KR20080038307A - 개방 자동화 시스템 내에 있는 버스 사용자의 데이터 통신방법 - Google Patents
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Abstract
자동화 기술에서는, 특수한 적용예들을 위하여, 특수한 필드 버스 시스템과 독립적으로 통신 기능들의 개별적이고 편리한 적응을 가능케 하는 회로 또는 통신 인터페이스가 필요하다. 임의의 버스 사용자가 개별적이고 상호 작용적인 통신에 접속할 수 있도록, 개방 자동화 시스템의 버스 사용자의 데이터 통신 방법을 설계하기 위하여, 본 발명에 따른 방법에서: 통신-컨트롤러(KC)는 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)로 구성되고, 특수한 통신 기능들에 맞추어 최적화된 상기 통신-ALU(RPA, TPA)의 한 명령 코드에서는 다수의 명령들이 코딩되고, 상기 통신-ALU(RPA, TPA) 내에는 특수한 통신 기능들을 수행하는 논리 함수 블록들(FI, Z, V, CRC)이 평행하게 배치되어 있음으로써, 상기 통신 기능들은 사전에 확정되지 않고, 오히려 상기 자유롭게 프로그래밍 가능한 그리고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)를 토대로 하여 형성된다. 그럼으로써, 하나의 시스템 사이클에서 다수의 명령들이 실행될 수 있으며, 그에 따라 매우 상이한 네트워크들 사이에서 전이(transition)가 구현될 수 있다.
Description
본 발명은 우선 특허 청구항 1 또는 9에 따른 데이터 통신 방법, 특히 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 결합하기 위한 방법 그리고 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-프로세서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 특허 청구항 14 및 19에 따른 데이터 통신 방법, 특히 구성 방법 그리고 유연한 통신 구조를 갖는 장치, 특히 자동화 장치와도 관련이 있다. 마지막으로 본 발명은 특허 청구항 20 또는 21 및 24에 따른 데이터 통신하기 위한 방법 및 장치, 특히 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 자동 시스템의 버스 사용자들을 동기화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
제어- 및 자동화 기술에서 필드 버스 및 이더넷, 특히 실시간 이더넷과 관련된 확장을 한 가지 프로세스의 제어에 참여한 개별 유닛들 간에 이루어지는 데이터 통신 목적으로 사용하는 것은 오래전부터 공지되어 있다. 공지된 필드 버스에 대한 예들은 CAN-버스, 프로피 버스(Profibus), 모드 버스(Modbus), 디바이스 넷(DeviceNet) 또는 인터버스(Interbus)이다. 상기 유닛들의 통신은 특수화된 프로토콜을 참조하여 필드 버스/이더넷 상에서 이루어진다. 교차 결합을 위한 개방 시스템의 필요에 대응할 수 있기 위해서는, 산업 장치들을 네트워킹 가능하게 만들기 위하여, 간단하고 저렴한 통신 메커니즘을 이용해야 할 필연성이 있다. 이와 같은 요구 사항은 다른 무엇보다도, 내삽법으로 처리된 다수의 축들이 동시에 작동되어야만 하는, 수치상으로 제어되는 공작 기계 및 로봇의 경우에, 예컨대 구동 조절 장치, 파워부 및 송신기 사이에서 이루어지는 것과 같은 구동 소자들의 결합과 관련해서도 존재한다. 그렇기 때문에, 매우 다양한 기술 시스템들의 교차 결합에 대한 요구가 증가하는 경우, 산업 현장에서는 표준화된 구조물에 대한 요구가 늘어나고 있다.
이에 대한 한 가지 예는 소위 액추에이터-센서-인터페이스-표준, 간략히 ASI-표준에 따른 필드 버스이다. 상기 필드 버스 개념은 특별히 2진법 센서 또는 액추에이터가 직접 버스 기능을 하도록 만드는 것에 초점을 맞추고 있으며, 이와 같은 개념은 지금까지의 다른 필드 버스 시스템에 의해서는 불가능했었다. 자동화 시스템은 상기 버스 시스템과 결합할 수 있는 하드웨어 소자들, 특히 엔진, 센서, 액추에이터 등 - 즉, 프로세스 주변 장치 - 으로 구성되며, 상기 소자들은 하나 또는 다수의 상위 제어 장치들과의 협력에 의해 자동 생산 프로세스를 형성한다. 이 경우 버스 마스터는 버스 작동을 실행하기 위해서 반드시 필요한 모든 과제들을 담당한다. 상기 버스 마스터는 일반적으로는 상기 하드웨어 소자들을 제어하기 위한 고유의 제어 유닛으로부터 떨어져 있다.
간단한 방식으로 상기 시스템의 개방적이고 유연한 작동 방식을 얻기 위하여 - 이 경우 하드웨어 소자들은 제어 프로그램을 변경할 필요 없이 교체될 수 있음 -, DE 198 50 469 A1호에는 하드웨어 소자들의 기능에 액세스하기 위한 자동화 시스템 및 방법이 공지되어 있으며, 상기 자동화 시스템 및 방법에서 하드웨어 소자들은 상기 하드웨어 소자들의 실제 기능 제품인 기능 대상물을 갖는 시스템 결합 유닛을 각각 하나씩 구비한다. 하드웨어 소자들을 "플러그 앤드 플레이(plug and play)"-모듈로서 구현하기 위해서는, 상기 하드웨어 소자들 내부에 직접 특수한 구성 부품을 제공할 필요가 있으며, 상기 구성 부품 상에서 기능 대상물은 하드웨어 소자들의 기능에 접근하기 위한 통로로서 실행될 수 있다. 상기 특수한 구성 부품은 시스템 결합 유닛의 형태로 구현되었다. 상기 시스템 결합 유닛이 자동화 시스템의 버스 시스템에 결합 됨으로써, 결국 통신 데이터는 예를 들어 컨트롤 시스템으로부터 하드웨어 소자로 그리고 또한 상기 하드웨어 소자로부터 상기 버스 시스템과 결합한 추가의 전체 소자들로 전달될 수 있다. 따라서, 상기 시스템 결합 유닛에 의해서는, 자동화 시스템의 기존의 구조를 변경하지 않고서도 하드웨어 소자들의 대체, 보완 등이 가능해진다. 또한, 컨트롤 시스템과 하드웨어 소자들 사이에서 지금까지 필요하던 특수한 중개 대상물도 생략될 수 있다. 네트워크 송신을 위해 상기 시스템 결합 유닛은 두 개의 버스 시스템 사이에서 필요한 프로토콜을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 따라서, 예를 들어 특히 FAST ETHERNET(데이터 송신율 100 Mbit/s - Norm IEEE Std 802.3-1998)의 ETHERNET(데이터 송신율 100 Mbit/s)과 프로피 버스 사이에서는 간단한 방식으로 네트워크 송신이 가능하다. 하드웨어 소자들에 할당된 시스템 결합 유닛들을 상기 유닛들의 주변 장치에 삽입하는 과정은, 상기 기능 대상물들이 한 하드웨어 소자의 최소 기능을 발생하기 위 한 적어도 하나의 제 1 기능 대상물, 기능 대상물들을 상호 연결하기 위한 적어도 하나의 제 2 기능 대상물 그리고 시스템 처리 유닛 내에 그리고/또는 떨어져 있는 시스템 처리 유닛들 상에 그리고/또는 떨어져 있는 컴퓨터상에 존재하는 기능 대상물들의 목록을 작성하기 위한 적어도 하나의 제 3 기능 대상물을 포함함으로써 이루어진다. 상기 기능 대상물의 특이한 기능은, 시스템의 기능의 총합을 열거하는 것, 즉 총합을 요청하는 것이다. 기능 대상물들은 예를 들어 소위 DCOM-대상물(Distributed Component Object Model)로서 또는 소위 OLE-대상물(Object Linking and Embedding)로서 형성되어 있다. 또한 상기 시스템 결합 유닛은 하나의 전파 시간 시스템(Runtime-System) 그리고 하나의 프로토콜 처리 유닛(프로피 버스, UDP/IP, RPC)을 포함한다. 그렇기 때문에, 필드 버스 전용의 프로토콜을 보증 해야만 하는 상기 시스템 결합 유닛은 상당히 복잡하기 때문에 비교적 값이 비싼 표준 구성 부품이다.
안전 임계적인 프로세스에 참여한 유닛들의 에러에 안전한 통신을 보증하기 위하여, - 이 경우에는 동시에 표준 구성 부품들을 버스 마스터로서 사용하는 것이 가능함 -, DE 199 28 517 C2호에는 제어 시스템이 공지되어 있는데, 상기 제어 시스템에서는 버스 마스터가 제 1 제어 유닛 및 신호 유닛으로부터 분리되어 필드 버스에 연결되어 있으며, 상기 필드 버스의 경우에 제 1 제어 유닛은 전보 거래의 순환 방향을 기준으로 신호 유닛 앞에 배치되어 있고, 상기 필드 버스의 경우에 상기 제 1 제어 유닛은 신호 유닛으로 어드레싱 된 전보 데이터를 에러에 안전한 전보 데이터로 대체하기 위한 수단을 포함한다. 이 경우에는, 상기 제 1 제어 유닛을 단순한 버스 사용자로서, 즉 버스 마스터 기능 없이 필드 버스에 연결하는 것이 가능하다. 또한 상기 제어 시스템은 안전 비임계적인 프로세스를 제어하기 위한 제 2 제어 유닛을 포함하고, 상기 제 2 제어 유닛은 상기 제 1 제어 유닛으로부터 분리되어 필드 버스에 연결되어 있다. 상기 제 2 제어 유닛은 공지된 다른 소자들 이외에 마이크로-컨트롤러 그리고 마스터-프로토콜 칩을 포함한다. 상기 마스터-프로토콜 칩은 본 경우에 인터 버스를 위한 버스 마스터 기능을 갖고, 버스 마스터로서 언급된다. 이와 같은 유형의 마스터 프로토콜 칩들은 표준 부품으로서 다양한 제조자들로부터 구입할 수 있다. 제 1 제어 유닛 내에 포함된 통신 모듈은 슬레이브-프로토콜 칩을 구비하고, 상기 슬레이브-프로토콜 칩은 입력 측에서는 제 1 버스 연결부를 통해서 그리고 출력 측에서는 제 2 버스 연결부를 통해서 필드 버스에 연결되어 있다. 상기 프로토콜 칩은 신호 유닛들 내에 포함된 프로토콜 칩들에 상응하는데, 이 프로토콜 칩들은 버스 사용자로서 안전과 관련된 장치들을 필드 버스에 연결한다. 전보 거래가 연속적으로 순환하는 필드 버스의 경우에, 그 어떤 것도 버스 마스터 기능을 갖지 않는 버스 사용자들 사이에서도 슬레이브-투-슬레이브-통신을 만들기 위하여, 데이터를 다른 버스 사용자에게 발송하고자 하는 버스 사용자의 프로토콜 칩은 하나의 송신 메모리만큼 그리고 경우에 따라서는 하나의 수신 메모리만큼 보완된다. 다시 말해, 순환하는 전보 거래의 기능 방식은 각 버스 사용자 내에 배치된 동일한 슬레이브-프로토콜-칩을 토대로 하며, 종종 "연속 마이크로프로세서 인터페이스(SUPI)"로서 언급된다. 다양한 제조자들로부터 구입할 수 있는 표준 부품을 사용함으로써, 제어 시스템의 비용은 더 낮게 유지될 수 있다; 전체적으로 볼 때 필드 버스 전용 프로토콜을 보장해야만 하는 신호 유닛 및 버스 마스터는 복잡하기 때문에 비용도 비교적 높다.
한 가지 유사한 경로는 DE 299 07 909 U1호에 공지된 그리고 제조 장치에 통합된 모니터링 시스템에서, 삽입 카드를 토대로 하여 삽입된다. 상세히 말하자면, 각각의 삽입 카드는 마이크로 프로세서, 상기 마이크로 프로세서에 연결되어 있고 프로세스 데이터를 저장하기 위한 메모리 유닛, 상기 마이크로 프로세서에 연결된 센서 버스-인터페이스(RS 485) 및 필드 버스-인터페이스(RS 485), 상기 마이크로 프로세서를 호스트-컴퓨터에 접속하기 위한 인터페이스(ISA-버스 인터페이스) 및 모뎀에 연결하기 위한 서비스-인터페이스(RS-232)를 포함한다. 상기 통합된 필드 버스-인터페이스 또는 센서 버스-인터페이스는 각각 ISO-인터페이스 및 필드 버스-데이터 프로세서(SPC 3), 본 실시예에서는 프로피 버스-데이터 프로세서를 포함한다. 기계 제어 장치는 선택적으로 상기 통합된 프로피 버스-인터페이스를 통해 삽입 카드에 연결되거나 또는 I/O-박스를 통해 센서-전자 장치 유닛과 연결되어 있다. 상기 지능적인 센서-전자 장치 유닛들은 각각 센서의 제공, 센서 데이터의 검출, 측정 신호 예비 처리(신호 필터링, 신호 증폭 등) 그리고 간단한 신호 분석(피크 값의 디지털 방식의 필터링, 검출 등)을 가능케 한다. 그렇기 때문에, 지능적인 센서-전자 장치 유닛이란, 고유의 마이크로-컨트롤러, 필터, 증폭기, 전류 공급 장치 및 센서 버스 인터페이스를 포함하는 모듈로서 이해된다. 상기 센서-전자 장치 유닛은 삽입 카드를 통해 각각의 처리 전에 새롭게 매개 변수화 될 수 있다. 이와 같은 내용은 예를 들어 증폭 팩터, 필터 값 그리고 다수의 입력 신호들을 하 나의 총합 신호로 계산하는 것과 관련이 있다. 상기 프로피 버스-인터페이스를 통해서는, 모니터링 프로세스가 처리 프로세스와 동기화된다. 소위 자동화된 설정 루틴을 통해서는, 상기 모니터링 시스템이 간단히 제조 장치 내부에 결합할 수 있다. 상기 자동화된 설정 루틴은 예를 들어 제어부 상에서 언어의 검출을 실행하고, 그와 연관된 언어 전환, 센서 버스에서 센서의 검출 그리고 증폭값 및 필터링 값의 자동적인 구성을 실행한다. 메모리 프로그래밍 가능한 제어부(SPS)의 입력 및 출력은 자동으로 할당되고, 삽입 카드상에 있는 실시간-사이클의 시각은 호스트 컴퓨터의 시각에 의해 자동으로 보상된다. 삽입 카드는 예를 들어 네 개까지의 센서 채널의 모니터링을 가능케 하며, 이 경우 센서 버스-인터페이스를 위한 통신 프로세서에 의해서는 460.8 kBaud까지의 데이터 송신율과 동시에 높은 간섭 안정도(interference immunity)에 도달하게 된다. 바람직하게, 상기 삽입 카드의 마이크로 프로세서는 4의 해밍 거리(Hamming Distance)를 갖는 해밍 코드로 된 데이터를 처리하고, 암호화 및 암호 해독을 담당한다. 마이크로 프로세서와 호스트-컴퓨터에 대한 ISA-버스 인터페이스 사이에는 어드레스 디코더가 제공되어 있으며, 상기 어드레스 디코더는 공지된 방식으로, PC 내에서 이루어지는 어드레스 액세스 및 메모리 액세스의 코딩 및 디코딩을 담당한다. 삽입 카드의 전압 공급은 ISA-인터페이스를 통해 이루어지며, 상기 ISA-인터페이스를 통해서는 또한 호스트 컴퓨터와의 통신도 이루어진다. 삽입 카드가 모니터링을 담당하는 하나의 고유한 프로세서를 구비하기 때문에, 호스트 컴퓨터의 CPU는 계산 처리 능력으로 채워지지 않는다. 센서-전자 장치 유닛과의 통신을 위해서는, 실시간 가능한 센서 버스 프로토콜이 규정되어 있다. 이것은 측정 데이터의 질문 그리고 규정된 응답 시간으로 센서의 제어 및 매개 변수화를 가능케 한다. 모니터링 데이터는 예를 들어 10 ms의 사이클로 처리되고, 센서 데이터 예비 처리는 1 ms 미만의 스캐닝 속도를 허용한다. 따라서, 충돌 모니터링을 위해서는 1 ms 미만의 반응 시간이 보증될 수 있다. 필드 버스 또는 프로피 버스를 통해서는, 동기화 데이터 이외에 바람직하게는 토크, 엔진 전류 그리고 축 속도와 같은 프로세스 특유의 축 신호들도 전달될 수 있다. 프로토콜은 예를 들어 여덟 개까지의 다양한 축들의 질문을 허용할 수 있다. 필요한 제어 데이터는 기계 제어 장치의 제어 코어로부터 필드 버스를 통해 삽입 카드의 마이크로 프로세서에 직접 전달될 수도 있다. 이 경우에는 어떤 특수한 센서 장치도 필요치 않고, 삽입 카드상에 있는 센서 버스-인터페이스는 생략될 수 있다. 서비스-인터페이스를 통해서는 모든 설정들, 소프트웨어-업 데이트 그리고 프로세스 시각화가 이루어질 수 있다. 모뎀 인터페이스로서의 설계에 의해서는, 모뎀 원격 서비스(teleservice)-기능 및 원격 진단-기능들이 제공될 수 있다. 그럼으로써, 시스템은 원거리로부터 완전히 조작 가능하고 매개 변수화 가능하다. 프로세스 데이터의 시각화는 호스트 컴퓨터(제어 장치, 산업용 PC)상에 있는 프로그램을 통해 이루어질 수 있다. 단점은 재차, 필드 버스 전용 프로토콜을 보증해야만 하는 지능적인 센서-전자 장치 유닛 및 삽입 카드가 복잡하기 때문에 비교적 가격이 비싸다는 것이다.
