DE10147421A1 - Anwendungen eines schaltbaren Datennetzes für Echtzeit- und Nichtechtzeitkommunikation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren DOLLAR A - zur Regelung eines ersten Teilnehmers (2) in einem schaltbaren Datennetz (1) von einem zweiten Teilnehmer (9) in dem schaltbaren Datennetz (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennetzes (1) über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt; DOLLAR A - zur Übertragung eines Leitwerts von einem ersten Teilnehmer (2) eines schaltbaren Datennetzes (1) einem zweiten Teilnehmer (9) des schaltbaren Datennetzes (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennetzes (1) über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt; DOLLAR A - zur Übertragung von Eingabe- und Ausgabewerten zwischen einer Eingabe-/Ausgabe-Station (45) und einer Steuereinheit (40) über ein schaltbares Datennetz (1); DOLLAR A - zur Übertragung eines Datentelegramms mit Applikationsdaten über ein schaltbares Datennetz (1); DOLLAR A - zur Generierung einer Relativuhr (68) in einem Teilnehmer (58) eines schaltbaren Datennetzes (1).

Description

Die Erfindung betrifft Anwendungen eines schaltbaren Daten­ netzes, welches innerhalb eines Übertragungszyklus Echtzeit- und Nicht-Echtzeitkommunikation zulässt. Ein derartiges Netz­ werk ist aus der DE 197 10 971 A1 bekannt.

Aus der US-A-5923660 ist ein geschaltetes Ethernet-Datennetz bekannt. Ein solches Datennetz basiert auf einem so genannten Netzwerk Switch, der verschiedene Teilnehmer des Datennetzes durch Punkt-zu-Punkt Verbindungen miteinander verknüpfen kann. Die Kommunikation auf dem Datennetz erfolgt mittels Da­ tenpaketen. Ein Datenpaket kann dabei an nur einen Teilneh­ mer, an mehrere Teilnehmer oder an alle Teilnehmer des Daten­ netzes verschickt werden, wobei man im letzteren Fall von "Broadcast" spricht.

Ein schaltbares Datennetz ist im Allgemeinen dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein Teilnehmer alle anderen Teilnehmer des schaltbaren Datennetzes nur indirekt durch entsprechende Wei­ terleitung der zu übertragenden Daten mittels eines oder meh­ rerer Koppeleinheiten erreichen kann. Die einzelnen für den Aufbau einer entsprechenden Kommunikationsverbindung erfor­ derlichen Verbindungen zwischen je zwei Teilnehmern des Da­ tennetzes bezeichnet man als Punkt-zu-Punkt Verbindungen.

Datennetze ermöglichen die Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmern durch die Vernetzung, also Verbindung der einzel­ nen Teilnehmer untereinander. Kommunikation bedeutet dabei die Übertragung von Daten zwischen den Teilnehmern. Die zu übertragenden Daten werden dabei als Datentelegramme ver­ schickt, d. h. die Daten werden zu mehreren Paketen zusammen­ gepackt und in dieser Form über das Datennetz an den entspre­ chenden Empfänger gesendet. Man spricht deshalb auch von Da­ tenpaketen. Der Begriff Übertragung von Daten wird dabei im weiteren synonym zur oben erwähnten Übertragung von Datente­ legrammen oder Datenpaketen verwendet.

Die Vernetzung selbst wird beispielsweise bei schaltbaren Hochleistungsdatennetzen, insbesondere Ethernet, dadurch ge­ löst, dass zwischen zwei Teilnehmern jeweils mindestens eine Koppeleinheit geschaltet ist, die mit beiden Teilnehmern ver­ bunden ist. Jede Koppeleinheit kann mit mehr als zwei Teil­ nehmern verbunden sein. Jeder Teilnehmer ist mit mindestens einer Koppeleinheit, aber nicht direkt mit einem anderen Teilnehmer verbunden. Teilnehmer sind beispielsweise Compu­ ter, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder andere Maschinen, die elektronische Daten mit anderen Maschinen aus­ tauschen, insbesondere verarbeiten.

In verteilten Automatisierungssystemen, beispielsweise im Be­ reich Antriebstechnik, müssen bestimmte Daten zu bestimmten Zeiten bei den dafür bestimmten Teilnehmern eintreffen und von den Empfängern verarbeitet werden. Man spricht dabei von echtzeitkritischen Daten bzw. Datenverkehr, da ein nicht rechtzeitiges Eintreffen der Daten am Bestimmungsort zu uner­ wünschten Resultaten beim Teilnehmer führt. Gemäß IEC 61491, EN61491 SERCOS interface - Technische Kurzbeschreibung (http:/ / www.sercos.de/deutsch/index deutsch.htm) kann ein er­ folgreicher echtzeitkritischer Datenverkehr der genannten Art in verteilten Automatisierungssystemen gewährleistet werden.

Ebenso ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt in einem solchen Automatisierungssystem ein synchrones, getaktetes Kommunikationssystem mit Äquidistanz-Eigenschaften zu verwen­ den. Hierunter versteht man ein System aus wenigstens zwei Teilnehmern, die über ein Datennetz zum Zweck des gegenseiti­ gen Austausches von Daten bzw. der gegenseitigen Übertragung von Daten miteinander verbunden sind.

Dabei erfolgt der Datenaustausch zyklisch in äquidistanten Kommunikationszyklen, die durch den vom System verwendeten Kommunikationstakt vorgegeben werden. Teilnehmer sind bei­ spielsweise zentrale Automatisierungsgeräte, Programmier-, Projektierungs- oder Bediengeräte, Peripheriegeräte wie z. B. Ein-/ Ausgabe-Baugruppen, Antriebe, Aktoren, Sensoren, spei­ cherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder andere Kontroll­ einheiten, Computer, oder Maschinen, die elektronische Daten mit anderen Maschinen austauschen, insbesondere Daten von an­ deren Maschinen verarbeiten. Unter Kontrolleinheiten werden im folgenden Regler-, Antriebe oder Steuerungseinheiten jeg­ licher Art verstanden. Als Datennetze werden beispielsweise Bussysteme wie z. B. Feldbus, Profibus, Ethernet, Industrial Ethernet, FireWire oder auch PC-interne Bussysteme (PCI), etc. verwendet.

Automatisierungskomponenten (z. B. Steuerungen, Antriebe, . . .) verfügen heute im Allgemeinen über eine Schnittstelle zu ei­ nem zyklisch getakteten Kommunikationssystem. Eine Ablaufebe­ ne der Automatisierungskomponente (Fast-cycle) (z. B. Lagere­ gelung in einer Steuerung, Drehzahl-, Drehmomentregelung ei­ nes Antriebs) ist auf den Kommunikationszyklus synchroni­ siert. Dadurch wird der Kommunikationstakt festgelegt. Ande­ re, niederperformante Algorithmen (Slow-cycle) (z. B. Tempera­ turregelungen) der Automatisierungskomponente können eben­ falls nur über diesen Kommunikationstakt mit anderen Kompo­ nenten (z. B. Binärschalter für Lüfter, Pumpen, . . .) kommuni­ zieren, obwohl ein langsamerer Zyklus ausreichend wäre. Durch Verwendung nur eines Kommunikationstaktes zur Übertragung von allen Informationen im System entstehen hohe Anforderungen an die Bandbreite der Übertragungsstrecke.

