WO2007121968A2 - Austauschbares kommunikations- und steuerungsgerät enthaltend eine austauschbare speicherprogrammierbare steuerung und mehrere kommunikationsschnittstellen - Google Patents

Austauschbares kommunikations- und steuerungsgerät enthaltend eine austauschbare speicherprogrammierbare steuerung und mehrere kommunikationsschnittstellen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates in the first place to a device with a flexible communication and control structure, in particular an automation device, and furthermore to a method for its configuration according to claims 1 and 5.
  • field buses and Ethernet In particular the expansion with respect to real-time Ethernet for data communication between individual units involved in the control of a process, in the control and automation technology.
  • fieldbuses are CAN bus, Profibus, Modbus, DeviceNet or Interbus.
  • the units are communicated on the fieldbus / Ethernet using specified protocols.
  • this requirement also exists in connection with the coupling of drive components, such as between drive controls, power units and encoders in numerically controlled machine tools and robots, in which a plurality of interpolating axes must be operated synchronously.
  • drive components such as between drive controls, power units and encoders in numerically controlled machine tools and robots, in which a plurality of interpolating axes must be operated synchronously.
  • peripheral devices in automation technology today include a communication interface to a higher-level system.
  • This is typically a programmable logic controller PLC which controls the operation of the peripheral device and the interactions with other peripheral devices and I / O devices connected to the same interface.
  • PLC programmable logic controller
  • the communication controller is made up of at least one freely programmable communication ALU,
  • a communication controller which cooperates with a higher-level control device and which has at least one freely programmable communication ALU, a command code in which a plurality of commands are coded and which
  • a decentralized controlled data transport system for industrial automation technology with a connection structure which can be flexibly adapted to locally different reliability requirements and in which real-time properties structurally fulfilled only where they are actually required.
  • a partially meshed structure is allowed for the connection structure of the data transport system as a whole and the participants of this data transport system, designed as intelligent functional units (processing nodes) each with up to four independent connections for transmission lines, allow the construction of exactly Requirements in the field of reliability and transmission speed corresponding substructures. If high reliability requirements are to be met for the exchange of data between two functional units, redundant structures are provided.
  • Real-time properties are realized by direct connections or by parallel transmission paths to which the data traffic is distributed.
  • Each processing node is made up of standardized components that together form a mutually-supervising multi-computer structure.
  • Each computer is a self-running minimal system built around a powerful microcontroller module that has exactly one interface to the data transport system. Due to the modular structure, each processing node can be constructed according to the requirements of one (central module) to four processor modules.
  • the central module contains all components required for communication and control on a common carrier card. This contains a power supply used by all modules (the voltage monitoring and a backup battery belong to the processor module), a real-time clock, as well as the components required for computer interconnection.
  • variable component which is generally to be supplemented with the central module, contains all the components required for the electrical and mechanical adaptation, based on the input / output lines provided by the processor modules. Specifically, this is a microcontroller with serial and parallel input / output lines, its own voltage control with monitoring module and backup battery, components for internal address decoding, a main memory and driver blocks for coupling the processor module to the data transport system.
  • Each module requires at least one non-volatile memory for the bootloader and another as large as possible for the operating program and for caching data.
  • the respectively additionally required software is downloaded via the data transport system.
  • the interface automatically identifies itself to you via a set of characteristics central module into which the special operating software is then downloaded.
  • Each new processing node identifies itself and its interface, as soon as it is integrated into the step-by-step data transport system, to a control station located somewhere in the system.
  • the control station initializes the processing node based on this data, ie the subscriber address is determined and the required operating software is downloaded. Finally, there is a reconfiguration of the entire, up to this time constructed entrans- port system in which each participant takes into account the new processing node and the associated data lines in its switching control.
  • US-A-5,815,678 discloses a system and method for simulating the implementation of an application program programmable interface circuit in a serial bus system based on the IEEE 1394 standard. Specifically, this means for initialization and configuration of the bus system, means for allocating memory areas for storing the data received via the bus and data to be transmitted, means for controlling the transmission and means for resetting and reconfiguration of the bus system in accordance with control commands of the respective application program intended.
  • the virtual interface circuit contains a collection of program calls for software independently of the application and application-specific software, by means of which the data transfer on the IEEE 1394 bus is controlled from within an application.
  • a device which comprises: at least one freely programmable device Communication controller, which cooperates with a higher-level control device, ⁇ at least one integrated in the communication controller freely programmable communication ALU and an exchangeable physical interface connected to the communication controller via signal lines for transmission of an identification code, control data, reception data and transmission data, whereby the physical interface is exchangeable.
  • the applicant's unpublished patent application 10 2005 029 654.8-31 describes a method for configuring a device with a flexible communication structure, in particular an automation device, with at least one communication controller, at least one integrated communication ALU and at least one physical interface. in which
  • the physical interface sends an identification code to the communication controller via a signal line and the communication controller independently carries out the correct configuration and loads the associated software into the communication ALU.
  • the respective fieldbus systems are defined by loading the software and can therefore be selected flexibly.
  • a program controller is known, which is provided with a private operating system, which does not support the TCP / IP protocol (Transmission Control Protocol / Internet Protocol), but is suitable for automation programs, and on the one hand with at least an intelligent module in which a Hyper-Text Transfer Protocol (HTTP) server is installed, and on the other hand with a communication module that combines over a bus with remote facilities can be equipped.
  • TCP / IP protocol Transmission Control Protocol / Internet Protocol
  • HTTP Hyper-Text Transfer Protocol
  • the intelligent module is provided with an application programming interface that allows to remotely use the connection and communication functions of the TCP / IP-like communication module.
  • the automation function of the intelligent module is interfaced with a server, client or multicast group function by providing for the modes of operation (sequence of operations that must be implemented to provide or interact with the information for the controlled processes) and the assignment of the port numbers (in the case of a server) or the remote addresses for client functions with the vending machine application program are inherited from conventions that belong to the area of system analysis.
  • the application programming interface may be implemented in a central processing unit of the programmer, which is a specific intelligent module, the supported automation function being called the machine application program.
  • the application program of the programmer uses a supplement to the system command set in the automation language that corresponds to the delegated server, client, or multicast services to perform the server, client, or multicast functions.
  • Such an application allows the machine to be the client or server of any remote server or client application.
  • One in the intelligent Module implemented HTTP server can, for.
  • the configuration of this module of a client station equipped with a Web Navigator can be over-provisioned via directly generated HTML pages (Hyper Text Mark Language, ie hypertext mark programming language). It is thus possible to configure this intelligent module online or not online.
  • the intelligent module starts its HTTP server. For the assignment of the connections of the respective server belongs z.
  • the geographic number of the intelligent module to allow for unique and simple identification for the person programming, updating or using the application of the programmer. If necessary, Java applets can take on the functions of dynamic refreshing.
  • a virtual module can be installed during the configuration of the machine, which launches a simulation server on the programming station, providing functions such as the integrated server in the module.
  • an Internet access is thus created on a PLC and via this data can also be processed in the PLC.
  • US 2003/0074489 A1 discloses a measuring system for carrying out measurements from a central measuring station.
  • the measuring signals of the individual sensors are fed via cables to an intelligent measuring module which is inserted in a receptacle / insert of a measuring device or a receptacle / insert of a measuring device frame.
  • an intelligent measuring module which is inserted in a receptacle / insert of a measuring device or a receptacle / insert of a measuring device frame.
  • a cable or a communication system is connected to the measuring device or measuring device frame, which in each case has a plurality of inserts and the measurement signals are supplied via this the central measuring station.
  • a cable or a communication system is connected in the message transmission path between the sensor and central measuring station and is a series of interface circuits, which are each designed for the corresponding section section and require a corresponding protocol.
  • an intelligent measuring module is used in the measuring system according to US 2003/0074489, which As a master in the slave "measuring device or measuring device frame", the corresponding protocol for the interface circuit loads.As a result, the protocol of the measuring system is based on the master / slave base between the intelligent measuring module as a master and slave "measuring device or encoder frame "as well as for the second transmission link, for example USB interface, between the slave" measuring device or measuring device frame "and the master” central measuring station ".
  • the rechargeable device driver can also be loaded on the side to the central measuring station via specified interfaces, such as via the USB interface, which enables data transfer rates of up to 480 Mbps in the USB 2.0 version, directly via serial interfaces or by downloading the rechargeable device drivers from a personal computer or from the Internet by means of the mobile telecommunications network or radio transmission path including Bluetooth, among others.
  • the slave "measuring device or measuring device frame" as an intermediary thus has two different interface circuits for each communication channel / sensor branch, namely on the one hand on the side towards the intelligent measuring module and on the other side on the opposite side to the central measuring station.
