專利名稱：用于控制對系統(tǒng)總線的存取時間的方法和通信模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于控制對一個監(jiān)測和/或控制設備的系統(tǒng)總線的存取時間的方法，該監(jiān)測和/或控制設備具有至少一個通信模塊和至少一個通過用于傳輸測量和/或者控制信號的系統(tǒng)總線連接到該通信模塊上的、用于向現(xiàn)場應用輸入和/或者輸出測量和/或者控制信號的輸入/輸出模塊，其中，該至少一個通信模塊具有時間控制單元，用于控制一個具有為被連接到系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時間的、不斷地被重復執(zhí)行的傳輸周期。
本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)測和/或控制設備的通信模塊，該通信模塊具有用于連接下級輸入/輸出模塊的系統(tǒng)總線接口和用于控制具有為這些被連接到系統(tǒng)總線上的通信和/或輸入/輸出模塊確定的通信時間的、不斷地被重復執(zhí)行的傳輸周期的時間控制單元。
背景技術：
為控制監(jiān)測和/或控制設備的系統(tǒng)總線上的通信過程，需要精確地同步和確定連接到系統(tǒng)總線上的各個通信和輸入/輸出模塊的存取時間，以避免存取沖突。
DE 101 43 972 A1描述了一種用于過程控制系統(tǒng)通信總線的通信控制，它在使用通信時間計劃的情況下控制在通信總線上出現(xiàn)的通信。通信時間計劃預先規(guī)定何時允許這些被耦連到總線上的裝置的每一個在總線上進行通信。利用檢驗算法測定被連接到通信總線上的裝置的存在。
在自動化控制技術以太網(wǎng)(EtherCAT)中實時以太網(wǎng)的Beckhoff解決方案在SPS雜志2003/5+6版第42至45頁中公開了一種方法，用于同步具有通過以太網(wǎng)場總線相互連接的輸入/輸出模塊的控制設備。每個輸入/輸出模塊具有時鐘，以控制對以太網(wǎng)場總線的存取時間。母鐘確定相對于分布的控制設備的單個子時鐘的傳輸時間偏差。基于各個傳輸時間差依次執(zhí)行分布的時鐘，從而其高精度的網(wǎng)絡寬度時基可供使用。
這種監(jiān)測和/或控制設備的問題在于，為保證可靠運行，借助于其確定連接到系統(tǒng)總線上的這些單個的通信模塊和輸入/輸出模塊的通信時間的傳輸周期或宏周期必須預先針對監(jiān)測和控制設備所允許的最大擴展級來設計。

發(fā)明內(nèi)容
為了優(yōu)化系統(tǒng)總線負荷，本發(fā)明的任務在于提供一種用于控制對監(jiān)測和/或控制設備的系統(tǒng)總線的存取時間的、改進的方法以及改進的通信模塊。
該任務通過用于控制對一個監(jiān)測和/或控制設備的系統(tǒng)總線的存取時間的方法這樣來解決，該監(jiān)測和/或控制設備具有至少一個通信模塊和至少一個通過用于傳輸一些測量和/或控制信號的系統(tǒng)總線連接到通信模塊上的、用于向現(xiàn)場應用輸入和/或輸出測量和/或控制信號的輸入/輸出模塊和用于控制一個具有為被連接到系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時間的、不斷地被重復執(zhí)行的傳輸周期的通信模塊時間控制單元，即優(yōu)選在監(jiān)測和/或控制設備的引導階段測定系統(tǒng)總線上的信號傳輸時間(Signallaufzeiten)并且根據(jù)所測量的最長信號傳輸時間確定用于該系統(tǒng)總線上一個傳輸周期的周期時間(Zykluszeit)。
傳輸周期的周期時間因此不像以往在考慮到監(jiān)測和/或控制設備所允許的最大擴展級情況下那樣固定地預先給定，而是根據(jù)所測定的信號傳輸時間可變地調(diào)節(jié)。這樣具有的優(yōu)點是，系統(tǒng)總線的傳輸周期可靈活地與監(jiān)測/控制設備的實際信號傳輸狀況相匹配。
該方法優(yōu)選具有以下步驟a)測量系統(tǒng)總線上的信號傳輸時間和確定最長的信號傳輸時間；b)根據(jù)最長的信號傳輸時間確定最大的數(shù)據(jù)傳輸速率；c)根據(jù)最大的數(shù)據(jù)傳輸速率確定一個傳輸周期的最小周期時間；以及d)將最小的周期時間傳送到所有被連接到系統(tǒng)總線上的通信模塊和輸入/輸出模塊上，用于控制對系統(tǒng)總線的存取時間。
