WO2007101658A1 - Verfahren zum aufzeichnen von eingangssignaländerungen - Google Patents

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WO2007101658A1
WO2007101658A1 PCT/EP2007/001931 EP2007001931W WO2007101658A1 WO 2007101658 A1 WO2007101658 A1 WO 2007101658A1 EP 2007001931 W EP2007001931 W EP 2007001931W WO 2007101658 A1 WO2007101658 A1 WO 2007101658A1
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input signal
input
time
communication unit
connection line
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PCT/EP2007/001931
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Detlef Arndt
Rolf Horstmann
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Pepperl + Fuchs Gmbh
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    • G05B19/042Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04JMULTIPLEX COMMUNICATION
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    • H04J3/02Details
    • H04J3/06Synchronising arrangements
    • H04J3/0635Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation

Definitions

  • the invention relates to a method for recording input signal changes at an input of at least one input / output unit, in particular for connection to field devices located in the potentially explosive area (Ex area), which input / output unit is connected to a communication unit via a local connection line. This in turn is connected by means of an external connection line with an automation system.
  • an automation system may be a programmable process control system, a programmable logic controller or even a personal computer or the like.
  • an automation system can be connected via the corresponding external connection line, a plurality of communication units, each of which is connected via the corresponding local connection line with a series of input / output units.
  • Each of these input / output units can be connected to one or more field devices.
  • input signals are transmitted in a multi-channel form by a field device, wherein, in particular, data can also be exchanged between input / output unit and associated or assigned field device or field devices.
  • the invention is therefore based on the object to improve a method of the type mentioned in such a way that the above shortcomings at the same time maintaining all other advantages of the corresponding compounds and in particular for hazardous areas are eliminated.
  • an assignment of a time mark to each input signal change takes place first.
  • a point in time (time stamp) of the occurrence of the input signal change is determined at least in a corresponding branch of the communication unit and assigned input / output units and field devices.
  • the Ei ⁇ gangssignatician are stored with the associated time stamp as retrieval data. This is done in particular in the communication unit, but can also be done locally for this branch elsewhere, such as in each corresponding input / output unit.
  • Such input signal changes is a change of a binary input signal or a state change or the like.
  • a state change can be, for example, a line fault or even a short circuit.
  • the corresponding input signal changes may correspond to status and / or error messages, which are then detected and monitored in real time.
  • actuators or sensors can be.
  • Actuators receive corresponding data from the automation system. They actively act on a corresponding process, while sensors detect states and data that occur during the process and transmit this information to the automation system. In both cases, the communication between the automation system and the field device can be bidirectional.
  • the retrieval of the retrieval data can be done acyclically and / or sequentially. Such acyclic retrieval is also possible for control, diagnostics, parameterization, alarm function or upload and download.
  • connection between the automation system and field devices via a bus plan, backplane rail, Profibus or the like as a local connection line.
  • a corresponding bus plan or backplane rail can also be arranged in a control cabinet.
  • Corresponding input / output units can be detachably arranged as modules on the corresponding rail or backplane.
  • the communication unit with, if appropriate, further units such as the power supply unit, the bus coupling unit, the output separation unit, the transmitter power supply unit or the like can likewise be arranged on this rail.
  • the connection with a Profibus, a Modbus or the like can be done as a fieldbus communication connection.
  • the corresponding external connection line can be used to fetch the corresponding input signal changes and of course also to communicate and control the corresponding unit via a fieldbus with a fieldbus protocol such as Profibus, Modbus or the like, optical fibers, Ethernet or the like.
  • a fieldbus protocol such as Profibus, Modbus or the like, optical fibers, Ethernet or the like.
  • this fieldbus also transmits corresponding input and output data between the field device and the automation system.
  • Other functions can be supported, such as configuring the field device, reading the configuration of the field device, parameterizing the units, reading alarms and diagnostics data of the field devices, etc.
  • the communication unit can detect the input signal changes in real time. There is also the possibility that each communication unit communicates with a number of input / output units, with each of these input / output units being assigned at least one field device
  • the assigned communication unit can have a memory device for storing these input signal changes
  • a master unit as a central control unit of the automation system can transmit a common time base to at least all connected communication units and / or input / output units.
  • This common time base essentially results in an absolute time measurement for all occurring input signal changes and no, for example, any communication input. In this way, it is possible to determine the exact time occurrence and the chronological sequence of corresponding input signal changes for the overall system
  • an interrupt can be used
  • the corresponding time setting can be repeated at predetermined tent intervals, in particular to compensate for vibration deviations of a quartz.
  • a calculation of such a deviation may be due to standard deviations from data sheets of the corresponding clock or the quartz.
