WO2022228797A1 - Austausch einer speicherprogrammierbaren steuerung - Google Patents

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WO2022228797A1
WO2022228797A1 PCT/EP2022/058068 EP2022058068W WO2022228797A1 WO 2022228797 A1 WO2022228797 A1 WO 2022228797A1 EP 2022058068 W EP2022058068 W EP 2022058068W WO 2022228797 A1 WO2022228797 A1 WO 2022228797A1
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Maximilian MARTIN
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Siemens Mobility GmbH
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    • H04L2012/4026—Bus for use in automation systems

Definitions

  • the invention relates to a method for replacing a programmable logic controller, a device for carrying out the method, a computer program product and a computer-readable medium.
  • Complex and/or automated processes are usually controlled by means of a programmable logic controller.
  • the controlled process In order to replace such a programmable logic controller, for example for the purpose of maintenance, the controlled process previously had to be stopped and restarted after replacing the programmable logic controller. Such an interruption of the controlled process leads to considerable downtime and can thus cause considerable costs.
  • a ring topology or a topology with separate signal connections between the two memory-programmable controls can be provided as the physical topology, for example.
  • a significant interruption of the process to be controlled can be prevented in the event of an exchange of a programmable logic controller, this requires the selection of a predetermined physical network topology.
  • the object of the invention is to specify an improved method for replacing a stored-program controller, in which the replacement can be implemented in a cost-effective and time-efficient manner. This object is achieved by a method having the features of claim 1.
  • the invention is based on the object of specifying a device for carrying out the method according to the invention.
  • the invention is based on the object of providing a computer program product for carrying out the method according to the invention with the device according to the invention.
  • the invention is based on the object of specifying a computer-readable medium on which the computer program product according to the invention is stored.
  • data is transmitted between different network participants in a network according to a communication cycle of consecutive time intervals defined in a communication scheme.
  • the data is transmitted in a time-controlled manner.
  • the time settings of the network participants are preferably coordinated synchronously with one another in accordance with a common clock signal. This can be done, for example, by means of a so-called "Precision Time Protocol (PTP)" known to the person skilled in the art. be lized.
  • PTP Precision Time Protocol
  • predetermined network participants are each authorized either to send or to receive the data.
  • the communication cycle can be implemented on the basis of a time-division multiplex method, for example.
  • the time-division multiplex method is also known as "Time Division Multiple Access” or the abbreviation "TDMA" derived from it.
  • the time-division multiplex method is preferably a synchronous time-division multiplex method.
  • time intervals with a fixed time length are In this way, communication in a network can be easily separated physically network topologies can be achieved.
  • the data can be transmitted using a secure transmission protocol.
  • This can be a transmission protocol according to the IEC 61784-3 standard, for example. In this way, the integrity of the transmitted data can be ensured.
  • security requirements that are placed on the transmission of data in a network can be met in a simple manner.
  • the data is transmitted between different network participants according to a “publish/subscribe” protocol.
  • the data can be transmitted, for example, according to the “OPC UA PubSub” standard.
  • the sender can dispense with explicit addressing of the data to one or more recipients.
  • the data can be transmitted from one or more transmitters to one or more receivers unknown to the transmitters with little effort.
  • At least two predetermined network participants are preferably authorized to transmit data during a time interval of the communication cycle. Particularly preferably, in this one time interval, at least one of the at least two predetermined network users is authorized to send and at least one other of the at least two network users is authorized to receive. This enables reliable data transmission from a transmitter to a receiver.
  • a first programmable logic controller and a further programmable logic controller are provided as network participants in the network.
  • the programmable logic controller can be a modular programmable logic controller, a compact programmable logic controller or a special form of programmable logic controller (PLC) known to those skilled in the art, such as a soft PLC, for example, in which PLC software running on a PC.
  • PLC programmable logic controller
  • a control function is performed by the first programmable logic controller.
  • the first programmable logic controller runs through a process cycle consisting of a number of successive process steps. In each of the process steps, at least part of the data is either read in, processed or output.
  • the process cycle here corresponds to a basic scheme that follows the input-processing-output principle. The sequence of the individual process steps can be arbitrary.
  • the communication cycle is synchronized with the process cycle in such a way that a predetermined process step of the process cycle is executed during a time interval of the communication cycle assigned to this predetermined process step while the process cycle is running through over time.
  • a predetermined process step of the process cycle is preferably end of the time interval of the communication cycle assigned to this predetermined process step. This enables a cost-effective allocation of a transmission of data between predetermined network participants numbers and predetermined process steps of the process cycle.
  • the first programmable logic controller is authorized to send data and the further programmable logic controller to receive this data.
  • transfer information is output by the first programmable logic controller.
  • This transfer information is then read in by the further programmable logic controller during the time interval of the first type.
  • the control function is exercised by the further programmable logic controller instead of by the first programmable logic controller.
  • the method according to the invention thus makes it possible to transfer a control function from the first memory-programmable controller to the further memory-programmable controller, regardless of the physical topology of the network, in a cost-effective manner.
  • an un interruption of the control function can be easily prevented in this way. Downtimes due to an interruption in the control function and a restart of the process to be controlled that is required after the replacement can thus be prevented.
  • An advantageous development provides for a status indicator to be output as at least part of the transfer information, based on which an impending transfer of the control function is indicated. In this way, an amount of data for indicating the handover can be kept small.
  • process status data is to be understood as data that has information about a progress, a status and/or a status transition of a process controlled by the exercise of the control function.
  • the process status data can have information about a status and/or a status transition of a network participant of the network, which is controlled by the programmable logic controller.
  • a progress, a state and/or a state transition of a process to be controlled, which deviates from a neutral starting state, can be detected by means of the process state data.
  • this process state data is not available for a stored-program controller that assumes a control function of the process to be controlled, this means that the process to be controlled may need to be restarted from the neutral starting state in order to achieve reliable control of the process to be controlled.
  • This process status data stored by the first programmable logic controller is output as at least one additional part of the transfer information.
  • the further programmable logic controller can reliably take over and continue a control function from the first programmable logic controller on the basis of the transfer information. Successive process steps of the process cycle can then be run through by the further programmable logic controller instead of by the first programmable logic controller. There is no need to restart the process to be controlled.
  • the control function can be quickly handed over between the programmable logic controllers. It is also conceivable that the handover information has information about an intended handover time.
  • the process cycle be repeated several times from the first memory programmable controller is run through.
  • the communi cation cycle is preferably run through several times.
  • the communication cycle is particularly preferably run through multiple times synchronously with the process cycle, so that during each run through of the process cycle a predetermined process step of the process cycle is executed during a time interval of the communication cycle assigned to this predetermined process step. In this way, a reliable control function can be provided.
  • process status data is recorded and stored by the first programmable logic controller during each run through of the process cycle.
  • current process status data are always available for transmission to the further programmable logic controller.
  • process status data it is conceivable here for the process status data to be output to the further programmable logic controller during each run through of the process cycle. In this way, a control function can also be continued by the further programmable logic controller in the event of an unforeseen failure of the first programmable logic controller.
  • an advantageous development provides that at least one network user of the first type of the network is authorized to send input data during a second type of time interval of the communication cycle.
  • the first programmable logic controller and/or the other programmable logic controller are authorized to receive this input data in the time interval of the second type of communication cycle.
  • these input data are read in by the first programmable logic controller and/or the further programmable logic controller. This means that there is no need to identify a specific programmable logic controller as the recipient of the input data. In this way, the input data can be Big number, the senders of the data unknown, programmable logic controllers are received simultaneously.
  • a sensor for example, can be provided as a network participant of the first type. By means of such a sensor, input data can be output to other network participants, in particular to the first programmable logic controller and/or the other programmable logic controller, during the time interval of the second type.
  • the sensor can be a sensor already known to the person skilled in the art, such as a temperature sensor, a pressure sensor or a touch sensor.
  • the input data from the first programmable controller and/or the additional programmable controller is processed into an output data record by means of a deterministic data processing program depending on the process status data the.
