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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch einer speicherprogrammierbaren Steuerung, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, ein Computerprogrammprodukt sowie ein computerlesbares Medium.
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Komplexe und/oder automatisierte Vorgänge werden üblicherweise mittels einer speicherprogrammierbaren Steuerung gesteuert. Zum Austausch einer solchen speicherprogrammierbaren Steuerung, beispielsweise zum Zwecke einer Wartung, musste bisher der gesteuerte Vorgang gestoppt und nach einem Austausch der speicherprogrammierbaren Steuerung erneut gestartet werden. Eine solche Unterbrechung des gesteuerten Vorgangs führt zu erheblichen Ausfallzeiten und kann so erhebliche Kosten verursachen. Alternativ besteht bisher die Möglichkeit, eine Steuerfunktion der auszutauschenden speicherprogrammierbaren Steuerung an eine weitere speicherprogrammierbare Steuerung zu übergeben, indem zwei speicherprogrammierbare Steuerungen in einem Netzwerk mit einer festgelegten physikalischen Topologie vorgesehen werden. Um eine zeitintensive Unterbrechung des gesteuerten Vorgangs zu verhindern, kann beispielsweise eine Ring-Topologie oder eine Topologie mit gesonderten Signalverbindungen zwischen den zwei speicherprogrammierbaren Steuerungen als physikalische Topologie vorgesehen werden. Zwar kann so im Falle eines Austauschs einer speicherprogrammierbaren Steuerung eine erhebliche Unterbrechung des zu steuernden Vorgangs verhindert werden, jedoch bedingt dies die Wahl einer vorbestimmten physikalischen Netzwerktopologie.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Austausch einer speicherprogrammierbaren Steuerung anzugeben, bei welchem der Austausch aufwandsgünstig und zeiteffizient realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruchs.
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Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des nebengeordneten Computerprogrammproduktanspruchs.
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Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein computerlesbares Medium anzugeben, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt gespeichert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein computerlesbares Medium gemäß Anspruch 14.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung können jeweils den abhängigen Unteransprüchen entnommen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Daten zwischen verschiedenen Netzwerkteilnehmern eines Netzwerks gemäß einem in einem Kommunikationsschema festgelegten Kommunikationszyklus aus aufeinanderfolgenden Zeitintervallen übertragen. Insbesondere werden die Daten zeitgesteuert übertragen. Vorzugsweise sind hierzu Zeiteinstellungen der Netzwerkteilnehmer gemäß eines gemeinsamen Taktsignals synchron aufeinander abgestimmt. Dies kann beispielsweise mittels eines dem Fachmann bekannten, sogenannten „Precision Time Protokoll (PTP)“ realisiert werden. Während zumindest eines Zeitintervalls des Kommunikationszyklus werden vorbestimmte Netzwerkteilnehmer jeweils entweder zum Senden oder zum Empfangen der Daten berechtigt. Der Kommunikationszyklus kann beispielsweise auf Basis eines Zeitmultiplexverfahrens realisiert werden. Das Zeitmultiplexverfahren ist auch unter der englischsprachigen Bezeichnung „Time Division Multiple Access“ oder unter der davon abgeleiteten Abkürzung „TDMA“ bekannt. Bevorzugt handelt es sich bei dem Zeitmultiplexverfahren um ein synchrones Zeitmultiplexverfahren. In dem synchronen Zeitmultiplexverfahren werden Zeitintervalle mit einer festen Zeitlänge vorgesehen. Während der genannten Zeitintervalle werden jeweils vorbestimmte Netzwerkteilnehmer zum Senden und weitere vorbestimmte Netzwerkteilnehmer zum Empfangen von Daten berechtigt. Auf diese Weise kann eine Kommunikation in einem Netzwerk einfach physikalisch getrennt werden. Des Weiteren kann hierdurch aufwandsgünstig eine Konvergenz unter verschiedenen physikalischen Netzwerktopologien erreicht werden.