  • the at least one freely programmable communication ALU cooperates with a downstream control device, described in which: The communication controller detects the occurrence of a specific date or event,
  • the synchronized local time is stored at the start time of cyclically executing control functions
  • a device for synchronization of communicating with each other via a serial data bus bus subscribers of a distributed control automation system which comprises: ⁇ a "quasi-dedicated" communication controller, which has at least one freely programmable communication ALU,
  • At least one logic function block with means for measuring and storing times in the communication ALU, whereby by means of the communication controller, a direct synchronization of the control functions without the downstream control device or the synchronization in accordance with a stored local time with each start of a control function.
  • This device has the advantage that two powerful methods can be used without requiring basic hardware adaptation.
  • the transmission time delay is known.
  • the synchronization signal is fed to a timer block via the transmission medium, the synchronization signal itself already receives a time reference and the initial value is determined on the basis of the time reference contained in the synchronization signal.
  • This procedure offers the particular advantage that a synchronization at any time is possible.
  • the time reference contained in the synchronization signal should be corrected by a predetermined correction value in a correction circuit of the timer block and the corrected time reference should be used as an initial value. The correction is possible in particular if there is a predetermined reception time delay between the supply of the synchronization signal and the storage of the initial value.
  • the correction value can be determined in such a way that the reception time delay is compensated by it. Alternatively, the correction value may also be determined in such a way that the sum of the transmission time delay and the reception time delay is compensated by it.
  • the synchronization signal contains a source and / or destination address in addition to the time reference, it is possible that the initial value is stored in the register only if the source address matches a target source address and / or the destination address matches a target destination address. As a result, selective synchronization can only be achieved with respect to a specific synchronization signal source or only with respect to a specific synchronization target.
  • the desired source address and / or the target target address can be specified, for example, the receiving circuit, so that it executes the selection.
  • the synchronization signal includes a check information for the time reference in addition to the time reference, it is possible that the initial value is stored in the register only if the time reference is determined to be correct based on the check information. Storing incorrect time references can thus be avoided. If it is monitored in the context of the transmission method of another transmission circuit, if another transmission medium is occupied, in the case of non-assignment to the Timer block another enable signal is transmitted and the value of the register is read out only after the determination of the further enable signal from the register and the transmission of the time reference is sent via the transmission media, is in a plurality of - basically independent - transmission media in a simple way a simultaneous transmission the time reference over the transmission media guaranteed.
  • the only delay not considered in the procedure known from DE 102 60 807 A1 is the time delay caused by the transmit and receive drivers and the transmission medium itself. This is usually below 10 ⁇ s, often even below 1 ⁇ s.
  • DE 101 38 066 A1 discloses a subscriber for a network with data transmission in equidistant cycles, in order to create a subscriber for a network by which access violations are detected and displayed during operation so that suitable measures for error handling can be initiated.
  • the subscriber also has an arithmetic unit which can access the memory, wherein the communication processor sends at least one first synchronization signal to the arithmetic unit at a fixed point in time of a cycle Monitoring device for monitoring the accesses of the arithmetic unit arranged on the memory, and the monitoring device is designed such that it based on the beginning and end of access of the arithmetic unit to the memory and based on their timing within the cycles access without access or access error detects and generates at least one signal to the display.
  • Access violations can thus be detected safely and in real time by the monitoring device.
  • ways to display an access without Access rights are a corresponding output of a message on an operating device or the generation of a message to an error handling routine in the arithmetic unit or the communication processor called so that a controlled process can be moved to a security state.
  • suitable measures can be taken after such an access violation has been detected, for example a faster CPU in the PC, an optimization in the BIOS of the operating system or an increase in the configured equidistance time.
  • Typical examples of such devices are machine terminals, bar code readers or drives, which run a speed profile and thereby react to local position sensors and switch additional auxiliary motors.
  • the control and communication electronics are usually an integral part of the device.
  • This can be used as a separate plug-in module for mounting inside the device, from the outside to the Plugging into the device or be implemented as a plug-in module on an outwardly led device interface. All solutions known from the state of the art are the chain of effects: device function - PLC communication - higher-level system in common (see FIG. 1, section 3). This means that the PLC is completely integrated into the device from the hardware as well as from the internal data and function structures.
  • special hardware and software components with a number of expensive components specially designed for communication are required.
  • the invention has for its object to design a device with a flexible Kochunikationsund control structure and a method thereof so that an interchangeability of parts of the device is made possible.
  • a device with a flexible communication and control structure which has for coupling with other devices or a higher-level control device of an automation system via a serial data bus:
  • ⁇ at least one programmable logic controller, so that the programmable logic controller is designed as a replaceable unit and the data completely transparent and / or further processed via the internal programmable logic controller between the communication interfaces are transmitted.
  • the invention consists in expanding the exchangeable communication unit by a PLC function, which is integrated in the communication path and operates completely transparently, both for the device and for the higher-level system.
  • the control information such as that of a higher-level system or the higher-level system (control device) appears to the peripheral device the status information like that of the peripheral device.
  • the exchangeable communication interface is extended by a PLC function and
  • Enhancements within the fieldbus specification or implementations of completely new fieldbus systems can be made by software update and do not require a new communication interface.
  • the respective fieldbus systems are defined by loading the software and can therefore be selected flexibly.
  • the functionality and price of the peripheral device is scalable between with or without PLC function.
  • the programmable logic controller designed as a plug, which is attached to the communication interface.
  • the device is designed as a device connector and this has one or more pronounced as a connector communication interface and performs communication functions.
  • This embodiment of the invention has the advantage that the availability of a local intelligence directly on the peripheral device, which significantly reduces the transfers to the higher-level system by pre-processing and compressing the data and a fast, local response by avoiding the transmission and processing time to or in parent system is enabled.
  • a standardized communication interface is used. This allows the construction of distributed, intelligent control architectures with conventional automation devices, if they have only a standard communication interface.
  • FIG. 1 shows the block diagram for an automation system with a flexible communication and control structure based on a replaceable communication and control device according to the invention
  • FIG. 2 shows an embodiment of the device according to FIG. 1 with a standardized communication interface
  • FIG. 3 shows an embodiment of the device according to FIG. 1 with integration of the communication and control unit within one
  • Peripheral devices PG in automation technology today include a communication interface KS to a higher-level system in addition to the actual device functions GF. This is typically a programmable logic controller PLC which controls the operation of the peripheral device and the interactions with other peripheral devices and I / O devices connected to the same interface
  • FIG. 1 illustrated inventive solution of an automation system with flexible communication and control structure based on the basis of an interchangeable communication and control device.
  • This has at least two or more communication interfaces KS and at least one programmable logic controller PLC, so that the programmable logic controller PLC is designed as a replaceable unit and the data completely transparent and / or further processed via the internal programmable logic controller PLC between the communication interfaces KS.
  • the programmable logic controller PLC is designed as a plug, which is plugged onto the communication interface KS or the device is designed as a device connector, which has one or more pronounced as a connector communication interface KS and performs communication functions.
  • the integration concept according to the invention into existing peripheral devices PG thus enables the construction of distributed, intelligent control architectures with conventional automation devices and the realization of a bypass function (see FIG S / receive data E via serial communication interfaces to bus FES in accordance with fieldbus or Ethernet standards and FIG. 2). It can this flexible, efficient and comfortable to be designed, the structure is not rigidly predetermined, but is customizable / configurable as needed.
  • FIG. 2 and FIG. 3 show a preferred embodiment of the device according to FIG. 1.
  • the in FIG. 2 illustrated embodiment is characterized by the use of a standardized communication interface SKS.
  • This constellation becomes particularly interesting due to the standardized communication interface SKS, since the implementation of the Programmable Logic Controller PLC can take place independently of the respective device. If one also uses the likewise standardized electrical and mechanical properties of the communication interface KS, one can design the entire communication and PLC unit KSE in such a way that it can be set up on existing standardized communication interface SKS.
  • the entire communication and PLC unit KSE is integrated within a field bus connector.
  • the advantage here is the availability of a local intelligence for establishing a direct communication between the peripheral devices PG, excluding the higher-level system / control device ST.
  • the peripheral device PG is shown with the large outer rectangle, the brighter, inner rectangle, the communication interface SKS to make it clear that the entire communication and PLC unit KSE is plugged via the communication interface SKS on the peripheral device PG.
  • pure PLC modules which may still have a communication interface SKS, but then work as standalone devices, according to a PLC only without housing, or pure communication modules with general interfaces, the programmable logic controller PLC is integrated in the subject matter of the invention.
  • Unit KSE which has one device and one or more communication interfaces, inside or outside of Automation devices in a suitable form with these mechanically and electrically connected and complement their actual task to communication and control functions.
