WO2002086635A2 - Verfahren zum betreiben eines modularen steuersystems sowie danach arbeitendes steuersystem - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines modularen steuersystems sowie danach arbeitendes steuersystem Download PDF

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WO2002086635A2
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Albert Aumer
Domagoj Ilic
Heiko Kammler
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B2219/25314—Modular structure, modules

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a modular control system with a central unit and with a number of peripheral modules connected to it. It also relates to a tax system that operates according to this.
  • Such a modular control system is used to control system parts within an automated, often complex technical system process.
  • a central unit (master) and a number of so-called peripheral modules (slaves), such as actuators, sensors or generally converters, are usually provided, which are interconnected via a bus system or point-to-point connections ,
  • peripheral modules such as actuators, sensors or generally converters
  • These modules which generally also take on the role of (interface) slaves, are used to exchange operating messages and status or control information with overlaid control tasks or control functions within the networked control system.
  • the central unit reads the peripheral states, in particular the input and output values (I / O values), from the individual modules and stores them in a process image. If a module, for example a communication module, requires the status of a certain peripheral input and / or output, this is requested by the central unit and forwarded to the corresponding module. This always requires a second communication path via the central unit in an undesirably complex manner.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for operating a modular control system which enables reliable communication between the assemblies within the overall system with as little effort as possible. Furthermore, a control system that is particularly suitable for this purpose is to be specified.
  • a process image stored in the central unit of a system process to be controlled is cyclically exchanged between the peripheral modules and the central unit, the central unit and each peripheral module updating and updating the process image that is sometimes transmitted to the central unit transfers to the adjacent peripheral module.
  • the central unit transfers the current process image to the neighboring peripheral module in each program cycle. At the same time, the central unit receives the previously updated process image from this module. The peripheral states required by the respective peripheral module are taken from the process image and processed by this module. This module then transfers the updated process image to the neighboring I / O module. This exchange of
  • the process image is independent of the module type used and can therefore also be used for communication interfaces and for central units in distributed automation solutions.
  • control system has at least one central unit, in which a process image of the plant process to be controlled is stored, and a number of with the
  • Central processing unit connected peripheral modules.
  • the or each module cyclically reads that between the modules and process image exchanged by the central unit and out of this peripheral state for module-specific processing.
  • the peripheral module in turn, has a programmable memory and a transfer interface, via which a process image transferred to this module is transferred to an adjacent module.
  • the process image is transferred after the respective module has updated its peripheral states and entered it in the adopted process image.
  • a cyclical exchange of the process image between a number of peripheral modules and a central unit of a modular control system means that each module always has the complete process image available, without the system having the slot of the respective module or of the respective module must be known. As a result, detailed system knowledge is no longer necessary.
  • existing modules or modules with different peripheral configurations can also be used without retroactive effects.
  • the modular control system comprises a central unit or a master Z and, in the exemplary embodiment, three peripheral modules Bi to B 3 .
  • the central unit Z for example a CPU, has a programmable memory PS and a transfer interface S.
  • each of the modules Bi to B 3 has a transfer interface S and a memory M, which is expediently also programmable.
  • the assemblies Bi to B 3 can be communication modules, peripheral modules and / or modules with intelligent preprocessing for processing actuator or sensor signals of a technical system process within an automation system.
  • the central unit Z contains a process image with a unique addressing of the peripheral modules Bi to B 3 .
  • an initialization phase which is started automatically by the central unit Z after the start-up of the modules Bi to B 3 , the inputs and outputs in all the modules Z and B n are first assigned in the process image PA.
  • the central unit Z carries the periphery occupied by this, ie its inputs II to 14 and its outputs Q1 to Q4, m the process image PA - z. B. by an "l w - and passes this to the first assembly Bi.
  • This module Bi recognizes the occupied address locations AF E and AF A and thus the already occupied periphery and in turn enters its periphery, ie its inputs 15 to 18 and its outputs Q5 and Q6, in the process image PA.
  • this first assembly Bi passes the correspondingly expanded process image PA on to the next assembly B 2 , which in turn enters the periphery, ie its inputs 19 and 110 and its outputs Q7 and Q8, m, the process image PA and this to the third assembly B 3 passes. This process is continued until all modules Bi and all modules B n have their peripheral configuration m entered the process image PA.
  • the central unit Z transmits the updated process image PA to the adjacent (right) peripheral module B- .. connected to it after each program cycle. At the same time, the central unit Z receives the process image PA last updated by this peripheral module Bi. The central unit Z updates this Process image PA with its own input values (I / O values) II to 14. All inputs II to 14 are thus updated and the program running within the central unit Z is processed with these values. Then re-calculated designated output values Q are Siert to Q8 in the process image PA aktuali ⁇ .