Aus dem Stand der Technik bekannte Systemkomponenten nutzen zur Kommunikation für jede Prozess- bzw. Automatisierungsebe­ ne nur ein Kommunikationssystem bzw. einen Kommunikationszyk­ lus (Fast-cycle) in dessen Takt alle relevanten Informationen übertragen werden. Daten, die nur im Slow-cycle benötigt wer­ den, können z. B. über zusätzliche Protokolle gestaffelt über­ tragen werden, um die Anforderungen an die Bandbreite zu be­ grenzen. Das bedeutet zusätzlichen Softwareaufwand in den Au­ tomatisierungskomponenten. Weiterhin wird sowohl die Busband­ breite als auch der minimal mögliche Kommunikationszyklus im gesamten System durch die niederperformanteste Komponente be­ stimmt.

In der DE 100 58 524.8 ist ein System und Verfahren zur pa­ rallelen Übertragung von echtzeitkritischen und nicht echt­ zeitkritischen Daten offenbart. Ein solches System weist Mit­ tel zur Übertragung von Daten in wenigstens einem Übertra­ gungszyklus mit einstellbarer Zeitdauer auf, wobei jeder Übertragungszyklus in wenigstens einen ersten Bereich zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten zur Echtzeitsteuerung und wenigstens einen zweiten Bereich zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten unterteilt ist.

Für eine Anwendung eines solchen Systems wird davon ausgegan­ gen, dass eine offene, internetbasierte Kommunikation sponta­ ne Kommunikation ist, dass heißt, dass sowohl Zeitpunkt sol­ cherart Kommunikation als auch die anfallende Datenmenge, die dabei zu transferieren ist, nicht vorher bestimmbar ist. Da­ durch sind Kollisionen auf den Übertragungsleitungen bei Bus­ systemen bzw. in den Koppeleinheiten bei schaltbaren Hochge­ schwindigkeitsnetzen, insbesondere Fast Ethernet oder Swit­ ched Ethernet, nicht auszuschließen.

Um die Vorteile der Internetkommunikationstechnologie auch bei der Echtzeitkommunikation in schaltbaren Datennetzen im Bereich der Automatisierungstechnik, insbesondere der An­ triebstechnik nutzen zu können, ist ein Mischbetrieb von Echtzeitkommunikation mit sonstiger spontaner, nicht echt­ zeitkritischer Kommunikation, insbesondere Internetkommunika­ tion wünschenswert. Dies wird dadurch möglich, dass die Echt­ zeitkommunikation, die in den hier betrachteten Anwendungsge­ bieten vorwiegend zyklisch auftritt und somit im Voraus plan­ bar ist, von der im Gegensatz dazu nicht planbaren, nicht echtzeitkritischen Kommunikation, insbesondere der offenen, internetbasierten Kommunikation strikt getrennt wird.

Die Kommunikation zwischen den Teilnehmern erfolgt dabei in Übertragungszyklen, wobei jeder Übertragungszyklus in wenigs­ tens einen ersten Bereich zur Übertragung von echtzeitkriti­ schen Daten zur Echtzeitsteuerung, beispielsweise der dafür vorgesehenen industriellen Anlagen und wenigstens einen zwei­ ten Bereich zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Da­ ten, beispielsweise bei der offenen, internetfähigen Kommuni­ kation unterteilt ist. Eine besonders vorteilhafte Ausgestal­ tung eines solchen Systems ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass jedem Teilnehmer eine Koppeleinheit zugeordnet ist, die zum Senden und/oder zum Empfangen und/oder zur Weiterleitung der zu übertragenden Daten vorgesehen ist.

Eine außerordentlich vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Teilnehmer und Koppeleinheiten des schaltbaren Datennetzes durch Zeitsyn­ chronisation untereinander stets eine gemeinsame synchrone Zeitbasis aufweisen. Dies ist Voraussetzung für eine Trennung der planbaren Echtzeitkommunikation von der nicht planbaren, nicht echtzeitkritischen Kommunikation. Die Trennung der planbaren Echtzeitkommunikation und der nicht planbaren, nicht echtzeitkritischen Kommunikation wird durch Anwendung des Verfahrens zur Zeitsynchronisation gemäß der nicht vor­ veröffentlichten Anmeldung DE 100 04 425.5 gewährleistet.

Durch permanente Anwendung dieses Verfahrens auch im laufen­ den Betrieb eines verteilten Automatisierungssystems sind al­ le Teilnehmer und Koppeleinheiten des schaltbaren Datennetzes stets auf eine gemeinsame Zeitbasis synchronisiert, was in­ folgedessen gleicher Startpunkt und gleiche Länge jedes Über­ tragungszyklus für alle Teilnehmer und Koppeleinheiten bedeu­ tet.

Da alle echtzeitkritischen Datenübertragungen durch den zyk­ lischen Betrieb vor der eigentlichen Datenübertragung bekannt sind und deshalb im Voraus geplant werden können, ist sicher­ gestellt, dass für alle Teilnehmer und Koppeleinheiten die Echtzeitkommunikation so gesteuert werden kann, dass keine Störungen, beispielsweise Kollisionen, bei der Datenübertra­ gung der echtzeitkritischen Datentelegramme selbst auftreten und alle geplanten kritischen Datentransferzeitpunkte exakt eingehalten werden.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines sol­ chen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass alle nicht echtzeitkritischen Daten, die während des, für die echtzeit­ kritische Kommunikation vorgesehenen Bereichs eines Übertra­ gungszyklus übertragen werden sollen, von der jeweiligen Kop­ peleinheit zwischengespeichert und während des, für die nicht echtzeitkritische Kommunikation vorgesehenen Bereichs dieses oder eines folgenden Übertragungszyklus übertragen werden, dass heißt, eine im ersten Bereich eines Übertragungszyklus, der für die Echtzeitkommunikation reserviert ist, möglicher­ weise auftretende, nicht geplante Internetkommunikation wird in den zweiten Bereich des Übertragungszyklus, der für die spontane, nicht echtzeitkritische Kommunikation vorbehalten ist, verschoben, wodurch Störungen der Echtzeitkommunikation vollständig vermieden werden.

Die entsprechenden Daten der spontanen, nicht echtzeitkriti­ schen Kommunikation werden dabei von der jeweils betroffenen Koppeleinheit zwischengespeichert und nach Ablauf des Be­ reichs für die Echtzeitkommunikation erst im zweiten Bereich des Übertragungszyklus, der für die spontane, nicht echtzeit­ kritische Kommunikation vorbehalten ist, gesendet. Dieser zweite Bereich, d. h. die gesamte Zeitdauer bis zum Ende des Übertragungszyklus, steht allen Teilnehmern für die nicht planbare, nicht echtzeitkritische Kommunikation, insbesondere Internetkommunikation zur Verfügung, ebenfalls ohne die Echt­ zeitkommunikation zu beeinflussen, da diese zeitlich getrennt durchgeführt wird.

Kollisionen mit den echtzeitkritischen Datentelegrammen in den Koppeleinheiten können dadurch vermieden werden, dass al­ le nicht echtzeitkritischen Daten, die während des, für die Übertragung der nicht echtzeitkritischen Daten vorgesehenen Bereichs eines Übertragungszyklus nicht übertragen werden können, von der jeweiligen Koppeleinheit zwischengespeichert und während des, für die Übertragung der nicht echtzeitkriti­ schen Daten vorgesehenen Bereichs eines späteren Übertra­ gungszyklus übertragen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass für alle zu übertragenden, echtzeitkritischen Datentelegramme Sende- und Empfangszeit­ punkt bei Sender und/oder Empfänger und in allen jeweils be­ teiligten Koppeleinheiten alle Zeitpunkte für die Weiterlei­ tung der echtzeitkritischen Datentelegramme sowie die jeweils zugehörigen Verbindungsstrecken, über die die echtzeitkriti­ schen Datentelegramme weitergeleitet werden, vor Beginn der jeweiligen Durchführung der Datenübertragung vermerkt sind, d. h. es ist in einer Koppeleinheit vermerkt, wann und an wel­ chen Ausgangsport ein zum Zeitpunkt X ankommendes echtzeit­ kritisches Datentelegramm weiter gesendet werden soll.

