JPH10228426A - バスシステム及びバスシステムの作動法 - Google Patents

バスシステム及びバスシステムの作動法

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JPH10228426A
JPH10228426A JP9287426A JP28742697A JPH10228426A JP H10228426 A JPH10228426 A JP H10228426A JP 9287426 A JP9287426 A JP 9287426A JP 28742697 A JP28742697 A JP 28742697A JP H10228426 A JPH10228426 A JP H10228426A
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JP9287426A
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マンフレート・クラーマー
Olaf Ziegler
オラフ・ツィークラー
Volkmar Schneider
フォルクマル・シュナイダー
Rainer Thueringer
ライナー・テューリンガー
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Elan Schaltelemente GmbH and Co KG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】コストが僅かであるのに、安全限界信号及び多
数のバスサブスクライバ並びにバスラインの大きな長さ
に適当であり、エラーの際には、短い反応時間を有し、
簡単な措置によって、ラインエラーがあるか否かを点検
しようとしてなるバスシステム。 【解決手段】伝送媒体(10,12)を有し、かつ一端
には第1の能動のバスサブスクライバ(14)を、他端
には第2の能動のバスサブスクライバ(16)を有する
データバスと、前記伝送媒体によって物理的にループに
された他のバスサブスクライバ(18,20)とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はバスシステム及び該
バスシステムの作動法に関する。
【0002】バスは電気的伝送ラインを介してサブスク
ライバ(Teilnehmer)同士を接続している。バスサブス
クライバの接続箇所は伝送ラインに沿った任意の場所に
設けられている。シリアルなバスの伝送ラインは捩じれ
た2線式回線又は同軸線であってよい。バスは従来の配
線技術に比べてかなりの費用上の利点、中央で自由に処
理可能な情報の多様性及び融通性を有する。シリアルな
バスは例えばプロファイルバス、ビットバス等の名称で
知られている。サブスクライバは、例えば、センサ信号
の入出力モジュール及び/又はアクチュエータのような
機能素子である。
【0003】安全信号を伝送するために、許容すなわち
冗長性をもって構成されているバスつまりバスシステム
のみを用いることができる。安全限界信号は、人々にと
って危険な状況又は電気的設備による損傷を避け、かつ
即座に除去するための安全工学的目的又は課題を果たす
ものである。安全工学的要件に十分である冗長性のデー
タバスシステムは、ドイツの雑誌『メッセン プリュー
フェン アウトマティジーレン』、10/95,10,
12乃至14及び16頁から公知である。この公知のデ
ータバスシステムの場合、フェールセーフな自動化プロ
セッサ及びサブスクライバは2つのバスインタフェース
を介して互いに接続されている。フェールセーフな自動
化プロセッサは、夫々が独自のマイクロプロセッサと、
メモリと、システムバスとを具備する2つのプロセッサ
システムにより構成される。2つのプロセッサシステム
はクロック同期的に同一のプログラムを処理する。一定
の時間間隔で申分ない機能の有無について点検されるコ
ンパレータは2つのプロセッサシステムをモニタする。
1つのエラーが一方のプロセッサシステムに検出される
と、所定の信号に基づいてすべてのサブスクライバの出
力が調整される。このことにより、サブスクライバによ
って制御されるアクチュエータが、予め設定された安全
状態に置かれる。フェールセーフな自動化プロセッサは
2つの自動化プロセッサを介して設備バス(Anlagebus)
に接続されている。夫々同一の構成要素を有する2つの
自動化プロセッサのうちの、1つのみが機能良好であれ
ばよい。自動化プロセッサはマスタリザーブ操作(Maste
r-Reserve-Betrieb)で作動する。システム内に1つのエ
ラーを確実に検出するために、自己試験以外に、通信接
続手段及びハードウェア成分を循環的に試験する。エラ
ーのある場合には、故障した自動化プロセッサを、所定
の停止状態に置く。
【0004】エラーを検出したことによるシステムの停
止は、機械、製造設備等を人間にとって危険でない状態
に置くことを意味している。1つのエラーを例えば20
msのエラー反応時間内で検出する必要がある。この時
間内に電気的装置の非常時停止も行なう必要がある。
【0005】バスの完全に二重の設計は、システムをモ
ニタしかつフェールセーフに停止するためのセンサ及び
2つのバスマスタ用のバスモジュールの、二重の2チャ
ネルの設計を必要とするのみならず、2つの独立のネッ
トワークの配線をも必要とする。二重のバス設計によっ
て、例えば各センサスイッチの従来の個別配線に比べ
