DE10145518A1 - System und Verfahren zur Einführung von Redundanzmechanismen in ein Kommunikationssystem - Google Patents

Abstract

System und Verfahren zur Einführung von Redundanzmechanismen in ein Kommunikationssystem mit folgenden Schritten: DOLLAR A a. Übertragung eines Datentelegramms für die Synchronisation von einem Taktschläger über disjunkte Pfade zu den Knoten, DOLLAR A b. im Fall einer Unterbrechung der Übertragung in einem der disjunkten Pfade: DOLLAR A i. Übertragung des Datentelegramms von dem Taktschläger über einen ersten Teilpfad des unterbrochenen Pfades und DOLLAR A ii. Übertragung des Datentelegramms von dem Taktschläger über den nicht unterbrochenen Pfad und von dort über einen zweiten Teilpfad des unterbrochenen Pfads.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Einfüh­ rung von Redundanzmechanismen in ein Kommunikationssystem.

Aus der DE 42 15 380 A1 ist ein Verfahren zum Synchronisieren von lokalen Zeitgebern eines Automatisierungssystems bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein lokaler Zeitgeber mit einer Zeitinformation synchronisiert, die aus der Zeitinformation eines zentralen Zeitgebers sowie einer der Übertragungs- und Verarbeitungszeit entsprechenden Korrektur gebildet ist. Die Zeitinformation wird von einer dem zentralen Zeitgeber zuge­ hörigen Übertragungseinheit nur dann übertragen, wenn diese von der aktuellen Zeit um weniger als einen vorgegebenen Be­ trag abweicht. Nachteilig bei diesem vorbekannten Verfahren ist, dass, wenn es zu einem Ausfall des zentralen Zeitgebers kommt oder wenn die Busleitung zu dem zentralen Zeitgeber un­ terbrochen wird, keine Synchronisation der lokalen Zeitgeber mehr erfolgen kann.

Aus der DE 197 03 963 A1 ist ein Verfahren zum Austauschen von Daten zwischen dezentral anordenbaren elektronischen Bau­ gruppen bekannt. Dabei wird eine Baugruppe als Takterzeuger verwendet und zwar ohne einen Redundanzmechanismus.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene standardisierte Kommunikationssysteme, auch Bussysteme genannt, zum Datenaus­ tausch zwischen zwei oder mehreren elektronischen Baugruppen bzw. Geräten bekannt, insbesondere auch für den Einsatz in Automatisierungssystemen. Beispiele für solche Kommunikati­ onssysteme sind: Feldbus, Profibus, Ethernet, Industrial Ethernet, FireWire oder auch PC-interne Bussysteme (PCI).

Diese Bussysteme sind jeweils für unterschiedliche Anwen­ dungsfelder konzipiert bzw. optimiert und erlauben den Aufbau eines dezentralen Steuerungssystems. Für die Prozesssteuerung und -überwachung in der automatisierten Fertigung und insbe­ sondere bei digitalen Antriebstechniken sind sehr schnelle und zuverlässige Kommunikationssysteme mit vorhersagbaren Re­ aktionszeiten erforderlich.

Mit parallelen Bussystemen, wie beispielsweise SMP, ISA, PCI oder VME, ist eine sehr schnelle und einfache Kommunikation zwischen verschiedenen Baugruppen aufbaubar. Diese bekannten Bussysteme finden ihren Einsatz dabei insbesondere in Rech­ nern und PCs.

Insbesondere aus der Automatisierungstechnik sind synchrone, getaktete Kommunikationssysteme mit Äquidistanz-Eigenschaften bekannt. Hierunter versteht man ein System aus wenigsten zwei Teilnehmern, die über ein Datennetz zum Zweck des gegenseiti­ gen Austauschs von Daten bzw. der gegenseitigen Übertragung von Daten miteinander verbunden sind. Dabei erfolgt der Da­ tenaustausch zyklisch in äquidistanten Kommunikationszyklen, die durch den vom System verwendeten Kommunikationstakt vor­ gegeben werden. Teilnehmer sind beispielsweise zentrale Auto­ matisierungsgeräte, Programmier-, Projektierungs- oder Be­ diengeräte, Peripheriegeräte wie z. B. Ein-/Ausgabe- Baugruppen, Antriebe, Aktoren, Sensoren, speicherprogrammier­ bare Steuerungen (SPS) oder andere Kontrolleinheiten, Compu­ ter, oder Maschinen, die elektronische Daten mit anderen Ma­ schinen austauschen, insbesondere Daten von anderen Maschinen verarbeiten. Unter Kontrolleinheiten werden im folgenden Reg­ ler- oder Steuerungseinheiten jeglicher Art verstanden.