  • Unit KSE can be set up on standardized device interfaces and have one or more additional communication interfaces and perform communication functions.
  • Unit designed as a device connection plug, which is plugged onto standardized device interfaces and has one or more connector-shaped communication interfaces and performs communication functions.
  • the communication interfaces KS as a radio interface (eg Bluetooth, range about 10m at ImW transmission power, working frequency at about 2.4 GHz, transmission method FHSS; DECT; ZIGBEE (radio standard with short range for wireless networking of sensors) or as Gateway, ie as an interface for control systems / value-added services in the area of multi-utility, security technology, home and building management and automation technology through to future services in the area of home automation, data transmission can take place via a power / PLC network (Power Line Carrier).
  • a radio interface eg Bluetooth, range about 10m at ImW transmission power, working frequency at about 2.4 GHz, transmission method FHSS; DECT; ZIGBEE (radio standard with short range for wireless networking of sensors) or as Gateway, ie as an interface for control systems / value-added services in the area of multi-utility, security technology, home and building management and automation technology through to future services in the area of home automation, data transmission can take place via a power / PLC network (Power Line
  • the invention is not yet limited to the feature combination defined in claim 1 or 5, but can also by any other combination of certain features of all Total 'individual features disclosed be defined. This means that in principle virtually every individual feature of patent claim 1 or 5 can be omitted or replaced by at least one individual feature disclosed elsewhere in the application.

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Abstract

Gerät mit flexibler Kommunikations- und Steuerungsstruktur, welches mit anderen Geräten oder einer übergeordneten Steuereinrichtung eines Automatisierungssystems über einen seriellen Datenbus (FES) gekoppelt ist, auf : mindestens zwei oder mehrere Kommunikationsschnittstellen (KS) und mindestens eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), so dass die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) als austauschbare Einheit ausgestaltet ist und die Daten völlig transparent und/oder über die interne Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) weiterverarbeitet zwischen den Kommunikationsschnittstellen (KS) übertragen werden.

Description

"Austauschbares Kommunikations- und Steuerungsgerät zur transparenten Verarbeitung der Daten im laufenden Datenaustausch"
Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Gerät mit flexibler Kommunikations- und Steuerungsstruktur, insbesondere Automatisierungsgerät, und weiterhin ein Verfahren zu dessen Konfiguration gemäß den Patentansprüchen 1 und 5.
Seit längerem ist es bekannt, in der Steuer- und Automatisierungstechnik Feldbusse und Ethernet, insbesondere die Erweiterung bezüglich Real-Time Ethernet zur Datenkommunikation zwischen einzelnen, an der Steuerung eines Prozesses beteiligten Einheiten zu verwenden. Beispiele für bekannte Feldbussε sind CAN-Bus, Profibus, Modbus, DeviceNet oder Interbus. Die Kommunikation der Einheiten erfolgt auf dem Feldbus/Ethernet anhand von spezifizierten Protokollen. Um der Forderung nach offenen Systemen zur Vernetzung entsprechen zu können, besteht die Notwendigkeit, einfache und kostengünstige Kommunikationsmechanismen zur Verfügung zu stellen, um industrielle Geräte netzwerkfähig zu machen. Diese Forderung besteht vor allem auch im Zusammenhang mit der Kopplung von Antriebskomponenten, wie zwischen Antriebsregelungen, Leistungsteilen und Gebern bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und Robotern, bei denen eine Mehrzahl interpolierender Achsen synchron betrieben werden müssen. Bei der zunehmenden Vernetzung verschiedenster technischer Systeme wächst deshalb die Forderung nach standardisierten Strukturen in der Industrie.
Peripheriegeräte in der Automatisierungstechnik beinhalten heute neben den eigentlichen Gerätefunktionen eine Kommunikationsschnittstelle zu einem übergeordneten System. Dieses ist in der Regel eine Speicherprogrammierbare Steuerung SPS, welche den Funktionsablauf auf dem Peripheriegerät und die Interaktionen mit anderen Peripheriegeräten und Ein-/Ausgabeeinheiten, die an der gleichen Schnittstelle angeschlossen sind, steuert. Um ein Verfahren und eine Kommunikationsschnittstelle zur Kopplung von Busteilnehmern eines Automatisierungssystems derart auszugestalten, dass der Anschluss beliebiger Busteilnehmer mit individueller, interaktiver Kommunikation ermöglicht wird, ist in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2005 029 656.4-53 der Anmelderin ein Verfahren zur Kopplung von untereinander über einen seriellen Datenbus kommunizierenden Busteilnehmern eines Automatisierungssystems mit verteilter Steuerung, welche über einen Kommunikations-Controller mit einer übergeordneten Steuereinrichtung zusammenarbeiten, beschrieben, bei dem:
• der Kommunikations-Controller aus mindestens einer frei programmierbaren Kommunikations- ALU aufgebaut ist,
• in einem Befehlscode der Kommunikations-ALU mehrere Befehle kodiert sind und welcher auf spezielle Kommunikationsfunktionen optimiert ist,
• in der Kommunikations-ALU Logikfunktionsblöcke parallel angeordnet sind, die spezielle Kommunikationsfunktionen ausführen, wodurch die Kommunikationsfunktionen nicht fest vorgegeben sind, sondern auf Basis des frei programmierbaren und auf Kommunikationsfunktionen optimierten Kommunikations-ALUs ausgebildet sind, wodurch in einem Systemtakt mehrere Befehle ausgeführt werden und wodurch Übergänge zwischen den unterschiedlichsten Netzwerken realisiert werden können.
Weiterhin ist in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2005 029 656.4-53 der Anmelderin eine Vorrichtung zur Kopplung von untereinander über einen seriellen Datenbus kommunizierenden Busteilnehmern eines Automatisierungssystems mit verteilter Steuerung beschrieben, welche aufweist:
^ einen Kommunikations-Controller, welcher mit einer übergeordneten Steuereinrichtung zusammenarbeitet und welcher mindestens eine frei programmierbare Kommunikations-ALU aufweist, > einen Befehlscode, in welchem mehrere Befehle kodiert sind und welcher auf
Kommunikationsfunktionen optimiert ist, und
^ eine parallele Anordnung von mindestens zwei Logikfunktionsblöcken in der Kommunikations-ALU, die spezielle Kommunikationsfunktionen ausführen, wodurch die Kommunikationsfunktionen nicht fest vorgegeben sind, sondern auf Basis von mindestens einem frei programmierbaren und auf Kommunikationsfunktionen optimierten Kommunikations-ALU ausgebildet sind, wodurch in einem Systemtakt mehrere Befehle ausgeführt werden und wodurch Übergänge zwischen den unterschiedlichsten Netzwerken realisiert werden können.
Das in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung 10 2005 029 656.4-53 der Anmelderin beschriebene Verfahren ermöglicht auf einfache Art und Weise den Aufbau eines „quasi dezidierten" Kommunikations-Controllers, indem dieser als eine bzw. mehrere frei programmierbare Kommunikations-ALUs (Arithmetik and Logic Unit) aufgebaut wird, welche einen auf die Kommunikationsaufgaben optimierten Befehlssatz und Hardwarearchitektur besitzt. Im Vergleich zum Aufbau eines dedizierten Kommunikations-Controller durch Programmierung von FPGAs (Field programmable Gate Array) oder Teile davon nach dem Stand der Technik, welcher ebenfalls eine fest verdrahteten Logik entspricht, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung die oben beschriebenen Vorteile auf. Weiterhin werden im Gegensatz zu herkömmlichen ALUs die Befehle in einem Takt parallel ausgeführt. Dazu sind erfindungsgemäß die zugehörigen Logikfunktionsblöcke in den ALUs parallel angeordnet und können gleichzeitig den Befehlscode verarbeiten, wodurch auch bei hohen Baudraten, z.B. 100 MHz Ethernet, die notwendigen Funktionen realisiert werden können.