た、バスシステムの決定的な利点が、部分的に再度無に
帰せられる。個々のバスラインを強制活性化(zwangsdyn
amisiert) することによって、二重の配線コストを避け
ることができる。この場合には、動的な冗長性について
述べているのであって、既に公知の方法である。活性化
(Dynamisierung) は、すべてのバスモジュールが、評価
するマスタの機能良好性及び伝達状態の有無について常
に循環的に問い合わされる(マスタスレーブシステム)
か、自主的に規則的に通報する(マルチマスタシステ
ム)ことを意味している。
【0006】マルチマスタシステムの場合、バスモジュ
ールは(例えばスイッチの作動の際)即座にすなわちμ
secの範囲で自主的に応答することができる(いわゆ
る実時間能力)ので、設備を安全工学的にモニタするた
めに絶え間ないモジュールの応答は不要であろう。しか
し乍ら、モニタするバスシステム自体におけるエラー、
例えばバスモジュールの故障をエラー反応時間(例えば
20ms上記参照)内で検出するためには、すべてのバ
スモジュールサブスクライバの機能状態を、少なくとも
1xにつきこの時間内で点検する。高いデ−タ伝送安全
性(ハミング距離4)を保証するために、メッセージは
その時々に広範囲のデータプロトコル(50....8
0ビット)により構成されるので、この活性化は、シス
テムのモニタのための、サブスクライバ数に比例して増
加するデータの流れ(データ伝送速度)を意味してい
る。
【0007】他方、バスシステムのデータ伝送速度は、
信号の伝搬時間(ラインの長さ)とモジュール反応時間
(サブスクライバ数)とのために、制限される。
【0008】従って、一方では、より大きな回線の長さ
(例えば100...300m)への要望と、一方では
多くのバスサブスクライバ、例えば50...100
と、他方ではより速いデータ伝送速度(典型的には12
5...1000Kbit/s)で伝送し評価するため
の技術的コストとの間の板挟みがある。
【0009】データ伝送速度を遅らせるためには、安全
バス内でとにかく二重に(2チャネル/冗長性として)
設けられているバスモジュールがエラーなく機能してい
るか否かを相互に対でモニタされる可能性が生じる。そ
れ故に、内部の差の場合には、バスモジュール対の1つ
のサブスクライバがバスエラーメッセージを発信すれば
よい。しかし乍ら、この方法は、評価するマスタと各モ
ジュールとの間のバスラインは常時エラーがなく、完全
に機能していることを前提としている。ラインが二重で
空間的に分離した設計になっていないので、ライン自体
を、すべてのバスサブスクライバに至るまで動的に点検
する必要がある。ラインのエラーを故障許容時間内で検
出しなければならない。すべてのバスサブスクライバの
循環的な点検は、データ伝送コストが高いので、必要な
エラー反応時間を最早維持できず、つまり下回ることが
できない程に大きな時間を必要とする。
【0010】冗長性の理由から2つのシリアルなバスシ
ステムが設けられていて、該バスシステムにはネットワ
ークノードが接続されてなるローカルネットワークも知
られている。各ネットワークノードは2つの結合してい
ないカップリングを介して2つのバスに接続されてい
る。バスシステムの一方において、エラーのない作動中
に、プロセスデータが伝送され、他方のバスシステムで
はステータス情報が伝送される。各カップリングは少な
くとも1つの通信コントローラと、通信CPUと、トラ
ンシーバとを有する。各通信CPUは(任意の)ネット
ワークノードにおいて他の通信CPUの機能性をモニタ
し、ウォッチドッグプロセッサの機能を果たす。通信コ
ントローラの回線エラー及びエラー機能がバス情報の誤
伝として作用し、エラー検出機構によって検出される。
バスと通信CPUとの間の構成要素に生じるエラーは、
構成要素の機能の循環的なモニタによって検出される。
各バスはエラーの場合にウォッチドッグバスとして用い
られて、その時々に他のバスシステム内に生じたエラー
をネットワークサブスクライバに伝達する。プロセスデ
ータを自身の中で伝送しているバスにエラーがあれば、
バスは遮断され、プロセスデータの行来は他のバスを介
して進められる(DE 195 09 558 A1) 。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、コス
トが僅かであるのに、安全限界信号及び多数のバスサブ
スクライバ( バス加入者装置) 並びにバスラインの大き
な長さに適当であり、エラーの際には、短い反応時間を
有し、簡単な措置によって、ラインエラーがあるか否か
を点検しようとしてなるバスシステムを提供することで
ある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題は、伝送媒体を
有し、かつ一端には第1の能動のバスサブスクライバ
を、他端には第2の能動のバスサブスクライバを有する
シリアルなデータバスと、伝送媒体によって物理的に通
過された他のバスサブスクライバとを具備するバスシス
テムであって、少くなくとも第1の能動のバスサブスク
ライバ及び/又は第2の能動のバスサブスクライバは、
ステータスメッセージを規則的に送受信するためのその
時々に1個の装置を有し、バスサブスクライバの少なく
とも1によって、その他のバスサブスクライバから発せ
られるステータスメッセージが、予め設定された期間以
内に発生しないか否か、又はバスシステムのエラーのな
い状態に割り当てられたフォームからの偏差があるか否