Ein äquidistanter deterministischer zyklischer Datenaustausch in Kommunikationssystemen basiert auf einer gemeinsamen Takt- bzw. Zeitbasis aller an der Kommunikation beteiligten Kompo­ nenten. Die Takt- bzw. Zeitbasis wird von einer ausgezeichne­ ten Komponente (Taktschläger) zu den anderen Komponenten übertragen. Bei einem Isochronen Realtime-Ethernet wird der Takt bzw. die Zeitbasis von einem Synchronisationsmaster durch das Senden von Synchronisationstelegrammen vorgegeben. Bei einem Ausfall der Komponente Taktschläger oder eines Ver­ bindungspfades des Taktschlägers fällt die Takt- bzw. Zeitba­ sis für die restlichen an der Kommunikation beteiligten Kom­ ponenten aus. Aufgabe der Erfindung ist es, den Verlust der Takt- bzw. Zeitbasis für die restlichen an der Kommunikation beteiligten Komponenten zu verhindern.

Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche jeweils gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhän­ gigen Ansprüchen angegeben. Nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Redundanzmechanismus für die Taktsynchronisation so hergestellt, dass von einem Taktschläger der Takt auf disjunkten Pfaden übertragen wird. Dieses Prinzip kann sowohl bei der Verwendung nur eines Takt­ schlägers als auch bei Verwendung mehrerer Taktschläger ange­ wandt werden. Kommt es zu einer Unterbrechung in einem der Pfade, so werden die entsprechenden Datentelegramme des Takt­ schlägers in die aufgrund der Unterbrechung entstandenen Teilnetze eingespeist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Redundanzmechanismus eingeführt, in dem mehrere Taktschläger jeweils mit unterschiedlicher Priorität in dem Kommunikationssystem vorhanden sind. Dabei synchronisiert der Taktschläger mit der höchsten Priorität auch alle anderen Taktschläger, so dass die Taktsignale von Taktschlägern und von Ersatztaktschlägern im Normalbetrieb nahezu identisch sind.

Bei Ausfall des höchstprioren Taktschlägers wird dann automa­ tisch der jeweils verfügbare Taktschläger mit der nächst niedrigeren Priorität als Taktschläger für einen bestimmten Knoten in dem Kommunikationssystem ausgewählt. Diese Auswahl kann so erfolgen, dass in jedem Datentelegramm eines Takt­ schlägers auch dessen Priorität beinhaltet ist. Anhand der Priorität kann dann ein Knoten indem Kommunikationssystem, das Datentelegramm des höchstprioren Taktschlägers auswählen. Dabei können die Prioritäten fest zugeordnet sein oder die Prioritäten können etwa bei einem Ausfall eines der Takt­ schläger neu vergeben werden.

Beispielsweise kann die Auswahl eines Ersatztaktschlägers bei einem Ausfall des höchstprioren Taktschlägers über eine ent­ sprechende Projektierung des Kommunikationssystems erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Taktschläger über In­ formationen über die im System vorhandenen bzw. projektierten Taktschläger verfügen können, so dass die Priorisierung bei­ spielsweise über die Projektierung erfolgt.

In den zu synchronisierenden Knoten des Kommunikationssystems wird entweder immer nur das höchstpriore Taktsignal verwen­ det, welches an dem betreffenden Knoten verfügbar ist, oder es wird ein aus mehreren oder allen an einem Knoten verfügba­ ren Taktsignalen gewichtetes Taktsignal generiert. Die Ge­ wichtung kann durch Mittelwertbildung der einzelnen Taktsig­ nale oder durch eine andere Art der Filterung generiert wer­ den.

