JP4921768B2 - データの伝送方法、通信システムおよびオートメーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、中央加入者機と少なくとも１つの第２の加入者機とを有する通信システムにおいて少なくとも１つの第２の加入者機から中央加入者機へテレグラムを介してデータを伝送する際に、少なくとも１つの第２の加入者機によるデータの送信の前に中央加入者機から第２の加入者機へテレグラムを伝送する、データの伝送方法に関する。

また本発明は、相応の通信システムおよびオートメーションシステムに関する。

本出願人による独国での同日出願"Verfahren zur Synchronisation in einem redundanten Kommunikationssystem", "Kommunikationssystem und Verfahren zur Synchronisation desselben"に記載されている内容も本願に関連する。

従来から通信システムが周知である。特に分散型通信システムは多くの技術分野で使用されている。分散型通信システムは例えば分散駆動制御を使用したオートメーションシステムにおいて使用されており、複数の個別装置が時間的に同期されて制御および駆動される。個別装置として複数のシャフトを駆動するドライバユニット、例えばシンクロナスモータまたはアシンクロナスモータが挙げられ、これらは補間的にまたは密に結合されて動作する。こうした分散駆動制御によるオートメーションシステムの典型的な適用分野は、時間的に相互に調整されて動作する多数のフィーダエレメントや作用エレメントを備えた印刷機システム、ワークツールシステムまたはロボットシステムなどである。

このような通信システムは少なくとも２つ（一般にはきわめて多数）の階層的な加入者機、すなわち中央加入者機として構成された第１の加入者機とその他の第２の加入者機とから成っている。階層構造としては例えば、マスタまたはマスタ加入者機である中央加入者機（主局）と、スレーブまたはスレーブ加入者機である第２の加入者機（副局）とを備えたマスタ‐スレーブ構造が知られている。中央加入者機は第２の加入者機に対する制御信号を形成し、これを第２の加入者機へ送信する中央の加入者機として構成されている。第２の加入者機は制御信号を受信し、必要に応じて通信コネクションを介して中央加入者機と通信したり他の第２の加入者機と通信したりする。スレーブ加入者機はたいてい結合されたプロセス部（Prozessankopplung）、例えばセンサやアクチュエータ、すなわちアナログ信号およびディジタル信号の入出力ユニットグループ、および駆動機構に関連している。スレーブ加入者機でのデータ前処理を含む信号処理の分散化は伝送されるデータ数を小さく保つためには必須であり、さらにマスタ加入者機とスレーブ加入者機とのあいだの通信も要求される。

このために従来技術から主として図１〜図３に示されている３つの基本配置構造（トポロジ）が知られている。図１では中央加入者機Ｍと第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３とが相互にリング状に接続されている。中央加入者機Ｍで形成された信号はこのリング状構造のシステムを伝送され、個々の第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３を順に通過する。図２では中央バス線路が中央加入者機Ｍおよび第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３の双方を接続している。信号およびデータの伝送は周知のようにデータバスを介して行われる。中央バス線路の区間が長くなると、信号の増幅のためにリピータＲが中央バス線路にしばしば挿入される。図３では接続線路に中央スイッチ素子Ｓｗの組み込まれたスター状構造が示されている。ここでは中央加入者機Ｍで形成された信号が中央スイッチ素子Ｓｗを介して宛先である第２の加入者機のいずれかへ供給される。

図１〜図３に示されている構造は複数の基本配置構造が相互に組み合わされて実現された複雑なシステムの一部であってよい。この場合、上位の制御信号の形成は１つまたは複数の上位の中央加入者機が担当する。

さらに従来技術から、マスタ機能を複数の加入者機間または全加入者機間で交替させていく分散型通信システムが知られている。こうしたマルチマスタシステムでは複数の加入者機に中央加入者機の機能を持たせ、定義された条件が生じたときにその機能が実行されるように構成しなければならない。この場合、それまで第２の加入者機であった加入者機が中央加入者機となり、それまで中央加入者機であった加入者機が第２の加入者機となるからである。こうした交替は例えばそれまでの中央加入者機のコントロール信号の欠如を条件として行われる。

