JP4163960B2 - 実時間通信および非実時間通信のための切換可能なデータ網の応用 - Google Patents

Description

本発明は、伝送サイクル内で実時間通信および非実時間通信を可能にする切換可能なデータ網の応用に関する。このような回路網は独国特許出願公開第19710971 A1号明細書から公知である。

米国特許5923660号明細書から、切換えられるイーサネット（登録商標）データ網は公知である。このようなデータ網は、データ網の種々の加入者をポイント・ツー・ポイント接続により互いに結び付け得るいわゆる回路網スイッチに基づいている。データ網上の通信はデータパケットを用いて行われる。その場合データパケットはただ１つの加入者に、複数の加入者に、またはデータ網のすべての加入者に送ることができ、最後の場合は「ブロードキャスト」と呼ばれる。

切換可能なデータ網は一般に、ある加入者が切換可能なデータ網のすべての他の加入者に、１つまたは複数の結合ユニットを用いて伝送すべきデータを相応に伝達することにより、間接的にのみ到達し得ることで特徴付けられている。データ網の各２つの加入者間の相応する通信接続の構築のための必要な個々の接続は、ポイント・ツー・ポイント接続と呼ばれる。

データ網は、網形成、すなわち個々の加入者の相互接続、により複数の加入者間の通信を可能にする。ここで通信とは加入者間のデータの伝送を意味する。伝送すべきデータはデータテレグラムとして送られる、すなわちデータは複数のパケットにまとめられ、この形態でデータ網を経て相応する受信者に送られる。従ってデータパケットとも呼ばれる。この場合データの伝送という用語は以下でデータテレグラムまたはデータパケットによる上記の伝送と同義語として使用される。

網形成自体はたとえば切換可能な高能力データ網、特にイーサネットの際には、２つの加入者間にそれぞれ、両加入者と接続されている少なくとも１つの結合ユニットが接続されていることにより解決される。各結合ユニットは２つより多い加入者と接続することができる。各加入者は少なくとも１つの結合ユニットと接続されているが、直接には他の加入者と接続されていない。加入者はたとえばコンピュータ、蓄積プログラム制御装置（ＳＰＳ）または、電子データを他の機械と交換、特に処理する他の機械である。

たとえば駆動技術の領域において、分散した自動化システムでは、特定のデータが特定の時点でそのために定められている加入者に到着し、受信者により処理されなければならない。それは実時間臨界的なデータまたはデータトラフィックと呼ばれる。なぜならば、特定場所におけるデータの適時でない到着は加入者における望ましくない結果になるからである。1EC 61491、EN61491 SERCOS インタフェース−短い技術説明（http：//www.sercos.de/deutsch/index＿deutsch.htm）によれば、分散した自動化システムにおける前記の形式の成功裡の実時間臨界的なデータトラフィックが保証され得る。

同じく、このような自動化システムにおいて、等間隔特性を有する同期、クロックド通信システムを使用することは従来の技術から知られている。これは、データ網を介してデータの相互交換またはデータの相互伝送の目的で互いに接続されている少なくとも２つの加入者から成るシステムとして理解される。

その際にデータ交換は、システムにより使用される通信クロックにより予め定められた等間隔の通信サイクルのなかでサイクリックに行われる。加入者はたとえば中央の自動化装置、プログラミング装置 、プロジェクション装置または操作装置、たとえば入出力モジュール、駆動装置、アクチュエータ、センサのような周辺装置、蓄積プログラム制御装置（ＳＰＳ）または他のコントロールユニット、コンピュータ、または電子データを他の機械と交換、特に他の機械のデータを処理する機械である。コントロールユニットとは以下ではあらゆる形式の調節ユニット、駆動ユニットまたは制御ユニットとして理解される。データ網としてはたとえばフィールドバス、プロフィバス、イーサネット、産業用イーサネット、ファイアワイアまたはＰＣ内部バスシステム（ＰＣＩ）などのバスシステムが使用される。

自動化コンポーネント（たとえば制御、駆動等）は現在一般にサイクリックにクロックされる通信システムに対するインタフェースを備えている。自動化コンポーネントの進行レベル（速いサイクル）（たとえば制御における位置調節、駆動の回転数調節、回転モーメント調節）は通信サイクルに同期化されている。それにより通信クロックが決定される。自動化コンポーネントの他のローパフォーマントなアルゴリズム（遅いサイクル）（例えば温度調節）は、たといより遅いサイクルで充分であったとしても、同じくこの通信クロックを介してのみ他のコンポーネント（たとえばファン、ポンプ等に対する２値スイッチ）と通信し得る。システム内のすべての情報の伝送のためにただ１つの通信クロックを使用することにより、伝送線路の帯域幅に高い要求が生ずる。

従来の技術から公知のシステムコンポーネントは、各プロセスレベルまたは自動化レベルに対する通信のためにただ１つの通信システムまたは通信サイクル（速いサイクル）を利用し、そのクロックですべての重要な情報が伝送される。遅いサイクルでのみ必要とされるデータは、帯域幅への要求を制限するため、たとえば付加のプロトコルを介して段階付けされて伝送され得る。それは自動化コンポーネントにソフトウェア費用を付加することを意味する。さらにバス帯域幅もシステム全体における最小可能な通信サイクルも、最もローパフォーマントなコンポーネントにより決定される。