  • the corresponding communication unit can be assigned a bus coupling unit which intrinsically reliably couples the external connection line with the communication unit or directly with the group of input / output units.
  • each field device can be exactly identified by the automation system, which can be done for example by assigning a unique address to the input / output unit or directly to the field device connected to this.
  • the corresponding address can be stored together with input signal change and timestamp as polling data.
  • the master unit can cyclically exchange data with the field devices, whereby this also takes place via the corresponding communication unit and the assigned input / output units.
  • sampling rate or time for an input signal change is relatively low and less than 10 ms, with a maximum value for an accuracy of the occurrence of an input signal change from the sum of internal cycle time and sampling time of the K ⁇ mmunikationsein- unit and Accuracy of the corresponding timer.
  • Show it: 1 is a schematic representation of an automation system with connected subunits such as communication units, input / output units and field devices, and
  • Fig. 2 timing diagram for illustrating the " occurrence of an input signal change and their detection.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram for an automation system 6 with communication units 4 connected via an external connection line 5. These are connected via a local connection line 3 to corresponding input / output units 2.
  • Each of these input / output units 2 has one or more inputs / outputs 1, wherein respective field devices 11 in the form of actuators or sensors with one or more of these inputs / outputs 1 are connected.
  • the field devices 11 are arranged in particular in explosion-proof areas.
  • Corresponding actuators or sensors may be actuators, regulators, valves, switches, temperature sensors or the like.
  • the local connection line 3 can be designed as a bus plan, backplane rail, fieldbus with a corresponding protocol or the like.
  • corresponding input and output units and the communication units can be arranged in a control cabinet and all modules can be detachably fastened to the bus plan or backplane rail. Other units can also be attached there.
  • the communication unit 4 has a memory device 8, for example in the form of a ring memory and serves to store input signal changes to inputs 1 of the corresponding input / output units 2. These input signal changes can be changes of binary input signals or state changes such as line fault or short circuit. All corresponding data is collected in the memory device 8. Each input signal change is assigned a time stamp in order to be able to determine the time occurrence of the change and also the temporal sequence different input signal changes at different times.
  • the input state changes and associated time marks stored in the memory device 8 are acyclically and sequentially readable via the external connection line 5.
  • the external connection line 5 is a field bus, an optical waveguide, an Ethemet connection or the like, the field bus 7 having a protocol such as Profibus, a Mod * bus or the like.
  • each of the communication units 4 is assigned to a bus coupling unit 10.
  • This bus coupling unit 10 can also be part of the communication unit 4 corresponding to the memory device 8.
  • a data exchange between, for example, a master unit 9 of the automation system 6 and the subordinate units, such as communication unit 4, bus coupling unit 10, memory device 8, input / output unit 2, and field devices 11 takes place via the corresponding connection lines.
  • a time stamp is assigned to this input signal change and a storage of both in the memory device 8.
  • the corresponding input signal change takes place in real time by the input / output unit with a corresponding time measurement error is less than 1.5 ms.
  • the input / output unit can also be a multi-channel unit which is not only connected to a field device or which is connected to a field device via a plurality of inputs.
  • the appearance of the input signal change is transmitted via the local connection line 3 to the communication unit 4 and stored there with an associated time stamp in the memory device 8. From this memory device, the corresponding data can be read out acyclically and sequentially by the master unit 9 of the automation system 6.
  • Such an automation system may be a programmable control system, a programmable logic controller or even a personal computer, in particular for process automation.
  • the transmission of a common time base takes place from the master unit 9 or the automation system 6 to all connected units.
  • the corresponding time base can be transmitted simultaneously to all or at least some of the connected units.
  • the transmission of the corresponding time base is usually carried out sequentially to the subordinate units and then there is a synchronization.
  • a start of the time measurement can take place at the same time by an interrupt in all subordinate units.
  • the determination of the common time base may be repeated at certain intervals to eliminate timing inaccuracies in the various units. It has been found that the inaccuracy of the common time base is less than 10 ms, which time essentially results from the internal cycle time of the input / output unit and the sampling time of the communication unit and the accuracy of the corresponding timer or clock.
  • FIG. 2 shows a corresponding time diagram for determining an input signal change and the error associated with this determination.
  • On the vertical axis is the corresponding event, ie the input signal change is shown, see ⁇ .
  • the horizontal axis shows the time in ms.
  • the corresponding occurrence of the event is shown in the top graph and directly below it is shown the corresponding storage of the input signal change or the event in the communication unit 4 at ⁇ .
  • the storage takes place after a maximum of one cycle time T C ⁇ c of the communication unit, see the third graph from above in FIG. 2.
