專(zhuān)利名稱(chēng)：具有多個(gè)空間分布站的控制系統(tǒng)和在所述控制系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在具有經(jīng)由通信介質(zhì)相互連接的多個(gè)空間分布站 的控制系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法，所述站被邏輯上排列為一個(gè)組，該組限定
了第一站、至少一個(gè)第二站和最后一站，所述方法包括以下步驟
-所述第一站生成具有多個(gè)數(shù)據(jù)字段的數(shù)據(jù)幀，其中明確地為每個(gè)第
二站和最后一站分配用于填充傳輸數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)字段；
-所述第一站作為輸出數(shù)據(jù)幀將所述數(shù)據(jù)幀發(fā)送到所述組中跟在該第
一站之后的第二站；
-每個(gè)第二站從所述組中各自的前一站接收所述輸出數(shù)據(jù)幀、用傳輸
數(shù)據(jù)填充分配給它的數(shù)據(jù)字段，并且將具有所述傳輸數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)幀發(fā) 送到所述組中的下一站；以及
-最后一站接收來(lái)自所述組中前一站的所述輸出數(shù)據(jù)幀、用最后的傳 輸數(shù)據(jù)填充分配給它的數(shù)據(jù)字段，并且作為返回?cái)?shù)據(jù)幀將具有所有傳輸數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)幀返回給所述站組。
本發(fā)明還涉及一種用于自動(dòng)控制裝置或器械的控制系統(tǒng)，所述控制系 統(tǒng)包括經(jīng)由通信介質(zhì)相互連接的多個(gè)空間分布的站，其中，所述站被邏輯 上排列為一個(gè)組，該組限定了第一站、至少一個(gè)第二站和最后一站，以及 其中，所述站被i殳計(jì)為實(shí)現(xiàn)上述類(lèi)型的方法。
背景技術(shù)：
從DE 199 34 514 Cl知道一種前述類(lèi)型的系統(tǒng)和方法. DE 199 34 514 Cl定義了一種用于配置連接到現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的站(在該文 獻(xiàn)中稱(chēng)為總線(xiàn)用戶(hù))的方法。特別地，該文獻(xiàn)涉及對(duì)站的邏輯地址的故障 保護(hù)分配，其中所述站經(jīng)由所謂的Interbus連接到其它總線(xiàn)用戶(hù)/站. Interims是特別用于裝置和器械的工業(yè)自動(dòng)化的已知的指定現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系 統(tǒng)。其它已知的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)是所謂的CAN總線(xiàn)和所謂的Profibus,
已知的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)被用于將多個(gè)空間分布的站/總線(xiàn)用戶(hù)相互連接 以便它們可以互相交換信息。在該上下文中，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)特別適合于這 樣的通信需求即用作用于自動(dòng)控制裝置和器械的控制系統(tǒng)中的通信^h質(zhì)。 除最簡(jiǎn)單和最健壯的布線(xiàn)可能外，這些特別包括針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定時(shí)間 響應(yīng)，以及還有從許多站傳送較少量數(shù)據(jù)的能力。典型地，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有
與其連接的一個(gè)或幾個(gè)(智能)控制單元，以及還有許多遠(yuǎn)程i/o單元， 其中所述遠(yuǎn)程I/O單元經(jīng)由傳感器從所述裝置或器械獲得狀態(tài)信號(hào)并將其 報(bào)告給所述控制單元，和/或從上級(jí)控制單元接收控制數(shù)據(jù)并根據(jù)它操作合 適的制動(dòng)器(actuator)。作為例子，I/O單元可以獲得來(lái)自尤其是位置開(kāi) 關(guān)、遮光板、旋轉(zhuǎn)位置轉(zhuǎn)換器(transducer)的信號(hào)，并且可以經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng) 總線(xiàn)將所述信號(hào)發(fā)送到上級(jí)控制單元.通常是可編程邏輯控制器(PLC) 的控制單元將這些過(guò)程變量視為確定用于制動(dòng)器的控制數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，所述 制動(dòng)器特別例如是電磁閥、接觸器、驅(qū)動(dòng)器。I/O單元經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)接收 來(lái)自上級(jí)控制器的控制數(shù)據(jù)，并且操作制動(dòng)器。
在導(dǎo)言部分引述的Interbus以大型移位寄存器的方式操作，該大型移 位寄存器的各個(gè)存儲(chǔ)位置是在所連接的站中。通常物理上安排在上級(jí)控制 單元中的所謂的總線(xiàn)主控(bus master)生成數(shù)據(jù)幀，所述數(shù)據(jù)幀具有對(duì) 應(yīng)于"移位寄存器"中的存儲(chǔ)位置數(shù)量的若干數(shù)據(jù)字段.這個(gè)數(shù)據(jù)幀從總 線(xiàn)主控發(fā)送到連成組的站，并且通過(guò)這么做被iE^t據(jù)字段地從一個(gè)站轉(zhuǎn)發(fā) 到下一個(gè)。所述組中的最后一個(gè)站將數(shù)據(jù)幀返回給總線(xiàn)主控，以便最終獲 得環(huán)形結(jié)構(gòu).當(dāng)由總線(xiàn)主控生成的開(kāi)始字在經(jīng)過(guò)所述環(huán)形結(jié)構(gòu)之后再次到 達(dá)該總線(xiàn)主控并且沒(méi)有任何傳輸差錯(cuò)在后續(xù)校驗(yàn)和計(jì)算中被識(shí)別出時(shí)，該 總線(xiàn)主控使用控制信號(hào)來(lái)信號(hào)通知所有被連接的站它們必須接受所述數(shù) 據(jù)，所述數(shù)據(jù)然后在它們各自的移位寄存器中用于進(jìn)一步處理。另外，各 個(gè)站在總線(xiàn)主控^新的數(shù)據(jù)循環(huán)時(shí)，通過(guò)將存儲(chǔ)在它們的內(nèi)部移位寄存
器中的數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)形中的下一站來(lái)"清空"它們的填充有傳輸數(shù)據(jù)的移
位寄存器。Interbus的一個(gè)特征因而是循環(huán)數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段的數(shù)量等 于所連接的站中存儲(chǔ)位置的數(shù)量。另外，通信實(shí)際上僅在每個(gè)單獨(dú)站與總 線(xiàn)主控之間發(fā)生。由于發(fā)送站首先將其數(shù)據(jù)發(fā)送到總線(xiàn)主控并且總線(xiàn)主控 將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到第二數(shù)據(jù)循環(huán)中的接收站，因此不具有總線(xiàn)主控功能的兩 個(gè)站之間的互連業(yè)務(wù)可能僅從一個(gè)傳輸循環(huán)到下一個(gè)。Interbus概念的優(yōu) 點(diǎn)在于確定的時(shí)間響應(yīng)，即可以高度確定地預(yù)測(cè)發(fā)送一段信息所需的時(shí)間。 另外，在竟?fàn)幭⒅g不會(huì)發(fā)生任何沖突。
與此相反，在例如CAN總線(xiàn)的所謂的面向消息的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的情 況下，沖突基本上是可能的，這是由于各個(gè)站可以獨(dú)立地生成和發(fā)送數(shù)據(jù) 消息。在CAN總線(xiàn)的情況下，這種沖突借助于具有不同優(yōu)先級(jí)的站而得 到解決，其中具有較高優(yōu)先級(jí)的站在發(fā)生沖突的情況下維護(hù)其權(quán)力。然而，
對(duì)于具有較低優(yōu)先級(jí)的站，這意P未著其至少被暫時(shí)禁止發(fā)送消息。為實(shí)現(xiàn) 確定的時(shí)間響應(yīng)，有必要限制現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的最大利用級(jí)別，這是因?yàn)闆_突的 概率隨總線(xiàn)利用級(jí)別的增長(zhǎng)而升高。另一方面，基于CAN總線(xiàn)的控制系 統(tǒng)提供了較高級(jí)別的靈活性，這是因?yàn)榛ミB業(yè)務(wù)在沒(méi)有總線(xiàn)主控插入的情
況下原則上是可能的。這特別意p木著例如緊急斷開(kāi)命令的有關(guān)安全的教:據(jù)
可以被更快地發(fā)送，如果合適，甚至作為廣播電報(bào)被發(fā)送.