独国特許出願第100 58 524.8号明細書には実時間臨界的および非実時間臨界的データを並列に伝送するためのシステムおよび方法が開示されている。このようなシステムは設定可能な継続時間を有する少なくとも１つの伝送サイクルにおいてデータを伝送するための手段を有し、各伝送サイクルは実時間制御のための実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第１の範囲と非実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第２の範囲とに分割されている。

このようなシステムの応用のために、開いた、インターネットベースの通信が自発性の通信であること、すなわちこのような形式の通信の時点もその際に転送すべき発生したデータ量も予め決定可能でないこと、から出発される。それによりバスシステムにおける、または切換可能な高速データ網、特に高速のイーサネットまたは切換えられるイーサネット、における結合ユニットのなかの伝送線上の衝突が免れない。

インターネット通信テクノロジーの利点を自動化技術、特に駆動技術、の領域における切換可能なデータ網のなかの実時間通信の場合にも利用し得るためには、その他の自発性の非実時間臨界的な通信、特にインターネット通信、と実時間通信との混合作動が望ましい。このことは、ここに考察される応用分野では主としてサイクリックに現れ、こうして予め計画可能な実時間通信がそれと対照的に計画可能でない非実時間臨界的な通信、特に開いたインターネットベースの通信、から厳密に隔離されることにより可能である。

その場合加入者間の通信は伝送サイクルにおいて行われ、各伝送サイクルはたとえばそのために設けられた産業設備の実時間制御のための実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第１の範囲と、たとえば開いたインターネット通信の際の実時間制御のための実時間臨界的なデータを伝送するための少なくとも１つの第２の範囲とに分割されている。このようなシステムの特に有利な形態は、各加入者に、伝送すべきデータの送信、受信、又は伝達のために設けられている結合ユニットが対応付けられることにより特徴付けられている。

このようなシステムの特に有利な形態は、切換可能なデータ網のすべての加入者および結合ユニットが互いの時間同期化により常に共通の同期した時間ベースを有することにより特徴付けられている。このことは、計画可能でない非実時間臨界的な通信から計画可能な実時間臨界的な通信を隔離するための前提条件である。計画可能な実時間臨界的な通信と計画可能でない非実時間臨界的な通信との隔離は、公開されていない独国特許出願第10004425.5号明細書による時間同期化のための方法の応用により保証される。

分散した自動化システムの進行する作動中にもこの方法を永久的に応用することにより、切換可能なデータ網のすべての加入者および結合ユニットが常に共通の時間ベースに同期化されており、このことはその結果としてすべての加入者および結合ユニットに対する各伝送サイクルの等しい開始点および等しい長さを意味する。

すべての実時間臨界的なデータ伝送がサイクリックな作動により本来のデータ伝送の前に知られており、従ってまた前もって計画され得るので、すべての加入者および結合ユニットに対して実時間通信が、擾乱、たとえば衝突、が実時間臨界的なデータテレグラム自体のデータ伝送の際に生起せず、すべての計画された臨界的なデータ転送時点が正確に守られるように制御され得ることが保証されている。

このようなシステムの別の特に有利な形態は、伝送サイクルの実時間通信に対して予定されている範囲の間に伝送されるべきすべての非実時間臨界的なデータが各結合ユニットにより一時記憶され、この伝送サイクルまたは後続の伝送サイクルの非実時間通信に対して予定されている範囲の間に伝送されること、すなわち実時間通信に対してリザーブされている伝送サイクルの第１の範囲においてもしかしたら生起する計画されないインターネット通信が、自発性の非実時間臨界的な通信に対して残されている伝送サイクルの第２の範囲にずらされ、それによって実時間通信の擾乱が完全に回避される。

その場合自発性の非実時間臨界的な通信の相応するデータはそれぞれ当該の結合ユニットにより一時記憶され、実時間通信に対する範囲の経過の後に始めて、自発性の非実時間臨界的な通信に対して残されている伝送サイクルの第２の範囲において送られる。この第２の範囲、すなわち伝送サイクルの終了までのすべての時間、はすべての加入者に、計画可能でない非実時間臨界的な通信、特にインターネット通信、のために、同じく実時間通信に影響することなしに利用に供される。何故なら実時間通信は時間的に隔離されて実行されるからである。

結合ユニットにおける実時間臨界的なデータテレグラムとの衝突は、非実時間臨界的なデータの伝送のために設けられている伝送サイクルの範囲の間に伝送され得ないすべての非実時間臨界的なデータが各結合ユニットにより一時記憶され、その後の伝送サイクルの非実時間臨界的なデータの伝送のために設けられている範囲の間に伝送されることにより避けることができる。

