DE102020127334A1

DE102020127334A1 - Mittenstation und Bussystem mit einer Mittenstation

Info

Publication number: DE102020127334A1
Application number: DE102020127334.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel JEROLM
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Bussystem,- mit einer Kopfstation (200), die als Teilnehmer (200) eines Feldbusses (30) geeignet und mit dem Feldbus (30) verbindbar ist, und- mit einem ersten Subbus (10) und Teilnehmern (200, 310, 100) des ersten Subbusses (10),- mit einem zweiten Subbus (20) und Teilnehmern (100, 320) des zweiten Subbusses (20),- mit einer Mittenstation (100), die eine erste Sende-Empfangs-Schaltung (110) zur Verbindung mit dem ersten Subbus (10) und eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung (120) zur Verbindung mit dem zweiten Subbus (20) aufweist,bei dem die Kopfstation (200) als Master (M) des ersten Subbusses (10) ausgebildet ist,bei dem die Mittenstation (100) als Slave (S) des ersten Subbusses (10) ausgebildet ist,bei dem die Mittenstation (100) als Master (M) des zweiten Subbusses (20) ausgebildet ist.

Description

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Lösungen zu sicherheitsgerichteten Buskomponenten bekannt. Beispielsweise ist openSAFETY ein Kommunikationsprotokoll zur Übertragung sicherheitsgerichteter Daten beim Betrieb von Maschinen und anderen technischen Einrichtungen in der industriellen Fertigung, in Prozessanlagen oder in ähnlichen Bereichen. Bei derartigen Safety-Daten kann es sich z. B. um Alarmsignale handeln, die dadurch ausgelöst wurden, dass z.B. eine Person in Strahlen von Lichtschranken geraten ist, die die Person in einem Gefahrenbereich vor Unfällen schützen sollen. openSAFETY ermöglicht die Übermittlung von Sicherheitsinformationen ohne eigens für diese Art von Daten verlegte Kabelstrecken. Dies ist möglich, da openSAFETY ein Protokoll auf einem Bussystem ist, mit dem sich Sicherheitsdaten über bestehende Industrial-Ethernet-Leitungen übermitteln lassen.
Zudem gibt es Bus-basierte Sicherheitslösungen wie z. B. PROFIsafe, Safety over EtherCAT oder CIP Safety, die proprietäre Technologien sind. Im Gegensatz zu diesen proprietären Technologien arbeitet openSAFETY nur auf der obersten (Anwendungs-)Kommunikationsschicht des Netzwerks. Dieser Ansatz wird bei Kommunikationsprotokollen auch als Black Channel-Prinzip bezeichnet.
Es gibt auf dem Markt zahlreiche Steuerungen, Steuerungen mit On-Board-I/Os, Block-I/Os und modulare I/O-Systeme, wahlweise mit Koppler oder Controller als Kopfstation. Viele dieser Komponenten sind neben der Standardausführung auch als sicherheitsgerichtetes Bauteil verfügbar. Die sicherheitsgerichtete Variante ist in der Regel teurer, aufwändiger zu konfigurieren, und tendenziell weniger performant und vom Funktionsumfang eingeschränkt verglichen mit Standardkomponenten.
In vielen Anwendungen wird ein Großteil der Sensoren und Aktoren über Standardkomponenten angebunden und gesteuert. Häufig ist nur ein kleiner Teil einer Anlage sicherheitsrelevant, erfordert aber das Vorhandensein entsprechender sicherer I/Os und sicherer Steuerungen.
Sichere Komponenten und Standardkomponenten müssen zusammenspielen. Aus Kostengründen soll die Anzahl an Komponenten minimiert werden, d.h. es ist z.B. möglich, sicherheitsgerichtete I/Os an einer nicht-sicherheitsgerichteten Kopfstation eines modularen I/O-Systems zu betreiben. So können in vielen Fällen die Mehrkosten für ein zweites modulares I/O-System mit sicherheitsgerichteter Kopfstation in derselben Anlage vermieden werden. Die 8 zeigt eine solche Konstellation des Standes der Technik. Hier tauscht eine Safety-SPS 90' über einen Feldbus 30' Prozessdaten P' mit nicht-sicherheitsgerichteten Teilnehmern IOM' eines Lokalbusses 10', sogenannten Standard-IOMs und mit sicherheitsgerichteten Teilnehmern IOM' des Lokalbusses 10', sogenannten sicherheitsgerichteten IOMs, aus. In 8 sind die sicherheitsgerichteten Teilnehmer IOM' durch Schraffur markiert.
Feldbus 30' und Lokalbus 10' müssen nicht zwingend „sicher“ sein. Stattdessen werden diese als „schwarzer Kanal“ betrachtet und die Prozessdaten P' werden über spezielle Protokolle, wie beispielweise openSAFETY, abgesichert, die für den Feldbus 30' und Lokalbus 10' transparent sind.
Im Bussystem der 8 muss das sicherheitsgerichtete I/O-Modul IOM' im Lokalbus 10' das Sicherheitsprotokoll direkt unterstützen. Auf Grund des Umfangs und Aufwands kann man nicht beliebig viele Protokolle implementieren. Bekannte Produkte eines I/O-Moduls IOM' unterstützen üblicherweise nur ein Protokoll. Dadurch können die sicherheitsgerichteten I/O-Module IOM' in der Regel nur mit bestimmten Feldbussen 30' und Steuerungen 90' betrieben werden. Die auf dem Markt etablierten Protokolle zur Übertragung der sicherheitsrelevanten Daten P' sind proprietär und meist nur mit bestimmten Feldbussen nutzbar und untereinander üblicherweise nicht kompatibel.
Die sicherheitsgerichtete SPS' muss sowohl die sicherheitsgerichteten I/O-Module IOM' als auch die Standard-I/O-Module IOM' bedienen. Sie muss deshalb leistungsfähiger ausgelegt werden als für die eigentliche sicherheitsrelevante Aufgabe erforderlich. Dadurch können sich höhere Kosten ergeben. Alternativ zur 8 gibt es Bussysteme ebenfalls ohne sicherheitsgerichtete Komponenten. Ebenfalls ist es möglich, ein Bussystem vorzusehen, das ausschließlich den Lokalbus 10' nutzt und keine Feldbusverbindung 30' aufweist. In diesem Fall ist die Kopfstation kein reiner Koppler, sondern weist einen Controller mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung auf.
In der EP 1 054 309 A2 ist ein Verfahren zur sicheren Übertragung von Datensignalen über ein Bussystem beschrieben, wobei die Datensignale von zumindest einem Sensor erzeugt und über das Bussystem zu mindestens einem Aktor übertragen werden. Die von zumindest einem der Sensoren erzeugten Datensignale werden vor Einleitung in das Bussystem gemäß einem vorgegebenen Sicherheitscodierverfahren codiert. Anschließend werden die codierten Datensignale in das Bussystem eingespeist und über dieses übertragen. Die codierten Datensignale werden von zumindest einem der Aktoren empfangen und gemäß einem dem vorgegebenen Sicherheitscodierverfahren entsprechenden Decodierverfahren decodiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bussystem anzugeben, dass möglichst verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Es ist ein Bussystem vorgesehen mit einer Kopfstation und mit einem ersten Subbus und Teilnehmern des ersten Subbusses. Das Bussystem weist einen zweiten Subbus und Teilnehmer des zweiten Subbusses auf. Das Bussystem hat eine Mittenstation, die eine erste Sende-Empfangs-Schaltung zur Verbindung mit dem ersten Subbus und eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung zur Verbindung mit dem zweiten Subbus aufweist.
Die Kopfstation ist als Master des ersten Subbusses ausgebildet.
Die Mittenstation ist als Slave des ersten Subbusses ausgebildet. Die Mittenstation ist als Master des zweiten Subbusses ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Subbus als Ringbus ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der zweite Subbus als Ringbus ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Kopfstation und die Teilnehmer des ersten Subbusses und die Mittenstation eingerichtet, ein von der Kopfstation erzeugtes und gesendetes erstes Datenpaket durch alle als Slave ausgebildeten Teilnehmer des ersten Subbusses und die als Slave ausgebildete Mittenstation zurück zur Kopfstation zu übertragen.
Vorteilhafterweise werden Prozessdaten mittels des ersten Datenpakets in einem Summenrahmenprotokoll übertragen. Vorteilhafterweise weist ein Summenrahmen im ersten Datenpaket dabei erste Prozessdaten, beispielsweise Prozessausgangsdaten und/oder Prozesseingangsdaten für Teilnehmer, insbesondere alle Teilnehmer des ersten Subbusses auf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Mittenstation und die Teilnehmer des zweiten Subbusses eingerichtet, ein von der Mittenstation erzeugtes und gesendetes zweites Datenpaket durch alle als Slave ausgebildeten Teilnehmer des zweiten Subbusses zurück zur Mittenstation zu übertragen.
Vorteilhafterweise werden Prozessdaten mittels des zweiten Datenpakets in einem Summenrahmenprotokoll übertragen. Vorteilhafterweise weist ein Summenrahmen im zweiten Datenpaket dabei zweite Prozessdaten, beispielsweise Prozessausgangsdaten und/oder Prozesseingangsdaten für Teilnehmer, insbesondere alle Teilnehmer des zweiten Subbusses auf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Teilnehmer des ersten Subbusses Befestigungsmittel auf zur Fixierung der Position der Teilnehmer des ersten Subbusses zueinander. Die Befestigungsmittel können vorzugsweise einen Kraftschluss und/oder Formschluss zur Befestigung bewirken.
Vorteilhafterweise sind die Teilnehmer des ersten Subbusses mittels der Befestigungsmittel steckbar und/oder verrastbar ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Teilnehmer des ersten Subbusses als aneinander anreihbare Einheiten ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Teilnehmer des zweiten Subbusses Befestigungsmittel auf zur Fixierung der Position der Teilnehmer des zweiten Subbusses zueinander. Die Befestigungsmittel können vorzugsweise einen Kraftschluss und/oder Formschluss zur Befestigung bewirken.
Vorteilhafterweise sind die Teilnehmer des zweiten Subbusses mittels der Befestigungsmittel steckbar und/oder verrastbar ausgebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Teilnehmer des zweiten Subbusses als aneinander anreihbare Einheiten ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation Befestigungsmittel auf zur Fixierung der Position der Mittenstation zu einem der Teilnehmer des ersten Subbusses und zu einem der Teilnehmer des zweiten Subbusses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind Kopfstation, Mittenstation und Teilnehmer als modulares System ausgebildet. Vorteilhafterweise sind Kopfstation, Mittenstation und Teilnehmer mittels Befestigungsmittel zu einer mechanisch zusammenhängenden Baugruppe zusammensetzbar. Diese Baugruppe kann auch als Knoten bezeichnet werden.
