieza por tratar la parte de emisión para liberar recursos
internos de memorias. En efecto, el flujo generado por el equipo de
automatismo es por lo general ampliamente inferior a las capacidades
de recepción de los equipos remotos que disponen de medios de
comunicación de tipo USB. La fase de recepción se inicia mediante
una prueba sobre el espacio disponible en la pila (641) de emisión
de mensajes de entrada. Cuando no hay espacio para almacenar al
menos un mensaje en la pila (641), el constructor de mensajes (11)
termina su tratamiento sin desapilar la pila (643) de recepción de
tramas de entrada. Cuando hay espacio para almacenar al menos un
mensaje en la pila (641), el constructor de mensajes (11) desapila
la pila (643) y convierte las tramas USB en un mensaje de entrada
almacenado en la pila (641).
El control de flujo está así sometido al módulo
lógico de piloto (60), está sometido a la base de tiempo interna
(61) del equipo de automatismo, y se dispara mediante una señal del
gestor de interrupción (62). Los mensajes son construidos por el
constructor de mensajes (11) y desfragmentados únicamente cuando los
recursos de memoria viva (64) están disponibles y la gestión de las
zonas de pilas FIFO (641 a 644) de memoria viva (64) se encuentra
sometida al programa de aplicación (70).
El piloto de bus USB (8) funciona de forma
autónoma mediante las interrupciones desencadenadas, ya sea por la
llegada de una trama ya sea por el final de emisión de la trama
anterior. El mecanismo de descarga negativa estándar en una
comunicación de tipo USB entra automáticamente en juego cuando todos
los recursos están ocupados en recibir. Esta descarga negativa es
emitida por el piloto de bus USB (8) cuando una interrupción
disparada por la llegada de una trama no puede ser tratada por el
módulo (1) de tratamiento de la mensajería USB (cuando la pila FIFO
(643) de recepción de tramas de entrada está llena) ni por el piloto
(60). Conviene entonces al emisor no representado adoptar un
comportamiento coherente con los caudales admisibles por el enlace
(95), por ejemplo disminuyendo temporalmente las demandas.
Claims (8)
1. Equipo de automatismo que ejecuta un programa
de aplicación (70) con el fin de efectuar una o varias funciones de
control o de comando en una aplicación de automatismo, que incluye
una memoria viva (64) y un conectador de tipo USB (81) unido
mediante un circuito de direccionamiento de bus USB (8) a un bus
interno (9) del equipo de automatismo, caracterizado porque
incluye una tarea lógica (1, 31, 32, 60, 61, 62, 67) encargada de
someter el flujo de comunicaciones intercambiadas por el conectador
USB (81) entre el equipo de automatismo y equipos remotos, a las
características del programa de aplicación (70) ejecutado en el
equipo de automatismo, y porque la citada tarea lógica aprovecha una
primera zona de memoria variable (693) de la memoria viva (64),
declarada como pila (643) de recepción de tramas de entrada y como
pila (642) de recepción de mensajes de salida, estando el tamaño de
la primera zona de memoria (693) definido por construcción para la
pila (643) de recepción de tramas de entrada y por parametrado para
la pila (642) de recepción de mensajes de salida.
2. Equipo de automatismo según la reivindicación
1, caracterizado porque la tarea lógica (1, 31, 32, 60, 61,
62, 67) es activada periódicamente mediante una base de tiempo (61)
del equipo de automatismo y trata la parte de emisión de la
comunicación al disparar un módulo constructor de tramas (12),
convirtiendo el constructor de tramas (12) los mensajes expresados
en el formato del sistema de explotación del equipo de automatismo y
comprensibles por el programa de explotación (70) en tramas USB.
3. Equipo de automatismo según la reivindicación
1, caracterizado porque la tarea lógica (1, 31, 32, 60, 61,
62, 67) se dispara con la recepción de un mensaje de comunicación
mediante una interrupción proveniente del circuito (8) de
direccionamiento del bus USB e incluye un módulo constructor de
mensajes (11) con destino al programa de aplicación (70), tras la
sincronización mediante una base de tiempo (61) del equipo de
automatismo, convirtiendo el constructor de mensajes (11) las tramas
USB en mensajes expresados en el formato del sistema de explotación
del equipo de automatismo y comprensibles por el programa de
aplicación (70).
4. Equipo de automatismo según la reivindicación
1, caracterizado porque la tarea lógica (1, 31, 32, 60, 61,
62, 67) aprovecha una segunda zona de memoria variable (694) de la
memoria viva (64) del equipo de automatismo declarada como pila
(644) de emisión de tramas de salida y como pila (641) de emisión de
mensajes de entrada, estando el tamaño de la segunda zona de memoria
variable (694) asignado por construcción para la pila (644) de
emisión de tramas de salida y por parametrado para la pila (641) de
emisión de mensajes de entrada.
5. Equipo de automatismo según la reivindicación
4, caracterizado porque la tarea lógica (1, 31, 32, 60, 61,
62, 67) incluye un módulo de parametrado (67) que comprende una
función lógica de parametrado en zonas de memorias variables
utilizadas como pila (642) de recepción de mensajes y como pila
(641) de emisión de mensajes.
6. Equipo de automatismo según la reivindicación
5, caracterizado porque la tarea lógica (1, 31, 32, 60, 61,
62, 67) incluye un módulo gestor de los mensajes entrantes (31)
hacia el programa de aplicación (70) y un módulo gestor de los
mensajes salientes (32) provenientes del programa de aplicación
(70).
7. Equipo de automatismo según la reivindicación
6, caracterizado porque el módulo gestor de los mensajes
entrantes (31) limita a un valor determinado el número de mensajes
leídos al principio de un ciclo del programa de aplicación (70).
8. Equipo de automatismo según la reivindicación
6, caracterizado porque incluye un piloto (60) que dispara la
lectura de los mensajes entrantes al comienzo del ciclo del programa
de aplicación (70) y dispara la escritura de los mensajes salientes
al final del ciclo del programa de aplicación (70) y con
anterioridad al comienzo del siguiente ciclo.
Applications Claiming Priority (2)
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