現在、本出願人からＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）（SErial Realtime COmmunication System）の名称で市販されているインタフェースは、リング状構造の分散型通信システムにおいて、中央加入者機で制御信号を形成し、第２の加入者機へ送信するためのものである。第２の加入者機は通常は光導波体を介して中央加入者機へ接続されている。ＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースは厳密に階層化された通信に専用に構成されている。データはデータブロック、いわゆるテレグラムまたはフレームの形状をしており、時間的に一定のサイクルで制御局（マスタ）と副局（スレーブ）とのあいだで交換される。第２の加入者機または副局どうしの直接の通信は行われない。またデータ内容は固定、つまり伝送されるデータの意味、表現および機能は大部分が予め定義されている。ＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースではマスタがリング状構造での制御の切り換えを行い、スレーブが１つまたは複数の副局（ドライバユニットまたはＩ／Ｏ局）の切り換えを行う。多重のリング状構造が可能であり、個々のリング状構造は協同して相互に制御タスクを果たすことができるが、これはＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースの機能ではない。

有利には、この通信システムは分散して配置されたモータ、例えばシンクロナスモータまたはアシンクロナスモータの閉ループ制御および開制御のために使用される。通信システムの第２の加入者機はそれぞれのモータを閉ループ制御および開制御する制御装置である。こうした通信システムの主たる適用分野は特にワークツール、印刷機、製造装置および一般のオートメーションシステムのドライバユニットである。

ＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースは５個の通信フェーズを有する。最初の４個のフェーズ（フェーズ０〜フェーズ３）は加入者機の初期化に用いられ、第５のフェーズ（フェーズ４）は正規駆動に用いられる。１通信サイクル内で各副局はデータを制御局と交換する。リング状構造のシステムへのアクセスは衝突のない送信タイムスロットにより決定される。

図４には正規駆動の通信サイクル、すなわちＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースのフェーズ３およびフェーズ４が概略的に示されている。ＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースには３タイプのテレグラム、すなわちマスタ同期テレグラムＭＳＴ、ドライバテレグラムＡＴおよびマスタデータテレグラムＭＤＴが存在している。マスタ同期テレグラムＭＳＴはマスタ加入者機から送信され、通信フェーズの設定に用いられる唯一の短いデータフィールドを時間参照子として含む。ドライバテレグラムＡＴはスレーブ加入者機から送信され、例えば各スレーブ加入者機によって制御されるドライバユニットの実際値を含む。マスタデータテレグラムＭＤＴは全スレーブ加入者機に対するデータフィールドを備えたフレームテレグラムである。マスタデータテレグラムを介してマスタから各スレーブへ目標値が伝送される。各副局は初期化中に下位のデータフィールドの開始および長さを受け取る。このときＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースでは、駆動データ、制御情報またはステータス情報、および非サイクル伝送データの３つのデータタイプが定義される。駆動データ（プロセスデータ）はサイクルごとに伝送される。例として目標値および実際値が上げられる。駆動データ領域の長さはパラメータ化可能であり、初期化の際に定められ、リング状構造のシステムの駆動中は一定である。マスタ加入者機からスレーブ加入者機へ送信される制御情報とスレーブ加入者機からマスタ加入者機へ送信されるステータス情報とは、例えばイネーブル信号および準備完了報告である。非周期的な伝送データ（サービスチャネル）は調整パラメータ、診断データおよび警報を含む。さらに非周期的な伝送データに関するコマンドシーケンスが制御される。

図４からもわかるように、通信サイクルは中央加入者機からのマスタ同期テレグラムＭＳＴの送信により開始される。全通信専用時間は約２５μｓの短いテレグラムの終了に関連する。副局はＴ_１，ｉから始まる送信タイムスロットで順次にドライバテレグラムＡＴｉを送信する。最後のドライバテレグラムが送信された後、マスタはＴ_２からマスタデータテレグラムＭＤＴを送信する。次のサイクルは再びマスタ同期テレグラムＭＳＴから開始される。２つのマスタ同期テレグラムのあいだの時間はＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースではＴ_ＳＹＮＣと称される。ＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースでの通信はマスタ同期テレグラムの終了に合わせて同期される。ここで有利には等間隔のタイムスロットで中央加入者機により１つまたは複数の同期テレグラムが形成され、リング状構造のシステムへ供給される。同期テレグラムおよび同期信号の受信に続いて制御装置内で通常は時間パラメータに関して目標値または実際値の処理が行われ、開制御パラメータおよび閉ループ制御パラメータが求められて各モータへ出力される。

特にドライバテレグラムが図４に示されているような個別のドライバテレグラムとは異なり全体テレグラム（Summentelegramm）である場合、欠落した第２の加入者機の識別が困難である。ここでドライバテレグラムの誤った実際値データが正しいと見なされてしまうと、通信システムの正常駆動が著しく損なわれる。

したがって本発明の基礎とする課題は、従来技術の欠点を回避し、冒頭に言及した形式のデータの伝送方法を改善して、加入者機の欠落を高い信頼性で識別できるようにすることである。