Eine weitere überaus vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungs­ zeitpunkte so geplant sind, dass jedes echtzeitkritische Da­ tentelegramm spätestens zum Weiterleitungszeitpunkt oder frü­ her bei der entsprechenden Koppeleinheit ankommt, es aber auf jeden Fall erst zum Weiterleitungszeitpunkt weitergesendet wird.

Damit ist das Problem von Zeitunschärfen, das sich insbeson­ dere bei langen Übertragungsketten bemerkbar macht, elimi­ niert. Dadurch können die echtzeitkritischen Datentelegramme unmittelbar, ohne zeitlichen Zwischenraum gesendet bzw. wei­ tergeleitet werden, d. h. eine schlechtere Nutzung der Band­ breite bei Echtzeitdatenpaketen wird vermieden. Selbstver­ ständlich ist es aber auch möglich bei Bedarf Sendepausen zwischen der Übertragung der einzelnen Datenpakete einzubau­ en.

Ein weiterer Vorteil der zeitbasierten Weiterleitung ist, dass die Zielfindung in der Koppeleinheit nicht mehr adress­ basiert ist, weil von vornherein klar ist, an welchen Port weitergesendet werden soll. Damit ist die optimale Nutzung aller vorhandenen Verbindungsstrecken innerhalb des schaltba­ ren Datennetzes möglich. Redundante Verbindungsstrecken des schaltbaren Datennetzes, die für die adressbasierte Durch­ schaltung der nicht echtzeitkritischen Kommunikation nicht benutzt werden dürfen, weil es andernfalls zu Zirkularitäten von Datenpaketen kommen würde, können aber im Voraus für die Planung der Weiterleitungsstrecken berücksichtigt und somit für die Echtzeitkommunikation benutzt werden.

Dadurch ist die Realisierung von redundanten Netzwerktopolo­ gien, z. B. Ringe für fehlertolerante Echtzeitsysteme, mög­ lich. Datenpakete können redundant auf disjunkten Pfaden ge­ sendet werden, Zirkularitäten von Datenpaketen treten nicht auf. Ein weiterer Vorteil der vorausgeplanten Weiterleitung ist, dass die Überwachung jeder Teilstrecke dadurch quit­ tungslos möglich und eine Fehlerdiagnose damit einfach durch­ führbar ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung eines solchen Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Koppeleinheit zwei ge­ trennte Zugänge zum jeweiligen Teilnehmer aufweist, wobei ein Zugang für den Austausch von echtzeitkritischen Daten und der andere Zugang für den Austausch von nicht echtzeitkritischen Daten vorgesehen ist.

Dies hat den Vorteil, dass echtzeitkritische und nicht echt­ zeitkritische Daten getrennt verarbeitet werden. Der Zugang für die nicht echtzeitkritischen Daten entspricht der han­ delsüblichen Schnittstelle eines regulären Ethernet- Kontrollers, wodurch die bisher existierende Software, insbe­ sondere Treiber, ohne Einschränkung verwendbar ist. Dasselbe gilt für die bisher existierende Software für ein nicht echt­ zeitfähiges Datennetz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anwendungen eines schaltbaren Datennetzes, welches Echtzeit- und nicht Echt­ zeitkommunikation in einem Übertragungszyklus erlaubt, insbe­ sondere in einem schaltbaren Datennetz entsprechend der DE 100 58 524.8 anzugeben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche jeweils gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhän­ gigen Ansprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung ist besonders vorteilhaft für Ap­ plikationen in den Bereichen von Automatisierungsausrüstungen für Produktionsmaschinen (z. B. Textilmaschinen, Verpackungs­ maschinen, Kunststoffmaschinen, Holz-/Glas-/Keramik-Maschi­ nen, Druckmaschinen, Hebewerkzeuge, Werkzeugmaschinen, Pres­ sen, Roboter, etc.).

Nach einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Anwendung erfolgt die Regelung eines Teilnehmers eines schaltbaren Datennetzes von einem zweiten Teilnehmer über das Datennetz, das heißt, der Regelkreis wird über das schaltbare Datennetz geschlossen.

Für die Kommunikation von Ist- und Soll-Werten bzw. von Stellgrößen über das Datennetz wird dabei der echtzeitfähige Bereich der Übertragungszyklen genutzt.

Aufgrund dessen erfolgt die Kommunikation der für die Rege­ lung erforderlichen Datentelegramme innerhalb determinierter Zeitfenster. Dies hat den Vorteil, dass die Regelung zum ei­ nen schnell erfolgt und auch Schwingungseffekte vermieden werden. Solche Schwingungseffekte stellen sich nämlich bei aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen zur Realisierung eines Regelkreises über ein Datennetz ein, wenn die Übertra­ gungszeit zwischen den Teilnehmern des Datennetzes variieren kann.

Nach einer weiteren bevorzugten Anwendung der vorliegenden Erfindung wird ein Leitwert über das schaltbare Datennetz übertragen. Ein solcher Leitwert wird dabei von einem der Teilnehmer des Datennetzes für einen oder mehrere Teilnehmer des Datennetzes generiert. Hierbei kann es sich beispielswei­ se um die Erfassung eines Ist-Werts einer Achse, das heißt, einer so genannten Master-Achse, einer Anlage handeln.

Aufgrund dieses Ist-Werts wird von dem betreffenden Teilneh­ mer ein Leitwert generiert, der für die Steuerung von so ge­ nannten Slave-Achsen verwendet wird. Ein solcher Leitwert wird zu den betreffenden Teilnehmern des schaltbaren Daten­ netzes, die die Slave-Achsen steuern, übertragen.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Übertragung eines Datentelegramms mit dem Leitwert in dem echtzeitfähigen Teil eines Übertragungszyklus erfolgt, so dass die für die Über­ tragung des Datentelegramms erforderliche Zeit determiniert ist.

Unter einer Steuerung wird hier z. B. eine speicherprogram­ mierbare Steuerung, eine Motion-Control-Steuerung oder eine numerische Steuerung verstanden. Die Funktionalität einer solchen Steuerung kann auch in einem Antrieb integriert sein.

Ein weiterer besonderer Vorteil bei dieser Ausführungsform ist ferner, dass auch die Erfassung der Ist-Werte synchron zu den Kommunikationszyklen erfolgen kann. Dadurch ist sicherge­ stellt, dass die Ist-Werte an allen Achsen im Wesentlichen zum selben Zeitpunkt, der durch die Synchronisierung der Kom­ munikationszyklen gegeben ist, erfolgt. Dies ist besonders bei Gleichlaufanwendungen ein wesentlicher Vorteil.

Eine weitere bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung betrifft die Kopplung einer Eingabe/Ausgabe-Station an eine Steuereinheit. Bei Steuereinheiten, insbesondere so genannten speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), ist es allgemein üblich, die Eingabe/Ausgabe-Funktionalität in einer getrenn­ ten Station zu realisieren. Erfindungsgemäß wird die Einga­ be/Ausgabe-Station unmittelbar über das schaltbare Datennetz­ werk mit der Steuereinheit gekoppelt. Die Übertragung der entsprechenden Datentelegramme erfolgt dabei in dem echtzeit­ fähigen Bereich des Übertragungszyklus.