このようなシステムの別の有利な形態は、すべての伝送すべき実時間臨界的なデータテレグラムに対して送信者及び受信者又はそのいずれか一方における送信時点および受信時点、またすべてのそれぞれ関与する結合ユニットにおいて、実時間臨界的なデータテレグラムを次に伝達するためのすべての時点、並びに実時間臨界的なデータテレグラムが次に伝達されるそれぞれ付属の接続線路が、データ伝送の各実行の前に記憶にとどめられていること、即ちいつ、どの出力ポートにおいて時点Ｘで到着する実時間臨界的なデータテレグラムが次に送られるべきか、が結合ユニットに記憶にとどめられていること、により特徴付けられている。

このようなシステムの別の特に有利な形態は、転送時点が、各実時間臨界的なデータテレグラムが遅くとも次への伝達の時点で、またはそれよりも早くに相応の結合ユニットに到着するが、あらゆる場合に次への伝達の時点で始めて次に送られるように計画されていることにより特徴付けられている。

それによって、特に長い伝送連鎖の際に認められる時間不鮮明の問題が解消されている。それにより実時間臨界的なデータテレグラムが直接的に、時間的な空白なしに、送信または次に伝達され得る、すなわち実時間データパケットにおける帯域幅のより悪い利用が避けられる。しかし、必要であれば個々のデータパケットの伝送の間に送信休止時間を組み入れることも可能であることは自明である。

時間に基づく次への伝達の別の利点は、どのポートに伝達されるべきかが最初から明らかであるから、結合ユニットのなかの宛先発見がもはやアドレスに基づいていないことである。それによって、切換可能なデータ網内のすべての存在する接続線路の最適な利用が可能である。さもなければデータパケットの循環性に通ずるであろうから、非実時間臨界的な通信のアドレスに基づく通過接続のために利用されてはならない切換可能なデータ網の冗長性の接続線路は、前もって次への伝達の線路の計画のために考慮に入れられ、こうして実時間通信のために利用され得る。

それにより冗長性の回路網トポロジー、たとえばフォールトトレラントな実時間システムに対するリング、の実現が可能である。データパケットは冗長性をもってオア回路的な経路で送られ得るし、データパケットの循環は生じない。前もって計画された次への伝達の別の利点は、各部分区間の監視がそれにより確認なしで可能であり、エラー診断がそれによって簡単に実行可能であることである。

このようなシステムの別の有利な形態は、結合ユニットが各加入者への２つの別々のアクセスを有し、一方のアクセスは実時間臨界的なデータを交換するためのものであり、他方のアクセスは非実時間臨界的なデータを交換するためのものであることにより特徴付けられている。

これは、実時間臨界的および非実時間臨界的なデータが別々に処理されるという利点を有する。非実時間臨界的なデータに対するアクセスは普通のイーサネットコントローラの通常のインタフェースに相当し、それによって従来存在しているソフトウェア、特にドライバー、が制限なしに使用可能である。同じことが実時間能力のないデータ網に対する従来存在するソフトウェアに対して当てはまる。

本発明の課題は、特に独国特許出願第100 58 524.8号明細書に相応する切換可能なデータ網において、伝送サイクル内で実時間通信および非実時間通信を可能にする切換可能なデータ網の応用を示すことである。

本発明の課題は独立請求項の特徴によりそれぞれ解決される。本発明の好ましい実施形態は従属請求項にあげられている。

本発明は製造機械（たとえば織物機械、包装機械、合成樹脂機械、木材-／ガラス-／セラミックス機械、印刷機械、リフト機械、工作機械、プレス、ロボットなど）のための自動化設備の分野での応用のために特に有利である。

本発明による応用の好ましい実施形態によれば、切換可能なデータ網の加入者の制御が第２の加入者からデータ網を介して行われる、すなわち調節ループが切換可能なデータ網を介して閉じられる。

データ網を介しての実際値および目標値または操作量の通信のために伝送サイクルの実時間能力のある範囲が利用される。

それに基づいて、調節のために必要なデータテレグラムの通信は決定された時間窓のなかで行われる。このことは、調節が一方で迅速に行われ、振動作用も避けられるという利点を有する。すなわちこのような振動作用は従来の技術から知られているデータ網を介しての調節ループを実現するためのアタッチメントにおいて、伝送時間がデータ網の加入者間で異なり得るときに現れる。

本発明の別の好ましい応用によれば、コンダクタンスが切換可能なデータ網を介して伝送される。このようなコンダクタンスはデータ網の加入者の１つからデータ網の１つまたは複数の加入者に対して発生される。その際にそれはたとえば設備の１つの軸、即ちいわゆるマスター軸の実際値の検出であり得る。

この実際値に基づいて当該の加入者から、いわゆるスレーブ軸を制御するために使用されるコンダクタンスが発生される。このようなコンダクタンスは、スレーブ軸を制御する切換可能なデータ網の当該の加入者へ伝送される。

コンダクタンスを有するデータテレグラムの伝送が伝送サイクルの実時間能力のある部分のなかで行われることは特に有利であり、その結果データテレグラムの伝送のために必要な時間が決定される。