또한 DE 198 31 405 A1호에는 퍼스널 컴퓨터를 갖춘 제어 시스템이 공지되어 있으며, 상기 퍼스널 컴퓨터는 제어 프로그램을 처리하기 위하여 적어도 하나의 PC-프로세서, 프로그램 메모리 그리고 데이터 메모리를 구비하고, 상기 퍼스널 컴퓨터에는 필드 버스에 접속하기 위한 통신 프로세서가 제공되며, 상기 필드 버스에는 프로세스를 제어하기 위한 센서 및/또는 액추에이터가 연결될 수 있다. 필드 버스에서 통신하기 위하여, 상기 퍼스널 컴퓨터 내에는 삽입 카드가 삽입되어 있으며, 상기 삽입 카드는 내부 PCI-버스에 연결되어 있고, 상기 PCI-버스는 데이터 라인, 제어 라인 및 어드레스 라인을 구비한다. PCI-버스 접속부 및 내부 버스를 통하여, PC-프로세서는 삽입 카드의 소자들과 통신한다. 상기 삽입 카드상에는 통신 프로세서가 배치되어 있고, 상기 통신 프로세서는 PC-프로세서에 의한 상응하는 매개 변수화 후에 필드 버스에서 자동으로 순환적인 데이터 송신을 실행하고, 실질적으로 ASIC로 구성된다. 상기 통신 프로세서는 순환 방식으로 데이터를 송신하는 필드 버스에서 PROFIBUS DP 방식에 따라 마스터로서 작동할 수 있고, 프로세스 데이터의 검출시에는 "사이클 비터(cycle beater)"의 기능을 갖는다. 또한 메모리가 제공되며, 상기 메모리 내에는 필드 버스에서 입력된 프로세스 데이터가 저장된다. 따라서, 상기 메모리는 현재의 프로세스 이미지를 보유하고, 상기 프로세스 이미지에는 PC-프로세서에 의해 언제나 액세스가 이루어질 수 있다. 입력된 프로세스 데이터의 폴링(pollen) 또는 필드 버스 사이클의 모니터링으로부터 PC-프로세서의 부하를 줄이기 위하여, 모니터링 유닛이 제공되었다. 상기 모니터링 유닛은 매개 변수화 가능한 하드웨어 접속에 의하여 구현될 수 있으나, 통신 프로세서 프로그램의 확장에 의한 소프트웨어 응답도 가능하다. 이 경우 하드웨어 회로는 소형 RAM 그리고 프로그래밍 가능한 논리 모듈로 구성되며, 상기 RAM은 PC-프로세서의 어드레 스 공간에 통합되었기 때문에, 상기 프로세서에 의하여 직접 어드레싱 될 수 있고, 상기 논리 모듈은 상기 RAM에 저장된 매개 변수화에 상응하게 필드 버스에서 이루어지는 순환적인 데이터 송신 및/또는 필드 버스에서 입력된 데이터를 모니터링 한다. 프로그램 메모리 내부에서 제어 프로그램을 실행하는 경우에, PC-프로세서는 RAM에 액세스하고, 그곳에서 모니터링 유닛의 기능을 원하는 방식으로 결정하기 위하여 상응하는 비트를 세팅한다. 이와 같은 매개 변수화에 의해서는 예를 들어, 어떤 경우에 모니터링 유닛이 중단되어야만 하는지가 결정되며, 상기 중단은 PCI-버스 접속부 및 PCI-버스를 통해 PC-프로세서로 전달된다. 그에 따라, 어떤 이벤트에서 PC-프로세서가 필드 버스에서 입력된 데이터를 부가 처리하기 위하여, 제어 프로그램에 의해 프롬프팅 되어야 하는지가 결정된다. 프로세스 제어부의 작동중에는, 통신 프로세서가 마스터로서 지속적으로 사용자, 예컨대 관류 변환기 또는 충전 레벨 측정 변환기와 같은 센서, 또는 탱크, 필드 버스에서 슬레이브로서 작동되는 공급 밸브 또는 배출 밸브와 같은 액추에이터를 폴링한다. 통신 프로세서에 의하여 한 슬레이브의 프로세스 데이터가 판독 입력되었다면, 상기 통신 프로세서는 상기 프로세스 데이터를 개별 프로세스 데이터용으로 제공된 메모리의 메모리 셀 내부에 삽입하고자 한다. 모니터링 유닛의 논리 모듈은 기록 액세스의 어드레스를 참조하여, 개별 프로세스 데이터의 변동시 중단이 발생 되어야 하는지의 여부를 체크한다. 이와 같은 체크는 간단한 방식으로 이루어질 수 있는데, 그 이유는 개별 슬레이브의 프로세스 데이터가 각각 상기 메모리 내부에 있는 고정된 저장 공간에 저장되어 있기 때문이다. 개별 데이터의 변동시 중단이 발생해야만 하는 경 우에, 논리 모듈 내에 구현된 데이터 비교기는 상기 통신 프로세서에 의해 버스 상에 배치된 데이터를 이전의 프로세스 데이터, 즉 논리 모듈에 의해 이전에 메모리로부터 판독 출력된 프로세스 데이터와 비교하게 된다. 이전 프로세스 데이터와 현재 입력된 데이터의 비교 그리고 중단-발생이 하드웨어 내에 구현된 모니터링 유닛에 의하여 실행되기 때문에, 바람직하게는 상기 프로세스 데이터의 변동에 대하여 제어 시스템이 매우 신속하게 반응할 수 있게 된다. 이 경우의 단점은 재차, 필드 버스 전용의 프로토콜을 보증해야만 하는 모니터링 유닛 및 통신 프로세서가 복잡하기 때문에 비교적 값이 비싸다는 것이다.
또한, 다양한 통신 시스템을 교차 결합할 때에 (패스트)-이더넷-송신 기술을 이용하는 것도 공지되어 있다. 예를 들어 DE 100 47 925 A1호에는, 이더넷-피직을 갖는 통신 시스템 내에서 다수의 네트워크 사용자들 간에 실시간 통신하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 상기 방법에서 마스터 유닛 그리고 하나 또는 다수의 슬레이브 유닛은 네트워크를 통해 전달된 전보에 의해서 서로 통신하며, 각각의 슬레이드 유닛이 하나의 공통된 타임 베이스에 의해 마스터 유닛에 맞추어 동기화되고, 네트워크 사용자들 간에 이루어지는 송신 동작 및 수신 동작을 위한 액세스 제어가 타임 슬롯 액세스 방법을 통해 이루어짐으로써, 상기 전보의 주기적인 교체는 등거리 스캐닝 시점으로 이루어진다. 통신 시스템의 성능에 대한 요구 조건들은 자동화 기술에서 예를 들어 구동 소자들을 결합하는 경우에는 특히 크다. 송신기, 파워부 및 구동 조절 장치 사이에서 이루어지는 데이터 교체시, 부동 시간(dead time)으로서 조절 회로 내부에 등록되는 데이터 송신 시간은 특히 중요한 변수이 다. 상기 부동 시간이 작으면 작을수록, 조절 시스템에 의하여 그만큼 더 높은 동력에 도달하게 된다. 자동화 기술에서는 실시간 조건의 매우 정확한 준수뿐만 아니라 높은 송신 안전성도 중요하기 때문에, 상기 요구 조건들을 충족하지 않는 상기 (패스트)-이더넷의 표준화된 송신 층(2)(전보 프레임 및 액세스 방법)은 새로운 전보 프레임 및 새로운 액세스 제어 방식으로 완전히 새롭게 규정되며, 이로써 이더넷-피직은 예를 들어 구동 소자들 간에 이루어지는 실시간 통신을 위한 토대로서 이용된다. 이 경우에는 조절 유닛과 송신기와 파워부 사이에서 이루어지는 통신뿐만 아니라 동작 제어부에 대한 접속도 구현될 수 있다. 동일한 스캐닝 시점으로 주기적으로 데이터 교체를 구현할 수 있기 위하여, 마스터 및 모든 슬레이브에 공통적인 하나의 타임 베이스가 만들어진다. 슬레이브를 마스터에 동기화하는 과정은 특히 뛰어나고 시간상으로 규정되었으며 슬레이브로 송신되는 전보 그리고 슬레이브 내에서 개별적으로 매개 변수화된 시간 계수기에 의해 이루어진다. 유효 데이터는 하나의 전보 프레임 안에서 송신될 수 있는데, 상기 전보 프레임에는 슬레이브-어드레싱 및 전보 길이 정보 이외에 예를 들어 CRC-체크 섬을 이용한 데이터 보전성의 안전 조치 그리고 안전과 관련된 추가의 데이터 영역들이 제공된다. 전보 프레임 안에 있는 데이터는 애플리케이션 프로세서에 의해서뿐만 아니라 통신 모듈에 의해서도 평가될 수 있으며, 이와 같은 사실은 제 2의 작동 개시 채널을 가능케 한다. 응용되는 송신 기술이 이더넷-표준에 따라 원칙적으로는 단지 포인트-투-포인트-접속만을 허용하지만, 다수의 또는 각각의 네트워크 사용자가 회로부를 통하여 네트워크 마디점의 형성을 위해 이용되고, 상기 회로부가 다른 하나의 마스 터 유닛 또는 추가의 슬레이드 유닛의 방향으로 전보를 전달하기 위해 이용됨으로써, (패스트)-이더넷 네트워크의 경우와 마찬가지로 네트워크 마디점(소위 HUBs)의 사용에 의해서도 네트워크의 형성이 가능해질 수 있다. 그럼으로써, 실시간 통신을 실행하기 위한 이더넷-피직과 네트워크 마디점을 통해 연결된 포인트-투-포인트-접속부를 갖춘 계층적인 네트워크도 더욱 큰 네트워크 형태로 세워질 수 있다. 제 1 통신 시스템이 수치적인 동작 제어부를 마스터 유닛으로서 포함하고, 적어도 하나의 조절 유닛을 슬레이브 유닛으로서 포함하며, 이 경우 각각의 조절 유닛이 추가의 통신 시스템의 마스터 유닛으로서 이용되고, 상기 추가의 통신 시스템이 엔진을 구동시키기 위한 적어도 하나의 파워부 및 해당 송신기 시스템을 슬레이브 유닛으로 구비함으로써, 상기와 같은 내용은 분배된 구동 시스템의 교차 결합 또는 결합을 위해서도 적합하다. 각각의 네트워크 사용자 내부에 있는 패스트-이더넷-라인 드라이버 및 상황에 따라 존재하는 네트워크 마디점을 통해, 전보는 개별 프로토콜 모듈에 도달하게 되며, 상기 프로토콜 모듈은 전보 프로토콜을 실행하고, 상기 프로토콜 모듈 내에서는 타임 슬롯 액세스 방법이 구현된다. 상기 프로토콜 모듈이 슬레이브-애플리케이션의 마이크로 프로세서(고유의 파워부)와 무관하다면, 전보 프레임의 컨트롤-비트에 의해 결정된 애플리케이션 이벤트들은, 상기 전보 프레임의 마이크로 프로세서 및 상응하는 소프트웨어 없이도 슬레이브 내에서 작동 개시될 수 있다. 이와 같은 내용은 안전 지향적인 특정 적용예(예컨대 비상-아웃(emergency-out) 등)를 위해서 필요한 제 2 작동 개시 채널에 상응한다.