  • a deterministic data processing program is to be understood in the present context as a program which, when executed repeatedly, always calculates the same output data set starting from the same input data and the same process status data. In this case, possible discrepancies between the calculated output data sets can only be due to hardware-related errors.
  • data can thus be transmitted between other network participants. A time efficiency of a data flow can be optimized in this way.
  • the input data are preferably processed by the further programmable logic controller using the same deterministic data processing program that is also used by the first programmable logic controller to process the input data.
  • a further advantageous development provides that during a time interval of the fourth type of communication cycle at least one network subscriber of the second type is authorized to receive data.
  • either the first programmable logic controller or the further programmable logic controller is authorized to send data.
  • the at least one network participant of the second type first reads in part of the output data record. In this way, the communication scheme can be used to output the output data set to network users of the second type, independently of an identity of the programmable logic controller.
  • An advantageous embodiment variant provides that the at least one second-type network subscriber is controlled by means of at least part of the output data record.
  • a network participant of the second type can be an actor, for example.
  • This actuator can be any actuator already known to a person skilled in the art.
  • the actuator can be an electromechanical actuator or a hydraulic or pneumatic actuator. In this way, a control function can be exercised independently of an identity of the programmable logic controller. This allows a control function performed by the first programmable logic controller to be continued without interruption by the further programmable logic controller after the transfer information has been received.
  • a further advantageous development provides that if the process cycle is run through multiple times by the first programmable logic controller, the control function after the transfer information has been read in is exercised by the further programmable logic controller instead of by the first programmable logic controller, beginning with a start time of a process cycle. This enables one of the first programmable logic controllers Control started process cycle can be terminated by this first spei cherprogrammbare controller. A process cycle can thus be run through by the further programmable logic controller from the beginning. An immediately following process cycle is preferably run through by the further programmable logic controller instead of by the first programmable logic controller. A particularly rapid handover can thereby be made possible.
  • an advantageous development provides that if the process cycle is run through multiple times by the first programmable logic controller after the transfer information has been read in, the same process cycle is run through by the further programmable logic controller instead of by the first programmable logic controller. By going through the same process cycle, the same process steps are performed in the same order of the process cycle from the further programmable logic controller instead of from the first programmable logic controller. In this way, a tried and tested control function can be retained regardless of whether the programmable logic controller is replaced.
  • the method according to the invention can be carried out by means of the device according to the invention.
  • the device according to the invention has a plurality of network participants networked with one another in a network.
  • the device has the network participants described above, which are each set up to implement the features described above in the respective context with the corresponding network participant.
  • Data can be transmitted between the various network participants in the network in accordance with a communication cycle defined in a communication scheme, consisting of successive time intervals.
  • the communication scheme and the communication cycle are, in particular, the written communication scheme and the communication cycle described in connection with the method.
  • predetermined network users of the network can each be authorized either to send or to receive the data.
  • the device according to the invention has a first programmable logic controller and a further programmable logic controller as network participants.
  • the first programmable logic controller is set up to exercise a control function by running through a process cycle consisting of a number of successive process steps. Furthermore, the first programmable logic controller is set up to either read in, process or output part of the data in each of the several successive process steps.
  • the process cycle and the associated process steps are, in particular, the process cycle described in connection with the method and the process steps described in connection with the method.
  • the communication cycle is synchronized with the process cycle in such a way that while the process cycle is running through over time, a predetermined process step of the process cycle can be executed during a time interval of the communication cycle assigned to this predetermined process step.
  • the further programmable logic controller is set up here to perform the control function instead of the first programmable logic controller after reading in transfer information output by the first programmable logic controller during a time interval of the first type.
  • At least one network subscriber of the second type can be controlled by the first programmable logic controller and by the further programmable logic controller by means of the network. This makes it easy to replace a programmable logic controller that is designed to perform a control function.
  • the device according to the invention can be prompted to carry out the method according to the invention.
  • the computer program product according to the invention is stored on the computer-readable medium according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device according to the invention
  • the network 10 has four network participants that are networked with one another. Basically, in practice, the network 10 can have any other number of network participants. For the sake of clarity, the following exemplary embodiment is described using the four network participants. In practice, the number of network participants depends on the requirements of a process to be controlled.
  • the network 10 has a first programmable logic controller 26 and a further programmable logic controller 28 as network participants.
  • the network 10 has a sensor 40 and an actuator 42, for example.
  • Data can be transmitted between the network participants of the network 10 according to a communication cycle 14 defined in a communication scheme 12 .
  • the communication cycle 14 is illustrated in FIG. 2 and is implemented in the present exemplary embodiment according to a synchronous time-division multiplex method. This can be implemented, for example, using the "IEEE 802.1Qbv" standard.
  • the time settings of the network participants are synchronized with one another according to a common clock signal.
  • the time settings of the network participants can be coordinated with one another, for example, using a so-called "Precision Time Protocol (PTP)".
  • PTP Precision Time Protocol
  • the data is transmitted between the network participants in the present exemplary embodiment on the basis of a "publish/subscribe" protocol.
  • the "OPC UA PubSub" standard can be used as a "publish/subscribe” protocol for this purpose
  • the communication cycle 14 consists of five consecutive time intervals 16, 18, 20, 22, 24. During the time intervals 16, 18, 20, 22, 24, predetermined network Work participants of the network 10 each authorized either to send or to receive the data.
  • the first programmable logic controller 26 is designed to exercise a control function by running through a first process cycle 30 .
  • the first programmable logic controller 26 is set up to either read in, process or output at least part of the data in a plurality of successive process steps 32, 34, 36, 38 of the first process cycle 30.
  • the control function can be exercised by means of the further programmable logic controller 28 .
  • the sensor 40 is set up to record actual status data of a process to be controlled, which is not shown in detail.
  • the process to be controlled can be any industrial and/or automated process. For example, it can be a control of a plant, such as a ventilation system in a tunnel, or a control of a machine.
  • the actuator 42 is set up to receive target status data of the process to be controlled.
  • the process to be controlled is transferred from an actual state to a desired state by means of the actuator 42 on the basis of this desired state data.
  • the control function is exercised by means of the first programmable logic controller 26 in that the actual status data is read in in the successive process steps 32, 34, 36, 38 of the first process cycle 30, this actual status data is processed on the basis of a deterministic data processing program in connection with the process status data of the to be controlled before transition to target status data are processed and then the target status data are output.
  • the actuator 42 can be controlled by the first programmable logic controller 26 .
  • the first programmable logic controller 26 first runs through the first process cycle 30 several times.
  • the first process cycle 30 consists of four successive process steps 32, 34, 36, 38.
  • the first programmable logic controller 26 input data read.
  • the first programmable logic controller 26 processes the input data that has been read in using a deterministic data processing program as a function of process status data to form an output data set.
  • the process status data contain information about a status and/or a status transition of the actuator 42.
  • the process status data contain information about a progress, a status and/or a status transition of the process to be controlled.
  • a state of the actuator 42 can be changed by means of an actuation based on the output data set.
  • the process status data are also recorded and stored by means of the first memory-programmable controller 26.
  • the first programmable logic controller 26 outputs transfer information. On the basis of the transfer information, an imminent transfer of the control function can be indicated by the first programmable logic controller 26 and/or the process status data can be transmitted.
  • the output data record calculated in the second process step 34 is output.
  • the communication cycle 14 specified in the communication scheme 12 consists of five consecutive time intervals 16, 18, 20, 22, 24.
  • the communication cycle 14 is synchronized with the first process cycle 30 in such a way that during a temporal runthrough of the communication cycle 14, each process step 32, 34, 36, 38 of the first process cycle 30 during one each time interval 16, 18, 20, 22 of the communication cycle 14 assigned to this respective process step 32, 34, 36, 38 is completely executed.
  • the first process step 32 of the first process cycle 30 is fully executed during a first time interval 16 of the communication cycle 14 .
  • the first programmable logic controller 26 is authorized to receive data.
  • the sensor 40 is authorized to transmit data.
  • input data in the form of actual status data of the process to be controlled are transmitted from sensor 40 to first programmable logic controller 26 during first time interval 16 .