制御とはここでは例えば蓄積プログラム制御、モーションコントロール制御または数値制御として理解される。このような制御の機能は駆動部に組み込まれていてもよい。

この実施形態における別の特別な利点はさらに、実際値の検出も通信サイクルと同期して行われ得ることである。それにより、実際値がすべての軸においてほぼ、通信サイクルの同期化により与えられている同一の時点で行われることが保証されている。このことは特に同期応用の際に重要な利点である。

本発明の別の好ましい応用は制御ユニットにおける入力／出力ステーションの結合に関する。制御ユニット、特にいわゆる蓄積プログラム制御（ＳＰＳ）では、入力／出力機能を別々のステーションで実現するのが一般に通常である。本発明によれば、入力／出力ステーションが切換可能なデータ網を介して直接に制御ユニットと結合される。相応のデータテレグラムの伝送は伝送サイクルの実時間能力のある範囲のなかで行われる。

本発明の別の好ましい応用は、前記の形式の切換可能なデータ網を介してアプリケーションデータを有するデータテレグラムの伝送に関する。そのためにデータ網のプロジェクションは、相応するデータテレグラムの伝送がアプリケーション要求に従い定められた時間窓のなかで可能であるように行われ得る。

制御コンポーネントにおいてのアプリケーションはコンポーネント機能の相応のパラメータ化または接続により現出されていてよい（たとえば駆動部のパラメータ化及び従って含まれているテクノロジー機能の応用上の現出）であってよい。

アプリケーションの他の可能な現出はユーザーによりプログラム可能な自動化コンポーネントであってよい。このアプリケーションの現出はここで相応のロード可能なユーザープログラムにより達成される。プログラム可能な自動化コンポーネントとしてはここで再び駆動部、モーションコントローラ、ＳＰＳ、数値制御のようなすべてのファセットがあげられ得る。

アプリケーションからの通信機能の利用は現出に応じて
−（純粋にパラメータ化された、プログラム可能でないコンポーネントにおける）通信チャネル上のパラメータのマッピング、
−通信チャネル上の（プログラム可能なコンポーネントにおける）ユーザープログラムの変数のマッピング、
−内在的な通信接続（たとえばガイド軸／ガイド発生器から結果軸への同期接続）の自動化コンポーネントのマッピング
であってよい。

実時間通信のための伝送サイクルの範囲内のデータテレグラムを用いてのアプリケーションデータの伝送のための応用例は、切換可能なデータ網の種々の加入者への（たとえばユーザープログラムの変数の分配を介しての）非常オフコマンドの伝送である。

このようなデータテレグラムの伝送のためには、それが当該加入者の各々において予め定められた最大継続時間内で受信されることが重要である。

本発明の別の好ましい応用は、加入者の１つにおける相対的クロックの発生に関する。この相対的クロックはマスタークロックにより発生され、サイクリックにデータ網において分配され、データ網において関与するすべての加入者が等しく設定されたクロック時間を自由に使えるように計らう。この場合相対的クロックに対する時間ベースは、同期した伝送サイクルおよびタイムスリットにおける伝送サイクルの分割又はそのいずれか一方により与えられている。

この共通のクロック時間に基づいてクロック時間スタンプを有する事象が検出され（たとえばディジタルＩ／Ｏのエッジ認識）、または切換過程（たとえばディジタル／アナログ出力の切換）が相応する時間スタンプを設けられ、切換出力がこの共通の相対的時間に基づいて実行され得る。

本発明の別の好ましい応用によれば、切換可能なデータ網および特に非実時間臨界的な通信に対する伝送サイクルの範囲がインターネットプロトコルを用いての、特にＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いての、データ伝送のために使用される。たとえば利用者がＴＣＰ／ＩＰプロトコル接続を介して機械の調整、保守、診断、機械パラメータの設定、ソフトウェア更新の実行などを行い得る。

さらに、それに基づいて、いわゆるリモート・プロシジャ・コール（ＲＰＣ：遠隔手続き呼び出し）の実現も可能である。この場合例えば切換可能なデータ網の加入者の１つのデータサーバーにより決定されたデータが他の加入者および利用者又はそのいずれか一方から、たとえば機械パラメータの設定、取扱手引またはプラスチック射出成型機械に対するレセプチュアの質問に関して、質問される。

以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照して一層詳細に説明する。

図１は切換可能なデータ網１を有する本発明による自動化システムの実施例を示す。切換可能なデータ網の加入者間の通信は１つまたは複数のポイント・ツー・ポイント接続を介して互いに同期した伝送サイクルのなかで行われる。伝送サイクルの各々は実時間臨界的なデータを伝送するための第１の範囲と非実時間臨界的なデータを伝送するための第２の範囲とを有する。

実時間臨界的なデータの伝送は確定的に、すなわち個々に計画された通信の枠内で行われる。非実時間臨界的なデータの伝送は非確定的に、前もっての精密な計画の可能性なしに行われる。