在指定現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)之外，由于互聯(lián)網(wǎng)和個(gè)人計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)，基于所 謂的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的通信網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始被廣泛使用。在以太網(wǎng)中，每個(gè)用戶(hù)(每 個(gè)站)擁有單獨(dú)的稱(chēng)為MAC地址的地址。原則上，任何站可以在任何時(shí) 間發(fā)送消息。每個(gè)發(fā)送站監(jiān)控連接線(xiàn)以確定所發(fā)送的消息是否可以以未破 壞的形式被讀出，如果與同步發(fā)送的站存在沖突則將不是這種情形。在沖 突的情況下，每個(gè)站在超出隨機(jī)選擇的時(shí)間段之后再次發(fā)送其傳輸數(shù)據(jù)。 由于廣泛的使用，以太網(wǎng)具有相關(guān)硬件部件非常4更宜的優(yōu)點(diǎn)。然而，它們 不具有確定的時(shí)序響應(yīng)，以及此外針對(duì)由幾個(gè)連接站進(jìn)行的較大量數(shù)據(jù)的 非循環(huán)傳輸而是更加優(yōu)化的。通過(guò)對(duì)比，控制系統(tǒng)主要要求循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸。
然而，便宜的硬件部件也意味著這些年來(lái)，對(duì)于將以太網(wǎng)技術(shù)用于在用于
控制技術(shù)裝置或技術(shù)器械的控制系統(tǒng)中在站之間進(jìn)行通信已經(jīng)做出了努
力。原理和相應(yīng)部件的提供者在德文刊物"Industrial Ethernet"中作為例 子進(jìn)行了描述，該刊物可以通過(guò)ISBN 3-8259-1925-0從97064 Wurzburg 中的Vogel國(guó)Industrie Medien GmbH und Co. KG獲得。
然而，前面提出的在自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用以太網(wǎng)部件的方法不是最優(yōu) 的。特別由于傳輸與安全有關(guān)的控制數(shù)據(jù)而出現(xiàn)困難，例如傳輸緊急斷開(kāi) 信號(hào)或傳輸由驅(qū)動(dòng)器的控制單元隨后生成的關(guān)閉命令。例如，驅(qū)動(dòng)器控制

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)照所述背景，本發(fā)明的目的是提供一種在導(dǎo)言部分提到的方法，該 方法使得數(shù)據(jù)能夠在用于自動(dòng)控制裝置或器械的控制系統(tǒng)中以高實(shí)時(shí)要求 被傳送。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在導(dǎo)言部分提到的控制系統(tǒng)，在 該控制系統(tǒng)中，控制和過(guò)程lt據(jù)可以利用特別是以太網(wǎng)部件的商業(yè)部件來(lái) 亂良送，然而該系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)與安全有關(guān)的控制和過(guò)程數(shù)據(jù)的傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這個(gè)目的通過(guò)在導(dǎo)言部分提到的方法來(lái)達(dá)到， 在所述方法中，站從返回?cái)?shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種在導(dǎo)言部分提到的控制系統(tǒng)，其 中，站被設(shè)計(jì)為從返回?cái)?shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)，以及其
以及返回?cái)?shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段來(lái)讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。
特別優(yōu)選地，如果所述站包括^Li殳計(jì)為循環(huán)處理過(guò)程數(shù)據(jù)并基于其生 成控制數(shù)據(jù)的至少一個(gè)控制單元，以及還包括被設(shè)計(jì)為將過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)送到 控制單元并JL^控制單元接收控制數(shù)據(jù)的多個(gè)I/0單元。然而原則上，所 述新方法還可以被用于其它控制系統(tǒng)和/或通信網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提出了 一種用于之前提到的控制系統(tǒng)中的站的 通信才莫塊，其中所述通信模塊被設(shè)計(jì)為在站中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法，換句話(huà) 說(shuō)即實(shí)現(xiàn)根據(jù)所述方法的通信協(xié)議。
本發(fā)明因此基于一種原則上從Interbus可知的概念，即具有多個(gè)數(shù)據(jù) 字段的數(shù)據(jù)幀的產(chǎn)生和傳輸，所述數(shù)據(jù)幀在一組站中從一個(gè)站轉(zhuǎn)發(fā)到下一 個(gè)。然而，本發(fā)明不同于已知的Interbus，因?yàn)楦鱾€(gè)站直接從返回?cái)?shù)據(jù)幀 讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)，而在Interbus的情況下典型地M輸出數(shù)據(jù)幀中讀 取數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，各個(gè)站M返回?cái)?shù)據(jù)幀讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)，并且它們 將它們自己的傳輸數(shù)據(jù)僅置于輸出數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段中。然而與此背離 的是，本發(fā)明的更一般的細(xì)分還包括所述一般原理的例外。
在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，本發(fā)明根本不同于根據(jù)規(guī)范是大型"移位寄存器"形 式的Interbus.與此相反，本發(fā)明與通信^h質(zhì)的物理實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)，在下面將 進(jìn)一步討論的特別優(yōu)選的細(xì)分中，通信介質(zhì)是與以太網(wǎng)兼容的傳輸鏈路， 并且數(shù)據(jù)幀是與以太網(wǎng)兼容的數(shù)據(jù)幀，即其基本結(jié)構(gòu)適合以太網(wǎng)規(guī)范的數(shù) 據(jù)幀。
盡管已知的Interbus實(shí)現(xiàn)了用于發(fā)送數(shù)據(jù)的環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中最后一個(gè) 站將數(shù)據(jù)幀直接返回給邏輯項(xiàng)中的第一站，然而本發(fā)明生成"雙重線(xiàn)路"， 其中輸出數(shù)據(jù)幀和返回?cái)?shù)據(jù)幀二者都經(jīng)過(guò)邏輯項(xiàng)中的所有站。僅通過(guò)這種 方法，各個(gè)站可以將它們自己的傳輸數(shù)據(jù)填充到輸出數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)字段中 并且從返回?cái)?shù)據(jù)幀讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。由于該特征，每個(gè)站在一個(gè)傳輸 循環(huán)中接收兩次循環(huán)數(shù)據(jù)幀。這使得兩個(gè)或更多任意站之間的任何互連業(yè) 務(wù)可以在一個(gè)傳輸循環(huán)中衫L推斷。本發(fā)明因此實(shí)現(xiàn)了滿(mǎn)足高實(shí)時(shí)要求的數(shù) 據(jù)通信。
本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了任意站之間的極度靈活的通信。本發(fā)明因此具有面向 消息的傳輸方法的優(yōu)點(diǎn)，例如CAN總線(xiàn)或以太網(wǎng)連接的那些。
借助于循環(huán)數(shù)據(jù)幀和用于直接交叉通信的發(fā)明機(jī)會(huì)，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了非 常迅速和確定的通信。其因此非常適于以將在下面詳細(xì)描述的方式發(fā)送甚 至是與安全有關(guān)的控制數(shù)據(jù)。
前述目標(biāo)因此完全達(dá)到.