この課題は、テレグラムの少なくとも１つの第２の加入者機に対応する位置に中央加入者機が予め定められたエントリをセットし、少なくとも１つの第２の加入者機は、中央加入者機のセットしたエントリが少なくとも部分的に上書きされるように、中央加入者機へ伝送すべきデータをテレグラムへ挿入することにより解決される。

本発明によれば、ドライバテレグラムとして中央加入者機から相応のテレグラム領域でのリセットが行われ、第２の加入者機がデータをテレグラムへ挿入したか否かを識別することができる。これにより加入者機の欠落が簡単に識別され、相応のテレグラム領域に含まれるデータが使用不能または不当であることが表される。本発明によれば、第２の加入者に対するライフマークの監視、いわゆる“ウォッチドッグ”機能が実現される。

本発明の有利な実施形態では、少なくとも１つの第２の加入者機は中央加入者機から伝送されたテレグラムの受信後に予め定められたエントリとは異なるデータをテレグラムへ挿入する。これにより加入者機の欠落の正しい識別の確率が高まる。

有利には、少なくとも１つの第２の加入者機の挿入するデータは所定のデータを含む。ここでの所定のデータまたは所定のビットシーケンスとは、有利には、第２の加入者機の一義的な識別データであり、例えばテレグラムの所定の位置に挿入された特殊なビット、または通信システム内の第２の加入者機のアドレスである。特に第２の加入者機のアドレスを使用することにより、第２の加入者機によるデータの正しい挿入が中央加入者機での通信モニタによって監視される。

本発明の有利な実施形態では、テレグラムは第２の加入者機ごとに定められた種々のテレグラムフィールドを含む全体テレグラムである。本発明のこの実施形態により、個々の実際値テレグラムを伝送するよりも高いプロトコル効率が得られる。

有利には、第２の加入者機から伝送されたテレグラム内容を評価および／または処理するために、中央加入者機または第２の加入者機で予め定められたエントリが少なくとも部分的に上書きされているか否かが検査される。したがって本発明は第２の加入者機と中央加入者機とのあいだの通信に適用可能なだけでなく、第２の加入者機どうしの通信にも適用可能である。この検査により、評価および／または処理の開始前に、当該の第２の加入者機に実際に最新かつ妥当なデータが伝送されたか否かを検査することができる。

有利には、第２の加入者機の所定のデータおよび／または識別データは少なくとも１つの第２の加入者機に対して設けられたテレグラムのデータフィールドの最初のエントリまたは最初の伝送語の少なくとも１Ｂｉｔ（有利には１Ｂｉｔ）である。これにより処理速度が高まるうえ、ハードウェア的にもソフトウェア的にもインプリメンテーションが簡単化される。なぜなら中央加入者機または第２の加入者機でふつう最初に受信される第１のエントリまたは第１の伝送語さえ受信すれば、その直後に既に本発明による加入者機の欠落の検査を行えるからである。ここで加入者機の欠落が識別された場合、つまり中央加入者機の挿入したエントリが上書きされていなかった場合には、さらなる処理はさしあたり中止される。

この場合さらに有利には、ＣＰＵが最初にコピーしたエントリがメモリ領域（例えばデュアルポートＲＡＭ）の最後のデータとなり、通信ユニットはこれを前方から後方へ読み出して、テレグラムへ挿入する。この実施形態は、ＣＰＵによるメモリ領域へのデータのコピーに通信サイクルのタイムスロットよりも長い時間がかかる場合に特に有利である。テレグラムへの最初のエントリが実際にメモリ領域にコピーされていれば、第２の加入者機が全データを一貫してテレグラムに挿入できることが保証される。データのコピーを時間的な上書きによって中断しなければならない場合、ＣＰＵは妥当性表示の最初のエントリをセットしない。

一般に有利には、少なくとも１つの第２の加入者機に対して設けられているテレグラムのデータフィールドへ、少なくとも１つの第２の加入者機が後方から前方へデータを充填する。このようにすればテレグラムの最初のデータとして挿入される第１のエントリは自動的に最後にコピーされたものになる。

