NL9000608A

NL9000608A - Communicatiestelsel.

Info

Publication number: NL9000608A
Application number: NL9000608A
Authority: NL
Original assignee: Locamation Beheer B V
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1991-10-16
Also published as: WO1991014324A1; EP0521069A1

Description

Communicatiestelsel.

De uitvinding heeft betrekking op een communicatiestelsel, ingericht voor het via een transmissiestelsel onder besturing van althans één hoofdstation (master) met één of meer onderstations (slaves) en één of meer hierop aangesloten invoer(I)- en/of uitvoer(0)-modules uitwisselen van gegevens in discrete of digitale vorm, door het serieel via het transmissiestelsel transporteren van gegevensbits, in het bijzonder pakketten van gegevensbits.

Communicatiestelsels van deze soort zijn in de praktijk op zich bekend, bijvoorbeeld als zogeheten "Local Area Networks (LAN's)" in onder andere kantoor-, bedrijfs-, ziekenhuis- en produktie-omgevingen. Het fysische transmissiemedium is meestal coax- of glasvezelkabel. De informatie wordt voornamelijk in digitale vorm getransporteerd en kan zoal variëren van tekst-, spraak- tot regel- en meetgegevens. Voor interlocale verbindingen staan onder andere met kabels of radiopaden uitgeruste openbare netwerken ter beschikking. LAN-communicatiestelsels zijn in principe ingericht voor het willekeurig onderling communicatief koppelen van twee of meer aangesloten stations, terwijl openbare netwerken primair het verzorgen van punt-tot-punt verbindingen tussen twee stations tot taak hebben.

In de praktijk meestal toegepaste LAN-topologieën zijn ster-, bus-, ring- en boomconfiguraties waarbij de gegevensbits serieel naar de aangesloten stations worden getransporteerd. In het algemeen in pakket-vorm, dat wil zeggen dat een bepaald station niet ononderbroken informatie kan uitzenden maar slechts pakketten met een afgemeten informatie-inhoud. Voor de besturing van de communicatie is een grote verscheidenheid aan protocollen ontwikkeld zoals CSMA/CD, "token passing", Aloha enz.. Voor meer bijzonderheden wordt verwezen naar het themanummer "Architectures of Local Area Networks (LAN's)", in IEEE Communication Magazine, vol. 22, nr. 8, augustus 1984.

Volgens het LAN-concept opgebouwde communicatiestelsels hebben in het algemeen het nadeel dat zij voor toepassing in bijvoorbeeld in- v dustriële meet- en regelomgevingen met een groot aantal Ι/0-punten (bijvoorbeeld 1000 of meer) te traag zijn, mede als gevolg van de noodzakelijke communicatieprotocollen. Omdat de informatie serieel via het netwerk wordt getransporteerd maar daarentegen veelal parallel door de aangesloten stations wordt verwerkt, kan een verdere vertraging ontstaan als gevolg van de vereiste parallel-naar-serie (P/S)- en serie-naar-parallel (S/P)-conversie.

Voor het onderling koppelen van microcomputerstelsels en randapparatuur worden in de praktijk veelal busnetwerken toegepast zoals de bekende VME-bus of de SCSI-bus. De gegevensbits worden via deze busnetwerken groepsgewijs parallel getransporteerd. Andere in de praktijk toegepaste busnetwerken zijn o.a. Multibus R en Q-bus R.

Busnetwerken worden naarmate de te overbruggen afstand groter wordt snel relatief duur, als gevolg van de toename van de kosten van het voor parallelle overdracht van gegevensbits benodigde transmissieme-dium, dat wil zeggen bandbreedte en/of fysisch medium. Om deze kosten te beperken zal men voor het overbruggen van relatief grote afstanden van seriële transmissie gebruik dienen te maken.

Aan de uitvinding ligt nu de opgave ten grondslag een communicaties telsel met serieel gegevensbittransport aan te geven, met de mogelijkheid tot het uitwisselen van gegevens met een gewenst (groot) aantal informatiepunten, waarmee een relatief snelle en gegarandeerde responsie mogelijk is en met een kostentechnisch gunstige structuur.

Volgens de uitvinding wordt dit aldus bereikt, dat een slave is voorzien van een met het transmissiestelsel gekoppelde besturingsmodule voor het met de aangesloten I/O-modules serieel uitwisselen van gegevensbits, waarbij de I/O-modules van middelen zijn voorzien voor het serieel transporteren van gegevensbits en via een locale gegevensbus voor serieel bittransport in kaskade op de besturingsmodule zijn aangesloten.

Aan de oplossing volgens de uitvinding ligt de gedachte ten grondslag dat in een communicatiestelsel met serieel transport van gegevensbits een snelle uitwisseling van gegevens daardoor kan worden verwezenlijkt, door het eveneens in de I/O-modules serieel verwerken van de gegevensbits. Hierdoor vervalt de noodzaak voor P/S- en/of S/P-conversie op het niveau van de slaves en de daarmee gepaard gaande kosten en vertraging in de verwerking van de gegevensbits uit een pakket, hetgeen als volgt kan worden ingezien.

Veronderstel dat er meerdere I/O-modules via een locale gegevensbus voor parallelbittransport op een slave zijn aangesloten, waarbij elke I/O-module informatie in de vorm van x parallelle gegevensbits ontvangt. Telkens als er door een slave x gegevensbits serieel zijn ontvangen, dient een conversieslag van seriële naar parallelle representatie van gegevensbits te worden uitgevoerd. Nadat de geconverteerde gegevensbits aan de betreffende I/O-module zijn doorgegeven, kunnen de gegevensbits voor een volgende I/O-module worden geconverteerd etc.. Bij een aantal van y I/O-modules ontvangt de laatste zijn informatie pas vertraagd na y conversieslagen omdat, zoals bekend, voor elke conversie-slag een zekere tijd nodig is. Deze tijdvertraging kan bijvoorbeeld worden verminderd door het inzetten van meerdere S/P-omzetters en/of meerdere locale gegevensbussen met bijbehorende interface. Dit laatste resulteert echter zowel in een kosten- als montagetechnisch ongunstige structuur.