在本發(fā)明的優(yōu)選細(xì)分中，所述第一站以預(yù)定的時(shí)間間隔循環(huán)生成輸出 數(shù)據(jù)幀并將其發(fā)送到下一個(gè)第二站。
在優(yōu)選的示例性實(shí)施例中，循環(huán)時(shí)間是可調(diào)整的，即傳輸兩個(gè)接連但 相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)幀之間的時(shí)間。在一個(gè)優(yōu)選示例性實(shí)施例中，循環(huán)時(shí)間可
以在各個(gè)中間步驟中在大約60 H s和大約6ms之間被調(diào)整。
該細(xì)分特別適于用于自動(dòng)控制技術(shù)裝置或器械的控制系統(tǒng)，因?yàn)樾畔?通常在所述控制系統(tǒng)中被循環(huán)生成。特別以例如62.5ns的短循環(huán)時(shí)間， 該細(xì)分4吏得調(diào)整機(jī)器中的驅(qū)動(dòng)器所需的過(guò)程和控制數(shù)據(jù)可以利用所述新方 法而,iLiL送。換句話(huà)說(shuō)，該細(xì)分中的控制系統(tǒng)可以被集成到機(jī)器的驅(qū)動(dòng)器 控制的控制回路中，這特別實(shí)現(xiàn)了便宜且靈活的裝置或器械的自動(dòng)化。
在另一細(xì)分中，所述數(shù)據(jù)幀包含至少第一和第二組數(shù)據(jù)字段，其中對(duì) 于所有數(shù)據(jù)幀所述第 一組中的數(shù)據(jù)字段被固定分配給各個(gè)站，以及其中所 述第二組中的數(shù)據(jù)字段基于對(duì)各自數(shù)據(jù)幀的單獨(dú)請(qǐng)求而被分配給站。
該細(xì)分提高了通信的靈活性，并且使得控制系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)吞吐量和 傳輸^方面得到優(yōu)化。所述第一組數(shù)據(jù)字段可以被用于在不需要向它們 添加地址信息的情況下發(fā)送數(shù)據(jù)。這是因?yàn)楦鱾€(gè)數(shù)據(jù)字段的固定關(guān)聯(lián)固定 地指示了地址結(jié)構(gòu)。另一方面，所述第二組數(shù)據(jù)字段使得額外的傳輸容量 可以基于請(qǐng)求而被預(yù)留給各個(gè)站。所述第二組數(shù)據(jù)字段特別有利于發(fā)送例 如診斷數(shù)據(jù)的非循環(huán)數(shù)據(jù)。另外，所述第二組中的數(shù)據(jù)字段還可以被非常 有利地用于發(fā)送關(guān)于系統(tǒng)外部的可用通信介質(zhì)的數(shù)據(jù)，例如從PC發(fā)送到 連接到通信網(wǎng)絡(luò)的打印機(jī)的打印機(jī)數(shù)據(jù)。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所 述第二組中的數(shù)據(jù)字段是利用標(biāo)記來(lái)被分配的，所述標(biāo)記基于每個(gè)新數(shù)據(jù) 幀而被重置為狀態(tài)"數(shù)據(jù)字段空"。想要填充所述第二組中的數(shù)據(jù)字段的 站因而需^Sl檢查所述標(biāo)記，并且如果合適將其設(shè)為"已占用"。非循環(huán) 通信優(yōu)選地利用已知尋址方法來(lái)#:處理，其中地址同樣在所述第二組的數(shù) 據(jù)字段中凈id送。
在另一細(xì)分中，返回?cái)?shù)據(jù)幀以與輸出數(shù)據(jù)幀相反的順序經(jīng)過(guò)站組。 可選地，返回?cái)?shù)據(jù)幀原則上也可以以不同的順序被路由。另外，原則 上還可以同時(shí)將返回?cái)?shù)據(jù)幀發(fā)送到多個(gè)或所有連接的站，這在例如無(wú)線(xiàn)鏈 路作為傳輸介質(zhì)的情況下是相當(dāng)可能的。相反，本細(xì)分具有管理復(fù)雜性4皮
簡(jiǎn)化以確保無(wú)差錯(cuò)通信的優(yōu)點(diǎn)。特別地，所述優(yōu)選細(xì)分中的第一站可以非 常容易地監(jiān)控返回?cái)?shù)據(jù)幀是否已到達(dá)所有連接的站。這特別對(duì)于例如緊急 斷開(kāi)控制命令的與安全有關(guān)的數(shù)據(jù)的傳輸是非常重要的。
在另一細(xì)分中，所述第一站監(jiān)控返回?cái)?shù)據(jù)幀是否在預(yù)時(shí)序間段內(nèi)到達(dá)。
在所述第 一站中監(jiān)控返回?cái)?shù)據(jù)幀特別有利于傳輸與安全有關(guān)的數(shù)據(jù)， 因?yàn)檫@使得通信鏈路的故障可以被快速檢測(cè)到。基于實(shí)時(shí)要求，第一站因 而可以或者發(fā)起重復(fù)幀或者開(kāi)始差錯(cuò)處理例程。
在特別優(yōu)選的細(xì)分中，所述通信介質(zhì)是與以太網(wǎng)兼容的傳輸鏈路，以 及所述數(shù)據(jù)幀是與以太網(wǎng)兼容的數(shù)據(jù)幀。
該細(xì)分至少一定程度上是商業(yè)可用的并且因此可以使用非常便宜的硬 件部件。另外，該細(xì)分使得非常易于將本來(lái)用于控制任務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸鏈路
也用于其它目的，例如用于傳送與TCP/IP兼容的數(shù)據(jù)分組。因此，當(dāng)在 工作間等中聯(lián)網(wǎng)部件時(shí)可以節(jié)約可觀(guān)的成本。本細(xì)分的一個(gè)特征尤其在于， 每個(gè)站擁有其自己的MAC地址，這原則上允許各個(gè)站之間的隨機(jī)通信。 然而結(jié)合本發(fā)明，每個(gè)站分別將至少輸出數(shù)據(jù)幀(以及優(yōu)選地還有返回?cái)?shù) 據(jù)幀)發(fā)送到正好一個(gè)準(zhǔn)確定義的另一站。
在另一細(xì)分中，每個(gè)站利用所謂的直通(cut-through)方法將輸出數(shù) 據(jù)幀發(fā)送到所述組中的下 一站.
所述直通方法專(zhuān)用于與以太網(wǎng)兼容的傳輸炮洛，并且涉及在輸入數(shù)據(jù) 幀已被各自的站完全接收之前已經(jīng)實(shí)際分析和轉(zhuǎn)發(fā)該輸入數(shù)據(jù)幀的站。該 細(xì)分減少了輸出數(shù)據(jù)楨的接收和轉(zhuǎn)發(fā)之間的延遲時(shí)間。這使得系統(tǒng)的循環(huán) 時(shí)間可以非常容易地最小化。
在另一細(xì)分中，每個(gè)站將輸出數(shù)據(jù)幀發(fā)送到正好一個(gè)下一站。
與此背離，原則上還可以生成分支，特別是當(dāng)使用以太網(wǎng)部件時(shí)。然 而，所述優(yōu)選細(xì)分阻止了循環(huán)的形成。另外，傳輸鏈路上的沖突,史排除， 這允許生成具有非常短的循環(huán)時(shí)間的確定時(shí)間響應(yīng)。
在另一細(xì)分中，所述第一站生成多個(gè)數(shù)據(jù)幀，并且作為輸出數(shù)據(jù)幀將 它們發(fā)送到直接接連的下 一 第二站.