Eine weitere bevorzugte Anwendung der vorliegenden Erfindung betrifft die Übertragung von Datentelegrammen mit Applikati­ onsdaten über ein schaltbares Datennetz der genannten Art. Hierzu kann die Projektierung des Datennetzes so erfolgen, dass die Übertragung eines entsprechenden Datentelegramms in­ nerhalb eines definierten Zeitfensters nach einer Applikati­ onsanforderung möglich ist.

Eine Applikation in einer Steuerungskomponente kann bei­ spielsweise durch entsprechende Parametrierung bzw. Verschal­ tung von Komponentenfunktionalität ausgeprägt sein (z. B. Pa­ rametrierung eines Antriebs und damit applikative Ausprägung einer enthaltenen Technologiefunktionalität).

Eine andere mögliche Ausprägung einer Applikation kann eine durch den Anwender programmierbare Automatisierungskomponente sein. Die applikative Ausprägung wird hier durch ein entspre­ chendes ladbares Anwenderprogramm erreicht. Als programmier­ bare Automatisierungskomponenten sind hier wieder alle Facet­ ten wie Antriebe, Motion-Controller, SPS, numerische Steue­ rungen vorstellbar.

Die Nutzung der Kommunikationsfunktionalität aus der Applika­ tion kann je nach Ausprägung

• - ein Mapping von Parametern auf den Kommunikationskanal (bei rein parametrierten, nicht programmierbaren Komponen­ ten),
• - ein Mapping von Variablen des Anwenderprogramms (bei pro­ grammierbaren Komponenten) auf den Kommunikationskanal,
• - ein Mapping von Automatisierungskomponenten immanenter Kommunikationsverbindungen (z. B. Gleichlaufverbindungen von einer Leitachse/Leitgeber zu einer Folgeachse) sein.

Ein Anwendungsbeispiel für die Übertragung von Applikations­ daten mittels eines Datentelegramms in einem Bereich eines Übertragungszyklus für die Echtzeitkommunikation ist die Übertragung eines Not-Aus Kommandos (beispielsweise über die Verteilung einer Variable des Anwenderprogramms) an verschie­ dene Teilnehmer des schaltbaren Datennetzwerks.

Eür die Übertragung eines solchen Datentelegramms ist es we­ sentlich, dass es innerhalb einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer bei jedem der betreffenden Teilnehmer empfangen wird.

Eine weitere bevorzugte Anwendung der Erfindung betrifft die Generierung einer Relativuhr in einem der Teilnehmer. Die Re­ lativuhr wird von einer Master-Uhr generiert und zyklisch im Netzwerk verteilt und sorgt dafür, daß alle im Datennetzwerk beteiligten Teilnehmer über eine gleich eingestellte Uhrzeit verfügen. Die Zeitbasis für die Relativuhr ist dabei durch die synchronen Übertragungszyklen und/oder die Unterteilung der Übertragungszyklen in Zeitschlitze gegeben.

Basierend auf dieser gemeinsamen Uhrzeit können Ereignisse mit Uhrzeitstempeln erfaßt werden (z. B. Flankenerkennung von digitalen I/O's) bzw. Schaltvorgänge (z. B. Schalten von digi­ talen/analogen Ausgängen) mit einem entsprechenden Zeitstem­ pel versehen werden und die Schaltausgabe basierend auf die­ ser gemeinsamen Relativzeit ausgeführt werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Anwendung der Erfindung wird das schaltbare Datennetz und insbesondere der Bereich des Übertragungszyklus für die nicht echtzeitkritische Kommunika­ tion für eine Datenübertragung mittels eines Internetproto­ kolls, insbesondere mittels des TCP/IP-Protokolls, verwendet. Beispielsweise kann ein Benutzer über eine TCP/IP Verbindung eine Maschine einrichten, warten, diagnostizieren, Maschinen­ parameter einstellen, Software-Upgrades durchführen und der­ gleichen mehr.

Ferner ist auf dieser Basis auch die Realisierung von so ge­ nannten Remote Procedure Calls (RPC) möglich. Hierbei werden beispielsweise von einem Datenserver eines der Teilnehmer des schaltbaren Datennetzwerks bestimmte Daten von einem anderen Teilnehmer und/oder einem Benutzer abgefragt, z. B. hinsicht­ lich der Einstellung von Maschinenparametern, Bedienungsan­ leitungen oder die Abfrage von Rezepturen für eine Kunst­ stoffspritzgießmaschine.

Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines er­ findungsgemäßen Systems für die Schließung eines Regelungskreises über ein schaltbares Datennetz,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Systems für die Übertragung von Leitwerten in einer Gleichlaufsteuerung,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Systems hinsichtlich der Kopplung einer Einga­ be/Ausgabe Station mit einer Steuerungseinheit über ein schaltbares Datennetz,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Systems für die Realisierung einer Relativuhr in einem der Teilnehmer eines schaltbaren Datennet­ zes und der genauen Erfassung von Eingängen bzw. einem genauen Schalten von Ausgängen basierend auf dieser Relativuhr.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemä­ ßen Automatisierungssystems mit einem schaltbaren Datennetz 1. Die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Da­ tennetzes erfolgt über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Ver­ bindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen. Jeder der Übertragungszyklen hat einen ersten Bereich zur Übertra­ gung von echtzeitkritischen Daten und einen zweiten Bereich zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten.

Die Übertragung der echtzeitkritischen Daten erfolgt dabei deterministisch, dass heißt im Rahmen einer im Einzelnen ge­ planten Kommunikation. Die Übertragung der nicht echtzeitkri­ tischen Daten erfolgt nicht deterministisch und ohne die Mög­ lichkeit einer vorherigen genauen Planung.

Die Übertragung von Daten in einem nicht echtzeitkritischen Bereich erfolgt typischerweise, wenn eine besondere Anforde­ rung z. B. eines Benutzers zu erfüllen ist. Für die Übertra­ gung der nicht echtzeitkritischen Daten in dem betreffenden Bereich des Übertragungszyklus wird dabei vorzugsweise ein Internetprotokoll, insbesondere TCP/IP, verwendet.

Dies hat insbesondere den Vorteil, dass auf die verfügbare Internettechnologie und die entsprechenden Gerätekomponenten und Softwareprogramme, insbesondere Browserprogramme, zurück­ gegriffen werden kann.

Das Datennetz 1 ist ferner skalierbar, dass heißt, die Länge der verschiedenen Übertragungszyklen zwischen Teilnehmern des Datennetzes 1 können eine z. B. durch Projektierung festgeleg­ te, unterschiedliche Länge haben. Die zeitlichen Längen der Übertragungszyklen müssen dabei jedoch ein ganzzahliges Viel­ faches voneinander betragen und zueinander synchron sein.

Ebenfalls können unterschiedlich Übertragungsraten für ver­ schiedene Punkt-zu-Punkt Verbindungen gewählt werden. Dies erlaubt es, unterschiedliche "Quality of Services" (mit bei­ spielsweise unterschiedlichen Baudraten) zu realisieren.