Die Erfindung erlaubt die Einführung eines Redundanzmechanis­ mus in ein Kommunikationssystem mittels der gleichzeitigen Verwendung mehrerer Taktschläger bzw. mittels eines Mechanis­ mus zur Aktivierung von Ersatztaktschlägern bei einem Stör­ fall. Besonders vorteilhaft ist dabei die mit der Erfindung erreichbare Erhöhung der Verfügbarkeit solcher Systeme, da der Ausfall einer einzelnen Komponente (Taktschläger) oder eines Verbindungspfades nicht zum Ausfall des Gesamtsystems führt.

Dieser erfindungsgemäße Vorteil ist besonders bei einer An­ wendung für Verpackungsmaschinen, Pressen, Kunststoffspritz­ maschinen, Textilmaschinen, Druckmaschinen, Werkzeugmaschi­ nen, Roboter, Handlingsystemen, Holzverarbeitungsmaschinen, Glasverarbeitungsmaschinen, Keramikverarbeitungsmaschinen so­ wie Hebezeugen von Bedeutung.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäßen Kommunikationssystems,

Fig. 2 ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer zweiten bevorzugten Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikations­ systems mit zumindest einem Ersatztaktschläger,

Fig. 4 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zumindest einem Ersatztaktschläger,

Fig. 5 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Ersatztakt­ schlägern.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems mit den Knoten 1 bis 5. Jeder der Kno­ ten 1 bis 5 beinhaltet eine Geräte-Komponente des Kommunika­ tionsnetzwerks wie beispielsweise einen Taktschläger oder ei­ ne Steuereinheit. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Komponente des Knotens 1 um einen Taktschläger, der Datentelegramme zur Synchronisation der Komponenten der wei­ teren Knoten 2 bis 5 generiert. Diese Datentelegramme werden über die Leitungen 6 bis 10, die die einzelnen Knoten 1 bis 5 miteinander verbinden, in dem Kommunikationssystem übertra­ gen.

Die Übertragung eines Datentelegramms vom Knoten 1 erfolgt dabei einerseits über einen Pfad P₁, der die Leitungen 6 und 7 beinhaltet zu den Knoten 2 und 3. Die Knoten 2 und 3 bilden eine M₁, die zum Pfad P₁ gehört.

Zu den Knoten 4 und 5 werden die Datentelegramme andererseits über die Leitungen 8 und 9 übertragen. Ferner sind die Knoten 3 und 4 über eine Leitung 10 miteinander verbunden. Die Lei­ tungen 8, 9 und 10 bilden einen Pfad P₂, zu dem die Menge M₂ der Knoten 4 und 5 gehört.

Durch die Leitung 10 des Pfads P₂ werden die beiden Pfade P₁ und P₂ an deren Endpunkten miteinander verbunden. Aufgrund der so resultierenden Ringtopologie können in jedem der Kno­ ten 2 bis 5 sowohl das über den Pfad P₁, als auch das über den Pfad P₂ abgesandte Datentelegramm des Taktschlägers des Knotens 1 empfangen werden.

Die betreffende Komponente in einem Knoten kann dann ledig­ lich jenes Datentelegramm für die Synchronisation verwenden, welches über den Pfad ausgesendet worden ist, zu dem die betreffende Komponente gehört - für den Fall des Knotens 2 bedeutet dies, dass die Komponente des Knotens 2 nur das Da­ tentelegramm des Taktschlägers des Knoten 1 auswertet, wel­ ches über die Leitung 6 empfangen worden ist.

Dagegen ist es auch möglich, dass eine Komponente beide Da­ tentelegramme, das heißt, sowohl das Datentelegramm des Pfads, zu dem die Komponente gehört, als auch das Datentele­ gramm des anderen Pfads, für die Synchronisation verwendet, indem beispielsweise aus den beiden Datentelegrammen ein für die Synchronisation gewichtetes oder gefiltertes Signal gene­ riert wird.

Für die Komponente des Knotens 2 bedeutet dies, dass sowohl das über die Leitung 6 als auch das über die Leitung 7 emp­ fangene Datentelegramm des Taktschlägers der Komponente 1 für die Synchronisation verwendet wird.

In einem Fehlerfall kommt es beispielsweise an der mit X in der Leitung 7 in der Fig. 1 gekennzeichneten Stelle des Netz­ werks zu einer Unterbrechung, das heißt, der Pfad P1 wird zwischen den Knoten 2 und 3 aufgetrennt. Daraus resultiert ein Teilpfad P₁₁ mit der Leitung 6 und dem Knoten 2 und einem Teilpfad P₁₂ mit dem Knoten 3.