これに関連してさらに有利には、後方から前方へのデータの書き込みは前段で行われる。つまり第２の加入者機でのデータの記憶は相応に前処理される。正確に言えば、少なくとも１つの第２の加入者機は中央加入者機へ伝送すべきデータをメモリ領域に書き込む際に所定のデータおよび／または識別データをメモリ領域の最後のエントリとし、読み出す際には逆順でデータをテレグラムへ挿入する。このプロセスは相応の書き込みルーチンにより任意のメモリ、例えばＲＡＭメモリで実行される。またこの順序を内在した専用のメモリモジュール、例えばラストインファーストアウトメモリ（ＬＩＦＯメモリ）を設けてもよい。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明のさらなる特徴、目的、利点および適用手段を以下に実施例に則して添付図を参照しながら詳細に説明する。図中、同じ参照番号は同じ素子または相応する素子を表している。以下に説明および／または図示する全ての特徴は、特許請求の範囲に表されている以外にも、単独でまたは任意に組み合わせて本発明の対象となりうる。

図５には、本発明の通信システムの通信サイクルにおける駆動フェーズが概略的に示されている。図５からわかるように、データテレグラムは中央加入者機またはマスタ加入者機（主局）と少なくとも１つの第２の加入者機またはスレーブ加入者機（副局）とのあいだで交換される。ここで中央加入者機に対して副局を同期しなければならない。中央加入者機から例えば図１のリング状構造に沿って送信されるデータテレグラムはマスタデータテレグラムＭＤＴと称される。少なくとも１つの副局のデータテレグラムはドライバテレグラムＡＴと称される。図５には唯一のドライバテレグラムしか示されていないが、これは唯一の第２の加入者機しか設けられていない場合（図４を参照）に対応する。ただし図５に示されているドライバテレグラムＡＴは全体テレグラムであり、複数の第２の加入者機に対する相応の部分領域を有する。

マスタデータテレグラムＭＤＴには例えば副局によって駆動されるアクチュエータに対する目標値が含まれる。ドライバテレグラムＡＴは例えば中央加入者機へ返送すべき相応の実際値を含む。同期情報は本発明の実施例によれば、固有のマスタ同期テレグラムＭＳＴによって形成される（図４を参照）のではなく、マスタデータテレグラムＭＤＴ内のデータフィールドＭＳＴとして形成される。マスタデータテレグラムＭＤＴの詳細な構造は図６に則して後述する。ここではマスタ同期情報のフィールドであるマスタ同期テレグラムＭＳＴがマスタデータテレグラムＭＤＴの開始部またはヘッダＨＤＲ後方の前半部分に埋め込まれることを指摘しておく。

ドライバテレグラムＡＴは本発明の通信システムのインプリメンテーションをハードウェア的およびソフトウェア的に簡単化するために、マスタデータテレグラムＭＤＴと同じ構造を有する。ただし一般にドライバテレグラムによる同期情報は主局へは伝送されない。２つのタイプのテレグラム、すなわちマスタデータテレグラムＭＤＴとドライバテレグラムＡＴとは本来のデータ、例えば目標値および実際値について同じオフセット量を有する。マスタデータテレグラムおよび少なくとも１つのドライバテレグラムＡＴを含む通信の部分が、図５にＲＴチャネルとして示されている。ＲＴチャネルのほか付加的に、通信サイクルにＩＰチャネルを含めてもよい。ＩＰチャネルはインタネットプロトコルにしたがって符号化されたデータを伝送するためのタイムスロットである。通信サイクルの期間も図５に示されている。ＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースでの通信サイクル（図４を参照）の期間はマスタ同期テレグラムの終了から次のマスタ同期テレグラムの終了までの期間として定義されるが、これに相応に、本発明の通信システムでの通信サイクルはマスタデータテレグラムのマスタ同期情報フィールドの終了から次のマスタデータテレグラムのマスタ同期情報フィールドの終了までの期間として定義される。次の通信サイクルはマスタデータテレグラムのマスタ同期情報フィールドに続く部分で開始される。これは図中の点線矢印により次のサイクルのＲＴチャネルとして概略的に示されている。