在該細(xì)分中，甚至其本身就;l對(duì)用于在控制系統(tǒng)中發(fā)送lt據(jù)的已知方 法的創(chuàng)造性iUL所述第一站在一個(gè)傳輸循環(huán)中生成并發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀。 換句話(huà)說(shuō)，第一輸出數(shù)據(jù)幀和直接跟隨的其它數(shù)據(jù)幀(后續(xù)幀)在循環(huán)時(shí) 間內(nèi)被發(fā)送。如果要被循環(huán)發(fā)送的數(shù)據(jù)量非常大并且其次單個(gè)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng) 度不能超過(guò)特定最大值，則該細(xì)分是特別有利的。當(dāng)大量循環(huán)數(shù)據(jù)需要被 發(fā)送但所使用的數(shù)據(jù)幀不能超過(guò)以太網(wǎng)規(guī)范中定義的大約1500字節(jié)的長(zhǎng) 度時(shí)，本細(xì)分因而是特別有利的。
在另 一細(xì)分中，數(shù)據(jù)幀中的各個(gè)數(shù)據(jù)字段可選地被至少兩個(gè)站填充以 傳輸數(shù)據(jù)。
該細(xì)分，甚至其本身就是對(duì)用于在控制系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的已知方法的 創(chuàng)造性發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了多路復(fù)用模式，其中各個(gè)數(shù)據(jù)字段從一個(gè)循環(huán)到下一 個(gè)由不同站來(lái)填充。然而在這種情況下，各個(gè)數(shù)據(jù)字段也被明確地分配給 所涉及的站。當(dāng)具有不同重復(fù)速度的循環(huán)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在控制系統(tǒng)中時(shí)，所述
多路復(fù)用模式是特別有利的。在這種情況下，較慢的站可以以多路復(fù)用模 式共享各個(gè)數(shù)據(jù)字段，以便總的可用傳輸容量被利用至最佳的程度。
在另一細(xì)分中，各個(gè)站用與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電報(bào)兼容的傳輸數(shù)據(jù)填充數(shù)據(jù)幀 中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)字段.如果所述傳輸數(shù)據(jù)與基于CAN總線(xiàn)、Profibus 和/或Devicenet的電報(bào)兼容，則其是特別優(yōu)選的。
在該細(xì)分中，所述現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電報(bào)是利用所述新方法以"隨道化"方式 被發(fā)送的。該細(xì)分使得現(xiàn)有現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及其部件可以被非常容易地集成。 與安全有關(guān)的過(guò)程和控制數(shù)據(jù)通過(guò)該方式以隧道方式被發(fā)送是特別優(yōu)選 的，因?yàn)樵诖饲闆r下可以針對(duì)面向安全的自動(dòng)化而使用嘗試與測(cè)試以及證 明或準(zhǔn)許部件。
在另一細(xì)分中，單獨(dú)地為所述站分配輸出數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段用于以 它們自己的傳輸數(shù)據(jù)填充，以及返回?cái)?shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)字段用于讀取外來(lái)的 傳輸數(shù)據(jù)。
該細(xì)分實(shí)現(xiàn)了基于通信介質(zhì)在任意站之間的非常靈活且快速的信息傳 輸。特別地，該細(xì)分使得站非常易于在一個(gè)傳輸循環(huán)中接收來(lái)自多個(gè)其它
站的信息或數(shù)據(jù)。為此，所迷站點(diǎn)僅需要單獨(dú)g返回?cái)?shù)據(jù)幀中取特定數(shù) 據(jù)。
在另一細(xì)分中，甚至其本身就是對(duì)用于在控制系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的已知 方法的創(chuàng)造性U，所述站從返回?cái)?shù)據(jù)幀(或從各個(gè)不同的返回?cái)?shù)據(jù)幀) 讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)，并且重新排列它們以形成指定站的數(shù)據(jù)字。因此， 每個(gè)站包含具有數(shù)據(jù)分類(lèi)器的上述類(lèi)型的通信模塊，其中所述數(shù)據(jù)分類(lèi)器 被設(shè)計(jì)為重新排列來(lái)自返回?cái)?shù)據(jù)幀的外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)以形成指定站的數(shù)據(jù) 字。
作為替換，還可以作為例子實(shí)際上關(guān)于發(fā)送器或關(guān)于以適合于接收器 的方式的傳輸來(lái)編譯外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。相反，所述優(yōu)選的細(xì)分具有較高級(jí) 別的靈活性，因?yàn)槊總€(gè)接收站可以基于個(gè)體來(lái)編譯與其相關(guān)的外來(lái)的傳輸 數(shù)據(jù)以便該接收站中后續(xù)數(shù)據(jù)處理可以以最優(yōu)方式被執(zhí)行。特別地，傳輸 數(shù)據(jù)可以在不同的指定站的組合中以不同方式被編譯多次。該上下文中的
特定優(yōu)選在于指定接收器的數(shù)據(jù)分類(lèi)是否發(fā)生在通信模塊中，即在osi參
考模型的非常低的級(jí)別上，這是因?yàn)榻邮照旧系妮^高應(yīng)用可以非常快速且
便利地處理重新排列的數(shù)據(jù)。這實(shí)現(xiàn)了大范圍的互^Mt性。另外，該細(xì)分 特別利于結(jié)合后續(xù)幀的使用和/或上述多路復(fù)用模式的使用，這是因?yàn)榛?多個(gè)返回?cái)?shù)據(jù)幀的傳輸數(shù)據(jù)的編譯被大大簡(jiǎn)化。
在另 一細(xì)分中，所述第一站生成具有多個(gè)狀態(tài)字段的每個(gè)輸出教:據(jù)幀， 其中為每個(gè)第二站分配至少一個(gè)狀態(tài)字段，以及其中每個(gè)第二站在每次輸 出數(shù)據(jù)幀經(jīng)過(guò)時(shí)改變其狀態(tài)字段。
這種狀態(tài)字段可以被用于非常容易地實(shí)現(xiàn)壽命監(jiān)控。每個(gè)站基于所述 經(jīng)過(guò)而改變其狀態(tài)字段這一事實(shí)意味著，第一站可以檢查最初出現(xiàn)的第二 站在每個(gè)循環(huán)的末尾是否仍然出現(xiàn)并且激活.當(dāng)所述新方法旨在被用于發(fā) 送與安全有關(guān)的過(guò)程和控制數(shù)據(jù)時(shí)，該細(xì)分是特別有利的，這是因?yàn)榕c安 全有關(guān)的站的故障是安全關(guān)鍵狀態(tài)，并且合適的差錯(cuò)消息或差錯(cuò)處理例程 需要,皮啟動(dòng)。
不言而喻，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，上面已描述的以及下面的
將要描述的特征不僅可以以各個(gè)指出的組合被使用，還可以以其它組合或 其本身而被使用<


本發(fā)明的示例性實(shí)施例在附圖中示出，并且在下面的描述中被詳細(xì)說(shuō)
明。其中
圖l示意地示出了本新穎控制系統(tǒng)的示例性實(shí)施例； 圖2示意地示出了本新穎控制系統(tǒng)的另一示例性實(shí)施例； 圖3示出了用于說(shuō)明本新穎方法的示意圖4示出了時(shí)序圖，其示出了本新穎控制系統(tǒng)或本新穎方法的名 種示 例性實(shí)施例的各種操作模式；
圖5示出了在本新穎方法的一個(gè)示例性實(shí)施例中衫L相繼發(fā)送的多個(gè)以 太網(wǎng)電才艮；
圖6示出了在本新穎方法的另一示例性實(shí)施例中祐j目繼發(fā)送的多個(gè)以 太網(wǎng)電凈艮；
圖7示意地示出了來(lái)自本新穎控制系統(tǒng)的站；以及 圖8示意地示出了優(yōu)選的示例性實(shí)施例，其中數(shù)據(jù)在從返回?cái)?shù)據(jù)幀中 被讀取時(shí)被重新排列。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，本新穎控制系統(tǒng)的示例性實(shí)施例整體標(biāo)記為10.