Bij het communicatiestelsel volgens de uitvinding daarentegen worden de gegevensbits, nagenoeg zonder tijdvertraging, via een locale gegevensbus voor serieel bittransport aan de betreffende I/O-modules doorgegeven. Op het moment dat elke I/O-module de hiervoor bestemde gegevensbits heeft ontvangen, kan gelijktijdig tot verwerking worden overgegaan. Waar nodig kan in de betreffende I/O-module conversie naar een parallelle representatie worden uitgevoerd. De vertraging in de door een I/O-module uit te voeren actie(s) is in vergelijking tot een locaal parallel werkend stelsel in hoofdzaak beperkt tot een enkele S/P- of P/S-conversieslag, uiteraard voor zover deze noodzakelijk is.

Doordat in de oplossing volgens de uitvinding ook op locaal niveau met een gegevensbus voor serieel bittransport kan worden volstaan, kunnen de afzonderlijke I/O-modules in kaskade worden aangesloten. Hierdoor ontstaat een overzichtelijke en relatief goedkope bedradings-structuur, hetgeen vooral van voordeel is bij procesbesturingen en dergelijke waar de I/O-modules op moeilijk bereikbare en relatief ver van een slave verwijderde plaatsen kunnen zijn gelegen. Het zal duidelijk zijn dat naarmate het aantal I/O-modules toeneemt het kostenaspect steeds gunstiger wordt in het voordeel van het communicatiestelsel volgens de uitvinding.

Door het onderling serieel koppelen van de I/O-modules zijn deze in aantal in principe onbeperkt uitbreidbaar. Een besturingsmodule hoeft slechts van één interface voor het aansluiten van de kaskade van 1/0-modules te worden voorzien. Dit in tegenstelling tot communicatiestel-sels waarbij elke I/O-module via een afzonderlijke interface op een besturingsmodule zijn aangesloten. Het aantal aan te sluiten I/O-modules wordt dan bepaald door het aantal aansluitmogelijkheden waarvoor de betreffende besturingsmodule is gedimensioneerd.

Het spreekt voor zich dat het bovenbeschreven, met de oplossing volgens de uitvinding verkregen tijdsvoordeel niet alleen optreedt bij het aan de I/O-modules toevoeren van gegevensbits maar ook bij het aan de master doorgeven van informatie van de I/O-modules, respectievelijk de hierop aangesloten randapparatuur, aftast- en besturingsorganen etc..

Het communicatiestelsel volgens de uitvinding is in wezen verge- lijkbaar met één enkel schuifregisterstelsel en heeft een deterministisch karakter. Dat wil zeggen dat er zowel tijdens de uitvoer- als de invoerfase een gedefinieerde, vaste tijdsrelatie bestaat tussen de responsie van de afzonderlijke I/O-modules respectievelijk tussen de bij een slave behorende I/O-modules. Vooral bij meet- en regeltoepassingen zijn gedefinieerde, vaste responsietijdstippen en/of -intervallen noodzakelijk. LAN-structuren bijvoorbeeld bezitten in het algemeen, mede als gevolg van de toegepaste communicatieprotocollen, geen deterministische eigenschappen. Voor meet-en regeltoepassingen zijn deze systemen daarom in het algemeen minder geschikt.

Teneinde het beoogde gedrag als schuifregisterstelsel zoveel mogelijk te benaderen, heeft een verdere uitvoeringsvorm van het commu-nicatiestelsel volgens de uitvinding het kenmerk, dat een slave van tijdstuurmiddelen is voorzien voor het gesynchroniseerd met het transport van de gegevensbits via het transmissiestelsel, transporteren van de gegevensbits via de locale gegevensbus. Dit communicatiestelsel heeft een, met betrekking tot het bittransport, "transparante" netwerkstructuur, hetgeen een voorwaarde is om te komen tot een met zo min mogelijk vertraging behepte uitwisseling van informatie tussen de master, de aangesloten slaves en de I/O-modules.

Een verder voordeel van een transparante netwerkstructuur is dat de volgorde van de gegevensbits in een pakket direct kan corresponderen met de volgorde van de I/O-modules hiervan. Het aan de uit te wisselen gegevens toevoegen van adresinformatie omtrent de I/O-modules is hierbij dus niet vereist. Dit heeft een gunstige invloed op de effectieve snelheid waarmee de informatie kan worden uitgewisseld en op de foutgevoeligheid gezien de voor het besturen van het stelsel geringe overhead.

Het transparante karakter van het communicatiestelsel volgens de uitvinding kan ook worden behouden zonder de noodzaak om alle uit te wisselen gegevensbits via alle aangesloten I/O-modules te transporteren. Overeenkomstig een weer verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding kan dit daardoor worden gerealiseerd, dat de besturingsmodule van selectiemiddelen is voorzien, voor het via de locale gegevensbus alleen transporteren van gegevensbits bestemd voor of afkomstig van de op deze besturingsmodule aangesloten I/O-modules.

In deze weer verdere uitvoeringsvorm worden via de locale gegevensbus alleen de voor de betreffende, hierop aangesloten I/O-modules bestemde gegevensbits of hiervan afkomstige gegevensbits getransporteerd. De informatie voor I/O-modules aangesloten op een andere slave wordt op het niveau van de slaves zelf doorgegeven.

Indien het aantal gegevensbits per slave gelijk is, of indien de master het aantal voor elke slave bestemde gegevensbits kent, is het in principe niet noodzakelijk om aan de uit te wisselen gegevens adresinformatie van de betreffende slaves toe te voegen. Om echter de slaves onderling zoveel mogelijk onafhankelijk van elkaar te laten opereren is het van voordeel om een slave van een eenduidig adres te voorzien, en om aan de uit te wisselen gegevensbits adresinformatiebits toe te voegen.