Vorteilhafterweise sind Kopfstation, Mittenstation und Teilnehmer auf einer Platte oder Tragschiene befestigbar, beispielweise verrastbar und/oder steckbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Fixierung der Position der Teilnehmer lösbar ausgebildet. Die lösbare Fixierung ermöglicht eine durch den Nutzer veränderbare Anordnung der Position der Teilnehmer innerhalb des Knotens. Vorteilhafterweise können Teilnehmer, insbesondere im laufenden Betrieb des Subbusses, entfernt ausgetauscht oder hinzugefügt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind Teilnehmer des ersten Subbusses, Teilnehmer des zweiten Subbusses und die Mittenstation als separate scheibenförmige Module ausgebildet. Die scheibenförmigen Module sind einteilig oder mehrteilig ausgebildet. Vorteilhafterweise weist jedes scheibenförmige Modul elektrische Kontakte auf für eine elektrische Verbindung des ersten Subbusses und/oder zweiten Subbusses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation mittels Befestigungsmittel an einem unmittelbar benachbarten Teilnehmer des ersten Subbusses insbesondere lösbar befestigt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation mittels Befestigungsmittel an einem unmittelbar benachbarten Teilnehmer des zweiten Subbusses insbesondere lösbar befestigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung bilden die Befestigungsmittel einen Formschluss und/oder einen Kraftschluss. In vorteilhaften Ausgestaltungen weisen die Befestigungsmittel eine Verrastung und/oder eine Steckvorrichtung und/oder Klemmen und/oder Hinterschnitte oder dergleichen auf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kopfstation zusätzlich zur Kommunikation über einen Feldbus eingerichtet. Vorteilhafterweise ist die Kopfstation als Teilnehmer des Feldbusses geeignet. Vorteilhafterweise ist die Kopfstation mit dem Feldbus verbindbar ausgebildet.
Der Feldbus ist beispielsweise nach dem Profinet oder dem EtherCAT - Standard ausgebildet. Vorteilhafterweise ist der Feldbus dem ersten Subbus und/oder dem zweiten Subbus übergeordnet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Protokoll des Feldbusses unterschiedlich zu einem Protokoll des ersten Subbusses und zu einem Protokoll des zweiten Subbusses. Der erste Subbus und der zweite Subbus können auch als Lokalbus bezeichnet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen der erste Subbus und der zweite Subbus identische Subbus-Protokolle auf.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Teilnehmer des ersten Subbusses und die Teilnehmer des zweiten Subbusses gleiche Sende-Empfangs-Schaltungen zur Kommunikation über den jeweiligen Subbus auf. Derartige Sende-Empfangs-Schaltungen können auch als Busanschaltung bezeichnet werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen die Teilnehmer des ersten Subbusses und die Teilnehmer des zweiten Subbusses gleiche Übertragungsmedien des jeweiligen Subbuses auf. Übertragungsmedien sind Elemente zur Übertragung der Kommunikation, wie Leitungsabschnitte, Kontakte oder dergleichen.
Es können Teilnehmer wahlweise im ersten Subbus oder im zweiten Subbus verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der erste Subbus dem Feldbus untergeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der zweite Subbus dem Feldbus untergeordnet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Bussystem im ersten Subbus ringförmig ausgebildet. Dabei wird vorzugsweise ein erstes Datenpaket mit einem Summendatenrahmen für die Teilnehmer des ersten Subbusses durch alle Teilnehmer des ersten Subbusses ringförmig übertragen.
Das erste Datenpaket wird vorzugsweise vom Master der Kopfstation erzeugt und von den Teilnehmern des ersten Subbusses entsprechend ihrer Anordnung in der Ringform weitergereicht, wobei jeder Teilnehmer des ersten Subbusses - vorteilhafterweise zeitgleich zur Weiterreichung des Datenpakets - Daten aus dem ersten Datenpaket lesen und/oder Daten in das erste Datenpaket schreiben kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Bussystem im zweiten Subbus ringförmig ausgebildet. Dabei wird vorzugsweise ein zweites Datenpaket mit einem Summendatenrahmen für die Teilnehmer des zweiten Subbusses durch alle Teilnehmer des zweiten Subbusses ringförmig übertragen.
Das zweite Datenpaket wird vorzugsweise vom Master der Mittenstation erzeugt und von den Teilnehmern des zweiten Subbusses entsprechend ihrer Anordnung in der Ringform weitergereicht, wobei jeder Teilnehmer des zweiten Subbusses - vorteilhafterweise zeitgleich zur Weiterreichung des Datenpakets - Daten aus dem zweiten Datenpaket lesen und/oder Daten in das zweite Datenpaket schreiben kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kopfstation eingerichtet, ein erstes Datenpaket zur Übertragung von ersten Prozesseingangsdaten zu erzeugen und auf den ersten Subbus zu senden. Das erste Datenpaket ist für die Aufnahme der ersten Prozesseingangsdaten vorgesehen. Die ersten Prozesseingangsdaten sind zugehörig zu Prozesseingangssignalen an einem oder mehreren Slaves des ersten Subbusses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation eingerichtet, ein zweites Datenpaket zur Übertragung von zweiten Prozesseingangsdaten zu erzeugen und auf den zweiten Subbus zu senden. Das zweite Datenpaket ist für die Aufnahme der zweiten Prozesseingangsdaten vorgesehen. Die zweiten Prozesseingangsdaten sind zugehörig zu Prozesseingangssignalen an einem oder mehreren Slaves des zweiten Subbusses. Das erste Datenpaket wird hingegen nicht auf dem zweiten Subbus übertragen, das zweite Datenpaket wird nicht auf dem ersten Subbus übertragen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hat der Master der Kopfstation einen vorherbestimmten ersten Sendezeitpunkt für das Senden des ersten Datenpakets. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung hat der Master der Mittenstation einen vorherbestimmten zweiten Sendezeitpunkt für das Senden des zweiten Datenpakets.
Vorteilhafterweise sind der erste Sendezeitpunkt des Sendens des ersten Datenpakets und der zweite Sendezeitpunkt des Sendens des zweiten Datenpakets zeitlich derart zueinander bestimmt, dass von der Mittenstation das zweite Datenpaket empfangen ist zu einem zweiten Empfangszeitpunkt zeitlich nach dem ersten Sendezeitpunkt und zeitlich vor einem ersten Empfangszeitpunkt des Empfangs des ersten Datenpakets. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zumindest das zweite Datenpaket Eingangsdaten enthält.
Vorteilhafterweise sind die Datenpakete durch zeitlich aufeinander folgende Symbole, beispielsweise mit einer 8 Bit Breite, gebildet. Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der zweite Empfangszeitpunkt, an dem das zweite Datenpaket vollständig empfangen ist, vor dem Empfang eines zeitlich ersten Symbols des ersten Datenpaket. Hierdurch kann die Verzögerung minimiert werden, wenn Daten in dieses zeitlich erste Symbol geschrieben werden sollen, die auf Daten im zweiten Datenpaket basieren.
Vorteilhafterweise enthält zumindest das zweite Datenpaket Ausgangsdaten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation eingerichtet, einen zweiter Sendezeitpunkt des Sendens des zweiten Datenpakets in einem festen zeitlichen Abstand nach einem ersten Empfangszeitpunkt des Empfangs des ersten Datenpakets durch die Mittenstation festzulegen. Dies ermöglicht das zweite Datenpaket mit kleiner Latenz jedoch in der Zeit deterministisch zu senden. Daten des zweiten Datenpakets können dabei auf Daten des ersten Datenpakets basieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation eingerichtet, eine Gültigkeit, beispielsweise anhand einer Prüfsumme, des zweiten Datenpakets zu bestimmen. Der erste Sendezeitpunkt und der zweite Sendezeitpunkt sind dabei derart vorherbestimmt, dass von der Mittenstation das zweite Datenpaket vollständig empfangen und als gültig bewertet ist zu dem zweiten Empfangszeitpunkt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation eingerichtet, erste Prozessdaten in das erste Datenpaket basierend auf den zweiten Prozesseingangsdaten des zum zweiten Empfangszeitpunkt empfangenen zweiten Datenpakets zu schreiben. Gemäß unterschiedlicher, zudem kombinierbarer Weiterbildungen können die Prozessdaten in unterschiedlicher Art und Weise auf den zweiten Prozesseingangsdaten basieren.
Es ist möglich, dass die zweiten Prozesseingangsdaten unverändert als erste Prozessdaten in das erste Datenpaket übernommen werden. In diesem Fall werden die Prozesseingangsdaten beispielsweise verschoben oder kopiert.
Es ist ebenfalls möglich, dass die ersten Prozessdaten aus Prozesseingangsdaten bestimmt werden. Beispielsweise wird anhand der Prozesseingangsdaten und ggf. weiterer Daten ein Zustandswert zu einem Prozesszustand berechnet. Der Prozesszustand lässt sich beispielsweise als „Schutztür der Anlage geschlossen“ interpretieren. Der berechnete Zustandswert kann dann als Bestandteil der ersten Prozessdaten über den ersten Subbus zurück an die Kopfstation übertragen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist für eine Ausgabe von Prozessausgangssignalen zugehörig zu ersten Prozessausgangsdaten an einem oder mehreren Slaves des ersten Subbusses die Kopfstation eingerichtet, ein erstes Datenpaket zur Übertragung der ersten Prozessausgangsdaten zu erzeugen und auf den ersten Subbus zu senden. Dabei ist es möglich, dass die Kopfstation für die ersten Prozessausgangsdaten und die ersten Prozesseingangsdaten zeitversetzt jeweils ein erstes Datenpaket erzeugt und sendet. Ebenfalls ist es möglich, dass die Kopfstation für die ersten Prozessausgangsdaten und die ersten Prozesseingangsdaten zusammen ein erstes Datenpaket erzeugt und sendet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Kopfstation eingerichtet, das erste Datenpaket fortlaufend, insbesondere zyklisch zu senden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist für eine Ausgabe von Prozessausgangssignalen zugehörig zu zweiten Prozessausgangsdaten an einem oder mehreren Slaves des zweiten Subbusses die Mittenstation eingerichtet, ein zweites Datenpaket zur Übertragung der zweiten Prozessausgangsdaten zu erzeugen und auf den zweiten Subbus zu senden. Dabei ist es möglich, dass die Mittenstation für die zweiten Prozessausgangsdaten und die zweiten Prozesseingangsdaten zeitversetzt jeweils ein zweites Datenpaket erzeugt und sendet. Ebenfalls ist es möglich, dass die Mittenstation für die zweiten Prozessausgangsdaten und die zweiten Prozesseingangsdaten zusammen ein zweites Datenpaket erzeugt und sendet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation eingerichtet, das zweite Datenpaket fortlaufend, insbesondere zyklisch zu senden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation eingerichtet, die zweiten Prozessausgangsdaten in das zweite Datenpaket basierend auf mit dem ersten Datenpaket empfangenen zweiten Prozessdaten zu schreiben. Gemäß unterschiedlicher, zudem kombinierbarer Weiterbildungen können die zweiten Prozessausgangsdaten in unterschiedlicher Art und Weise auf den zweiten Prozessdaten basieren.