控制系統(tǒng)10包括例如這里稱(chēng)作PLC可編程邏輯控制器形式的控制單 元12。可選地，它還可以是不同的控制單元，例如工業(yè)PC.控制單元12 在應(yīng)用層承擔(dān)對(duì)例如生產(chǎn)或傳送裝置的技術(shù)裝置(這里未詳細(xì)示出)的控 制。在這點(diǎn)上，它處理利用傳感器捕獲的來(lái)自所述裝置的過(guò)程或狀態(tài)數(shù)據(jù)， 并且生成被用于^作制動(dòng)器的控制lt據(jù).為與傳感器和制動(dòng)器通信，控制 單元12使用以下面描述的方式實(shí)現(xiàn)本新穎方法的示例性實(shí)施例的通信網(wǎng) 絡(luò)。
為與本地傳感器和制動(dòng)器通信，控制單元12在此情況下具有所謂的總 線(xiàn)管理器14，其在本發(fā)明的上下文中是第一站。在本發(fā)明的其它示例性實(shí) 施例中，所述總線(xiàn)管理器可以與控制單元12分離地實(shí)現(xiàn)。控制單元12在 此情況下可以包含通信模塊，該通信模塊就本發(fā)明來(lái)說(shuō)作為第二站將其連 接到通信網(wǎng)絡(luò)。
控制系統(tǒng)10還包括多個(gè)站16、 18、 20、 22、 24，其中站16-22就本 發(fā)明來(lái)說(shuō)是第二站，而該示例性實(shí)施例中的站24就本發(fā)明來(lái)說(shuō)是最后一 站。在所示的實(shí)施例中，站1624每個(gè)都是被設(shè)計(jì)為從傳感器獲得輸入信號(hào) 并向制動(dòng)器輸出控制信號(hào)的I/O單元。
總線(xiàn)管理器14 (以及因此控制單元12 )借助于通信介質(zhì)26連接到站 16至24。在這種情況下，通信介質(zhì)26包含這里作為一個(gè)可能實(shí)現(xiàn)的例子 而顯示的開(kāi)關(guān)28。特別地，總線(xiàn)管理器14在這種情況下借助于以太網(wǎng)電 纜而連接到開(kāi)關(guān)28的一個(gè)連接。開(kāi)關(guān)28的第二連掩睹助于另一以太網(wǎng)電 纜而連接到站16的第一連接。站16的第二連接借助于另一個(gè)以太網(wǎng)電纜 而連接到站18的第一連接。最后，站18借助于第二連接和另一以太網(wǎng)電 纜而連接到站20?？偩€(xiàn)管理器14、開(kāi)關(guān)28以及站16 - 20因而物理上4皮排 列成一組，其中每個(gè)站都借助于點(diǎn)到點(diǎn)連接而連接到其在該組中的鄰居。
在該示例性實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)28還借助于第三連接和另一以太網(wǎng)電纜而 連接到站22，以及借助于笫四連接和另一以太網(wǎng)電纜而連接到站24。該示 例性實(shí)施例中的控制系統(tǒng)10中的通信網(wǎng)絡(luò)因而具有包括串行拓樸和星型 拓樸的混合形式。然而邏輯上，所有站16-24和總線(xiàn)管理器14如下面更 詳細(xì)描述的那樣被排列成一組。
在該簡(jiǎn)化的示例性實(shí)施例中，站16具有與其連接的保護(hù)門(mén)30。這涉 及可用于監(jiān)視保護(hù)門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)的傳感器。類(lèi)似地，站18具有與其 連接的緊急斷開(kāi)開(kāi)關(guān)32，以及站22具有與其連接的光柵34.上述三個(gè)傳 感器30、 32、 34是用于保護(hù)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)裝置的傳感器的典型示例。不言而喻, 本發(fā)明不限于這種安全傳感器的使用，即站16-20同樣可以也具有與其連 接的用于標(biāo)準(zhǔn)控制任務(wù)的傳感器。
在這種情況下，站22和24作為例子而具有電磁閥36、 38和與其連接 的驅(qū)動(dòng)器40。這些是用于自動(dòng)控制裝置中的典型制動(dòng)器，盡管本發(fā)明不限 于這些制動(dòng)器。
在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)站和總線(xiàn)管理器與開(kāi)關(guān)之間的連接是借助 于CAT5以太網(wǎng)電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，站、總線(xiàn)管理器和開(kāi)關(guān)的各個(gè)連接 42是以RJ45連接42的形式的。然而，在本發(fā)明的其它示例性實(shí)施例中， 還可以使用例如玻璃纖維光纜或無(wú)線(xiàn)鏈路(例如WLAN)的其它線(xiàn)路。
根據(jù)本新穎方法，總線(xiàn)管理器14以規(guī)則的時(shí)間間隔生成總線(xiàn)電才艮44， 所述總線(xiàn)電報(bào)包含具有多個(gè)數(shù)據(jù)字段(在這種情況下未分離示出)的數(shù)據(jù) 幀46。在圖l的示例性實(shí)施例中，總線(xiàn)電報(bào)44是具有在開(kāi)端處的以太網(wǎng) 報(bào)頭和結(jié)尾校驗(yàn)和的與以太網(wǎng)兼容的電報(bào)。由以太網(wǎng)電報(bào)提供的數(shù)據(jù)區(qū)域 是數(shù)據(jù)幀46。
總線(xiàn)管理器14將總線(xiàn)電報(bào)44發(fā)送到在所述邏輯組中跟在其后的站 16。在這種情況下，其使用其MAC地址以根據(jù)以太網(wǎng)已知的方式尋址站 16。站16接收該總線(xiàn)電報(bào)44，以下面描述的方式用傳輸數(shù)據(jù)填充分配給 它的lt據(jù)字段，并且將具有新的與以太網(wǎng)兼容的總線(xiàn)電才艮(這里未示出) 的數(shù)據(jù)幀46發(fā)送到下一站18。在該上下文中，站16還使用其MAC地址 尋址站18,以相同的方式，站18將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到站20。接下來(lái)，站20 將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到站22.從那里，數(shù)據(jù)幀被轉(zhuǎn)發(fā)到站24，并且然后數(shù)據(jù)幀 46以相反順序穿過(guò)站22至16并且最后達(dá)到總線(xiàn)主控14。在該上下文中， 數(shù)據(jù)幀46是利用目的站的各自MAC地址從一個(gè)站被轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)。開(kāi)關(guān) 28是透明的，即，盡管其物理上呈現(xiàn)出在不需要在過(guò)程中改變數(shù)據(jù)幀46 的情況下將數(shù)據(jù)幀46僅從各自發(fā)送站路由到所尋址的接收站。
圖2示出了在其中通信網(wǎng)絡(luò)的物理拓樸還對(duì)應(yīng)于所述邏輯組的簡(jiǎn)化實(shí) 施例中數(shù)據(jù)幀46從一個(gè)站到下一個(gè)以;5L良向的轉(zhuǎn)發(fā)，在這種情況下，相同 的參考標(biāo)記表示與之前相同的單元。
數(shù)據(jù)幀46首先由總線(xiàn)管理器14發(fā)送到站16，總線(xiàn)管理器14使用其 MAC地址尋址站16。站16用傳輸數(shù)據(jù)填充數(shù)據(jù)幀46中分配給它的數(shù)據(jù)
字段，并且將包含新傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀46，發(fā)送到站18。站18將其傳輸數(shù) 據(jù)置于分配給它的數(shù)據(jù)字段中，并且將包含來(lái)自站16和站18的傳輸lt據(jù) 的數(shù)據(jù)幀46"發(fā)送到站20。站20用其傳輸數(shù)據(jù)填充分配給它的數(shù)據(jù)字段， 并且將包含所有傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀46"，返回到站18。在返回路徑上，數(shù)據(jù) 幀46"，經(jīng)過(guò)所有站直到其到達(dá)總線(xiàn)管理器14。包括所述總線(xiàn)管理器的每個(gè) 站因而可以在其被適當(dāng)配置的情況下讀取來(lái)自其它站的外來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。
關(guān)于各個(gè)站16至22被允許以其自己的傳輸數(shù)據(jù)填充哪些數(shù)據(jù)字段、 以及站16至20和總線(xiàn)管理器14被允許讀取哪些包含外來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù) 字段的分配，在控制模式被開(kāi)始之前以配置模式被單獨(dú)設(shè)定，這由方框箭 頭48示意地示出。