かに就いて点検され、ステータスメッセージの受信が、
予め設定された時期以内に生じないときか、又はバスシ
ステムのアラーのない状態に割り当てられたフォームか
ら偏差しているステータスメッセージが受信されるとき
は、バスシステムは、予め設定された安全基準を満たす
状態に置かれてなるバスシステムによって解決される。
【0013】本発明のバスシステムの場合に、点検のた
めに最早すべてのバスサブスクライバに応答する必要は
ない。何故ならば、特に、第2の能動のバスサブスクラ
イバ(バス終端サブスクライバ、終端モジュール)が伝
送媒体のモニタ機能を果たす可能性があるからである。
この利点は、特に、バスが単チャネルであってもよいに
も拘らず、冗長設計で能動のマルチマスタモジュールに
よって作動するすべてのバスサブスクライバにおいて、
有効である。第1の能動の中央のバスサブスクライバす
なわちバスマスタは10乃至20msの速いクロック速
度ですべてのバスサブスクライバを介して第2の能動の
バスサブスクライバへステータスメッセージを送信し、
伝送媒体が申分ない場合には、同様に速いクロック速度
で、これらの又はその他の適切なステータスメッセージ
を戻すことができる。他には、第2の能動のバスサブス
クライバが、第1の能動のバスサブスクライバから発信
される信号に関係なくステータスメッセージを第1の能
動のバスサブスクライバへ送信する可能性もある。
【0014】第2の能動のバスサブスクライバから発信
されるステータスメッセージが始動されるのに関係な
く、伝送媒体が整然とした状態になっているか否かを点
検することができる。従って、伝送媒体を、出来る限り
短く保たれる初期エラー発生時間内に、点検することが
できる。バス用のテストデータ伝送は、実質的に、バス
ライン端部に設けられたバスサブスクライバの間で、行
なわれる。それ故に、サブスクライバ数は、バスのテス
トデータがバスを通過するのにかかる時間に、無視可能
な範囲でのみ影響を与える。本発明のバスシステムで
は、バスの一端では中央のバスサブスクライバすなわち
バスモジュールと、他端では能動のバスサブスクライバ
すなわちバスモジュールとの間にあるバスサブスクライ
バは、スパーラインを介して伝送媒体に接続されてはい
ない。伝送媒体は特に2つのワイヤを有する。これは、
第1のケーブルと、アースを介する、第2のケーブルを
形成する導通接続手段とを有する伝送媒体である。従っ
て、バスは、本発明の装置では、第1の能動の及び中央
のバスサブスクライバすなわちバスモジュール(以下、
バスマスタとも言う)から、すべてのバスサブスクライ
バ(以下、スレーブとも言う)を通って物理的に延びて
おり、端部では第2の能動のバスサブスクライバを、ま
た終端モジュールも具備している。バスは一端から他端
へ直流的に延びるラインとしてのみ設計されている。ス
レーブに至るスパーラインがなくてもよいので、バスも
より高い効率を有する。
【0015】第1の能動のバスサブスクライバは第2の
能動のバスサブスクライバをモニタしかつその逆もある
こと、及び他のバスサブスクライバは、その他のバスサ
ブスクライバから発信されるステータスメッセージか、
又は伝送媒体のエラーのない状態に割り当てられたフォ
ームから偏位しているステータスメッセージかをモニタ
すること、が規定されている。
【0016】バスサブスクライバの少なくとも幾つかは
互いをモニタする2つのユニットを有することは好まし
い。
【0017】少なくとも幾つかの、好ましくはすべての
バスサブスクライバが、センサ及び/又はアクチュエー
タに接続されておりかつ互いをモニタする2つのユニッ
トを有するモジュールとして形成されていることは目的
に適っている。この実施の形態では、バスサブスクライ
バは冗長性をもって構成されている。モニタ機能と関連
したこうした構成によって、バスサブスクライバでは、
初期エラーを覚悟する必要がない。すなわち、こうした
バスサブスクライバは安全工学的に鷹揚な寸法になって
いてよい。
【0018】バスマスタは、原理的には、ラインの最初
の装置であり、バス終端モジュールは、原理的には、最
後の装置である。バスマスタ及びバス終端モジュールは
その時々に1個のバス接続部を有し、すべての他のバス
モジュールはその時々に正しく1個のバス入力端及び1
個のバス出力端を有する。
【0019】ラインの最初の装置としてのバスマスタ
と、ラインの最後の装置としてのバス終端モジュールと
は、速い伝送速度(例えば10ms毎に)で、好ましく
は互いに独立しているステータスメッセージを送信及び
/又は受信する。これらのステータスメッセージはすべ
てのバスサブスクライバによって制御される。
【0020】中央のバスサブスクライバが2チェネルで
構成されていることは目的に適っている。2チェネルの
構造体は、ここでは、2個の同一なユニットからなる構
造体である。2個の同一なユニットは、特に、共通のフ
ェールセーフなコンパレータを有し、該コンパレータは
リレーレベル又は等価の安全な遮断レベルへの出力端を
有する。こうしたレベルによって、電気的負荷手段がオ
ン・オフにされる。リレーレベルの場合には、該リレー
レベルは特に拘束制御されたリレーを有する。
【0021】情報又はエラーのあるメーッセージが、検
出された故障許容時間(例えば15ms)を越えて生じ
ないときは、故障のバスライン又は故障したバスサブス
クライバを出発点としなければならない。システムは安
全な状態へ移行する。
【0022】バスラインの物理的な通過は、バスライン