  • the peripheral module Bi takes over the process image PA from the central unit Z and updates this process image PA with its own input values (I / O values) 15 to 18. Output values Q5 and Q6 required by this module Bi are taken and output.
  • This assembly Bi then transfers the updated process image PA to the next assembly B 2 connected to this assembly Bi.
  • the first module Bi receives the process image PA from the next module B 2 and updates it with its own input values 15 to 18. Output values Q5 and Q6 required by the module Bi are extracted and output.
  • the peripheral module B 2 takes over the process image PA from the (first) peripheral module Bi and updates this process image PA with its own input values (I / O values) 19 and 110. Output values Q7 and Q8 themselves required by this module B 2 are taken and output. This module B 2 then transfers the updated process image PA to the next module B 3 connected to this module B 2 . At the same time, the second module B 2 receives the process image PA from the next module B 3 and updates it with its own input values 19 and 110. Output values Q7 and Q8 required by the module B 2 itself are taken and output.
  • the I / O module B 3 takes over the process image PA from the I / O module B 2 and updates this process image PA with its own input values 111 and 112.
  • the updated process image PA is therefore available to the I / O module B 2 available needed because the module B 3 itself does not output ⁇ values.

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Abstract

Beim Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit (Z) und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripheriebaugruppen (B>n<) wird ein in der Zentraleinheit (Z) hinterlegtes Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripheriebaugruppen (B>n<) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauscht, wobei die Zentraleinheit (Z) und jede Peripheriebaugruppe (B>n<) das an diese jeweils übertragene Prozessabbild (PA) aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripheriebaugruppe (B>n<) übergibt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems sowie danach arbeitendes Steuersystem
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripheriebaugruppen. Sie bezieht sich weiter auf ein danach arbeiten- des Steuersystem.
Ein derartiges modulares Steuersystem dient zum Steuern von Anlagenteilen innerhalb eines automatisierten, häufig auch komplexen technischen Anlagenprozesses. Hierzu sind ublicher- weise eine Zentraleinheit (Master) und eine Anzahl von so genannten Peripheriebaugruppen (Slaves) , wie beispielsweise Aktoren, Sensoren oder allgemein Wandler, vorgesehen, die untereinander über ein Bussystem oder Punkt-zu-Punkt-Verbm- dungen miteinander verbunden sind. Diese Baugruppen, die in der Regel auch die Aufgabe von ( Interface-) Slaves übernehmen, dienen zum Austauschen von Betriebsmeldungen und Status- oder Steuerinformationen mit überlagerten Steuerungsaufgaben oder Steuerungsfunktionen innerhalb des vernetzten Steuerungssystems .
Beim Anlagenbetrieb und damit beim Betrieb des Steuersystems liest die Zentraleinheit die Peripheriezustande, insbesondere die Ein- und Ausgangswerte (I/O-Werte), aus den einzelnen Baugruppen aus und legt diese m einem Prozessabbild ab. Be- notigt eine Baugruppe, beispielsweise eine Kommunikationsbaugruppe, den Zustand von einem bestimmten Peripherieeingang und/oder -ausgang, so wird dieser von der Zentraleinheit angefordert und an die entsprechende Baugruppe weitergeleitet . Dies erfordert in unerwünscht aufwendiger Art und Weise stets einen zweiten Kommunikationsweg über die Zentraleinheit. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems anzugeben, das innerhalb des Gesamtsystems mit möglichst geringem Aufwand eine zuverlässige Kommunikation zwischen den Baugruppen er- moglicht. Des Weiteren soll ein hierzu besonders geeignetes Steuersystem angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfmdungsgemaß gelost durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu wird ein m der Zentraleinheit hinterlegtes Prozessabbild eines zu steuernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripheriebaugruppen und der Zentraleinheit ausgetauscht, wobei die Zentraleinheit und ede Peripheriebaugruppe das an diese eweils übertragene Prozessabbild aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripheriebaugruppe übergibt.
In vorteilhafter Ausgestaltung übergibt die Zentraleinheit bei edem Programmzyklus das aktuelle Prozessabbild an die benachbarte Peripheriebaugruppe. Gleichzeitig empfangt die Zentraleinheit von dieser Baugruppe das zuvor aktualisierte Prozessabbild. Die von der jeweiligen Peripheriebaugruppe benotigten Peripheriezustande werden dem Prozessabbild entnommen und von dieser Baugruppe bearbeitet. Anschließend übertragt diese Baugruppe das aktualisierte Prozessabbild an die benachbarte Peripheriebaugruppe. Dieser Austausch des
Prozessabbildes ist unabhängig vom jeweils eingesetzten Baugruppentyp und kann somit auch für Kommunikationsanschaltun- gen und für Zentraleinheiten bei verteilten Automatisierungs- losungen eingesetzt werden.