또한, DE 100 04 425 A1호에는 다수의 네트워크 사용자, 예를 들어 센서 및 액추에이터를 구비하고 데이터 송신용 네트워크를 통해 서로 연결된 네트워크가 공지되어 있다. 시각 동기화와 관련하여 개선된 정확성에 도달하기 위해, 제 1 전보는 송신 시간 지연만큼 보정된 제 1 네트워크 사용자의 시각을 보유하며, 제 2 네트워크 사용자는 제 1 전보 수신 이후의 시간 지연을 측정하고, 제 1 전보 내에서 수신된 시각을 전파 시간 및 수신 시간 지연만큼 보정할 목적으로 형성되었다. 상기 제 2 네트워크 사용자가 또한 상기 제 1 전보의 수신과 상기 제 2 전보의 발송 사이에서 전파 시간 및 지연 시간만큼 보정된 수신된 시각을 보유하는 제 2 전보를 시각 동기화의 목적으로 제 3 네트워크 사용자로 발송하면, 상기 각각 보정된 시각은 네트워크 사용자로부터 네트워크 사용자로 반복적으로 송신될 수 있다. 또한, 하나의 전보의 전파 시간의 처음과 끝은 각각, 하나의 전보의 특징적인 필드가 전보 시작으로부터 고정된 간격을 두고 상기 제 1 네트워크 사용자의 미디어-독립-인터페이스를 벗어나거나 또는 상기 제 2 네트워크 사용자의 미디어-독립-인터페이스 내부에 삽입되는 시점으로서 결정될 수 있다. 이 경우 바람직하게 발송 시간 지연, 전파 시간 및 수신 시간 지연의 측정은 개별 전보의 길이와 무관하다. 네트워크 소자들이 이더넷-사양, 패스트-이더넷-사양 또는 기가 비트-이더넷-사양을 충족시키면, 전보의 특징 필드로서는 바람직하게 타입-필드가 사용될 수 있다. 네트워크 사용자, 특히 필드 장치에는 추가의 네트워크 소자들을 연결하기 위하여 다수의 포트, 특히 네 개의 포트가 설치될 수 있다. 이 경우 인터페이스, 소위 마이크로 프로세서-인터페이스는 상기 포트를 하나의 사용자 내부 프로세서 버스와 연결하기 위하여 제공될 수 있고, 상기 포트와 마이크로 프로세서-인터페이스 사이에서 전보 경로의 조종을 실행하는 제어 유닛, 소위 스위치-컨트롤이 제공될 수 있다. 이와 같은 제공의 장점은 네트워크 사용자들, 특히 필드 장치들이 필드 버스 사용자에게 익숙한 방식으로, 선형 구조로 상호 접속될 수 있다는 것이다. 별 모양의 구조에서 필요할 수 있는 별도의 스위치는 생략된다. 스위치-기능을 네트워크 사용자에 통합하는 방식의 장점은, 특히 이더넷의 경우에는 CSMA/CD-액세스 제어부가 활동력을 상실할 수 있고, 네트워크가 결정적인 특성이 있다는 것이다. 그에 따라, 네트워크 사용자 및 네트워크의 사용 범위는 실시간 특성이 필요한 적용의 경우로 확장된다. 네트워크 영역들을 여러 가지 피직 및 여러 가지 프로토콜과 결합하기 위한 게이트웨이는 필요치 않다. 상기 네트워크 사용자의 적용 전용 회로부와의 통신은 마이크로 프로세서-버스를 통해 이루어지며, 상기 마이크로 프로세서-버스에는 RAM, 마이크로 프로세서 그리고 마이크로 프로세서-인터페이스가 연결되어 있다. 상기 마이크로 프로세서의 과제는 응용 프로그램 및 통신 기능의 실행, 예를 들어 TCP/IP의 실행이다. 추가의 과제는, 하나의 외부 RAM 안에서 상이한 우선 순위를 갖는 전보들의 송신 리스트 및 수신 리스트를 관리하는 것일 수 있다. 통신 인터페이스의 ASIC 내에는 또한 네 개의 이더넷-컨트롤러가 통합되어 있다. 상기 이더넷-컨트롤러 각각은 멀티플렉서, DMA 2-컨트롤로서도 언급되는 DMA-컨트롤러를 통해 완전히 수신된 전보의 데이터 바이트를 등록하고, 상기 마이크로 프로세서-인터페이스를 RAM 안에 있는 수신 리스트에 등록한다. 상기 마이크로 프로세서는 수신 리스트에 액세스하여 상기 수신된 데이터를 응용 프로그램에 상응하게 평가한다. 상기 마이크로 프로세서-인터페이스는 이더넷-컨트롤러와 마이크로 프로세서-버스 사이에서 중요한 인터페이스를 형성한다. 상기 마이크로 프로세서-인터페이스는 DMA-컨트롤러를 통해 RAM에 대하여 실행되는 기록 액세스 및 판독 액세스를 제어하거나 또는 중재한다. 두 개의 DMA-컨트롤러에 의해서 동시에 DMA-요구 사항들이 제시되면, 상기 마이크로 프로세서-인터페이스가 두 개 DMA-채널의 액세스 권한들에 대하여 결정한다. 상기 마이크로 프로세서-인터페이스를 통해서는 또한, 네트워크 사용자의 통신 인터페이스를 작동시키기 위해서 필요한 파라미터 레지스터가 마이크로 프로세서에 의하여 기술될 수 있다. 송신-컨트롤로 언급된 상기 이더넷-컨트롤러의 한 장치는 전보의 발송, 반복, 송신 중단 등을 담당하는 제어 유닛을 포함한다. 상기 장치는 내부 컨트롤러 사이클과 송신 사이클 사이에서 인터페이스를 형성한다. 우선 순위가 낮은 전보와 우선 순위가 높은 전보를 위한 한 가지 발송-상태-정보를 저장하기 위하여, 상기 장치 내부에는 발송-상태-레지스터가 각각 하나씩 제공되어 있다. 하나의 전보가 에러 없이 포트를 통해 송신되었다면, 상응하는 중단이 발생한다. 미디어-독립-인터페이스(MII; Media Independent Interface)는 일곱 개-층-모델에 따라 상기 층(2), 즉 데이터-링크-층의 MAC-서브 층을 통합한다. 상기 미디어-독립-인터페이스(MII)는 물리적인 데이터 송신을 위한 모듈에 대하여 인터페이스를 형성한다. 또한 상기 미디어-독립-인터페이스(MII)는 발송-기능-블록 그리고 수신-기능-블록을 하나씩 포함한다. 더 나아가서는 MAC-컨트롤-블록, 어드레스 필터, 통계 계수기 그리고 호스트-인터페이스가 통합되어 있다. 상기 미디어-독립-인터페이스(MII)를 통해 제어 데이터 및 구성 데이터가 모듈로 송신될 수 있고, 상태 정보들이 상기 모듈에 의하여 판독될 수 있 다.
분배된 자동화 시스템, 예를 들어 구동 기술 영역에서는 특정 시간의 특정 데이터(즉, 실시간 데이터)가 이를 위해 규정된 사용자에 도달하여 수신자에 의해서 처리되어야만 한다. JEC 61491호, EN 61491 SERCOS 인터페이스 - 기술적인 간략한 설명(http://www.ser-cos.de/deutsch/indexdeutsch.htm)에 따르면, 전술한 방식의 성공적인 실시간 임계적인 데이터 통신은 분배된 자동화 시스템 내에서만 보증될 수 있다. 또한, 자동화 기술에서는 등거리-특성들을 갖는 동기적인 사이클 방식의 통신 시스템이 공지되어 있으며, 이와 같은 방식은 DE 101 40 861 A1호에 예를 들어 데이터 네트워크 사이에서 데이터를 송신하기 위한 시스템 및 방법에 대하여 기술되어 있다. 상세하게 말하자면, 제 1 데이터 네트워크는 데이터를 적어도 하나의 제 1 송신 사이클로 송신하기 위한 제 1 수단을 구비하며, 이 경우 상기 제 1 송신 사이클은 실시간 임계적인 데이터를 송신하기 위한 제 1 영역 및 비 실시간 임계적인 데이터를 송신하기 위한 제 2 영역으로 분할되어 있다. 상기 제 2 데이터 네트워크 내에는 데이터를 적어도 하나의 제 2 송신 사이클로 송신하기 위한 제 2 수단이 제공되어 있으며, 이 경우 상기 제 2 송신 사이클은 실시간 임계적인 데이터를 송신하기 위한 제 3 영역 및 비 실시간 임계적인 데이터를 송신하기 위한 제 4 영역으로 분할되어 있다. 마지막으로, 데이터 네트워크들을 동일한 또는 상이한 통신 프로토콜, 예를 들어 이더넷-데이터 네트워크, 특히 등시성의 실시간 이더넷-통신 시스템과, PROFIBUS-데이터 네트워크와 결합하기 위하여 또는 등시성의 실시간 이더넷-데이터 네트워크를 SERCOS-데이터 네트워크 및/또는 FIREWIRE- 데이터 네트워크 또는 PROFIBUS-데이터 네트워크와 결합하기 위하여 그리고/또는 FIREWIRE-데이터 네트워크를 SERCOS-데이터 네트워크와 결합하기 위하여, 상기 제 1 영역의 실시간 임계적인 데이터를 제 3 영역으로 송신하기 위한 결합 유닛(라우터)이 제공되어 있다. 실시간 임계적인 데이터를 하나의 데이터 네트워크로부터 다른 데이터 네트워크로 송신할 수 있는 가능성은, 다른 데이터 네트워크 내에서도 국부적인 상대적 시간 사이클-동기화 전보를 이용하여 동기화하기 위하여, 사이클-동기화 전보를 상기 하나의 데이터 네트워크의 사이클 비트로부터 다른 데이터 네트워크로 전달하기 위해 이용된다. 이 목적을 위해, 상이한 데이터 네트워크들은 각각 고유의 사이클 비터를 갖는다. 데이터 네트워크 중첩적인 사이클 동기화로 인하여, 데이터 네트워크의 각 사용자에서는 상대적 시간이 구현될 수 있고, 이와 같은 상대적 시간은 시스템에 걸쳐 분명한 시각이 된다. 따라서, 상기와 같은 기본 메커니즘을 토대로 하면, 통일적인 시간 이해를 갖는 두 개의 통신 시스템 내에서 이벤트들이 검출되거나 또는 시간 관계적인 스위칭 이벤트들이 고유한 또는 다른 데이터 네트워크 내에서 개시될 수 있다. 상대적 시간의 정확성은 적어도 한 송신 사이클의 정확성에 상응한다. 이 경우 라우터는 이산적인 장치로서 형성될 수 있거나 또는 하나의 데이터 네트워크의 한 사용자의 통합적인 구성 부품일 수도 있으며, 이 경우 데이터 네트워크 사이에서는 필요에 따라 제어되는 비 주기적인 통신의 라우팅, 예를 들어 Remote Procedure Calls(RPC)도 가능하고, 상응하는 통신은 고유한 및/또는 개방된 프로토콜로 이루어질 수 있다.
자동화 소자들(예를 들어 제어부, 구동 장치)에는 일반적으로 주기적으로 순 환하는 통신 시스템에 대한 인터페이스가 제공된다. 자동화 소자들(패스트-사이클, 예컨대 구동 장치의 제어부, 회전수-토크 조절 장치 안에서의 위치 조절)의 한 실행 평면이 통신 사이클에 대하여 동기화됨으로써, 통신 사이클이 결정된다. 상기 자동화 소자들의 느리게 진행하는 다른 알고리즘(슬로우-사이클, 온도 조절)도 마찬가지로, 더욱 느린 사이클이 충분하기는 하지만, 단지 상기 통신 사이클을 통해서만 다른 소자들(예컨대 팬, 펌프를 위한 2진 스위치)과 통신한다. 시스템 내에 있는 모든 정보들의 송신을 위하여 단 하나의 통신 사이클을 사용함으로써, 송신 구간의 대역폭에 대한 높은 요구 수준이 생성된다. 그에 따라, 상기 시스템 소자들은 각각의 프로세스- 또는 자동화 평면을 위한 통신을 위하여, 자신의 사이클로 모든 관련 정보들을 송신하기 위해, 단 하나의 통신 시스템 또는 통신 사이클(패스트-사이클)을 이용한다. 단지 슬로우-사이클에서만 필요한 데이터는, 대역폭에 대한 요구 수준을 제한하기 위하여, 예를 들어 추가의 프로토콜을 통하여 등급화되어 송신될 수 있다. DE 101 47 421 A1호에는, 스위칭 가능한 데이터 네트워크 내에 있는 제 1 사용자를 상기 스위칭 가능한 데이터 네트워크 내에 있는 제 2 사용자에 의하여 조절하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 이 경우 제어 회로는 스위칭 가능한 데이터 네트워크를 통하여 폐쇄된다. 이 목적을 위해, 상기 스위칭 가능한 데이터 네트워크의 사용자들 간에 이루어지는 통신은 하나 또는 다수의 포인트-투-포인트 접속부를 통해 상호 동기적인 송신 사이클로 이루어진다. 이 경우 데이터 네트워크를 통한 실제-값 및 목표-값 또는 설정 변수의 통신을 위해서는, 상기 조절을 위해 필요한 데이터 전보의 통신이 결정된 타임 윈도우 내에서 이루어 진다. 또한, 한 데이터 네트워크의 한 사용자에 의해 상기 데이터 네트워크의 하나 또는 다수의 사용자를 위해 발생하는 가이드 값도 상기 스위칭 가능한 데이터 네크워크를 통해서 송신될 수 있다. 이 경우에는 예를 들어 하나의 축, 즉 소위 마스터-축, 한 설비의 실제-값의 검출이 다루어질 수 있다. 상기 실제-값을 토대로 하여, 관련 사용자에 의해 가이드 값이 발생하고, 상기 가이드 값은 소위 슬레이브-축을 제어하기 위해서 사용된다. 상기와 같은 제어 장치의 기능, 예를 들어 메모리 프로그래밍 가능한 제어, 모션-컨트롤-제어 또는 수치적인 제어는 하나의 구동 장치에 통합될 수도 있다. 입력/출력-스테이션을 하나의 제어 유닛에 결합하는 이외에 하나의 사용자 내에서는 상대적 시간도 발생할 수 있다. 상기 상대적인 시간은 마스터-시간에 의해서 발생하고, 네트워크 내에서 주기적으로 분배되며, 데이터 네트워크에 참여한 모든 사용자에 동일하게 설정된 시각이 제공되도록 보증해준다. 이 경우 상기 상대적 시간을 위한 타임 베이스는 동기적인 송신 사이클에 의해서 그리고/또는 상기 송신 사이클을 타임 슬롯으로 분할함으로써 제공되었다. 상기 공통적인 시간을 토대로 하여, 시간 소인을 갖는 이벤트들이 검출될 수 있거나(예컨대 디지털 I/O's의 플랭크 검출) 또는 스위칭 과정들(예컨대 디지털/아날로그 출력부의 스위칭)에 상응하는 타임 소인이 제공될 수 있고, 스위칭 출력이 상기와 같은 공통적인 상대적 시간을 토대로 하여 실행될 수 있다. 상이한 “서비스 품질(quality of service)”을 구현하기 위하여, 실시간 통신 내에서는 잠재적으로 다수의 통신 사이클이 존재하는데, 예를 들면: 동일 진행 접속을 위한 1 ms-사이클(버스를 통한 가이드 값), 시간 임계적인 축을 위한 회전수 목표-/위치 목표- /I/O-인터페이스, 패스트 I/O-결합 또는 시간 비임계적인 축(주파수 변환기, 간단한 위치 설정 축)을 위한 4 ms-사이클, 응용 데이터 예컨대: 분배된 시스템 내에서의 비상-오프-제어, 분배된 시프트 레지스터(제품 추적), 구동(예컨대 작동 방식), 드릴링 자동화 장치에서의 새로운 드릴링 지시(예컨대 드릴링 깊이) 또는 프로젝팅-데이터 및 프로젝팅-이벤트를 위한 비동기적인 및/또는 이벤트-제어된 사이클 그리고 에러 처리 및 진단을 위한 루틴.