  • the second process step 34 of the first process cycle 30 is completely executed during a second time interval 18 of the communi cation cycle 14 .
  • the first programmable logic controller 26 uses a deterministic data processing program to process the input data into an output data set as a function of the process status data.
  • the third process step 36 is fully executed.
  • the first programmable logic controller 26 is authorized to transmit data.
  • the transfer information is output by the first programmable logic controller 26 during the third time interval 20 and is then read in by the additional programmable logic controller 28 .
  • the process state data stored by the first programmable logic controller 26 are output as part of the transfer information during the third time interval 20 during each run through of the first process cycle 30 .
  • a status indicator is output by the first programmable logic controller 26 as a further part of the transfer information during the third time interval 20 . Based on the status indicator, an imminent handover of the tax function are displayed.
  • the further programmable logic controller 28 runs through a further process cycle 46 for reading in and processing the transfer information, consisting of two process steps 48, 50. It is conceivable here that the further process cycle 46 can have further process steps. In the present exemplary embodiment, the further process cycle 46 is run through several times by the further programmable logic controller 28 .
  • the further process cycle 46 consists of a first further process step 48 in which the further programmable logic controller 28 reads data and a second further process step 50 in which the further programmable logic controller 28 evaluates and stores the data read. In order to read in the transfer information, the further programmable logic controller 28 is authorized to receive data during the third time interval 20 .
  • the further process cycle 46 is synchronized with the communication cycle 14 in such a way that the first further process step 48 is carried out completely during the third time interval 20 .
  • the fourth process step 38 is completed.
  • the first programmable logic controller 26 is authorized to transmit data and the actuator 42 is authorized to receive the data.
  • the output data set is transmitted to the actuator 42 in the form of setpoint status data.
  • the actuator 42 is controlled using the target state data and an actual state of the actuator 42 can be converted into a target state.
  • the process to be controlled is converted into a desired state by means of the actuator 42 starting from the actual state previously detected by the sensor 40 .
  • the communication cycle 14 includes a fifth time interval 24, to which no process step of the first process cycle 30 or of the further process cycle 46 is assigned. During the fifth time interval 24, it is possible for other network participants, not shown, of the network 10 to send or receive data.
  • the transfer information is output by the first programmable logic controller 26 in the third process step 36 each time the first process cycle 30 is run through.
  • the status indicator either indicates an imminent handover or indicates that no handover of the control function is imminent.
  • the control function starting with a start time 44 of a first process cycle 30 immediately following this first process cycle 30, is carried out by the further programmable logic controller 28 exercised by the first programmable logic controller 26.
  • the process steps 32 , 34 , 36 , 38 are run through by the further programmable logic controller 28 instead of by the first programmable logic controller 26 .
  • the authorizations for the transmission of data during the communi cation cycle 14 previously assigned to the first programmable logic controller 26 in the communication scheme 12 are immediately assigned to the further programmable logic controller 28.
  • the control function of the first programmable logic controller 26 is transferred to the other programmable logic controller 28 in a time-efficient and uninterrupted manner from the start time 44 hand over.
  • a function of the first programmable logic controller 26 is thus completely replaced by a function of the further programmable logic controller 28 .
  • the first programmable logic controller 26 can then be removed from the network 10 .
  • the first process cycle 30 is run through multiple times by the further programmable logic controller 28 instead of by the first programmable logic controller 26 .

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Abstract

Austausch einer speicherprogrammierbaren Steuerung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch einer ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26), welche eine Steuerfunktion ausübt, indem diese einen Prozesszyklus (30) bestehend aus mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten (32, 34, 36, 38) durchläuft. Hierzu werden die erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) sowie eine weitere speicherprogrammierbare Steuerung (28) als Netzwerkteilnehmer eines Netzwerks (10) vorgesehen. Zwischen Netzwerkteilnehmern des Netzwerks (10) werden Daten gemäß einem in einem Kommunikationsschema (12) festgelegten Kommunikationszyklus (14) bestehend aus aufeinanderfolgenden Zeitintervallen (16, 18, 20, 15 22, 24) übertragen. Zudem wird der Kommunikationszyklus (14) derart mit dem Prozesszyklus (30) synchronisiert, dass während eines Zeitintervalls (20) erster Art des Kommunikationszyklus (14) von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) eine Übergabeinformation an die weitere speicherprogram mierbare Steuerung (28) ausgegeben wird. Nach dem Einlesen der Übergabeinformation von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) wird die Steuerfunktion von dieser weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) ausgeübt.

Description

Beschreibung
Austausch einer speicherprogrammierbaren Steuerung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch einer speicherprogrammierbaren Steuerung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ein Computerprogrammprodukt so wie ein computerlesbares Medium. Komplexe und/oder automatisierte Vorgänge werden üblicher weise mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung ge steuert. Zum Austausch einer solchen speicherprogrammierbaren Steuerung, beispielsweise zum Zwecke einer Wartung, musste bisher der gesteuerte Vorgang gestoppt und nach einem Aus- tausch der speicherprogrammierbaren Steuerung erneut gestar tet werden. Eine solche Unterbrechung des gesteuerten Vor gangs führt zu erheblichen Ausfallzeiten und kann so erhebli che Kosten verursachen. Alternativ besteht bisher die Mög lichkeit, eine Steuerfunktion der auszutauschenden speicher- programmierbaren Steuerung an eine weitere speicherprogram mierbare Steuerung zu übergeben, indem zwei speicherprogram mierbare Steuerungen in einem Netzwerk mit einer festgelegten physikalischen Topologie vorgesehen werden. Um eine zeitin tensive Unterbrechung des gesteuerten Vorgangs zu verhindern, kann beispielsweise eine Ring-Topologie oder eine Topologie mit gesonderten Signalverbindungen zwischen den zwei spei cherprogrammierbaren Steuerungen als physikalische Topologie vorgesehen werden. Zwar kann so im Falle eines Austauschs ei ner speicherprogrammierbaren Steuerung eine erhebliche Unter- brechung des zu steuernden Vorgangs verhindert werden, jedoch bedingt dies die Wahl einer vorbestimmten physikalischen Netzwerktopologie.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Austausch einer speicherprogrammierbaren Steue rung anzugeben, bei welchem der Austausch aufwandsgünstig und zeiteffizient realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkma len des Anspruchs 1.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruchs.
Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Computer programmprodukt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitzustel len.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des nebengeordneten Computerprogrammpro duktanspruchs.
Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein computerlesbares Medium anzugeben, auf welchem das erfin dungsgemäße Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein computerlesbares Medium gemäß Anspruch 14.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung kön nen jeweils den abhängigen Unteransprüchen entnommen werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Daten zwischen verschiedenen Netzwerkteilnehmern eines Netzwerks gemäß einem in einem Kommunikationsschema festgelegten Kommunikationszyk lus aus aufeinanderfolgenden Zeitintervallen übertragen. Ins besondere werden die Daten zeitgesteuert übertragen. Vorzugs weise sind hierzu Zeiteinstellungen der Netzwerkteilnehmer gemäß eines gemeinsamen Taktsignals synchron aufeinander ab gestimmt. Dies kann beispielsweise mittels eines dem Fachmann bekannten, sogenannten „Precision Time Protokoll (PTP)" rea- lisiert werden. Während zumindest eines Zeitintervalls des Kommunikationszyklus werden vorbestimmte Netzwerkteilnehmer jeweils entweder zum Senden oder zum Empfangen der Daten be rechtigt. Der Kommunikationszyklus kann beispielsweise auf Basis eines Zeitmultiplexverfahrens realisiert werden. Das Zeitmultiplexverfahren ist auch unter der englischsprachigen Bezeichnung „Time Division Multiple Access” oder unter der davon abgeleiteten Abkürzung „TDMA" bekannt. Bevorzugt han delt es sich bei dem Zeitmultiplexverfahren um ein synchrones Zeitmultiplexverfahren. In dem synchronen Zeitmultiplexver- fahren werden Zeitintervalle mit einer festen Zeitlänge vor gesehen. Während der genannten Zeitintervalle werden jeweils vorbestimmte Netzwerkteilnehmer zum Senden und weitere vorbe stimmte Netzwerkteilnehmer zum Empfangen von Daten berech tigt. Auf diese Weise kann eine Kommunikation in einem Netz werk einfach physikalisch getrennt werden. Des Weiteren kann hierdurch aufwandsgünstig eine Konvergenz unter verschiedenen physikalischen Netzwerktopologien erreicht werden.