と、2チャネルのバスモジュールとの間のバスモジュー
ル内にエラー除去手段を含んでいる(何故ならば、情報
の流れに関する論理的な通過が定められていないからで
ある)。このことは、以下の電子・機械措置によって達
成される。
【0023】バスラインの、中に入るバスワイヤが、特
に、2チャネルに構成されたバスサブスクライバ内に設
けられたプリント回路上の少なくとも1つのストリップ
導体として形成されていることは好ましい。バスライン
は、このプリント回路上で、エッチングされた平面のス
トリップ導体に亘って通過されている。同一のプリント
回路上には、2チャネルに設計されたバスコントローラ
モジュールが設けられている。該バスコントローラモジ
ュールは、直接的にしかし互いに独立して、短いスパー
ストリップ導体を介して、ストリップ導体に接続されて
いる。双方のバスコントローラモジュールは互いをモニ
タしている。バスラインにおける直流接続は、2つのバ
スコントローラを、通過されたバスラインによって、同
時に電気的に分離できないように、形成されている。
【0024】プリント回路上のストリップ導体の路は、
プリント回路が万一穿孔しても、バスと2つのコントロ
ーラとの間のスパーストリップ導体が同時に切断され
ず、このような過程が起これば、通過されたデータライ
ンが共に破壊されるように、形成されている。
【0025】このようなエラーならば、15msの初期
エラー検出時間内にバスシステムによって検出されるだ
ろう。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳述する。本発明を限定しようとすることな
く、実施の形態で、伝送媒体を有するシリアルなバスシ
ステムを記載する。このバスシステムは、2本の同一の
ワイヤ10,12を有して、データラインを形成する
(他には、各ワイヤ10,12はデータライン10´,
12´であるだろう)。ワイヤ10,12の他端には、
中央のバスサブスクライバ(加入者装置)14が第1の
能動のサブスクライバとして接続されている。以下、中
央のバスサブスクライバ14をバスマスタ14とも呼
ぶ。何故ならば、このバスサブスクライバは中央のバス
管理タスクを実行するからである。2本のワイヤ10,
12の他端には第2の能動のサブスクライバ16が接続
されている。第2のサブスクライバを終端バスサブスク
ライバ16又は終端モジュール16とも呼ばれる。ワイ
ヤ10,12に接続されているバスサブスクライバのう
ち、図面には、2つバスサブスクライバ18,20が図
示されている。スレーブとも呼ばれるバスサブスクライ
バ18,20は、任意の箇所で、ワイヤ10,12に沿
って設けられていることができる。これらのワイヤ1
0,12はフィールドバスとして例えば技術的設備内に
敷設されている。バスマスタ14と、終端バスサブスク
ライバ16と、バスサブスクライバ18,20は2チャ
ネルで構成されている。すなわち、バスマスタ14には
2つの好ましくは同一のユニットA0,B0があり、能
動サブスクライバ16には2つの好ましくは同一のユニ
ットAN ,BN があり、他のバスサブスクライバ18,
20にはその時々に2つの好ましくは同一なユニットA
1,B1及びA2,B2がある。ワイヤ10,12上に
は、特に安全限界信号(sicherheitsgerichtete Signal
e) がデジタルフォームで伝送される。バスマスタ14
は、原則的には、その時々のシリアルなバスに設けられ
た第1の装置又は機械であり、各々のワイヤ10,12
に対しバス接続部22,24を有する。能動のバスサブ
スクライバ16は原則的には各データラインに対し1個
のバス接続部26,28のみを有する。すべての他のバ
スサブスクライバ18,20は各データラインに対しそ
の時々に1個のバス入力端30,32又は34,36
と、1個のバス出力端38,40又は42,44を有す
る。1本のデータライン又は複数のデータライン10
´,12´は物理的にバスサブスクライバ18,20を
通過している。図面では、通過したワイヤ10,12に
は、バスサブスクライバ18(スレーブ18)に関して
参照符号46,50が付され、バスサブスクライバ20
(スレーブ20)に関して参照符号52,54が付され
ている。バスサブスクライバの外にはバスラインが同軸
線か捩じれたケーブルとして敷設されていることができ
る。
【0027】電気的接続手段46,50及び52,54
は、スレーブモジュール18,20において、好ましく
はプリント回路上で、エッチングされた平面のストリッ
プ導体として形成されており、バス入力端30,32と
バス出力端38,40又はバス入力端34,36とバス
出力端42,44の間に延びている。同一のプリント回
路(詳細に図示せず)上には、インテリジェントなバス
コントローラモジュール56,58又は60,62がユ
ニットA1,B1,A2,B2に設けられている。バス
コントローラモジュール56乃至62は、スパーストリ
ップ導体又はスパーライン64,66,68,70又は
72,74,76,78を介して、しかし互いに独立し
てその時々に電気的接続手段46,50又は52,54
に接続されている。バスサブスクライバ18,19の各
々に設けられた双方のバスコントローラモジュール5
6,58又は60,62が互いにモニタしている。ユニ
ットA1,B1,A2,B2...AN ,BN からは、
その時々の機械又は設備に設けられたセンサ及び/又は
アクチュエータと形成される電気的接続手段が出てい
る。その時々のユニットA1,B1,A2,B2...