마지막으로, 이더넷을 토대로 하는 산업 자동화용 통신 시스템, 즉 실질적으로 결정 가능한 통신 특성, 하부 밀리 초 범위에 있는 반응 시간 그리고 낮은 비용의 통신 마디점을 갖는 시스템을 구성하기 위한 방법을 제공하기 위하여, DE 100 55 066 A1호에는 사용자들(예컨대 자동화 장치) 간에 다중 방향으로 이루어지는 정보 교환 방법이 공지되어 있으며, 이 방법에서는 송신된 이더넷-데이터 패킷(전보), 즉 다수의 더 작은 패킷(짧은 전보들)으로 분할되고, 이 패킷들에 각각 적어도 하나의 제어 정보가 부가되는 패킷의 크기에 따라 더욱 작은 패킷들이 다수의 사이클로 자신의 목표물로 송신되고, 경우에 따라서는 그곳에서 제어 정보에 의하여 원래의 이더넷-데이터 패킷으로 다시 조성된다. 이 경우 상기 짧은 전보들의 길이보다 길이가 더 긴 모든 전보들은 분할되고, 모든 짧은 전보들은 동일하게 고정 설정된 크기를 갖는다. 상기 제어 정보로부터는 짧은 전보들의 소스 및 목적, 분할된 전보가 사용되는지 아니면 분할되지 않은 전보가 사용되는지 그리고 얼마나 많은 짧은 전보들로 분할되었는지 그리고 상기 짧은 전보의 진행 번호를 얻어낼 수 있다. 사용자들(예컨대 자동화 장치들) 간에 다중 방향으로 이루어지는 정보 교환을 위하여, - 이 경우 하나의 산업 도메인 스위치(IDS: Industrial Domain Switch)에는 하나의 사용자가 할당될 수 있고, 상기 하나의 사용자는 이더넷-접속부를 통해 IDS에 연결됨 - IDS는 이더넷 안락한 연결부를 통해 네트워크로서 구성되고, 각각의 IDS는 사전에 결정된 주기적인 조절 작업 후에 시간적으로 결정된 송신 권한을 얻게 된다. 하나의 송신 권한 할당은 시스템 스타트 시에 또는 새로운 스타트 시에(파워-온 또는 리셋의 경우에) 매니지먼트 전보를 이용한 매니지먼트 기능을 통해 IDX 사이에서 조정되며, 이 경우 상기 IDS는 매니지먼트 전보가 사용되고 있는지를 검출한다. 상기 IDS의 전체 제어 로직은 집적율이 높은 전자 모듈 내에서 집적될 수 있다.
전술한 선행 기술 평가에서 나타난 바와 같이, 개별 장치들 간에 이루어지는 통신을 위한 자동화 기술에서는 자체 물리적 특성 및 송신 프로토콜을 갖는 다양한 인터페이스들이 규정되고, 국제 규정에 삽입되거나 또는 산업 표준으로서 확립된다. 상기 시스템들은 일반적으로 필드 버스 시스템으로서 표기되며, 이 경우에는 이더넷을 기반으로 한 기술도 상기 시스템에 포함될 수 있다. 인터페이스들은 제공된 통신-컨트롤러의 형태로, 부분적으로는 CPU를 구비한 집적 회로(통신-프로세서)로서 구성되며, 이와 관련해서는 예를 들어 DE 198 31 405(ASIC: ASPC2), DE 299 07 909(ASIC: SPC3), DE 199 28 517 C2(ASIC: SUPI), DE 100 04 425 A1호를 참조할 수 있다. 또한, 전체 인터페이스는 교체 가능한 모듈로서 구성되며, 상기 모듈은 삽입 커넥터, 물리적 인터페이스, 제공된 통신-컨트롤러, 자동화 장치의 CPU에 대한 송신 로직 및 메모리를 갖는 마이크로 프로세서, 일반적으로 듀얼-포트 메 모리로 이루어진다. 상기 모듈은 정확하게 하나의 특수한 송신 프로토콜을 구현하고, 전체적으로 볼 때 상기 송신 프로토콜에 맞추어 특수하게 개발되어야만 한다. 일반적으로, 상기 통신-프로세서는 각각 특수한 필드 버스 시스템을 위한 단 하나의 특수한 통신-컨트롤러를 포함하며, 이 경우에는 상기 제공된 다수의 통신-컨트롤러를 포함하는 회로도 존재하며, 이와 관련하여 예를 들어 US-특허 출원서 09/780,979호에는 CAN-표준에 따른 통신-컨트롤러에 대하여 그리고 이더넷-표준에 따른 통신-컨트롤러에 대하여 기술되어 있다. 이 경우에는 일반적으로 일련의 값비싼, 통신을 위해 특수하게 설계된 소자들을 구비한 특수한 하드웨어 소자 및 소프트웨어 소자가 필드 버스용으로 특수화된 프로토콜에 필요하며, 상기 소자들은 예컨대 HUB 및 라인 드라이버, 이더넷-컨트롤러, 다른 네트워크(공중 데이터 네트워크, 다른 LAN 또는 호스트 시스템)와의 결합을 위한 미디어 인터펜트 인터페이스, 필드 버스-인터페이스 또는 센서 버스-인터페이스, 특히 마스터- 또는 슬레이브-프로토콜 칩을 구비한 시리얼 페리페널 인터페이스 그리고 상응하는 네트워크-액세스 프로토콜의 변환, 예컨대 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), 토큰-패싱(권한 마크로서의 비트 패턴) 또는 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)이다. 하지만, 통신 기능들의 개별적이고 안락한 적응을 가능케 하기 위하여, 상기와 같은 회로 또는 통신 인터페이스의 개발에는, 특수한 필드 버스 시스템과 무관하게 그다지 큰 관심이 돌려지지 않는다. 일반적으로 통신-컨트롤러는 통상의 SPS-기능 모듈의 통신을 위하여 각각 단 하나의 특수한 필드 버스만을 구현하며, 이 경우에 예를 들어 구동 장치들은 신속하고, 결정적이며 지터(jitter) 없는 상호 통신 결합들이 동기화된다. 이와 같은 동기화는 통신-컨트롤러 내부의 특정 날짜 또는 이벤트의 검출을 통해 이루어지며, 상기 통신-컨트롤러는 인터럽트를 통해 뒤에 접속된 CPU를 프롬프팅 하며, 상기 인터럽트는 예컨대 위치 측정 또는 조절 변수의 출력과 같은 동기적인 구동 기능들을 실행할 수 있다. 상기 방법의 단점은, 특히 특정 시간 동안에 인터럽트를 차단하는 작동 시스템을 사용하는 경우에는, CPU의 인터럽트 잠재-시간이 동기화의 정확성에 결정적으로 간섭한다는 것이다. 그렇기 때문에, 실제로는 실시간으로 작동 가능한 자동화 시스템, 즉 개별적인, 특히 자동으로 적응 가능한, 상호 작용적인 통신을 보장하거나 또는 간단한 교체 가능성을 가능케 하는 시스템을 위한 저렴한 방법 및 통신 인터페이스가 결여되어 있거나, 또는 실시간으로 작동 가능한 자동화 시스템, 즉 추가의 하드웨어-기능 모듈 및 복잡한 인터페이스 적응 없이도 신속하고 경제적으로 요구를 충족하는 자동화 해결책들을 구성하는 기능 모듈이 결여되어 있다. 이와 같은 내용은 특히 중요한데, 그 이유는 특히 자동화- 및 구동 기술 분야에서는 원격 통신- 및 컴퓨터 산업이 매우 진보적이고 개발 가능한 산업, 즉 신속한 개선 및 단순화를 포착하여 실무로 변환하는 산업으로서 간주될 수 있기 때문이다.
본 발명의 과제는, 개별적이고 상호 작용적인 통신과 임의의 버스 사용자의 연결을 가능케 하는, 개방 자동화 시스템의 버스 사용자의 데이터 통신 방법을 제시하는 것이다. 추가의 과제는, 장치 부품들의 교체 가능성 또는 자동적이고 매우 정확한 동기화를 가능케 하는 것이다.
상기 과제는 본 발명의 특허 청구항 1에 따라 해결된다. 과제 해결을 위하여, 특히 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를, 통신-컨트롤러를 통해 상위 제어 장치와 함께 동작하는 분배된 제어 장치와 결합하기 위한 데이터 통신 방법이 이용되며, 상기 방법에서는
* 상기 통신-컨트롤러가 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU로 구성되고,
* 상기 통신-ALU의 한 명령 코드에서 다수의 명령들이 코딩되고, 상기 명령 코드는 특수한 통신 기능에 맞추어 최적화되며,
* 상기 통신-ALU 내에 특수한 통신 기능들을 실행하는 로직 기능 블록들이 나란히 배치되어 있음으로써,
상기 통신 기능들은 고정적으로 사전에 제공되지 않고, 오히려 상기 자유롭게 프로그래밍 가능한 그리고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 통신-ALU를 토대로 하여 구성되었으며, 이로써 한 시스템 사이클에서는 다수의 명령들이 실행되고, 그에 따라 매우 상이한 네트워크들 간에 전이가 실현될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 통신-컨트롤러가 자유롭게 프로그래밍 가능한 하나 또는 다수의 통신-ALU(Arithmetic and Logic Unit)로서 구성되고, 상기 통신-ALU가 통신 과제에 맞추어 최적화된 명령 세트 및 하드웨어 아키텍처를 가짐으로써, 간단한 방식으로 “준 전용”의 통신-컨트롤러의 구성을 가능케 한다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 해결책에서는 다음과 같은 장점들이 나타난다:
* 상기와 같은 회로의 개발, 생산 및 판매가 특수한 필드 버스 시스템/이더넷과 무관하게 이루어질 수 있다.
* 상기 필드 버스-/이더넷-사양 그리고 특히 실시간-이더넷 사양 내부에서의 확장 또는 완전히 새로운 필드 버스 시스템의 실행은 소프트웨어 업-데이트 때마다 이루어질 수 있고, 새로운 회로를 전혀 필요로 하지 않는다.
* 특히 하나의 회로 내부에 두 개 또는 다수의 통신 인터페이스가 존재하는 경우에, 각각의 필드 버스-/이더넷 시스템은 소프트웨어 로딩에 의해 결정되고, 이로써 완전히 유연하게 조합될 수 있다.
또한, 상기 과제는 본 발명의 특허 청구항 9에 의해서 해결된다. 과제 해결을 위하여, 특히 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 분배된 제어 장치와 결합하기 위한 데이터 통신 장치가 이용되며, 상기 장치는
* 상위 제어 장치와 함께 동작하고, 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU를 구비하는 통신-컨트롤러를 포함하고,
* 다수의 명령들이 그 내부에서 코딩되고, 통신 기능에 맞추어 최적화된 하나의 명령 코드를 포함하며,
* 상기 통신-ALU 내에는 특수한 통신 기능들을 실행하는 두 개 이상의 로직 기능 블록들이 나란히 배치되어 있음으로써,
상기 통신 기능들은 고정적으로 사전에 제공되지 않고, 오히려 상기 자유롭게 프로그래밍 가능한 그리고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 통신-ALU를 토대로 하여 구성되었으며, 이로써 한 시스템 사이클에서는 다수의 명령들이 실행되고, 그에 따라 매우 상이한 네트워크들 간에 전이가 실현될 수 있다.
선행 기술에 따른 FPGAs(Field programmable Gate Array) 또는 그 부품들의 프로그래밍에 의하여, 마찬가지로 고정적으로 결선된 로직에 상응하는 전용 통신-컨트롤러를 구성하는 것과 비교할 때, 본 발명에 따른 장치는 전술한 장점들을 갖는다. 또한 종래의 ALU와 달리 명령들은 하나의 사이클로 실행된다. 이 목적을 위해, 본 발명에 따라, 해당 로직 기능 블록들이 ALUs 내부에 나란히 배치되어 있고, 동시에 명령들을 처리함으로써, Baud 비율이 예를 들어 100 MHz 이더넷으로 높은 경우에도 필수적인 기능들이 구현될 수 있다.
데이터 발송을 목적으로 사전에 결정된 프로토콜에 상응하게 연속으로 송신되고 하나의 인터페이스 내부에서 데이터 워드로서의 송신 전에 동시에 제공될 수 있거나 또는 병렬 데이터 워드로서의 송신 후에 재구성될 수 있으며, 한 시스템 사이클의 비트-사이클에서 다수의 명령들이 실행되는, 송신 라인에서 비트 연속적으로 송신 가능한 데이터를 데이터 처리하기 위한 장치는 DE 42 20 258 C2호에 공지되어 있다. 상세하게 말하자면, 각각 사전에 제공 가능한 송신 프로토콜에 대한 적응을 위해 비트 처리 유닛이 제공되고, 상기 유닛은 선택적으로 구동 가능한 변환 소자들로 이루어지며, 상기 변환 소자들은 개별 데이터 비트를 각각의 프로토콜 변환에 따라 처리하여 제어 유닛에 의해서 통합된다. 상기 비트 처리 유닛은 연속으로 이루어지는 데이터 비트를 위한 적어도 하나의 비교기를 구비하며, 상기 비교기의 출력 신호는 제어 유닛으로 송출된다. 또한, 송신 라인과 비트 처리 유닛 사이에는 결합 소자가 배치되어 있으며, 상기 결합 소자는 출력될 데이터를 위한 디코딩 유닛으로서 또는 코딩 유닛으로서 형성되었다. 시간적으로 접속된 상태로 실행되는 통신 시퀀스 및 처리 시퀀스에서 작업 속도를 높이기 위하여, 비트 처리 유닛, 결합 소자 그리고 제어 유닛을 통해 선택적으로 작동 가능하고 스위칭 전환 가능한 두 개의 작업 메모리를 하나의 내부 버스에 연결하는 것이 제시되었다. 또한, 각각 사전에 제공된 프로토콜 구조에 따라 비트 순서를 변경하기 위하여, 상기 비트 처리 유닛의 변환 소자들 중에 하나의 변환 소자를 비트 교환기로서 형성하는 것이 제시되었다. 특히 비트의 가치 순서가 상이한 프로토콜의 경우에는, 하나의 데이터 워드 안에 배치된 비트의 반사를 구현하기 위한 비트 교환기가 하나의 워드 중앙에 형성되는 것이 제시되었다. 상기 비트 처리 유닛의 한 변환 소자가 분류 장치로서 형성됨으로써, 하나의 연속 비트를 한 데이터 워드의 임의의 한 장소로 삽입하는 것이 가능하다. 예를 들어 1 Mbit/s의 범위에 놓일 수 있는 충분히 높이처리 속도를 보장하기 위하여, 상기 변환 소자들은 실질적으로 회로 기술적으로 구현된다. 이와 달리, 본 발명에 따른 장치에서는 - 유연한 명령 세트 및 해당 로직 기능 블록으로 인하여 - 훨씬 더 높은 시스템 사이클로, 즉 100 MHz의 사이클로 그리고 이벤트 제어된 상태로 다수의 부분 과제들이 동시에 해결될 수 있음으로써, 프로토콜과 무관하게 높은 처리 속도에 도달하게 된다. DE 42 20 258 C2호의 대상에서는, 선행 기술에서와 마찬가지로, 데이터 링크 층(층 2)에서 데이터를 송신하기 위한 특수한 통신 해결책이 개발되었으며, 이 경우에는 높은 네트워크 층들 그리고 적용에 가까운 서비스, 즉 파라미터 또는 네트워크 매니지먼트와 같은 서비스를 고려할 필요가 없다. IEEE 802.11에 따른 사무실- 및 홈 적용예의 경우에는 일반적으로, 데이터 송신이 더욱 높은 네트워크 부하에서 중단되고, 전보가 반복되어야 하는지의 여부가 아무런 역할도 하지 않는다. 자동화 기술에서는 개별 사용자(장치)와의 주기적인 데이터 교체가 보장되어야만 하는데, 다시 말하자면 규정 시간 안에 결정된 양의 데이터가 송신되어야만 한다. 본 발명에 따른 해결책에 의하여 시간 임계적인 데이터의 송신도 보장됨으로써, 결국 높은 서비스 품질(QoS: Quality of Service) 그리고 네트워크-마이그레이션, 예를 들어 CAN-버스를 백 배만큼 더 빠른 이더넷-환경으로 마이그레이션 하는 것도 가능해진다. 또한 바람직하게는, 교체시 에러가 발생한 새로운 장치들의 초기화가 플러그- 앤드 플레이(Plug- & Play)에 의해서 실현될 수 있고, 유연한 통신-메커니즘은 다수의 적용예 및 시스템 아키텍처에서 간단한 사용을 가능케 한다. 응용 데이터의 포맷을 변환 시켜야만 하는 게이트 웨이, 즉 한 응용 층(Application Layer)의 서비스를 다른 응용 층으로 옮기는 장치 - 이와 같은 옮기는 작업은 특히 비트-지향성 데이터의 경우에는 높은 비용을 야기한다 - 가 본 발명에 따른 장치에서는 불필요하다. 본 발명에 따른 해결책에서는 버스 시스템과 네트워크 사이의 결합이 데이터 링크 층(Data link Layer)에서의 변환에 의해 이루어짐으로써, 예를 들어 CAN-메시지가 이더넷-메시지로 변환될 수 있는데, 그 이유는 더 높은 프로토콜들(응용 층들)이 동일하기 때문이다. 특히 본 발명에 따른 해결책에서는, 마스터/슬레이브-시스템뿐만 아니라 분배된 제어 장치들, 즉 양 방향으로 투과성을 갖는 적어도 부분적으로 비-계층적인 네트워크 아키텍처를 필요로 하는 장치가 구현될 수 있다.