Es ist möglich, dass die zweiten Prozessdaten unverändert als zweite Prozessausgangsdaten in das zweite Datenpaket übernommen werden. In diesem Fall werden die zweiten Prozessdaten beispielsweise verschoben oder kopiert. Es ist ebenfalls möglich, dass die zweiten Prozessausgangsdaten aus zweiten Prozessdaten bestimmt werden.
Beispielsweise wird anhand der zweiten Prozessdaten und ggf. weiterer Daten ein Sollzustandswert zu einem gesteuerten Prozesszustand berechnet. Der gesteuerte Prozesszustand lässt sich beispielsweise als „Schutztür der Anlage schließen“ interpretieren.
Die Mittenstation berechnet beispielsweise anhand des Sollzustandswerts welche Aktoren der Anlage über welche Zeit oder bis zu welcher Position oder bis zu welchem Sensorsignal angesteuert werden, um beispielsweise die Schutztür der Anlage zu schließen. Die Aktoren werden dabei mittels der zweiten Prozessausgangsdaten durch die Teilnehmer des zweiten Subbusses angesteuert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation eingerichtet, das zweite Datenpaket zeitlich nach einem Empfang des ersten Datenpakets zu senden. Vorteilhafterweise wird ein Ausgabezeitpunkt der ersten Prozessausgangssignale und der zweiten Prozessausgangssignale derart vorbestimmt, dass zeitlich vorher die zweiten Prozessausgangssignale an die Teilnehmer des zweiten Subbusses mittels des zweiten Datenpakets übertragen sind.
Ein weiterer, unabhängiger Aspekt der Erfindung ist eine Mittenstation.
Die Mittenstation weist eine erste Sende-Empfangs-Schaltung zur Verbindung mit einem ersten Subbus auf.
Die Mittenstation weist eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung zur Verbindung mit einem zweiten Subbus auf.
Die Mittenstation ist als Slave des ersten Subbusses ausgebildet.
Die Mittenstation ist als Master des zweiten Subbusses ausgebildet.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildungsmöglichkeiten ist die Mittenstation durch die zum Bussystem zuvor erläuterten Merkmale weitergebildet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Mittenstation in dem erläuterten Bussystem eingesetzt. In alternativen Weiterbildungen kann die Mittenstation auch in einem anderen Bussystem, beispielsweise mit Strang- oder Sternstruktur, eingesetzt werden.
Gemäß vorteilhafter Weiterbildungsmöglichkeiten weist die Mittenstation eine dritte Sende-Empfangs-Schaltung zur Verbindung mit einem dritten Subbus auf. Vorteilhafterweise ist die Mittenstation eingerichtet ein zweites Datenpaket zu erzeugen und über den zweiten Subbus zu senden und ein drittes Datenpaket zu erzeugen und über einen dritten Subbus zu senden. Vorteilhafterweise ist die Mittenstation als Master des dritten Subbusses ausgebildet und eingerichtet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weisen der erste Subbus und der zweite Subbus identische Protokolle auf. Die identischen Protokolle des ersten Subbusses und des zweiten Subbusses unterscheiden sich vorteilhafterweise von einem Feldbusprotokoll eines übergeordneten Feldbusses. Hierdurch kann der sogenannte Overhead auf den Subbussen reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die insbesondere als speicherprogrammierbare Steuerung eingerichtet ist. Mittels der speicherprogrammierbaren Steuerung der Mittenstation kann die Mittenstation einen Teil eines Gesamtprozesses selbstständig, insbesondere ohne Beanspruchung von Rechenkapazitäten einer beispielsweise übergeordneten SPS steuern.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die eingerichtet ist, zur Erzeugung von zweiten Prozessausgangsdaten für eine Anzahl Slaves des zweiten Subbusses. Beispielsweise ist die Recheneinheit als Prozessor oder digitales Rechenwerk ausgebildet. Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit eingerichtet, die zweiten Prozessausgangsdaten basierend auf einem Steuerungs- und/oder Regelalgorithmus zu erzeugen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die eingerichtet ist, zur Auswertung von zweiten Prozesseingangsdaten von einer Anzahl von Slaves des zweiten Subbusses. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Recheneinheit eingerichtet, zur Auswertung der zweiten Prozesseingangsdaten, die zweiten Prozesseingangsdaten in einen Steuerungs- und/oder Regelalgorithmus einzugeben.
Alternativ oder zusätzlich kann die Rechenvorrichtung eingerichtet sein, die zweiten Prozesseingangsdaten zur Auswertung auf andere Werte abzubilden, beispielsweise zu komprimieren.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die eingerichtet ist, zur Erzeugung von ersten Prozessdaten für einen Master des ersten Subbusses. Zur Erzeugung der ersten Prozessdaten werden beispielsweise Daten in einem vorgegebenen Format durch die Rechenvorrichtung erstellt und in ein Datenpaket (u.a.) für die ersten Prozessdaten auf dem ersten Subbus kopiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die eingerichtet ist, die zweiten Prozessausgangsdaten in Abhängigkeit von den zweiten Prozesseingangsdaten und/oder den ersten Prozessdaten zu erzeugen. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Rechenvorrichtung eingerichtet, die ersten Prozessdaten basierend auf den zweiten Prozesseingangsdaten und/oder den zweiten Prozessausgangsdaten zu bestimmen, insbesondere zu errechnen.
Beispielsweise werden die ersten Prozessdaten durch eine Kopie der zweiten Prozesseingangsdaten erzeugt. Ebenfalls ist es möglich, dass die ersten Prozessdaten Ergebniswerte einer Auswertung der zweiten Prozesseingangsdaten und/oder der zweiten Prozessausgangsdaten und/oder weitere Daten sind.
Beispielsweise ist durch die Teilnehmer des zweiten Subbusses eine Teilanlage gesteuert. Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit eingerichtet, basierend auf den zweiten Prozesseingangsdaten und/oder den zweiten Prozessausgangsdaten zumindest einen Zustandswert zugehörig zu einem Prozesszustand der Teilanlage zu bestimmen und diesen Zustandswert in den ersten Prozessdaten an den Master des ersten Subbusses zu senden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die eingerichtet ist, zur Auswertung von zweiten Prozessdaten vom Master des ersten Subbusses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden die zweiten Prozessdaten in ein gesondertes Datenpaket im zweiten Subbus kopiert. In diesem Fall können die Teilnehmer des zweiten Subbusses die zweiten Prozessdaten auswerten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden die zweiten Prozessdaten als Prozessausgangsdaten über den zweiten Subbus gesendet. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Recheneinheit eingerichtet, basierend auf der Auswertung der zweiten Prozessdaten Funktionen oder Prozesszustände zu steuern.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die eingerichtet ist, die ersten Prozessdaten in Abhängigkeit von den zweiten Prozesseingangsdaten und/oder den zweiten Prozessausgangsdaten und/oder den zweiten Prozessdaten zu erzeugen.
Beispielsweise ist durch die Teilnehmer des zweiten Subbusses eine Teilanlage gesteuert. Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit eingerichtet, basierend auf den ersten Prozessdaten einen Zustand der Teilanlage anzusteuern. Zum Ansteuern des Zustands der Teilanlage werden vorteilhafterweise zusätzlich die zweiten Prozesseingangsdaten ausgewertet und die zweiten Prozessausgangsdaten basierend auf den ersten Prozessdaten und ggf. den zweiten Prozesseingangsdaten errechnet.
Vorteilhafterweise können zweite Prozesseingangsdaten einmal oder mehrmals übertragen werden und zweite Prozessausgangsdaten einmal oder mehrmals erzeugt und übertragen werden, bis der anzusteuernde Zustand der Teilanlage erreicht ist. Ist der anzusteuernde Zustand erreich, wird zumindest ein Zustandswert in die ersten Prozessdaten geschrieben und an die Kopfstation übertragen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Mittenstation eine Rechenvorrichtung auf, die als sicherheitsgerichtete Steuerung eingerichtet ist. Beispielsweise erfüllt die sicherheitsgerichtete Steuerung die Anforderungen SIL 3, beispielsweise nach der Norm EN 61 508 oder einer vergleichbaren Norm. Dabei gibt es vier wohlunterschiedene Stufen zur Spezifizierung der Anforderung für die Sicherheitsintegrität von Sicherheitsfunktionen, die dem E/E/PEsicherheitsbezogenen System zugeordnet werden, wobei der Sicherheits-Integritätslevel 4 die höchste Stufe der Sicherheitsintegrität und der Sicherheits-Integritätslevel 1 die niedrigste darstellt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die als sicherheitsgerichtete Steuerung eingerichtete Recheneinheit eingerichtet, mit sicherheitsgerichteten Slaves des zweiten Subbusses eine sichere Verbindung zu bilden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die als sicherheitsgerichtete Steuerung eingerichtete Recheneinheit eingerichtet, mittels der sicherheitsgerichteten Slaves des zweiten Subbusses eine sicherheitsgerichtete Funktion zu steuern.
Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung ist dabei nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere ist es möglich, Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren. Ebenfalls müssen nicht alle Merkmale eines Ausführungsbeispiels zwingend zusammen verwendet werden, sondern können auch einzeln ein Bussystem oder eine Mittenstation weiterbilden, sofern diese nicht explizit als zwingend zusammen zu verwenden angegeben sind.
Dabei zeigen

1: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bussystems und eines Ausführungsbeispiels einer Mittenstation;
2: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bussystems und eines Ausführungsbeispiels einer Mittenstation;
3: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bussystems und eines Ausführungsbeispiels einer Mittenstation und schematisch dargestellte Datenpakete unter anderem für Ausgangsdaten;
4: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bussystems und eines Ausführungsbeispiels einer Mittenstation und schematisch dargestellte Datenpakete unter anderem für Eingangsdaten;
5: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bussystems und eines Ausführungsbeispiels einer sicherheitsgerichteten Mittenstation;
6: eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Bussystems und eines Ausführungsbeispiels einer sicherheitsgerichteten Mittenstation;
7: eine schematische Ansicht eines Diagramms; und
8 eine schematische Ansicht eines Bussystems des Standes der Technik.

