JP2008518534A - 種々のネットワークの加入者間のデータ交換の方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも２つのリアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）と少なくとも１つの非リアルタイムネットワーク（１１０）の加入者ないしノード（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）の間のデータ交換のための方法に関する。このために、リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）内で生成されるデータにはタイムスタンプが付加され、前記リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）のうちの少なくとも２つが互いに時間同期している。本発明はまた、少なくとも２つのリアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）と少なくとも１つの非リアルタイムネットワーク（１１０）の加入者ないしノード（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）の間のデータ交換のための方法において、とりわけ種々のネットワーク（１１０，１２０，１３０，１４０）の種々の加入者（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）のトリガー信号を組合せ又は結合することを特徴とするデータ交換のための方法にも関している。

Description

本発明は、リアルタイムネットワークと非リアルタイムネットワークの加入者間又はノード間のデータ交換の方法、この方法を実行するための相応するコンピュータプログラム及びコンピュータプログラム製品に関する。

従来技術
近年、ネットワーク又はネットワークサービスの重要性は絶えず増してきた。一般大衆の興味がインターネットなどの通信プラットフォームとしての利用に向けられているのに対して、工業的環境では制御システムやオートメーションシステムも相互にネットワーク化されている。

ここで、リアルタイムネットワークと非リアルタイムネットワークとが一般に区別される。非リアルタイムネットワークでは、データは使用可能な容量に従ってネットワーク内で伝送される。しかし、データ交換は連続性と周期性とを有するので、予想される信号伝播時間とネットワーク負荷を推定することは困難である。

これに対して、リアルタイムネットワークでは確定的な時間応答が得られる。このため、例えば制御システムにおけるサンプリング値にとって不可欠なように、データを周期的かつ所定期間内に伝送することが可能である。

特に制御及びオートメーション技術の分野では、例えばイーサネットなどの、コンピュータとつながった非リアルタイムネットワークが、例えば工業フィールドバスなどのリアルタイムネットワークと接続されることが多い。

この場合、非リアルタイムネットワークは、下位のリアルタイムネットワーク又はシステムの制御、管理、診断などを提供する上位システムとして機能することが多い。

作業の流れを監視するため、あるいは一般的にリアルタイムシステム内のイベントを監視するために、上位システムにおいて前記リアルタイムシステムのデータを相互に時間的に関連付けることが必要になることがある。しかし、従来技術の上位システムはリアルタイム性を欠いているため、容易には実行することができない。

分散的に取得されたデータ（例えば、診断情報、データサンプリングなど）を相互に時間的に関連付けるため、従来は上位システムにおいてデータ入力時にその時点で有効な上位システムのタイムスタンプを診断情報に付加した。タイムスタンプはデータの伝送時間や発生した診断イベントの検出速度とともに変化する。

別の方策としては、個々の下位システムのタイムベースを上位システムによって例えば一度だけ又は周期的に設定する。この分散したタイムベースは時間情報の伝送時間により不正確ないし非同期である。

ＵＳ５，７７４，３７７には、第１の加入者のデータにタイムスタンプを付し、第１の加入者と同期したタイムベースを有する第２の加入者がトリガーイベントを検出し、このイベントの時点を第１の加入者に知らせるまで、前記データを第１の加入者のバッファメモリに保存するようにした方法が開示されている。したがって、第１の加入者は後の分析のためにトリガーイベント時点前後の所定範囲内にタイムスタンプを有するデータを長期メモリに格納する。

制御されたサンプリング方式（例えば、オシロスコープ機能）で下位ネットワークの加入者のデータを取得する場合、これら加入者のすべては同時にトリガーされなければならない。しかし、上位ネットワークでは伝送がリアルタイムでないため、これはほぼ不可能である。

同様に、種々の加入者に生じる同時イベントを中央局で結合ないし組合せることも、この中央局が非リアルタイムネットワーク内にあるならば、困難である。

例えばこの結合を上位システムにおける或るプロセスを開始させるトリガーとして又は下位システムの種々の加入者に対するトリガーとして使用することにした場合、種々の下位ネットワークにおいて同時に発生するイベントが上位システムにおいてはリアルタイムでは識別されず、相互に関連付けることができないという問題が生じる。

以上のことを背景として、本願発明は、種々のネットワークの加入者間のデータ交換のための２つの方法、さらに、これらの方法を使用する２つの装置、ならびに、相応するコンピュータプログラムと従属請求項によるコンピュータプログラム製品を提供する。有利な実施形態はそれぞれの従属請求項と以下の説明とから明らかとなる。