Weiterhin ist aus der DE 42 04 383 Al ein dezentral gesteuertes Datentransportsystem für die industrielle Automatisierungstechnik mit einer Verbindungsstruktur bekannt, welches flexibel an lokal unterschiedliche Zuverlässigkeitsanforderungen angepasst werden kann und bei welchem Echtzeiteigenschaften strukturell nur dort erfüllt, wo diese auch tatsächlich gefordert werden. Hierzu wird für die Verbindungsstruktur des Datentransportsystems insgesamt eine teilweise vermaschte Struktur zugelassen und die Teilnehmer dieses Datentransportsystems, ausgeführt als intelligente Funktionseinheiten (Verarbeitungsknoten) mit jeweils bis zu vier unabhängigen Anschlüssen für Übertragungsleitungen, ermöglichen den Aufbau von genau den Anforderungen im Bereich der Zuverlässigkeit und der Übertragungsgeschwindigkeit entsprechenden Teilstrukturen. Sind für den Datenaustausch zwischen zwei Funktionseinheiten hohe Zuverlässigkeitsanforderungen zu erfüllen, werden redundante Strukturen vorgesehen. Echtzeiteigenschaften werden durch direkte Verbindungen oder durch parallele Übertragungswege, auf die das Datenaufkommen verteilt wird, realisiert. Redundante Verbindungen werden im störungsfreien Fall ebenfalls zur Datenübertragung genutzt. Jeder Verarbeitungsknoten wird aus standardisierten Komponenten, die insgesamt eine sich gegenseitig überwachende Mehrrechnerstruktur bilden, aufgebaut. Jeder Rechner ist ein um einen leistungsfähigen Mikrocontrollerbaustein aufgebautes, allein lauffähiges Minimalsystem, das über genau eine Schnittstelle zum Datentransportsystem verfügt. Durch den modularen Aufbau kann jeder Verarbeitungsknoten entsprechend den Anforderungen aus einem (zentralen Modul) bis vier Prozessormodulen aufgebaut werden. Das zentrale Modul enthält neben der den Anforderungen entsprechenden Anzahl von Prozessormodulen alle zur Kommunikation und Steuerung immer wieder benötigten Bauteile auf einer gemeinsamen Trägerkarte. Diese enthält ein von allen Modulen genutztes Netzteil (die Spannungsüberwachung und eine Pufferbatterie gehören zum Prozessormodul), eine Echtzeituhr, sowie die zur Rechnerkopplung notwendigen Bauteile. Der in der Regel zum zentralen Modul zu ergänzende, variable Anteil (Interface) enthält, abgestützt auf die von den Prozessormodulen bereitgestellten Ein-/Ausgabeleitungen, alle zur elektrischen und mechanischen Anpassung notwendigen Komponenten. Im Einzelnen ist dies ein Mikrocontroller mit seriellen und parallelen Ein-/ Ausgabeleitungen, eine eigene Spannungsregelung mit Überwachungsbaustein und Pufferbatterie, Bauteile zur internen Adressdecodierung, einen Arbeitsspeicher und Treiberbausteine zur Ankopplung des Prozessormoduls an das Datentransportsystem. Jedes Modul benötigt mindestens einen nichtflüchtigen Speicher für den Urlader und einen weiteren, möglichst großen Bereich für das Betriebsprogramm und zur Zwischenspeicherung von Daten. Ausgehend von einer in jedem Verarbeitungsknoten fest gespeicherten, standardisierten Urladeroutine wird die jeweils zusätzlich benötigte Software über das Datentransportsystem ferngeladen. Das Interface identifiziert sich über einen Kenndatensatz automatisch gegenüber dem zentralen Modul, in das dann die spezielle Betriebssoftware ferngeladen wird. Jeder neue Verarbeitungsknoten identifiziert sich und sein Interface, sobald er in das schrittweise aufzubauende Datentransportsystem eingebunden wird, gegenüber einer irgendwo im System enthaltenen Leitstation. Die Leitstation initialisiert auf Basis dieser Daten den Verarbeitungsknoten, d. h. die Teilnehmeradresse wird festgelegt und die benötigte Betriebssoftware wird ferngeladen. Abschließend erfolgt eine Rekonfiguration des gesamten, bis zu diesem Zeitpunkt aufgebauten Datentrans- portsystems, in der jeder Teilnehmer den neue Verarbeitungsknoten und die dazu gehörenden Datenleitungen in seiner Vermittlungssteuerung berücksichtigt.
Weiterhin ist aus der US-A-5,815,678 ein System und ein Verfahren zur Simulation der Implementierung einer in Abhängigkeit von einem Anwendungsprogramm programmierbaren Schnittstellenschaltung in einem seriellen Bussystem, basierend auf dem Standard IEEE- 1394, bekannt. Im einzelnen sind hierfür Mittel zur Initialisierung und Konfiguration des Bussystems, Mittel zur Zuweisung von Speicherbereichen zur Speicherung der über den Bus empfangenen und zu sendenden Daten, Mittel zur Steuerung der Übertragung und Mittel zum Zurücksetzen und zur Rekonfiguration des Bussystems nach Maßgabe von Steuerbefehlen des jeweiligen Anwendungsprogramms vorgesehen. Die virtuelle Schnittstellenschaltung enthält hierzu eine Sammlung von Programmaufrufen für Software unabhängig von der Anwendung und anwendungsspezifischer Software, mittels welcher aus einer Anwendung heraus die Datenübertragung auf dem IEEE-1394-Bus gesteuert wird.
Um ein Gerät mit flexibler Kommunikationsstruktur und ein Verfahren hierzu derart auszugestalten, dass eine Austauschbarkeit von Teilen des Geräts ermöglicht wird, ist in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2005 029 654.8-31 der Anmelderin ein Gerät beschrieben, welche aufweist: ^ mindestens einen frei programmierbaren Kommunikations-Controller, welcher mit einer übergeordneten Steuereinrichtung zusammenarbeitet, ^ mindestens eine im Kommunikations-Controller integrierte frei programmierbare Kommunikations-ALU und > eine über Signalleitungen zur Übertragung eines Identifizierungscodes, Steuerdaten, Empfangsdaten und Sendedaten mit dem Kommunikations- Controller verbundene, austauschbare, physikalische Schnittstelle, wodurch die physikalische Schnittstelle austauschbar ist.
Weiterhin ist in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung 10 2005 029 654.8-31 der Anmelderin ein Verfahren zur Konfiguration eines Gerät mit flexibler Kommunikationsstruktur, insbesondere Automatisierungsgerät, mit mindestens einem Kommunikations-Controller, mindestens einer in diesem integrierte Kommunikations- ALU und mindestens einer physikalischen Schnittstelle beschrieben, bei dem
• die Kommunikationsfunktionen nicht fest vorgegeben sind, sondern auf Basis von frei programmierbaren und auf Kommunikationsfunktionen optimierten ALUs ausgebildet sind,
• in der Startphase die physikalische Schnittstelle über eine Signalleitung einen Identifizierungscode an den Kommunikations-Controller sendet und der Kommunikations-Controller selbständig die richtige Konfiguration durchführt und die zugehörige Software in die Kommunikations-ALU lädt.
Damit ergeben sich für die in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung 10 2005 029 654.8-31 beschriebenen Lösung folgende Vorteile:
• Die Entwicklung, Produktion und Vertrieb eines solchen Automatisierungsgeräts mit austauschbarer physikalischen Schnittstellenschaltung kann unabhängig von einem speziellen Feldbussystem erfolgen.
• Erweiterungen innerhalb der Feldbusspezifikation oder Implementierungen komplett neuer Feldbussysteme können per Softwareupdate erfolgen und benötigen keine neue Schnittstellenschaltung.