In 1 ist eine Mittenstation 100 schematisch dargestellt. Die Mittenstation 100 weist eine erste Sende-Empfangs-Schaltung 110 zur Verbindung mit einem ersten Subbus 10 auf. Die Mittenstation 100 weist eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung 120 zur Verbindung mit einem zweiten Subbus 20 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Mittenstation 100, ist die Mittenstation 100 als Slave S des ersten Subbusses 10 ausgebildet. Zudem ist die Mittenstation 100 als Master M des zweiten Subbusses 20 ausgebildet.
Master M / Slave S ist dabei eine an sich bekannte hierarchische Verwaltung des Zugriffs auf eine gemeinsame Ressource, hier in 1 des jeweiligen Subbusses 10, 20. So ist die Mittenstation 100 im ersten Subbus 10 ein Slave-Teilnehmer S, hingegen im zweiten Subbus 20 Master M. Ein Master M hat als einziger das Recht, unaufgefordert auf den Subbus 10, 20 zuzugreifen.
Ein Slave S kann von sich aus nicht auf den Subbus 10, 20 zugreifen, der Slave S muss warten, bis er vom Master M gefragt wird (Polling) oder mittels eines vom Master M auf dem Subbus 10, 20 zirkulierten Datenpakets dem Master M einen Übertragungswunsch anzeigen. Die Mittenstation 100 darf entsprechend auf den zweiten Subbus 20 unaufgefordert zugreifen, nicht hingegen auf den ersten Subbus 10.
Die erste Sende-Empfangs-Schaltung 110 und die zweite Sende-Empfangs-Schaltung 120 der Mittenstation 100 können beispielsweise als separate Schaltungen ausgebildet sein. Beispielsweise sind diese als getrennte integrierte Schaltkreise auf einem Schaltungsträger angeordnet.
Ebenfalls ist es möglich, dass die erste Sende-Empfangs-Schaltung 110 und die zweite Sende-Empfangs-Schaltung 120 gemeinsam in einer integrierten Schaltung, beispielsweise in einem ASIC oder FPGA, ausgebildet sind. In 1 sind die erste Sende-Empfangs-Schaltung 110 und die zweite Sende-Empfangs-Schaltung 120 lediglich als Funktionsblöcke schematisch dargestellt.
Ergänzend zu dem Ausführungsbeispiel der 1 kann die Mittenstation 100 weitere Schaltungen aufweisen. Beispielsweise kann die Mittenstation 100 eine dritte oder weitere Sende-Empfangs-Schaltungen aufweisen, zur Verbindung mit weiteren, in 1 nicht dargestellten Subbussen.
Beispielsweise kann die Mittenstation 100 eine Schaltung zur Berechnung aufweisen. Beispielsweise kann die Mittenstation 100 eine Anzahl Eingänge und/oder eine Anzahl Ausgänge zur Eingabe/Ausgabe von Signalen für eine angeschlossene Anlage beispielsweise mit einer Anzahl Sensoren und/oder einer Anzahl Aktoren aufweisen. Die Anzahl umfasst in dieser Beschreibung dabei genau einen oder mehrere der Genannten.
Als weiteres Ausführungsbeispiel zeigt die 1 ein Bussystem. Das Bussystem weist eine Kopfstation 200 und einen ersten Subbus 10 auf. Zusätzlich zur Kopfstation 200 sind Teilnehmer 310 des ersten Subbusses 10 dargestellt. Das Bussystem weist zudem einen zweiten Subbus 20 auf. Ebenfalls sind Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 dargestellt.
Das Bussystem hat eine Mittenstation 100, die eine erste Sende-Empfangs-Schaltung 110 zur Verbindung mit dem ersten Subbus 10 und eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung 120 zur Verbindung mit dem zweiten Subbus 20 aufweist. Die Kopfstation 200 ist als Master M des ersten Subbusses 10 ausgebildet. Die Mittenstation 100 ist als Slave S des ersten Subbusses 10 ausgebildet. Die Mittenstation 100 ist als Master M des zweiten Subbusses 20 ausgebildet.
Ergänzend zu dem Ausführungsbeispiel der 1 kann die Kopfstation 200 eine Anzahl weiterer Schnittstellen aufweisen. Beispielsweise kann die Kopfstation 200 eine Schnittstelle zu einem oder mehreren Netzwerken, wie TCP-IP oder Feldbussen, wie EtherCAT, aufweisen. Weiterhin kann die Kopfstation 200 eine Service-Schnittstelle (z.B. USB) oder eine Anzahl Signaleingänge und/oder Signalausgänge für externe Geräte aufweisen.
Das Bussystem oder die Mittenstation der Ausführungsbeispiele der 1 kann durch einzelne in den anderen Figuren dargestellte Merkmalen und/oder durch einzelne, in der Beschreibungseinleitung genannte Weiterbildungen ergänzt werden.
Ausgestaltungen des in 1 dargestellten Bussystems ermöglichen mehrere Vorteile. Die Mittenstation 100 und die weiteren Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 können eine Anzahl von Funktionen bereitstellen, die von Teilnehmern 200, 310 des ersten Subbusses 10 unabhängig sind. Beispielsweise sind die Mittenstation 100 und die weiteren Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 durch eine separate Energieversorgung, wie ein separates Netzteil, versorgt.
Eine Anzahl durch die Teilnehmer 100, 320 des zweiten Subbusses 20 bereitgestellten Sub-Funktionen können selbst bei Totalausfall oder Abschalten der Kommunikation auf dem ersten Subbus 10 fortgeführt werden. Durch eine Sub-Funktion kann die Anlage beispielsweise gesichert oder in einem Notbetrieb betrieben werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Kopfstation 200 und Mittenstation 100 zeitlich synchronisiert. Beispielsweise weisen sowohl Kopfstation und Mittenstation einen synchronisierbaren Zeitgeber auf. Vorteilhafterweise sind die Kommunikation auf dem ersten Subbus 10 und die Kommunikation auf dem zweiten Subbus 20 aufeinander abgestimmt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Teilnehmer 200, 310, 100 des ersten Subbusses 10 und Teilnehmer 100, 320 des zweiten Subbusses 20 eingerichtet, zu einem gemeinsamen Eingangs-Zeitpunkt (engl. Global Sampling Point) im Rahmen der Synchronisation zeitgleich analoge und/oder digitale Eingangssignale an Eingängen einzulesen und/oder zu einem gemeinsamen Ausgangs-Zeitpunkt (engl. Global Output Point) im Rahmen der Synchronisation zeitgleich analoge und/oder digitale Ausgangssignale an Ausgängen auszugeben.
Ein Ausführungsbeispiel in 2 zeigt ein Bussystem mit einer Kopfstation 200 und einer Mittenstation 100 und einem ersten Subbus 10 und einem zweiten Subbus 20. Dabei sind die Kopfstation 200 und die Mittenstation 100 Teilnehmer des ersten Subbusses 10. Zudem sind weitere Teilnehmer 310 des ersten Subbusses 10 dargestellt.
Die Mittenstation 100 ist zudem Teilnehmer des zweiten Subbusses 20, wobei in 2 zudem weitere Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 dargestellt sind. Die Mittenstation 100 weist eine erste Sende-Empfangs-Schaltung 110 zur Verbindung mit dem ersten Subbus 10 und eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung 120 zur Verbindung mit dem zweiten Subbus 20 auf.
Teilnehmer 200, 310 des ersten Subbusses 10 weisen Befestigungsmittel 201, 301, 302 auf zur lösbaren Fixierung der Position der Teilnehmer 200, 310 des ersten Subbusses 10 zueinander. Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 weisen Befestigungsmittel 301, 302 auf zur lösbaren Fixierung der Position der Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 zueinander.
Vorteilhafterweise weist die Mittenstation 100 Befestigungsmittel 101, 102, 103 auf zur lösbaren Fixierung der Position der Mittenstation 100 zu einem insbesondere angrenzenden Teilnehmer 310 des ersten Subbusses 10 und zu einem insbesondere angrenzenden Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20.
Die Befestigungsmittel 101, 102, 103, 201, 301, 302 sind in 2 schematisch dargestellt. In Ausgestaltungen können die Befestigungsmittel durch unterschiedliche Kraftschlüsse und/oder Formschlüsse ausgebildet sein. In beispielhaften Ausgestaltungen können als Befestigungsmittel Verrastungen 101, 201, 301 zur Aufrastung auf einer Tragschiene 80 oder dergleichen vorgesehen sein. In den Ausgestaltungen sind die Befestigungsmittel 102, 103 und 302 optional, wenn zumindest die Befestigungsmittel 101, 201 und 301 vorhanden sind.
Vorteilhafterweise bilden die Verrastungen jeweils einen Formschluss. Ebenfalls ist es möglich, die Teilnehmer 200, 310, 100, 320 zu stecken, wobei Befestigungsmittel 101, 201, 301 als mechanische Steckbefestigungen zur Bildung eines Kraftschlusses und/oder Formschlusses ausgebildet sind.
In einer vorteilhaften jedoch optionalen Ausgestaltung sind die Teilnehmer 200, 310, 100, 320 an jeweils einen oder zwei angrenzende Teilnehmer 200, 310, 100, 320 mittels Befestigungsmittel 202, 302, 102, 103 unmittelbar befestigt. Die Befestigungsmittel 202, 302, 102, 103 sind vorteilhafterweise als ineinandergreifende Vor- und Rücksprünge ausgebildet, die einen Formschluss bilden.
Die Vor- und Rücksprünge bewirken beispielsweise bei einer Montage auf einer Tragschiene 80, dass die Teilnehmer 200, 310, 100, 320 in Anreihrichtung zueinander fixiert sind. Die Befestigungsmittel 202, 302, 102, 103 können als Führungskanten ausgebildet sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden durch die Führungskanten die Teilnehmer 202, 302, 102, 103 bei der Montage aneinander geführt und somit zueinander positioniert.
In einem Ausführungsbeispiel in 2 sind Teilnehmer 310, 320, 100 des ersten Subbusses 10 und/oder des zweiten Subbusses 20 mehrteilig ausgebildet. Beispielsweise weisen Teilnehmer 310, 320, 100 einen Sockel 313, 323 auf. Die Sockel 313, 323 sind beispielsweise zur Montage auf einer Tragschiene 80 ausgebildet. Aneinander angrenzende Sockel 313, 323 sind durch elektrische Kontakte K miteinander elektrisch verbunden. In 2 sind die elektrischen Kontaktstellen K nur schematisch dargestellt. Die Sockel 313, 323 bilden in 2 eine Art einer sogenannten Backplane.