N ,BN に形成された合計で参照符号80,82,8
4,86,88及び90が付されたこれらの接続手段
は、冗長性の理由から、その時々に、2チャネルでセン
サ又はアクチュエータへと敷設されている。接続手段4
6,50,52,54及びスパーライン64,66,6
8,70,72,74,76,78をバスサブスクライ
バ18,20のプリント回路上に設置することによっ
て、その時々のバスサブスクライバ18,19に設けら
れた双方のバスコントローラモジュール56,58又は
60,62が、通過したデータライン(伝送媒体)から
同時に電気的に分離できないようにする。従って、スト
リップ導体路は、その時々のバスサブスクライバ18,
19のプリント回路上に、以下のように、すなわち、プ
リント回路が万一穿孔しても、スパーストリップ導体又
はスパーライン64,66,68,70又は72,7
4,76,78が同時に切断されず、このような過程が
起これば、通過したデータライン又は伝送媒体が破壊さ
れるように、形成されている。第2の能動バスサブスク
ライバ16においても、ユニットAN ,BN にはバスコ
ントローラモジュール92,94が設けられている。双
方は互いをモニタしており、バスサブスクライバ18,
19との関連で上述された諸条件に従うスパーライン
(詳細に図示せず)を介して、その時々にバス接続部2
6,28に接続されている。中央のバスサブスクライバ
14すなわちバスマスタでは、2つのユニットA0,B
0は、バスサブスクライバとの関連で上述された諸条件
に従うスパーライン(詳細に図示せず)を介して、バス
接続部22,24に接続されている。
【0028】2つの同種のユニットA0,B0によって
生起された、バスモニタに関する結果つまり信号が、直
流的に結合されていない接続手段96例えば光学カップ
ラを介して、その時々に異なったユニットに供給される
のは、ユニットA0,B0によって生起された信号の同
一性及び同時性がモニタされることによってである。フ
ェールセーフのコンパレータは、同種のユニットA0,
B0と、直流的に結合されていない接続手段96例えば
光学カップラと、リレーK1,K2又は比較回路により
構成され、出力レベル(詳細に図示せず)を制御する。
これらはその時々の装置、機械又は設備の電線に設けら
れており、コンパレータによる制御の際に給電を中断し
て、装置、機械又は技術設備を安全な状態にする。リレ
ー又は保護装置は拘束制御されたコンタクトと、2つの
リレー状態のコンタクトすなわち作動コンタクト及び休
止コンタクトが同時には開閉されることはないという性
質と、等価の電子機器とを有する。
【0029】中央のバスサブスクライバ14(バスマス
タ)と、能動のダスサブスクライバ16とは、高い伝送
速度で、例えば周期的に、データライン10,12を介
してステータスメッセージを送受信する。周期は例えば
10msであってもよい。特にデジタルフォームのデー
タであるステータスメッセージは、バスサブスクライバ
18,20に達し、該バスサブスクライバによって、同
一性つまり一致があるか否かについて、予め設定された
ステータス情報と比較される。更に、好ましくはすべて
のバスサブスクライバ、特にはバスサブスクライバ1
8,20,16は、ステータスメッセージが予め設定さ
れた故障許容時間内に送受信されるか否かを検査する。
ステータスメッセージが例えば5msの故障許容時間内
に受信されない場合、又はエラーメッセージが受信され
る場合には、故障のバスライン又は故障のバスサブスク
ライバを出発点としなくてはならない。故障は少なくと
もバスサブスクライバ内で検出される。故障を検出する
バスサブスクライバの各々、例えば、バスマスタ14,
終端モジュール16あるいはバスサブスクライバ18又
は20は、エラーが検出された場合は、システム又は装
置又は設備を安全な状態に移行させることができる。安
全な状態は、例えば技術的システムの、装置の、機械の
又は設備の停止すなわち電源のオフによる作動停止であ
る。つまり、フェールセーフの原理に基づいて動作がな
されるのである。一般的に表現すれば、危険な領域にお
ける故障の検出後に、危険な活動、例えば移動、放射等
が即座に防止される。
【0030】エラー反応時間は、上記装置では、ステー
タスメッセージの、例えば10msの周期の場合にも、
安全の要件を満たすには十分に短い。1つのエラーが、
例えば15msの初期エラー検出時間内で、中央のバス
サブスクライバによって検出される。
【0031】ステータスメッセージは周期的に終端モジ
ュール16及び/又はバスマスタ14によって送信され
て、残りのバスサブスクライバ20,18,14又は1
8,20,16によって評価される。かくして、その時
々のバスの倍の長さ以上の伝搬時間が防止される。伝送
媒体が中断されるか、短絡されるときは、ステータスメ
ッセージはすべてのバスサブスクライバ14,16,1
8,20によっては受信されない。このことによって、
エラーが即座に検出される。そのとき、エラーを確認す
るバスサブスクライバ14,16,18,20のうちの
少なくとも1が、バスシステムの、及び該バスシステム
によって制御される例えば他の負荷手段の、運転停止を
起動する。
【0032】入力モジュール、出力モジュールとして形
成されているバスサブスクライバ18,20及び能動の
バスサブスクライバ16において、インテリジェントな
バスコントローラモジュール58,56,60,62及
び92,94は互いを制御し、その時々に異なったモジ
ュール内でエラーが検出されるときは、対応のメッセー
ジを即座に生起する。このメッセージは残りのバスサブ
スクライバへ伝送される。
【0033】上記バスシステムは、多数のバスサブスク
ライバを具備する長いバスラインに適当である。エラー
反応時間は、バスサブスクライバが多くかつバスライン
が長いにも拘らず、短いので、安全の諸要件は守られ
る。バスマスタ14及び/又は終端モジュール16は、
回路試験のために、他のバスサブスクライバ16,1
8,20によって受信されるメッセージを規則的に送信
する。こうした信号の周期は例えば10msである。
【0034】このことに従って、バスマスタ14が規則
的な信号を送信し、該信号は終端モジュール16によっ
て受信され、返信され、及びフィードバック情報が発生
されり可能性が生じる。この場合、バスマスタ14と終
端モジュール16の機能を交換することができる。