Ferner ist es denkbar, dass die Daten gemäß einem gesicherten Übertragungsprotokoll übertragen werden. Hierbei kann es sich Beispielsweise um ein Übertragungsprotokoll gemäß der Norm IEC 61784-3 handeln. Auf diese Weise kann eine Integrität der übertragenen Daten sichergestellt werden. Zudem können Si cherheitsanforderungen, welche an die Übertragung von Daten in einem Netzwerk gestellt werden, auf einfache Weise einge halten werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante werden die Daten zwischen verschiedenen Netzwerkteilnehmern gemäß einem „publish/subscribe”-Protokoll übertragen. Hierzu können die Daten beispielsweise gemäß dem Standard „OPC UA PubSub” übertragen werden. Auf diese Weise kann der Sender auf eine explizite Adressierung der Daten an einen oder mehrere Emp fänger verzichten. Die Daten können so aufwandsgünstig von einem oder mehreren Sendern an einen oder mehrere, den Sen dern unbekannte, Empfänger übertragen werden. Vorzugsweise werden während eines Zeitintervalls des Kommuni kationszyklus zumindest zwei vorbestimmte Netzwerkteilnehmer zur Übertragung von Daten berechtigt. Besonders bevorzugt wird in diesem einen Zeitintervall wenigstens einer der zu mindest zwei vorbestimmten Netzwerkteilnehmer zum Senden be rechtigt und wenigstens ein weiterer der zumindest zwei Netz- werkteilnehmer zum Empfangen berechtigt. So kann eine zuver lässige Datenübertragung von einem Sender zu einem Empfänger ermöglicht werden.
Des Weiteren werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erste speicherprogrammierbare Steuerung sowie eine weitere speicherprogrammierbare Steuerung als Netzwerkteilnehmer des Netzwerks vorgesehen. Hierbei kann es sich bei der speicher programmierbaren Steuerung um eine modulare speicherprogram mierbare Steuerung, um eine kompakte speicherprogrammierbare Steuerung oder um eine dem Fachmann bekannte Sonderform einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) handeln, wie bei spielsweise eine Soft-SPS, bei welcher eine SPS-Software auf einem PC ausgeführt wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung eine Steuerfunktion ausgeübt. Hierzu durchläuft die erste spei cherprogrammierbare Steuerung einen Prozesszyklus bestehend aus mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten. In jedem der Prozessschritte wird zumindest ein Teil der Daten entwe der eingelesen, verarbeitet oder ausgegeben. Insbesondere entspricht der Prozesszyklus hierbei einem Grundschema, wel ches dem Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe-Prinzip folgt. Eine Reihenfolge der einzelnen Prozessschritte kann hierbei belie big sein.
Zudem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kommunika tionszyklus derart mit dem Prozesszyklus synchronisiert, dass während eines zeitlichen Durchlaufens des Prozesszyklus ein vorbestimmter Prozessschritt des Prozesszyklus während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitinter valls des Kommunikationszyklus ausgeführt wird. Vorzugsweise wird ein vorbestimmter Prozessschritt des Prozesszyklus wäh- rend des diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitintervalls des Kommunikationszyklus vollständig ausge führt. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige Zuordnung einer Übertragung von Daten zwischen vorbestimmten Netzwerkteilneh mern und vorbestimmten Prozessschritten des Prozesszyklus.
Ferner werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während ei nes Zeitintervalls erster Art des Kommunikationszyklus die erste speicherprogrammierbare Steuerung zum Senden von Daten und die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zum Empfan gen dieser Daten berechtigt. Während des Zeitintervalls ers ter Art wird eine Übergabeinformation von der ersten spei cherprogrammierbaren Steuerung ausgegeben. Diese Übergabein formation wird während des Zeitintervalls erster Art darauf hin von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung ein gelesen. Nach dem Einlesen der Übergabeinformation wird die Steuerfunktion von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeübt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine aufwands günstige Übergabe einer Steuerfunktion von der ersten spei cherprogrammierbaren Steuerung an die weitere speicherpro grammierbare Steuerung unabhängig von einer physikalischen Topologie des Netzwerks. Zudem kann auf diese Weise eine Un terbrechung der Steuerfunktion einfach verhindert werden. Ausfallzeiten durch ein Unterbrechen der Steuerfunktion und ein nach dem Austausch erforderlicher Neustart des zu steu ernden Vorgangs kann so verhindert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass als zumindest ein Teil der Übergabeinformation ein Statusindikator ausgege ben wird, anhand dessen eine bevorstehende Übergabe der Steu erfunktion angezeigt wird. Auf diese Weise kann eine Daten menge zur Anzeige der Übergabe kleingehalten werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vorgese hen, dass von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung während des Durchlaufens des Prozesszyklus Prozesszustandsda ten erfasst und gespeichert werden. Unter Prozesszustandsda ten sollen im vorliegenden Zusammenhang Daten verstanden wer den, welche Informationen über einen Fortschritt, einen Zu stand und/oder einen Zustandsübergang eines mittels der Aus übung der Steuerfunktion angesteuerten Vorgangs aufweisen. Beispielsweise können die Prozesszustandsdaten Informationen über einen Zustand und/oder einen Zustandsübergang eines Netzwerkteilnehmers des Netzwerks aufweisen, welcher von der speicherprogrammierbaren Steuerung angesteuert wird. Mittels der Prozesszustandsdaten können ein Fortschritt, ein Zustand und/oder ein Zustandsübergang eines zu steuernden Vorgangs erfasst werden, welcher von einem neutralen Startzustand ab weicht. Sollten diese Prozesszustandsdaten einer eine Steuer funktion des zu steuernden Vorgangs übernehmende speicherpro grammierbaren Steuerung nicht vorliegen, so bedeutet dies, dass ein Neustart des zu steuernden Vorgangs ausgehend von dem neutralen Startzustand erforderlich werden kann, um eine zuverlässige Steuerung des zu steuernden Vorgangs zu errei chen. Diese von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung gespeicherten Prozesszustandsdaten werden als zumindest ein weiterer Teil der Übergabeinformation ausgegeben. Auf diese Weise kann die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zu verlässig auf Basis der Übergabeinformation eine Steuerfunk tion von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung über nehmen und weiterführen. Aufeinanderfolgende Prozessschritte des Prozesszyklus können daraufhin von der weiteren speicher programmierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicher programmierbaren Steuerung durchlaufen werden. Auf einen Neu start des zu steuernden Vorgangs kann verzichtet werden. Zu dem führt dies dazu, dass eine rasche Übergabe der Steuer funktion zwischen den speicherprogrammierbaren Steuerungen ermöglicht wird. Ferner ist denkbar, dass die Übergabeinfor mation eine Information über einen vorgesehenen Übergabezeit punkt aufweist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird vorgeschla gen, dass der Prozesszyklus mehrfach von der ersten Speicher- programmierbaren Steuerung durchlaufen wird. Vorzugsweise wird in dieser vorteilhaften Ausführungsvariante der Kommuni kationszyklus mehrfach durchlaufen. Besonders bevorzugt wird der Kommunikationszyklus mehrfach synchron mit dem Pro zesszyklus durchlaufen, sodass während jedes Durchlaufens des Prozesszyklus ein vorbestimmter Prozessschritt des Pro zesszyklus während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitintervalls des Kommunikationszyklus ausge führt wird. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Steuer funktion bereitgestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird vorgesehen, dass von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung wäh rend jedes Durchlaufens des Prozesszyklus Prozesszustandsda ten erfasst und gespeichert werden. Auf diese Weise stehen stets aktuelle Prozesszustandsdaten zur Übermittlung an die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zur Verfügung. Hierbei ist denkbar, dass während jedes Durchlaufens des Pro zesszyklus die Prozesszustandsdaten an die weitere speicher programmierbare Steuerung ausgegeben werden. So kann eine Steuerfunktion auch im Falle eines unvorhergesehenen Ausfalls der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung von der weite ren speicherprogrammierbaren Steuerung fortgeführt werden.
Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass während eines Zeitintervalls zweiter Art des Kommunikations zyklus zumindest ein Netzwerkteilnehmer erster Art des Netz werks zum Senden von Eingabedaten berechtigt wird. Zudem wer den in dem Zeitintervall zweiter Art des Kommunikationszyklus die erste speicherprogrammierbare Steuerung und/oder die wei tere speicherprogrammierbare Steuerung zum Empfangen dieser Eingabedaten berechtigt. Des Weiteren werden während des Zeitintervalls zweiter Art diese Eingabedaten von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung und/oder der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung eingelesen. Auf eine Iden tifizierung einer bestimmten speicherprogrammierbaren Steue rung als Empfängerin der Eingabedaten kann so verzichtet wer den. Die Eingabedaten können auf diese Weise von einer belie- bigen Anzahl, den Sendern der Daten unbekannte, speicherpro grammierbare Steuerungen gleichzeitig empfangen werden. Dies ermöglicht, dass eine beliebige speicherprogrammierbare Steu erung aufwandsgünstig durch eine andere speicherprogrammier bare Steuerung ersetzt werden kann. Als Netzwerkteilnehmer erster Art kann beispielsweise ein Sensor vorgesehen werden. Mittels eines solchen Sensors können während des Zeitinter valls zweiter Art Eingabedaten an weitere Netzwerkteilnehmer, insbesondere an die erste speicherprogrammierbare Steuerung und/oder die weitere speicherprogrammierbare Steuerung ausge geben werden. Bei dem Sensor kann es sich um einen dem Fach mann bereits bekannten Sensor, wie beispielsweise einen Tem peratursensor, eine Drucksensor oder einen Tastsensor han deln.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vorgese hen, dass während eines Zeitintervalls dritter Art des Kommu nikationszyklus die Eingabedaten von der ersten speicherpro grammierbaren Steuerung und/oder der weiteren speicherpro grammierbaren Steuerung jeweils mittels eines deterministi schen Datenverarbeitungsprogramms in Abhängigkeit der Pro zesszustandsdaten zu einem Ausgabedatensatz verarbeitet wer den. Unter einem deterministischen Datenverarbeitungsprogramm soll im vorliegenden Zusammenhang ein Programm verstanden werden, welches bei wiederholter Ausführung ausgehend von denselben Eingabedaten und denselben Prozesszustandsdaten stets denselben Ausgabedatensatz berechnet. Mögliche Abwei chungen zwischen den berechneten Ausgabedatensätzen können in diesem Fall lediglich in hardwarebedingten Fehlern begründet sein. Während des Zeitintervalls dritter Art kann so eine Da tenübertragung zwischen weiteren Netzwerkteilnehmern ermög licht werden. Eine Zeiteffizienz eines Datenflusses kann so optimiert werden. Bevorzugt werden die Eingabedaten von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung mittels desselben deterministischen Datenverarbeitungsprogramms verarbeitet, mittels welchem auch die erste speicherprogrammierbare Steue rung die Eingabedaten verarbeitet. Ferner sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung vor, dass während eines Zeitintervalls vierter Art des Kommunika tionszyklus wenigstens ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art zum Empfangen von Daten berechtigt wird. Zudem wird während des Zeitintervalls vierter Art entweder die erste speicherpro grammierbare Steuerung oder die weitere speicherprogrammier bare Steuerung zum Senden von Daten berechtigt. Des Weiteren wird hierbei vorgesehen, dass während dieses Zeitintervalls vierter Art der wenigstens eine Netzwerkteilnehmer zweiter Art zunächst einen Teil des Ausgabedatensatzes einliest. Auf diese Weise kann mittels des Kommunikationsschemas eine Aus gabe des Ausgabedatensatzes an Netzwerkteilnehmer zweiter Art unabhängig von einer Identität der speicherprogrammierbaren Steuerung realisiert werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass der we nigstens eine Netzwerkteilnehmer zweiter Art mittels zumin dest eines Teils des Ausgabedatensatzes angesteuert wird. Ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art kann beispielsweise ein Aktor sein. Dieser Aktor kann ein beliebiger, dem Fachmann bereits bekannter Aktor sein. Beispielsweise kann der Aktor ein elektromechanischer Aktor oder ein Hydraulik- oder Pneumatik- Aktor sein. Auf diese Weise kann eine Steuerfunktion unabhän gig von einer Identität der speicherprogrammierbaren Steue rung ausgeübt werden. Dies ermöglicht, dass eine von der ers ten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeübte Steuerfunk tion unterbrechungsfrei von der weiteren speicherprogrammier baren Steuerung nach dem Empfang der Übergabeinformation fortgeführt werden kann.
Ferner sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung vor, dass im Falle eines mehrfachen Durchlaufens des Prozesszyklus von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung die Steuer funktion nach dem Einlesen der Übergabeinformation beginnend mit einem Startzeitpunkt eines Prozesszyklus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeübt wird. Dies ermög licht es, dass ein von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung begonnener Prozesszyklus von dieser ersten spei cherprogrammierbaren Steuerung beendet werden kann. Ein Pro zesszyklus kann so von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung von Beginn an durchlaufen werden. Vorzugsweise wird ein unmittelbar folgender Prozesszyklus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung durchlaufen. Hierdurch kann eine besonders rasche Übergabe ermöglicht werden.
Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass im Falle eines mehrfachen Durchlaufens des Prozesszyklus von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung nach dem Einle sen der Übergabeinformation derselbe Prozesszyklus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung durchlaufen wird. Indem derselbe Prozesszyklus durchlaufen wird, werden diesel ben Prozessschritte in derselben Reihenfolge des Prozesszyk lus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung an statt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung aus geführt. Auf diese Weise kann eine sich bewährte Steuerfunk tion unabhängig von einem Austausch der speicherprogrammier baren Steuerung erhalten bleiben.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das erfin dungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mehrere in einem Netz werk miteinander vernetzte Netzwerkteilnehmer auf. Insbeson dere weist die Vorrichtung die vorhergehend beschriebenen Netzwerkteilnehmer auf, welche jeweils dazu eingerichtet sind, die im jeweiligen Zusammenhang mit dem entsprechenden Netzwerkteilnehmer vorhergehend beschriebenen Merkmale zu re alisieren. Zwischen den verschiedenen Netzwerkteilnehmern des Netzwerks sind Daten gemäß einem in einem Kommunikationssche ma festgelegten Kommunikationszyklus bestehend aus aufeinan derfolgenden Zeitintervallen übertragbar. Hierbei handelt es sich bei dem Kommunikationsschema und dem Kommunikationszyk lus insbesondere um das im Zusammenhang mit dem Verfahren be- schriebene Kommunikationsschema und den im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Kommunikationszyklus. Während zu mindest eines Zeitintervalls des Kommunikationszyklus sind vorbestimmte Netzwerkteilnehmer des Netzwerks jeweils entwe der zum Senden oder zum Empfangen der Daten berechtigbar. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste speicherprogrammierbare Steuerung sowie eine weitere spei cherprogrammierbare Steuerung als Netzwerkteilnehmer auf. Die erste speicherprogrammierbare Steuerung ist dazu eingerich tet, mittels eines Durchlaufens eines Prozesszyklus, beste hend aus mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten eine Steuerfunktion auszuüben. Des Weiteren ist die erste spei cherprogrammierbare Steuerung dazu eingerichtet, in den meh reren aufeinanderfolgenden Prozessschritten jeweils zunächst einen Teil der Daten entweder einzulesen, zu verarbeiten oder auszugeben. Bei dem Prozesszyklus und den zugehörigen Pro zessschritten handelt es sich insbesondere um den im Zusam menhang mit dem Verfahren beschriebenen Prozesszyklus und die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Prozess schritte. Zudem ist der Kommunikationszyklus derart mit dem Prozesszyklus synchronisiert, dass während eines zeitlichen Durchlaufens des Prozesszyklus ein vorbestimmter Prozess schritt des Prozesszyklus während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitintervalls des Kommunikati onszyklus ausführbar ist. Des Weiteren ist hierbei die weite re speicherprogrammierbare Steuerung dazu eingerichtet, nach einem Einlesen einer während eines Zeitintervalls erster Art von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgegebe nen Übergabeinformation die Steuerfunktion anstatt der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung auszuüben.