  • T DLY After a delay time of T DLY , diagnostic information can be provided and after a corresponding polling time T PLC the automation system queries the corresponding memory device of the communication unit 4. This polling time depends on the number of subunits, the transmission rate and service routines of the master unit ,
  • an update time Tu Pd in the uppermost graph in FIG. 2 is indicated, which relates to an update of the occurrence of the input signal changes, wherein corresponding events are read in again by the communication unit after the update time, whereby these operate with time division multiplexing can.
  • the automation system 6 or the master unit 9 provides a common time base for all units connected via the external connection line 5.
  • the corresponding time information is transmitted simultaneously to all or at least some of the units. This is done in usually in two steps. In a first step, the time base is transmitted sequentially to the selected units. Thereafter, a synchronization signal for setting the corresponding clocks at each unit is transmitted to the units for starting a corresponding clock for timing. Upon receipt of the corresponding time base, an interrupt for setting the time occurs simultaneously at all corresponding units. The adjustment of the time may be repeated at predetermined time intervals depending on the accuracy of the respective clock.
  • the timing depends on the accuracy of the clock and also the duration of the interrupt routine.
  • the sampling rate of the particular multi-channel input / output unit must be considered. Overall, this results in an estimate for a time error of less than 10 ms, this time error resulting from the internal cycle time of the communication unit, the sampling time of the input / output module and the corresponding accuracy of the clock.
  • a time synchronization in an automation system with connected units is possible in a simple manner, as is a recording of corresponding input signal changes of input / output units, to each of which a timestamp is assigned and which together with this timestamp can be transmitted to a corresponding automation system.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Aufzeichnung von Eingangssignaländerungen, insbesondere von im explosionsgefährdeten Bereich angeordneten Feldgeräten, treten diese an einem Eingang wenigstens einer Eingabe-/Ausgabeeinrichtung auf. Diese ist über eine lokale Verbindungsleitung mit einer Kommunikationseinheit verbunden, die wiederum mittels einer externen Verbindungsleitung mit einem Automatisierungssystem verbunden ist. Ein solches Automatisierungssystem ist ein programmierbares Prozessleitsystem, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder auch ein Personalcomputer. Um ein zeitliches Auftreten einer solchen Eingangssignaländerung beziehungsweise eine Folge von Eingangssignaländerungen in einfacher Weise festlegen zu können, wird jeder Eingangssignaländerung eine Zeitmarke zugeordnet. Eingangssignaländerung und zugeordnete Zeitmarke werden anschließend als Abrufdaten insbesondere in der Kommunikationseinheit abgespeichert. Zu vorbestimmten Zeiten oder zyklisch erfolgt ein Abrufen der Abrufdaten vom Automatisierungssystem über die externe Verbindungsleitung.

Description

Verfahren zum Aufzeichnen von Eingangssignaländerungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufzeichnung von Eingangssignaländerungen an einem Eingang wenigstens einer Ein- / Ausgabeeinheit insbesondere zur Verbindung mit im explosionsgefährdeten Bereich (Ex-Bereich) angeordneten Feldgeräten, welche Ein- / Ausgabeeinheit über eine lokale Verbindungsleitung mit einer Kommunikationseinheit verbunden ist. Diese wiederum ist mittels einer externen Verbindungsleitung mit einem Automatisierungssystem verbunden. Ein solches Automatisierungssystem kann ein programmierbares Prozessleitsystem, eine speicherprogrammierbare Steuerung oder auch ein Personalcomputer oder dergleichen sein.
Mit einem solchen Automatisierungssystem können über die entsprechende externe Verbindungsleitung eine Vielzahl von Kommunikationseinheiten verbunden sein, von denen jede über die entsprechende lokale Verbindungsleitung mit einer Reihe von Ein- / Ausgabeeinheiten verbunden ist. Jede dieser Ein- / Ausgabeeinheiten kann mit einem oder auch mehreren Feldgeräten verbunden sein. Dabei besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass von einem Feldgerät Eingabesignale mehrkanalig übermittelt werden, wobei insbesondere auch ein Datenaustausch zwischen Ein- /Ausgabeeinheit und zugeordnetem oder zugeordneten Feldgerät bzw. Feldgeräten erfolgen kann.