• Besonders bei zwei oder mehreren Kommunikationsschnittstellen werden die jeweiligen Feldbussysteme durch Laden der Software festgelegt und sind damit völlig flexibel auswählbar. Weiterhin ist aus der DE 101 03 533 Al ein Programmregler bekannt, der mit einem privaten Betriebssystem versehen ist, welches nicht das TCP/IP-Protokoll (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) unterstützt, sich jedoch für Automatisierungsprogramme eignet, und der einerseits mit mindestens einem intelligenten Modul, in dem ein HTTP-Server (Hyper Text Transfer Protocol, d.h. Datenübertragungsprotokoll für die Übertragung von HTML- Seien und den daran gekoppelten Dateien aller Art) installiert ist, und andererseits mit einem Kommunikationsmodul, das über einen Bus mit entfernten Einrichtungen kombiniert werden kann, ausgestattet ist. Um dem intelligenten Modul die Möglichkeit zu geben, eine Clientfunktion oder eine Serverfunktion ablaufen zu lassen, oder Mitglied einer Multicastgruppe zu sein, indem die TCP/IP-Dienste eines Kommunikationsmoduls der Konfiguration des Programmreglers verwendet werden, ist im Einzelnen vorgesehen, dass das intelligente Modul mit einer Anwendungsprogrammierschnittschnelle versehen ist, die es ermöglicht, entfernt die Anschluss- und Kommunikationsfunktionen des TCP/IP-artigen Kommunikationsmoduls zu verwenden. Die Automatisierungsfunktion des intelligenten Moduls wird über eine Schnittstelle mit einer Server-, Client oder Multicast-gruppenfunktion verbunden, indem für die Betriebsarten (Ablauf der Vorgänge, die implementiert werden müssen, um die entsprechenden Informationen für die gesteuerten Prozesse zu liefern oder auf sie einzuwirken) und die Zuordnung der Anschlussnummern (im Falle eines Servers) oder der entfernten Adressen für Clientfunktionen mit dem Automatenanwendungsprogramm Konventionen übernommen werden, die zum Bereich der Systemanalyse gehören. Die Anwendungsprogrammierschnittschnelle kann in einer Zentraleinheit des Programmreglers, der ein spezifisches intelligentes Modul ist, implementiert werden, wobei die unterstützte Aütomatisierungsfunktion Automatenanwendungsprogramm heißt. Das Anwendungsprogramm des Programmreglers verwendet eine Ergänzung des Systembefehlsvorrats in der Automatisierungssprache, die den delegierten Server-, Client- oder Multicastdiensten entspricht, um die Server-, Client- oder Multicastfunktionen auszuführen. Eine derartige Anwendung erlaubt es dem Automaten, der Client oder Server einer beliebigen, entfernten Server- oder Clientanwendung zu sein. Ein im intelligenten Modul implementierter HTTP-Server kann z. B. die Konfiguration dieses Moduls einer mit einem Webnavigator ausgestatteten Client-Station über direkt erzeugte HTML-Seiten (Hyper Text Mark Language, d.h. Programmiersprache mit Hypertextmarken) freistellen. Somit ist es möglich, dieses intelligente Modul online oder nicht online zu konfigurieren. Beim Start des Automaten startet das intelligente Modul seinen HTTP-Server. Zur Zuordnung der Anschlüsse des jeweiligen Servers gehört z. B. die geografische Nummer des intelligenten Moduls, um eine einzigartige und einfache Identifizierung für die Person zu ermöglichen, welche die Anwendung des Programmreglers programmiert, aktualisiert oder verwendet. Gegebenenfalls können Java-Applets die Funktionen der dynamischen Auffrischung übernehmen. Ergänzend zum Online-Modus kann ein virtuelles Modul während der Konfiguration des Automaten installiert werden, das auf der Programmierstation einen Simulationsserver startet, wodurch Funktionen wie die des im Modul integrierten Servers erbracht werden. Beim Gegenstand der DE 101 03 533 Al wird somit auf einer SPS ein Internet-Zugang geschaffen und über diesen können auch Daten in der SPS verarbeitet werden.
Weiterhin aus der US 2003/0074489 Al ein Meßsystem zur Durchführung von Messungen von einem zentralen Messplatz aus bekannt. Dabei werden die Messsignale der einzelnen Sensoren über Kabel jeweils einem intelligenten Messmodul zugeführt, welches in einer Aufnahme/Einschub eines Messgeräts oder einer Aufnahme/Einschub eines Messgeräte-Gestells eingeschoben ist. An das Messgerät oder Messgeräte-Gestell, welches jeweils eine Vielzahl von Einschüben aufweist, ist ein Kabel bzw. ein Nachrichtenübertragungssystem angeschlossen und die Messsignale werden über dieses dem zentralen Messplatz zugeführt. In der Nachrichtenübertragungsstrecke zwischen Sensor und zentralen Messplatz liegt eine Reihe von Schnittstellenschaltungen, die jeweils für den entsprechenden Teilstreckenabschnitt ausgestaltet sind und ein entsprechendes Protokoll erfordern. Um nun zu vermeiden, dass im Messgerät oder Messgeräte-Gestell auf Vorrat entsprechende Schnittstellenschaltungen vorgehalten werden müssen, wird beim Meßsystem gemäß der US 2003/0074489 ein intelligentes Messmodul benutzt, welches als Master in den Slave „Messgerät oder Messgeräte-Gestell", das entsprechende Protokoll für die Schnittstellenschaltung einlädt. Demzufolge ist das Protokoll des Meßsystem auf der Master/Slave-Basis aufgebaut und zwar zwischen intelligentem Messmodul als Master und Slave „Messgerät oder Messgeräte-Gestell" sowie für die zweite Übertragungsstrecke, beispielsweise USB-Schnittstelle, zwischen dem Slave „Messgerät oder Messgeräte-Gestell" und dem Master „zentraler Messplatz". Dadurch ist ein Datenaustausch - mit dem Slave „Messgerät oder Messgeräte-Gestell" als Mittler - zwischen den beiden Master „intelligentes Messmodul" und „zentraler Messplatz" möglich (bekanntlich erfordert die Universal Serial Bus Spezifikation 2.0 stets nur einen Master für die Kommunikation über die jeweilige USB-Schnittstelle). Um nun eine entsprechende Datenkommunikation zu ermöglichen, lädt beim Meßsystemgemäß der US 2003/0074489 das intelligente Messmodul in den Slave „Messgerät oder Messgeräte-Gestell", d.h. in dessen Schnittstellenschaltung, das entsprechende Protokoll bzw. die Gerätetreiber, d.h. Software ein. Das Aufspielen der nachladbaren Gerätetreibers kann auch auf der Seite zum zentralen Messplatz über spezifizierte Schnittstellen erfolgen, wie beispielsweise über die USB-Schnittstelle, welche bei der Version USB 2.0 Datentransferraten bis zu 480 Mbps ermöglicht, direkt über serielle Schnittstellen oder durch Herunterladen der nachladbaren Gerätetreiber von einem Personal Computer bzw. aus dem Internet mittels des mobilen Telekommunikationsnetzes oder Funkübertragungsstrecke einschließlich Bluetooth, u.a.. Der Slave „Messgerät oder Messgeräte-Gestell" als Mittler weist somit für jeden Kommunikationskanal/Sensorzweig zwei unterschiedliche Schnittstellenschaltungen auf und zwar einerseits auf der Seite zum intelligenten Messmodul hin und andererseits auf der gegenüberliegenden Seite zum zentralen Messplatz hin.
Weiterhin ist in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung 10 2005 029 655.6-42 der Anmelderin ein Verfahren zur Synchronisation von untereinander über einen seriellen Datenbus kommunizierenden Busteilnehmern eines Automatisierungssystems mit verteilter Steuerung, welche einen „quasi dezidierten" Kommunikations-Controller, der über mindestens eine frei programmierbare Kommunikations-ALU mit einer nachgeschalteten Steuereinrichtung zusammenarbeitet, beschrieben, bei dem: • der Kommunikations-Controller das Auftreten eines bestimmten Date oder Ereignisses detektiert,
• die Kommunikations-ALU die synchronen Steuerungsfunktionen ausfuhren und
• zwischen den Synchronisationszeitpunkten die Mess- und Stellwerte mit der nachgeschalteten Steuereinrichtung ausgetauscht werden, wodurch die Interruptlatenzzeiten der nachgeschalteten Steuereinrichtung nicht in die direkte Synchronisation der Steuerungsfunktionen eingehen.Alternativ ist ein Verfahren beschrieben, bei dem:
• zum Startzeitpunkt von zyklisch ablaufenden Steuerungsfunktionen die synchronisierte lokale Zeit abspeichert wird,
• durch Differenzbildung mit der gespeicherten Zeit im letzten Startpunkt die Zykluszeit auf Basis der lokalen Zeit gemessen wird und
• durch Vergrößern oder Verkleinern der aktuellen Zykluszeit, diese in Bezug auf die lokale Zeit konstant und in einer festen Phasenbeziehung gehalten wird, wodurch der gesamte Zyklus sowohl in seiner Zykluszeit als auch in seiner Phasenlage auf die lokale Zeit synchronisiert ist.
Die in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung 10 2005 029 655.6-42 der Anmelderin beschriebenen Verfahren ermöglichen auf einfache Art und Weise unter Beibehaltung des modularen Aufbaus die Kommunikation über einen taktsynchronen und äquidistanten Bus zur Steuerung hoch präziser Abläufe bei kürzesten Zykluszeiten. Bei beiden Verfahren gehen die Interruptlatenzzeiten der nachgeschalteten Steuereinrichtung nicht in die Synchronisation der Steuerungsfunktionen ein, wobei das zweite Verfahren einen etwas höheren Hardewareaufwand für das Führen einer lokalen Zeit erfordert.
Weiterhin ist in der nicht veröffentlichten Patentanmeldung 10 2005 029 655.6-42 der Anmelderin eine Vorrichtung zur Synchronisation von untereinander über einen seriellen Datenbus kommunizierenden Busteilnehmern eines Automatisierungssystems mit verteilter Steuerung beschrieben, welche aufweist: ^ einen „quasi dezidierten" Kommunikations-Controller, welcher mindestens eine frei programmierbare Kommunikations-ALU aufweist,
> eine dem Kommunikations-Controller nachgeschaltete Steuereinrichtung und
> mindestens einen Logikfunktionsblock mit Mitteln zur Messung und Speicherung von Zeiten in der Kommunikations-ALU, wodurch mittels des Kommunikationscontrollers eine direkte Synchronisation der Steuerungsfunktionen ohne die nachgeschaltete Steuereinrichtung oder die Synchronisation nach Maßgabe einer gespeicherten lokalen Zeit mit jedem Start einer Steuerungsfunktion erfolgt.