Bezüglich des modularen Steuersystems wird die genannte Aufgabe erfmdungsgemaß gelost durch die Merkmale des Anspruchs 4. Dazu weist das Steuersystem mindestens eine Zentraleinheit, in der ein Prozessabbild des zu steuernden An- lagenprozesses hinterlegt ist, und eine Anzahl von mit der
Zentraleinheit verbundenen Peripheriebaugruppen auf. Die oder jede Baugruppe liest zyklisch das zwischen den Baugruppen und der Zentraleinheit ausgetauschte Prozessabbild ein und aus diesem Peripheriezustande zur baugruppenspezifischen Bearbeitung aus.
Die oder ede Peripheriebaugruppe weist wiederum einen programmierbaren Speicher und eine Ubergabeschnittstelle auf, über die ein an diese Baugruppe ubergebenes Prozessabbild an eine benachbarte Baugruppe übergeben wird. Die Übergabe des Prozessabbildes erfolgt, nachdem die jeweilige Baugruppe deren Peripheriezustande aktualisiert und in das übernommene Prozessabbild eingetragen hat.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch einen zyklischen Austausch des Prozess- abbildes zwischen einer Anzahl von Peripheriebaugruppen und einer Zentraleinheit eines modularen Steuersystems stets jeder Baugruppe das vollständige Prozessabbild zur Verfugung steht, ohne dass dem System der Steckplatz der jeweiligen Baugruppe oder des jeweiligen Moduls bekannt sein muss. Da- durch sind detaillierte Systemkenntnisse nicht mehr notwendig. Zudem sind zusatzlich m ein bereits bestehendes System aufzunehmende Baugruppen bzw. Module mit unterschiedlichem Peripherieausbau ruckwirkungsfrei einsetzbar.
Nachfolgend wird ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch m einem Funktions-Blockschaltbild ein nach dem erfmdungsgemaßen Verfahren arbeitendes modulares Steuersystem.
Das modulare Steuersystem umfasst eine Zentraleinheit oder einen Master Z und im Ausfuhrungsbeispiel drei Peripheriebaugruppen Bi bis B3. Die Zentraleinheit Z, beispielsweise eine CPU, weist einen programmierbaren Speicher PS und eine Übergabeschnittstelle S auf. Analog weist jede der Baugruppen Bi bis B3 eine Übergabeschnittstelle S und einen Speicher M auf, der zweckmaßigerweise ebenfalls programmierbar ist. Die Baugruppen Bi bis B3 können Kommunikations odule, Peri- pheriemodule und/oder Module mit intelligenter Vorverarbeitung zur Bearbeitung von Aktor- oder Sensorsignalen eines technischen Anlagenprozesses innerhalb eines Automatisie- rungssystems sein.
Die Zentraleinheit Z enthalt ein Prozessabbild mit einer eindeutigen Adressierung der Peripheriebaugruppen Bi bis B3. Hierzu erfolgt zweckmaßigerweise wahrend einer Initialisie- rungsphase, die durch die Zentraleinheit Z nach dem Hochlaufen der Baugruppen Bi bis B3 automatisch gestartet wird, zunächst eine Belegung der Ein- und Ausgange In aller Baugruppen Z und Bn im Prozessabbild PA.
Dazu tragt die Zentraleinheit Z die durch diese belegte Peripherie, d. h. deren Eingänge II bis 14 und deren Ausgange Ql bis Q4, m das Prozessabbild PA - z. B. durch eine „lw - ein und übergibt dieses an die erste Baugruppe Bi . Diese Baugruppe Bi erkennt die belegten Adressenplatze AFE und AFA und somit die bereits belegte Peripherie und tragt wiederum deren Peripherie, d. h. deren Eingänge 15 bis 18 und deren Ausgange Q5 und Q6, in das Prozessabbild PA ein. Anschließend übergibt diese erste Baugruppe Bi das entsprechend erweiterte Prozessabbild PA an die nächste Baugruppe B2 weiter, die wiederum deren Peripherie, d. h. deren Eingänge 19 und 110 sowie deren Ausgange Q7 und Q8, m das Prozessabbild PA eintragt und dieses an die dritte Baugruppe B3 übergibt. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis alle Baugruppen Bi und alle Baugruppen Bn deren Peripherieausbau m das Prozessabbild PA eingetragen haben.