In diesem Fall werden die Knoten 2 bis 5 des Kommunikations­ systems mit Datentelegrammen zur Synchronisation über die so resultierenden Teilnetzwerke versorgt, das heißt, die Kompo­ nente des Knotens 2 erhält ein Datentelegramm von dem Takt­ schläger des Knotens 1 über die Leitung 6 und die Komponenten 4 und 5 erhalten ein Datentelegramm über die Leitungen 8 und 9 des Pfads P₂. Über die Leitung 10 ist der aus dem Knoten 3 bestehende Teilpfad P₁₂ mit dem Pfad P₂ verbunden, so dass auch die Komponente des Knotens 3 trotz der Durchtrennung der Leitung 7 ein Datentelegramm für die Synchronisation emp­ fängt.

Durch die disjunkten Pfade P₁ und P₂ ist also sichergestellt, dass auch im Fall einer Leitungsdurchtrennung das Kommunika­ tionssystem weiter arbeiten kann.

Die Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Flussdiagramm. Im Normal­ betrieb des Kommunikationssystems werden Datentelegramme von einem Taktschläger des Kommunikationssystems über disjunkte Pfade übertragen. So werden die Datentelegramme über den Pfad P₁ zu Knoten des Kommunikationssystems der Menge M₁ und über einen Pfad P₂ zu Knoten der Menge M₂ übertragen. Die Pfade P₁ und P₂ sind disjunkt und haben vorzugsweise den selben End­ punkt bzw. sind an deren Endpunkten miteinander über eine Leitung verbunden.

Im Schritt 21 kommt es zu einem Fehlerfall. Beispielsweise wird durch den Fehlerfall der Pfad P₁ unterbrochen. Dadurch zerfällt der Pfad P₁ in zwei Teilpfade P₁₁ und P₁₂. Der Teil­ pfad P₁₁ hat eine unmittelbare Verbindung zu dem Knoten des Kommunikationssystems, welcher den Taktschläger beinhaltet. Dieser Teilpfad P₁₁ hat eine Teilmenge M₁₁ von Knoten der Men­ ge M₁.

Dagegen hat der Teilpfad P₁₂ keine unmittelbare Verbindung zu dem Knoten des Kommunikationsnetzwerks mit dem Taktschläger und beinhaltet eine Teilmenge M₁₂ von Knoten der Menge M₁. Der Teilpfad P₁₂ hat jedoch eine Verbindung mit dem Pfad P₂.

Im Schritt 22 überträgt der Taktschläger ein Datentelegramm über den Teilpfad P₁₁ zu den Knoten der Menge M₁₁. Durch das Durchtrennen des Pfads P₁ resultiert ein verketteter Pfad P_ver, der aus den miteinander verbundenen Pfäden P₂ und P₁₂ be­ steht. Über diesen verketteten Pfad überträgt der Taktschlä­ ger das entsprechende Datentelegramm zu den Knoten der Verei­ nigungsmenge der Mengen M₂ und M₁₂. Die resultierenden Pfade P₁₁ und P_ver sind ebenfalls disjunkt, haben aber keinen ge­ meinsamen Endpunkt oder eine Verbindung zwischen ihren End­ punkten.

Die Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Kommunikationssystems. Das Kommunikationssys­ tem der Fig. 3 beinhaltet die Knoten 11 bis 15, die über Lei­ tungen 16 bis 19 miteinander verbunden sind. In zumindest zwei unterschiedlichen Knoten des Kommunikationssystems be­ findet sich je ein Taktschläger; bei dem Beispiel der Fig. 3 handelt es sich um die Knoten 11 und 15.

Die Taktschläger der Knoten 11 und 15 haben unterschiedliche Prioritäten. Beispielsweise handelt es sich bei dem Takt­ schläger des Knotens 11 um den höchstprioren Taktschläger und bei dem Taktschläger des Knotens 15 um einen niederprioren Taktschläger, der auch als Ersatztaktschläger bezeichnet wird.