非実時間臨界的な範囲のデータの伝送は典型的に、たとえば利用者の特別な要求を満足すべきときに行われる。伝送サイクルの当該の範囲の非実時間臨界的なデータの伝送のためには、好ましくはインターネットプロトコル、特にＴＣＰ／ＩＰが使用される。

このことは特に、利用可能なインターネットテクノロジーおよび相応する装置コンポーネントおよびソフトウェアプログラム、特にブラウザープログラムが使用され得るという利点を有する。

データ網１はさらにスケーリング可能である。すなわちデータ網１の加入者間の種々の伝送サイクルの長さがたとえばプロジェクトプランニングにより決定された異なる長さを有し得る、しかしその際に伝送サイクルの時間的長さは互いに整数倍の大きさでなければならず、また互いに同期していなければならない。

同じく種々のポイント・ツー・ポイント接続に対して相異なる伝送レートを選ぶことができる。これは、（例えば相異なるボーレートを有する）相異なる「サービス品質」を実現することを可能にする。

図１のシステムにおいてモータ３を制御するための駆動部２がデータ網１に接続されている。駆動部２はモータ３に対するモーメント調節部４および回転数調節部５を含んでいる。モーメント調節部４および回転数調節部５はカスケード接続されている。内挿、位置調節、回転数調節およびモーメント調節はカスケード接続されており、クロックされてランし、互いに同期化されている。

データ網１を介しての通信のために駆動部２はさらにポート６を有する。ポート６は実時間通信のための送信リスト７および受信リスト８を有する。たとえば送信リスト７はどのデータテレグラムのどの伝送サイクルにおいてどのアドレスにポート６から送るべきかを定める。

相応して、受信リスト８はシステムの他の加入者からのデータテレグラムの受信を明確にする。こうして送信リスト７および受信リスト８は各伝送サイクルの範囲で行われる通信の確定的かつ実時間臨界的な部分に関するが、ＴＣＰ／ＩＰを介しての非実時間臨界的な通信のための伝送サイクルの他の範囲には関しない。

さらにデータ網１には制御装置９が接続されている。制御装置９は送信リスト７および受信リスト８を有するポート６に相応して送信リスト１１および受信リスト１２を有するポート１０を有する。制御装置９はモータ３により駆動される特定の連結機械に対する運転命令を入力ないし発生するためのモジュール１３を有する。この連結機械はたとえばロボットアームであってよい。

さらに制御装置９は内挿器１４を有する。この内挿器は実際位置から目標位置へ到達するために必要な運動経過を運転命令から求める。

制御装置９はさらに特定の個所に具体的に位置決めするための位置調節部１５を有する。位置調節部１５および内挿器１４又はそのいずれか一方はオプションにより駆動部２のなかに構成実現されていてもよい。対応して回転数調節部５も制御装置９内に構成することができる。

制御装置９はさらにクロック発生器１６を有する。クロック発生器１６は図１のシステムに対するタイムベースを形成する。このクロック発生器はデータ網１の加入者の各々に対して、クロック発生器１６のタイムベースを当該の加入者における受信時点で示すデータを有するデータテレグラムを発生する。これにより加入者のなかの個々のローカルなタイムベースがクロック発生器１６のタイムベースと同期化される。

さらにデータ網１には自動化コンポーネント１７および自動化コンポーネント１８が接続されている。自動化コンポーネント１７はデータサーバーを含んでいる。データサーバーには、たとえばユーザー情報、技術的文書、取扱手引書、作業手引書、保守計画、機械パラメータ、製造計画、プラスチック射出成型部品の製造のためのレセプチュアのようなさまざまなデータが記憶されていてよい。

それに対して自動化コンポーネント１８は、必要に応じて自動化コンポーネント１７にそこに記憶されている特定のデータへのアクセスをするクライアントの機能を有する。自動化コンポーネント１８は、たとえばインターネットブラウザーを有する操作コンソールであってよく、または他の任意の自動化コンポーネント、たとえば入出力モジュール、アクチュエータ、センサ、駆動部、制御部、蓄積プログラム制御部（ＳＰＳ）または他のコントロールユニット、コンピュータまたは電子データを他の機械と交換する機械のようなプログラミング装置、プロジェクションプランニング装置、周辺装置であってよい。コントロールユニットとはあらゆる形式の調節ユニットまたは制御ユニットとして理解される。

図１のシステムの作動の際に、駆動部２によりモータ３の調節に関する特定の実際値が検出される。この実際値の検出は、好ましくはデータ網１上の伝送サイクルとクロック同期して行われる、すなわち検出が正確に確定された時点で行われる。

こうして検出された実際値は、次いでポート６の送信リスト７に従ってデータテレグラムを用いて当該の伝送サイクルの実時間能力のある範囲のなかでデータ網１を介して制御装置９へ伝送される。そこでデータテレグラムはポート１０において受信リスト１２に従って受信される。位置調節部１５はモータ３の制御のための目標値を発生する。このような目標値の発生は同じくデータ網１上の伝送サイクルとクロック同期して行うことができ、その結果目標値の発生もそれぞれ予め定められた時点で行われる。