図６には概略的にマスタデータテレグラムの詳細な構造が示されている。本来のマスタデータテレグラムの開始前にアイドリングフェーズIDLEが設けられており、これは少なくとも１２Ｂｙｔｅの長さである。マスタデータテレグラムはスタートストリームデリミタSSDと称される１Ｂｙｔｅの大きさのデータフィールドによって開始される。これは伝送されるデータストリームの開始を表すプリフィクスである。これに続いて６Ｂｙｔｅの長さのプリアンブルpreambleが設けられる。プリアンブルの機能は本発明の通信システムの電子回路のハードウェアに対してスタートアップ時間を設け、テレグラムの伝送を識別できるようにすることである。さらにこれに本来のテレグラムまたはフレームの開始を表すスタートフレームデリミタSFDのデータフィールドが続く。ＳＦＤは１Ｂｙｔｅの長さである。続いてマスタデータテレグラム内にこのテレグラムの宛先アドレスdestination addressおよびソースアドレスsource addressが設けられ、これらのデータフィールドはそれぞれ６Ｂｙｔｅの長さを有する。さらに、どのタイプのネットワークプロトコルが次のデータフィールドで使用されているかを識別するための２Ｂｙｔｅの長さのタイプフィールドtypeが続く。これに続いて本来のデータフィールドdata fieldが設けられており、その長さは正確には定められていない。例えばイーサネットではデータフィールドの長さは１５００Ｂｙｔｅまでの値である。一般にデータフィールドの長さはどれだけの量のデータがテレグラムとして伝送されるかに依存する。データフィールドに続いて４Ｂｙｔｅの長さのフレームチェックシーケンスFCSが設けられる。ＦＣＳはテレグラム全体についてのデータの一貫性を検査するチェックサムを含む。伝送データに続いて１Ｂｙｔｅの長さのエンドストリームデリミタESDのフィールドが設けられる。これは伝送データストリームの終了を表すサフィクスである。

マスタ同期情報フィールドＭＳＴは本発明のテレグラムのデータフィールドの一部であり、正確に言えばデータフィールドの開始部に埋め込まれている。マスタ同期情報フィールドの長さは一定であり、テレグラムタイプtelegram typeを表す１Ｂｙｔｅの長さの開始フィールドを有する。このフィールドでは特に当該のテレグラムがマスタデータテレグラムＭＤＴであるかまたはドライバテレグラムＡＴであるかが表される。前述したように、副局を中央加入者機に対して同期するので、同期情報は基本的にマスタデータテレグラムのみに必要となる。ハードウェアおよびソフトウェアでのインプリメンテーションを簡単化するために、有利には、ドライバテレグラムをマスタデータテレグラムと同じ構造にし、ここでドライバテレグラムもマスタ同期情報フィールドを有するようにする。この場合にテレグラムタイプのフィールドは副局の相応の情報によって占有される。本来の同期情報は１Ｂｙｔｅの長さの次のフェーズフィールドphaseで伝送される。マスタ同期情報フィールドに続いてフィールドCRCが形成され、これはデータストリームの開始すなわちＳＳＤフィールドからマスタ同期情報フィールドのフェーズフィールドまでデータの一貫性を検査する巡回冗長検査に用いられる。ＣＲＣチェックサムはＳＳＤフィールドからフェーズフィールドまでに含まれるビットパターンに対して多項式を適用して形成される一義的な数である。同じ多項式がデータテレグラムの受信局で使用され、第２のチェックサムが形成される。２つのチェックサムは比較され、伝送データが破壊されていたり誤っていたりしないかどうかが検査される。図６からわかるように、ＣＲＣフィールドはマスタデータテレグラムのＳＳＤフィールドの開始から一定の時間で終了する。この一定の時間は有利には約２μｓであり、図示の実施例では約２．２４μｓである。

図７には本発明に関連する冗長的な通信システムが示されている。図示されているのは上り下りの２つのアクティブリングを有するダブルリングシステムであり、通信はこの２つのリングで同時に行われる。ただし本発明の適用はこの構造に限定されない。冗長的な通信システムの別の実施例として、種々の構造またはトポロジ（例えば冗長的な線形構造）の通信システムを採用することもできる。図示の通信システムは２つの中央加入者機Ｍ１，Ｍ２と３つの第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３とを有している。図７では反時計回りの方向の実線矢印をリング１，時計回りの方向の破線矢印をリング２としている。リング１は、まず中央加入者機Ｍ１から加入者機Ｓ１の入力側へ延び、その出力側から加入者機Ｓ２の入力側へ、その出力側から加入者機Ｓ３の入力側へ、さらにその出力側から中央加入者機Ｍ２へ達している。もちろん２つの中央加入者機Ｍ１，Ｍ２を相互に接続してもよい。相応にリング２は、中央加入者機Ｍ２の出力側から加入者機Ｓ３の入力側へ延び、その出力側から加入者機Ｓ２の入力側へ、その出力側から加入者機Ｓ１の入力側へ、さらにその出力側から中央加入者機Ｍ１の入力側へ達している。２つのリングすなわちリング１およびリング２は有利には相互に独立には駆動されない。エラー発生時のリアルタイム応答のためのチャネル容量を確保するために、２つのリング上で同じ情報が同時に交換され、２つのリングへの同時送信により、高い冗長性に基づいてデータブロックの欠落に対するエラー耐性が向上する。