Zwar besteht bei bekannten, mit solchen Automatisierungssystemen verbundenen Einheiten bisher schon die Möglichkeit eines Datenaustausches. Ein solcher Datenaustausch zwischen insbesondere Feldgerät und Automatisierungssystem kann dazu dienen, eine entsprechende Fehlermeldung vom Feldgerät an das Automatisierungssystem zu übermitteln. Es ist allerdings bisher nicht möglich, einer beispielsweise auf einen Fehler hinweisenden Eingangssignaländerung am Eingang einer entsprechenden Ein- / Ausgabeeinheit einen bestimmten Zeitpunkt zuzuordnen oder gar eine Reihenfolge des Auftretens solcher Eingangssignaländerungen von unterschiedlichen Feldgeräten festzulegen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die vorstehenden Mängel bei gleichzeitiger Auf- rechterhaltung aller sonstigen Vorteile der entsprechenden Verbindungen und insbesondere auch für explosionsgefährdete Bereiche beseitigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt zuerst eine Zuordnung einer Zeitmarke zu jeder Eingangssignaländerung. Dadurch ist zumindest in einem entsprechenden Zweig aus Kommunikati- onseiπheit und zugeordneten Ein- /Ausgabeeinheiten sowie Feldgeräten ein Zeitpunkt (Zeitmarke) des Auftretens der Eingangssignaländerung festgelegt. Anschließend werden die Eiπgangssignaländerungen mit der zugeordneten Zeitmarke als Abrufdaten abgespeichert. Dies erfolgt insbesondere in der Kommunikationseinheit, kann allerdings für diesen Zweig auch an anderer Stelle dezentral erfolgen, wie beispielsweise in jeder entsprechenden Ein- /Ausgabeeinheit.
Schließlich erfolgt noch ein Abrufen der Abrufdaten über die erste Verbindungsleitung, wobei dies in der Regel durch das entsprechende Automatisierungssystem erfolgt.
Dadurch ist es erfindungsgemäß möglich, nicht nur eine genaue Zeitfestlegung der Eingangssignaländerungen durchzuführen, sondern auf Grund der zeitlichen Bestimmung der entsprechenden Eingangssignaländerungen auch das sequentielle Auftreten solcher Eingangssignaländerungeπ festzustellen. Die Arten der Eingangssignaländerungen bzw. die diesen entsprechenden Informationen können in bekannter weise festgelegt sein.
Beispiele für solche Eingangssignaländerungen ist eine Änderung eines binären Eingangssignals oder auch eine Zustandsänderung oder dergleichen. Eine solche Zu- standsänderung kann beispielsweise ein Leitungsfehler oder auch ein Kurzschluss sein.
Die entsprechenden Eingangssignaländerungen können Status- und/oder Fehlermeldungen entsprechen, die dann Echtzeit ermittelt und überwacht werden.
Bezüglich der entsprechenden Feldgeräte sei noch angemerkt, dass diese Aktoren oder Sensoren sein können. Aktoren erhalten entsprechende Daten vom Automatisierungs- system. Sie wirken aktiv auf einen entsprechend Prozess ein, während Sensoren Zustände und Daten ermitteln, die während des Prozesses auftreten und diese Information dem Automatisierungssystem übermitteln. In beiden Fällen kann die Kommunikation zwischen Automatisierungssystem und Feldgerät bidirektional sein.
Das Abrufen der Abrufdaten kann azyklisch und/oder sequentiell erfolgen. Solches azyklisches Abrufen ist auch für Steuerung, Diagnose, Parametrierung, Alarmfunktion oder Up- und Download möglich.
Die Verbindung zwischen Automatisierungssystem und Feldgeräten erfolgt über eine Busplan, Backplanschiene, Profibus oder dergleichen als lokaler Verbindungsleitung.
Eine entsprechende Busplan oder Backplanschiene kann auch in einem Schaltschrank angeordnet sein. Entsprechende Ein-/ Ausgabeeinheiten können als Module auf der entsprechenden Schiene oder Backplane lösbar angeordnet sein. Auf diese Schiene kann ebenfalls die Kommunikatioπseinheit mit gegebenenfalls noch weitere Einheiten wie Netzgeräteinheit, Buskoppeleinheit, Ausgangstrenneinheit, Transmitter-Speisege- räteinheit oder dergleichen angeordnet sein. In analoger Weise kann auch die Verbindung mit einem Profibus, einem Modbus oder dergleichen als Feldbus-Kommunikationsverbindung erfolgen.
Die entsprechende externe Verbindungsleitung kann in diesem Zusammenhang zum Abrufen der entsprechenden Eingangssignaländerungen sowie natürlich auch zur Kommunikation und Steuerung der entsprechenden Einheit über einen Feldbus mit einem Feldbusprotkoll wie Profibus, Modbus oder dergleichen, Lichtwellenleiter, Ethernet oder dergleichen erfolgen. Über diesen Feldbus erfolgt, siehe die obigen Ausführungen, auch eine Übermittlung entsprechender Ein- und Ausgabedaten zwischen Feldgerät und Automatisierungssystem. Weitere Funktionen können unterstützt werden, wie beispielsweise Feldgerät konfigurieren, Konfiguration des Feldgeräts auslesen, Einheiten parametrie- ren, Alarme und Diagnosedaten der Feldgeräte lesen usw.