データ網１を介して制御装置９により受信された実際値と位置調節部１５の目標値とから制御偏差が求められる。この制御偏差は位置調節部１５において操作量を形成するために使用される。この操作量は次いで送信リスト１１に従って制御装置９から駆動部２へデータテレグラムのなかで当該の伝送サイクルの実時間能力のある範囲の伝送の間に伝送される。駆動部２における受信は再び受信リスト８に相応して行われる。次いで受信された操作量に基づいてモータ３が相応に追調節される。

実際値の検出、データ網１を介しての実際値の伝送のこの過程、制御装置９における操作量の発生、データ網１を介しての操作量の伝送および駆動部２における操作量による追調節は、連続的にデータ網１を介して確定的な通信に基づいて行われる。この確定的な通信に基づいて迅速な調節が実行され得る。同時に、予測不可能な振動作用がそれにより発端で阻止され、その結果通信が確定的に経過する。

データ網１を介してのこの調節と同時に、たとえば自動化コンポーネント１８が、データバンク照会を実行するためサーバー１７にアクセスし得る。このデータバンク照会の結果として得られたデータは同じく連続する実時間臨界的な通信の間に、この非実時間臨界的な通信のために伝送サイクルのなかの第２の範囲が利用されるデータ網を介して調節のために伝送され得る。１８におけるクライアント機能または１７におけるサーバー機能は任意の自動化コンポーネントにおいても（たとえば制御部または駆動部において）実現され得る。

図２はコンダクタンスの伝送に関する応用を有する本発明によるシステムのブロック図を示す。図１の要素に相応する図２の要素は同一の符号を付されている。

図２のシステムにおいて制御部２０がデータ網１に接続されている。制御部２０に代えて発生器が設けられていてもよい。制御部２０はマスター軸２２の位置および回転数の実際値又はそのいずれか一方を検出するためのコンポーネント２１を有する。

マスター軸２２は複数の別の軸、特にスレーブ軸２３および２４を有する設備に属する。いわゆるマスター軸２２はスレーブ軸２３および２４に対する参照を形成する、すなわちスレーブ軸２３および２４はそれぞれ、マスター軸に対して直線的（たとえば歯車機構）または非直線的（たとえばカム板）な関係をもって、マスター軸の運動に追随する。

スレーブ軸は可能なかぎり僅かなずれをもって相応の関連に従ってマスター軸に追随する。このような応用は同期制御とも呼ばれる。コンダクタンスは、（本実施例のような）実際の軸、（計算のみされた）仮想的な軸、を発生器信号から導き出すか、または時間関数として予め与えられ得る。

コンポーネント２１においてマスター軸２２に関する実際値検出から制御部２０のコンポーネント２２においてスレーブ軸２３および２４に対するコンダクタンスが発生される。このコンダクタンスはデータテレグラムの部分としてポート２６から送信リスト２７に従って確定された伝送サイクルのなかでデータ網１を介して送られる。このデータテレグラムは好ましくはスレーブ軸２３または２４の両制御部２９および３０に向けられている。

制御部２９は送信リスト３２および受信リスト３３を有するポート３１を有する。こうしてポート３１において制御部２９はコンダクタンスを有するデータテレグラムを制御部２０から確定された伝送サイクルへの受信リスト３３に相応して受信する。このコンダクタンスはスレーブ軸２３の相応する制御のため制御部２９の制御モジュール３４により評価される。スレーブ軸２３の運動はマスター軸に対して特定の位置関係をもって行われる（たとえばマスター軸とスレーブ軸との直線的または非直線的な位置関係）。

相応して制御部３０も作動し、その送信リスト３６および受信リスト３７を有するポート３５において同じくコンダクタンスを有するデータテレグラムを受信する。これは制御モジュール３８において相応してスレーブ軸２４の制御のために評価される。

コンダクタンスを有するデータテレグラムは、当該の伝送サイクルの実時間能力のある範囲のなかで予め定められた時間間隔内で伝送される。このコンダクタンス伝送と同時にまた無関係に再びクライアントサーバー通信が、既に図１に関係して説明されたように、自動化コンポーネント１７と１８との間でデータ網１を介して行われ得る。この応用例でもクライアント機能またはサーバー機能は制御部または他の自動化コンポーネントに組み込まれていてよい。

図３は制御、たとえば蓄積プログラム制御（ＳＰＳ）、モーションコントロール制御または数値制御への入出力ステーションの迅速な接続に関する別の応用例を示す。このような制御の機能は駆動部に組み込まれていてもよい。図１または図２の要素に相応する図３の要素は再び同一の符号を付されている。

図３のシステムはポート４２を有する制御部４０を有する。ポート４２は再びデータ網１を介しての確定的な通信のための送信リスト４３および受信リスト４４を有する。

さらに入力／出力ステーション４５がデータ網１に接続されている。入力／出力ステーション４５は再び送信リスト４７および受信リスト４８を有するポート４６を含んでいる。さらに入力／出力ステーションは入力／出力モジュール４９を含んでいる。