In dem System der Fig. 1 ist ein Antrieb 2 für die Steuerung eines Motors 3 an dem Datennetz 1 angeschlossen. Der Antrieb 2 beinhaltet eine Momentenregelung 4 und eine Drehzahlrege­ lung 5 für den Motor 3. Die Momentenregelung 4 und die Dreh­ zahlregelung 5 sind dabei kaskadiert. Interpolation, Lagere­ gelung, Drehzahlregelung und Momentenregelung sind kaska­ diert, laufen getaktet und sind zueinander synchronisiert.

Für die Kommunikation über das Datennetz 1 hat der Antrieb 2 ferner einen Port 6. Der Port 6 hat eine Sendeliste 7 und ei­ ne Empfangsliste 8 für die Echtzeitkommunikation. Beispiels­ weise spezifiziert die Sendeliste 7 in welchem Übertragungs­ zyklus welches Datentelegramm an welche Adresse vom Port 6 zu versenden ist.

Entsprechend spezifiziert die Empfangsliste 8 den Empfang von Datentelegrammen von anderen Teilnehmern des Systems. Die Sendeliste 7 und die Empfangsliste 8 beziehen sich also auf den deterministischen und echtzeitkritischen Teil der Kommu­ nikation, der in einem Bereich jedes Übertragungszyklus stattfindet, nicht aber auf den anderen Bereich des Übertra­ gungszyklus für die nicht echtzeitkritische Kommunikation über TCP/IP.

Ferner ist an dem Datennetz 1 ein Steuergerät 9 angeschlos­ sen. Das Steuergerät 9 hat einen Port 10 mit einer Sendeliste 11 und einer Empfangsliste 12 entsprechend dem Port 6 mit der Sendeliste 7 und der Empfangsliste 8. Das Steuergerät 9 hat ein Modul 13 zur Eingabe und/oder Erzeugung eines Fahrauf­ trags für ein bestimmtes Aggregat, welches vom Motor 3 ange­ trieben wird. Bei diesem Aggregat kann es sich beispielsweise um einen Roboterarm handeln.

Ferner hat das Steuergerät 9 einen Interpolator 14. Der In­ terpolator ermittelt aus einem Fahrauftrag den erforderlichen Bewegungsablauf, um von der Ist-Position zu der Soll-Position zu gelangen.

Das Steuergerät 9 hat ferner eine Lageregelung 15 für die konkrete Positionierung an einer bestimmten Stelle. Die Lage­ regelung 12 und/oder der Interpolator 14 können optional auch im Antrieb 2 realisiert sein. Entsprechend kann auch die Drehzahlregelung 5 im Steuergerät 9 realisiert sein.

Das Steuergerät 9 hat ferner einen Taktschläger 16. Der Takt­ schläger 16 bildet die Zeitbasis für das System der Fig. 1. Der Taktschläger generiert Datentelegramme für jeden der Teilnehmer des Datennetzes 1 mit Daten, die die Zeitbasis des Taktschlägers 16 zum Empfangszeitpunkt bei dem betreffenden Teilnehmer angeben. Hierdurch werden die einzelnen lokalen Zeitbasen in den Teilnehmern mit der Zeitbasis des Taktschlä­ gers 16 synchronisiert.

Ferner sind an dem Datennetz 1 eine Automatisierungskomponen­ te 17 und eine Automatisierungskomponente 18 angeschlossen. Die Automatisierungskomponente 17 beinhaltet einen Datenser­ ver. In dem Datenserver können unterschiedlichste Dateien ge­ speichert sein, wie z. B. Benutzerinformationen, technische Dokumentation, Bedienungsanleitungen, Arbeitsanleitungen, Wartungspläne, Maschinenparameter, Produktionspläne, Rezeptu­ ren für die Herstellung von Kunststoffspritzgießformteilen etc.

Die Automatisierungskomponente 18 hat dagegen die Funktion eines Clients, der je nach Bedarf auf die Automatisierungs­ komponente 17 den Zugriff auf bestimmte dort abgespeicherte Daten hat. Bei der Automatisierungskomponente 18 kann es sich beispielsweise um eine Bedienkonsole mit einem Internetbrow­ ser oder auch um jede andere beliebige Automatisierungskompo­ nente, beispielsweise Programmier-, Projektierungs-, Periphe­ riegeräte, wie z. B. Ein-/Ausgabe-Baugruppen, Aktoren, Senso­ ren, Antriebe, Steuerungen, speicherprogrammierbare Steuerun­ gen (SPS) oder andere Kontrolleinheiten, Computer oder Ma­ schinen, die elektronische Daten mit anderen Maschinen aus­ tauschen, handeln. Unter Kontrolleinheiten werden dabei Reg­ ler- oder Steuerungseinheiten jeglicher Art verstanden.

Beim Betrieb des Systems der Fig. 1 wird vom Antrieb 2 ein bestimmter Ist-Wert hinsichtlich der Regelung des Motors 3 erfasst. Die Erfassung dieses Ist-Werts kann dabei vorzugs­ weise taktsynchron mit den Übertragungszyklen auf dem Daten­ netz 1 erfolgen, das heißt, die Erfassung findet zu einem ge­ nau determinierten Zeitpunkt statt.

Der so erfasste Ist-Wert wird dann gemäß der Sendeliste 7 des Ports 6 mittels eines Datentelegramms in dem echtzeitfähigen Bereich des betreffenden Übertragungszyklus über das Daten­ netz 1 zum Steuergerät 9 übertragen. Dort wird das Datentele­ gramm am Port 10 gemäß der Empfangsliste 12 empfangen. Die Lageregelung 15 erzeugt einen Soll-Wert für die Motorsteue­ rung des Motors 3. Die Generierung eines solchen Soll-Werts kann ebenfalls taktsynchron mit den Übertragungszyklen auf dem Datennetz 1 erfolgen, so dass auch die Generierung des Soll-Werts zu einem jeweils vorher bestimmten Zeitpunkt er­ folgt.

Aus dem vom Steuergerät 9 über das Datennetz 1 empfangenen Ist-Wert und dem Soll-Wert der Lageregelung 15 wird eine Re­ gelabweichung ermittelt. Diese Regelabweichung wird zur Bil­ dung einer Stellgröße in der Lageregelung 15 verwendet. Diese Stellgröße wird dann gemäß der Sendeliste 11 vom Steuergerät 9 zum Antrieb 2 in einem Datentelegramm während der Übertra­ gung eines echtzeitfähigen Bereichs des betreffenden Übertra­ gungszyklus übertragen. Der Empfang im Antrieb 2 erfolgt wie­ derum entsprechend der Empfangsliste 8. Aufgrund der empfan­ genen Stellgröße wird dann der Motor 3 entsprechend nachgere­ gelt.

Dieser Vorgang der Erfassung eines Ist-Werts, der Übertragung des Ist-Werts über das Datennetz 1, die Erzeugung einer Stellgröße im Steuergerät 9, die Übertragung der Stellgröße über das Datennetz 1 und die Nachregelung gemäß der Stellgrö­ ße im Antrieb 2 erfolgt dabei fortlaufend auf der Basis der deterministischen Kommunikation über das Datennetz 1. Auf­ grund dieser deterministischen Kommunikation kann eine schnelle Regelung implementiert werden. Gleichzeitig werden unvorhersagbare Schwingungseffekte dadurch im Ansatz verhin­ dert, so dass die Kommunikation deterministisch abläuft.

Gleichzeitig zu dieser Regelung über das Datennetz 1 kann beispielsweise die Automatisierungskomponente 18 auf den Ser­ ver 17 zugreifen, um eine Datenbankabfrage durchzuführen. Die aus dieser Datenbankabfrage resultierenden Daten können eben­ falls während der fortlaufenden echtzeitkritischen Kommunika­ tion für die Regelung über das Datennetz übertragen werden, in dem für diese nicht echtzeitkritische Kommunikation der zweite Bereich in dem Übertragungszyklus genutzt wird.