Vorteilhafterweise sind auf diese Sockel 313, 323 Hauptkörper 312 von Teilnehmern 310 des ersten Subbusses 10, Hauptkörper 322 von Teilnehmern 320 des zweiten Subbusses 20 und ein Hauptkörper 122 der Mittenstation 100 aufgesteckt oder aufgerastet. Zudem können die Teilnehmer 310, 320 weitere Teile, beispielsweise Anschlussterminals 311, 321 aufweisen, die einen Anschluss von externen Geräten, wie Aktoren, Sensoren, Eingabegeräten, Schaltungen oder dergleichen ermöglichen. Die Bestandteile 313, 312, 311, 323, 322, 321, 122 jedes Teilnehmers 310, 320, 100 sind vorteilhafterweise untereinander mittels elektrischer Kontakte K elektrisch verbindbar.
In einem Ausführungsbeispiel in 2 ist das Bussystem als sogenannter Knoten ausgebildet, der aus aneinander gereihten Teilnehmern 100, 200, 310, 320 modular gebildet ist. Zusätzlich zur Kopfstation 200 und zur Mittenstation 100 sind eine Anzahl weiterer Teilnehmer 310, 320 als sogenannte I/O-Module (IOM) ausgebildet. Jedes I/O-Modul weist eine Anzahl von Eingängen und/oder eine Anzahl von Ausgängen mit elektrischen Anschlüssen zur Kabel-Verbindung mit externen Geräten auf.
Beispielsweise weist ein I/O-Modul eine Anzahl analoger Signaleingänge (z.B. einen 2-Kanal-Analogeingang) und/oder eine Anzahl analoger Signalausgänge für analoge Signale auf. Andere I/O-Module weisen eine Anzahl von digitalen Eingängen und/oder digitalen Ausgängen auf. Andere I/O-Module weisen eine serielle Schnittstelle, z.B. RS-232/485 oder dergleichen auf. Es sind dabei die verschiedenartigsten I/O-Module denkbar.
Der Anwender kann mittels der Kopfstation, der Mittenstation und frei auswählbaren I/O-Modulen als Teilnehmer 310, 320 der Subbusse 10, 20 einen Knoten individuell ausbilden, verändern oder erweitern.
In einem Ausführungsbeispiel in der 2 ist das Bussystem als Master-Slave-System ausgebildet. Die Kopfstation 200 ist dabei als Master M des ersten Subbusses 10 ausgebildet. Die Mittenstation 100 ist als Slave S des ersten Subbusses 10 ausgebildet. Zudem ist die Mittenstation 100 als Master M des zweiten Subbusses 20 ausgebildet.
Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die Teilnehmer 310 des ersten Subbusses 10 als Slaves S ausgebildet. Das erste Slave 11 ist dabei angrenzend an die Kopfstation 200 angeordnet, das zweite Slave 12 angrenzend an das erste Slave 11, das dritte Slave 13 angrenzend an das zweite Slave 12. In der Reihe ist weiterhin das vierte Slave 14 zwischen dem dritten Slave 13 und der Mittenstation 100 jeweils angrenzend angeordnet.
Im zweiten Subbus 20 ist das Slave 21 vorteilhafterweise an die Mittenstation 100 angrenzend angeordnet, in der Reihe folgen die Slaves 22, 23 und eine Abschlusskappe. Ersichtlich weist die Mittenstation 100 eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung 120, verbunden mit dem zweiten Subbus 20 auf, die als Master M des zweiten Subbusses 20 eingerichtet ist. Hingegen sind die Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 alle als Slaves 21, 22, 23 ausgebildet.
In einem Ausführungsbeispiel der 2 weist die Mittenstation 100 eine erste Sende-Empfangs-Schaltung 110 auf, die als Slave S mit dem ersten Subbus 10 verbunden ist. Weiterhin weist die Mittenstation 100 eine Recheneinheit 130 auf, die mit der ersten Sende-Empfangs-Schaltung 110 und der zweiten Sende-Empfangs-Schaltung 120 verbunden ist. Somit ist eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung 220 der Kopfstation 200 als einzige im ersten Subbus 10 als Master M eingerichtet.
In einem Ausführungsbeispiel in 2 weist die Kopfstation 200 weiterhin eine erste Sende-Empfangs-Schaltung 210 zur Verbindung mit einem Feldbus 30 auf. Die Verbindung mit einem Feldbus 30 ist dabei optional, da der Knoten autark funktionsfähig ist, wenn die Kopfstation 200 eine Recheneinheit 230, beispielsweise einen Prozessor aufweist, um Funktionen des Knotens zu steuern.
Zwar ist es grundsätzlich möglich, dass auf beiden Subbussen 10, 20 unterschiedliche Protokolle verwendet werden, in einer vorteilhaften Ausgestaltung in 2 arbeiten beide Subbusse 10, 20 jedoch mit demselben Subbus-Protokoll PT2, so dass ein Teilnehmergerät wahlweise als Teilnehmer 310 des ersten Subbusses 10 oder als Teilnehmer 320 des zweiten Subbusses 20 verwendet werden kann. Hingegen wird auf dem Feldbus 30 ein vom Subbus-Protokoll PT2 verschiedenes Feldbus-Protokoll PT1 verwendet.
Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit 230 der Kopfstation 200 eingerichtet, Prozessdaten basierend auf dem Feldbus-Protokoll PT1 aus einem Feldbus-Datenpaket zu entnehmen und in ein Subbus-Datenpaket basierend auf dem Subbus-Protokoll PT2 einzugeben. Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit 230 der Kopfstation 200 eingerichtet, Prozessdaten basierend auf dem Subbus-Protokoll PT2 aus einem Subbus-Datenpaket zu entnehmen und in ein Feldbus-Datenpaket basierend auf dem Feldbus-Protokoll PT1 einzugeben.
Vorteilhafterweise wird für das Subbus-Protokoll PT2 ein Summenrahmenprotokoll mit Prozessdaten für die Teilnehmer 310, 320 verwendet. Das Summenrahmenprotokoll benötigt einen geringen Overhead. Ein Datenpaket auf dem ersten Subbus 10 mit dem Subbus-Protokoll PT2 ist vorteilhafterweise kürzer als ein Feldbus-Datenpaket auf dem Feldbus 30 mit dem Feldbus-Protokoll PT1.
Eine Ausgestaltung in 3 weist eine Mittenstation 100, eine Kopfstation 200, als weitere Teilnehmer zwei Slaves 11, 12 eines ersten Subbusses 10 und als weitere Teilnehmer drei Slaves 21, 22, 23 eines zweiten Subbusses 20 auf. Der erste Subbus 10 ist vorteilhafterweise in Form eines Ringbusses ausgebildet. Der zweite Subbus 20 ist vorteilhafterweise in Form eines Ringbusses ausgebildet. Der erste Slave 11 des ersten Subbusses 10 gibt das Prozessausgangssignal Soll und der zweite Slave 12 das Prozessausgangssignal So12 aus. Der erste Slave 21 des zweiten Subbusses 20 gibt das Prozessausgangssignal So21 und der zweite Slave 22 das Prozessausgangssignal So22 und der dritte Slave 23 das Prozessausgangssignal So23 aus. Das Ausführungsbeispiel ist dabei vereinfacht, indem die Slaves 11, 12, 21, 22, 23 nur Prozessausgangssignale Soll, So12, So21, So22, So23 ausgeben. Zusätzlich können Slaves vorhanden sein (nicht dargestellt) in die Prozesseingangssignale eingegeben werden.
In einem Ausführungsbeispiel in 3 ist ein erstes Datenpaket DP1' schematisch dargestellt. Das erste Datenpaket DP1' wird vom Master M der Kopfstation 200 erzeugt, mittels des ersten Subbusses 10 über die Slaves 11, 12 zum Slave S der Mittenstation 100 und von der Mittenstation 100 zurück an den Master M der Kopfstation 200 übertragen.
Vorteilhafterweise enthält das erste Datenpaket DP1' Prozessausgangsdaten Poll, Po12 für den ersten Slave 11 und den zweiten Slave 12 des ersten Subbusses 10. In einem Ausführungsbeispiel der 3 enthält das erste Datenpaket DP1' zweite Prozessdaten P2, die der Mittenstation 100 und/oder einer Anzahl der Teilnehmer 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 zugehörig sind.
Beispielsweise sind die zweiten Prozessdaten eine Kennung oder Zustandswert für den die Mittenstation 100 Prozessausgangsdaten Po21 für eine Anzahl von Teilnehmern 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 bestimmt. Auch ist es möglich, dass die zweiten Prozessdaten P2 unverändert als Prozessausgangsdaten Po21 in ein zweites Datenpaket DP2' für den zweiten Subbus 20 kopiert werden.
Es kann das erste Datenpaket DP1' weitere - nicht dargestellte - Daten enthalten. Beispielsweise enthält das erste Datenpaket DP1' zudem Steuerdaten, Datenpaket-Kennungen, Prüfwerte oder dergleichen. Vorteilhafterweise ist die Kopfstation 200 eingerichtet, das erste Datenpaket DP1' mit ggf. geänderten Prozessdaten fortlaufend, insbesondere zyklisch zu übertragen.
In einem Ausführungsbeispiel in 3 ist ein zweites Datenpaket DP2' schematisch dargestellt. Das zweite Datenpaket DP2' wird vom Master M der Mittenstation 100 erzeugt, mittels des zweiten Subbusses 20 über die Slaves 21, 22 zum Slave 23 und vom Slave 23 zurück an den Master M der Mittenstation 100 übertragen. Das zweite Datenpaket DP2' enthält Prozessausgangsdaten Po21, Po22, Po23 für den ersten Slave 21 und den zweiten Slave 22 und den dritten Slave 23 des zweiten Subbusses 20. Die Slaves 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 sind eingerichtet, basierend auf den Prozessausgangsdaten Po21, Po22, Po23 Prozessausgangssignale So21, So22, So23 auszugeben.
In einer Ausgestaltung in 3 ist die Mittenstation 100 eingerichtet, eine deterministische Latenz zwischen dem Empfang eines ersten Datenpakets DP1' auf dem ersten Subbus 10 und dem Senden eines zweiten Datenpakets DP2' auf dem zweiten Subbus 20 vorzusehen. Beispielsweise ist die Latenz durch eine Taktzahl eines Taktgebers festgelegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bussystem eingerichtet, die Prozessausgangssignale Soll, So12, So21, So22, So23 durch die I/O-Module 11, 12 des ersten Subbusses 10 und die I/O-Module 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 zu einem Ausgabezeitpunkt im Rahmen einer Synchronisationsgenauigkeit gleichzeitig auszugeben. Hierzu ist die Kopfstation 200 eingerichtet, das erste Datenpaket DP1' in einem vorzugsweise vorbestimmten zeitlichen Abstand vor dem Ausgabezeitpunkt zu senden. Die Mittenstation 100 ist eingerichtet, das zweite Datenpaket DP2' in einem vorzugsweise vorbestimmten zeitlichen Abstand vor dem Ausgabezeitpunkt zu senden.