信號傳輸時間的測量優(yōu)選通過包括時間控制單元的上級通信模塊實現(xiàn)，其中，確定該通信模塊與下級輸入/輸出模塊以及必要時并列的通信模塊之間的所有的信號傳輸時間。信號傳輸時間測量本身已足夠地被公知。通過傳輸周期的周期時間現(xiàn)在與所測量的最長信號傳輸時間或與此相聯(lián)系所允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的可變匹配，可以優(yōu)化系統(tǒng)總線的利用。
周期時間的確定可以在具有當前配置的監(jiān)測和/或控制設備的首次投入運行時進行。例如手動啟動方法的結(jié)果在檢驗和必要時優(yōu)化之后持久地被存儲，從而在以后的運行中這些通信模塊和下級的輸入/輸出模塊因此可以存取以上結(jié)果，而無需再次執(zhí)行該方法。周期時間的存儲例如可以在EPROM存儲器(Erasable Programmable Read OnlyMemory)上實現(xiàn)。
周期時間的確定優(yōu)選在用于監(jiān)測和/或控制設備的初始化和配置的每個引導階段進行，從而如果監(jiān)測/控制設備在接通或者改變時被重新初始化和配置，可以每次重新調(diào)節(jié)周期時間并與實際存在的系統(tǒng)環(huán)境相匹配。因此確保所調(diào)節(jié)出的傳輸周期實際上始終與實際存在的系統(tǒng)環(huán)境相匹配。
可以將對于最小周期時間的這些值優(yōu)選確定為連續(xù)的數(shù)值。這樣所具有的優(yōu)點是，可以可變地調(diào)節(jié)周期時間無需限制于數(shù)據(jù)傳輸速率的預先給定的級。但最小存取時間的值也可以選擇按級地確定。
該任務此外利用開始所述類型的通信模塊由此得以解決，即這些通信模塊被安排用于實施上述方法。為此僅需以本身公知的方式在硬件或者軟件上實施用于確定信號傳輸時間的方式。確定用于優(yōu)化傳輸周期的周期時間優(yōu)選通過與在通信模塊中存儲的數(shù)學算法或者表格相結(jié)合的程序算法實現(xiàn)。


下面借助附圖對本發(fā)明舉例進行詳細說明。其中圖1示出用于控制對系統(tǒng)總線的存取時間的方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出用于確定在監(jiān)測/控制設備、特別是SPS-控制器的系統(tǒng)總線上的傳輸周期的周期時間的方法的流程圖。至少一個通信模塊被設置有一個系統(tǒng)總線接口，在該系統(tǒng)總線接口上連接至少另一個輸入/輸出模塊，用于向現(xiàn)場應用、如傳感器、馬達控制裝置等輸入和/或輸出測量信號和/或控制信號。系統(tǒng)總線上的通信利用上級的通信模塊的時間控制單元這樣被控制，即確定在不斷地重復進行的傳輸周期中為在系統(tǒng)總線上所連接的通信和輸入/輸出模塊所定義的通信時間。也就是說，通信和/或輸入/輸出模塊的這些讀寫周期在所述傳輸周期中被固定地預先給定。
系統(tǒng)總線上的通信根據(jù)系統(tǒng)總線的線路長度通過傳輸時間差被限制，必須預先規(guī)定傳輸周期的最大數(shù)據(jù)傳輸速率和與此相聯(lián)系的最小周期時間。這種周期時間通常被固定地調(diào)節(jié)出或者在系統(tǒng)總線的用戶之間協(xié)商確定。
按照本發(fā)明，用于一個傳輸周期的周期時間主要通過包括時間控制單元的通信模塊來確定，其方式是在用于監(jiān)測/控制設備的初始化和配置的引導階段啟動優(yōu)化程序(步驟A)。在此，在步驟B)中測定對于監(jiān)測/控制設備最長的信號傳輸時間，其方式是將在一個通信模塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送給被連接的輸入/輸出模塊中的每一個和必要時并列的通信模塊中的每一個或從它們接收這些數(shù)據(jù)，并且以本身公知的方式測量通信模塊與輸入/輸出模塊或并列通信模塊之間的信號傳輸時間。在為傳輸周期確定周期時間的通信模塊的存儲器中，存儲數(shù)學算法或者表格，利用它們可以由在步驟B)中確定的最長信號傳輸時間計算(步驟D)用于監(jiān)測/控制設備的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。由在系統(tǒng)總線上進行信號傳輸可以利用的最大數(shù)據(jù)傳輸速率然后確定最小周期時間。這取決于對于每個傳輸周期預先規(guī)定的通信過程。
必要時也可以根據(jù)在系統(tǒng)總線上所連接的通信和輸入/輸出模塊的數(shù)量來確定最小周期時間(步驟D)。