Die Clientfunktionalität in 18 bzw. die Serverfunktionalität in 17 können auch in einer beliebigen Automatisierungskompo­ nente (z. B. in der Steuerung bzw. im Antrieb) realisiert sein.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Anwendung hinsichtlich der Übertragung ei­ nes Leitwerts. Elemente der Fig. 2, die Elementen der Fig. 1 entsprechen, sind dabei mit denselben Bezugszeichen gekenn­ zeichnet.

In dem System der Fig. 2 ist eine Steuerung 20 an das Daten­ netz 1 angeschlossen. Alternativ zu der Steuerung 20 kann auch ein Geber vorgesehen sein. Die Steuerung 20 hat eine Komponente 21 für die Ist-Wert Erfassung der Lage und/oder Drehzahl einer Master-Achse 22.

Die Master-Achse 22 gehört zu einer Anlage mit mehreren wei­ teren Achsen, insbesondere den Slave-Achsen 23 und 24. Die so genannte Master-Achse 22 bildet dabei die Referenz für die Slave-Achsen 23 und 24, dass heißt, die Slave-Achsen 23 und 24, folgen jeweils der Bewegung der Master-Achse mit einem linearen (z. B. Getriebe) oder nichtlinearen (z. B. Kurven­ scheibe) Bezug zur Master-Achse.

Die Slave-Achse folgt der Master-Achse nach dem entsprechen­ den Bezug mit möglichst geringem Versatz. Eine solche Anwen­ dung bezeichnet man auch als Gleichlaufsteuerung. Der Leit­ wert kann eine reale Achse (wie im vorliegenden Ausführungs­ beispiel), eine virtuelle Achse (nur gerechnet), sich aus ei­ nem Gebersignal ableiten oder als Zeitfunktion vorgegeben werden.

Aus der Ist-Wert Erfassung hinsichtlich der Master-Achse 22 in der Komponente 21 wird in der Komponente 22 der Steuerung 20 ein Leitwert für die Slave Achsen 23 und 24 generiert. Dieser Leitwert wird als Teil eines Datentelegramms vom Port 26 gemäß der Sendeliste 27 in einem determinierten Übertra­ gungszyklus über das Datennetz 1 gesendet. Dieses Datentele­ gramm ist vorzugsweise an die beiden Steuerung 29 und 30 der Slave-Achsen 23 bzw. 24 gerichtet.

Die Steuerung 29 hat einen Port 31 mit einer Sendeliste 32 und einer Empfangsliste 33. Am Port 31 empfängt also die Steuerung 29 das Datentelegramm mit dem Leitwert von der Steuerung 20 entsprechend der Empfangsliste 33 zu einem de­ terminierten Übertragungszyklus. Dieser Leitwert wird vom Steuerungsmodul 34 der Steuerung 29 für eine entsprechende Steuerung der Slave-Achse 23 ausgewertet. Die Bewegung der Slave-Achse 23 wird mit einem bestimmten Positionsbezug zur Master-Achse ausgeführt (z. B. linearer oder nicht-linearer Positionsbezug von Master- zu Slave-Achse).

Entsprechend verfährt auch die Steuerung 30, die an dessen Port 35 mit der Sendeliste 36 und der Empfangsliste 37 das Datentelegramm mit dem Leitwert ebenfalls empfängt. Dieses wird im Steuerungsmodul 38 entsprechend für die Steuerung der Slave-Achse 24 ausgewertet.

Die Datentelegramme mit dem Leitwert werden von der Steuerung 20 innerhalb vorgegebener zeitlicher Abstände in den echt­ zeitfähigen Bereichen der betreffenden Übertragungszyklen übertragen. Gleichzeitig und unabhängig von dieser Leitwert­ führung kann wiederum eine Client-Server Kommunikation zwi­ schen den Automatisierungskomponenten 17 und 18 über das Da­ tennetz 1 erfolgen, wie bereits mit Bezug auf die Fig. 1 er­ läutert wurde. Auch in diesem Anwendungsfall kann die Client- oder Serverfunktionalität in den Steuerungen oder anderen Au­ tomatisierungskomponenten integriert sein.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel betreffend die schnelle Anbindung einer Eingabe/Ausgabe-Station an eine Steuerung, z. B. eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine Motion-Control-Steuerung oder eine numerische Steuerung. Die Funktionalität einer solchen Steuerung kann auch in einem Antrieb integriert sein. Elemente der Fig. 3, die Elementen der Fig. 1 oder der Fig. 2 entsprechen, sind wiederum mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Das System der Fig. 3 hat eine Steuerung 40 mit einem Port 42. Der Port 42 hat wiederum eine Sendeliste 43 und eine Emp­ fangsliste 44 für die deterministische Kommunikation über das Datennetz 1.

Ferner ist eine Eingabe/Ausgabe-Station 45 an das Datennetz 1 angeschlossen. Die Eingabe/Ausgabe-Station 45 beinhaltet ei­ nen Port 46 wiederum mit einer Sendeliste 47 und einer Emp­ fangsliste 48. Ferner beinhaltet die Eingabe/Ausgabe-Station ein Eingabe/Ausgabe-Modul 49.

Aufgrund der Sende- und Empfangslisten in jedem der Teilneh­ mer des Datennetzes 1 erfolgt die Kommunikation über das Da­ tennetz 1 wiederum deterministisch und zwar während der für die Übertragung von Echtzeitdaten vorgesehenen Bereiche der betreffenden Übertragungszyklen. Dieser Umstand wird für die Kopplung der Eingabe/Ausgabe-Station 45 mit der speicherpro­ grammierbaren Steuerung 40 genutzt.

In dem Eingabe/Ausgabe-Modul 49 der Eingabe/Ausgabe-Station 45 werden über den Port 46 empfangene Datentelegramme von Au­ tomatisierungskomponenten erfasst.

Mittels des Moduls 49 werden ferner Prozesswerte aus dem Pro­ zess 50 erfasst. Hierzu erhält das Modul 49 über die Leitung 51 Ist-Werte von Sensoren, die den Prozess 50 erfassen.

Vom Modul 49 aus werden die entsprechenden Daten mittels wei­ terer Datentelegramme von der Eingabe/Ausgabe-Station 45 zu der speicherprogrammierbaren Steuerung 40 übertragen und dort verarbeitet. Die aus dieser Verarbeitung resultierenden Daten werden dann wiederum von der Steuerung 40 an die Einga­ be/Ausgabe-Station 45 bzw. deren Eingabe/Ausgabe-Modul 49 übertragen, um dort an die betreffenden Automatisierungskom­ ponenten weitergeleitet zu werden.

Dies erfolgt beispielsweise über die Leitung 52 zu Automati­ sierungskomponenten des Prozesses 50. Parallel und unabhängig davon kann wiederum eine Client-Server Verbindung hinsicht­ lich nicht echtzeitkritischer Daten über das Datennetz 1 ab­ laufen.

Die Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm hinsichtlich einer weite­ ren Anwendung für die Erzeugung einer Master Relativuhr in einem der Teilnehmer des Datennetzes 1. Elemente des Systems der Fig. 4, die Elementen der Fig. 1, 2 und/oder 3 ent­ sprechen, sind dabei wiederum mit denselben Bezugszeichen ge­ kennzeichnet.