Auf diese Weise kann ein Netzwerk mit flexibel austauschbaren und/oder hinzufügbaren und/oder entnehmbaren Netzwerkteilneh mern bereitgestellt werden. Ein Austausch von einzelnen Netz- werkteilnehmern kann auf diese Weise aufwandsgünstig und ohne eine Unterbrechung der Steuerfunktion erfolgen. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgesehen, dass zumindest ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung und von der weiteren spei cherprogrammierbaren Steuerung mittels des Netzwerks ansteu erbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Austauschbarkeit ei ner speicherprogrammierbaren Steuerung, welche dazu einge richtet ist, eine Steuerfunktion auszuüben.
Mittels des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu veranlasst werden, dass erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Auf dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium ist das er findungsgemäße Computerprogrammprodukt gespeichert.
Die voranstehend beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese er reicht werden, werden im Zusammenhang mit den Figuren in der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Soweit zweckdienlich, werden in den Figuren dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entspre chende Elemente der Erfindung verwendet. Das Ausführungsbei spiel dient der Erläuterung der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Zu dem können alle in dem Ausführungsbeispiel angegebenen Merk male isoliert betrachtet und in geeigneter Weise mit den Merkmalen eines beliebigen Anspruchs kombiniert werden.
Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei spiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
FIG 2 eine Illustration eines zeitlichen Durchlaufens ei nes Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Ver fahrens. FIG 1 zeigt eine logische Topologie eines Netzwerks 10 in ei ner schematischen Darstellung. Zur Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels weist das Netzwerk 10 vier miteinander vernetzte Netzwerkteilnehmer auf. Grundsätzlich kann das Netzwerk 10 in der Praxis eine beliebige weitere Anzahl an Netzwerkteilnehmern aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber erfolgt eine Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels anhand der vier Netzwerkteilnehmer. Eine Anzahl der Netzwerk teilnehmer richtet sich in der Praxis nach den Anforderungen eines zu steuernden Vorgangs. Beispielhaft weist das Netzwerk 10 als Netzwerkteilnehmer eine erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 und sowie eine weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 auf. Des Weiteren weist das Netzwerk 10 bei spielhaft einen Sensor 40 und einen Aktor 42 auf.
Zwischen den Netzwerkteilnehmern des Netzwerks 10 sind Daten gemäß einem in einem Kommunikationsschema 12 festgelegten Kommunikationszyklus 14 übertragbar. Der KommunikationsZyk lus 14 ist in FIG 2 illustriert und wird im vorliegenden Aus führungsbeispiel gemäß einem synchronen Zeitmultiplexverfah- rens realisiert. Dieses kann beispielsweise mittels des Stan dards „IEEE 802.1Qbv" implementiert werden. Hierzu sind Zeit einstellungen der Netzwerkteilnehmer gemäß eines gemeinsamen Taktsignals synchron aufeinander abgestimmt. Die Zeiteinstel lungen der Netzwerkteilnehmer können beispielsweise mittels eines sogenannten „Precision Time Protocol (PTP)" aufeinander abgestimmt werden. Des Weiteren erfolgt die Übertragung der Daten zwischen den Netzwerkteilnehmern im vorliegenden Aus führungsbeispiel auf Basis eines „publish/subscribe"- Protokolls. Beispielsweise kann hierzu der Standard „OPC UA PubSub" als „publish/subscribe"- Protokoll verwendet werden. Zudem werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Daten gemäß eines gesicherten Übertragungsprotokolls zwischen den Netzwerkteilnehmern übertragen. Der Kommunikationszyklus 14 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus fünf aufei nanderfolgenden Zeitintervallen 16, 18, 20, 22, 24. Während der Zeitintervalle 16, 18, 20, 22, 24 sind vorbestimmte Netz- Werkteilnehmer des Netzwerks 10 jeweils entweder zum Senden oder zum Empfangen der Daten berechtigbar.
Die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 ist dazu ein gerichtet, mittels eines Durchlaufens eines ersten Pro zesszyklus 30 eine Steuerfunktion auszuüben. Hierzu ist die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 dazu eingerichtet, in mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten 32, 34, 36, 38 des ersten Prozesszyklus 30 jeweils zumindest einen Teil der Daten entweder einzulesen, zu verarbeiten oder auszuge ben. Zudem ist mittels der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 die Steuerfunktion ausübbar. Zur Ausübung der Steuerfunktion ist der Sensor 40 dazu eingerichtet, Ist- Zustandsdaten eines nicht näher dargestellten, zu steuernden Vorgangs zu erfassen. Bei dem zu steuernden Vorgang kann es sich um einen beliebigen industriellen und/oder automatisier ten Vorgang handeln. Beispielsweise kann es sich um eine Steuerung einer Anlage, wie beispielsweise ein Belüftungssys tem eines Tunnels oder um eine Steuerung einer Maschine han deln. Der Aktor 42 ist dazu eingerichtet, Soll-Zustandsdaten des zu steuernden Vorgangs zu empfangen. Auf Basis dieser Soll-Zustandsdaten wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels des Aktors 42 der zu steuernde Vorgang von einem Ist- Zustand in einen Soll-Zustand überführt. Demnach wird die Steuerfunktion mittels der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ausgeübt, indem in den aufeinanderfolgenden Pro zessschritten 32, 34, 36, 38 des ersten Prozesszyklus 30 die Ist-Zustandsdaten eingelesen, diese Ist-Zustandsdaten auf Ba sis eines deterministischen Datenverarbeitungsprogramms im Zusammenhang mit Prozesszustandsdaten des zu steuernden Vor gangs zu Soll-Zustandsdaten verarbeitet werden und daraufhin die Soll-Zustandsdaten ausgegeben werden. Auf diese Weise ist der Aktor 42 mittels der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ansteuerbar.
FIG 2 illustriert ein zeitliches Durchlaufen eines Ausfüh rungsbeispiels eines Verfahrens zum Austausch der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26. In diesem illustrier- ten Ausführungsbeispiel durchläuft die erste speicherprogram mierbare Steuerung 26 zunächst mehrfach den ersten Pro zesszyklus 30. Der erste Prozesszyklus 30 besteht hierbei aus vier aufeinanderfolgenden Prozessschritten 32, 34, 36, 38. In einem ersten Prozessschritt 32 des ersten Prozesszyklus 30 werden von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 Eingabedaten eingelesen. In einem zweiten Prozessschritt 34 des ersten Prozesszyklus 30 werden von der ersten speicher programmierbaren Steuerung 26 die eingelesenen Eingabedaten mittels eines deterministischen Datenverarbeitungsprogramms in Abhängigkeit von Prozesszustandsdaten zu einem Ausgabeda tensatz verarbeitet. Die Prozesszustandsdaten enthalten im vorliegenden Ausführungsbeispiel Informationen über einen Zu stand und/oder einen Zustandsübergang des Aktors 42. Weiter hin ist denkbar, dass die Prozesszustandsdaten Informationen über einen Fortschritt, einen Zustand und/oder einen Zu standsübergang des zu steuernden Vorgangs enthalten. Ein Zu stand des Aktors 42 kann mittels einer Ansteuerung auf Basis des Ausgabedatensatzes verändert werden. In dem zweiten Pro zessschritt 34 werden zudem mittels der ersten speicherpro grammierbaren Steuerung 26 die Prozesszustandsdaten erfasst und gespeichert. In einem dritten Prozessschritt 36 des ers ten Prozesszyklus 30 wird von der ersten speicherprogrammier baren Steuerung 26 eine Übergabeinformation ausgegeben. An hand der Übergabeinformation kann von der ersten speicherpro grammierbaren Steuerung 26 eine bevorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt werden und/oder die Prozesszustands daten übertragen werden. In einem vierten und letzten Pro zessschritt 38 des ersten Prozesszyklus 30 wird der im zwei ten Prozessschritt 34 berechnete Ausgabedatensatz ausgegeben.