Im Normalbetrieb sind sowohl der Taktschläger des Knotens 11 als auch der Ersatztaktschläger des Knotens 15 aktiv und versenden entsprechende Datentelegramme. Die Priorität ist eine Eigenschaft des jeweiligen Taktschlägers und wird bei der Parametrierung des Kommunikationssystems statisch festge­ legt und/oder kann dynamisch an die jeweilige Situation an­ gepasst werden. Die jeweilige Priorität ist den zu synchroni­ sierenden Komponenten bekannt und/oder wird zusammen mit dem Datentelegramm des Taktsignals übertragen. Alle Komponen­ ten verwenden ausschließlich das Taktsignal der höchsten Pri­ orität und zwar auch der oder die Ersatztaktschläger für de­ ren Synchronisation mit dem jeweils höchstprioren Taktschlä­ ger.

Im Normalbetrieb des Kommunikationssystems der Fig. 3 senden also die Taktschläger der Knoten 11 und 15 jeweils Datentele­ gramme für die Synchronisation. Die jeweiligen Datentelegram­ me beinhalten eine Kennung aus der sich die Priorität des Taktschlägers ergibt, der das Datentelegramm gesendet hat.

Die Komponenten in den Knoten 12, 13 und 14 empfangen also jeweils zwei Datentelegramme mit unterschiedlicher Priorität, die sich aus der jeweiligen in dem Datentelegramm beinhalte­ ten Kennung ergibt. Die betreffende Komponente kann dann das Datentelegramm von dem höherprioren Taktschläger auswählen und nur dieses für die Synchronisation verwenden. Die Kompo­ nente kann jedoch auch beide Datentelegramme berücksichtigen und durch Filterung, beispielsweise eine Gewichtung der ent­ sprechenden Synchronisationsdaten, ein Signal für die Syn­ chronisation des lokalen Taktsignals der Komponente generie­ ren.

In einem ersten Fehlerfall fällt beispielsweise der Takt­ schläger im Knoten 11 aus. In diesem Fall erhalten die zur synchronisierenden Komponenten der Knoten 12, 13 und 14 nur noch Datentelegramme für die Synchronisierung vom Ersatztakt­ schläger des Knotens 15, der aufgrund des Ausfalls des Takt­ schlägers des Knotens 11 gleichzeitig auch der verbleibende Taktschläger des Kommunikationssystems ist und damit zum höchstprioren Taktschläger wird. Aufgrund dessen tritt also der Ersatztaktschläger an die Stelle des ausgefallenen Takt­ schlägers.

Bei einer Wichtung der einzelnen Datentelegramme des Takt­ schlägers und des Ersatztaktschlägers können bei einem Aus­ fall eines der Taktschläger Algorithmen unter Verwendung von Vergangenheitswerten zur Anwendung kommen, um die Takt- bzw. Zeitbasis der betreffenden Komponente ohne Sprung an das Taktsignal des verbleibenden Ersatztaktschlägers anzupassen. Ein solcher Algorithmus kann auch bei einer Durchtrennung des Kommunikationssystems z. B. an der in der Fig. 3 mit X ge­ kennzeichneten Stelle verwendet werden, wenn in den einzelnen Komponenten dann nur noch entweder das Taktsignal des Haupt­ taktschlägers oder das Taktsignal des Ersatztaktschlägers empfangen wird.

Wenn das System beispielsweise an der Stelle X unterbrochen wird, z. B. durch einen Kabelbruch, so "zerfällt" das Netz in zwei Teilnetze. Die Komponenten innerhalb der Teilnetze sind jedoch weiterhin synchron aufgrund des jeweils empfangenen Datentelegramms eines der Taktschläger der Knoten 11 bzw. 15.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Kommunika­ tionssystems der Fig. 3 sendet nur der höchstpriore Takt­ schläger im Normalbetrieb, das heißt, der Taktschläger des Knotens 11. Die von dem Taktschläger des Knotens 11 gesende­ ten Datensignale werden auch von dem Ersatztaktschläger des Knotens 15 empfangen.

Fällt der Taktschläger des Knotens 11 aus, so empfängt der Ersatztaktschläger in dem Knoten 15 kein Taktsignal mehr. Nach einer projektierbaren Anzahl von Kommunikationszyklen nimmt dann der Ersatztaktschläger des Knotens 15 seinen Be­ trieb auf und sendet Datentelegramme für die Synchronisation an die zu synchronisierenden Komponenten des Netzwerks.