圖3示出了數(shù)據(jù)幀46的循環(huán)流通以及示意圖中各個(gè)數(shù)據(jù)字段的填充和 讀取。數(shù)據(jù)幀46在這種情況下被示為具有不同大小的八個(gè)數(shù)據(jù)字段50的 圓環(huán)段。這八個(gè)站中的每個(gè)在這種情況下已被分配有專(zhuān)用于填充以傳輸數(shù) 據(jù)的數(shù)據(jù)字段50。作為例子，站18以傳輸數(shù)據(jù)填充數(shù)據(jù)字段2，站20填 充數(shù)據(jù)字段3，以及站22填充數(shù)據(jù)字段4。當(dāng)所述站已從前一站接收到數(shù) 據(jù)幀46時(shí)，以及在所述站將數(shù)據(jù)幀46轉(zhuǎn)發(fā)到下一站之前或之時(shí)，數(shù)據(jù)字 段50被分別填充以傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)幀46的所述接收和轉(zhuǎn)發(fā)用箭頭52顯示。
當(dāng)被填充以所有傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀46以相反方向從最后一站24被返 回時(shí)(箭頭54)，各個(gè)站可以從其它數(shù)據(jù)字段讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。作為 例子，圖3示出了站18從數(shù)據(jù)字段1讀取傳輸數(shù)據(jù)，即來(lái)自站16的傳輸 數(shù)據(jù)。在這種情況下，站20從數(shù)據(jù)字段2和5讀取傳輸數(shù)據(jù)，以及站22 從數(shù)據(jù)字段7讀取傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)幀46已從總線(xiàn)管理器14向最后一站 24被發(fā)送了一次并且再次返回時(shí)，所有相關(guān)站有機(jī)會(huì)發(fā)送它們自己的傳輸 數(shù)據(jù)并且讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。
圖4示出了在本發(fā)明的各個(gè)示例性實(shí)施例中用于發(fā)送數(shù)據(jù)幀46的時(shí) 序。標(biāo)號(hào)60顯示了數(shù)據(jù)幀46的(更確切地說(shuō)是包含數(shù)據(jù)幀46的總線(xiàn)電報(bào) 44的)長(zhǎng)度。標(biāo)號(hào)62表示循環(huán)時(shí)間，即兩個(gè)接連^f目互獨(dú)立的數(shù)據(jù)幀46 被生成之間的時(shí)間。
圖4A示出了其中在每個(gè)循環(huán)時(shí)間62中正好一個(gè)數(shù)據(jù)幀46被生成并 被發(fā)送的時(shí)序圖。在本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例中，數(shù)據(jù)幀46必須在循環(huán) 時(shí)間62內(nèi)返回到總線(xiàn)管理器14，以便如果合適則總線(xiàn)管理器14可以在下 一循環(huán)時(shí)間62中發(fā)送重復(fù)幀。該優(yōu)選實(shí)施例具有各個(gè)站之間的鏈路總是僅 承載一個(gè)總線(xiàn)電報(bào)44這一優(yōu)點(diǎn)，這避免了以太網(wǎng)典型的沖突。然而可選地， 甚至在第一數(shù)據(jù)幀46a再次到達(dá)總線(xiàn)管理器14之前，基本上也可以發(fā)送第 二數(shù)據(jù)幀46b'
圖4B示出了其中在每個(gè)循環(huán)時(shí)間62中總線(xiàn)管理器14生成并發(fā)送兩 個(gè)直接接連的數(shù)據(jù)幀46、 64的示例性實(shí)施例。各自的第二數(shù)據(jù)幀64被指 定為后續(xù)幀，其利用分離的總線(xiàn)電報(bào)而凈iLl送。然而邏輯上，兩個(gè)數(shù)據(jù)幀 46、 64屬于一個(gè)整體，即拆分成兩個(gè)分離幀46、 64在這種情況下僅為了 觀(guān)測(cè)以太網(wǎng)規(guī)范的電報(bào)寬度，即使以太網(wǎng)電報(bào)中提供的數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)量(典型 為1500字節(jié))不足以提供所有連接的站所需的數(shù)據(jù)字段。
圖4C示出了其中各個(gè)數(shù)據(jù)字段50以多路復(fù)用模式被使用的示例性實(shí) 施例。在第一傳輸循環(huán)中，數(shù)據(jù)字段50a例如由站18填充以傳輸數(shù)據(jù)。在 下一傳輸循環(huán)中，同一數(shù)據(jù)字段(現(xiàn)在表示為50b)由站20填充以傳輸數(shù) 據(jù)。在第三傳輸循環(huán)中，站18再次填充數(shù)據(jù)字段50a等。同時(shí)，數(shù)據(jù)幀 46中的其它數(shù)據(jù)字段可以被單獨(dú)分配給其它站，如已提到的，多路復(fù)用模 式可以被用于使得各個(gè)站能夠具有以比其它站短的連續(xù)時(shí)間的傳輸循環(huán).
圖4D示出了同時(shí)利用4B中所示的后續(xù)幀和4C中所示的多路復(fù)用模 式的示例性實(shí)施例。優(yōu)選地，多路復(fù)用模式中的數(shù)據(jù)字段在這種情況下僅 在后續(xù)幀64中仗良送。
圖5示出了其中各個(gè)以太網(wǎng)總線(xiàn)電報(bào)44a、 44b和44c利用通信介質(zhì) 26來(lái)仗良送的本新穎方法的示例性實(shí)施例。如已知的，每個(gè)以太網(wǎng)總線(xiàn)電 報(bào)具有以太網(wǎng)報(bào)頭70和校驗(yàn)和72。以太網(wǎng)報(bào)頭70尤其包含專(zhuān)用于與以太 網(wǎng)兼容的通信介質(zhì)的發(fā)送方和接收方的MAC地址，以太網(wǎng)電報(bào)的數(shù)據(jù)區(qū) 域包括分別關(guān)聯(lián)于各個(gè)站的數(shù)據(jù)字段50。數(shù)據(jù)字段50在圖5中未分離示 出而用術(shù)語(yǔ)"循環(huán)"表示，這是因?yàn)榉謩e分配的數(shù)據(jù)字段優(yōu)選地用于每第
n個(gè)總線(xiàn)電報(bào)中的數(shù)據(jù)的循環(huán)傳輸，其中11=1，2，3...。另外，總線(xiàn)電報(bào)44 在這種情況下在其數(shù)據(jù)區(qū)域中包含非循環(huán)數(shù)據(jù)區(qū)域74。當(dāng)請(qǐng)求時(shí)，各個(gè)站 可以用傳輸數(shù)據(jù)填充非循環(huán)數(shù)據(jù)區(qū)域。如果非循環(huán)數(shù)據(jù)區(qū)域74已被站填充 以傳輸數(shù)據(jù)，則這借助于占用標(biāo)記(未示出)來(lái)信號(hào)通知，該占用標(biāo)記例 如可以在非循環(huán)區(qū)域的開(kāi)始部分來(lái)提供。想要在非循環(huán)數(shù)據(jù)區(qū)域74中發(fā)送 數(shù)據(jù)的站因而可以?xún)H當(dāng)非循環(huán)數(shù)據(jù)區(qū)域74還未被前一站填充時(shí)完成所述 操作。這可以容易地從占用標(biāo)記(未示出)來(lái)識(shí)別。
在特定優(yōu)選實(shí)施例中，兩個(gè)這種以太網(wǎng)總線(xiàn)電報(bào)44a、 44c可以具有在 它們之間,皮傳送的另一以太網(wǎng)總線(xiàn)電才艮44b，所述另一電報(bào)44b例如觀(guān)測(cè) 基于TCP/IP的協(xié)議結(jié)構(gòu)。這樣，除用于控制系統(tǒng)10的控制數(shù)據(jù)外，其它 數(shù)據(jù)可以也^C送。作為例子，連接到通信介質(zhì)26的PC因而可以將打印 機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送到同樣連接到通信介質(zhì)的打印機(jī)，這些數(shù)據(jù)能夠完全獨(dú)立于控 制數(shù)據(jù)。
圖6示出了針對(duì)控制數(shù)據(jù)和其它數(shù)據(jù)如何經(jīng)由通信介質(zhì)26 —起被發(fā)送 的另一示例性實(shí)施例。與圖5所示的實(shí)施例不同，與TCP/IP兼容的數(shù)據(jù) 在這種情況下在每個(gè)總線(xiàn)電報(bào)44a、 44b、 44c的非循環(huán)數(shù)據(jù)區(qū)域74中M 送。如果系統(tǒng)的循環(huán)時(shí)間不允許傳統(tǒng)以太網(wǎng)電報(bào)的分離傳輸或僅以增長(zhǎng)的 沖突風(fēng)險(xiǎn)允許它，則該可選項(xiàng)是特別優(yōu)選的。然而在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例 中，用于控制數(shù)據(jù)的循環(huán)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字段50總是預(yù)留給數(shù)據(jù)字段50被分 別分配到的各個(gè)站。