Beim Betrieb des Steuersystems übertragt die Zentraleinheit Z nach jedem Programmzyklus das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit dieser verbundene, benachbarte (rechte) Peri- pheπebaugruppe B-.. Gleichzeitig empfangt die Zentraleinheit Z das von dieser Peripheriebaugruppe Bi zuletzt aktualisierte Prozessabbild PA. Die Zentraleinheit Z aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werte) II bis 14. Somit sind alle Eingänge II bis 14 aktualisiert und das innerhalb der Zentraleinheit Z ablaufende Programm wird mit diesen Werten bearbeitet. Anschließend werden neu berech- nete Ausgangswerte Ql bis Q8 im Prozessabbild PA aktuali¬ siert .
Die Peripheriebaugruppe Bi übernimmt das Prozessabbild PA von der Zentraleinheit Z und aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werten) 15 bis 18. Von dieser Baugruppe Bi selbst benotigte Ausgangswerte Q5 und Q6 werden entnommen und ausgegeben. Anschließend übertragt diese Baugruppe Bi das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit dieser Baugruppe Bi verbundene nächste Baugruppe B2. Gleichzei- tig empfangt die erste Baugruppe Bi von der nächsten Baugruppe B2 das Prozessabbild PA und aktualisiert dieses mit eigenen Eingangswerten 15 bis 18. Von der Baugruppe Bi selbst benotigte Ausgangswerte Q5 und Q6 werden entnommen und ausgegeben.
Die Peripheriebaugruppe B2 übernimmt das Prozessabbild PA von der (ersten) Peripheriebaugruppe Bi und aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werten) 19 und 110. Von dieser Baugruppe B2 selbst benotigte Ausgangs- werte Q7 und Q8 werden entnommen und ausgegeben. Anschließend übertragt diese Baugruppe B2 das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit dieser Baugruppe B2 verbundene nächste Baugruppe B3. Gleichzeitig empfangt die zweite Baugruppe B2 von der nächsten Baugruppe B3 das Prozessabbild PA und aktuali- siert dieses mit eigenen Eingangswerten 19 und 110. Von der Baugruppe B2 selbst benotigte Ausgangswerte Q7 und Q8 werden entnommen und ausgegeben.
Die Peripheriebaugruppe B3 übernimmt das Prozessabbild PA von der Peripheriebaugruppe B2 und aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten 111 und 112. Das aktualisierte Prozessabbild PA steht somit der Peripheriebaugruppe B2 zur Verfügung, da die Baugruppe B3 selbst keine Ausgangs¬ werte benötigt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit (Z) und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripheriebaugruppen (Bn) , bei dem ein m der Zentraleinheit (Z) hinterlegtes Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripheriebaugruppen (Bn) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauscht wird, wobei die Zentraleinheit (Z) und jede Peripheriebaugruppe (Bn) das an diese jeweils übertragene Prozessabbild (PA) aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripheriebaugruppe (Bn) übergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zentraleinheit (Z) bei jedem Zyklus das aktuelle Prozessabbild (PA) an die benachbarte Peripheriebaugruppe (Bn) übergibt und von dieser das zuvor aktualisierte Prozessabbild (PA) empfangt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Peripherie- baugruppe (Bn) dem an diese übermittelten Prozessabbild (PA) entnommene baugruppenspezifische Peripheriezustande (In, Qn) bearbeitet und das hierdurch aktualisierte Prozessabbild (PA) an die benachbarte Peripheriebaugruppe (Bn) übergibt.
4. Modulares Steuersystem mit einer Zentraleinheit (Z), m der ein Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagenprozesses hinterlegt ist, und mit einer Anzahl von mit der Zentraleinheit (Z) verbundenen Peripheriebaugruppen (Bn) , von denen jede zyklisch das zwischen den Peripheriebaugruppen (Bn) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauschte Prozessabbild (PA) einliest und aus diesem Peripheriezustande (In, Qn) zur baugruppenspezifischen Bearbeitung ausliest.
PCT/DE2002/001457 2001-04-20 2002-04-19 Verfahren zum betreiben eines modularen steuersystems sowie danach arbeitendes steuersystem WO2002086635A2 (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106802684A (zh) * 2016-12-30 2017-06-06 徐州工程学院 基于mas的紫薯梨复合果醋发酵监控系统及其工作方法

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EP0376743A2 (de) * 1988-12-30 1990-07-04 Pitney Bowes Inc. Steuerung von mehrfachen asynchronen Modulen und Kommunikationsprotokoll

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