또한 상기 과제는 본 발명의 특허 청구항 14에 의해서 해결된다. 과제 해결을 위하여, 유연한 통신 구조를 갖는 장치, 특히 자동화 장치가 이용되며, 상기 장치가
* 상위 제어 장치와 함께 동작하는, 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-컨트롤러,
* 상기 통신-컨트롤러에 통합된, 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU 그리고
* 식별 코드, 제어 데이터, 수신 데이터 및 송신 데이터의 송신을 위한 신호 라인을 통해 상기 통신-컨트롤러에 연결된, 교체 가능한 물리적 인터페이스를 포함함으로써,
상기 물리적 인터페이스를 교체할 수 있다.
본 발명에 따른 자동화 장치는, 통신 컨트롤러가 통신 과제에 맞추어 최적화된 명령 세트 및 하드웨어 아키텍처를 갖는, 하나 또는 다수의 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-ALUs(Arithmetic and Logic Unit)로 구성됨으로써, 간단한 방식으로 “준 전용” 통신-컨트롤러의 구성을 가능케 한다. 따라서, 본 발명에 따른 해결책은 다음과 같은 장점들을 갖는다:
* 교체 가능한 모듈로서의 상기 물리적인 인터페이스는 크기가 훨씬 더 작고, 저렴하게 그리고 단지 하나의 송신 라인 및 수신 라인 및 소수의 제어 라인들에 의해 자동화 장치 내에 있는 상기 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-컨트롤러에 연결되어 있다. 이와 달리, 통상적인 듀얼 포트 메모리 커플링의 데이터-, 어드레스- 및 제어 라인 버스를 위해서는 약 40개의 신호 라인들이 필요하며, 이 라인들은 훨씬 더 높은 주파수의 신호들을 수신하고, 결합을 소수 센티미터로 한정한다.
* 적은 개수의 신호 라인으로 인하여, 상기 교체 가능한 물리적 인터페이스는 하나의 유연한 연결부를 통해 자동화 장치 내에 있는 각각의 임의의 장소에 설치될 수 있다.
또한 상기 과제는 본 발명의 특허 청구항 19에 의해서 해결된다. 과제 해결을 위하여, 유연한 통신 구조를 갖는 장치, 특히 적어도 하나의 통신-컨트롤러, 상기 통신-컨트롤러 내부에 통합된 통신-ALU 그리고 적어도 하나의 물리적 인터페이스를 구비한 자동화 장치를 구성하기 위한 데이터 통신 방법이 이용되며, 상기 방법에서는
* 통신 기능들이 고정적으로 사전에 제공되지 않고, 오히려 자유롭게 프로그래밍 가능하고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 ALUs를 토대로 하여 형성되며,
* 시작 단계에서는 물리적 인터페이스가 하나의 신호 라인을 통해 식별 코드를 상기 통신-컨트롤러로 송신하며,
* 상기 통신-컨트롤러는 자동으로 올바른 구성을 실행하고, 해당 소프트웨어를 상기 통신-ALU에 로딩한다.
따라서, 본 발명에 따른 해결책에서는 아래와 같은 장점들이 나타난다:
* 교체 가능한 물리적인 인터페이스 회로를 갖는 상기와 같은 자동화 장치의 개발, 생산 및 판매가 특수한 필드 버스 시스템/이더넷과 무관하게 이루어질 수 있다.
* 상기 필드 버스-사양 내부에서의 확장 또는 완전히 새로운 필드 버스 시스템의 실행이 소프트웨어 업-데이트 때마다 이루어질 수 있고, 새로운 회로가 전혀 필요치 않다.
* 특히 두 개 또는 다수의 통신 인터페이스가 존재하는 경우에, 각각의 필드 버스 시스템은 소프트웨어 로딩에 의해 결정되고, 이로써 완전히 유연하게 선택될 수 있다.
또한 상기 과제는 본 발명의 특허 청구항 20에 의해서 해결된다. 과제 해결을 위하여, 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 특히 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU를 통해 뒤에 접속된 제어 장치와 함께 동작하는 “준 전용”의 통신-컨트롤러를 포함하는 분배된 제어 장치와 동기화하기 위한, 데이터 통신 방법이 이용되며, 상기 방법에서는
* 상기 통신-컨트롤러가 특정 데이터 또는 이벤트의 발생을 검출하고,
* 상기 통신-ALU가 동기적인 제어 기능들을 실행하며,
* 동기화 시점들 사이에서 측정값 및 목표값들이 뒤에 접속된 제어 장치와 교환됨으로써,
상기 뒤에 접속된 제어 장치의 중단 잠재 시간이 제어 기능들의 직접적인 동기화에 관여하지 않게 된다.
본 발명에 따른 방법은 간단한 방식으로, 모듈 방식의 구성을 유지하면서, 가장 짧은 사이클 시간에 정확도가 더 높은 시퀀스를 제어하기 위하여, 사이클 동기적인 그리고 등거리인 버스를 통한 통신을 가능케 한다. 이와 같은 본 발명에 따른 제어- 및 통신 해결책은 “준 전용”의 통신-컨트롤러를 토대로 하며, 상기 통신-컨트롤러는 자유롭게 프로그래밍 가능한 하나 또는 다수의 통신-ALUs(Arithmetic and Logic Unit)로 구성되고, 상기 통신-ALUs는 통신 과제들에 맞추어 최적화된 하나의 명령 세트 및 하드웨어 아키텍처를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 해결책에서는 아래와 같은 장점들이 나타난다:
* 상기와 같은 회로의 개발, 생산 및 판매가 특수한 필드 버스 시스템과 무관하게 이루어질 수 있다.
* 상기 필드 버스-사양 내부에서의 확장 또는 완전히 새로운 필드 버스 시스템의 실행이 소프트웨어 업-데이트 때마다 이루어질 수 있고, 새로운 회로가 전혀 필요치 않다.
* 특히 두 개 또는 다수의 통신 인터페이스가 하나의 회로 내부에 존재하는 경우에, 각각의 필드 버스 시스템은 소프트웨어 로딩에 의해 결정되고, 이로써 완전히 유연하게 선택될 수 있다.
* 본 발명에 따른 상기 조합된 제어- 및 통신 해결책은 실시간 임계적인 요구 수준을 충족함에도 적은 비용으로 구현될 수 있고, - 연속적인 프로그래밍 그리고 공통적인 데이터 지지로 인하여(모든 식별자는 시스템에 걸쳐 자동으로 공지되어 있고 명확하다) - 미래의 보완들을 위한, 예를 들어 시퀀스를 병렬화하기 위한, 하부 루틴을 삽입하기 위한, 아날로그 및 디지털 입력/출력을 필요에 따라 작동하기 위한 그리고 축들을 선택적으로 개별적으로 아니면 매우 상이한 상호 의존성에 따라 처리하기 위한 충분한 공간을 제공한다.
또한 상기 과제는 본 발명에 따른 특허 청구항 21에 의해서 해결된다. 과제 해결을 위하여, 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 특히 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU를 통해 뒤에 접속된 제어 장치와 함께 동작하는 “준 전용”의 통신-컨트롤러를 포함하는 분배된 제어 장치와 동기화하기 위한, 데이터 통신 방법이 이용되며, 상기 방법에서는
* 주기적으로 실행되는 제어 기능들의 시작 시점에, 동기화된 국부적인 타임이 저장되고,
* 마지막 시작 시점에 저장된 타임과의 차를 형성함으로써, 상기 국부적인 타임을 토대로 하는 사이클 타임이 측정되며,
* 실제 주기 타임을 확대 또는 축소하여, 상기 주기 타임이 상기 국부적인 타임과 관련하여 일정하게 그리고 고정된 위상 관계로 유지됨으로써,
전체 사이클은 자신의 사이클 타임에서뿐만 아니라 자신의 위상 위치에서도 상기 국부적인 타임에 맞추어 동기화된다.
"준 전용"의 통신-컨트롤러에 의해, 뒤에 접속된 제어 장치 없이 제어 기능들의 직접적인 동기화가 이루어지는 특허 청구항 20에 따른 방법에 비해, 특허 청구항 21에 따른 방법에서 동기화는 하나의 제어 기능의 각각의 시작과 저장된 국부적인 타임의 비율에 따라 실행된다. 두 가지 방법에는 뒤에 접속된 제어 장치의 중간 잠재 타임이 제어 기능들의 동기화에 관여하지 않으며, 이 경우 상기 두 번째 방법은 국부적인 타임의 가이드를 위해 약간 더 높은 하드웨어 복잡성을 필요로 한다.
마지막으로, 상기 과제는 본 발명에 따른 특허 청구항 24에 의해서 해결된다. 과제 해결을 위하여, 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 분배된 제어 장치와 동기화하기 위한, 데이터 통신 장치가 이용되며, 상기 장치가
* 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU를 포함하는, "준 전용"의 통신-컨트롤러를 구비하고,
* 상기 통신-컨트롤러 뒤에 접속된 제어 장치를 구비하며,
* 상기 통신-ALU 내부에서 시간을 측정 및 저장하기 위한 수단을 갖춘 적어도 하나의 로직 기능 블록을 구비함으로써,
상기 통신-컨트롤러에 의해서는, 뒤에 접속된 제어 장치 없이도 제어 기능들의 직접적인 동기화가 이루어지거나 또는 한 제어 기능이 시작될 때마다 저장되는 국부적인 타임의 비율에 따라 동기화가 이루어진다.
본 발명에 따른 장치는, 기본이 되는 하드웨어 적응 조치가 없더라도, 파워가 강력한 두 가지 방법들이 이용될 수 있다는 장점을 갖는다. 이와 같은 장점은, "준 전용"의 통신-컨트롤러에서 인터페이스 프로그래밍을 통해 집적된, 간단히 매개 변수화 가능한 구동 파라미터들에 그 원인이 있다.
특허 청구항 15에 따른 본 발명의 개선예에서는, 통신-프로세서 내부에 자유롭게 프로그래밍 가능한 다수의 통신-컨트롤러가 포함되어 있다.
상기 본 발명에 따른 개선예의 장점은, 각각의 채널을 위하여 교체 모듈에서 필요로 하는 마이크로 프로세서 그리고 메모리 및 듀얼-포트 메모리와 같은 해당 인프라 구조물이 선행 기술에 비해 절약될 수 있다는 것이다.
특허 청구항 16에 따른 본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 상기 물리적 인터페이스는 라인 연결부 내부에 프린팅 회로로서 형성되어 있다.
상기 본 발명에 따른 실시예의 장점은, 상기 물리적 인터페이스의 작은 치수로 인하여, 상기 인터페이스가 라인 연결부의 전이 플러그에서 직접 프린팅 회로로서 실시될 수 있다는 것이다.
특허 청구항 18에 따라 바람직하게는 통신-프로세스가 애플리케이션뿐만 아니라 송신 프로토콜도 실행한다.
근래의 마이크로 프로세서들은 애플리케이션뿐만 아니라 송신 프로토콜도 실행할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 따라서, 바람직하게는 제 2의 마이크로 프로세서 그리고 교체 모듈 내에 있는 메모리 및 듀얼-포트 메모리와 같은 해당 인프라 구조물이 절약될 수 있다.
본 발명의 바람직한 추가의 장점들 및 세부 사항들은 도면을 참조하는 아래의 상세한 설명에서 기술된다.
도 1은 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-컨트롤러를 구비한 통신-프로세서의 블록 회로도고,
도 2는 도 1에 따른 통신-프로세서를 위한 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신 -컨트롤러의 블록 회로도며,
도 3은 본 발명에 따른 명령 코드에 대한 한 예고,
도 4는 본 발명에 따른 유연한 통신 구조물을 갖는 자동화 장치의 블록 회로도며,
도 5는 구동 기능들이 직접적으로 동기화되는 한 실시예의 블록 회로도고,
도 6은 구동 기능이 시작될 때마다 시스템 시간이 저장되는 제 2 실시예의 블록 회로도며,
도 7은 본 발명에 따른 국부적인 시스템 시간에 맞추어 펄스-폭-변조단(PWM)-사이클이 동기화되는, 도 6에 따른 실시예를 위한 타임 다이어그램이다.