根據(jù)另一示例性實(shí)施例，圖5和6中所示的總線(xiàn)電報(bào)44還包含另一數(shù) 據(jù)區(qū)域76,該數(shù)據(jù)區(qū)域76被用于發(fā)送與傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電報(bào)兼容的電報(bào)數(shù) 據(jù)。在一個(gè)特定優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)區(qū)域76被用于發(fā)送基于稱(chēng)為Safety BUS p的規(guī)范的傳輸數(shù)據(jù)。這是基于CAN總線(xiàn)的特定總線(xiàn)系統(tǒng)(與CAN 兼容)，其中額外的協(xié)議層允許安全相關(guān)控制數(shù)據(jù)被發(fā)送。在特定優(yōu)選實(shí) 施例中，數(shù)據(jù)字段50被用于發(fā)送用于標(biāo)準(zhǔn)控制任務(wù)的控制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)區(qū)域 74被用于發(fā)送與Safety BUS p兼容的與安全相關(guān)的控制數(shù)據(jù)，例如來(lái)自安 全傳感器30、 32、 34的狀態(tài)信息和用于制動(dòng)器36到40的停止命令，以及
圖7是用于示出例如站16的各個(gè)站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化框圖。標(biāo)號(hào)80 表示代表站16的應(yīng)用層的微控制器。該微控制器實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)10中的 站16的功能，即在這種情況下是I/0單元的功能。取代微控制器，還可以 使用指定應(yīng)用的任務(wù)的另一部件，例如PC或指定應(yīng)用的IC (ASIC)。
應(yīng)用80與通信模塊82通信，通信模塊82被二沒(méi)計(jì)為基于本發(fā)明方法來(lái) 實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議。在優(yōu)選實(shí)施例中，其中通信介質(zhì)26是與以太網(wǎng)兼容的傳輸 鏈路，通信模塊82借助于兩個(gè)連接84、 86而連接到各自的協(xié)議塊88、 90。 協(xié)議塊88、 90被路由到RJ45連接42，并生成基于本發(fā)明的數(shù)據(jù)幀46被 嵌入到其中的與以太網(wǎng)兼容的總線(xiàn)電才艮44。數(shù)據(jù)幀46和數(shù)據(jù)區(qū)域74、 76 (如果被使用)由通信模塊82生成。另外，每個(gè)站16包含特別存儲(chǔ)了配 置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器92,所述配置數(shù)據(jù)被用于向每個(gè)站分配用于寫(xiě)或讀其自己 的或外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)字段50。振蕩器94生成基準(zhǔn)時(shí)鐘。
在圖7所示的示例性實(shí)施例中，通信模塊82是以ASIC形式的，其特 別優(yōu)選地用于例如62.5 ns或125 ns的較短循環(huán)時(shí)間?？蛇x地，通信模塊 82還可以以軟件塊的形式，該軟件塊是在合適的硬件平臺(tái)上被執(zhí)行的。后 者特別優(yōu)選地用于例如lms或5ms的較長(zhǎng)循環(huán)時(shí)間。
圖8是優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，其中來(lái)自?xún)蓚€(gè)接連的返回?cái)?shù)據(jù)幀46、 64 的傳輸數(shù)據(jù)在讀取時(shí)被重新排列或重新編譯，以便它們可以以對(duì)于應(yīng)用 100為最優(yōu)的方式被處理。所讀取的傳輸數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)分類(lèi)器102中被編譯 以形成應(yīng)用IOO所訪(fǎng)問(wèn)的新的數(shù)據(jù)字或數(shù)據(jù)幀104。為此，所述數(shù)據(jù)分類(lèi) 器使用分類(lèi)表106，當(dāng)系統(tǒng)被初始化時(shí)由總線(xiàn)管理器14將該分類(lèi)表分配給 該lt據(jù)分類(lèi)器。如由各個(gè)不同的圖案所示，數(shù)據(jù)分類(lèi)器102可以從接連的 返回?cái)?shù)據(jù)幀46、 64讀取各個(gè)傳輸數(shù)據(jù)，并且可以將其編譯到新數(shù)據(jù)字104 中，該新數(shù)據(jù)字實(shí)現(xiàn)了與后續(xù)幀的特別有利的操作。另夕卜，數(shù)據(jù)分類(lèi)器102 還可以在每種情況下正確地關(guān)聯(lián)可選地以多路復(fù)用模式被填充的數(shù)據(jù)字 段。為此，它使用數(shù)據(jù)幀計(jì)數(shù)器(FC)和循環(huán)計(jì)數(shù)器(這里未示出)。前 者計(jì)數(shù)或標(biāo)識(shí)傳輸循環(huán)內(nèi)的接連的后續(xù)幀，而后者區(qū)分來(lái)自不同傳輸循環(huán)
的數(shù)據(jù)幀。
已參考與以太網(wǎng)兼容的通信介質(zhì)說(shuō)明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。這是特 別優(yōu)選的，因?yàn)橐蕴W(wǎng)是廣泛使用的通信平臺(tái)，并且所需的硬件和軟件部 件因而是以低成本商業(yè)上可用的。然而作為上述可選項(xiàng)，本發(fā)明原則上還 可以基于其它通信介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于在包括經(jīng)由通信介質(zhì)(26)相互連接的多個(gè)空間分布的站(14-24)的控制系統(tǒng)(10)中傳送數(shù)據(jù)的方法，所述站(14-24)被邏輯上排列成一組，所述組限定了第一站(14)、至少一個(gè)第二站(16-22)和最后一站(24)，所述方法包括以下步驟-所述第一站(14)生成具有多個(gè)數(shù)據(jù)字段(50)的數(shù)據(jù)幀(46)，其中為每個(gè)第二站(16-22；16-18)和所述最后一站(24；20)明確分配至少一個(gè)數(shù)據(jù)字段(50)用于填充以傳輸數(shù)據(jù)，-所述第一站(14)將所述數(shù)據(jù)幀(46)作為輸出數(shù)據(jù)幀(46’，46”)發(fā)送到在所述組中跟在所述第一站(14)之后的第二站(16)，-每個(gè)第二站(16-22；16-18)從所述組中各自的前一站接收所述輸出數(shù)據(jù)幀(46’，46”)、用傳輸數(shù)據(jù)填充分配給它的數(shù)據(jù)字段(50)，并且將具有所述傳輸數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)幀(46’，46”)發(fā)送到所述組中的下一站，以及-所述最后一站(24；20)從所述組中的前一站接收所述輸出數(shù)據(jù)幀(46”)、用最后的傳輸數(shù)據(jù)填充分配給它的數(shù)據(jù)字段(50)，并且將具有所有傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀作為返回?cái)?shù)據(jù)幀(46)返回給所述站組，其特征在于，所述站(14-24)從所述返回?cái)?shù)據(jù)幀(46)的數(shù)據(jù)字段(50)讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一站(14)以 預(yù)定的時(shí)間間隔(62)循環(huán)生成所述輸出數(shù)據(jù)幀(46),并且將其發(fā)送到 下一個(gè)笫二站(16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)幀(46) 包含至少第一和第二數(shù)據(jù)字段組(50， 74)，其中對(duì)于所有所述數(shù)據(jù)幀(46 ) 所述第一組中的數(shù)據(jù)字段(50)被固定分配給各個(gè)站(14-24),以及其 中所述第二組中的數(shù)據(jù)字段(74)關(guān)于對(duì)各自數(shù)據(jù)幀(46)的單獨(dú)請(qǐng)求而 4皮分配給所述站(14 - 24),
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其特征在于，所述返回?cái)?shù) 據(jù)幀(46，)以與所述輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46")相反的順序經(jīng)過(guò)所述站組(14 -24)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的方法，其特征在于，所述第 一站 (14)監(jiān)控所述返回?cái)?shù)據(jù)幀(46，，，)是否在限定的時(shí)期內(nèi)到達(dá).