発明の利点
少なくとも２つのリアルタイムネットワークと少なくとも１つの非リアルタイムネットワークの加入者間又はノード間のデータ交換のための本発明による第１の方法では、リアルタイムネットワーク内で生成されるデータにタイムスタンプが付加され、リアルタイムネットワークのうちの少なくとも２つは互いに時間同期している。このため、時間同期したネットワークからのデータを容易に互いに時間的に関連付けることが可能である。
有利には、タイムスタンプの付されたデータは非リアルタイムネットワークの加入者に伝送される。これにより、この加入者は受け取ったデータを時間的に関連させて処理又は評価する簡単な手段を手に入れる。

本発明による方法において、とりわけ種々のネットワークの種々の送信者からのタイムスタンプの付されたデータを受信者により互いに時間的に関連付けるようにすると有利である。

すべてのリアルタイムネットワークが互いに時間同期しているようにした本発明による方法の実施形態は特に有利である。これにより、リアルタイムネットワークのすべての加入者のデータを直接的に時間的に関連付けることが可能になる。

特に有利には、本発明による方法はオートメーションシステムにおいて、とりわけ、運動制御システムや数値制御システムにおいて使用される。とりわけ、オートメーション技術においては、本明細書に記載された方法の使用によって、制御部ないし加入者の全体にわたる包括的なリアルタイムデータ取得が可能になる。その際、データは、例えば互いに時間的に関連付けられた長期的に取得された診断データであってもよいし、又は、例えば論理分析やオシロスコープ機能によるエラー探索のために短期的に取得されたプロセスデータであってもよい。

少なくとも２つのリアルタイムネットワークと少なくとも１つの非リアルタイムネットワークの加入者間ないしノード間のデータ交換のための本発明による第２の方法では、とりわけ種々のネットワークの種々の加入者のトリガー信号が組合せ又は結合される。この結合は、例えば、一般的に知られた論理演算子（Ａｎｄ，Ｏｒなど）によって、又は、別の何らかの方法で行うことができる。これによりネットワーク全体にわたるイベントの監視が可能になる。

有利には、本発明の第２の方法では、トリガー信号の結合は新たなトリガー信号としてとりわけ種々のネットワークの加入者に伝送される。このため、発生したイベントを結合することによって、任意の予め決められた作業の流れを容易に開始させることができる。
本発明の第２の方法の有利な実施形態では、リアルタイムネットワーク内で生成されるトリガー信号にタイムスタンプが付加され、リアルタイムネットワークのうちの少なくとも２つは互いに時間同期している。本発明の２つの方法を有利に組み合わせると特に好ましい。

特に有利には、本発明による方法はオートメーションシステムにおいて、とりわけ、運動制御システムや数値制御システムにおいて使用される。これによって、はじめて、制御部ないし加入者の全体にわたる包括的なトリガーイベントの結合が可能になる。

本発明が提供するリアルタイムネットワークと非リアルタイムネットワークの加入者間ないしノード間のデータ交換のための第１の装置は、リアルタイムネットワークで発生したデータにタイムスタンプを付加する手段とリアルタイムネットワークの時間同期性を確立する手段とを備えている。

同様に、本発明の第１の装置が本発明の第１の方法の有利な実施形態による更なる方法ステップを実行するための手段を有していると有利である。

リアルタイムネットワークと非リアルタイムネットワークの加入者間ないしノード間のデータ交換のための本発明による第２の装置は、とりわけ種々のネットワークの種々の加入者のトリガー信号を組み合わせる又は結合する手段を有している。この装置も同様に既存のネットワークに容易に付加することができる。

有利には、本発明の第２の装置は本発明の第２の装置の有利な実施形態によるさらなる方法ステップを実行するための手段も有している。
有利な実施形態では、本発明による装置はオートメーションシステムにおいて、とりわけ、運動制御システムや数値制御システムにおいて使用される。

プログラムコード手段を有する本発明によるコンピュータプログラムは、コンピュータ上で又は特に本発明による一方の装置の相応する計算ユニット上で実行した場合に、本発明による方法の一方又は両方のすべてのステップを実行するように設計されている。

プログラムコード手段を有する本発明によるコンピュータプログラム製品は、このコンピュータプログラムがコンピュータ上で又は特に本発明による一方の装置の相応する計算ユニット上で実行された場合に本発明による方法の一方又は両方を実行するように、コンピュータ可読データ担体に記憶されている。