Das System der Fig. 4 beinhaltet verschiedene Automatisie­ rungskomponenten und zwar insbesondere die Eingabe/Ausgabe- Einheit 57 und die Steuerung 58. Die Ein/Ausgabe-Einheit 57 hat einen Port 59 wiederum mit einer Sendeliste 60 und einer Empfangsliste 61. Ferner beinhaltet die Ein/Ausgabe-Einheit 57 eine Komponente für die Ausgabe 62 und eine Komponente für die Eingabe 63.

Die Automatisierungskomponente (z. B. eine programmierbare Steuerung) 58 hat einen Port 64 mit einer Sendeliste 65 und einer Empfangsliste 66. Ferner hat die Steuerung 58 ein Pro­ gramm 67 und eine Relativuhr 68 zur Erzeugung einer relativen Zeitbasis.

Die Steuerung 58 stellt die Zeitinformation der Relativuhr 68 im Datennetz 1 durch Versendung von Datentelegrammen zyklisch zur Verfügung. Ereignisse (z. B. Schaltereignisse von Eingän­ gen) in einer Ein/Ausgabe-Einheit 57 können mit einem aus der Relativuhrinformation abgeleiteten Zeitstempel versehen wer­ den und über das Datennetz an die Steuerung 58 geschickt wer­ den. Diese zeitliche Ereignisinformation kann in der Steue­ rung 58 durch die Steuerung oder durch ein entsprechendes An­ wenderprogramm weiter verwertet werden.

Schaltereignisse mit einem Zeitstempel (basierend auf der Re­ lativuhr) können in der Automatisierungkomponente 58 gene­ riert werden (über Steuerung oder Anwenderprogramm) und über das Datennetz an die Ein/Ausgabe-Einheit 57 übertragen wer­ den. In der Ein/Ausgabe-Einheit 57 können dann diese Schalt­ ereignisse zeitrichtig (basierend auf den Zeitstempeln) aus­ geführt werden.

Auch hier gilt wieder, dass parallel und unabhängig von den echtzeitkritischen Datentelegrammen zur Auslösung der Rela­ tivuhr 68 eine Client-Server Kommunikation über das Datennetz 1 stattfinden kann.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht also auf der Basis des Datennetzes 1 eine Vielzahl von Anwendungen aus den Bereichen von Automatisierungsausrüstungen für Produktionsmaschinen (z. B. Textilmaschinen, Verpackungsmaschinen, Kunststoffma­ schinen, Holz-/Glas-/Keramik-Maschinen, Druckmaschinen, Hebe­ zeuge, Werkzeugmaschinen, Pressen, Roboter) wie z. B.:

• - Taktsynchronisation von Kommunikationsteilnehmern mit ei­ ner Genauigkeit von <= lus
• - Schließen von Regelkreisen über den Bus
• - Synchronisierte Istwerterfassung und Sollwertausgabe bezo­ gen auf alle Kommunikationsteilnehmer (Steuerungen, An­ triebe, I/O-Stationen)
• - Übertragung von Leitwerten für Gleichlaufanwendungen
• - Deterministische Übertragung von Applikationsdaten für z. B. Notaus
• - Harte Echtzeitkommunikation für genannte Anwendungen in Verbindung mit azyklischer Kommunikation bzw. Standard- Internetkommunikation.
• - Harte Echtzeitkommunikation in Verbindung mit RPC- Mechanismen über das gleiche Kommunikationssystem (Ether­ net)

auf Basis von Ethernet.

Gemäß der Erfindung wird sowohl

• - die Taktsynchronisation
• - die Echtzeitkommunikation mit den typischen Anwendungen
• - Leitwertkopplung
• - Schließen von Regelkreisen über Bus
• - Synchrones Erfassen von Istwerten, Eingängen, Sensoren
• - Synchrones Steuern und Schalten von Ausgängen, Aktoren
• - Fast I/O
• - die azyklische Kommunikation
• - über proprietäre Protokolle
• - über Standardprotokolle (z. B. Internet-Protokolle) mit Webserver in einer RT (Realtime) Ethernet Netzkomponente
• - RPC
• - mit Client/Serverfunktionalität in einer Netzkomponente

über eine Kommunikationsverbindung auf Basis von Realtime Ethernet realisiert, als auch die Anwendung der Kommunikati­ onsverbindung zwischen Automatisierungskomponenten von Tex­ tilmaschinen, Verpackungsmaschinen, Kunststoffmaschinen, Holz-/Glas-/Keramik-Maschinen, Druckmaschinen, Hebezeuge, Werkzeugmaschinen, Pressen, Robotern.

Innerhalb der Echtzeitkommunikation gibt es potentiell mehre­ re Kommunikationszyklen um unterschiedliche "quality of ser­ vices" zu realisieren, wie zum Beispiel:
1ms-Zyklus:

• - Gleichlaufverbindung (Leitwert über Bus)
• - Drehzahlsoll-/Lagesoll-/IPO-Schnittstelle für zeitkriti­ sche Achsen
• - Fast I/O Ankopplung

4ms-Zyklus:

• - zeitunkritische Achsen (Frequenzumrichter, einfache Posi­ tionierachsen)
• - Applikationsdaten z. B.:
• - NotAus-Steuerung
• - Verteiltes Schieberegister (Produktverfolgung)
• - Ansteuerung (z. B. Betriebsarten) in verteilten Systemen
• - Vorgabe von neuen Bohraufträgen (z. B. Bohrtiefe) bei Bohrautomaten

Asynchroner und/oder event-gesteuerter Zyklus:

• - Projektierungs-Daten und -Ereignisse
• - Daten und Routinen für Fehlerhandling und Diagnose

Mit diesen verschiedenen Kommunikationszyklen ist eine feine­ re Systemskalierung möglich.

Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein System und Verfah­ ren

• - zur Regelung eines ersten Teilnehmers in einem schalt­ baren Datennetz von einem zweiten Teilnehmer in dem schaltbaren Datennetz, wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennetzes über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander syn­ chronen Übertragungszyklen erfolgt;
• - zur Übertragung eines Leitwerts von einem ersten Teil­ nehmer eines schaltbaren Datennetzes zu einem zweiten Teilnehmer des schaltbaren Datennetzes, wobei die Kommu­ nikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennet­ zes über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt;
• - zur Übertragung von Eingabe- und Ausgabewerten zwischen einer Eingabe-/Ausgabe-Station und einer Steuereinheit über ein schaltbares Datennetz;
• - zur Übertragung eines Datentelegramms mit Applikations­ daten über ein schaltbares Datennetz;
• - zur Generierung einer Relativuhr in einem Teilnehmer ei­ nes schaltbaren Datennetzes.

Claims (14)

1. Verfahren zur Regelung eines ersten Teilnehmers (2) in ei­ nem schaltbaren Datennetz (1) von einem zweiten Teilnehmer (9) dem schaltbaren Datennetz (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennetzes (1) über ei­ ne oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt, und jeder der Übertra­ gungszyklen in einen ersten Bereich zur Übertragung von echt­ zeitkritischen Daten und einen zweiten Bereich zur Übertra­ gung von nicht echtzeitkritischen Daten unterteilt ist, mit folgenden Schritten:

• - Übertragung eines ersten Datentelegramms mit einem Ist-Wert von dem ersten Teilnehmer (2) über das schaltbare Datennetz (1) im ersten Bereich eines Übertragungszyklus zu dem zwei­ ten Teilnehmer (9),
• - Ermittlung einer Regelabweichung aus dem Ist-Wert und einem Soll-Wert des zweiten Teilnehmers (9) und Ermittlung einer Stellgröße aus der Regelabweichung durch den zweiten Teil­ nehmer (9),
• - Übertragung eines zweiten Datentelegramms von dem zweiten Teilnehmer (9) an den ersten Teilnehmer (2) im ersten Be­ reich eines nachfolgenden Übertragungszyklus mit der Stell­ größe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erfassung eines oder mehrerer der Ist-Werte synchron zu den Kommunikationszyklen erfolgt.