Een nog weer verdere uitvoeringsvorm, gebruik makend van de selectie van gegevensbits voor de betreffende locale gegevensbussen, heeft het kenmerk, dat de besturingsmodule is ingericht om de gegevensbits via de locale gegevensbus met een van het transport van de gegevensbits via het transmissiestelsel afwijkende snelheid te transporteren. Mits het toepassingsgebied dit toestaat, heeft een relatief lage transportsnel-heid van gegevensbits via de locale gegevensbus een kostengunstige invloed. Zoals bekend neemt immers de prijs van elektronische componenten toe naar mate een hogere verwerkingssnelheid wordt verlangd. Een hogere transportsnelheid van de gegevensbits via de locale gegevensbus, in vergelijking tot het bittransport over het transmissiestelsel tussen de slaves en de althans ene master, heeft daarentegen het voordeel dat er tijd beschikbaar komt om, bijvoorbeeld voorafgaand aan het aan de I/O-modules toevoeren van informatie en/of het aan de master toevoeren van gegevensbits afkomstig van de I/O-modules, de slave controlebewer-kingen te laten uitvoeren teneinde bijvoorbeeld het uitwisselen van met fouten behepte gegevens zoveel mogelijk te voorkomen.

Naast de reeds genoemde voordelen van een grote flexibiliteit in het aantal aan te sluiten I/O-modules en een verhoging van de effectieve informatie-uitwisselingssnelheid kan een voor toepassing in het communi-catiestelsel volgens de uitvinding geschikte I/O-module tevens bijzonder eenvoudig en goedkoop worden uitgevoerd. Een uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de middelen van een I/O-module voor het serieel via de locale gegevensbus transporteren van de gegevensbits één of meer schuifregisters omvatten.

Een hierop gebaseerde verdere uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de schuifregisters zijn ingericht voor het serieel transporteren van aan de invoerzijde van een I/O-module parallel aangeboden gegevensbits en/of voor het aan de uitvoerzijde van een I/O-module parallel presenteren van voor de betreffende I/O-module bestemde serieel getransporteerde gegevensbits. Door het schuif register van een aantal uitgangen te voorzien, corresponderend met het aantal voor een bepaalde I/O-module bestemde gegevensbits, kan voor een parallel representatie van de betref fende gegevensbits aan de uitvoerzijde van een I/O-module worden gezorgd. In het geval van informatie welke in de gegevensstroom dient te worden opgenomen, kunnen met een dergelijk schuifregister de betreffende gegevensbits in een pakket eenvoudig worden vervangen door de aan de invoerzijde van een I/O-module aangeboden gegevensbits.

Omdat de informatie-uitwisseling onder besturing van de master plaatsvindt, is het noodzakelijk om elke verandering in de toestand van een slave aan de master door te geven, zoals bijvoorbeeld het aansluiten of verwijderen van een op de betreffende slave aangesloten I/O-module of het veranderen van het type I/O-module. Een uitvoeringsvorm van het communicatiestelsel volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de besturingsmodule van middelen is voorzien voor het detecteren en met de althans ene master uitwisselen van informatie over de statustoestand en/of type codering van de aangesloten I/O-modules. Het spreekt vanzelf dat fouten in het functioneren van een besturingsmodule en/of een 1/0-module van een slave door de master gedetecteerd moeten kunnen worden. Hierbij kan met voordeel van het doorgeven van de statustoestand en/of type codering worden gebruik gemaakt, dit omdat het niet of niet op de voorafbepaalde wijze ontvangen van de statusinformatie van een betreffende slave voor de master een aanwijzing is dat er een mogelijke fout-situatie kan zijn opgetreden.

Met hetzelfde doel heeft een uitvoeringsvorm van de uitvinding verder het kenmerk, dat een I/O-module van middelen voor het bewaken van de werking hiervan en/of de werking van de locale gegevensbus is voorzien. Het bewaken van de werking van elke afzonderlijke I/O-module en de locale gegevensbus is van essentieel belang omdat, als gevolg van de seriële koppeling van de I/O-modules, een storing in de locale gegevensbus of een module tot een verstoring van de informatie-uitwisseling met de overige I/O-modules kan leiden. Omdat bij seriële overdracht alle lijnen van bijvoorbeeld de locale gegevensbus tegelijk actief zijn, in tegenstelling tot een parallelle bus waar de lijnen in het algemeen niet steeds tegelijk actief zijn, kunnen de bewakingsmiddelen relatief eenvoudig van opbouw zijn.

In het bijzonder bij impliciete adressering van de I/O-modules, dus wanneer de volgorde van de gegevensbits overeenkomt met de volgorde van de I/O-modules van een betreffende slave, kunnen fouten in het transmissiestelsel en/of de locale gegevensbus tot ongewenste responsies aanleiding geven. Om dit zoveel mogelijk te verhinderen heeft een uitvoeringsvorm van het communicatiestelsel volgens de uitvinding het kenmerk, dat een slave van middelen voor het bewaken van het seriële transport van gegevensbits via het transmissiestelsel en/of de locale gegevensbus is voorzien.

Een volledige bewaking van de gegevensuitwisseling is daardoor bewerkstelligd, dat de althans ene master van middelen voor het detecteren van foutsituaties in het transmissiestelsel is voorzien. Bij detectie van een transmissiefout zal de besturingsmodule van een slave de ontvangen gegevens niet accepteren en evenmin nieuwe gegevens in een ontvangen pakket opnemen. Het pakket wordt dan ongewijzigd verder getransporteerd. De master ontvangt dan het verstuurde pakket, eventueel met transmissiefouten, terug. Door een controle van de verzonden en ontvangen gegevens kan informatie over een transmissiestoring worden verkregen. Zonodig kan het betreffende pakket bijvoorbeeld nogmaals worden verzonden.

De slaves in het communicatiestelsel volgens de uitvinding zijn vanwege de tot op het niveau van de I/O-modules voortgezette seriële transmissie in het bijzonder geschikt voor toepassing in een ringnet-werkconfiguratie. Een verdere uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de slaves via een meervoudig ringtransmissiestelsel op de althans ene master zijn aangesloten, waarbij de althans ene master en de slaves van middelen voor het van transmissiestelselring omschakelen zijn voorzien.

Een zeer flexibel stelsel wordt in een uitvoeringsvorm van de uitvinding daardoor verkregen, dat de althans ene master en slaves voor het via een transmissiestelselring in de ene en/of de andere richting zenden respectievelijk ontvangen van pakketten van gegevensbits zijn ingericht. Op deze wijze uitgevoerde master en/of slaves kunnen als schakelcentrum fungeren, zodat bijvoorbeeld in een storingssituatie de master zoveel mogelijk aangesloten slaves kan bereiken.