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Ferner ist es denkbar, dass die Daten gemäß einem gesicherten Übertragungsprotokoll übertragen werden. Hierbei kann es sich Beispielsweise um ein Übertragungsprotokoll gemäß der Norm IEC 61784-3 handeln. Auf diese Weise kann eine Integrität der übertragenen Daten sichergestellt werden. Zudem können Sicherheitsanforderungen, welche an die Übertragung von Daten in einem Netzwerk gestellt werden, auf einfache Weise eingehalten werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante werden die Daten zwischen verschiedenen Netzwerkteilnehmern gemäß einem „publish/subscribe“-Protokoll übertragen. Hierzu können die Daten beispielsweise gemäß dem Standard „OPC UA PubSub“ übertragen werden. Auf diese Weise kann der Sender auf eine explizite Adressierung der Daten an einen oder mehrere Empfänger verzichten. Die Daten können so aufwandsgünstig von einem oder mehreren Sendern an einen oder mehrere, den Sendern unbekannte, Empfänger übertragen werden.
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Vorzugsweise werden während eines Zeitintervalls des Kommunikationszyklus zumindest zwei vorbestimmte Netzwerkteilnehmer zur Übertragung von Daten berechtigt. Besonders bevorzugt wird in diesem einen Zeitintervall wenigstens einer der zumindest zwei vorbestimmten Netzwerkteilnehmer zum Senden berechtigt und wenigstens ein weiterer der zumindest zwei Netzwerkteilnehmer zum Empfangen berechtigt. So kann eine zuverlässige Datenübertragung von einem Sender zu einem Empfänger ermöglicht werden.
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Des Weiteren werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erste speicherprogrammierbare Steuerung sowie eine weitere speicherprogrammierbare Steuerung als Netzwerkteilnehmer des Netzwerks vorgesehen. Hierbei kann es sich bei der speicherprogrammierbaren Steuerung um eine modulare speicherprogrammierbare Steuerung, um eine kompakte speicherprogrammierbare Steuerung oder um eine dem Fachmann bekannte Sonderform einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) handeln, wie beispielsweise eine Soft-SPS, bei welcher eine SPS-Software auf einem PC ausgeführt wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung eine Steuerfunktion ausgeübt. Hierzu durchläuft die erste speicherprogrammierbare Steuerung einen Prozesszyklus bestehend aus mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten. In jedem der Prozessschritte wird zumindest ein Teil der Daten entweder eingelesen, verarbeitet oder ausgegeben. Insbesondere entspricht der Prozesszyklus hierbei einem Grundschema, welches dem Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe-Prinzip folgt. Eine Reihenfolge der einzelnen Prozessschritte kann hierbei beliebig sein.
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Zudem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Kommunikationszyklus derart mit dem Prozesszyklus synchronisiert, dass während eines zeitlichen Durchlaufens des Prozesszyklus ein vorbestimmter Prozessschritt des Prozesszyklus während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitintervalls des Kommunikationszyklus ausgeführt wird. Vorzugsweise wird ein vorbestimmter Prozessschritt des Prozesszyklus während des diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitintervalls des Kommunikationszyklus vollständig ausgeführt. Dies ermöglicht eine aufwandsgünstige Zuordnung einer Übertragung von Daten zwischen vorbestimmten Netzwerkteilnehmern und vorbestimmten Prozessschritten des Prozesszyklus.