자동화 기술에서는 수년에 걸쳐 표준화된 통신 서비스 및 프로토콜을 갖는 다양한 통신 시스템들이 사용되었으며, 상기 통신 시스템에 의하여 사람들은 이종의 네트워크들 간에 그리고 동종의 네트워크들 간에 통신을 할 수 있었다. 최하부 평면에는 예를 들어 단순한 센서-액추에이터-버스 시스템 또는 후벽 버스 시스템(예컨대 통상적인 규범-지지 레일 상에 설치될 수 있는 모듈 방식의 입/출력-장치)이 배치되어 있고, 중간 평면에는 (프로그래밍 가능한 제어 장치, 복잡한 전기 및 유압식 구동 장치, 입/출력-장치, 데이터 검출 장치 또는 사람/기계-인터페이스를 연결하는) 기계를 제어하기 위하여 "삽입된" 네트워크가 배치되어 있으며, 최상부 평면에는 공장 자동화를 위한 네트워크들이 배치되어 있다. 본 발명에 따른 해결책에서는 통신 관계들과 관련하여 통일적인 논리 네트워크가 존재함으로써, 아래에 서 기술되는 종래의 원격 통신 네트워크 기술과 (컴퓨터)-데이터 네트워크 사이에는 더 이상 명확한 분리선이 그어질 수 없다.
원격 통신 기술에서 연속적인 데이터 흐름의 송신, 예를 들어 언어- 또는 비디오 통신은 일반적으로 패킷 송신하는 통신 네트워크, 예컨대 LANs(Local Area Networks), MANs(Metropolitan Area Networks) 또는 WANs(Wide Area Networks)를 통해서 이루어진다. ADSL-기술(Asymmetric Digital Subscriber Line, 비대칭 DSL-데이터 송신 방법)의 이용이 증가하고 있다. 상기 ADSL-기술 이외에 다른 DSL-기술들도 사용될 수 있는데, 예를 들면 각각 적용예를 위해 최적화되었고 xDSL-송신 기술이라는 상위 개념하에서 통합되는 HDSL = High Data Rate Digital Subscriber Line; SDSL = Single Line Digital Subscriber Line; MDSL = Multirate Digital Subscriber Line; RADSL = Low Rate Adaptive Digital Subscriber Line 그리고 VDSL = Very High Rate Digital Subscriber Line이 사용될 수 있다. 통신은 매우 상이한 대역의 접속부를 통해서 이루어지는데, 예를 들면 56 KBit 아날로그 접속부 또는 64 KBit-ISDN 또는 DSL 또는 - LAN 내부에 결합되어 있는 경우에는 - 100 MBit 이상의 Twisted Pair-라인을 통해서 이루어지거나, 또는 선택-접속부 2 Mbit를 통해서는 더 우수하게 이루어지거나, 또는 표준 라인 X.25를 통해서 이루어진다. 그에 상응하게 정수개의 인터페이스 장치들도 공지되어 있는데, 예를 들면
* ISDN S0-인터페이스,
* PCI-버스에 대한 LAN-인터페이스 FE(프로그램 메모리 포함),
* 10/100 Mbit/s 이더넷 또는 토큰-링으로서의 외부 LAN-인터페이스 LAN(프로그램 메모리 포함),
* WAN-인터페이스 WAN: X.21, V.35, G.703/704 내지 2 Mbit/s.
이 경우 이용자의 모든 상호 작용들은 이벤트에 의하여 상기 이용자와 다이얼로그 서버 사이에 있는 다이얼로그로 제공되며, 이 경우 하나의 다이얼로그 제어부(DE) 내에는 세션-ID가 액세스 권한으로서 저장되어 있다. 상기 다이얼로그 서버의 하드웨어-컨셉은 세계적인 네트워크 작동에서 다양하고 성장된 접속 규범에 맞추어 적응되어야만 한다. 선택적으로 BNC-, AUI-, LWL- 또는 Twisted Pair-접속부를 구비한 특별하게 적응된 LAN-모듈은 다이얼로그 서버를 국부적인 토큰-링 및 이더넷-네트워크와 연결한다. 광 통신 네트워크(예컨대 ISDN, X.25) 및 스탠드 라인에 대한 액세스는 부분적으로 다중 채널인 WAN-어댑터(SO, UPO, UKO, X.21, V.24, V.35)에 의해서 만들어진다. 최상의 퍼포먼스를 위해서는 액티브 WAN-어댑터가 사용될 수 있다. ISDN-분야에서는 프로토콜 DSSI, ITR6, NI-1, 그리고 Fetex 150이사용 가능하다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 해결책에서, 인터페이스는 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-컨트롤러(KC)로서 구성되었다. 본 발명에 따라, 상기 통신-컨트롤러는 도 2에 상세하게 도시되어 있는 세 개의 통신-ALUs로 이루어지는데, 다시 말하자면:
* 송신율에 상응하게 수신된 비트- 또는 니블(절반 바이트) 연속 데이터 흐 름을 디코딩하여 병렬 표현(예컨대 바이트, 워드 또는 이중 워드)으로 변환하는 과제를 갖는 수신 프로세싱 ALU(RPA),
* 하나의 병렬 표현으로부터 선택된 데이터를 비트- 또는 니블 연속적인 데이터 흐름으로 코팅하여 올바른 송신율로 라인에 제공하는 과제를 갖는 송신 프로세싱 ALU(TPA),
* 동류의 데이터 패킷의 송신 및 수신 동작을 제어하는 프로토콜 실행 ALU(PEA).
예컨대 100 MHz 이더넷과 같은 높은 구성률에서도 필수적인 기능들을 구현할 수 있기 위하여, 본 발명에 따른 해결책에 의해서는 아래와 같은 요구 조건들이 충족된다:
* 통신-ALUs RPA 및 TPA는 다수의 명령들을 동시에 실시할 수 있다. 이 목적을 위하여, 본 발명에 따라 넓은 명령 코드(BC, 도 3 참조), 예컨대 64 비트가 가 이용되며, 상기 명령 코드 내에는 다수의 명령들(도 3 참조: 가장 높은 값의 일곱 개의 비트, 연산, 컨디션, 점프)이 코팅되어 있다. 이와 같은 기능은 예를 들어 논리적 연산, 프로그램 점프, 비트를 플래그(F)에 세팅하고 소거하는 것, 계수기의 증가 및 감소, 데이터의 송신 및 특수한 기능 레지스터들의 조작일 수 있다. 종래의 ALU와 달리 상기 명령들은 한 사이클에서 동시에 실시된다. 이 목적을 위하여, 본 발명에 따라 해당 로직 기능 블록들이 통신-ALUs 내부에 나란히 배치되어 있고, 동시에 명령 코드(BC)를 처리할 수 있다.
* 통신-ALUs RPA 및 TPA는 마찬가지로 처리될 데이터에 동시에 작용하는 특 수한 기능 레지스터를 구비한다. 상세하게 말하자면:
- 연속 데이터를 자동으로 삽입 및 배출하고, 임의의 위치에서 비트의 부가 및 소거를 가능케 하는 시프트 레지스터(FI),
- 연속 데이터를 자동으로 함께 계수하는 계수기(Z) 및 등식의 경우에 하나의 비트를 세팅하는 비교 레지스터,
- 연속 데이터를 특정 비트 패턴과 비교하고, 같을 때에 하나의 비트를 플래그(F) 내부에 세팅하는 비교 레지스터(V),
- 비트 연속적인 데이터로부터 자동으로 CRC-다항식을 산출하는 CRC-발생기(CRC),
* 통신-ALU PEA는 종래의 ALUs와 달리 다수의 특수한 이벤트들을 하드웨어마다 병렬로 모니터링 한다. 이와 같은 기능은 예를 들어:
- 특정 데이터를 RPA로부터 또는 TPA로 또는 상위 CPU로 송신,
- 시간의 경과,
- 특정 계수기의 계수의 달성 또는
- 특정 상태 비트의 세팅일 수 있다.
한 가지 이벤트가 나타나거나 또는 다수의 이벤트들의 특정 조합이 나타나면, 상기 통신-ALU PEA는 하나의 시스템 사이클 내에서 상기 이벤트에 할당된 섹션의 처리에 의해서 프로그램 코드를 등록한다.
* 통신-ALU PEA는 또한 한 시스템 사이클 내에서:
- 하나의 데이터를 국부적인 듀얼 포트 메모리(DPM)로부터 판독할 수 있고,
- 처리할 수 있으며,
- 통신-ALU TPA로 송신할 수 있거나
또는 상기 통신-ALU RPA로부터
- 수령할 수 있고,
- 처리할 수 있으며,
- 국부적인 듀얼 포트 메모리(DPM)에 저장할 수 있다.
* 상기 국부적인 듀얼 포트 메모리(DPM)에 대한 액세스는, 하나의 시스템 사이클 안에서 통신 기술에 통상적인 데이터 구조에 직접 액세스할 수 있기 위하여, 두 개의 레지스터를 통해 이중으로 유도된 상태로 이루어진다.
* 상기 통신-ALUs PEA와 RPA 또는 TPA 사이에 있는 인터페이스는 본 발명에 따라 입력 또는 출력되는 데이터를 일시 저장하기 위하여 FIFO로서 형성되어 있다.
* 통신-컨트롤러(KC)와 상위 제어 장치(CPU) 사이에 있는 인터페이스는 본 발명에 따라 큰 데이터 량을 신속하게 송신하기 위한 DMA-컨트롤러(DMA)로서, 상태 변수를 가이드 하기 위한 듀얼 포트 메모리(DPM)로서, 그리고 동기화하기 위한 공통적인 레지스터 세트(SR)로서도 형성되어 있다.
* 본 발명에 따라, 상기 통신-ALUs PEA, RPA 또는 TPA를 상호 동기화하기 위하여, 공통적인 레지스터(SR)의 한 세트가 각각의 통신-ALU EA, RPA 또는 TPA에 제공되어, 기록 및 판독될 수 있다.
* 상기 공통의 레지스터(SR)에 대해서는 또한 통신 상태를 모니터링 하거나 또는 제어하기 위하여 상위 제어 장치(CPU)도 액세스할 수 있다.
이더넷-프로토콜에서 소프트웨어마다 구현된 통신-ALU TPA의 추가의 기능들은 다음과 같다: 송신될 바이트의 이미지화, 절반 듀플렉스 작동 중에 충돌 검출 그리고 백-오프-알고리즘의 실행, 한 송신 과정의 종료 후에 통신-ALU PEA로 송신-상태-정보들의 제공, 두 가지 전보 사이에서 정지 시간 인터-패킷-갭(IPG)의 유지, 송신 데이터를 한 프리앰블 만큼 보완, 스타트-오브-프레임-구분 문자(SFD: Start of Frame Delimiter) 그리고 매개 변수화 가능한 사이클릭-용장-체크-워드(CRC), 전보의 길이가 60 바이트 미만인 경우에는 하나의 전보를 패드-바이트로 채움, 그리고 필요에 따라 한 송신 과정의 중단. 통신-ALU RPA의 추가의 기능들은 다음과 같다: 통신-ALU PEA의 수신된 바이트를 제공하는 기능, 스타트-오브-프레임-구분 문자 및 VLAN-프레임(Virtuell-LAN)의 검출, 전보 내에 있는 길이 필드 및 CRC-워드의 체크, 수신 과정의 종료 후에 상기 통신-ALU PEA의 수신-상태-정보를 이용하는 기능 그리고 프리앰블 및 스타트-오브-프레임-구분 문자의 정보로부터 분리하는 기능.
상기 통신-ALUs PEA, RPA 또는 TPA는 회로 내부에 통합되었으나 외부에 배치될 수도 있는 상위 제어 장치(CPU)와 함께 동작한다. 상기 상위 제어 장치(CPU)가 통합되었다면, 회로는 통신 기능들을 수행하고, 외부 제어 장치(호스트 시스템)에 결합하기 위하여 듀얼-포트 메모리(DPMH)를 구비하거나 또는 상기 회로는 통신 이외에 전체 애플리케이션을 실행하고, 외부 메모리 및 주변 모듈의 연결을 위하여 내부 시스템 버스를 익스텐션 버스(EB)로서 외부로 유도한다. 바람직하게는 어드레스 라인, 데이터 라인, 제어 버스 라인에 연결된 호스트 제어 장치(HC)를 갖는 호스트 인터페이스 장치가 제공되고, 상기 장치는 메모리 및 주변 모듈을 연결하기 위한 확장 버스(EB)와 추가의 상위 제어 장치를 연결하기 위한 듀얼-포트 메모리(DPMH) 사이에서 스위칭 전환될 수 있다. 두 가지 작동 방식에 대하여 동일한 신호가 이용되고, 상기 신호는 소프트웨어마다 스위칭 전환될 수 있다. 이 경우 상기 통신-ALUs PEA, RPA, TPA의 레지스터 세트(SR) 및 듀얼-포트 메모리(DPM)가 작동 진행과 동시에 상위 제어 장치(CPU)에 의하여 판독 및 기록됨으로써, 네트워크 사이클로 이루어지는 산업 실시간-이더넷-해결책 그리고 마이크로 초 영역에서의 정확성이 가능해지며, 이와 같은 정확성은 권한이 있는 하드웨어 소자들 또는 ASICs에 의한 지원을 필요로 하지 않는다. 이와 같은 내용이 응용, 시스템 및 통신-아키텍처의 요청에 대한 적응과 마찬가지로 실시간-송신의 최적화에도 적용됨으로써, 결국 매니지먼트로부터 필드 평면까지 이르는 연속적인 데이터 액세스가 보장된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 데이터 스위치(DS)도 포함하고, 상기 데이터 스위치는 예를 들어 32-비트 제어 장치(CPU) 및 다른 통신-ALUs PEA(이 경우 도 1에는 네 개의 별도의 통신-컨트롤러(KC)가 도시되어 있음)를 메모리(SP), 내부 주변 장치(PE) 및 상기 호스트 제어 장치(HC)에 할당된 듀얼-포트 메모리(DPMH)에 연결한다. 데이터 스위치(DS)가 여러 가지 슬레이브 포트(실시예에서는 두 개)를 통해 데이터에 대한 마스터 포트의 동시적인 액세스를 가능케 함으로써, 상기 데이터 스위치는 다른 통신-프로세서로부터 공지된 하나의 공통 버스의 "병목" 현상을 피한다.
유연한 통신 구조를 갖는, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 자동화 장치의 해결책에서는, 상기 자동화 장치(AG)의 베이스 보드가 적어도 하나, 도면에 도시된 실시예에서는 네 개의 자유롭게 구성될 수 있는 통신-컨트롤러(KC)를 구비한 통신-프로세서(KP)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-ALU KA가 통신-컨트롤러(KC) 내부에 통합되어 있다. 상기 통신-ALUs KA는, 이미 전술된 바와 같이, 송신율에 상응하게 수신된 비트- 또는 니블(절반 바이트) 연속적인 데이터 흐름을 디코딩하고, 병렬 표현(예컨대 바이트, 워드 또는 이중 워드)로 변환하고/변환하거나 하나의 병렬 표현으로부터 선택된 데이터를 비트- 또는 니블 연속적인 데이터 흐름으로 코팅하고, 올바른 송신율로 라인에 제공하고/제공하거나 동류의 해당 데이터 패킷의 송신- 및 수신 동작을 제어하는 과제를 갖는다.