Die Zyklen zwischen dem Ausfall des höchstprioren Taktschlä­ gers des Knotens 11 bis zur Aufnahme des Betriebs durch den Ersatztaktschläger des Knotens 15 werden durch die interne Taktgenerierung in den Komponenten überbrückt. Der Übergang von der Synchronisierung mittels der vom Haupttaktschläger empfangenen Datentelegramme zu einer Synchronisierung auf­ grund von Datentelegrammen des Ersatztaktschlägers, bzw. vom internen Takt auf den Takt des Ersatztaktschlägers, wird durch Algorithmen unter Verwendung von Vergangenheitswerten ohne Sprung gesteuert bzw. geregelt.

Gleiches gilt für eine Unterbrechung des Systems, z. B. an der mit X gekennzeichneten Stelle in der Fig. 3. Vorausge­ setzt beide Taktschläger sind bei einer solchen Leitungsun­ terbrechung noch aktiv, zerfällt das Netz wiederum in zwei Teilnetze, die mittels des Haupt- bzw. des Ersatztaktschlä­ gers jeweils synchronisiert werden.

Die Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm einer weiteren Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Schritt 40 betrifft den Normalbetrieb. Mehrere Taktschläger T₁ bis T_n senden jeweils Datentelegramme ins Netzwerk.

Die einzelnen Taktschläger haben dabei unterschiedliche Prio­ ritäten, das heißt, jede Priorität kommt nur einmal in dem Kommunikationssystem vor. Beispielsweise handelt es sich bei dem Taktschläger T₁ um den Taktschläger mit der höchsten Pri­ orität und bei dem Taktschläger T_n um den Taktschläger mit der niedrigsten Priorität, wobei die Prioritäten der Takt­ schläger T₂ bis T_n-1 beispielsweise linear mit deren Laufindex abfallend sind.

Die einzelnen Datentelegramme der Taktschläger beinhalten ei­ ne Kennung aus der für jeden Knoten in dem Kommunikationssys­ tem die Priorität des entsprechenden Taktschlägers erkennbar ist. Beispielsweise berücksichtigt jeder Knoten nur das von dem höchstprioren Taktschläger T₁ herrührende Datentelegramm für die Synchronisation. Dies trifft insbesondere auch für die niederprioren Taktschläger T₂ bis T_n zu, die sich ihrer­ seits mit dem höchstprioren Taktschläger T₁ mittels dessen Datentelegrammen synchronisieren.

Im Schritt 41 kommt es zu einem Ausfall des höchstprioren Taktschlägers T₁ aufgrund eines Defekts des Taktschlägers T₁ und/oder einer Leitungsunterbrechung, die den Taktschläger T₁ von zumindest einem Teil der Knoten des Kommunikationssys­ tems abtrennt.

Im Weiteren wird ein solcher beliebiger Knoten K_i betrachtet, der nicht mehr die Datentelegramme des Taktschlägers T₁ emp­ fängt. Im Schritt 42 überprüft der Knoten K_i zunächst, ob ein Empfang von Datentelegrammen des Taktschlägers mit der nächstniedrigeren Priorität, das heißt, des Taktschlägers T₂ vorliegt. Wenn dies der Fall ist, wird dieser Taktschläger T₂ von dem Knoten K_i im Schritt 43 als Taktschläger für die wei­ tere Synchronisation ausgewählt.

Falls dies nicht der Fall ist, wird im darauffolgenden Schritt 44 jeweils für Taktschläger T_j in der Reihenfolge ab­ fallender Prioritäten vom Knoten K_i geprüft, ob ein Datente­ legramm von dem betreffenden Taktschläger T_j empfangen werden kann. Ist dies der Fall, wird der betreffende Taktschläger T_j im Schritt 45 für die weitere Synchronisation ausgewählt.