3. Verfahren zur Übertragung eines Leitwerts von einem ersten Teilnehmer (2) eines schaltbaren Datennetzes (1) zu einem zweiten Teilnehmer (9) des schaltbaren Datennetzes (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Daten­ netzes (1) über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt, und je­ der der Übertragungszyklen in einen ersten Bereich zur Über­ tragung von echtzeitkritischen Daten und einem zweiten Be­ reich zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten un­ terteilt ist, mit folgenden Schritten:

• - Erfassung eines Ist-Werts von dem ersten Teilnehmer (20),
• - Ermittlung des Leitwerts für den zweiten Teilnehmer (29, 30) basierend auf dem Ist-Wert,
• - Übertragung eines Datentelegramms mit dem Leitwert im ers­ ten Bereich des Übertragungszyklus von dem ersten Teilneh­ mer (20) an den zweiten Teilnehmer (29, 30)
• - Übernahme des Leitwerts im zweiten Teilnehmer (29, 30) und Ausführung einer auf den Leitwert bezogenen Bewegung, wobei der Bewegungsbezug linear oder nichtlinear sein kann.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Teilnehmer für die Leitwertgenerierung
eine Steuerung (20) mit einer Master-Achse (22) (real oder virtuell und/oder
eine Steuerung mit einer Zeitfunktion und/oder
einen Leitwertgeber und/oder
einen Antrieb
beinhaltet und der zweite Teilnehmer eine Steuerung (29, 30) oder einen Antrieb für eine oder mehrere Slave-Achsen (23, 24) basierend auf dem Leitwert beinhaltet.

5. Verfahren zur Übertragung von Eingabe- und Ausgabewerten zwischen einer Eingabe-/Ausgabe-Station (45) und einer Steu­ ereinheit (40) über ein schaltbares Datennetz (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennet­ zes (1) über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt, und jeder der Übertragungszyklen in einen ersten Bereich zur Übertra­ gung von echtzeitkritischen Daten und einem zweiten Bereich zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten unterteilt ist, mit folgenden Schritten:

• - Erfassung eines Eingabewerts durch eine Eingabe-/­ Ausgabe-Station (45).
• - Übertragung eines ersten Datentelegramms mit dem Eingabe­ wert von der Eingabe-/Ausgabe-Station (45) zu der Steuer­ einheit (40),
• - Verarbeitung des Eingabewerts in der Steuereinheit (40) Generierung eines Ausgabewerts,
• - Übertragung eines zweiten Datentelegramms von der Steuer­ einheit (40) zu der Eingabe-/Ausgabe-Station (45) mit dem Ergebnis der Verarbeitung des Eingabewerts als Ausgabewert,
• - Ausgabe des Ausgabewerts durch die Eingabe-/Ausgabe-Station (45)

6. Verfahren zur Übertragung eines Datentelegramms mit Appli­ kationsdaten über ein schaltbares Datennetz (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennet­ zes (1) über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt, und jeder der Übertragungszyklen in einen ersten Bereich zur Übertra­ gung von echtzeitkritischen Daten und einem zweiten Bereich zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten unterteilt ist, mit folgenden Schritten:

• - Projektierung (explizit oder implizit) des Datennetzes für die Übertragung der Applikationsdaten in einem ersten Be­ reich eines Übertragungszyklus,
• - Übertragung eines Datentelegramms über das schaltbare Da­ tennetz (1) in dem ersten Bereich des Übertragungszyklus bei einer Applikationsanforderung.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei es sich bei den Applika­ tionsdaten um

• - Variablen eines Anwenderprogramms und/oder
• - Parameter einer Steuerung oder eines Antriebs und/oder
• - eine Not-Aus Information und/oder
• - Produktverfolgungsinformation, beispielsweise ein Schie­ beregister für Qualitätsverfolgung von Produkten in Pro­ duktionsmaschinen,

handelt.

8. Verfahren zur Generierung einer Relativuhr (68) in einem Teilnehmer (58) eines schaltbaren Datennetzes (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennet­ zes (1) über eine oder mehrere Punkt-zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungszyklen erfolgt, und jeder der Übertragungszyklen in einen ersten Bereich zur Übertra­ gung von echtzeitkritischen Daten und einem zweiten Bereich zur Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten unterteilt ist, mit folgenden Schritten:

• - Generierung einer Relativuhrquelle (68) in einem ersten Teilnehmer (58)
• - Übertragung der aktuellen Systemzeit der Relativuhr (68) an einen zweiten Teilnehmer (57), wobei die Übertragung einma­ lig, mehrmals oder zyklisch erfolgt,
• - Start/Resynchronisation einer Zeitbasis des zweiten Teil­ nehmers (57) durch den Empfang der aktuellen Systemzeit der Relativuhr (68),
• - Erfassung von Ereignissen mit einer aus der Relativuhr (68) abgeleiteten Zeitinformation, insbesondere mittels eines Zeitstempels,
• - Übertragung der Ereignisse an den ersten Teilnehmer (58)

und/oder

• - Generierung von Schaltereignissen mit Zeitstempel basierend auf der Relativuhr (68) des ersten Teilnehmers (58),
• - Übertragung der Schaltereignisse an den zweiten Teilnehmer (57),
• - Ausgabe der Schaltereignisse im zweiten Teilnehmer (57) ba­ sierend auf dem Zeitstempel.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Teilnehmer eine Sendeliste (7, 11) und eine Emp­ fangsliste (8, 12) für eine deterministische Kommunikation aufweist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, wobei der zweite Bereich eines Übertragungszyklus für die Übertragung von nicht echtzeitkritischen Daten nach einem In­ ternetprotokoll, vorzugsweise nach einem TCP/IP-Protokoll, erfolgt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei es sich bei den nicht echtzeitkritischen Daten um Daten einer Inbetriebnahme und/oder Wartung einer Anlage han­ delt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei es sich bei den nicht echtzeitkritischen Daten um Daten eines Remote Procedure Calls handelt, insbesondere für die Abfrage von Produktionsdaten von einem Datenserver eines Teilnehmers des schaltbaren Datennetzes (1), wobei es sich bei den Produktionsdaten beispielsweise um eine Rezeptur oder um Maschinenparameter handelt.

13. Automatisierungssystem mit Teilnehmern eines schaltbaren Datennetzes (1), wobei die Kommunikation zwischen Teilnehmern des schaltbaren Datennetzes (1) über eine oder mehrere Punkt­ zu-Punkt Verbindungen in zueinander synchronen Übertragungs­ zyklen erfolgt, und jeder der Übertragungszyklen in einen ersten Bereich zur Übertragung von echtzeitkritischen Daten und einem zweiten Bereich zur Übertragung von nicht echtzeit­ kritischen Daten unterteilt ist, und mit Mitteln zur Durch­ führung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 12.

14. Computerprogrammprodukt mit Mitteln zur Durchführung ei­ nes Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, wenn das Computerprogramm auf einem Automatisierungssys­ tem ausgeführt wird.