図８のａ〜ｅには図７の２つのリングにおけるテレグラム伝送が示されている。ここで図８のａ〜ｅの上方には相応のインタフェースを介したリング１でのテレグラムのやり取り、下方にはリング２でのテレグラムのやり取りがそれぞれ示されている。図８のａの上方にはリング１の構成要素である中央加入者機Ｍ１の出力が示されており、下方にはリング２の構成要素である中央加入者機Ｍ１の入力が示されている。相応に、図８のｂの上方にはリング１の構成要素である加入者機Ｓ１の第１の出力が示されており、下方にはリング２の構成要素である加入者機Ｓ１の第２の出力が示されている。図８のｃの上方にはリング１の構成要素である加入者機Ｓ２の第１の出力が示されており、下方にはリング２の構成要素である加入者機Ｓ２の第２の出力が示されている。図８のｄの上方にはリング１の構成要素である加入者機Ｓ３の第１の出力が示されており、下方にはリング２の構成要素である加入者機Ｓ３の第２の出力が示されている。さらに図８のｅの上方にはリング１の構成要素である中央加入者機Ｍ２の入力が示されており、下方にはリング２の構成要素である中央加入者機Ｍ２の出力が示されている。

図８のａ〜ｅに示されているテレグラムはマスタデータテレグラムＭＤＴおよびドライバテレグラムＡＴであり、これらは双方とも図５，図６に則して説明した全体テレグラムとして構成される。図８のａ〜ｅを比較すればわかるように、リングに沿ったテレグラムの伝送には相応の時間遅延が生じている。基本的には各テレグラムは図７に示されている通信システムの個々の加入者機に種々の時点で達する。特に図８のａ，ｂ，ｄ，ｅに示されている中央加入者機Ｍ１，Ｍ２および第２の加入者機Ｓ１，Ｓ３についてはそうである。ただし、配置が対称的であるため、図８のｃに示されている加入者機Ｓ２では相応の部分テレグラムが同時に受け取られる。

図８のａ〜ｅの右方には全体テレグラムとして構成されたドライバテレグラムＡＴが示されており、これは３つの第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３に対してそれぞれ１つずつ第１〜第３のセクションから成っている。加入者機Ｓ１〜Ｓ３を通過する際に、相応のデータセクションに例えば各加入者機の実際値データが充填される。図示の実施例では、図４の固有のマスタ同期テレグラムを用いる従来技術とは異なり、図５，図６に示されているように同期情報はマスタデータテレグラムに埋め込まれて伝送され、高いプロトコル効率が得られる。ただし本発明の適用はこれに限定されず、図４のように固有のマスタ同期テレグラムを用いてもよい。図８のａ〜ｅの左方には、同期情報、すなわちマスタデータテレグラムＭＤＴのデータフィールドＭＳＴが種々の時点で各第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３に達することが示されている。上述したように、対称性のために加入者機Ｓ２のみ２つのリングからの同期情報を同時に受け取る。

本発明によれば、冗長的に設けられた同期情報がエラーのないケースで各加入者機に２重に受け取られ、同期に用いられる。伝搬時間は第２の加入者機どうしで種々に異なるが、それぞれの第２の加入者機にとって既知であり、補償することができる。それぞれの第２の加入者機での同期情報の受信時点の差から同期トリガの一義的な規定が形成される。このことについては図９に則して以下に詳細に説明する。

図９のａ〜ｅに則して本発明をさらに説明する。図９のａ〜ｅは図８のａ〜ｅにほぼ対応しており、したがって上述の説明にも関連する。図８のａ〜ｅと異なるのはドライバテレグラムＡＴにおいて個々の第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３がマーキングされるということである。簡単化のために図９のａ〜ｅの下方、リング２のドライバテレグラムに対応する部分のみに、個々の第２の加入者機に相応するテレグラム領域のセットが示されている。もちろん、図示されてはいないが、相応に図９のａ〜ｅの上方に示されているリング１のドライバテレグラムでこれを行ってもよい。

図９のｃ〜ｅからわかるように、中央加入者機Ｍ２がドライバテレグラムを送出したとき、それぞれの第２の加入者機に対して設けられているテレグラム領域の開始部に中央加入者機によって予め定められたエントリがセットされる。図によれば、セットされるエントリは２つ組のゼロ“００”である。ドライバテレグラムがそれぞれの第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３を通過するとき、それぞれの第２の加入者機はデータ、例えばアクチュエータまたはセンサで記録された実際値データを、全体テレグラムとして構成されたドライバテレグラムＡＴのそれぞれの部分領域へ書き込む。その際に予め定められたエントリ“００”はいずれの場合にも第２の加入者機のアドレスによって上書きされる。これは相応のセンサまたはアクチュエータの実際値が存在せず、データがドライバテレグラムへ挿入されない場合にも当てはまる。こうしてリングを回ったドライバテレグラムが中央加入者機Ｍ１で受信されれば、第２の加入者機Ｓ１〜Ｓ３のうちいずれが欠落しているかが当該の中央加入者機に既知となる。