Eine Ausgestaltung in 4 weist eine Mittenstation 100, eine Kopfstation 200 als weitere Teilnehmer zwei Slaves 11, 12 eines ersten Subbusses 10 und als weitere Teilnehmer drei Slaves 21, 22, 23 eines zweiten Subbusses 20 auf. Der erste Subbus 10 ist vorteilhafterweise in Form eines Ringbusses ausgebildet. Der zweite Subbus 20 ist vorteilhafterweise in Form eines Ringbusses ausgebildet. Der erste Slave 11 des ersten Subbusses 10 erhält das Prozesseingangssignal Si11 und der zweite Slave 12 das Prozesseingangssignal Si12.
Zum Erhalt des Prozesseingangssignals Si11 ist der erste Slave 11 beispielsweise eingerichtet, das Prozesseingangssignal Si11 abzutasten. Der erste Slave 21 des zweiten Subbusses 20 erhält das Prozesseingangssignal Si21 und der zweite Slave 22 das Prozesseingangssignal Si22 und der dritte Slave 23 das Prozesseingangssignal Si23. Das Ausführungsbeispiel ist dabei vereinfacht, indem die Slaves 11, 12, 21, 22, 23 nur Prozesseingangssignale Si11, Si12, Si21, Si22, Si23 erhalten. Zusätzlich können Slaves vorhanden sein, wie in 3 dargestellt, die Prozessausgangssignale ausgeben.
In einem Ausführungsbeispiel in 4 ist ein erstes Datenpaket DP1 schematisch dargestellt. Das erste Datenpaket DP1 wird vom Master M der Kopfstation 200 erzeugt, mittels des ersten Subbusses 10 über die Slaves 11, 12 zum Slave S der Mittenstation 100 und von der Mittenstation 100 zurück an den Master M der Kopfstation 200 übertragen. Das erste Datenpaket DP1 enthält Prozesseingangsdaten Pi11, Pi12 von dem ersten Slave 11 und dem zweiten Slave 12 des ersten Subbusses 10. In einem Ausführungsbeispiel der 4 enthält das erste Datenpaket DP1 erste Prozessdaten P1, die von der Mittenstation 100 an den Master M der Kopfstation übertragen werden.
Beispielsweise sind die ersten Prozessdaten P1 ein von der Mittenstation 200 mittels einer Recheneinheit 120 berechneter Prozesswert, beispielsweise eine Kennung oder Zustandswert. Vorteilhafterweise ist die Mittenstation eingerichtet, die ersten Prozessdaten P1 basierend auf Prozesseingangsdaten Pi21, Pi22, Pi23 für eine Anzahl von Teilnehmern 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 zu bestimmen. Auch ist es möglich, dass die ersten Prozessdaten P1 unverändert als Kopie von Prozesseingangsdaten Pi21, Pi22, Pi23 in das erste Datenpaket DP1 durch die Mittenstation 100 kopiert werden. Vorteilhafterweise ist die Kopfstation 200 eingerichtet, das erste Datenpaket DP1 mit ggf. geänderten Prozessdaten fortlaufend, insbesondere zyklisch zu übertragen.
In einer Ausgestaltung in Bezug auf 3 und 4 weist dasselbe erste Datenpaket DP1, DP1' sowohl Prozesseingangsdaten Pi11 als auch Prozessausgangsdaten Po11 auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung in Bezug auf 3 und 4 sind zwei erste Datenpakete DP1 und DP1' vorgesehen, die zeitlich versetzt über den ersten Subbus 10 übertragen werden, um Prozesseingangsdaten Pi11 und Prozessausgangsdaten Po11 zu trennen.
In einem Ausführungsbeispiel in 4 ist ein zweites Datenpaket DP2 schematisch dargestellt. Das zweite Datenpaket DP2 wird vom Master M der Mittenstation 100 erzeugt, mittels des zweiten Subbusses 20 über die Slaves 21, 22 zum Slave 23 und vom Slave 23 zurück an den Master M der Mittenstation 100 übertragen. Das zweite Datenpaket DP2 enthält Prozesseingangsdaten Pi21, Pi22, Pi23 vom ersten Slave 21 und vom zweiten Slave 22 und vom dritten Slave 23 des zweiten Subbusses 20. Die Slaves 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 sind eingerichtet, basierend auf Prozesseingangssignalen Si21, Si22, Si23 Prozesseingangsdaten Pi21, Pi22, Pi23 in das zweite Datenpaket DP2 zu schreiben.
In einer Ausgestaltung in Bezug auf 3 und 4 weist dasselbe zweite Datenpaket DP2, DP2' sowohl Prozesseingangsdaten Pi21 als auch Prozessausgangsdaten Po21 auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung in Bezug auf 3 und 4 sind zwei zweite Datenpakete DP2 und DP2' vorgesehen, die zeitlich versetzt über den zweiten Subbus 20 übertragen werden, um Prozesseingangsdaten Pi21 und Prozessausgangsdaten Po21 zu trennen.
In einer Ausgestaltung in 4 ist die Mittenstation 100 eingerichtet, das zweite Datenpaket DP2 insbesondere in einem festen zeitlichen Abstand früher zu senden als das erste Datenpaket DP1 von der Mittenstation 100 empfangen wird. Beispielsweise ist der zeitliche Abstand durch eine Taktzahl eines Taktgebers festgelegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung in 4 ist das Bussystem eingerichtet, die Prozesseingangssignale Si11, Si12, Si21, Si22, Si23 durch die I/O-Module 11, 12 des ersten Subbusses 10 und die I/O-Module 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 zu einem Abtastzeitpunkt im Rahmen einer Synchronisationsgenauigkeit gleichzeitig abzutasten. Die Kopfstation 200 ist eingerichtet, das erste Datenpaket DP1 in einem vorzugsweise vorbestimmten zeitlichen Abstand nach dem Abtastzeitpunkt zu senden. Die Mittenstation 100 ist eingerichtet, das zweite Datenpaket DP2 in einem vorzugsweise vorbestimmten zeitlichen Abstand nach dem Abtastzeitpunkt zu senden.
In einem Ausführungsbeispiel in 5 ist ein Bussystem mit einer speicherprogrammierbaren-Steuerung 90, im folgenden SPS (engl. PLC - Programmable Logic Controller) vorgesehen, die über einen Feldbus 30 mit einer als Koppler ausgebildeten Kopfstation 200 verbunden ist. Eine SPS ist ein Gerät, das zur Steuerung oder Regelung einer Maschine oder Anlage eingesetzt und auf digitaler Basis programmiert wird. Die Kopfstation 200 ist Bestandteil eines Knotens, der mehrere Teilnehmer 11, 12, 21, 22, 23 und eine Mittenstation 100 aufweist, die über einen ersten Subbus 10 bzw. einen zweiten Subbus 20 miteinander im Knoten zur Kommunikation verbunden sind.
Die Prozessdaten P gelangen in einem Ausführungsbeispiel in 5 von der SPS 90 über den Feldbus 30, über die Kopfstation 200 zu den Teilnehmern 11, 12 des ersten Subbusses 10 und über eine Sende-Empfangs-Schaltung 110 der Mittenstation 100 zu einer Recheneinheit 130 der Mittenstation 100. Im zweiten Subbus 20 werden wiederum Prozessdaten zwischen einer Sende-Empfangs-Schaltung 120 der Mittenstation 100 und den Teilnehmern 21, 22, 23 übertragen.
In einem Ausführungsbeispiel der 5 ist dargestellt, dass die Recheneinheit 130 der Mittenstation 100 als speicherprogrammierbare-Steuerung SPS ausgebildet ist, wobei die speicherprogrammierbare-Steuerung SPS der Mittenstation 100 als sicherheitsgerichtete Komponente ausgebildet ist. Weiterhin sind zwei der Teilnehmer 21, 22 des zweiten Subbusses 20 als sicherheitsgerichtete I/O-Module ausgebildet, wobei in 5 die sicherheitsgerichteten Komponenten durch Schraffur hervorgehoben sind. Die nicht-sicherheitsgerichteten Standardkomponenten sind hingegen ohne Schraffur dargestellt.
Beispielsweise erfüllt die sicherheitsgerichtete Steuerung SPS der Mittenstation 100 die Anforderungen SIL 3, beispielsweise nach der Norm EN 61 508 oder einer vergleichbaren Norm. In einer Ausgestaltung der 5 ist die als sicherheitsgerichtete Steuerung SPS eingerichtete Recheneinheit 130 eingerichtet, mit den sicherheitsgerichteten Slaves 21, 22 des zweiten Subbusses 20 eine sichere Verbindung zu bilden.
Durch die sicherheitsgerichteten Komponenten, also durch die als sicherheitsgerichtete Steuerung SPS eingerichtete Recheneinheit 130 der Mittenstation 100 und die sicherheitsgerichteten Slaves 21, 22 des zweiten Subbusses 20 lässt sich einfach eine sicherheitsgerichtete Funktion steuern. In dem Ausführungsbeispiel der 5 ist es hingegen nicht erforderlich, dass die übergeordnete SPS 90 und der Feldbus 30 sicherheitsgerichtet ausgebildet sind.
Es lassen sich die Kosten reduzieren, wenn man die - häufig eher kleine und abgegrenzte - Sicherheitsfunktionalität in eine separate - entsprechend kleinere und günstigere - Safety-SPS 130 der Mittenstation 100 auslagert. Dabei ist die Safety-SPS 130 in der Mittenstation 100 in den I/O-Knoten integriert. Es ist so einfach möglich, eine sicherheitsgerichtete Funktion mittels der sicherheitsgerichteten Mittenstation 100 und der sicherheitsgerichteten Slaves 21, 22, 23 im zweiten Subbus 20 für einen Knoten durch die Mittenstation 100 modular zu ergänzen. Die Safety-SPS 130 der Mittenstation 100 ist von der Seite des Feldbusses 30 aus gesehen ein nicht sicherheitsgerichtetes Standard-I/O-Modul, so dass feldbusseitig keine sicherheitsgerichteten Komponenten oder sicherheitsgerichteten Protokolle zwingend erforderlich sind.