De uitvinding heeft ook betrekking op een I/O-module, een onder-station (slave) en een hoofdstation (master) overeenkomstig en geschikt voor gebruik bij het communicatiestelsel volgens een of meer van de voorgaande uitvoeringsvormen.

De uitvinding voorziet tevens in een werkwijze voor het met meerdere invoer(I)- en/ of uitvoer(0)-modules serieel uitwisselen van gegevensbits onder toepassing van althans één hoofdstation (master) en één of meer onderstations (slaves) welke via een transmissiestelsel voor serieel bittransport met de althans ene master in verbinding staan, en waarbij de Ι/0-modules via een locale gegevensbus voor serieel bittransport in kaskade op een betreffende slave zijn aangesloten, omvattende de stappen van: - het onder besturing van de althans ene master: - vormen van een pakket van gegevensbits, waarbij de volgorde van de gegevensbits correspondeert met de volgorde van de aangesloten I/O-modules, - aan het gevormde pakket toevoegen van stuurinformatiebits, - naar de slaves en/of de I/O-modules transporteren van het pakket en de toegevoegde stuurinformatiebits, en het - ontvangen en verwerken van gegevensbits afkomstig van de slaves en/of de X/O-modules; - het onder invloed van de stuurinformatiebits onder besturing van de slaves: - aan de uitvoerzijde van de, op de betreffende slave aangesloten I/O-modules presenteren van de hiervoor bestemde gegevensbits, en/of - in het pakket plaatsen van aan de invoerzijde van de 1/0-modules aangeboden gegevensbits.

Middels deze wijze van impliciete adressering, gebaseerd op de volgorde van de aangesloten I/O-modules, wordt optimaal gebruik gemaakt van de transparante structuur van het communicatiestelsel volgens de uitvinding.

Een verdere uitvoeringsvorm van deze werkwijze volgens de uitvinding, waarmee op een locale gegevensbus alleen de voor de, op deze gegevensbus aangesloten I/O-modules bestemde en afkomstige gegevensbits worden getransporteerd, omvat de stappen van: - het onder besturing van de althans ene master aan de, voor een betreffende slave bestemde gegevensbits toevoegen van adresin-formatiebits, en - het onder besturing van de slaves detecteren van de adresinfor-matiebits en het met de aangesloten I/O-modules alleen uitwisselen van de hiervoor bestemde gegevensbits.

Hoewel door het toevoeren van adresinformatiebits de theoretisch maximaal haalbare gegevensuitwisselingssnelheid wordt verkleind, biedt dit toch een aantal voordelen ten opzichte van de bovengenoemde impliciete adressering. De synchroniteit van de gegevensuitwisseling wordt namelijk als geheel verbeterd, omdat de gevolgen van een storing in een I/O-module slechts beperkt blijven tot de gegevensuitwisseling met de, op de bijbehorende slave aangesloten I/O-modules. Verder is het mogelijk om bij storingen in het transmissiestelsel, bijvoorbeeld bij het van transmissiering of communicatierichting omschakelen, toch de juiste gegevensbits met de juiste slave uit te wisselen. Naast gegevens omtrent het adres kunnen de toegevoegde adresinformatiebits uiteraard ook gegevens omtrent het aantal uit te wisselen gegevensbits omvatten.

De voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding, omvat de stap van het onder besturing van de slaves opeenvolgend doorgeven van de toegevoerde stuurinformatiebits voor het achtereenvolgens door de slaves uitwisselen van gegevensbits met de aangesloten 1/0-modules.

De stuurinformatiebits kunnen bijvoorbeeld aan het einde en/of het begin van een pakket van gegevensbits worden gerangschikt. Ontvangst door de althans ene master aan het begin, gezien in de transmissierich-ting, van een pakket van gegevensbits geplaatste stuurinformatiebits betekent dat de gegevensbits van het pakket in de betreffende slaves c.q. I/O-modules zijn gearriveerd. Aan het einde van een pakket van gegevensbits opgenomen stuurinformatiebits kunnen fungeren als teken voor de slaves dat de hiervoor bestemde gegevensbits zijn ontvangen en met de aangesloten I/O-modules kunnen worden uitgewisseld c.q. dat van de I/O-modules afkomstige gegevensbits in het pakket kunnen worden opgenomen. De bemonsteringstijdstippen van de I/O-modules c.q. de hierop aangesloten organen kunnen met de stuurinformatiebits bijgevolg nauwkeurig worden vastgelegd.

Een verdere werkwijze volgens de uitvinding, waarbij de stuurinformatiebits achtereenvolgens door de slaves worden doorgegeven, omvat de stappen van: - het onder besturing van de laats ton tvangende slave naar de althans ene master terugvoeren van de stuurinformatiebits, en - het onder besturing van de althans ene master na ontvangst van de stuurinformatiebits transporteren en verwerken van het, van de slaves afkomstige pakket van gegevensbits.

Volgens een nog weer verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding kan het communicatiestelsel verder daardoor effectief worden benut, door het tussen opeenvolgende pakketten van gegevensbits via het transmissiestelsel tussen de althans ene master en/of één of meer slaves en/of één of meer verdere op het transmissiestelsel aangesloten stations uitwisselen van informatie. Naast het uitwisselen van statusinformatie, type-informatie en gegevensbits kan met voordeel ook niet met de I/O-modules in verband staande informatie over het transmissiestelsel worden getransporteerd.

De uitvinding wordt nu in het navolgende nader uiteengezet aan de hand van de beschrijving van een voorbeelduitvoeringsvorm van het communicatiestelsel en de bijgaande tekeningen, waarin:

Fig. 1 schematisch de architectuur van een volgens de uitvinding opgebouwd communicatiestelsel toont,

Fig. 2 in blokschemavorm een voorbeelduitvoeringsvorm van de transmissie-eenheid en de besturingsmodule van een slave toont,

Fig. 3 in blokschemavorm een voorbeelduitvoeringsvorm van een 1/0-module toont, en.

Fig. k in blokschemavorm een voorbeelduitvoeringsvorm van de master toont.