Ist das Gegenteil der Fall, so wird schließlich im Schritt 46 hinsichtlich des Taktschlägers T_n mit der niedrigsten Priori­ tät geprüft, ob im Knoten K_i ein Datentelegramm von diesem niedrigstprioren Taktschläger T_n empfangen werden kann. Ist dies der Fall, so wird dieser Taktschläger im Schritt 47 vom Knoten K_i für die weitere Synchronisation ausgewählt. Ist das Gegenteil der Fall, so wird im Schritt 48 der Ausfall des betreffenden Knotens K_i gemeldet, in dem beispielsweise eine Signalleuchte angeht.

Je nach der Art des Störfalls können aufgrund der in den Kno­ ten des Kommunikationssystems ablaufenden Prüfungen 42 und 46 die betreffenden Knoten zu unterschiedlichen Ergebnissen, das heißt, zu einer unterschiedlichen Auswahl von Taktschlägern kommen. Beispielsweise kann das Kommunikationsnetz aufgrund von einer oder mehreren Leitungsunterbrechungen in Teilnetze zerfallen, die dann von verschiedenen Ersatztaktschlägern un­ terschiedlicher Priorität versorgt werden. Besonders vorteil­ haft ist dabei, dass die Auswahl von Ersatztaktschlägern de­ zentral in den einzelnen Knoten erfolgt.

Die Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der Schritt 50 betrifft den Normalbetrieb. Im Normalbetrieb sen­ det nur einer der Taktschläger, das heißt, der höchstpriore Taktschläger, beispielsweise Taktschläger T₁, Datentelegramme für die Synchronisation von Komponenten in das Netzwerk des Kommunikationssystems.

In dem Kommunikationssystem sind weitere Taktschläger T₂ bis T_n vorhanden, die jeweils eine von T₂ bis T_n abfallende Prio­ rität aufweisen. Diese Ersatztaktschläger empfangen die Da­ tentelegramme des höchstprioren Taktschlägers T₁ wie auch die anderen Komponenten des Kommunikationssystems in den Knoten des Netzwerks. Die Ersatztaktschläger senden aber im Normal­ betrieb keine Datentelegramme zur Synchronisation.

Ebenfalls im Normalbetrieb nutzen die Komponenten der Knoten des Netzwerks das Datentelegramm des höchstprioren Taktschlä­ gers T₁ für die Synchronisation des entsprechenden lokalen Taktsignals im Schritt 51. Dies trifft auch auf die Ersatz­ taktschläger zu, die ihren jeweiligen internen Oszillator mit dem des Haupttaktschlägers T₁ synchron halten.

Im Schritt 52 tritt ein Störfall auf, dadurch dass der Takt­ schläger aufgrund eines Defekts und/oder einer Leitungsun­ terbrechung für zumindest einen Teil der Knoten des Netzwerks ausfällt.

Für die betreffenden Knoten des Netzwerks muss dann ein Er­ satztaktschläger aktiviert werden. Im Schritt 53 prüft ein Taktschläger T_j aus der Menge der Ersatztaktschläger T₂ bis T_n, ob er von einem höherprioren Ersatztaktschläger ein Da­ tentelegramm empfängt, nachdem von dem Haupttaktschläger T₁ nach einer Totzeit kein Datentelegramm mehr empfangen worden ist. Wenn dies der Fall ist, nutzt der Taktschläger T_j das Datentelegramm des höher prioren Taktschlägers für die Syn­ chronisation seines internen Oszillators im Schritt 54.

Wenn der Taktschläger T_j jedoch nach einer gewissen Totzeit kein Datentelegramm von einem höherprioren Taktschläger emp­ fangen kann, so aktiviert sich dieser Taktschläger T_j im Schritt 55 selbsttätig, indem er Datentelegramme zur Synchro­ nisation absendet. Dieser Taktschläger T_j dient dann zumin­ dest für ein Teilnetzwerk als Ersatztaktschläger für die Syn­ chronisation.

Wenn das Netzwerk in unterschiedliche Teilnetzwerke zerfallen ist, können für die unterschiedlichen Teilnetzwerke aufgrund der Prüfung im Schritt 53 unterschiedliche Ersatztaktschläger resultieren. Von besonderem Vorteil ist dabei wiederum, dass die Prüfung in den einzelnen Ersatztaktschlägern dezentral abläuft, wodurch ein Maximum an Flexibilität hinsichtlich der Ausfallredundanz gegeben ist.