In einer Ausgestaltung in 5 erhält die Mittenstation 100 über den Feldbus 30 und über die Kopfstation 200 Prozessdaten P von der übergeordneten nicht sicherheitsgerichteten SPS 90. Die Prozessdaten P könnten z.B. zugehörig sein zu „Presse runterfahren“ oder „Presse rauffahren“. Die Safety-SPS 130 der Mittenstation 100 kommuniziert dann als lokaler Master des zweiten Subbusses 20 direkt mit entsprechenden sicherheitsgerichteten I/O-Modulen 21, 22 als Slaves 21, 22 des zweiten Subbusses 20 und steuert die Aktoren der Presse dann unter Berücksichtigung aller sicherheitsrelevanten Aspekte.
In einer Ausgestaltung in 6 ist die Kopfstation 200 als Controller ausgebildet, wobei der Controller eine SPS aufweisen kann. In diesem Fall ist der Feldbus 30 lediglich optional zu verbinden, sodass der Controller in der Kopfstation 200 die Steuerung und/oder Regelung der Anlage durchführen kann. Zwischen der Mittenstation 100 mit einer sicherheitsgerichteten Recheneinheit 130 als Safety-SPS 130 und den sicherheitsgerichteten Slaves 21, 22 ist ein Safety-Protokoll zur sicheren Kommunikation eingesetzt. Jedoch erfolgt keine sicherheitsgerichtete Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung (nicht dargestellt). Es ist zudem keine sicherheitsgerichtete Kommunikation zwischen Mittenstation 100 und Controller der Kopfstation 200 erforderlich. Jedoch ist es optional möglich, zwischen Kopfstation 200 und Mittenstation 100 zusätzlich eine sicherheitsgerichtete Kommunikation vorzusehen (nicht dargestellt).
In einer Ausgestaltung kann die Safety-SPS in der Mittenstation mit sicherheitsgerichteten Modulen auch in anderen Knoten sprechen, indem eine Übertragung, insbesondere innerhalb einer zyklischen Kommunikation über die Kopfstation 200 und den Feldbus 30 erfolgt. In einer Ausgestaltung kann die Safety-SPS 130 der Mittenstation 100 auch mit nicht-sicherheitsgerichteten Standard-I/O-Modulen 23 im zweiten Subbus 20 zyklisch kommunizieren. In einer Ausgestaltung ist über die Mittenstation 100 eine Kommunikation zwischen Teilnehmern 11, 12 des ersten Subbusses 10 und Teilnehmern 23 des zweiten Subbusses 20 möglich.
Die Teilnehmer teilen sich den jeweiligen Subbus 10, 20. Fährt die übergeordnete SPS 90 in einer Ausgestaltung der 5 den Feldbus 30 herunter, so wird der Prozessdatenaustausch zwischen SPS 90 und dem Knoten, und damit den Modulen 11, 12, 21, 22, 23 in dem Knoten eingestellt. Jedoch muss die zyklische Kommunikation auf dem ersten Subbbus 10 und auf dem zweiten Subbus 20 nicht eingestellt werden. Es kann also ein „hartes“ Abschalten von Ausgängen der I/O-Module 10, 11 ,21, 22, 23 vermieden werden.
Werden in einer Ausgestaltung der 6 die Teilnehmer 100, 21, 22, 23 separat mit einem Netzteil mit Energie versorgt, kann die sicherheitsgerichtete Funktion mittels der Safety-SPS 130 und den Safety-I/O-Modulen 21, 22 auch nach einem Herunterfahren des Controllers insbesondere ununterbrochen und autark fortgesetzt werden.
In 7 ist ein Ausführungsbeispiel in einem Zeit-Diagramm schematisch dargestellt. Zur Erläuterung werden die zeitlichen Zusammenhänge anhand des Bussystems nach 4 erläutert. Jedoch ist das Ausführungsbeispiel der 7 auch für von 4 abweichende Bussysteme, bspw. mit mehreren Mittenstationen oder einer anderen Anzahl von Slaves anwendbar.
In einem Ausführungsbeispiel in 7 tasten die Teilnehmer 11, 12, 21, 22, 23 zum Zeitpunkt t_GSP gleichzeitig die anliegenden Prozesseingangssignale Si11, Si12, Si21, Si22, Si23 ab. Ein Kanal CE1 der Kopfstation 200 ist zur Übertragung von Prozessdaten P vorgesehen. Die Kopfstation 200 gibt zum Sendezeitpunkt t_TDP1 ein erstes Datenpaket DP1 über die Schnittstelle TxDN auf den ersten Subbus aus. Unter dem Kanal CE1 wird eine Vorrichtung verstanden, um als Slave im Subbus 10, 20 zyklisch Prozessdaten mit dem Master auszutauschen. Das gesendete erste Datenpaket DP1 hat die Kennung IDE'.
Die Mittenstation 100 sendet zum Sende-Zeitpunkt t_TDP2 ein zweites Datenpaket DP2 über die Schnittstelle TxDN auf den zweiten Subbus 20. Das zweite Datenpaket hat die Kennung IDE. Die beiden Sende-Zeitpunkte t_TDP1, t_TDP2 fallen üblicherweise auseinander. Wann der jeweilige Sende-Zeitpunkt t_TDP1, t_TDP2 festgelegt ist, hängt von der Anzahl der jeweiligen Teilnehmer 11, 12, 21, 22, 23 im jeweiligen Subbus 10, 20 ab.
In einem Ausführungsbeispiel der 7 wird das zweite Datenpaket DP2 nach dem es downstream durch die Teilnehmer 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 übertragen wurde, upstream in umgekehrter Reihenfolge durch die Teilnehmer 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 übertragen. Danach folgt der Empfang des zweiten Datenpakets DP1 in Upstream-Richtung an der Schnittstelle RxUP der Mittenstation 100.
Zum Empfangs-Zeitpunkt t_RDP2 ist das zweite Datenpaket DP2 durch die Mittenstation 100 vollständig empfangen, und auf seine Gültigkeit DV der Prozessdaten Pi21, Pi22, Pi23 hin überprüft. Die Gültigkeit DV der Prozessdaten Pi21, Pi22, Pi23 kann beispielsweise mittels eines Prüfwertes CRC bestimmt werden. Bereits vor der Gültigkeitsprüfung und/oder danach kann die Mittenstation 100 die Prozessdaten Pi21, Pi22, Pi23 im zweiten Datenpaket DP2 auswerten und erste Prozessdaten P1 in den Sende-Buffer Tx des Kanals CE1 schreiben, wobei die Auswertung vorteilhafterweise nur bei Gültigkeit des zweiten Datenpakets DP2 ebenfalls gültig sein kann.
In einem Ausführungsbeispiel der 7 erfolgt die Auswertung der Prozessdaten Pi21, Pi22, Pi23 der Teilnehmer 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 gleichzeitig oder vor dem Senden des ersten Datenpakets DP1 von der Mittenstation 100 an die Kopfstation 200. Durch das Timing des ersten Datenpakets DP1 und des zweiten Datenpakets DP2 werden die für die Kopfstation 200 bestimmten Daten mit minimaler Latenz nach dem Empfang des zweiten Datenpakets DP2 aus dem Kanal CE1 entnommen. Das erste Datenpaket DP1 wird hierdurch nur gering und vorteilhafterweise deterministisch zeitlich verzögert.
Die Mittenstation 100 schreibt beispielsweise erste Prozessdaten P1 in den durch die Mittenstation 100 durchgeleiteten Datenstrom des ersten Datenpakets DP1, insbesondere während des Durchleitens. Die ersten Prozessdaten P1, die von der Mittenstation 100 in das erste Datenpaket DP1 geschrieben werden, sind beispielsweise eine Kopie aller oder einer Teilmenge der Prozesseingangsdaten Pi21, Pi22, Pi23 der Teilnehmer 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20. Alternativ sind die in das erste Datenpaket DP1 geschriebenen ersten Prozessdaten P1 Daten eines Berechnungsergebnisses der Mittenstation 100.
In 7 fällt der Empfangs-Zeitpunkt t_RDP2 an dem die zweiten Prozessdaten Pi21, Pi22, Pi23 der Teilnehmer 21, 22, 23 des zweiten Subbusses 20 gültig DV empfangen sind mit Beginn des Empfangens des ersten Datenpakets DP1 durch die Mittenstation 100 zusammen. Der Empfangs-Zeitpunkt t_RDP1, zu dem das erste Datenpaket DP1 durch die Mittenstation 100 vollständig empfangen ist, liegt entsprechend zeitlich später, also hinter dem Empfang-Zeitpunkt t_RDP2 des zweiten Datenpakets DP2.
Zwischen dem Sende-Zeitpunkt T_TDP1 durch die Kopfstation 100 und dem Beginn des Empfangs des ersten Datenpakets DP1 durch die Mittenstation 100 liegt die Zeitdifferenz T_L, die anhand der Teilnehmer 11, 12 im ersten Subbus 10 und deren vorzugsweise deterministischen Verzögerung für die in 7 dargestellte zeitliche Abfolge ermittelt wird.
Danach erfolgt die Übertragung des ersten Datenpakets DP1 von der Mittenstation 100 über die Teilnehmer 11, 12 des ersten Subbusses 10 zur Kopfstation 200, bis das erste Datenpaket DP1 von der Kopfstation 200 ebenfalls vollständig empfangen ist - in 7 nicht dargestellt. Durch die Kopfstation 200 erfolgt ebenfalls eine Gültigkeitsprüfung.
Die Zeitpunkte t_TDP1 und t_TDP2 können alternativ so vorbestimmt werden, dass der Zeitpunkt t_RDP2 und der Empfang des ersten Symbols vom ersten Datenpaket DP1 entgegen der Darstellung in 7 nicht übereinander liegen. Beispielsweise könnte t_DP2 vorgezogen werden, um Zeit für eine Verarbeitung der Daten durch die Recheneinheit 130 (SPS) der Mittenstation 100 zu schaffen, wenn die Verarbeitung eine gewisse Rechenzeit in Anspruch nimmt. Alternativ ist es möglich, dass die Zeitpunkte t_TDP1 und t_TDP2 übereinander gelegt werden, und die durch die Recheneinheit 130 der Mittenstation 100 geleiteten Daten werden mit der Latenz einer Zykluszeit beaufschlagt, z.B. mit dem nächsten Datenpaket im Folge-Zyklus übertragen (nicht dargestellt).