Der in dem Kommunikationsschema 12 festgelegten Kommunikati onszyklus 14 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus fünf aufeinanderfolgenden Zeitintervallen 16, 18, 20, 22, 24. Der Kommunikationszyklus 14 wird derart mit dem ersten Pro zesszyklus 30 synchronisiert, dass während eines zeitlichen Durchlaufens des Kommunikationszyklus 14 jeder Prozessschritt 32, 34, 36, 38 des ersten Prozesszyklus 30 während je eines diesem jeweiligen Prozessschritt 32, 34, 36, 38 zugeordneten Zeitintervalls 16, 18, 20, 22 des Kommunikationszyklus 14 vollständig ausgeführt wird.
Der erste Prozessschritt 32 des ersten Prozesszyklus 30 wird vollständig während eines ersten Zeitintervalls 16 des Kommu nikationszyklus 14 ausgeführt. Während des ersten Zeitinter valls 16 wird die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 zum Empfangen von Daten berechtigt. Des Weiteren wird während des ersten Zeitintervalls 16 der Sensor 40 zum Senden von Da ten berechtigt. Auf diese Weise werden während des ersten Zeitintervalls 16 Eingabedaten in Form von Ist-Zustandsdaten des zu steuernden Vorgangs von dem Sensor 40 an die ersten speicherprogrammierbare Steuerung 26 übermittelt. Des Weite ren wird während eines zweiten Zeitintervalls 18 des Kommuni kationszyklus 14 der zweite Prozessschritt 34 des ersten Pro zesszyklus 30 vollständig ausgeführt. Während des zweiten Zeitintervalls 18 werden von der ersten speicherprogrammier baren Steuerung 26 mittels eines deterministischen Datenver arbeitungsprogramms die Eingabedaten in Abhängigkeit von den Prozesszustandsdaten zu einem Ausgabedatensatz verarbeitet. Daraufhin wird während eines dritten Zeitintervalls 20 des Kommunikationszyklus 14, der dritte Prozessschritt 36 voll ständig ausgeführt. Während des dritten Zeitintervalls 20 wird die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 zum Sen den von Daten berechtigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird während des dritten Zeitintervalls 20 die Übergabeinfor mation von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ausgegeben, welche daraufhin von der weiteren speicherpro grammierbaren Steuerung 28 eingelesen wird. Dabei werden wäh rend jedes Durchlaufens des ersten Prozesszyklus 30 die von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 gespeicher ten Prozesszustandsdaten als ein Teil der Übergabeinformation während des dritten Zeitintervalls 20 ausgegeben. Zudem wird von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ein Sta tusindikator als ein weiterer Teil der Übergabeinformation während des dritten Zeitintervalls 20 ausgegeben. Anhand des Statusindikators kann eine bevorstehende Übergabe der Steuer- funktion angezeigt werden. Im vorliegenden Ausführungsbei spiel durchläuft die weitere speicherprogrammierbare Steue rung 28 zum Einlesen und Verarbeiten der Übergabeinformation einen weiteren Prozesszyklus 46, bestehend aus zwei Prozess schritten 48, 50. Denkbar ist hierbei, dass der weitere Pro zesszyklus 46 weitere Prozessschritte aufweisen kann. Der weitere Prozesszyklus 46 wird im vorliegenden Ausführungsbei spiel mehrfach von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 durchlaufen. Der weitere Prozesszyklus 46 be steht aus einem ersten weiteren Prozessschritt 48, in welchem die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 Daten ein liest und aus einem zweiten weiteren Prozessschritt 50, in welchem die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 die eingelesenen Daten auswertet und speichert. Zum Einlesen der Übergabeinformation wird die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 während des dritten Zeitintervalls 20 zum Emp fangen von Daten berechtigt. Zudem wird zu diesem Zwecke der weitere Prozesszyklus 46 derart mit dem Kommunikationszyklus 14 synchronisiert, dass der erste weitere Prozessschritt 48 während des dritten Zeitintervalls 20 vollständig ausgeführt wird. Dies ermöglicht es, dass von der weiteren speicherpro grammierbaren Steuerung 28 der in der Übergabeinformation enthaltene Statusindikator in dem zweiten weiteren Prozess schritt 50 ausgewertet wird.
Während eines vierten Zeitintervalls 22 des Kommunikations zyklus 14 wird der vierte Prozessschritt 38 vollständig aus geführt. Während des vierten Zeitintervalls 22 wird die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 zum Senden von Daten be rechtigt und der Aktor 42 wird zum Empfangen der Daten be rechtigt. Hierbei wird der Ausgabedatensatz in Form von Soll- Zustandsdaten an den Aktor 42 übermittelt. Auf diese Weise wird der Aktor 42 mittels der Soll-Zustandsdaten angesteuert und ein Ist-Zustand des Aktors 42 kann in einen Soll-Zustand überführt werden. Entsprechend wird mittels des Aktors 42 der zu steuernde Vorgang ausgehend von dem durch den Sensor 40 zuvor erfassten Ist-Zustand in einen Soll-Zustand überführt. Zuletzt umfasst der Kommunikationszyklus 14 ein fünftes Zeit- intervall 24, welchem kein Prozessschritt des ersten Pro zesszyklus 30 oder des weiteren Prozesszyklus 46 zugeordnet wird. Während des fünften Zeitintervalls 24 wird es möglichen weiteren, nicht näher dargestellten Netzwerkteilnehmern des Netzwerks 10 ermöglicht, Daten zu senden oder zu empfangen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Übergabeinforma tion von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 während jedes Durchlaufens des ersten Prozesszyklus 30 in dem dritten Prozessschritt 36 ausgegeben. Mit dem Statusindikator wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel entweder eine bevor stehende Übergabe angezeigt oder angezeigt, dass keine Über gabe der Steuerfunktion bevorsteht. Sobald während eines Durchlaufens des ersten Prozesszyklus 30 ein Statusindikator ausgegeben wird, anhand dessen eine bevorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt wird, wird die Steuerfunktion beginnend mit einem Startzeitpunkt 44 eines unmittelbar auf diesen ersten Prozesszyklus 30 folgenden ersten Prozesszyk lus 30 von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ausgeübt. Auf diese Weise wird der von der ersten speicher programmierbaren Steuerung 26 begonnene erste Prozesszyklus 30, in welchem mittels des Statusindikators eine bevorstehen de Übergabe der Steuerfunktion angezeigt wurde, von der ers ten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 beendet. Beginnend mit dem Startzeitpunkt 44 eines unmittelbar folgenden ersten Prozesszyklus 30 werden die Prozessschritte 32, 34, 36, 38 von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 an statt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 durchlaufen. Zudem wird mit der Übernahme der Steuerfunktion zum Startzeitpunkt 44 die bisher im Kommunikationsschema 12 der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 zugeteilten Berechtigungen zur Übertragung von Daten während des Kommuni kationszyklus 14 unmittelbar der weiteren speicherprogram mierbaren Steuerung 28 zugeteilt. Auf diese Weise wird die Steuerfunktion der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ab dem Startzeitpunkt 44 zeiteffizient und unterbrechungs frei an die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 übergeben. Eine Funktion der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 wird so von einer Funktion der weiteren spei cherprogrammierbaren Steuerung 28 vollständig ersetzt. Da raufhin kann die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 aus dem Netzwerk 10 entnommen werden. Ferner wird beginnend mit dem Startzeitpunkt 44 der erste Prozesszyklus 30 mehrfach von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 an statt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 durchlaufen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das beschriebene Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Austausch einer speicherprogrammierbaren Steuerung (26, 28), bei welchem - Daten zwischen verschiedenen Netzwerkteilnehmern eines
Netzwerks (10) gemäß einem in einem Kommunikationsschema (12) festgelegten Kommunikationszyklus (14) bestehend aus aufei nanderfolgenden Zeitintervallen (16, 18, 20, 22, 24) übertra gen werden; - während zumindest eines Zeitintervalls (16, 18, 20, 22, 24) des Kommunikationszyklus (14) vorbestimmte Netzwerkteilnehmer des Netzwerks (10) jeweils entweder zum Senden oder zum Emp fangen der Daten berechtigt werden;