Diese Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass zwei leistungsstarke Verfahren genutzt werden können, ohne dass damit eine grundlegende Hardwareanpassung erforderlich ist.
Weiterhin ist aus der DE 102 60 807 Al ein S ende verfahren für eine Zeitreferenz über ein Übertragungsmedium bekannt, wobei beim Zuführen eines Synchronisationssignals zu einem Zeitgeberblock in ein Register des Zeitgeberblocks ein Anfangswert eingespeichert wird und das Register danach getaktet inkrementiert wird, wobei der Wert des Registers aus dem Register ausgelesen wird, anhand des Wertes eine Zeitreferenz ermittelt wird und die ermittelte Zeitreferenz von der Sendeschaltung über das Übertragungsmedium gesendet wird. Um ein Sendeverfahren für eine Zeitreferenz sowie den korrespondierenden Zeitgeberblock zur Verfügung zu stellen, mittels derer auf einfache Weise eine hochgenaue Synchronisation der Endgeräte möglich ist, ist im Einzelnen vorgesehen, dass von einer Sendeschaltung überwacht wird, ob das Übertragungsmedium belegt ist, dass im Falle der Nichtbelegung an den Zeitgeberblock ein Freigabesignal übermittelt wird, dass der Wert des Registers erst nach dem Übermitteln des Freigabesignals aus dem Register ausgelesen wird und dass zwischen dem Auslesen des Registers und dem Senden der Zeitreferenz über das Übertragungsmedium eine vorbestimmte Sendezeitverzögerung liegt. Demgemäß wird dafür gesorgt, dass die Verzögerung bekannt ist, wodurch es dann möglich ist, die bekannte Verzögerung sende- und/oder empfangsseitig zu berücksichtigen. Dies gilt sogar dann, wenn die Sendezeitverzögerung erheblich größer als die minimal erreichbare Verzögerung ist. Entscheidend ist nur, dass die Sendezeitverzögerung bekannt ist. Alternativ ist es möglich, dass das Synchronisationssignal einem Zeitgeberblock über das Übertragungsmedium zugeführt wird, das Synchronisationssignal selbst bereits eine Zeitreferenz erhält und der Anfangswert anhand der im Synchronisationssignal enthaltenen Zeitreferenz ermittelt wird. Diese Vorgehensweise bietet insbesondere den Vorteil, dass eine Synchronisation zu beliebigen Zeitpunkten möglich ist. Zum Ermitteln der korrekten Zeit sollte vorzugsweise die im Synchronisationssignal enthaltene Zeitreferenz in einer Korrekturschaltung des Zeitgeberblocks um einen vorbestimmten Korrekturwert korrigiert und die korrigierte Zeitreferenz als Anfangswert herangezogen werden. Die Korrektur ist dabei insbesondere dann möglich, wenn zwischen dem Zuführen des Synchronisationssignals und dem Einspeichern des Anfangswertes eine vorbestimmte Empfangszeitverzögerung liegt. Der Korrekturwert kann dabei derart bestimmt sein, dass durch ihn die Empfangszeitverzögerung kompensiert wird. Alternativ kann der Korrekturwert auch derart bestimmt sein, dass durch ihn die Summe von Sendezeitverzögerung und Empfangszeitverzögerung kompensiert wird. Wenn das Synchronisationssignal zusätzlich zur Zeitreferenz eine Quell- und/oder Zieladresse enthält, ist es möglich, dass der Anfangswert nur dann in das Register eingespeichert wird, wenn die Quelladresse mit einer Sollquelladresse und/oder die Zieladresse mit einer Sollzieladresse übereinstimmt. Dadurch ist eine selektive Synchronisierung nur bezüglich einer bestimmten Synchronisationssignalquelle bzw. nur bezüglich eines bestimmten Synchronisationsziels erreichbar. Die Sollquelladresse und/oder die Sollzieladresse können dabei beispielsweise der Empfangsschaltung vorgegeben werden, so dass diese die Selektion ausfuhrt. Wenn das Synchronisationssignal zusätzlich zur Zeitreferenz ferner eine Prüfinformation für die Zeitreferenz enthält, ist es möglich, dass der Anfangswert nur dann in das Register eingespeichert wird, wenn die Zeitreferenz anhand der Prüfinformation als ordnungsgemäß ermittelt wird. Ein Einspeichern unkorrekter Zeitreferenzen kann somit vermieden werden. Wenn im Rahmen des Sendeverfahrens von einer weiteren Sendeschaltung überwacht wird, ob ein weiteres Übertragungsmedium belegt ist, im Falle der Nichtbelegung an den Zeitgeberblock ein weiteres Freigabesignal übermittelt wird und der Wert des Registers erst nach dem Ermitteln auch des weiteren Freigabesignals aus dem Register ausgelesen und von den Sendeschaltungen die Zeitreferenz über die Übertragungsmedien gesendet wird, ist bei mehreren - prinzipiell voneinander unabhängigen - Übertragungsmedien auf einfache Weise eine gleichzeitige Versendung der Zeitreferenz über die Übertragungsmedien gewährleistet. Die einzige bei der aus der DE 102 60 807 Al bekannten Vorgehensweise nicht berücksichtigte Verzögerung ist die durch die Sende- und Empfangstreiber und das Übertragungsmedium selbst hervorgerufene Zeitverzögerung. Diese liegt in der Regel unterhalb von 10 μs, oftmals sogar unter 1 μs.
Um einen Teilnehmer für ein Netzwerk zu schaffen, durch welchen Zugriffsverletzungen während des Betriebs erkannt und angezeigt werden, damit geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehandlung eingeleitet werden können, ist schließlich aus der DE 101 38 066 Al ein Teilnehmer für ein Netzwerk mit einer Datenübertragung in äquidistanten Zyklen, insbesondere für ein Netzwerk nach der PROFIBUS-DP- Spezifikation bekannt, der einen Kommunikationsprozessor aufweist, welcher die zyklische Datenübertragung durchführt, indem er in einem zyklischen Teil des Zyklus Daten aus einem Speicher ausliest und an andere Teilnehmer sendet und/oder Daten von anderen" Teilnehmern empfängt und in einen Speicher einschreibt. Der Teilnehmer weist weiterhin eine Recheneinheit auf, die auf den Speicher zugreifen kann, wobei der Kommunikationsprozessor zumindest ein erstes Synchronisationssignal jeweils zu einem festen Zeitpunkt eines Zyklus an die Recheneinheit sendet. Im Kommunikationsprozessor ist eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung der Zugriffe der Recheneinheit auf den Speicher angeordnet, und die Überwachungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie anhand des Beginns und des Endes eines Zugriffs der Recheneinheit auf den Speicher und anhand deren zeitlicher Lage innerhalb der Zyklen einen Zugriff ohne Zugriffsberechtigung oder, einen Zugriffsfehler erkennt und zumindest ein Signal zu deren Anzeige erzeugt. Zugriffsverletzungen können somit durch die Überwachungseinrichtung sicher und in Echtzeit erkannt werden. Als Möglichkeiten zur Anzeige eines Zugriffs ohne Zugriffsberechtigung seien eine entsprechende Ausgabe einer Meldung auf einem Bediengerät oder die Erzeugung einer Meldung an eine Fehlerbehandlungsroutine in der Recheneinheit oder dem Kommunikationsprozessor genannt, damit ein gesteuerter Prozess in einen Sicherheitszustand gefahren werden kann. Insbesondere während eines Probelaufs in" der Entwicklungsphase können nach Erkennen einer derartigen Zugriffsverletzung geeignete Maßnahmen getroffen werden. Beispielsweise kann eine schnellere CPU im PC eingesetzt, eine Optimierung im BIOS des Betriebssystems oder eine Erhöhung der projektierten Äquidistanzzeit vorgenommen werden.
Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, werden in der Automatisierungstechnik zur Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten verschiedene Schnittstellen mit ihren physikalischen Eigenschaften und Übertragungsprotokolle definiert und in internationale Normen eingebracht oder etablieren sich als Industriestandards. Diese Systeme werden allgemein als Feldbussystem bezeichnet, wobei auch die Ethernet-basierten Technologien dazu zu zählen sind. Die Schnittstellen sind in Form von dedizierten Kommunikations- Controllern, zum Teil mit CPU als integrierte Schaltkreise (Kommunikations- Prozessor) aufgebaut. Die Anmelderin geht von der Überlegung aus, dass immer mehr Intelligenz auf dem Peripheriegerät implementiert wird, so dass dieses neben den eigentlichen Gerätefunktionen auch komplette, frei programmierbare Abläufe und lokale Ein- und Ausgaben selbständig ausführt. Damit wird faktisch die Funktion einer SPS in das Gerät implementiert, welches zur übergeordneten Einheit nur noch Steuer- und Statusinformationen austauscht. Dies erfolgt in der Regel über unterschiedliche serielle Kommunikations-Schnittstellen basierend auf Feldbus- oder Ethernet- Standards (FES). Typisches Beispiel solcher Geräte sind Maschinenterminals, Barcodelesegeräte oder Antriebe, die ein Geschwindigkeitsprofil abfahren und dabei auf lokale Positionssensoren reagieren und zusätzliche Hilfsmotore schalten. Die Steuer- und Kommunikationselektronik ist in der Regel fester Bestandteil des Geräts. Bezüglich der Kommunikation gibt es Lösungen diese als austauschbare Einheit, entsprechend der verschiedenen Kommunikationsstandards auszulegen. Dies kann als eigenständiges Steckmodul zur Montage innerhalb des Geräts, von außen zum Einstecken in das Gerät oder als Aufsteckmodul auf eine nach außen geführter Geräteschnittstelle realisiert sein. Allen aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist die Wirkungskette: Gerätefunktion - SPS - Kommunikation - übergeordnetes System gemeinsam (siehe FIG. 1, Ziffer 3). Damit ist die SPS sowohl von Seiten der Hardware als auch von Seiten der internen Daten- und Funktionsstrukturen komplett in das Gerät integriert. Dabei sind in der Regel spezielle Hard- und Softwarekomponenten mit einer Reihe von teueren, für die Kommunikation speziell ausgelegten Komponenten erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät mit flexibler Kommunikationsund Steuerungsstruktur und ein Verfahren hierzu derart auszugestalten, dass eine Austauschbarkeit von Teilen des Geräts ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird, gemäß Patentanspruch I5 durch ein Gerät mit flexibler Kommunikations- und Steuerungsstruktur, welches zur Kopplung mit anderen Geräten oder einer übergeordneten Steuereinrichtung eines Automatisierungssystems über einen seriellen Datenbus aufweist:
> mindestens zwei oder mehrere Kommunikationsschnittstellen und
^ mindestens eine Speicherprogrammierbare Steuerung, so dass die Speicherprogrammierbare Steuerung als austauschbare Einheit ausgestaltet ist und die Daten völlig transparent und/oder über die interne Speicherprogrammierbare Steuerung weiterverarbeitet zwischen den Kommunikationsschnittstellen übertragen werden.
Die Erfindung besteht darin, die austauschbare Kommunikationseinheit um eine SPS- Funktion zu erweitern, die in den Kommunikationspfad eingebunden ist und völlig transparent, sowohl für das Gerät, als auch für das übergeordnete System arbeitet. Dadurch erscheinen dem Peripheriegerät die Steuerinformationen wie die von einem übergeordneten System bzw. dem übergeordnetem System (Steuereinrichtung) die Statusinformationen wie die des Peripheriegeräts. Damit ergibt sich eine Wirkungskette: Geräte funktion GF- Kommunikation KS - Speicherprogrammierbare Steuerung SPS - Kommunikation KS - übergeordnete Steuereinrichtung ST bzw. anderes Gerät (über FES; siehe FIG. 1, Ziffer 4).
Damit ergeben sich folgende Vorteile:
• die individuelle und sehr aufwendige Geräteintegration der SPS entfällt,
• die für die SPS-Funktionalitäten benötigte Rechenleistung wird separat zur Verfügung gestellt und spart den Wechsel des Geräteprozessors und damit in der Regel die komplette Neukonstruktion eines Peripheriegerätes sowie die damit verbundene Neuentwicklung der Firmware.
Weiterhin wird diese Aufgabe, erfindungsgemäß nach Patentanspruch 5, bei einem Verfahren zur Konfiguration eines Geräts mit zwei oder mehreren Kommunikationsschnittstellen und einer Speicherprogrammierbaren Steuerung gelöst, bei dem
> zur Kopplung von untereinander über einen seriellen Datenbus kommunizierenden Geräten eines Automatisierungssystems, die austauschbare Kommunikationsschnittstelle um eine SPS-Funktion erweitert wird und
> diese in den Kommunikationspfad eingebunden ist und völlig transparent, sowohl für das Gerät als auch für eine übergeordnete Steuereinrichtung arbeitet.
Damit ergeben sich für die erfϊndungsgemäße Lösung folgende Vorteile:
• Die Entwicklung, Produktion und Vertrieb eines solchen Automatisierungsgeräts mit austauschbarer Kommunikationsschnittstelle kann unabhängig von einem speziellen Feldbussystem erfolgen.
• Erweiterungen innerhalb der Feldbusspezifikation oder Implementierungen komplett neuer Feldbussysteme können per Softwareupdate erfolgen und benötigen keine neue Kommunikationsschnittstelle. • Besonders bei zwei oder mehreren Kommunikationsschnittstellen werden die jeweiligen Feldbussysteme durch Laden der Software festgelegt und sind damit völlig flexibel auswählbar.
• Die Integration der Speicherprogrammierbaren Steuerung SPS ist in bereits vorhandenen Geräten möglich und somit sofort für das gesamte Produktspektrum einer Firma verfügbar.
• Der Funktionsumfang und der Preis des Peripheriegeräts ist skalierbar zwischen mit oder ohne SPS-Funktion.
In Weiterbildung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 2, die Speicherprogrammierbare Steuerung als Stecker ausgestaltet, welcher auf die Kommunikationsschnittstelle aufgesteckt wird.
Diese Weiterbildung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass die austauschbare Kommunikationseinheit sich identisch für eine Vielzahl an unterschiedlichen Geräten verwenden last und ist damit in großen Stückzahlen preiswert herzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 3, das Gerät als Geräteanschlussstecker ausgestaltet und dieser verfügt über eine oder mehrere als Stecker ausgeprägte Kommunikationsschnittstelle und führt Kommunikationsfunktionen aus.
Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Verfügbarkeit einer lokalen Intelligenz direkt am Peripheriegerät, die durch Vorverarbeiten und Verdichten der Daten die Transfers zum übergeordneten System wesentlich reduziert und eine schnelle, lokale Reaktion durch Vermeidung der Übertragungs- und Verarbeitungszeit zum bzw. im übergeordneten System ermöglicht wird.
Vorzugsweise wird, gemäß Patentanspruch 4, eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle benutzt. Dies ermöglicht den Aufbau von verteilten, intelligenten Steuerungsarchitekturen mit konventionellen Automatisierungsgeräten, sofern diese nur über eine Standardkommunikationsschnittstelle verfügen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
FIG. 1 das Prinzipschaltbild für ein Automatisierungssystem mit flexibler Kommunikations- und Steuerungsstruktur auf der Basis eines austauschbaren Kommunikations- und Steuerungs gerät gemäß der Erfindung,
FIG. 2 eine Ausführungsform für das Gerät nach FIG. 1 mit einer standardisierten Kommunikationsschnittstelle und
FIG. 3 eine Ausführungsform für das Gerät nach FIG. 1 mit Integration der Kommunikations- und Steuereinheit innerhalb eines
Feldbusanschlusssteckers .