Es wurde bereits kurz darauf hingewiesen, dass die Kommunikationseinheit die Eingangssignaländerungen in Echtzeit erfassen kann. Es besteht weiterhin die Möglichkeit, dassjede Kommunikationseinheit mit einer Reihe von Em- / Ausgabeeinheiten in Verbindung steht, wobei jeder dieser Ein- / Ausgabeeinheit wenigstens ein Feldgerat zugeordnet ist
Um dabei die entsprechenden Eingangssignalanderungen für alle angeschlossenen Em- und Ausgabeeinheiten sowie mit diesen verbundenen Feldgeraten mit entsprechender Zuordnung speichern zu können, kann die zugeordnete Kommunikationseinheit einer Speichereinrichtung zur Abspeicherung dieser Eingangssignalanderungen aufweisen
Weiterhin kann eine Mastereinheit als zentrale Steuereinheit des Automatisierungssystems eine gemeinsame Zeitbasis an zumindest alle angeschlossenen Kommunikationseinheiten und/oder Ein- / Ausgabeeinheiten übermitteln Durch diese gemeinsame Zeit- basis ergibt sich im Wesentlichen eine absolute Zeitmessung für alle auftretenden Eingangssignalanderungen und es werden keine beispielsweise jeder Kommunikationsein- heit zugeordneten Zeitbasen verwendet Auf diese Weise ist für das Gesamtsystem das genaue zeitliche Auftreten sowie die zeitliche Abfolge entsprechender Eingangssignalanderungen feststellbar
Um die Zeitbasis aller angeschlossenen Einheiten von der Mastereinheit zu übermitteln, steht eine erste Möglichkeit zur gleichzeitigen Übermittlung oder auch eine zweite Möglichkeit zur sequentiellen Übermittlung der entsprechenden Zeitbasis
In beiden Fallen kann es sich als vorteilhaft herausstellen, wenn nach Übermittlung der Zeitbasis ein Synchronisationssignal übermittelt wird
Um schnell auf die Übermittlung der entsprechenden Zeitbasis zur Zeiteinstellung reagieren zu können, kann ein Interrupt verwendet werden
Um auch nach Ablauf einer gewissen Zeit weiterhin sicherzustellen, dass eine gemeinsame und synchrone Zeitbasis verwendet wird, kann die entsprechende Zeiteinstellung in vorbestimmten Zeltintervallen, insbesondere zum Ausgleich von Schwingungsabweichungen eines Quarzes wiederholt werden Eine Berechnung einer solchen Abweichung kann aufgrund von Standardabweichungen aus Datenblättern des entsprechenden Taktgebers beziehungsweise des Quarzes erfolgen.
Um einen eigensicheren Betrieb der Kommunikationseiπheiten sowie der mit dieser verbundenen weiteren Einheiten zu ermöglichen, kann der entsprechenden Kommunikationseinheit eine Buskopplungseinheit zugeordnet sein, die die externe Verbindungsleitung mit der Kommunikationseinheit oder auch direkt mit der Gruppe von Ein- / Ausgabeeinheiten eigensicher koppelt.
In der Regel ist es weiterhin von Vorteil, wenn jedes Feldgerät genau durch das Automatisierungssystem identifizierbar ist, was beispielsweise durch Zuordnung einer eindeutigen Adresse zur Ein- / Ausgabeeinheit oder direkt zu dem mit dieser verbundenen Feldgerät erfolgen kann.
Die entsprechende Adresse kann zusammen mit Eingangssignaländerung und Zeitmarke als Abrufdaten abgespeichert werden.
Es wurde weiter oben bereits darauf hingewiesen, dass die Mastereinheit zyklisch mit den Feldgeräten Daten austauschen kann, wobei dies ebenfalls über die entsprechende Kommunikationseinheit und die zugeordneten Ein- / Ausgabeeinheiten erfolgt.
Erfindungsgemäß ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die Abtastrate beziehungsweise - zeit für eine Eingangssignaländerung relativ gering ist und weniger als 10 ms beträgt, wobei sich ein Maximalwert für eine Genauigkeit des Auftretens einer Eingangssignaländerung aus der Summe von interner Zykluszeit und Abtastzeit der Kσmmunikationsein- heit sowie Genauigkeit des entsprechenden Zeitgebers ergibt.
Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Automatisierungssystems mit angeschlossen Untereinheiten wie Kommunikationseinheiten, Ein- / Ausgabeeinheiten und Feldgeräten, und
Fig. 2 Zeitdiagramm zur Darstellung des "Auftretens einer Eingangssignaländerung und deren Feststellung.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipsskizze für ein Automatisierungssystem 6 mit über eine externe Verbiπdungsleitung 5 verbundenen Kommunikationseinheiten 4. Diese sind über eine lokale Verbindungsleitung 3 mit entsprechenden Ein- / Ausgabeeinheiten 2 verbunden. Jede dieser Ein- /Ausgabeeinheiten 2 weist einen oder mehrere Ein-/Ausgänge 1 auf, wobei jeweils entsprechende Feldgeräte 11 in Form von Aktoren oder Sensoren mit einem oder mehreren dieser Ein-/Ausgänge 1 verbunden sind.
Die Feldgeräte 11 sind insbesondere in explosionsgeschützten Bereichen angeordnet. Entsprechende Aktoren oder Sensoren können Stellglieder, Regler, Ventile, Schalter, Temperatursensoren oder dergleichen sein.
Die lokale Verbindungsleitung 3 kann als Busplan, Backplanschiene, Feldbus mit entsprechendem Protokoll oder dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere bei einer Realisierung als Busplan oder Backplanschiene können entsprechende Ein- und Ausgabeeinheiten sowie die Kommunikationseinheiten in einem Schaltschrank angeordnet sein und alle modulartig lösbar auf der Busplan oder Backplanschiene befestigt sein. Weitere Einheiten können ebenfalls dort befestigt sein.
Die Kommunikationseinheit 4 weist eine Speichereinrichtung 8 beispielsweise in Form eines Ringspeichers auf und dient zur Abspeicherung von Eingangssignaländerungen an Eingängen 1 der entsprechenden Ein- / Ausgabeeinheiten 2. Diese Eingangssignaländerungen können Änderungen binärer Eingangssignale oder auch Zustandsänderungen wie Leitungsfehler oder Kurzschluss sein. Alle entsprechenden Daten werden in der Speichereinrichtung 8 gesammelt. Es wird jeder Eingangssignaländerung eine Zeitmarke zugeordnet, um das zeitliche Auftreten der Änderung feststellen zu können sowie auch die zeitliche Abfolge verschiedene Eingangssignaländerungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
Die in der Speichereinrichtung 8 gespeicherten Eingangszustandsänderungen und zugeordneten Zeitmarken sind über die externe Verbindungsleitung 5 azyklisch und sequentiell auslesbar.
Die externe Verbindungsleitung 5 ist ein Feldbus, ein Lichtwellenleiter, eine Ethemet- Verbindung oder dergleichen, wobei der Feldbus 7, ein Protokoll wie Profibus, ein Mod- * bus oder dergleichen aufweist.
Zur eigensicheren Ausbildung ist jeder der Kommunikationseinheiten 4 einer Buskoppeleinheit 10 zugeordnet. Diese Buskoppeleinheit 10 kann auch Teil der Kommunikationseinheit 4 sein entsprechend zur Speichereinrichtung 8.
Über die entsprechenden Verbindungsleitungen erfolgt neben der Übermittlung solcher Eingangssignaiänderungen ein Datenaustausch zwischen beispielsweise einer Mastereinheit 9 des Automatisierungssystems 6 und den untergeordneten Einheiten, wie Kommunikationseinheit 4, Buskoppeleinheit 10, Speichereinrichtung 8, Ein- / Ausgabeeinheit 2 sowie Feldgeräten 11.
Es sei noch allgemein darauf hingewiesen, dass nur ein Ausschnitt eines Gesamtsystems in Fig. 1 dargestellt ist, wobei zur Vereinfachung nur wenige Feldgeräte und nur eine geringe Anzahl von Kommunikationseinheiten dargestellt ist.
Im Folgenden wird kurz die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Systems beschrieben.
Ändern sich entsprechende Eingangssignale der Ein- / Ausgabeeinheiten 2, die von entsprechenden Feldgeräten 11 übermittelt werden, erfolgt eine Zuordnung einer Zeitmarke zu dieser Eingangssignaländerung und eine Abspeicherung von beiden in der Speichereinrichtung 8. Die entsprechende Eingangssignalanderung wird dabei in Echtzeit durch die Ein- / Ausgabeeinheit festgestellt, wobei ein entsprechender zeitlicher Mess- fehler geringer als 1 ,5 ms ist. Die Ein- / Ausgabeeinheit kann auch eine Vielkanaleinheit sein, die nicht nur mit einem Feldgerät verbunden ist oder die über mehrere Eingänge mit einem Feldgerät verbunden. Der Auftritt der Eingangssignaländerung wird über die lokale Verbindungsleitung 3 an die Kommunikationseinheit 4 übermittelt und dort mit zugeordneter Zeitmarke in Speichereinrichtung 8 abgespeichert. Aus dieser Speichereinrichtung können die entsprechenden Daten durch die Mastereinheit 9 des Automatisierungssystems 6 azyklisch und sequentiell ausgelesen werden.