Zusammenfassend handelt es sich bei der Erfindung um ein Sys­ tem und Verfahren zur Einführung von Redundanzmechanismen in ein Kommunikationssystem mit folgenden Schritten:

• a) Übertragung eines Datentelegramms für die Synchro­ nisation von einem Taktschläger über disjunkte Pfa­ de zu den Knoten,
• b) im Fall einer Unterbrechung der Übertragung in ei­ nem der disjunkten Pfade:
  • a) Übertragung des Datentelegramms von dem Taktschläger über einen ersten Teilpfad des unterbrochenen Pfades und
  • b) Übertragung des Datentelegramms von dem Taktschläger über den nicht unterbrochenen Pfad und von dort über einen zweiten Teil­ pfad des unterbrochenen Pfads.

Damit handelt es sich hierbei auch um ein Verfahren zur Syn­ chronisation von Knoten eines Kommunikationssystems, insbe­ sondere eines Automatisierungssystems, sowie ein entsprechen­ des Computerprogramm und System.

Claims (14)

1. Verfahren zur Synchronisation von Knoten (1-5) eines Kommunikationssystems mit folgenden Schritten:

• a) Übertragung eines Datentelegramms für die Synchro­ nisation von einem Taktschläger über disjunkte Pfa­ de (6) zu den Knoten (1-5),
• b) im Fall einer Unterbrechung der Übertragung in ei­ nem der disjunkten Pfade:
  • a) Übertragung des Datentelegramms von dem Taktschläger über einen ersten Teilpfad des unterbrochenen Pfades und
  • b) Übertragung des Datentelegramms von dem Taktschläger über den nicht unterbro­ chenen Pfad und von dort über einen zweiten Teilpfad des unterbrochenen Pfads.

2. Verfahren zur Synchronisation von Knoten (1-5) eines Kommunikationssystem mit folgenden Schritten:

• a) Übertragung eines Datentelegramms für die Synchro­ nisation von einem höchstprioren Taktschläger zu den Knoten (1-5),
• b) für den Fall, dass ein niederpriorer Taktschläger kein Datentelegramm eines höherprioren Taktschlä­ gers empfängt: Übertragung eines Datentelegramms für die Synchronisation von dem niederprioren Takt­ schläger an zumindest eine Teilmenge der Knoten (1-5).

3. Verfahren zur Synchronisation von Knoten (1-5) eines Kommunikationssystems mit folgenden Schritten:

• a) Übertragung von Datentelegrammen für die Synchro­ nisation von zumindest zwei Taktschlägern unter­ schiedlicher Priorität an die Knoten (1-5),
• b) Auswahl des Datentelegramms von einem höchstprio­ ren Taktschläger aus den von einem Knoten (1-5) empfangenen Datentelegrammen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem der höchstpriore Taktschläger alle anderen Taktschläger syn­ chronisiert.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Daten für die Synchronisation in den Datentele­ grammen der Taktschläger unterschiedlicher Priorität im We­ sentlichen identisch sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, bei dem jedes Datentelegramm die Priorität des Taktschlägers beinhaltet, der das Datentelegramm gesendet hat.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, bei dem bei Auswahl eines höchstprioren Taktschlägers der Taktschläger mit der nächst niedrigeren Priorität automatisch zum höchstprioren Taktschläger wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem eine Prioritätskennung des Taktschlägers mit der nächst niedrigeren Priorität erhöht wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem jedes der Datentelegramme eine Prioritätskennung des entsprechenden Taktschlägers beinhaltet und die Auswahl eines höchstprioren Taktschlägers in einem Knoten (1-5) aufgrund der Prioritätskennungen erfolgt.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche bei dem die Taktschläger Informationen über die im System vorhandenen bzw. projektierten Taktschläger erhalten und/oder sich selbst beschaffen können.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine Auswahl und Priorisierung der Taktschläger wenigstens einmal beim Hochfahren des Systems durchgeführt wird, und/­ oder, dass eine Priorisierung der Taktschläger insbesondere über eine Projektierung erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem von den Teilnehmern entweder das höchstpriore Taktsignal oder ein aus allen Taktsignalen gewichtetes Signal verwendet wird.

13. System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12.

14. Computerprogrammprodukt mit computerlesbaren Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, wenn das Computerprogramm in einem Kommu­ nikationssystem ausgeführt wird.