- eine erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) sowie ei- ne weitere speicherprogrammierbare Steuerung (28) als Netz- werkteilnehmer des Netzwerks (10) vorgesehenen werden;
- von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) eine Steuerfunktion ausgeübt wird, indem diese einen Prozesszyklus (30) bestehend aus mehreren aufeinanderfolgenden Prozess- schritten (32, 34, 36, 38) durchläuft;
- in jedem der Prozessschritte (32, 34, 36, 38) zumindest ein Teil der Daten entweder eingelesen, verarbeitet oder ausgege ben wird;
- der Kommunikationszyklus (14) derart mit dem Prozesszyklus (30) synchronisiert wird, dass während eines zeitlichen
Durchlaufens des Prozesszyklus (30) ein vorbestimmter Pro zessschritt (32, 34, 36, 38) des Prozesszyklus (30) während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt (32, 34, 36, 38) zugeordneten Zeitintervalls (16, 18, 20, 22) des Kommunikati- onszyklus (14) ausgeführt wird;
- während eines Zeitintervalls (20) erster Art des Kommunika tionszyklus (14) die erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) zum Senden von Daten und die weitere speicherprogram mierbare Steuerung (28) zum Empfangen dieser Daten berechtigt wird;
- während des Zeitintervalls (20) erster Art eine Übergabein formation von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) ausgegeben wird und diese Übergabeinformation von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) eingelesen wird; und
- nach dem Einlesen der Übergabeinformation die Steuerfunkti on von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) ausgeübt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem als zumindest ein Teil der Übergabeinformation ein Statusindikator ausgegeben wird, anhand dessen eine be vorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
- von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) wäh rend des Durchlaufens des Prozesszyklus (30) Prozesszustands daten erfasst und gespeichert werden; und
- diese von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) gespeicherten Prozesszustandsdaten als zumindest ein weiterer Teil der Übergabeinformation ausgegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem
- der Prozesszyklus (30) mehrfach von der ersten speicherpro grammierbaren Steuerung (26) durchlaufen wird; und
- von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) wäh rend eines jeden Durchlaufens des Prozesszyklus (30) Prozess zustandsdaten erfasst und gespeichert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
- während eines Zeitintervalls (16) zweiter Art des Kommuni kationszyklus (14) zumindest ein Netzwerkteilnehmer erster Art (40) des Netzwerks (10) zum Senden von Eingabedaten und die erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) und/oder die weitere speicherprogrammierbare Steuerung (28) zum Empfangen dieser Eingabedaten berechtigt wird; und - während des Zeitintervalls (16) zweiter Art diese Eingabe daten von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) und/oder der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) eingelesen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem während eines Zeitintervalls (18) dritter Art des Kommunikationszyklus (14) die Eingabedaten von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) und/oder der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) jeweils mittels eines deterministischen Datenverarbeitungsprogramms in Abhängigkeit der Prozesszustandsdaten zu einem Ausgabedatensatz verarbei tet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem
- während eines Zeitintervalls (22) vierter Art des Kommuni kationszyklus (14) wenigstens ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art (42) zum Empfangen von Daten berechtigt wird und entweder die erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) oder die weitere speicherprogrammierbare Steuerung (28) zum Senden von Daten berechtigt wird; und
- während dieses Zeitintervalls (22) vierter Art der wenigs tens eine Netzwerkteilnehmer zweiter Art (42) zumindest einen Teil des Ausgabedatensatzes einliest.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der wenigstens eine Netzwerkteilnehmer zweiter Art (42) mittels zumindest eines Teils des Ausgabedatensatzes angesteuert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
- der Prozesszyklus (30) mehrfach von der ersten speicherpro grammierbaren Steuerung (26) durchlaufen wird; und
- nach dem Einlesen der Übergabeinformation die Steuerfunkti on beginnend mit einem Startzeitpunkt (44) eines Prozesszyk lus (30) von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steue rung (26) ausgeübt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem
- der Prozesszyklus (30) mehrfach von der ersten speicherpro grammierbaren Steuerung (26) durchlaufen wird; und
- nach dem Einlesen der Übergabeinformation derselbe Pro zesszyklus (30) von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) anstatt von der ersten speicherprogrammierba ren Steuerung (26) durchlaufen wird.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher
- mehrere in einem Netzwerk (10) miteinander vernetzte Netz- werkteilnehmer vorgesehen sind;
- zwischen verschiedenen Netzwerkteilnehmern des Netzwerks (10) Daten gemäß einem in einem Kommunikationsschema (12) festgelegten Kommunikationszyklus (14) bestehend aus aufei nanderfolgenden Zeitintervallen (16, 18, 20, 22, 24) über tragbar sind;
- während zumindest eines Zeitintervalls (16, 18, 20, 22, 24) des Kommunikationszyklus (14) vorbestimmte Netzwerkteilnehmer des Netzwerks (10) jeweils entweder zum Senden oder zum Emp fangen der Daten berechtigbar sind;
- eine erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) sowie ei ne weitere speicherprogrammierbare Steuerung (28) als Netz- werkteilnehmer vorgesehen sind;
- die erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) dazu ein gerichtet ist, mittels eines Durchlaufens eines Prozesszyklus (30) bestehend aus mehreren aufeinanderfolgenden Prozess schritten (32, 34, 36, 38) eine Steuerfunktion auszuüben;
- die erste speicherprogrammierbare Steuerung (26) dazu ein gerichtet ist, in den mehreren aufeinanderfolgenden Prozess schritten (32, 34, 36, 38) jeweils zumindest einen Teil der Daten entweder einzulesen, zu verarbeiten oder auszugeben;
- der Kommunikationszyklus (14) derart mit dem Prozesszyklus (30) synchronisiert ist, dass während eines zeitlichen Durch- laufens des Prozesszyklus (30) ein vorbestimmter Prozess schritt (32, 34, 36, 38) des Prozesszyklus (30) während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt (32, 34, 36, 38) zugeord neten Zeitintervalls (16, 18, 20, 22) des Kommunikationszyk- lus (14) ausführbar ist;
- die weitere speicherprogrammierbare Steuerung (28) dazu eingerichtet ist, nach einem Einlesen einer während eines Zeitintervalls (20) erster Art von der ersten speicherpro grammierbaren Steuerung (26) ausgegebenen Übergabeinformation die Steuerfunktion anstatt der ersten speicherprogrammierba ren Steuerung (26) auszuüben.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher wenigstens ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art (42) von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung (26) und von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung (28) mittels des Netzwerks (10) ansteuerbar ist.
13. Computerprogrammprodukt aufweisend Anweisungen, welche eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12 dazu ver anlasst, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
14. Computerlesbares Medium, auf welchem ein Computerpro- grammprodukt nach Anspruch 13 gespeichert ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20030033030A1 (en) * 2000-07-07 2003-02-13 Ron Naismith Input/output (I/O) scanner for a control system with peer determination
DE202016007423U1 (de) * 2016-12-03 2018-03-06 WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Modbus-Netzwerk zur redundanten Fernanbindung
EP3674824A1 (de) * 2018-12-28 2020-07-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum betrieb eines kommunikationssystems zur übermittlung zeitkritischer daten und kommunikationsgerät

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