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的方法，其特征在于，所述通信介 質(zhì)(26)是與以太網(wǎng)兼容的傳輸鏈路，以及所述數(shù)據(jù)幀(46)是與以太網(wǎng) 兼容的數(shù)據(jù)幀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的方法，其特征在于，至少每個(gè)第 二站(16-22)利用直通方法將所述輸出數(shù)據(jù)幀(46)發(fā)送到所述組中的 下一站。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的方法，其特征在于，每個(gè)站(14 -24)將所述輸出數(shù)據(jù)幀(46)發(fā)送到正好一個(gè)下一站。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到8之一所述的方法，其特征在于，所述第 一站 (14)生成多個(gè)數(shù)據(jù)幀(46， 64)，并且將它們作為輸出數(shù)據(jù)幀發(fā)送到直接接連的下一第二站(16)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1到9之一所述的方法，其特征在于，各個(gè)數(shù)據(jù)字 段(50a， 50b)可選地由至少兩個(gè)站填充以傳輸數(shù)據(jù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到10之一所述的方法，其特征在于，各個(gè)站(14 - 24)用與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電報(bào)兼容的傳輸數(shù)據(jù)填充所述數(shù)據(jù)幀中的至少一個(gè)數(shù) 據(jù)字段(76)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1到11之一所述的方法，其特征在于，為所述站 (14-24)分別分配(48)所述輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46")中的數(shù)據(jù)字段用于填充以它們自己的傳輸數(shù)據(jù)，以及所述返回?cái)?shù)據(jù)幀(46，，，)中的數(shù)據(jù)字 段用于讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1到12之一所述的方法，其特征在于，所述站(14 -24)從所述返回?cái)?shù)據(jù)幀(46，，，)讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)，并且重新排列它 們以形成指定站的數(shù)據(jù)字。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到13之一所述的方法，其特征在于，所述第一 站(14)生成具有多個(gè)狀態(tài)字段的每個(gè)輸出數(shù)據(jù)幀(46)，其中，為每個(gè) 第二站(16-22)分配至少一個(gè)狀態(tài)字段，以及其中，每個(gè)第二站(16-22)在所述輸出數(shù)據(jù)幀(46)經(jīng)過(guò)時(shí)改變其狀態(tài)字段。
15. —種用于自動(dòng)控制裝置或器械的控制系統(tǒng)，其包括經(jīng)由通信介質(zhì) (26)相互連接的多個(gè)空間分布的站(14-24),其中所述站(14-24)被邏輯上排列成一組，該組限定了第一站(14)、至少一個(gè)第二站(16-22)和最后一站(24)，其中，所述第一站(14)被設(shè)計(jì)為生成具有多個(gè)數(shù)據(jù)字段(50)的數(shù) 據(jù)幀U6)，其中為每個(gè)第二站(16-22; 16 - 18)和所述最后一站(24; 20)明確分配至少一個(gè)數(shù)據(jù)字段(50)用于填充以傳輸數(shù)據(jù)，其中，所述第一站(14)被進(jìn)一步設(shè)計(jì)為作為輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46") 而將所述數(shù)據(jù)幀(46)發(fā)送到所述組中跟在所述第一站(14)之后的第二 站(16)，其中，每個(gè)第二站(16-22; 16-18)被設(shè)計(jì)為從所述組中各自的前 一站接收所述輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46")、用傳輸數(shù)據(jù)填充分配給它的數(shù)據(jù) 字段(50),以及將具有所述傳輸數(shù)據(jù)的輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46")發(fā)送到 所述組中的下一站，以及其中，所述最后一站(24; 20)被設(shè)計(jì)為從所述組中的前一站接收所 述輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46")、用最后的傳輸數(shù)據(jù)填充分配給它的數(shù)據(jù)字段， 以及作為返回?cái)?shù)據(jù)幀(46，)將具有所有所述傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)幀返回給所述 站組，其特征在于，所述站(14-24)被設(shè)計(jì)為從所述返回?cái)?shù)據(jù)幀(46，)中 的數(shù)據(jù)字段(50)讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述站包括被 設(shè)計(jì)為循環(huán)處理過(guò)程數(shù)據(jù)并基于其生成控制數(shù)據(jù)的至少一個(gè)控制單元(12)，并且還包括被設(shè)計(jì)為將過(guò)程數(shù)據(jù)發(fā)送到所述控制單元(12)以及從 所述控制單元(12)接收控制數(shù)據(jù)的多個(gè)I/0單元(14-24)。
17. —種用于根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的控制系統(tǒng)中的站的通信模 塊(82)，其中，所ilit信模塊(82)被設(shè)計(jì)為接收輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46") 并用傳輸數(shù)據(jù)填充它，并且從返回lt據(jù)幀(46，，，)讀取傳輸數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)該 返回?cái)?shù)據(jù)幀(46，")。
18. —種用于根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的控制系統(tǒng)中的站的通信模 塊(82 )，其中，所述通信模塊(82 )被設(shè)計(jì)為生成輸出數(shù)據(jù)幀(46，， 46") 并將它發(fā)送到下一站(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在控制系統(tǒng)中傳送數(shù)據(jù)的方法，其中，第一站(14)生成具有多個(gè)數(shù)據(jù)字段的數(shù)據(jù)幀(46)。要被填充以傳輸數(shù)據(jù)的至少一個(gè)數(shù)據(jù)字段被明確分配給每個(gè)另一站(16-20)。數(shù)據(jù)幀(46)作為輸出數(shù)據(jù)幀(46’，46”)從一個(gè)站被傳送到下一個(gè)，其中每個(gè)站用傳輸數(shù)據(jù)填充被分別分配的數(shù)據(jù)字段。最后一站(20)作為返回?cái)?shù)據(jù)幀(46’)將數(shù)據(jù)幀返回給站組。根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述站(14-20)從返回?cái)?shù)據(jù)幀(46’)中的數(shù)據(jù)字段讀取外來(lái)的傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)選地各個(gè)數(shù)據(jù)字段被分別分配給所述站(14-20)。
文檔編號(hào)G05B19/042GK101111807SQ200580047658
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者H·施文克爾, K·烏哈斯, M·霍扎普費(fèi)爾, R·斯派爾, R·魯普 申請(qǐng)人:皮爾茨公司