Ein solches Automatisierungssystem kann ein programmierbares Leitsystem, eine spei- cherprogrammierbare Steuerung oder auch ein Personalcomputer insbesondere zur Prozessautomatisierung sein.
Um die jeder Eingangssignaländerung zugeordnete Zeitmarke als absolute Zeitmarke verwenden zu können, erfolgt die Übermittlung einer gemeinsamen Zeitbasis von der Mastereinheit 9 oder dem Automatisierungssystem 6 an alle angeschlossenen Einheiten. Die entsprechende Zeitbasis kann gleichzeitig an alle oder zumindest an einige der angeschlossenen Einheiten übermittelt werden.
Die Übermittlung der entsprechenden Zeitbasis erfolgt in der Regel sequentiell an die untergeordneten Einheiten und anschließend erfolgt eine Synchronisierung. Ein Starten der Zeitmessung kann durch ein Interrupt in allen untergeordneten Einheiten gleichzeitig erfolgen.
Die Festlegung der gemeinsamen Zeitbasis kann in gewissen Zeitabständen wiederholt werden, um Ungenauigkeiten bei der Zeitbestimmung in den verschiedenen Einheiten zu beseitigen. Es hat sich herausgestellt, dass die Ungenauigkeit der gemeinsamen Zeitbasis geringer als 10 ms ist, wobei sich diese Zeit im Wesentlichen aus interner Zykluszeit der Eiπ-/Ausgabeeinheit und Abtastzeit der Kommunikationseinheit sowie Genauigkeit des entsprechenden Zeitgebers oder Taktgebers ergibt.
In Fig. 2 ist ein entsprechendes Zeitdiagramm zur Ermittlung einer Eingangssignalände- ruπg und des mit dieser Ermittlung verbundenen Fehlers dargestellt. Auf der vertikalen Achse ist das entsprechende Ereignis, d. h. die Eingangssignaländerung dargestellt, siehe Φ. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit in ms angegeben.
Das entsprechende Auftreten des Ereignisses ist im obersten Graphen dargestellt und direkt darunter ist bei © die entsprechende Abspeicherung der Eingangssignaländerung bzw. des Ereignisses in der Kommunikationseinheit 4 dargestellt. Die Abspeicherung erfolgt nach maximal einer Zykluszeit TCγc der Kommunikationseinheit, siehe den dritten Graphen von oben in Fig. 2.
Nach einer Verzögerungszeit von TDLY kann eine Diagnoseinformation bereitgestellt werden und nach einer entsprechenden Abfragezeit TPLC erfolgt durch das Automatisierungssystem eine Abfrage der entsprechenden Speichereinrichtung der Kommunikati- onseiπheit 4. Diese Abfragezeit ist abhängig von der Anzahl der Untereinheiten, der Übertragungsrate sowie von Serviceroutinen der Mastereinheit.
Die entsprechende Abfrage erfolgt bei ©.
Nach Konventierung der entsprechenden Diagnoseinformatioπ, siehe den vierten Graphen von oben in Fig. 2, erfolgt bei © ein Reset.
Weiterhin ist noch eine Update-Zeit TuPd im obersten Graphen in Fig. 2 angegeben, die ein Update des Auftretens der Eingangssignaländerungen betrifft, wobei nach der ent- sprechnden Update-Zeit entsprechende Ereignisse wieder durch die Kommunikationseinheit eingelesen werden, wobei diese mit Zeitmultiplex arbeiten kann.
Entsprechend zur Zykluszeit der Kommunikationseinheit erfolgt ebenfalls eine Abspeicherung, siehe Zeitintervall Tstack-
Weiterhin sei noch darauf hingewiesen, dass das Automatisierungssystem 6 bzw. die Mastereinheit 9 eine gemeinsame Zeitbasis für alle über die externe Verbindungsleitung 5 angeschlossenen Einheiten zur Verfügung stellt. Die entsprechende Zeitinformation wird gleichzeitig an alle oder zumindest einige der Einheiten übermittelt. Dies erfolgt in der Regel in zwei Schritten. In einem ersten Schritt wird die Zeitbasis sequentiell an die ausgewählten Einheiten übermittelt. Danach wird ein Synchronisationssignal zur Einstellung der entsprechenden Takte bei jeder Einheit an die Einheiten zum Starten eines entsprechenden Taktes zur Zeitmessung übermittelt. Bei Empfang der entsprechenden Zeitbasis erfolgt gleichzeitig bei allen entsprechenden Einheiten ein Interrupt zum Einstellen der Zeit. Das Einstellen der Zeit kann je nach Genauigkeit der entsprechenden Taktgeber zu vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt werden.