接著在步驟E)中將對于所有用戶有效的周期時間傳輸?shù)剿杏脩?，從而基于具體的監(jiān)測/控制設備允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率可變地預先規(guī)定普遍有效的傳輸周期。
然后在步驟F)中通過所有用戶調(diào)節(jié)出新的周期時間并在步驟G)中結(jié)束優(yōu)化和調(diào)節(jié)程序。接著可繼續(xù)進行引導過程并將監(jiān)測/控制設備投入運行。
權(quán)利要求
1.用于確定在一個監(jiān)測和/或控制設備的系統(tǒng)總線上的一個傳輸周期的一個周期時間的方法，該監(jiān)測和/或控制設備具有至少一個通信模塊和至少一個通過該用于傳輸一些測量和/或控制信號的系統(tǒng)總線連接到該通信模塊上的、用于向現(xiàn)場應用輸入和/或輸出測量和/或控制信號的輸入/輸出模塊，其中，所述至少一個通信模塊具有一個時間控制單元，用于控制一個具有為這些被連接到該系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時間的、不斷地被重復執(zhí)行的傳輸周期，其特征在于，測定該系統(tǒng)總線上的信號傳輸時間并且根據(jù)所測量的最長信號傳輸時間確定用于該系統(tǒng)總線上一個傳輸周期的該周期時間。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具有步驟a)測量該系統(tǒng)總線上的信號傳輸時間并且確定該最長的信號傳輸時間；b)根據(jù)該最長的信號傳輸時間確定最大的數(shù)據(jù)傳輸速率；c)由該最大的數(shù)據(jù)傳輸速率確定一個傳輸周期的最小周期時間；以及d)將該最小的周期時間傳送到所有被連接到該系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊上，用于控制對該系統(tǒng)總線的存取時間。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過該系統(tǒng)總線測量從一個上級通信模塊分別向這些下級的輸入/輸出模塊的信號傳輸時間。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在該監(jiān)測和/或控制設備首次投入運行時進行這些周期時間的確定并且持久地存儲所述周期時間。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在用于該監(jiān)測和/或控制設備的初始化及配置的每個引導階段中進行所述周期時間的確定。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，可以將對于該最小周期時間的這些值確定為連續(xù)的值。
7.按權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，可以按級地確定該最小周期時間的這些值。
8.用于一個監(jiān)測和/或控制設備的通信模塊，該通信模塊具有一個用于連接下級的輸入/輸出模塊的系統(tǒng)總線接口和一個用于控制具有為這些被連接到該系統(tǒng)總線上的通信和/或者輸入/輸出模塊確定的通信時間的、不斷地被重復執(zhí)行的傳輸周期的時間控制單元，其特征在于，該通信模塊被設置用于實施按前述權(quán)利要求之一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定在監(jiān)測和/或控制設備的系統(tǒng)總線上的一個傳輸周期的周期時間的方法，該監(jiān)測和/或控制設備具有至少一個通信模塊和至少一個通過用于傳輸測量和/或控制信號的系統(tǒng)總線連接到通信模塊上的、用于向現(xiàn)場應用輸入和/或輸出測量和/或控制信號的輸入/輸出模塊，其中，至少一個通信模塊具有時間控制單元，用于控制一個具有為被連接到系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時間的、不斷地被重復執(zhí)行的傳輸周期，包括測定系統(tǒng)總線上的信號傳輸時間和根據(jù)所測量的最長信號傳輸時間確定系統(tǒng)總線上一個傳輸周期的周期時間。
文檔編號H04L12/26GK1946048SQ20061014869
公開日2007年4月11日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者托馬斯·阿爾貝斯 申請人:Wago管理有限公司