Fig. 1 toont schematisch de architectuur van het communicatiestelsel volgens de uitvinding, omvattende een hoofdstation (master) 1 en meerdere onderstations (slaves) 2, 3. 5· De master 1 en de slaves 2, 3, 4, 5 zijn via een dubbel-ringtransmissiestelsel, bestaande uit zend/-ontvangeenheden 6 en transmissielijnen 7» 8 onderling verbonden. De transmissielijnen 7» 8 kunnen bijvoorbeeld bestaan uit coaxiale kabel, glasvezelkabel, en dergelijke.

Elke slave 2, 3. 5 omvat een op de bijbehorende zend/ontvang- eenheid 6 aangesloten besturingsmodule 9 waarop één of meer invoer(I)-en/of uitvoer(0)-module(s) zijn aangesloten. Het aantal op een besturingsmodule aan te sluiten Ι/0-modules 10 kan per slave variëren afhankelijk van zijn functie, bijvoorbeeld het sturen van een meet- en regel-proces.

De Ι/0-modules zijn per slave in kaskade geschakeld en vormen op deze wijze, in abstractie gezien, een voortzetting van het transmissie-stelsel. Met een streep-punt-lijn 11 is schematisch de gegevensstroom in het communicatiestelsel aangegeven. Zowel in het transmissiestelsel 7» 8 als tot op het niveau van de Ι/0-modules 10 worden de gegevensbits serieel getransporteerd.

Het geheel heeft hierdoor een, met een schuifregister overeenkomende structuur, waarbij elke Ι/0-module impliciet is geadresseerd door zijn positie in de keten.

Hoewel een dubbel-ringtransmissiestelsel is getoond, zal het duidelijk zijn dat het communicatiestelsel volgens de uitvinding zowel met een enkel-ringtransmissiestelsel alsook met een meer dan twee ringen omvattend transmissiestelsel kan zijn uitgevoerd. Uiteraard kunnen meer of minder slaves worden ingezet en kan het aantal Ι/0-modules per slave groter of kleiner zijn.

Het schuifregisterprincipe is ook van voordeel ten aanzien van het, bijvoorbeeld om betrouwbaarheidsredenen, toepassen van meerdere masters zoals in fig. 1 met onderbroken lijnen is geïllustreerd. In een dergelijk multi-masterconcept is in het algemeen één van de masters actief voor wat betreft de gegevensuitwisseling, terwijl één of meer andere masters daarin slechts een passieve rol hebben. Alle masters zijn zodanig ingericht, dat zij elk de functie van de actieve master kunnen ovememen, bijvoorbeeld in het geval van storingen. De passieve masters kunnen fouten van de actieve master eenvoudig detecteren, omdat zij, als gevolg van hun kaskadeschakeling en het seriële transport van gegevens-bits in het communicatiestelsel volgens de uitvinding, alle informatie ontvangen welke voor de actieve master bestemd is. Tussen de diverse masters is bijgevolg geen afzonderlijk communicatiepad vereist om bijvoorbeeld de passieve masters op de hoogte te stellen van de, door de actieve master uitgevoerde bewerkingen, opdrachten etc.. Een dergelijke "hot stand by"-mode is in het bijzonder van belang bij industriële meet-en regelprocesbesturingen waarbij uitval of vertraging in het produk-tieproces onder meer ernstige financiële consequenties kan hebben. Het spreekt vanzelf dat in een dergelijk multi-masterconcept de voorwaarden waaronder en de manier waarop de taken van een master door een andere master worden overgenomen vooraf gespecificeerd dienen te worden.

Fig. 2 toont in blokschemavorm een voorbeelduitvoeringsvorm van een gedeelte van een slave 2, 3. 5· Over de van een pijl voorziene verbindingen worden gegevensbits getransporteerd. De zend/ontvangeenheid 6 omvat een multiplexer 12, bestaande uit twee modems 13. 14 welke respectievelijk met de eerste transmissiering 7 en met de tweede trans-missiering 8 zijn verbonden. Voor het overdragen van de gegevens via het transmissiestelsel kunnen op zich in de praktijk bekende signaalcode-ringstechnieken worden toegepast. Door middel van lijnfoutdetectoren 15 kan de werking van een betreffende transmissiering 7» 8 worden bewaakt.

De ontvangen gegevens worden na demodulatie door één van de modems 13, 14 aan de, op de multiplexer 12 aangesloten besturingsmodule 9 toegevoerd, welke in de getoonde voorbeelduitvoeringsvorm is ingericht voor het bijvoorbeeld volgens het bekende Synchronous Data Link Control (SDLC)-protocol uitwisselen van de informatie met de master. In plaats van het SDLC-protocol kan ook elk ander geschikt protocol worden toegepast. De eenheid in de besturingsmodule welke voor het uitwisselen van de informatie in het gekozen protocol zorgt is met het verwijzingscijfer 16 aangeduid.

Met behulp van op de multiplexer 12 en de eenheid 16 aangesloten tijdstuurmiddelen 17 wordt uit het transport van de gegevensbits via het transmissiestelsel 7. 8 de benodigde tijdstuurinformatie voor de besturingsmodule 9 afgeleid. Op deze wijze wordt bereikt dat het transport van-de gegevensbits door de slave c.q. de hierop aangesloten I/O-modules gesynchroniseerd met het transport van de gegevensbits via het transmissies telsel kan plaatsvinden. E.e.a. resulterend in een transparante communicatiestructuur.

Op de eenheid 16 zijn verder drijver- en bewakingsmiddelen 18 aangesloten, voor het sturen en bewaken van de werking van een locale gegevensbus 19 voor serieel bittransport. Op deze locale gegevensbus 19 zijn de respectieve I/O-modules 10 in kaskade aangesloten (niet getoond in fig. 2).