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Ferner werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während eines Zeitintervalls erster Art des Kommunikationszyklus die erste speicherprogrammierbare Steuerung zum Senden von Daten und die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zum Empfangen dieser Daten berechtigt. Während des Zeitintervalls erster Art wird eine Übergabeinformation von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgegeben. Diese Übergabeinformation wird während des Zeitintervalls erster Art daraufhin von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung eingelesen. Nach dem Einlesen der Übergabeinformation wird die Steuerfunktion von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeübt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht so eine aufwandsgünstige Übergabe einer Steuerfunktion von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung an die weitere speicherprogrammierbare Steuerung unabhängig von einer physikalischen Topologie des Netzwerks. Zudem kann auf diese Weise eine Unterbrechung der Steuerfunktion einfach verhindert werden. Ausfallzeiten durch ein Unterbrechen der Steuerfunktion und ein nach dem Austausch erforderlicher Neustart des zu steuernden Vorgangs kann so verhindert werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass als zumindest ein Teil der Übergabeinformation ein Statusindikator ausgegeben wird, anhand dessen eine bevorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt wird. Auf diese Weise kann eine Datenmenge zur Anzeige der Übergabe kleingehalten werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vorgesehen, dass von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung während des Durchlaufens des Prozesszyklus Prozesszustandsdaten erfasst und gespeichert werden. Unter Prozesszustandsdaten sollen im vorliegenden Zusammenhang Daten verstanden werden, welche Informationen über einen Fortschritt, einen Zustand und/oder einen Zustandsübergang eines mittels der Ausübung der Steuerfunktion angesteuerten Vorgangs aufweisen. Beispielsweise können die Prozesszustandsdaten Informationen über einen Zustand und/oder einen Zustandsübergang eines Netzwerkteilnehmers des Netzwerks aufweisen, welcher von der speicherprogrammierbaren Steuerung angesteuert wird. Mittels der Prozesszustandsdaten können ein Fortschritt, ein Zustand und/oder ein Zustandsübergang eines zu steuernden Vorgangs erfasst werden, welcher von einem neutralen Startzustand abweicht. Sollten diese Prozesszustandsdaten einer eine Steuerfunktion des zu steuernden Vorgangs übernehmende speicherprogrammierbaren Steuerung nicht vorliegen, so bedeutet dies, dass ein Neustart des zu steuernden Vorgangs ausgehend von dem neutralen Startzustand erforderlich werden kann, um eine zuverlässige Steuerung des zu steuernden Vorgangs zu erreichen. Diese von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung gespeicherten Prozesszustandsdaten werden als zumindest ein weiterer Teil der Übergabeinformation ausgegeben. Auf diese Weise kann die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zuverlässig auf Basis der Übergabeinformation eine Steuerfunktion von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung übernehmen und weiterführen. Aufeinanderfolgende Prozessschritte des Prozesszyklus können daraufhin von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung durchlaufen werden. Auf einen Neustart des zu steuernden Vorgangs kann verzichtet werden. Zudem führt dies dazu, dass eine rasche Übergabe der Steuerfunktion zwischen den speicherprogrammierbaren Steuerungen ermöglicht wird. Ferner ist denkbar, dass die Übergabeinformation eine Information über einen vorgesehenen Übergabezeitpunkt aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass der Prozesszyklus mehrfach von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung durchlaufen wird. Vorzugsweise wird in dieser vorteilhaften Ausführungsvariante der Kommunikationszyklus mehrfach durchlaufen. Besonders bevorzugt wird der Kommunikationszyklus mehrfach synchron mit dem Prozesszyklus durchlaufen, sodass während jedes Durchlaufens des Prozesszyklus ein vorbestimmter Prozessschritt des Prozesszyklus während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitintervalls des Kommunikationszyklus ausgeführt wird. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Steuerfunktion bereitgestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird vorgesehen, dass von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung während jedes Durchlaufens des Prozesszyklus Prozesszustandsdaten erfasst und gespeichert werden. Auf diese Weise stehen stets aktuelle Prozesszustandsdaten zur Übermittlung an die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zur Verfügung. Hierbei ist denkbar, dass während jedes Durchlaufens des Prozesszyklus die Prozesszustandsdaten an die weitere speicherprogrammierbare Steuerung ausgegeben werden. So kann eine Steuerfunktion auch im Falle eines unvorhergesehenen Ausfalls der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung fortgeführt werden.