또한, 상기 자동화 장치(AG)의 베이스 보드는 신호 라인(IC, ST, ED, SD)을 통해 통신-컨트롤러(KC)에 연결된, 교체 가능한, 적어도 하나, 도시된 실시예에서는 네 개의 물리적 인터페이스(PS)를 포함하고, 상기 인터페이스를 통해 각각 하나의 식별 코드, 제어 데이터, 수신 데이터 및 송신 데이터가 송신된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 통신-프로세서(KP)는 또한 데이터 스위치(DS)를 포함하고, 상기 데이터 스위치는 예를 들어 32-비트 제어 장치(CPU) 및 통신-컨트롤러(KC)(이 경우 도 4에는 네 개의 별도의 통신-컨트롤러(KC)가 도시되어 있음)를 메모리(SP), 내부 주변 장치(PE) 및 호스트 제어 장치(HC)에 연결된다. 상기 호스트 제어 장치(HC)는 외부 메모리 및 주변 모듈을 연결하기 위한 확장 버스(EB)와 추가의 상위 제어 장치를 연결하기 위한 듀얼-포트 메모리(DPMH) 사이에서 스위칭 전환될 수 있다. 따라서, 데이터 스위치(DS)가 여러 가지 슬레이브 포트(실시예에서는 세 개)를 통해 데이터에 대한 마스터 포트(예를 들어 두 개)의 동시적인 액세스를 가능케 함으로써, 상기 데이터 스위치는 전술된 바와 같이 다른 버스-컨트롤러로부터 공지된 하나의 공통 버스의 "병목" 현상을 피한다. 그럼으로써, 메모리 및 상기 듀얼-포트 메모리(DPMH)가 및 듀얼-포트 메모리(DPMH)가 작동 진행과 동시에 판독 및 기록됨으로써, 네트워크 사이클로 이루어지는 산업 실시간-이더넷-해결책 그리고 마이크로 초 영역에서의 정확성이 가능해지며, 이와 같은 정확성은 권한이 있는 하드웨어 소자들 또는 ASICs에 의한 지원을 필요로 하지 않는다. 이와 같은 내용이 응용, 시스템 및 통신-아키텍처의 요청에 대한 적응과 마찬가지로 실시간-송신의 최적화에도 적용됨으로써, 결국 매니지먼트로부터 필드 평면까지 이르는 연속적인 데이터 액세스가 보장된다.
본 발명에 따라, 통신 기능들은 고정적으로 사전에 제공되지 않으며, 오히려 자유롭게 프로그래밍 가능한 그리고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 통신-ALUs KA를 기초로 하여 형성되었다. 통신-컨트롤러(KC)는 시작 단계에서 한 물리적 인터페이스(PS)의 식별 코드를 판독한 다음에 통신-ALU AK를 적합하게 구성하고, 해당 펌웨어를 자동으로 요청한다. 또한, 통신-프로세서(KP)는 자유롭게 프로그래밍 가능한 다수의 통신-채널을 구비하고, 이로써 통신-표준의 임의의 조합들을 구현할 수 있다. 바람직하게, 상기 통신-프로세서(KP)는 자유롭게 프로그래밍 가능한 다수의 통신-컨트롤러(KC)를 기초로 하여 통신-프로토콜 이외에 애플리케이션도 실행 할 수 있다. 본 발명에 따라, 물리적 인터페이스(PS)는 고유한 지능 또는 컨트롤 기능들 없이 교체 가능한 독자적인 모듈로서 형성되었으며, 상기 인터페이스는 식별 코드에 의하여 시작 단계에서 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-컨트롤러(KC)에 로그-온 되고, 상기 통신-컨트롤러로 하여금 적합한 구성 및 해당 펌웨어를 호출할 수 있도록 한다. 특히 본 발명에 따른 해결책에서는, 마스터/슬레이브-시스템뿐만 아니라 두 가지 방향으로 투과성을 갖는 적어도 부분적으로 비-계층적인 네트워크 아키텍처를 필요로 하는 분배된 제어 장치도 구현될 수 있다.
도 5에 도시된 본 발명에 따른 "준 전용" 통신-프로세서(KP)의 해결책에서, 상기 통신-프로세서는 적어도 하나의, 도시된 실시예에서는 세 개의 자유롭게 프로그래밍 가능한, 각각 세 개의 통신-ALUs RPA, TPA, PEA를 구비한 통신-컨트롤러(KC)를 포함한다. 상기 제 1 통신-ALU RPA는, 전술된 바와 같이, 송신율에 상응하게 수신된 비트- 또는 니블(절반 바이트) 연속적인 데이터 흐름을 디코딩하고, 병렬 표현(예컨대 바이트, 워드 또는 이중 워드)로 변환하는 과제를 갖고, 상기 제 2 통신-ALU TPA는, 전술된 바와 같이, 하나의 병렬 표현으로부터 선택된 데이터를 비트- 또는 니블 연속적인 데이터 흐름으로 코팅하고, 올바른 송신율로 라인에 제공하는 과제를 가지며, 상기 제 3 통신-ALU PEA는, 전술된 바와 같이, 동류의 데이터 패킷의 송신- 및 수신 동작을 제어하는 과제를 갖는다.
도 5에 도시된 실시예에서는, 기어 단을 제어하기 위한 펄스-폭-변조단(PWM), 실제 위치를 판독 입력하기 위한 인코더 로직(EL) 및 샘플- 앤드 -홀드 -단(SH) 그리고 위상 전압 및 엔진 전류를 측정하기 위한 아날로그/디지털 변환 기(AD)를 구비한 통신-컨트롤러(KC)가 이용된다. 이 경우에는 특히 통신-컨트롤러(KC)와 구동 장치 사이에서 위치, 엔진 전압 및 엔진 전류 또는 위상 전압이 송신된다.
도 5에 도시된 바와 같이 통신-컨트롤러(KC)는 또한 데이터 스위치(DS)를 포함하는데, 상기 데이터 스위치는 예를 들어 뒤에 접속된 32-비트 제어 장치(CPU) 및 통신-ALUs KC를 메모리(SP) 및 내부 주변 장치(PE)와 연결한다. 통신-ALUs RPA 및 TPA는 다수의 명령들을 동시에 실행할 수 있다. 이 목적을 위하여, 전술된 바와 같이, 넓은 명령 코드(BC), 예를 들어 다수의 명령들이 그 내부에서 코딩된 64 비트가 이용된다. 이와 같은 기능은 예를 들어 논리적 연산, 프로그램 점프, 비트의 세팅 및 소거, 계수기의 증가 및 감소, 데이터의 송신 및 특수한 기능 레지스터들의 조작일 수 있다. 종래의 ALUs와 달리 상기 명령들은 하나의 사이클로 동시에 실시된다. 그에 상응하게, 통신-ALU PEA는 종래의 ALUs와 달리 다수의 특수한 이벤트들을 하드웨어마다 동시에 모니터링 한다. 이와 같은 기능은 예를 들어:
- 특정 데이터를 통신-ALU RPA로부터 또는 통신-ALU TPA로 또는 뒤에 접속된 제어 장치(CPU)로 송신,
- 시간의 경과,
- 특정 계수기의 계수의 달성 또는
- 특정 상태 비트의 세팅일 수 있다.
한 가지 이벤트가 나타나거나 또는 다수의 이벤트들의 특정 조합이 나타나면, 상기 통신-ALU PEA는 하나의 시스템 사이클 내에서 상기 이벤트에 할당된 섹션 의 처리에 의해서 프로그램 코드를 등록한다.
통신-ALU PEA는 또한 한 시스템 사이클 내에서:
- 하나의 데이터를 국부적인 메모리(SP)로부터 판독할 수 있고,
- 처리할 수 있으며, 통신-ALU TPA로 송신할 수 있거나
또는 상기 통신-ALU RPA로부터
- 수령할 수 있고,
- 처리할 수 있으며, 국부적인 메모리(SR)에 저장할 수 있다.
상기 국부적인 메모리(SR)에 대한 액세스는, 하나의 시스템 사이클 안에서 통신 기술에 통상적인 데이터 구조에 직접 액세스할 수 있기 위하여, 두 개의 레지스터를 통해 이중으로 유도된 상태로 이루어진다. 데이터 스위치(DS)가 여러 가지 마스터 포트(실시예에서는 두 개)를 통해 데이터에 대한 슬레이브 포트(예를 들어 두 개)의 동시적인 액세스를 가능케 함으로써, 상기 데이터 스위치는 전술된 바와 같이 다른 통신-프로세서(KP)로부터 공지된 하나의 공통 버스의 "병목" 현상을 피한다. 그럼으로써, 메모리가 작동 진행과 동시에 판독 및 기록됨으로써, 네트워크 사이클로 이루어지는 산업 실시간-이더넷-해결책 그리고 마이크로 초 영역에서의 정확성이 가능해지며, 이와 같은 정확성은 권한이 있는 하드웨어 소자들 또는 ASICs에 의한 지원을 필요로 하지 않는다. 이와 같은 내용이 응용, 시스템 및 통신-아키텍처의 요청에 대한 적응과 마찬가지로 실시간-송신의 최적화에도 적용됨으로써, 결국 매니지먼트로부터 필드 평면까지 이르는 연속적인 데이터 액세스가 보장된다.
본 발명에 따라, 통신 기능들은 고정적으로 사전에 제공되지 않으며, 오히려 자유롭게 프로그래밍 가능한 그리고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 통신-ALUs KA를 기초로 하여 형성되었다. 통신-컨트롤러(KC)는 시작 단계에서 통신-컨트롤러(KC)를 적합하게 구성하고, 해당 펌웨어를 자동으로 요청한다. 또한, 통신-프로세서(KP)는 자유롭게 프로그래밍 가능한 다수의 통신-컨트롤러(KC)를 구비하고, 이로써 통신-표준의 임의의 조합들을 구현할 수 있다.
바람직하게, 통신-프로세서(KP)는 자유롭게 프로그래밍 가능한 다수의 통신-컨트롤러(KC)를 기초로 하여, 통신-프로토콜 이외에 애플리케이션도 실행할 수 있다. 본 발명에 따라, 도 5에 도시된 실시예에서는, 자유롭게 프로그래밍 가능한 통신-ALUs RPA, TPA, PEA는 완전히 결정적이고, 뒤에 접속된 제어 장치(CPU) 없이 동기적인 구동 기능들을 자동으로 실행한다. 동기화 시점들 사이에서는, 두 개의 인코더 로직(EL) 또는 하나의 샘플-홀드-회로(SH) 및 하나의 AD-변환기(AD)를 통해 송신된 측정값(위치 또는 엔진 전류 및 위상 전압) 또는 하나의 PWM-변조기(PWM)를 통해 송신된 설정값이 뒤에 접속된 CPU와 교환되며, 이로써 인터럽트 타임들은 구동 기능들의 동기화에 관여하지 않게 된다. 본 발명에 따라, 구동 기능들의 직접적인 동기화, 특히 위치 측정 또는 조절 변수의 출력은 신속하고, 결정적이며 지터 없는 상호 통신 결합들, 특히 예컨대 PROFINET, POWERLINK, SERCOS-3, EtherCAT와 같은 실시간-이더넷 결합들이 가능해진다.
그 대안으로서, 구동 장치는 국부적인 시간을 가이드 할 수 있는데, 이와 같은 국부적인 시간은 다른 구동 장치에서 이루어지는 국부적인 시간과의 통신 결합 을 통해 자동화 설비 내부에 있는 공통적인 시스템 시간에 맞추어 동기화된다. 고정적으로 규정된 시점에서는, 개별 구동 장치에서 동기적인 기능들, 예컨대 위치의 측정 또는 엔진 전류의 출력이 작동될 수 있다. 특별한 어려움은, 이를 위해 필요한 기능들이 주기적으로 진행되고, 전체 사이클이 자신의 사이클 시간에서뿐만 아니라 자신의 위상 위치에서도 상기 국부적인 시간에 맞추어 동기화되어야 한다는 것이다. 도 6에 도시된 실시예에서는 도 5에 따른 실시예에 비해 추가로 하나의 국부적인 시계(U) 그리고 상기 통신-ALUs RPA, TPA, PEA의 결합 경로 내에 각각 하나의 래치(L)(Latch)가 배치되어 있다. 주기적으로 진행되는 제어 기능들의 개시 시점에서는, 동기화된 국부적인 시간이 상기 래치(L) 내에 저장되고, 상기 래치는 마지막 시작점에서 상기 래치(L) 내에 저장된 시간과의 차이를 형성함으로써, 상기 국부적인 시계의 시간을 기초로 하여 사이클 시간이 측정된 다음에, 실제 사이클 시간의 확대 또는 축소에 의하여, 상기 사이클 시간은 상기 국부적인 시간을 기준으로 일정하게 그리고 고정된 위상 관계로 유지된다. 그럼으로써, 전체 사이클은 자신의 사이클 시간 안에서뿐만 아니라 자신의 위상 위치 안에서도, 도 7의 시간 다이어그램에서 곧바로 알 수 있는 바와 같이, 상기 국부적인 시간에 맞추어 동기화되었다. 본 발명에 따르면, 주기적인 구동 기능들, 특히 위치의 측정 또는 조절 변수의 출력을 국부적인 시스템 시간에 맞추어 직접적으로 동기화하는 것이 가능해지며, 상기 국부적인 시스템 시간은 적합한 프로토콜, 특히 IEEE 1588에 의하여 자동화 시스템 내부에서 동시 동작에 맞추어 재조절된다.