Bezugszeichenliste

10, 20: Subbus, Lokalbus
10, 20: Subbus, Lokalbus
11, 12, 13, 14, 21, 22, 23: Slave, Teilnehmer
30: Feldbus
80: Tragschiene
90: SPS, speicherprogrammierbare Steuerung
100: Mittenstation
101, 102, 103: Befestigungsmittel
110, 120: Sende-Empfang-Schaltung
130: Recheneinheit, Prozessor
200: Kopfstation, Koppler, Controller
201, 202: Befestigungsmittel
210: Sende-Empfang-Schaltung
220: Sende-Empfang-Schaltung
230: Recheneinheit, Prozessor
301, 302: Befestigungsmittel
310, 320: Teilnehmer
311, 321: Teilnehmereinheit für Eingänge / Ausgänge
312, 322: Teilnehmereinheit für Elektronik
313, 323: Teilnehmereinheit als Sockel / Backplane
CE1: Kanal
CRC: Prüfwert, Prüfsumme
DP1, DP1', DP2, DP2': Datenpaket
DV: Gültigkeitssignal
GSP: globaler Abtastpunkt
IDE: Kennung für Prozessdatenpaket
IOM: I/O-Module, Teilnehmer
K: Kontakte
M: Master
P, Po12, P2, Po11, Po21, Po22, Po23, Pi11, P1, Pi12, Pi21, Pi22, Pi23: Prozessdaten
PT1, PT2: Protokoll
RxUP: Empfangsschnittstelle
S: Slave
So12, So11, So21, So22, So23, Si11, Si12, Si21, Si22, Si23: Signal, Prozesseingangssignal, Prozessausgangssignal, Sensorsignal, Aktorsignal
SPS: speicherprogrammierbare Steuerung
t: Zeit
tGSP: globaler Abtastzeitpunkt
tRDP1, tRDP2: Empfangszeitpunkt
tTDP1, tTDP2: Sendezeitpunkt
TL: Latenzzeit
TxDN: Sendeschnittstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1054309 A2 [0009]

Claims

Bussystem, - mit einer Kopfstation (200), - mit einem ersten Subbus (10) und Teilnehmern (200, 310, 100) des ersten Subbusses (10), - mit einem zweiten Subbus (20) und Teilnehmern (100, 320) des zweiten Subbusses (20), - mit einer Mittenstation (100), die eine erste Sende-Empfangs-Schaltung (110) zur Verbindung mit dem ersten Subbus (10) und eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung (120) zur Verbindung mit dem zweiten Subbus (20) aufweist, bei dem die Teilnehmer (200, 310) des ersten Subbusses (10) Befestigungsmittel (201, 301, 302) aufweisen zur Fixierung der Position der Teilnehmer (200, 310) des ersten Subbusses (10) zueinander, bei dem die Teilnehmer (320) des zweiten Subbusses (20) Befestigungsmittel (301, 302) aufweisen zur Fixierung der Position der Teilnehmer (320) des zweiten Subbusses (20) zueinander, bei dem die Mittenstation (100) Befestigungsmittel (101, 102, 103) aufweist zur Fixierung der Position der Mittenstation (100) zu einem der Teilnehmer (310) des ersten Subbusses (10) und zu einem der Teilnehmer (320) des zweiten Subbusses (20), bei dem die Kopfstation (200) als Master (M) des ersten Subbusses (10) ausgebildet ist, bei dem die Mittenstation (100) als Slave (S) des ersten Subbusses (10) ausgebildet ist, und bei dem die Mittenstation (100) als Master (M) des zweiten Subbusses (20) ausgebildet ist.
Bussystem nach Anspruch 1, bei dem Teilnehmer (310) des ersten Subbusses (10), Teilnehmer (320) des zweiten Subbusses (20) und die Mittenstation (100) als separate scheibenförmige Module ausgebildet sind.
Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mittenstation (100) mittels Befestigungsmittel (102) an einem unmittelbar benachbarten Teilnehmer (310) des ersten Subbusses (10) insbesondere lösbar befestigt ist, und/oder bei dem die Mittenstation (100) mittels Befestigungsmittel (103) an einem unmittelbar benachbarten Teilnehmer (320) des zweiten Subbusses (20) insbesondere lösbar befestigt ist.
Bussystem, - mit einer Kopfstation (200), die als Teilnehmer (200) eines Feldbusses (30) geeignet und mit dem Feldbus (30) verbindbar ist, und - mit einem ersten Subbus (10) und Teilnehmern (200, 310, 100) des ersten Subbusses (10), - mit einem zweiten Subbus (20) und Teilnehmern (100, 320) des zweiten Subbusses (20), - mit einer Mittenstation (100), die eine erste Sende-Empfangs-Schaltung (110) zur Verbindung mit dem ersten Subbus (10) und eine zweite Sende-Empfangs-Schaltung (120) zur Verbindung mit dem zweiten Subbus (20) aufweist, bei dem die Kopfstation (200) als Master (M) des ersten Subbusses (10) ausgebildet ist, bei dem die Mittenstation (100) als Slave (S) des ersten Subbusses (10) ausgebildet ist, bei dem die Mittenstation (100) als Master (M) des zweiten Subbusses (20) ausgebildet ist.
Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Subbus (10) und der zweite Subbus (20) insbesondere identische Subbus-Protokolle (PT2) aufweisen.
Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für eine Aufnahme von Prozesseingangssignalen (S_i11, S_i12) zugehörig zu ersten Prozesseingangsdaten (P_i11, P_i12) an einem oder mehreren Slaves (11, 12) des ersten Subbusses (10) die Kopfstation (200) eingerichtet ist, ein erstes Datenpaket (DP1) zur Übertragung der ersten Prozesseingangsdaten (P_i11, P_i12) zu erzeugen und auf den ersten Subbus (10) zu senden, und bei dem für eine Aufnahme von Prozesseingangssignalen (S_i21, S_i22, S_i23) zugehörig zu zweiten Prozesseingangsdaten (P_i21, P_i22, P_i23) an einem oder mehreren Slaves (21, 22, 23) des zweiten Subbusses (20) die Mittenstation (100) eingerichtet ist, ein zweites Datenpaket (DP2) zur Übertragung der zweiten Prozesseingangsdaten (P_i21, P_i22, P_i23) zu erzeugen und auf den zweiten Subbus (20) zu senden.
Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein erster Sendezeitpunkt (t_TDP1) des Sendens des ersten Datenpakets (DP1) und ein zweiter Sendezeitpunkt (t_TDP2) des Sendens des zweiten Datenpakets (DP2) zeitlich derart zueinander bestimmt sind, dass von der Mittenstation (100) das zweite Datenpaket (DP2) empfangen ist zu einem zweiten Empfangszeitpunkt (_tRDP2) zeitlich nach dem ersten Sendezeitpunkt (t_TDP1) und zeitlich vor einem ersten Empfangszeitpunkt (t_RDP1) des Empfangs des ersten Datenpakets (DP1).
Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mittenstation (100) eingerichtet ist, erste Prozessdaten (P1) in das erste Datenpaket (DP1) basierend auf den zweiten Prozesseingangsdaten (P_i21, P_i22, P_i23) des zum zweiten Empfangszeitpunkt (t_RDP2) empfangenen zweiten Datenpakets (DP2) zu schreiben.
Bussystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem für eine Ausgabe von Prozessausgangssignalen (S_O11, S_O12) zugehörig zu ersten Prozessausgangsdaten (P_O11, P_O12) an einem oder mehreren Slaves (11, 12) des ersten Subbusses (10) die Kopfstation (200) eingerichtet ist, ein erstes Datenpaket (DP1') zur Übertragung der ersten Prozessausgangsdaten (P_O11, P_O12) zu erzeugen und auf den ersten Subbus (10) zu senden, - und bei dem für eine Ausgabe von Prozessausgangssignalen (S_O21, S_O22, S_O23) zugehörig zu zweiten Prozessausgangsdaten (P_O21, P_O22, P_O23) an einem oder mehreren Slaves (21, 22, 23) des zweiten Subbusses (20) die Mittenstation (100) eingerichtet ist, ein zweites Datenpaket (DP2') zur Übertragung der zweiten Prozessausgangsdaten (P_O21, P_O22, P_O23) zu erzeugen und auf den zweiten Subbus (20) zu senden.
Bussystem nach dem unmittelbar vorhergehenden Anspruch, bei dem die Mittenstation (100) eingerichtet ist, die zweiten Prozessausgangsdaten (P_O21, P_O22, P_O23) in das zweite Datenpaket (DP2') basierend auf mit dem ersten Datenpaket (DP1') empfangenen zweiten Prozessdaten (P2) zu schreiben.
Mittenstation (100), - mit einer ersten Sende-Empfangs-Schaltung (110) zur Verbindung mit einem ersten Subbus (10), - mit einer zweiten Sende-Empfangs-Schaltung (120) zur Verbindung mit einem zweiten Subbus (20), bei dem die Mittenstation (100) als Slave (S) des ersten Subbusses (10) ausgebildet ist, bei dem die Mittenstation (100) als Master (M) des zweiten Subbusses (20) ausgebildet ist.
Mittenstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Subbus (10) und der zweite Subbus (20) identische Protokolle (PT2) aufweisen.
Mittenstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Rechenvorrichtung (130), die insbesondere als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) eingerichtet ist.
Mittenstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Rechenvorrichtung (130), die eingerichtet ist, - zur Erzeugung von zweiten Prozessausgangsdaten (P_O21, P_O22, P_O23) für eine Anzahl Slaves (21, 22, 23) des zweiten Subbusses (20), und/oder - zur Auswertung von zweiten Prozesseingangsdaten (P_i21, Pi22, Pi23) von einer Anzahl von Slaves (21, 22, 23) des zweiten Subbusses (20), und/oder - zur Erzeugung von ersten Prozessdaten (P1) für einen Master (M) des ersten Subbusses (10), und/oder - zur Auswertung von zweiten Prozessdaten (P2) vom Master (M) des ersten Subbusses (10).
Mittenstation (100) nach dem unmittelbar vorhergehenden Anspruch, bei der die Rechenvorrichtung (130) eingerichtet ist, - die zweiten Prozessausgangsdaten (P_O21, P_O22, P_O23) in Abhängigkeit von den zweiten Prozesseingangsdaten (P_i21, P_i22, P_i23) und/oder den zweiten Prozessdaten (P2) zu erzeugen, und/oder - die ersten Prozessdaten (P1) in Abhängigkeit von den zweiten Prozesseingangsdaten (P_i21, P_i22, P_i23) und/oder den zweiten Prozessausgangsdaten (P_O21, P_O22, P_O23) zu erzeugen.
Mittenstation (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Rechenvorrichtung (130) als sicherheitsgerichtete Steuerung (Safety) eingerichtet ist, bei der die als sicherheitsgerichtete Steuerung eingerichtete Recheneinheit (130) eingerichtet ist, mit sicherheitsgerichteten Slaves (21, 22) des zweiten Subbusses (20) eine sichere Verbindung zu bilden, bei der die als sicherheitsgerichtete Steuerung eingerichtete Recheneinheit (130) eingerichtet ist, mittels sicherheitsgerichteten Slaves (21, 22) des zweiten Subbusses (20) eine sicherheitsgerichtete Funktion zu steuern.