中央加入者機のセットしたデータを上書きするこの方法は、第２の加入者機の側の通信コントローラによって行われる。この通信コントローラは挿入すべきデータを第２の加入者機またはスレーブ機能部のプロセッサによって予めセットされたメモリ領域から読み出し、ドライバテレグラムの相応の位置へ挿入する。ここで第２の加入者機は実際値をメモリ領域へコピーした後、自身のアドレスフィールドを最後のデータとしてメモリ領域へ付加する。アドレスフィールドまたは一般に“妥当性表示”を有するフィールドは挿入すべきテレグラム領域の開始部に位置する。これにより第２の加入者機がテレグラムの処理に対して同期されずにデータをメモリ領域へコピーする場合にもドライバテレグラムへ挿入されたデータの一貫性が保証される。アドレスフィールドのみを唯一のメモリアクセスで（連続的に）コピーすればよいのである。第２の加入者機のプロセッサによるメモリ領域へのデータコピーと、通信コントローラによるメモリ領域からのデータの読み出しとの相互作用により、データの一貫性が保証される。

本発明を有利な実施例に則して詳細に説明したが、当該の技術分野の技術者にとっては、本発明の基礎となる着想から離れることなく本発明の特徴に種々に変更または修正を加えられることが明らかである。

従来技術から公知のリング状構造の通信システムの概略図である。 従来技術から公知のバス構造の通信システムの概略図である。 従来技術から公知のスター状構造の通信システムの概略図である。 従来技術から公知のＳＥＲＣＯＳ^（Ｒ）インタフェースを用いた通信システムでの同期および正規駆動のための通信サイクルのフェーズの概略図である。 本発明の通信システムの同期および正規駆動のための通信サイクルのフェーズの概略図である。 本発明の通信システムで使用される同期情報を含むテレグラムの構造の概略図である。 従来技術から公知のダブルリングトポロジの通信システムの概略図である。 図７の通信システムで進行する各加入者機間でのテレグラム伝送の概略図である。 図８に対応する本発明のテレグラムフィールドのセットの概略図である。

Claims (21)