データ網１の加入者の各々における送信リストおよび受信リストに基づいて、データ網１を介しての通信が再び確定的に、一層詳細には当該の伝送サイクルの実時間データの伝送のために予定されている範囲の間に行われる。この状況は蓄積プログラム制御部４０との入力／出力ステーション４５の結合のために利用される。

入力／出力ステーション４５の入力／出力モジュール４９において、ポート４６を介して受信されたデータテレグラムが自動化コンポーネントにより捕捉される。

モジュール４９を用いてさらにプロセス値がプロセス５０から検出される。そのためにモジュール４９は導線５１を経て、プロセス５０を検出するセンサから実際値を得る。

モジュール４９から相応するデータが別のデータテレグラムを用いて入力／出力ステーション４５から蓄積プログラム制御部４０へ伝送され、そこで処理される。この処理の結果として得られたデータは次いで再び制御部４０から入力／出力ステーション４５またはその入力／出力モジュール４９に伝送され、そこからさらに当該の自動化コンポーネントに伝送される。

これはたとえばプロセス５０の自動化コンポーネントへの導線５２を介して行われる。それと並列にかつ無関係に再び非実時間臨界的なデータに関するクライアント・サーバー接続がデータ網１を介して進行し得る。

図４はデータ網１の加入者の１つにマスター相対的クロックを発生するための別の応用に関するブロック図を示す。図１、２ないし３の要素に相応する図４のシステムの要素は同一の符号を付されている。

図４のシステムは種々の自動化コンポーネント、詳しくは特に入力／出力ユニット５７および制御部５８を含んでいる。入力／出力ユニット５７は再び送信リスト６０および受信リスト６１を有するポート５９を有する。さらに入力／出力ユニット５７は出力６２のためのコンポーネントおよび入力６３のためのコンポーネントを含んでいる。

自動化コンポーネント（たとえばプログラム制御）５８は送信リスト６５および受信リスト６６を有するポート６４を有する。さらに制御部５８はプログラム６７と相対的なタイムベースを発生するための相対的クロック６８とを有する。

制御部５８はデータ網１のなかの相対的クロック６８の時間情報をデータテレグラムの送り出しによりサイクリックに利用する。入力／出力ユニット５７のなかの事象（たとえば入力端の切換事象）は、相対的クロック情報から導き出されたタイムスタンプを付けられ、データ網を介して制御部５８に送られ得る。この時間的な事象情報は制御部５８において制御によりまたは相応のアプリケーションプログラムによりさらに利用され得る。

（相対的クロックに基づいて）タイムスタンプによる切換事象は自動化コンポーネント５８において発生され（制御またはユーザープログラムを介して）、データ網を介して入力／出力ユニット５７に伝送され得る。入力／出力ユニット５７においては次いでこれらの切換事象が適時に（タイムスタンプに基づいて）行われ得る。

ここでも再び、相対的クロック６８をレリーズするための実時間臨界的なデータテレグラムと並列かつ無関係にクライアント・サーバー通信がデータ網１を介して行われ得る。

本発明はこうしてデータ網１に基づいてたとえば：
−１μｓ以内の精度を有する通信加入者のクロック同期化
−バスを介しての調節ループの閉路
−すべての通信加入者（制御部、駆動部、Ｉ／Ｏステーション）に関する同期化された実際値検出および目標値出力
−同期応用のためのコンダクタンスの伝送
−たとえば緊急オフのためのアプリケーションデータの確定的伝送
−非周期的な通信または標準インターネット通信と結び付いての前記の応用に対するハードな実時間通信
−等しい通信システム（イーサネット）を介してのＲＰＣメカニズムと結び付いての実時間通信
のような製造機械（織物機械、包装機械、合計樹脂機械、木材- ／ガラス- ／セラミックス機械、印刷機械、リフト機械、工作機械、プレス、ロボット）に対する自動化設備の範囲からの多数の応用をイーサネットに基づいて可能にする。

本発明によれば、実時間イーサネットに基づく通信接続を介しての
−クロック同期化
−下記の典型的な応用を有する実時間通信
−コンダクタンス結合
−バスを介しての調節ループの閉路
−実際値、入力、センサの同期した検出
−出力、アクチュエータの同期した制御および切換
−高速Ｉ／Ｏ
−非周期的な通信
−所有権を主張できるプロトコルを介して
−ＲＴ（実時間）イーサネット網コンポーネントのなかにウェブサーバーを有する標準プロトコル（たとえばインターネットプロトコル）を介して
−ＲＰＣ
−網コンポーネントのなかにクライアント／サーバー機能を有する
の応用も実現されるし、織物機械、包装機械、合成樹脂機械、木材-／ガラス-／セラミックス機械、印刷機械、リフト機械、工作機械、プレス、ロボットの自動化コンポーネント間の通信接続の応用も実現される。