【0035】バスのデータラインのワイヤに参照符号1
0,12を上記にその時々に付した。上記の考察は二重
に敷設されたバスにも該当する。この場合、参照符号1
0´,12´はこうした2つの伝送媒体であり、参照符
号10´,12´は、2つのバスを有する装置では、そ
の時々に1つのバスを示している。バス10´,12´
はその時々に2つのラインを有することができる。図1
には、この事態は、参照符号10,12に括弧で括った
参照符号10´,12´を付加することによって、示さ
れる。バス10´,12´は夫々2本のワイヤを有す
る。2つのバス10´,12´の場合で、図1に図示し
た装置に比較して、2倍多いバス接続部、バス入力端、
バス出力端、バス入力端とバス出力端との間に設けられ
たストリップ導体、スパーライン、及びサブスクライバ
同士の間に設けられたワイヤが生じる。損傷(例えば機
械的の)2つのバスに同時に作用することを防止するた
めに、サブスクライバ同士の間にバス10´,12´を
種々の方法で敷設することができる。
【0036】バスシステムは特にマルチマスタ・バスシ
ステムとしても形成されることができ、この場合、2チ
ャネルのサブスクライバにより構成される。該サブスク
ライバは単チャネルのバスに接続されている。バスの端
部に設けられた能動のバスサブスクライバによって、
「サブスクライバ内のラインの中断」というエラーは、
2つのみのバスサブスクライバで、従って非常に迅速に
検出された。
【0037】すべてのバスサブスクライバは能動的であ
って、すなわち自主的に送信するのである (マルチマ
スタシステム)。デ−タ処理はマスタ内で実行される。
すべてのバスサブスクライバは自主的に周期的にステー
タスメッセージを送信する。イベント(例えば入力状態
の変化)が時間のロスなしに即座に伝送される。
【0038】システム(これは例えば20ms以内に安
全にオフにすることができねばならない)の故障許容時
間(初期故障許容時間)に従って、この時間内のバスの
中断を確実に検出しなければならない。
【0039】バスがロープとして敷設され、第1のモジ
ュール(マスタ=フィールドプログラム付きの評価ユニ
ット)及び最後のモジュール(バス終端)のみがステー
タスメッセージを10ms毎に送信するときは、1秒当
たり極わずかのステータスメッセージが伝送されねばな
らない。バスはイベントに関してはフリーである。
【0040】ロープとして敷設されたバスシステムの場
合には、マスタ及びバス終端部の不在のステータスメッ
セージでのすべてのサブスクライバによって、バスの中
断を検出することができる。
【0041】緩慢なステータスメッセージを有するバス
サブスクライバに故障が生じる場合には、第2のエラー
発生時間を出発点としなければならない。何故ならば、
結果的に2チャネルであることによって、構成要素に故
障があっても、モジュール全体の機能不全にならないか
らである。
【0042】単チャネルのバスしかないが、各モジュー
ルは2つのバスノードを有する。バスライン上のデータ
は等価である。ステータスメッセージは各ノードで発生
される。システムの初期化の際には各ノードに1個のカ
ウンタが起動され、該カウンタは各メッセージに応じて
増大される。更に、なお制御バイトも伝送される。
【0043】バスモジュールの2つのノードは、バス上
で伝送されるステータスメッセージによって、互いに独
立的にモニタする。更に、直流的に結合されていない接
続手段(リンク)は、作動メーッセージ及びエラーメー
ッセージを交換するノード同士の間にある。
【0044】図2に図示した中央のバスサブスクライバ
14の場合には、バスケーブル100とワイヤ10,1
2との接続部が示されている。バスケーブル100は給
電ライン(詳細に図示せず)も有する。中央のバスサブ
スクライバ14には、1個のCPU102につき2つの
好ましくは同一のユニットA0,B0が設けられてい
る。
【0045】図3は入力用モジュールとして形成された
バスサブスクライバ18を示しており、該バスサブスク
ライバ18は端子(詳細に図示せず)によってバスケー
ブル104,106に接続されており、該バスケーブル
104,106はワイヤ10,12及び給電ラインを有
する。バスサブスクライバすなわち入力用モジュール1
8は、複数のスイッチ(そのうちでは図3では非常スイ
ッチ112及び始動スイッチ114が図示されている)
用の入力端108,110等を有する。入力端108,
110等は、例えば、直流の分離区間を介してバスサブ
スクライバ18のユニットに接続されている端子とし
て、形成されている。
【0046】図4に図示した出力用モジュール20の場
合に、バスケーブル104,106はまた、ワイヤ1
0,12及び給電ライン(詳細に図示せず)によって、
出力用モジュールすなわちバスサブスクライバ20に接
続されている。保護装置K10,K20 ,K30 はアク
チェータとしてバスサブスクライバ20に接続されてい
る。
【0047】入力モジュールに接続されるセンサ用の端
子が1箇所のみ設けられており、モジュール内で直流的
に結合されてないまま2つのノードに分配されている一
方、アクチュエータ用の出力端、例えば116,118
は、直流的に結合されておらず、チャネル1NPNを切
り換え、チャネル2PNPを切り換えつつ、2つの異な
った端子に接続されている。
【0048】モジュール(詳しくは該モジュールのノー
ド)によって生起されるエラーメッセージは、すべての
サブスクライバに同時に伝えられる。エラーメッセージ
の処理は各モジュール内で独立的に行なわれる。
【0049】指定された、外の、ラインとして敷設され
たバスラインと、予め設定された、内側の、バスライン
の配線とに従って、エラーの除去を、破壊されたバスラ
インがシステムの故障許容時間内には検出されないうち
に、行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は安全限界信号を伝送しかつ処理するシリ
アルなデータバスシュステムのブロック回路図である。
【図2】図2は中央のバスサブスクライバのブロック回
路図である。
【図3】図3は入力モジュールとして形成されたバスサ
ブスクライバのブロック回路図である。
【図4】図4は出力モジュールとして形成されたバスサ
ブスクライバのブロック回路図である。