本発明のさらなる利点および実施形態は以下の説明および添付の図面から明らかになる。

当然に、既に述べた特徴及びこれから説明される特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、個別に示される組合せにおいてのみならず、他の組合せにおいても、あるいは単独でも使用可能である。

本発明は実施例に基づいて図面に概略的に示されており、以下において図面を参照しつつ詳しく説明される。

図面の説明
図１は、本発明による方法の１つの有利な実施形態によるデータ交換の概略図を示す。

図２は、図１に記載された方法の実施形態を用いて取得された診断データの概略図を示す。

図３は、本発明による方法の別の有利な実施形態によるデータ交換の概略図を示す。

以下では、実質的に、オートメーションシステムにおける、とりわけ、運動制御システムや数値制御システムにおける本発明による方法の有利な使用を説明するが、本方法はこの実施形態に限定されない。

図１では、種々のネットワークの接続が全体的に１００で表されている。上位の非リアルタイムネットワーク１１０は下位の３つのリアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０と接続されている。この３つのリアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０は、リアルタイム通信接続１０１，１０１’を介して同期した共通のタイムベースを有している。しかしながら、同期化は非リアルタイムネットワーク１１０を介しても可能である。非リアルタイムネットワーク１１０は例えばＰＣなどの加入者１１１を有している。

リアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０は制御システムとして形成されている。リアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０は、リアルタイム接続を介してセンサやアクチュエータなどの別の各加入者１２２，１２３，１３２，１３３，１４２，１４３に接続されたそれぞれの制御部、すなわち、ＳＰＳ１２１，１３１，１４１を有している。

方法を実行する際には、診断データの問合せのために、３つの下位システムをトリガーすることが望ましい。ＰＣ１１１は非リアルタイムネットワーク１１０を介してトリガー信号を制御部１２１，１３１，１４１に送信する。この接続は非リアルタイムであるから、信号の伝播時間は制御部に達するまで未決定である。

トリガー信号が制御部１２１，１３１，１４１に達するとすぐに、制御部１２１，１３１，１４１はデータの記録を開始する。ＰＣ１１１から制御部１２１，１３１，１４１までのトリガー信号の伝播時間はそれぞれ異なるので、データ記録の開始時点も異なる。

制御部１２１，１３１，１４１は、例えば測定開始の際に、有効なタイムスタンプ１２４，１３４，１４４をデータに付す。測定の時間的流れ、今の例では、１０時間単位にわたる測定が知られているので、タイムスタンプ１２４，１３４，１４４は、他の任意の時点のいずれにおいても、例えば測定の終了時又は最中においても付加することができる。もちろん、タイムスタンプは各時間単位においてもデータに付加することができる。

ネットワーク１２０，１３０，１４０内の個々の加入者１２１，１２２，１２３；１３１，１３２，１３２；１４１，１４２，１４３の間での伝播時間は確定的であり、既知である。今の例では、個々の加入者の間での伝播時間は正確に１時間単位である。

図２には、図１に記載されている方法の結果が示されている。記録時間としては１０時間単位が選択されている。トリガー信号はゼロ時点２５０において制御部１２１，１３１，１４１に送信される。それに続いて、３つの制御部からそれぞれ１つのデータセット２２１，２３１，２４１が時間ｔにわたって供給される。各データセットは少なくとも１つのタイムスタンプを含んでいる。測定の開始時点と終了時点はこのタイムスタンプから読み取れる。

第１の制御部１２１のデータセット２２１は０．１５時間単位の時点に始まり、１０．１５時間単位の時点に終わる。第２の制御部１３１のデータセット２３１は２．７３時間単位の時点に始まり、１２．７３時間単位の時点に終わる。第３の制御部１４１のデータセット２４１は３．９４時間単位の時点に始まり、１３．９４時間単位の時点に終わる。

確定的なタイムスタンプが個々のデータセット間の時間的関係の確立を可能にする。図示の例からは、３．９４時間単位の時点と１０．１５時間単位の時点との間のオーバーラップした時間間隔２６０を求めることができる。測定はこの時間間隔２６０の間に種々の下位ネットワークにおいて同時に行われた。この時間間隔２６０は有利にはデータの評価に使用することができる。

図３には、本発明による方法の別の有利な実施形態が示されている。

種々のネットワークの接続が全体として１００で表されている。上位の非リアルタイムネットワーク１１０は下位の３つのリアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０と接続されている。この３つのリアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０は、例えばリアルタイム通信接続１０１，１０１’を介して同期した共通のタイムベースを有している。非リアルタイムネットワーク１１０は例えばＰＣなどの加入者１１１を有している。

リアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０は制御システムとして形成されている。リアルタイムネットワーク１２０，１３０，１４０は、リアルタイム接続を介してセンサやアクチュエータなどの別の各加入者１２２，１２３，１３２，１３３，１４２，１４３に接続されたそれぞれの制御部、すなわち、ＳＰＳ１２１，１３１，１４１を有している。

方法を実行する際には、種々のネットワークの複数のトリガー条件を予め結合しておくことが望ましい。下位ネットワーク内でトリガー条件が成立していれば、このトリガー条件はＰＣ１１１に報告される。したがって、種々のネットワーク１２０，１３０，１４０に複数のトリガーイベントが発生した場合に、ＰＣ１１１は相互関係を確立し、所定の結合されたトリガー条件の発生を確認することができる。
トリガーイベントの同時発生の確認が望ましい又は必要である場合には、トリガーイベントにタイムスタンプを付し、ＰＣ１１１に報告するようにしてもよい。

本発明による方法の１つの有利な実施形態によるデータ交換の概略図を示す。 図１に記載された方法の実施形態を用いて取得された診断データの概略図を示す。 本発明による方法の別の有利な実施形態によるデータ交換の概略図を示す。

Claims (16)

1. 少なくとも２つのリアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）と少なくとも１つの非リアルタイムネットワーク（１１０）の加入者ないしノード（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）の間のデータ交換のための方法であって、リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）内で生成されるデータにタイムスタンプを付加するようにした方法において、前記リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）のうちの少なくとも２つが互いに時間同期していることを特徴とする、データ交換のための方法。
2. タイムスタンプの付されたデータを非リアルタイムネットワーク（１１０）の加入者（１１１）に伝送する、請求項１記載の方法。
3. とりわけ種々のネットワーク（１２０，１３０，１４０）の種々の送信者（１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）からのタイムスタンプの付されたデータを、受信者（１１１，１２１，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）により互いに時間的に関連付ける（２６０）、請求項１又は２に記載の方法。
4. すべてのリアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）が互いに時間同期している、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
5. オートメーションシステムにおいて、とりわけ運動制御システムと数値制御システムにおいて使用される、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
6. 少なくとも２つのリアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）と少なくとも１つの非リアルタイムネットワーク（１１０）の加入者ないしノード（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）の間のデータ交換のための方法において、とりわけ種々のネットワーク（１１０，１２０，１３０，１４０）の種々の加入者（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）のトリガー信号を組合せ又は結合することを特徴とする、データ交換のための方法。
7. トリガー信号の組合せを新たなトリガー信号としてとりわけ種々のネットワーク（１１０，１２０，１３０，１４０）の加入者（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）に伝送する、請求項６記載の方法。
8. リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）内で生成されるトリガー信号にタイムスタンプを付加し、前記リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）のうちの少なくとも２つが互いに時間同期している、請求項６又は７に記載の方法。
9. オートメーションシステムにおいて、とりわけ運動制御システムと数値制御システムにおいて使用される、請求項６から８のいずれか１項記載の方法。
10. リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）と非リアルタイムネットワーク（１１０）の加入者ないしノード（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）の間のデータ交換のための装置であって、リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）内で生成されるデータにタイムスタンプを付加する手段を備えている形式の装置において、リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）の時間同期性を確立する手段を有していることを特徴とする、データ交換のための装置。
11. 請求項２から５のいずれか１項記載の方法を実行するための手段を備えている、請求項１０記載の装置。
12. リアルタイムネットワーク（１２０，１３０，１４０）と非リアルタイムネットワーク（１１０）の加入者ないしノード（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）の間のデータ交換のための装置において、とりわけ種々のネットワークの種々の加入者（１１１，１２１，１２２，１２３，１３１，１３２，１３３，１４１，１４２，１４３）のトリガー信号を組合せ又は結合する手段を有していることを特徴とする、データ交換のための装置。
13. 請求項６から９のいずれか１項記載の方法を実行するための手段を備えている、請求項１２記載の装置。
14. オートメーションシステムにおいて、とりわけ運動制御システムと数値制御システムにおいて使用される、請求項１０から１３のいずれか１項記載の装置。
15. コンピュータ上で又は相応の計算ユニット上で実行した場合に、請求項１から９のいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実行するプログラムコード手段を備えていることを特徴とするコンピュータプログラム。
16. コンピュータ上で又は相応の計算ユニット上で実行した場合に、請求項１から９のいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実行するようにコンピュータ可読データ担体に記憶されたプログラムコード手段を備えていることを特徴とするコンピュータプログラム製品。

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