実時間通信のなかには、さまざまな「サービス品質」を実現するため、たとえば：
１ｍｓサイクル：
−同期接続（バスを介してコンダクタンス）
−時間臨界的な軸に対する回転数目標-／位置目標-／ＩＰＯ- インタフェース
−高速Ｉ／Ｏ連結
４ｍｓサイクル：
−時間臨界的な軸（周波数変換装置、簡単な位置決め軸）
−アプリケーションデータ、たとえば：
−緊急オフ制御
−分散型のシフトレジスタ（製品追跡）
−分散型システムのなかの駆動（たとえば作動形式）
−自動ドリリング装置における新しい孔注文（例えば孔深さ）の設定
非同期サイクルおよび事象制御されるサイクル又はそのいずれか一方のサイクル：
−プロジェクションプランイングデータおよび事象
−エラーハンドリングおよび診断のためのデータおよびルーチン
のような潜在的に複数の通信サイクルが存在する。

これらの種々の通信サイクルにより、より精密なシステムスケーリングが可能である。

要約すると本発明は、
−切換可能なデータ網における第１の加入者をこの切換可能なデータ網における第２の加入者により調節し、この切換可能なデータ網の加入者間の通信が１つまたは複数のポイント・ツー・ポイント接続を介して互いに同期した伝送サイクルのなかで行われる、
−切換可能なデータ網の第１の加入者から切換可能なデータ網の第２の加入者へコンダクタンスを伝送し、この切換可能なデータ網の加入者間の通信が１つまたは複数のポイント・ツー・ポイント接続を介して互いに同期した伝送サイクルのなかで行われる、
−切換可能なデータ網を介して入力／出力ステーションと制御ユニットとの間で入力値および出力値を伝送する、
−切換可能なデータ網を介してアプリケーションデータを有するデータテレグラムを伝送する、
−切換可能なデータ網の加入者において相対的クロックを発生する
ためのシステムおよび方法に関するものである。

切換可能なデータ網を介して調節ループを閉じるための本発明によるシステムの実施形態の実施形態のブロック図である。 同期制御のなかでコンダクタンスを伝送するための本発明によるシステムの別の実施例である。 切換可能なデータ網を介しての制御ユニットとの入力／出力ステーションの結合に関する本発明によるシステムの別の実施例である。 切換可能なデータ網の加入者の１つにおいて相対的なクロックを実現するため、及びこの相対的なクロックに基づいて入力を正確に検出し、出力を正確に切換えるための本発明によるシステムの別の実施例である。

符号の説明

１ データ網
２ 第１の加入者
７、１１ 送信リスト
８、１２ 受信リスト
９ 第２の加入者
２０ 第１の加入者
２２ マスター軸
２３、２４ スレーブ軸
２９、３０ 第２の加入者
４０ 制御ユニット
４５ 入力／出力ステーション
５８ 第１の加入者
５７ 第２の加入者
６８ 相対的クロック源

Claims (9)

1. 切換可能なデータ網（１）の第１の加入者（２）を切換可能なデータ網（１）の第２の加入者（９）により調節するための方法であって、切換可能なデータ網（１）の加入者間の通信が１つまたは複数のポイント・ツー・ポイント接続を介して互いに同期した伝送サイクルのなかで行われ、伝送サイクルの各々が実時間臨界的なデータを伝送するための第１の範囲と非実時間臨界的なデータを伝送するための第２の範囲とに分割されており、
   −第１の加入者（２）から切換可能なデータ網（１）を介して伝送サイクルの第１の範囲において第２の加入者（９）へ実際値を有する第１のデータテレグラムを伝送するステップと、
   −実際値および第２の加入者（９）の目標値から制御偏差を求め、第２の加入者（９）によりこの制御偏差から操作量を求めるステップと、
   −第２の加入者（９）から第１の加入者（２）へ後続の伝送サイクルの第１の範囲において操作量を有する第２のデータテレグラムを伝送するステップと
   を含んでいることを特徴とする調節方法。
2. 実際値の１つまたは複数の検出が通信サイクルと同期して行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 各加入者が決定性通信のための送信リスト（７、１１）および受信リスト（８、１２）を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 非実時間データの伝送のための伝送サイクルの第２の範囲がインターネットプロトコルに従って行われることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
5. インターネットプロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰプロトコルが使用されることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 非実時間データが調節されるべき設備の始動および保守又はいずれか一方のデータであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
7. 非実時間データが切換可能なデータ網（１）の加入者のデータサーバからの製造データの問い合わせのためのリモート・プロシジャ・コールのデータであり、製造データがレセプチャまたは機械パラメータであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
8. 切換可能なデータ網（１）の加入者を有する自動化システムであって、切換可能なデータ網（１）の加入者間の通信が１つまたは複数のポイント・ツー・ポイント接続を介して互いに同期した伝送サイクルにおいて行われ、伝送サイクルの各々が実時間臨界的なデータを伝送するための第１の範囲と非実時間臨界的なデータを伝送するための第２の範囲とに分割されており、請求項１ないし７のいずれか１つによる方法を実施するための手段を有することを特徴とする自動化システム。
9. コンピュータプログラムが自動化システム上で実施されるときに、請求項１ないし７のいずれか１つによる方法を実施するための手段を有するコンピュータプログラム製品。

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