Die entsprechende Zeitgebung hängt in ihrer Genauigkeit von der Genauigkeit des Taktgebers und auch der Programmdauer der Interruptroutine ab. Zusätzlich muss noch die Abtastrate der insbesondere vielkanaligen Ein- / Ausgabeeinheit betrachtet werden. Insgesamt ergibt sich somit eine Abschätzung für einen Zeitfehler von weniger als 10 ms, wobei sich dieser Zeitfehler aus der internen Zykluszeit der Kommunikationseinheit, der Abtastzeit des Ein-/Ausgabemodul und aus der entsprechenden Genauigkeit des Taktgebers ergibt.
Erfindungsgemäß ist somit eine Zeitsynchronisation in einem Automatisierungssystem mit angeschlossenen Einheiten in einfacher Weise möglich, wie auch eine Aufzeichnung von entsprechenden Eingangssignaländerungen von Ein-/Ausgabeeinheiten, denen jeweils eine Zeitmarke zugeordnet ist und die zusammen mit dieser Zeitmarke an ein entsprechendes Automatisierungssystem übertragbar sind.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Aufzeichnung von Eingangssignaländerungen, insbesondere von im explosionsgefährdeten Bereich angeordneten Feldgeräten, an einem Eingang (1) wenigstens einer Eingabe- / Ausgabeeinrichtung (2), welche über eine lokale Verbindungsleitung (3) mit einer Kommunikationseinheit (4) verbunden ist, die mittels einer externen Verbindungsleitung (5) mit einem Automatisierungssystem (6), wie Pro- zessleitsystem (PLS), speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) oder Personalcomputer (PC) verbunden ist,
gekennzeichnet durch
die Schritte:
a) Zuordnen einer Zeitmarke zu jeder Eingangssignaländerung; b) Abspeichern von Eingangssignaländerung und zugeordneter Zeitmarke als Abrufdaten insbesondere in der Kommunikationseinheit (4), und c) Abrufen der Abrufdaten vom Automatisierungssystem (6) über die externe Verbindungsleitung (5)
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangssignaländerung eine Änderung eines binären Eingabesignals, einer Zustandsänderung, wie Leitungsfehler oder Kurzschluss, oder dergleichen ist.
3. Verfahren nach Anspruchi oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrufen der Abrufdaten azyklisch und/oder sequentiell erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung über eine Busplane, Backplane-Schiene, Profibus oder dergleichen als lokaler Verbindungsleitung (3) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrufen der Abrufdaten über einen Feldbus mit einem Feldbusprotokoll wie Profibus, Modbus oder dergleichen, Lichtwellenleiter, Ethernet oder dergleichen als externe Verbindungsleitung erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (4) die Eingangssignaländerung in Echtzeit erfasst.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (4) mit einer Reihe von Ein- / Ausgabeeinheiten (2) in Verbindung steht.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (4) die Eingangssignaländerung und zugeordnete Zeitmarke in einer Speichereinrichtung (8) abspeichert.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Mastereinheit (9) des Automatisierungssystems (6) eine gemeinsame Zeitbasis an zumindest aiie angeschlossenen Kommunikationseinheiten (4) und/oder Ein- / Ausgabeeinheiten (2) übermittelt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitbasis gleichzeitig an alle angeschlossenen Einheiten (2, 4) von der Mastereinheit (9) übermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitbasis an die angeschlossenen Einheiten (2, 4) von der Mastereinheit (9) sequenziell übermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Übermittlung der Zeitbasis von der Mastereinheit (9) ein Synchronisationssignal übermittelt wird.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeiteinstellung aller mit der Mastereiπheit (9) verbundenen Einheiten (2, 4) mittels der Zeitbasis durch ein Interrupt erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeiteinstelluπg in vorbestimmten Zeitintervallen insbesondere zum Ausgleich von Schwingungsabweichungen eines Quarzes wiederholt wird.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Kommunikationseinheit (4) zugeordnete Buskoppeleinheit (10) die externe Verbindungsleitung (5) insbesondere mit einer Gruppe von Ein- / Ausgabeeinheiten (2) und angeschlossenen Feldgeräten eigensicher koppelt.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ein- / Ausgabeeinheit bzw. zugeordnetem Feldgerät (11) eine eindeutige Adresse zugeordnet wird.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mastereinheit (9) azyklisch mit den Feldgeräten (11 ) Daten austauscht.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtastrate beziehungsweise -zeit für jede Eingangssignaländerung sich maximal aus der Summe von interner Zykluszeit der Kommunikationseinheit (4), Abtastzeit der Ein-/Ausgabeeinheit sowie Genauigkeit eines entsprechenden Zeitgebers (12) ergibt.
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