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Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass während eines Zeitintervalls zweiter Art des Kommunikationszyklus zumindest ein Netzwerkteilnehmer erster Art des Netzwerks zum Senden von Eingabedaten berechtigt wird. Zudem werden in dem Zeitintervall zweiter Art des Kommunikationszyklus die erste speicherprogrammierbare Steuerung und/oder die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zum Empfangen dieser Eingabedaten berechtigt. Des Weiteren werden während des Zeitintervalls zweiter Art diese Eingabedaten von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung und/oder der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung eingelesen. Auf eine Identifizierung einer bestimmten speicherprogrammierbaren Steuerung als Empfängerin der Eingabedaten kann so verzichtet werden. Die Eingabedaten können auf diese Weise von einer beliebigen Anzahl, den Sendern der Daten unbekannte, speicherprogrammierbare Steuerungen gleichzeitig empfangen werden. Dies ermöglicht, dass eine beliebige speicherprogrammierbare Steuerung aufwandsgünstig durch eine andere speicherprogrammierbare Steuerung ersetzt werden kann. Als Netzwerkteilnehmer erster Art kann beispielsweise ein Sensor vorgesehen werden. Mittels eines solchen Sensors können während des Zeitintervalls zweiter Art Eingabedaten an weitere Netzwerkteilnehmer, insbesondere an die erste speicherprogrammierbare Steuerung und/oder die weitere speicherprogrammierbare Steuerung ausgegeben werden. Bei dem Sensor kann es sich um einen dem Fachmann bereits bekannten Sensor, wie beispielsweise einen Temperatursensor, eine Drucksensor oder einen Tastsensor handeln.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird vorgesehen, dass während eines Zeitintervalls dritter Art des Kommunikationszyklus die Eingabedaten von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung und/oder der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung jeweils mittels eines deterministischen Datenverarbeitungsprogramms in Abhängigkeit der Prozesszustandsdaten zu einem Ausgabedatensatz verarbeitet werden. Unter einem deterministischen Datenverarbeitungsprogramm soll im vorliegenden Zusammenhang ein Programm verstanden werden, welches bei wiederholter Ausführung ausgehend von denselben Eingabedaten und denselben Prozesszustandsdaten stets denselben Ausgabedatensatz berechnet. Mögliche Abweichungen zwischen den berechneten Ausgabedatensätzen können in diesem Fall lediglich in hardwarebedingten Fehlern begründet sein. Während des Zeitintervalls dritter Art kann so eine Datenübertragung zwischen weiteren Netzwerkteilnehmern ermöglicht werden. Eine Zeiteffizienz eines Datenflusses kann so optimiert werden. Bevorzugt werden die Eingabedaten von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung mittels desselben deterministischen Datenverarbeitungsprogramms verarbeitet, mittels welchem auch die erste speicherprogrammierbare Steuerung die Eingabedaten verarbeitet.
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Ferner sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung vor, dass während eines Zeitintervalls vierter Art des Kommunikationszyklus wenigstens ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art zum Empfangen von Daten berechtigt wird. Zudem wird während des Zeitintervalls vierter Art entweder die erste speicherprogrammierbare Steuerung oder die weitere speicherprogrammierbare Steuerung zum Senden von Daten berechtigt. Des Weiteren wird hierbei vorgesehen, dass während dieses Zeitintervalls vierter Art der wenigstens eine Netzwerkteilnehmer zweiter Art zunächst einen Teil des Ausgabedatensatzes einliest. Auf diese Weise kann mittels des Kommunikationsschemas eine Ausgabe des Ausgabedatensatzes an Netzwerkteilnehmer zweiter Art unabhängig von einer Identität der speicherprogrammierbaren Steuerung realisiert werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass der wenigstens eine Netzwerkteilnehmer zweiter Art mittels zumindest eines Teils des Ausgabedatensatzes angesteuert wird. Ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art kann beispielsweise ein Aktor sein. Dieser Aktor kann ein beliebiger, dem Fachmann bereits bekannter Aktor sein. Beispielsweise kann der Aktor ein elektromechanischer Aktor oder ein Hydraulik- oder Pneumatik-Aktor sein. Auf diese Weise kann eine Steuerfunktion unabhängig von einer Identität der speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeübt werden. Dies ermöglicht, dass eine von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeübte Steuerfunktion unterbrechungsfrei von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung nach dem Empfang der Übergabeinformation fortgeführt werden kann.
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Ferner sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung vor, dass im Falle eines mehrfachen Durchlaufens des Prozesszyklus von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung die Steuerfunktion nach dem Einlesen der Übergabeinformation beginnend mit einem Startzeitpunkt eines Prozesszyklus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeübt wird. Dies ermöglicht es, dass ein von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung begonnener Prozesszyklus von dieser ersten speicherprogrammierbaren Steuerung beendet werden kann. Ein Prozesszyklus kann so von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung von Beginn an durchlaufen werden. Vorzugsweise wird ein unmittelbar folgender Prozesszyklus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung durchlaufen. Hierdurch kann eine besonders rasche Übergabe ermöglicht werden.