【符号の説明】 10 デ−タライン 10´ デ−タライン 12 デ−タライン 12´ デ−タライン 14 バスサブスクライバ 16 バスサブスクライバ 18 バスサブスクライバ 20 バスサブスクライバ 22 データライン接続部 24 データライン接続部 26 データライン接続部 28 データライン接続部 30 データライン入力端 32 データライン入力端 34 データライン入力端 36 データライン入力端 38 データライン出力端 40 データライン出力端 42 データライン出力端 44 データライン出力端 46 電気的接続手段 50 電気的接続手段 52 電気的接続手段 54 電気的接続手段 56 バスコントローラモジュール 58 バスコントローラモジュール 60 バスコントローラモジュール 62 バスコントローラモジュール 64 スパーライン 66 スパーライン 68 スパーライン 70 スパーライン 72 スパーライン 74 スパーライン 76 スパーライン 78 スパーライン 92 バスコントローラモジュール 94 バスコントローラモジュール A0 ユニット B0 ユニット A1 ユニット B1 ユニット B2 ユニット AN ユニット BN ユニット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 オラフ・ツィークラー ドイツ連邦共和国、56379 ガイルナウ、 アウシュトラーセ 35 (72)発明者 フォルクマル・シュナイダー ドイツ連邦共和国、35719 アンゲルブル ク、アム・ホファッカー 5 (72)発明者 ライナー・テューリンガー ドイツ連邦共和国、35398 ギーセン、ホ ーホシュトラーセ 18

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 伝送媒体(10,12)を有し、かつ一
    端には第1の能動のバスサブスクライバ(14)を、他
    端には第2の能動のバスサブスクライバ(16)を有す
    るシリアルなデータバスと、前記伝送媒体によって物理
    的に通過された他のバスサブスクライバ(18,20)
    とを具備するバスシステムであって、 少くなくとも前記第1の能動のバスサブスクライバ(1
    4)及び/又は前記第2の能動のバスサブスクライバ
    (16)は、ステータスメッセージを規則的に送受信す
    るためのその時々に1個の装置を有し、 前記バスサブスクライバ(14,16,18,20)の
    少なくとも1によって、その他のバスサブスクライバ
    (14,16,18,20)から発せられるステータス
    メッセージが、予め設定された期間以内に発生しないか
    否か、又は前記バスシステムのエラーのない状態に割り
    当てられたフォームからのずれがあるか否かについて点
    検され、 前記ステータスメッセージの受信が、予め設定された時
    期以内に生じないときか、又は前記バスシステムのエラ
    ーのない状態に割り当てられたフォームからずれている
    ステータスメッセージが受信されるときは、前記バスシ
    ステムは、予め設定された安全基準を満たす状態に置か
    れてなるバスシステム。
  2. 【請求項2】 前記第1の能動のバスサブスクライバ
    (14)は前記第2の能動のバスサブスクライバ(1
    6)をモニタするか、その逆であること、を特徴とする
    請求項1に記載のバスシステム。
  3. 【請求項3】 他のバスサブスクライバ(18,20)
    は、その他のバスサブスクライバ(14,16,18,
    20)から発信されるステータスメッセージか、又は前
    記伝送媒体のエラーのない状態に割り当てられたフォー
    ムからすれているステータスメッセージかをモニタする
    こと、を特徴とする請求項1又は2に記載のバスシステ
    ム。
  4. 【請求項4】 前記伝送媒体は2本のワイヤ(10,1
    2)を有すること、を特徴とする請求項1乃至3のいず
    れか1に記載のバスシステム。
  5. 【請求項5】 前記バスサブスクライバ(14,16,
    18,20)の少なくとも幾つかは互いをモニタする2
    つのユニット(A1,B1,A2,B2,AN ,BN
    )を有すること、を特徴とする請求項1乃至4のいず
    れか1に記載のバスシステム。
  6. 【請求項6】 前記バスサブスクライバ(14,16,
    18,20)の少なくとも幾つかは、互いをモニタしか
    つ好ましくはセンサ及び/又はアクチュエータに接続さ
    れているモジュールとして形成されている2つのユニッ
    ト(A1,B1,A2,B2,AN1,BN )を有す
    るモジュールとして形成されていること、を特徴とする
    請求項1乃至5のいずれか1に記載のバスシステム。
  7. 【請求項7】 データラインの端部にある第1及び第2
    の能動のバスサブスクライバ(14,16)はその時々
    に1つのデータライン接続部(22,24,26,2
    8)を有し、他のバスサブスクライバ(18,20)は
    その時々に1つのデ−タライン入力端(30,32,3
    4,36)及び1つのデ−タライン出力端(38,4
    0;42,44)を有すること、及び入力端と出力端と
    の間のデ−タラインの電気的接続手段(46,50;5
    2,54)は、その時々に、少なくとも電気的接続手段
    として、好ましくは、プリント回路上に設けられたスト
    リップ導体の形態で形成されていること、を特徴とする
    請求項1乃至6のいずれか1に記載のバスシステム。
  8. 【請求項8】 前記バスサブスクライバ(14,16,
    18,20)には、その時々に2つのインテリジェント
    なバスコントローラモジュール(56,58;60,6
    2,;92,94)は、スパーライン(64,66;6
    8,70;72,74;76,78)を介して、互いに
    独立的に、前記データライン(10,12)の電気的接
    続手段(46,50;52,54)に接続されているこ
    と、を特徴とする請求項1乃至7のいずれか1に記載の
    バスシステム。
  9. 【請求項9】 前記スパーライン(64,66;68,
    70;72,74;76,78)と、バス(10´,1
    2´)又は前記バス(10,12)の前記電気的接続手