Zoals reeds in de inleiding besproken, kan elke slave van een eenduidig adres worden voorzien en kan de adressering van de afzonderlijke Ι/0-modules 10 aan de hand van hun volgorde in de kaskadeschake-ling plaatsvinden. Bijgevolg is voorzien in een eenheid 20 welke het adres van een slave kan decoderen, in een eenheid 21 welke informatie kan detecteren omtrent het aantal gegevensbits voor een betreffende slave en zonodig een eenheid 22 welke informatie omtrent de typecodering van de, op de locale gegevensbus aangesloten Ι/0-modules kan uitlezen, bijvoorbeeld een module met enkel een uitvoerzijde of een module met enkel een invoerzijde. Voor een inhoudelijke controle van de ontvangen gegevensbits, bijvoorbeeld aan de hand van op zich bekende foutdetectie-technieken, is een verdere eenheid 23 voorzien. De betreffende eenheden 20 , 21, 22 , 23 zijn alle op de eenheid 16 aangesloten of maken deel hiervan uit.

Statusgegevens omtrent het bijvoorbeeld al dan niet aangesloten zijn van een Ι/0-module worden in een eenheid 24 verzameld, welke tevens informatie omtrent de werking van de multiplexer 12, de in bedrijf zijnde transmissiering 7» δ en informatie omtrent de energievoorziening en de correcte werking van de locale gegevensbus van de betreffende slave ontvangt. Deze statusinformatie wordt via de eenheid 16 aan de master 1 doorgegeven. Op grond hiervan kan dan de gegevensstroom voor een betreffende slave worden gecorrigeerd c.q. kan informatie omtrent de werkingstoestand van de slave worden gegenereerd.

Een praktische uitvoeringsvorm van de besturingsmodule 9 is gerealiseerd met een enkele zogeheten "gate-array" geïntegreerde schakeling, type EPM 5128, fabrikaat Altera. Hoewel de slaves in wezen geen intelligentie hoeven te bezitten, zal het voor een vakman duidelijk zijn dat realisatie met een of meer geschikte microprocessoren bijvoorbeeld ook tot de mogelijkheden behoort. Hierbij kan in het bijzonder gedacht worden aan uitvoeringen van het communicatiestelsel waarbij de gegevensbits via de locale gegevensbus 19 met een van de gegevensbits via het transmissiestelsel 7» δ afwijkende snelheid worden getransporteerd, een en ander zoals in de inleiding is beschreven.

Een mogelijke uitvoeringsvorm van een I/O-module 10 is in blok-schemavorm in fig. 3 getoond. In zijn eenvoudigste vorm omvat een 1/0-module een enkel schuifregister waarin de te transporteren gegevensbits worden doorgeschoven. Wanneer de voor de betreffende Ι/0-module bestemde gegevensbits zich bijvoorbeeld alle in het schuifregister bevinden, kan dan door middel van een stuursignaal de betreffende informatie zonodig parallel worden uitgelezen, zonder verstoring van het bittransport. Voor het in een pakket plaatsen van informatie, bijvoorbeeld meetgegevens, kan de omgekeerde weg worden bewandeld. In de in fig. 3 getoonde voor-beelduitvoeringsvorm bezit de Ι/0-module 10 vier schuifregisters, respectievelijk 25, 26 , 27 en 28. Het aantal bitposities van een schuifregister correspondeert met het aantal bitposities van de gegevensbits voor de betreffende Ι/0-module. De schuifregisters 25 en 26 bevinden zich in kaskade geschakeld aan de uitvoerzijde 33 en de schuifregisters 27 en 28 bevinden zich aan de invoerzijde 3^ van de Ι/0-module. Over de van een pijl voorziene verbindingen met de locale gegevensbus 19 worden gegevensbits van en naar de betreffende Ι/0-module getransporteerd.

De schuifregisters 25 en 27 verzorgen via de daarop aangesloten buffers 29 respectievelijk 30 een parallelle digitale uitgang en een parallelle digitale ingang. De schuifregisters 26 en 28 voorzien in een analoge uitgang respectievelijk analoge ingang via de D/A-omzetter 31 respectievelijk de A/D-omzetter 32.

Een praktische uitvoeringsvorm van een Ι/0-module is gerealiseerd met digitale schuifregisters 25, 26 van het type 7^HC409^ en voor de digitale schuifregisters 27, 28 type 7^HC7597, alle fabrikaat Philips.

Op de buffers 29, 30 en de omzetters 31» 32 zijn tijdstuursignaal-leidingen aangesloten (niet getoond) welke vanuit de besturingsmodule 9 van de slave worden geactiveerd wanneer bijvoorbeeld de voor de betreffende Ι/0-module bestemde gegevensbits door een van de betreffende schuifregisters 25, 26, 27, 28 zijn verzameld. Omwille van de duidelijkheid zijn, evenals in fig. 2, de diverse tijdstuursignaalleidingen en-middelen voor de schuifregisters, buffers, en zonodig omzetters niet getoond. Voor een vakman behoeft dit geen verdere uitleg.

Desgewenst kan een Ι/0-module van middelen 35 voor het bewaken van de werking hiervan en/of de werking van de locale gegevensbus 19 zijn voorzien. De middelen 35 bewaken de activiteit op de locale gegevensbus 19 alsmede aan de in- en uitgangszijde, respectievelijk de buffers 30, 29 en zonodig de omzetters 32, 31* Het resultaat van de bewaking door de middelen 35 kan aan de middelen 23 in de besturingsmodule 9 als informa tie omtrent de statustoestand van de betreffende I/O-module worden doorgegeven. De middelen 35 kunnen op relatief eenvoudige wijze middels poortschakelingen worden gerealiseerd omdat bij seriële gegevensuitwisseling alle lijnen actief zijn.

Door het ontbreken van de noodzaak voor toepassing van intelligente componenten, zoals microprocessoren, in de I/O-modules kunnen deze relatief goedkoop worden uitgevoerd, hetgeen vooral van belang is bij meet- en regelprocestoepassingen waarbij een groot aantal informatiepunten moet kunnen worden bemonsterd en/of bestuurd. Het zal duidelijk zijn dat de in fig. 3 getoonde uitvoeringsvorm van een I/O-module 10 wanneer deze alleen voor invoer van informatie wordt toegepast eenvoudiger van opbouw kan zijn door het weglaten van de schuifregisters 25 en 26 en de bijbehorende buffer 29 respectievelijk D/A-omzetter 31· Op analoge wijze geldt voor een Ι/0-module welke alleen voor het af geven van signalen geschikt dient te zijn dat de schuifregisters 27 en 28, de buffer 30 en de A/D-omzetter 32 aan de ingangszijde 3^ komen te vervallen. Ook is het niet perse noodzakelijk om zowel in een digitale ingang en/of uitgang alsook in een analoge in- en/of uitgang te voorzien. De met de uitvinding beoogde vereenvoudiging van de 1/0-middelen komt hier duidelijk tot uiting.