1. 中央加入者機（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）と少なくとも１つの第２の加入者機（Ｓ１〜Ｓ３）とを有する通信システムにおいて少なくとも１つの第２の加入者機から中央加入者機へテレグラム（ＡＴ）を介してデータを伝送する際に、少なくとも１つの第２の加入者機によるデータの送信の前に中央加入者機から第２の加入者機へテレグラムを伝送する、
   データの伝送方法において、
   テレグラム（ＡＴ）の少なくとも１つの第２の加入者機に対応する位置に中央加入者機が予め定められたエントリをセットし、
   少なくとも１つの第２の加入者機は、中央加入者機のセットしたエントリが少なくとも部分的に上書きされるように、中央加入者機へ伝送すべきデータをテレグラムへ挿入し、
   該テレグラムは、第２の加入者機ごとに定められた種々のテレグラムフィールドを含む全体テレグラムである
   ことを特徴とするデータの伝送方法。
2. 少なくとも１つの第２の加入者機は中央加入者機から伝送されるテレグラム（ＡＴ）の受信後に予め定められたエントリとは異なるデータをテレグラムへ挿入する、請求項１記載の方法。
3. 少なくとも１つの第２の加入者機の挿入するデータは所定のデータを含む、請求項１または２記載の方法。
4. 少なくとも１つの第２の加入者機の挿入するデータは加入者機ごとに他の加入者機に対して一義的な識別データを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 識別データは通信システムの第２の加入者機のアドレスを有する、請求項４記載の方法。
6. 所定のデータおよび／または識別データおよび／または第２の加入者機のアドレスを中央加入者機のセットしたエントリの位置へ書き込む、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 所定のエントリは所定数のゼロを有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. テレグラムはセンサおよび／またはアクチュエータによって求められた実際値を含むドライバテレグラムである、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 第２の加入者機から伝送されるテレグラム内容を評価および／または処理するために、中央加入者機または第２の加入者機で予め定められたエントリが少なくとも部分的に上書きされているか否かを検査する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 少なくとも１つの第２の加入者機に対して設けられたテレグラムのデータフィールドに、第２の加入者機の識別に用いられるデータを、最初のエントリまたは最初の伝送語として挿入する、請求項３から９までのいずれか１項記載の方法。
11. ＣＰＵが最初にコピーしたエントリがメモリ領域の最後のデータとなるようにコピーを行い、通信ユニットがこれを前方から後方へ読み出して、テレグラムへ挿入する、請求項１０記載の方法。
12. 少なくとも１つの第２の加入者機に対して設けられたテレグラムのデータフィールドへ少なくとも１つの第２の加入者機によって後方から前方へデータを充填する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 少なくとも１つの第２の加入者機は中央加入者機へ伝送すべきデータをメモリ領域へ書き込む際に所定のデータおよび／または識別データをメモリ領域への最後のエントリとし、そこから逆順でデータをテレグラムへ挿入する、請求項３から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. テレグラムはイーサネットテレグラムである、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 中央加入者機（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）と少なくとも１つの第２の加入者機（Ｓ１〜Ｓ３）とを有する通信システムであって、少なくとも１つの第２の加入者機から中央加入者機へテレグラム（ＡＴ）を介してデータが伝送され、テレグラムは少なくとも１つの第２の加入者機によるデータの送信前に中央加入者機から第２の加入者機へ伝送される、
    通信システムにおいて、
    テレグラム（ＡＴ）の少なくとも１つの第２の加入者機に対応する位置で中央加入者機により予め定められたエントリがセットされ、
    少なくとも１つの第２の加入者機により、中央加入者機のセットしたエントリが少なくとも部分的に上書きされるように中央加入者機へ伝送すべきデータがテレグラムへ挿入され、
    該テレグラムは、第２の加入者機ごとに定められた種々のテレグラムフィールドを含む全体テレグラムである
    ことを特徴とする通信システム。
16. 当該の通信システムは、マスタ‐スレーブ構造により分散制御を行う分散型通信システムである、請求項１５記載のシステム。
17. 当該の通信システムは、リング状構造および／または線形バス構造および／またはスター状構造で配置されている、請求項１５または１６記載のシステム。
18. 当該の通信システムは、個別の目標値テレグラムおよび実際値テレグラムを有するリング状構造で配置されている、請求項１７記載のシステム。
19. 当該の通信システムはイーサネットテレグラムを利用している、請求項１５から１８までのいずれか１項記載のシステム。
20. 中央加入者機（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）と少なくとも１つの第２の加入者機（Ｓ１〜Ｓ３）とを有する通信システムであって、少なくとも１つの第２の加入者機から中央加入者機へテレグラム（ＡＴ）を介してデータが伝送され、テレグラムは少なくとも１つの第２の加入者機によるデータの送信前に中央加入者機から第２の加入者機へ伝送され、
    テレグラム（ＡＴ）の少なくとも１つの第２の加入者機に対応する位置で中央加入者機により予め定められたエントリがセットされ、
    少なくとも１つの第２の加入者機により、中央加入者機のセットしたエントリが少なくとも部分的に上書きされるように中央加入者機へ伝送すべきデータがテレグラムへ挿入され、該テレグラムは、第２の加入者機ごとに定められた種々のテレグラムフィールドを含む全体テレグラムである、通信システムを用いた
    オートメーションシステムにおいて、
    制御ユニットおよび少なくとも１つのドライバユニットまたは入出力ユニットを有しており、制御ユニットは中央加入者機に接続されており、各ドライバユニットまたは各入出力ユニットは各第２の加入者機へ接続されている
    ことを特徴とするオートメーションシステム。
21. 中央加入者機（Ｍ；Ｍ１，Ｍ２）と少なくとも１つの第２の加入者機（Ｓ１〜Ｓ３）とを有する通信システムにおいて、少なくとも１つの第２の加入者機から中央加入者機へテレグラム（ＡＴ）を介してデータを伝送する際に、少なくとも１つの第２の加入者機によるデータの送信の前に中央加入者機から第２の加入者機へテレグラムを伝送する、
    データの伝送方法において、
    テレグラム（ＡＴ）の少なくとも１つの第２の加入者機に対応する位置に中央加入者機が予め定められたエントリをセットし、
    少なくとも１つの第２の加入者機は、中央加入者機のセットしたエントリが少なくとも部分的に上書きされるように、中央加入者機へ伝送すべきデータをテレグラムへ挿入し、
    少なくとも１つの第２の加入者機の挿入するデータは加入者機ごとに他の加入者機に対して一義的な識別データを含み、該識別データは当該の通信システムの第２の加入者機のアドレスを含む
    ことを特徴とするデータの伝送方法。

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