    段(46,50;52,54)とは、損傷の場合でも同
    時的な中断又は同時的な短絡が生じないように、設けら
    れていること、を特徴とする請求項1乃至8のいずれか
    1に記載のバスシステム。
  10. 【請求項10】 前記第1の能動のバスサブスクライバ
    (14)には、2つの好ましくは同一のユニット(A
    0,B0)は、直流的に結合されておらず、かつリレー
    レベル又は等価の安全な遮断レベルへの出力端を有する
    接続手段、例えば光学カップラに接続されていること、
    を特徴とする請求項1乃至9のいずれか1に記載のバス
    システム。
  11. 【請求項11】 2つの好ましくは同一のユニット(A
    1,B1,A2,B2,AN ,BN )の間には、作
    動メッセージ及びエラーメッセージを伝送するための直
    流的に結合されていない接続手段が設けられているこ
    と、を特徴とする請求項1乃至10のいずれか1に記載
    のバスシステム。
  12. 【請求項12】 前記バスサブスクライバ(14,1
    6,18,20)に接続するセンサ用接続部はセンサ接
    続部につき1箇所に設けられていること、及び直流的に
    結合されていない接続手段は前記バスサブスクライバ
    (18,20)の2つのユニットに接続されているこ
    と、を特徴とする請求項1乃至11のいずれか1に記載
    のバスシステム。
  13. 【請求項13】 アクチュエータ用の出力端は直流的に
    結合されていないままその時々に好ましくは2つの端子
    に接続されていること、を特徴とする請求項1乃至11
    のいずれか1に記載のバスシステム。
  14. 【請求項14】 伝送媒体(10,12)を有し、かつ
    一端には第1の能動のバスサブスクライバ(14)を、
    他端には第2の能動のバスサブスクライバ(16)を有
    するシリアルなデータバスと、前記伝送媒体によって物
    理的に通過された他のバスサブスクライバ(18,2
    0)とを具備するバスシステムを作動する方法であっ
    て、 前記第1の能動のバスサブスクライバ(14)及び/又
    は前記第2の能動のバスサブスクライバ(16)は、ス
    テータスメッセージを、高いクロック速度で、シリアル
    なバスを通って送信及び/又は受信し、 前記ステータスメッセージの受信が、予め設定された時
    期以内に、前記バスサブスクライバのうちの少なくとも
    1で生じないときか、又は前記伝送媒体のアラーのない
    状態に割り当てられたフォームから偏差しているステー
    タスメッセージが、前記バスサブスクライバのうちの少
    なくとも1によって受信されるときは、前記バスシステ
    ムを、予め設定された安全基準を満たす状態に置いてな
    る方法。
  15. 【請求項15】 前記ステータスメッセージを受信する
    バスサブスクライバは前記能動のバスサブスクライバの
    少なくとも1であること、を特徴とする請求項14に記
    載の方法。
  16. 【請求項16】 予め設定された期間は140msかそ
    れより少いか、好ましくは≦20msであること、を特
    徴とする請求項14に記載の方法。
  17. 【請求項17】 前記第1の能動のバスサブスクライバ
    (14)及び/又は前記第2の能動のバスサブスクライ
    バ(16)の前記ステータスメッセージのクロック速度
    は、その他のバスサブスクライバ(18,20)のクロ
    ック速度に比例して比較的高く、好ましくは10:1乃
    至20:1の比であること、を特徴とする請求項14に
    記載の方法。
  18. 【請求項18】 前記第1の能動のバスサブスクライバ
    (14)によって送信されたステータスメッセージを、
    前記第2の能動のバスサブスクライバ(16)での受信
    の際に、該バスサブスクライバ(16)からバスを通っ
    て前記第1の能動のバスサブスクライバ(14)へ戻
    し、かつその逆であること、を特徴とする請求項14に
    記載の方法。
  19. 【請求項19】 前記第1の能動のバスサブスクライバ
    (14)及び/又は前記第2の能動のバスサブスクライ
    バ(16)から発信されるステータスメッセージを各バ
    スサブスクライバによってモニタすること、前記ステー
    タスメッセージが予め設定された時期以内に生じない
    か、又は前記バスシステムのアラーのない状態に割り当
    てられたフォームからずれているかを、試験すること、
    及び前記ステータスメッセージの受信が、予め設定され
    た時期以内に、前記バスサブスクライバのうちの少なく
    とも1で生じないときか、又は前記伝達媒体のアラーの
    ない状態に割り当てられたフォームからずれているステ
    ータスメッセージが、前記バスサブスクライバのうちの
    少なくとも1によって受信されるときは、前記バスシス
    テムを、安全基準を満たす状態に置くこと、を特徴とす
    る請求項14に記載の方法。
  20. 【請求項20】 一端には第1の能動のバスサブスクラ
    イバ(14)を、他端には第2の能動のバスサブスクラ
    イバ(16)を有するシリアルなデータバスを構成する
    伝送媒体(10,12)と、該伝送媒体によって物理的
    に通過された他のバスサブスクライバ(18,20)と
    をモニタする方法であって、 前記第1の能動のバスサブスクライバ(14)及び/又
    は前記第2の能動のバスサブスクライバ(16)は、ス
    テータスメッセージを、高いクロック速度で、シリアル
    なバスを通って送信及び/又は受信し、 前記ステータスメッセージの受信が、予め設定された時
    期以内に、前記バスサブスクライバのうちの少なくとも
    1で生じないときか、又は前記伝達媒体のアラーのない
    状態に割り当てられたフォームから偏差しているステー
    タスメッセージが、前記バスサブスクライバのうちの少
    なくとも1によって受信されるときは、前記バスシステ
    ムを、安全基準に対応する状態に置いてなる方法。
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