De programmatuur voor het besturen van het communicatiestelsel volgens de uitvinding is in hoofdzaak geconcentreerd in de master 1, welke in een voorbeelduitvoeringsvorm van de uitvinding zoals getoond in fig. 4 een stuureenheid 36 voor het sturen van de gegevensstroom via het transmissiestelsel 7. 8 omvat, met een bijbehorend geheugen 37 voor het opslaan en uitwisselen van informatie met een besturingscomputer 38 welke de benodigde berekeningen en achtergrondinformatie voor het via de Ι/0-modules te sturen proces bevat. Op deze. besturingscomputer 38 kan verdere randapparatuur worden aangesloten, bijvoorbeeld een verdere computer ter ondersteuning van de besturingscomputer 38 (niet getoond).

De zend/ontvangeenheid 6 verzorgt de bewaking van de transmissie en de besturingscomputer 38 verzorgt en bewaakt de juiste volgorde van de gegevensbits voor een betreffende slave, gerelateerd aan de volgorde waarin de Ι/0-modules zijn geschakeld. De informatie omtrent deze volgorde onttrekt de stuureenheid 36 uit de ontvangen statusinformatie van de betreffende slaves.

In het geval dat het transmissiestelsel, zoals getoond in fig. 1, als een meervoudig ringtransmissiestelsel is uitgevoerd, verzorgt de zend/ontvangeenheid 6 tevens het van transmissiering of van communica-tierichting omschakelen van de gegevensstroom. Een en ander op basis van de Informatie verkregen over het al dan niet juist functioneren van de verbinding met het transmissiestelsel.

De zend/ontvangeenheid 6 kan op soortgelijke wijze worden uitgevoerd als getoond in fig. 2. Een praktische uitvoeringsvorm van de master is gerealiseerd met een microprocessor type MC 68020, fabrikaat Motorola als besturingscomputer en een programmeerbare logische inrichting type EPM 5128, fabrikaat Altera, als stuureenheid 36·

Voor de besproken voorbeelduitvoeringsvormen van de diverse onderdelen van het communicatiestelsel volgens de uitvinding geldt dat een groot aantal van de met een blok aangeduide functies zowel hardware- als softwarematig kunnen worden uitgevoerd.

In een praktische uitvoeringsvorm van het communicatiestelsel volgens de uitvinding, waarbij als transmissiemedium glasvezelkabel wordt toegepast, kan 2 Mbit/sec aan informatie worden verwerkt. Bij bijvoorbeeld een 1/0-configuratie van 10.000 bits (10.000 Ι/0-punten) kan een 1/0-punt elke 10 msec worden afgetast of aangestuurd. Het cyclische karakter van de gegevensbituitwisseling, dat wil zeggen dat elke Ι/0-module regelmatig, met een vaste interval wordt aangestuurd c.q. hiervan gegevens worden opgevraagd, is een belangrijk kenmerk van de onderhavige uitvinding. Incidentele fouten in de uitgewisselde informatie worden zeer snel gecorrigeerd, waardoor de informatie in de master omtrent de Ι/0-modules steeds conform de realiteit zal zijn.

Omdat de informatie-uitwisseling bij voorkeur pakketsgewijs plaatsvindt, kan het transmissiestelsel gedurende de tijd dat er geen uitwisseling van informatie tussen de master en de aangesloten slaves plaatsvindt voor het overdragen van bijvoorbeeld informatie voor het testen van aangesloten slaves en dergelijke worden gebruikt. Hiertoe kunnen zo nodig een of meer verdere processor (en) op het transmissiestelsel worden aangesloten. Ook kan niet direct tot de applicatie behorende informatie worden uitgewisseld met andere, op het transmissiestelsel aangesloten stations.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet beperkt is tot een communicatiestelsel met de, bij wijze van voorbeeld besproken uitvoeringsvormen van de master, slaves en de Ι/0-modules. Een vakman kan vele wijzigingen en aanvullingen aanbrengen, zonder af te wijken van de, aan de uitvinding ten grondslag liggende inventieve gedachte.

Claims

1. Communicatiestelsel, ingericht voor het via een transmissie-stelsel (7.8) onder besturing van althans één hoofdstation (master) (1) met één of meer onderstations (slaves) (2, 3. 4, 5) en één of meer hierop aangesloten invoer(I)- en/of uitvoer(0)-modules (10) uitwisselen van gegevens in discrete of digitale vorm, door het serieel via het transmissiestelsel (7. 8) transporteren van gegevensbits, in het bijzonder pakketten van gegevensbits, met het kenmerk, dat een slave (2, 3» 4, 5) is voorzien van een met het transmissiestelsel (7. 8) gekoppelde besturingsmodule (9) voor het met de aangesloten Ι/0-modules (10) serieel uitwisselen van gegevensbits, waarbij de Ι/0-modules (10) van middelen (25-28) zijn voorzien voor het serieel transporteren van gegevensbits en via een locale gegevensbus (19) voor serieel bittransport in kaskade op de besturingsmodule (9) zijn aangesloten.

2. Communicatiestelsel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een slave (2, 3. 4, 5) van tijdstuurmiddelen (17) is voorzien voor het gesynchroniseerd met het transport van de gegevensbits via het transmissiestelsel (7, 8) transporteren van de gegevensbits via de locale gegevensbus (19) ·

3. Communicatiestelsel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de besturingsmodule (9) van selectiemiddelen (20-22) is voorzien, voor het via de locale gegevensbus (19) alleen transporteren van gegevensbits bestemd voor of afkomstig van de op deze besturingsmodule (9) aangesloten Ι/0-modules (10).