자동화 기술에서 특히 구동 기능들을 위해 사용하기 위한 본 발명에 따른 해 결책이 (바코드- 및 식별 시스템을 위한 보편적인 통신-플랫폼, 지능적인 EAs, 저비용-구동 장치, SPSen 또는 기계 터미널을 포함) 기술되어 있더라도, 상기 방법 및 장치의 사용은 상응하는 네트워크 전이를 갖는 다른 메시지 네트워크 내에서도 가능하다. 표준 제어 기능 및 안전 기능의 지능적인 맞물림에 의해서는, 표준 기능들뿐만 아니라 안전 기능들도 반작용 없이 하나의 시스템 내에서 조합될 수 있다. 상기 시스템의 모듈 방식(modularity)은 사용자에게 언제나 간단히 확장될 수 있는 큰 유연성을 제공하고, 마이그레이션도 허용한다. 그 원인은, 본 발명에 따른 컨셉이 메시지 네트워크 또는 시스템/설비 내에서 (또한 중간 접속된 접속부를 위해서도) 예비 파워를 형성하고, 발명 또는 기본 구상의 변동 없이도 개별 상황들에 대한 간단한 적응 그리고 결합을 허용한다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 임의의 무선 또는 유선 네트워크 또는 원격 통신 네트워크(예컨대 UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network)를 통하여 개별적이고 상호 작용적으로 통신하는, 임의로 교차 결합할 수 있는 버스 사용자의 저렴한 구성도 가능케 한다. 이때 진행되는 네트워크 매니지먼트 서비스의 반복적인 프로세스, 특히 다이얼로그와 관련된 프로세스는 상응하게 저장된 모든 다이얼로그 요소들(예컨대 버스 사용자(장치) 또는 프로그램, 통신 프로토콜의 초기화, 구성, 시작 및 정지)을 포함하며, 상기 다이얼로그 요소들은 특히 불균일한 구조물에서도 사용될 수 있고, 원격 통신 네트워크 내에서 버스 사용자 및 다이얼로그 서버가 포함된 다이얼로그 모니터링도 허용한다. 따라서, 예를 들어 각 버스 사용자 내에 있는 데이터, 파라미터, 기능들에 대하여 각각의 장소로부터 인터넷을 통해 액세스가 가능해지며, 장치와 무관 한 통일적인 에러 처리도 가능해진다. 또한, 바람직하게 교체시에 에러를 유발하는 새로운 장치의 초기화는 플러그- 앤드 플레이에 의해서 실현될 수 있고, 유연한 통신-메커니즘은 다수의 적용예 및 시스템 아키텍처에서 간단한 사용을 가능케 한다. 예를 들어 본 발명에 따른 해결책에서는, 마스터/슬레이브-시스템뿐만 아니라 두 가지 방향으로 투과성을 갖고 적어도 부분적으로 비-계층적인 네트워크 아키텍처를 요구하는 분배된 제어 장치도 구현될 수 있다. 본 발명의 개선예에서 예를 들어 TCP/IP 및 SPX/IPX 라우팅-기능을 위한 다이얼로그 서버 내에서는 (또한 LCR(Least Cost Router)로서도) 설치될 수 있다.
Claims (24)
- 데이터 통신 방법, 특히 연속 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를, 통신-컨트롤러(KC)를 통해 상위 제어 장치(CPU)와 함께 동작하는 분배된 제어 장치와 결합하기 위한 데이터 통신 방법으로서,* 상기 통신-컨트롤러(KC)가 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)로 구성되고,* 상기 통신-ALU(RPA, TPA)의 한 명령 코드에서는 다수의 명령들이 코딩되고, 상기 명령 코드는 특수한 통신 기능들에 맞추어 최적화되었으며,* 상기 통신-ALU(RPA, TPA) 내에 특수한 통신 기능들을 실행하는 논리 기능 블록들(FI, Z, V, CRC)이 나란히 배치되어 있음으로써,상기 통신 기능들은 고정적으로 사전에 제공되지 않고, 오히려 상기 자유롭게 프로그래밍 가능한 그리고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)를 토대로 하여 구성되었으며, 이로써 한 시스템 사이클에서는 다수의 명령들이 실행되고, 그에 따라 매우 상이한 네트워크들 간에 전이가 실현될 수 있는,데이터 통신 방법.
- 제 1 항에 있어서,통신 기능들이 제 1 단의 두 개의 통신-ALUs(RPA, TPA)으로, 즉:* 한 비트- 또는 니블- 지향적인 연속 데이터 흐름의 수신 및 디코딩 그리고 상기 데이터 흐름의 바이트, 워드 또는 이중 워드 표현으로의 동시 변환에 맞추어 최적화된 제 1 통신-ALU(RPA),* 비트- 또는 니블-지향적인 연속 데이터로의 바이트, 워드 또는 이중 워드 표현의 연속 변환 및 상기 연속 데이터 흐름의 코딩 및 발송에 맞추어 최적화된 제 2 통신-ALU(TPA)으로 분할되고,제 2 단의 통신-ALU(PEA)으로, 즉:* 다수의 가능한 이벤트들 및 그 조합들을 동시에 모니터링 하고, 한 시스템 사이클 내에서 이벤트 발생의 경우에 해당 프로그램 코드를 개시하는 제 3 통신-ALU(PEA)으로 분할됨으로써, 통신이 두 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 상위 제어 장치(CPU)는 상기 통신-ALUs(RPA, TPA, PEA)와 함께 하나의 회로 내에 통합되어 있고, 상기 회로는 외부 제어 장치(호스트 시스템)에 결합하기 위하여 듀얼-포트 메모리(DPMH)를 포함하거나, 또는상기 회로의 상위 제어 장치(CPU)는 전체 애플리케이션을 실행하고, 상기 회로는 외부 메모리 및 주변 모듈의 연결을 위하여 내부 시스템 버스를 연장 버스(EB)로서 외부로 유도하며,두 가지 작동 방식을 위하여 동일한 신호들이 이용되고, 상기 동일한 신호들이 소프트웨어마다 스위칭 전환되는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 방법.
- 제 1 항에 있어서,매우 넓은, 특히 64 비트 폭의 명령 코드(BC)가 이용되고, 상기 명령 코드 내에서는 다수의 명령들, 특히 논리적 연산, 프로그램 점프, 비트의 세팅 및 소거, 계수기의 증가 및 감소, 데이터의 송신 그리고 특수한 기능 레지스터들의 조작이 코딩되며, 상기 명령들은 한 시스템 사이클에서 동시에 실시되는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 3 통신-ALU(PEA)는 다수의 특수한 이벤트들, 특히 제 1 통신-ALU(RPA)로부터의 또는 제 2 통신-ALU(TPA)로의 또는 상위 제어 장치(CPU)로의 송신, 시간의 진행, 특정 계수기 계수의 도달 또는 특정 상태 비트의 세팅을 동시에 모니터링 하는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)는 직렬/병렬- 또는 병렬/직렬-변동을 위하여, 하나의 공통된 레지스터 세트(SR)를 통해 추가의 통신-ALUs와 결합하고, 상기 추가 의 통신-ALUs에는 기록 및 판독 동작이 동시에 이루어지면서 액세스가 이루어질 수 있으며, 이때 기록의 경우에는 마지막 값이 유효한 것을 특징으로 하는,데이터 통신 방법.
- 제 3 항 및 제 6 항에 있어서,상기 통신-ALU(RPAm TPA, PEA)의 레지스터 세트(SR) 및 상기 듀얼-포트 메모리(DPM)는 진행 동작과 동시에, 상위 제어 장치(CPU)에 의하여 판독 및 기록될 수 있는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 방법.
- 제 3 항 및 제 6 항에 있어서,적어도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA), 듀얼-포트 메모리(DPMH) 및 공통된 레지스터(SR)로 이루어진 상기 통신-컨트롤러(KC)는 DMA-컨트롤러(DMA)를 통해 상위 제어 장치(CPU)와 결합하는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 방법.
- 데이터 통신 장치, 특히 연속 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 분배된 제어 장치와 결합하기 위한, 데이터 통신 장치로서, 상기 장치에서는* 상위 제어 장치(CPU)와 함께 동작하고, 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어 도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)를 포함하는 통신-컨트롤러(KC)가 제공되고,* 다수의 명령들이 그 내부에서 코딩되고, 특수한 통신 기능에 맞추어 최적화된 하나의 명령 코드가 제공되며,* 상기 통신-ALU(RPA, TPA, PEA) 내에서 특수한 통신 기능들을 실행하는 두 개 이상의 로직 기능 블록들(FI, Z, V, CRC)이 나란히 배치되어 있음으로써,상기 통신 기능들은 고정적으로 사전에 제공되지 않고, 오히려 상기 자유롭게 프로그래밍 가능한 그리고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)를 토대로 하여 구성되었으며, 이로써 한 시스템 사이클에서는 다수의 명령들이 실행되고, 그에 따라 매우 상이한 네트워크들 간에 전이가 실현될 수 있는,데이터 통신 장치.
- 제 9 항에 있어서,32 비트까지 넓은 데이터의 직렬/병렬- 또는 병렬/직렬-변동 및 상기 데이터의 코딩 그리고 디코딩을 위하여, 상기 병렬로 배치된 로직 기능 블록들(FI, Z, V. CRC)은 적어도 하나의 시프트 레지스터(FI), 적어도 하나의 계수기(Z) 및 연속 데이터를 평가하여 사전에 제공된 값들에 따라 상태 비트를 플래그(F)에 설정하는 적어도 하나의 비교기(V), 그리고 상기 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)의 명령에 따라 상기 연속 데이터를 CRC-다항식의 산술 과정에 수용하는 적어도 하나의 CRC-제네레이터(CRC)를 포함하는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)는 직렬/병렬- 또는 병렬/직렬-변동을 위하여 FIFOs를 통해 그리고 추가로 명령 레지스터 및 상태 레지스터를 통해 추가의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)와 결합하거나, 또는상기 추가의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)는 모든 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)가 동시에 기록 및 판독하면서 액세스할 수 있는 하나의 공통 레지스터 세트(SR)를 통해 연결되어 있고, 이때 기록의 경우에는 마지막 값이 유효한 것을 특징으로 하는,데이터 통신 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 적어도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)는 DMA-컨트롤러(DMA) 및/또는 듀얼-포트 메모리(DPMH)를 통해 상위 제어 장치(CPU)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 장치.
- 제 9 항 및 제 12 항에 있어서,어드레스 라인, 데이터 라인, 제어 버스 라인에 연결된 호스트 제어 장치(HC)를 갖는 호스트 인터페이스 장치가 제공되고, 상기 장치는 메모리 및 주변 모듈을 연결하기 위한 확장 버스(EB)와 추가의 상위 제어 장치를 연결하기 위한 듀 얼-포트 메모리(DPMH) 사이에서 스위칭 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는,데이터 통신 장치.
- 유연한 통신 구조물을 갖는 장치, 특히 자동화 장치로서, 상기 장치가* 상위 제어 장치와 함께 동작하는, 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-컨트롤러(KC),* 상기 통신-컨트롤러(KC)에 통합된, 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU(KA) 그리고* 식별 코드, 제어 데이터, 수신 데이터 및 송신 데이터(IC, ST, ED, SD)의 송신을 위한 신호 라인을 통해 상기 통신-컨트롤러(KC)에 연결된, 교체 가능한 물리적 인터페이스(PS)를 포함함으로써, 상기 물리적 인터페이스가 교체될 수 있는,자동화 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 통신 프로세서(KP) 내부에는 자유롭게 프로그래밍 가능한 다수의 통신-컨트롤러(KC)가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는,자동화 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 물리적 인터페이스(PS)는 통신 네트워크의 연결 플러그를 갖는 프린팅 회로로서 형성된 것을 특징으로 하는,자동화 장치.
- 제 14 항에 있어서,통신 네트워크의 연결 플러그를 갖는 물리적 인터페이스(PS)가 통합 유닛으로서 형성된 것을 특징으로 하는,자동화 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 통신-프로세서(KP)는 애플리케이션뿐만 아니라 송신 프로토콜도 처리하는 것을 특징으로 하는,자동화 장치.
- 적어도 하나의 통신-컨트롤러(KC), 상기 통신-컨트롤러 내부에 통합된 통신-ALU(KA) 그리고 적어도 하나의 물리적 인터페이스(PS)를 구비한 자동화 장치를 구성하기 위한 방법으로서, 상기 방법에서* 통신 기능들은 고정적으로 사전에 제공되지 않고, 오히려 자유롭게 프로그래밍 가능하고 통신 기능들에 맞추어 최적화된 ALUs(KA)를 토대로 하여 형성되며,* 시작 단계에서는 상기 물리적 인터페이스(PS)가 하나의 신호 라인(IC)을 통해 식별 코드를 상기 통신-컨트롤러(KC)로 송신하며,* 상기 통신-컨트롤러(KC)는 자동으로 올바른 구성을 실행하고, 해당 소프트웨어를 상기 통신-ALU(KA)에 로딩하는,자동화 장치 구성 방법.
- 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 특히 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)를 통해 뒤에 접속된 제어 장치(CPU)와 함께 동작하는 "준 전용" 통신-컨트롤러(KC)를 포함하는 분배된 제어 장치와 동기화하기 위한 방법으로서, 상기 방법에서* 상기 통신-컨트롤러(KC)는 특정 데이터 또는 이벤트의 발생을 검출하고,* 상기 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)는 동기적인 제어 기능들을 실행하며,* 동기화 시점들 사이에서 측정값 및 목표값들이 뒤에 접속된 제어 장치(CPU)와 교환됨으로써,상기 뒤에 접속된 제어 장치(CPU)의 중단 잠재 시간이 제어 기능들의 직접적인 동기화에 관여하지 않게 되는 것을 특징으로 하는,동기화 방법.
- 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 특히 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)를 통해 뒤에 접속된 제어 장치(CPU)와 함께 동작하는 "준 전용" 통신-컨트롤 러(KC)를 포함하는 분배된 제어 장치와 동기화하기 위한 방법으로서, 상기 방법에서* 주기적으로 실행되는 제어 기능들의 시작 시점에, 동기화된 국부적인 타임(L)이 저장되고,* 마지막 시작 시점에 저장된 타임과의 차를 형성함으로써, 상기 국부적인 타임(U)을 토대로 하는 사이클 타임이 측정되며,* 실제 주기 타임을 확대 또는 축소하여, 상기 주기 타임이 상기 국부적인 타임과 관련하여 일정하게 그리고 고정된 위상 관계로 유지됨으로써,전체 사이클은 자신의 사이클 타임에서뿐만 아니라 자신의 위상 위치에서도 상기 국부적인 타임에 맞추어 동기화되는,동기화 방법.
- 제 20 항에 있어서,구동 기능들의 직접적인 동기화, 특히 위치 측정 및 조절 변수들의 출력은 신속하고 결정적이며 지터 없는 통신 결합에 맞추어 이루어지는 것을 특징으로 하는,동기화 방법.
- 제 21 항에 있어서,주기적인 구동 기능들의 직접적인 동기화, 특히 위치 측정 및 조절 변수들의 출력은, 적합한 프로토콜, 특히 IEEE 1588에 의해 자동화 장치 내부에서 동시 진행에 맞추어 재조절되는 국부적인 시스템 시간에 맞추어 이루어지는 것을 특징으로 하는,동기화 방법.
- 하나의 직렬 데이터 버스를 통해 상호 통신하는 한 개방 자동화 시스템의 버스 사용자를 분배된 제어 장치와 동기화하기 위한 장치로서, 상기 장치가* 자유롭게 프로그래밍 가능한 적어도 하나의 통신-ALU(RPA, TPA, PEA)를 포함하는, "준 전용"의 통신-컨트롤러(KC)를 구비하고,* 상기 통신-컨트롤러(KC) 뒤에 접속된 제어 장치(CPU)를 구비하며,* 상기 통신-ALU(RPA, TPA, PEA) 내부에서 시간을 측정 및 저장하기 위한 수단을 갖춘 적어도 하나의 로직 기능 블록을 구비함으로써,상기 통신-컨트롤러(KC)에 의해서는, 뒤에 접속된 제어 장치(CPU) 없이도 제어 기능들의 직접적인 동기화가 이루어지거나 또는 한 제어 기능이 시작될 때마다 저장되는 국부적인 타임의 비율에 따라 동기화가 이루어지는,동기화 장치.
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