In der Automatisierungstechnik sind seit Jahren verschiedene Kommunikationssysteme mit standardisierten Kommunikationsdiensten und Protokollen, mit denen man zwischen heterogenen und homogenen Netzwerken kommunizieren kann, im Einsatz. In der untersten Ebene sind beispielsweise einfache Sensor- Aktuator-Bussysteme oder Rückwandbussysteme (z.B. auf handelsüblichen Norm-Tragschienen anbringbare modulare Ein-/Ausgabe-Geräte), in der mittleren Ebene „eingebettete" Netzwerke zur Steuerung der Maschinen (welche programmierbare Steuerungen, komplexe elektrische und hydraulische Antriebsgeräte, Ein-/ Ausgabe-Geräte. Datenerfassungsgeräte oder Mensch/Maschine-Schnittstellen verbinden) und in der obersten Ebene die Netzwerke zur Fabrikautomation angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Lösung liegt in Hinblick auf die Kommunikations- und Steuerungsbeziehungen ein einheitliches logisches Netzwerk vor, so dass eine scharfe Trennlinie zwischen der Technik in herkömmlichen Telekommunikationsnetzen, welche nachfolgend beschrieben wird, und (Computer)-Datennetzen bzw. Geräten der Automatisierungstechnik nicht mehr gezogen werden kann. Peripheriegeräte PG in der Automatisierungstechnik beinhalten heute neben den eigentlichen Gerätefunktionen GF eine Kommunikationsschnittstelle KS zu einem übergeordneten System. Dieses ist in der Regel eine Speicherprogrammierbare Steuerung SPS, welche den Funktionsablauf auf dem Peripheriegerät und die Interaktionen mit anderen Peripheriegeräten und Ein- /Ausgabeeinheiten, die an der gleichen Schnittstelle angeschlossen sind, steuert
Die in FIG. 1 dargestellte erfindungsgemäße Lösung eines Automatisierungssystems mit flexibler Kommunikations- und Steuerungsstruktur beruht auf der Basis eines austauschbaren Kommunikations- und Steuerungsgeräts. Dieses weist mindestens zwei oder mehrere Kommunikationsschnittstellen KS und mindestens eine Speicherprogrammierbare Steuerung SPS auf, so dass die Speicherprogrammierbare Steuerung SPS als austauschbare Einheit ausgestaltet ist und die Daten völlig transparent und/oder über die interne Speicherprogrammierbare Steuerung SPS weiterverarbeitet zwischen den Kommunikationsschnittstellen KS übertragen werden. Vorzugsweise ist die Speicherprogrammierbare Steuerung SPS als Stecker ausgestaltet, welcher auf die Kommunikationsschnittstelle KS aufgesteckt wird oder das Gerät ist als Geräteanschlussstecker ausgestaltet, welcher über eine oder mehrere als Stecker ausgeprägte Kommunikationsschnittstelle KS verfügt und Kommunikationsfunktionen ausführt. Das erfindungsgemäße Integrationskonzept in vorhandene Peripheriegeräte PG ermöglicht somit den Aufbau von verteilten, intelligenten Steuerungsarchitekturen mit konventionellen Automatisierungsgeräten und - durch die Verfügbarkeit einer lokalen Intelligenz direkt am Peripheriegerät PG - die Realisierung einer Bypass-Funktion (siehe FIG. 1, Ziffer 4: Ankopplung der Sendedaten S/ Empfangsdaten E über serielle Kommunikations- Schnittstellen an Bus FES entsprechend den Feldbus- oder Ethernet-Standards und FIG. 2). Dabei kann dieses flexibel, effizient und komfortabel ausgestaltet werden, wobei der Aufbau nicht starr vorgegeben ist, sondern nach Bedarf anpassbar/konfigurierbar ist.
FIG. 2 und FIG. 3 zeigen bevorzugte Ausführungsform für das Gerät nach FIG. 1. Die in FIG. 2 dargestellte Ausführungsform ist gekennzeichnet durch die Benutzung einer standardisierten Kommunikationsschnittstelle SKS. Diese Konstellation wird durch die standardisierten Kommunikationsschnittstelle SKS besonders interessant, da die Implementierung der Speicherprogrammierbaren Steuerung SPS unabhängig vom jeweiligen Gerät erfolgen kann. Nutzt man die ebenfalls standardisierten elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Kommunikationsschnittstelle KS aus, kann man die gesamte Kommunikation- und SPS-Einheit KSE so konstruieren, dass sie auf vorhandene standardisierte Kommunikationsschnittstelle SKS aufgesetzt werden kann.
Bei der in FIG. 3 dargestellten Ausführungsform ist innerhalb eines Feldbusanschlusssteckers die gesamte Kommunikation- und SPS-Einheit KSE integriert. Von Vorteil ist hierbei die Verfügbarkeit einer lokalen Intelligenz zum Aufbau einer direkten Kommunikation zwischen den Peripheriegeräten PG unter Ausschluss des übergeordneten Systems/Steuereinrichtung ST. Dabei ist mit dem großen äußeren Rechteck das Peripheriegerät PG, dem helleren, inneren Rechteck die Kommunikationsschnittstelle SKS dargestellt, um zu verdeutlichen, dass die gesamte Kommunikation- und SPS-Einheit KSE über die Kommunikationsschnittstelle SKS auf das Peripheriegerät PG aufgesteckt wird. Im Gegensatz zu reinen SPS-Module, die vielleicht noch eine Kommunikationsschnittstelle SKS haben, aber dann als eigenständige Geräte arbeiten, entsprechend einer SPS nur ohne Gehäuse, oder reinen Kommunikationsmodulen mit allgemeinen Schnittstellen, wird beim Gegenstand der Erfindung die Speicherprogrammierbare Steuerung SPS integriert.
Im Rahmen der Erfindung, welches ein Integrationskonzept in vorhandene Peripheriegeräte PG beschreibt, kann die
• Einheit KSE, die über eine Geräte- und eine oder mehrere Kommunikationsschnittstelle verfügt, innerhalb oder außerhalb von Automatisierungsgeräten in geeigneter Form mit diesen mechanisch und elektrisch verbunden werden und deren eigentliche Aufgabe um Kommunikations- und Steuerungsfunktionen ergänzen.
• Einheit KSE auf standardisierte Geräteschnittstellen aufgesetzt werden und über eine oder mehrere weitere Kommunikationsschnittstelle verfügen und Kommunikationsfunktionen ausführen.
• diese Einheit KSE zusätzlich auch Steuerungsfunktionen ausführen.
• Einheit als Geräteanschlussstecker ausgestaltet werden, welcher auf standardisierte Geräteschnittstellen aufgesteckt wird und über eine oder mehrere als Stecker ausgeprägte Kommunikationsschnittsteile verfügt und Kommunikationsfunktionen ausführt.
• diese Einheit KSE zusätzlich auch Steuerungsfunktionen ausführen.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Im Rahmen der Erfindung können die Kommunikationsschnittstellen KS als Funkschnittstelle (beispielsweise Bluetooth, Reichweite ca. 10m bei ImW Sendeleistung, Arbeitsfrequenz bei ca. 2,4 GHz, Übertragungsverfahren FHSS; DECT; ZIGBEE (Funkstandard mit kurzer Reichweite für die Funkvernetzung von Sensoren) oder als Gateway, d.h. als Schnittstelle für Steuerungen/Mehrwertdienstleistungen im Bereich Multi Utility, Sicherheitstechnik, Haus- und Gebäudemanagement sowie Automatisierungstechnik bis hin zu zukünftigen Dienstleistungen im Bereich Home Automation ausgestaltet werden; die Datenübertragung kann über ein Strom-/PLC- Netz (Power Line Carrier-Netz) als Datenbus FES oder es kann eine kombinierte Funk-/PLC-Übertragung (unter Ausgestaltung von WLAN bzw. WAN) erfolgen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Patentanspruch 1 oder 5 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten' Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Patentanspruchs 1 oder 5 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Gerät mit flexibler Kommunikations- und Steuerungsstruktur, welches zur Kopplung mit anderen Geräten oder einer übergeordneten Steuereinrichtung eines Automatisierungssystems über einen seriellen Datenbus (FES) aufweist:
> mindestens zwei oder mehrere Kommunikationsschnittstellen (KS) und ^ mindestens eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), so dass die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) als austauschbare Einheit ausgestaltet ist und die Daten völlig transparent und/oder über die interne. Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) weiterverarbeitet zwischen den Kommunikationsschnittstellen (KS) übertragen werden.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) als Stecker ausgestaltet ist, welcher auf die Kommunikationsschnittstelle (KS) aufgesteckt wird.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät als Geräteanschlussstecker ausgestaltet ist und dass dieser über eine oder mehrere als Stecker ausgeprägte Kommunikationsschnittstelle (KS) verfügt und Kommunikationsfunktionen ausführt.
4. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Benutzung einer standardisierten Kommunikationsschnittstelle (SKS).
5. Verfahren zur Konfiguration eines Geräts mit zwei oder mehreren Kommunikationsschnittstellen (KS) und einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), bei dem
> zur Kopplung von untereinander über einen seriellen Datenbus (FES) kommunizierenden Geräten eines Automatisierungssystems, die austauschbare Kommunikationsschnittstelle (KS) um eine SPS-Funktion erweitert wird und > diese in den Kommunikationspfad eingebunden ist und völlig transparent, sowohl für das Gerät als auch für eine übergeordnete Steuereinrichtung (ST) arbeitet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstelle (KS) eine interne Steueruhgsfunktion aufweist, die auf die Kommunikationsdaten so einwirkt, als wäre die Steuerungsfunktion in dem jeweils anderen Gerät realisiert.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypass- Funktion unter Umgehung der Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) realisiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragung über eine Funkschnittstelle, ein PLC-Netz (Power Line Carrier-Netz) oder über eine kombinierte Funk-/PLC-Übertragung erfolgt.
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