4. Communicatiestelsel volgens conclusie 3. met het kenmerk, dat de besturingsmodule (9) is ingericht om de gegevensbits via de locale gegevensbus (19) met een van het transport van de gegevensbits via het transmissiestelsel (7. 8) afwijkende snelheid te transporteren.

5. Communicatiestelsel volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de middelen van een Ι/0-module (10) voor het serieel via de locale gegevensbus (19) transporteren van de gegevensbits één of meer schuifregisters (25, 28) omvatten.

6. Communicatiestelsel volgens conclusie 5. met het kenmerk, dat de schuifregisters (25-28) zijn ingericht voor het serieel transporteren van aan de invoerzijde (34) van een Ι/0-module (10) parallel aangeboden gegevensbits en/of voor het aan de uitvoerzijde (33) van een Ι/0-module (10) parallel presenteren van voor de betreffende Ι/0-module (10) bestemde serieel getransporteerde gegevensbits.

7. Communicatiestelsel volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de besturingsmodule (9) van middelen (23) is voorzien voor het detecteren en met de althans ene master (1) uitwisselen van informatie over de statustoestand en/of type codering van de aangesloten I/O-modules (10).

8. Communicatiestelsel volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een Ι/0-module (10) van middelen (35) voor het bewaken van de werking hiervan en/of de werking van de locale gegevensbus (19) is voorzien.

9. Communicatiestelsel volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een slave (2, 3» 4» 5) van middelen (15, 18, 23) voor het bewaken van het seriële transport van gegevensbits via het transmissiestelsel (7. 8) en/of de locale gegevensbus (19) is voorzien.

10. Communicatiestelsel volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de althans ene master (1) van middelen voor het detecteren van foutsituaties in het transmissiestelsel (7, 8) is voorzien.

11. Communicatiestelsel volgens een of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de slaves (2, 3» 4, 5) via een meervoudig ringtransmissiestelsel op de althans ene master (1) zijn aangesloten, waarbij de althans ene master (1) en de slaves (2, 3» 5) van middelen (6) voor het van transmisslestelselring (7; 8) omschakelen zijn voorzien.

12. Communicatiestelsel volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de althans ene master (1) en slaves (2, 3* 4, 5) voor het via een trans-missiestelselring (7; 8) in de ene en/of de andere richting zenden respectievelijk ontvangen van gegevensbits is ingericht.

13. I/O-module (10) voorzien van een invoer- (34) en/of uitvoer-zijde (33)» geschikt voor gebruik in een communicatiestelsel volgens één of meer van de voorgaande conclusies en ingericht volgens één of meer van de conclusies 1, 5, 6 of 8.

14. Onderstation (slave) (2, 3. 4, 5) geschikt voor gebruik in een communicatiestelsel volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 12 en ingericht volgens één of meer van de conclusies 1, 2, 3* 4, 7, 9, 11 of 12.

15. Hoofdstation (master) (1) geschikt voor gebruik in een communicatiestelsel volgens één of meer van de conclusies 1 tot en met 12 en ingericht volgens één of meer van de conclusies 1, 10, 11 of 12.

16. Werkwijze voor het met meerdere invoer(I)- en/ of uitvoer(0)-modules (10) serieel uitwisselen van gegevensbits onder toepassing van althans één hoofdstation (master) (1) en één of meer onderstations (slaves) (2, 3» 4, 5) welke via een transmissiestelsel (7, 8) voor serieel bittransport met de althans ene master (1) in verbinding staan, en waarbij de I/O-modules (10) via een locale gegevensbus (19) voor serieel bittransport in kaskade op een betreffende slave (2, 3» 4, 5) zijn aangesloten, omvattende de stappen van: - het onder besturing van de althans ene master (1): - vormen van een pakket van gegevensbits, waarbij de volgorde van de gegevensbits correspondeert met de volgorde van de aangesloten Ι/0-modules (10), - aan het gevormde pakket toevoegen van stuurinformatiebits, - naar de slaves (2, 3. 4» 5) en/of de Ι/0-modules (10) transporteren van het pakket en de toegevoegde stuurinformatiebits, en het - ontvangen en verwerken van gegevensbits afkomstig van de slaves (2, 3» 4, 5) en/of de Ι/0-modules (10); - het onder invloed van de stuurinformatiebits onder besturing van de slaves (2, 3. 4, 5)· - aan de uitvoerzijde (33) van de, op de betreffende slave (2, 3. 4, 5) aangesloten Ι/0-modules (10) presenteren van de hiervoor bestemde gegevensbits, en/of - in het pakket plaatsen van aan de invoerzijde (34) van de Ι/0-modules (10) aangeboden gegevensbits.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, waarbij de slaves (2, 3* 4, 5) van selectiemiddelen (20-22) voor adresinformatie zijn voorzien, omvattende de stappen van: - het onder besturing van de althans ene master (1) aan de, voor een betreffende slave (2, 3* 4, 5) bestemde gegevensbits toevoegen van adresinformatiebits, en - het onder besturing van de slaves (2, 3. 4, 5) detecteren van de adresinformatiebits en het met de aangesloten Ι/0-modules (10) alleen uitwisselen van de hiervoor bestemde gegevensbits.

18. Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, omvattende de stap van het onder besturing van de slaves (2, 3, 4, 5) opeenvolgend doorgeven van de toegevoerde stuurinformatiebits voor het achtereenvolgens door de slaves (2, 3, 4, 5) uitwisselen van gegevensbits met de aangesloten 1/0-modules (10).

19. Werkwijze volgens conclusie 18, omvattende de stappen van: - het onder besturing van de laatstontvangende slave (2, 3, 4, 5) naai* de althans ene master (1) terugvoeren van de stuurinforma- tiebits, en - het onder besturing van de althans ene master (1) na ontvangst van de stuurinformatiebits transporteren en verwerken van het van de slaves (2, 3. 5) afkomstige pakket van gegevensbits.

20. Werkwijze volgens één of meer van de conclusies 16 tot en met 19, omvattende de stap van het tussen opeenvolgende pakketten van gegevensbits via het transmissiestelsel (7, 8) tussen de althans ene master (1) en/of één of meer slaves (2, 3, 5) en/of één of meer verdere op het transmissiestelsel (7, 8) aangesloten stations uitwisselen van informatie.