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Des Weiteren sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, dass im Falle eines mehrfachen Durchlaufens des Prozesszyklus von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung nach dem Einlesen der Übergabeinformation derselbe Prozesszyklus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung durchlaufen wird. Indem derselbe Prozesszyklus durchlaufen wird, werden dieselben Prozessschritte in derselben Reihenfolge des Prozesszyklus von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgeführt. Auf diese Weise kann eine sich bewährte Steuerfunktion unabhängig von einem Austausch der speicherprogrammierbaren Steuerung erhalten bleiben.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mehrere in einem Netzwerk miteinander vernetzte Netzwerkteilnehmer auf. Insbesondere weist die Vorrichtung die vorhergehend beschriebenen Netzwerkteilnehmer auf, welche jeweils dazu eingerichtet sind, die im jeweiligen Zusammenhang mit dem entsprechenden Netzwerkteilnehmer vorhergehend beschriebenen Merkmale zu realisieren. Zwischen den verschiedenen Netzwerkteilnehmern des Netzwerks sind Daten gemäß einem in einem Kommunikationsschema festgelegten Kommunikationszyklus bestehend aus aufeinanderfolgenden Zeitintervallen übertragbar. Hierbei handelt es sich bei dem Kommunikationsschema und dem Kommunikationszyklus insbesondere um das im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Kommunikationsschema und den im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Kommunikationszyklus. Während zumindest eines Zeitintervalls des Kommunikationszyklus sind vorbestimmte Netzwerkteilnehmer des Netzwerks jeweils entweder zum Senden oder zum Empfangen der Daten berechtigbar. Des Weiteren weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine erste speicherprogrammierbare Steuerung sowie eine weitere speicherprogrammierbare Steuerung als Netzwerkteilnehmer auf. Die erste speicherprogrammierbare Steuerung ist dazu eingerichtet, mittels eines Durchlaufens eines Prozesszyklus, bestehend aus mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten eine Steuerfunktion auszuüben. Des Weiteren ist die erste speicherprogrammierbare Steuerung dazu eingerichtet, in den mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten jeweils zunächst einen Teil der Daten entweder einzulesen, zu verarbeiten oder auszugeben. Bei dem Prozesszyklus und den zugehörigen Prozessschritten handelt es sich insbesondere um den im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Prozesszyklus und die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Prozessschritte. Zudem ist der Kommunikationszyklus derart mit dem Prozesszyklus synchronisiert, dass während eines zeitlichen Durchlaufens des Prozesszyklus ein vorbestimmter Prozessschritt des Prozesszyklus während eines diesem vorbestimmten Prozessschritt zugeordneten Zeitintervalls des Kommunikationszyklus ausführbar ist. Des Weiteren ist hierbei die weitere speicherprogrammierbare Steuerung dazu eingerichtet, nach einem Einlesen einer während eines Zeitintervalls erster Art von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung ausgegebenen Übergabeinformation die Steuerfunktion anstatt der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung auszuüben.
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Auf diese Weise kann ein Netzwerk mit flexibel austauschbaren und/oder hinzufügbaren und/oder entnehmbaren Netzwerkteilnehmern bereitgestellt werden. Ein Austausch von einzelnen Netzwerkteilnehmern kann auf diese Weise aufwandsgünstig und ohne eine Unterbrechung der Steuerfunktion erfolgen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgesehen, dass zumindest ein Netzwerkteilnehmer zweiter Art von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung und von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung mittels des Netzwerks ansteuerbar ist. Dies ermöglicht eine einfache Austauschbarkeit einer speicherprogrammierbaren Steuerung, welche dazu eingerichtet ist, eine Steuerfunktion auszuüben.
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Mittels des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu veranlasst werden, dass erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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Auf dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Medium ist das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt gespeichert.
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Die voranstehend beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden im Zusammenhang mit den Figuren in der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Soweit zweckdienlich, werden in den Figuren dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet. Das Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Zudem können alle in dem Ausführungsbeispiel angegebenen Merkmale isoliert betrachtet und in geeigneter Weise mit den Merkmalen eines beliebigen Anspruchs kombiniert werden.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Illustration eines zeitlichen Durchlaufens eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine logische Topologie eines Netzwerks 10 in einer schematischen Darstellung. Zur Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels weist das Netzwerk 10 vier miteinander vernetzte Netzwerkteilnehmer auf. Grundsätzlich kann das Netzwerk 10 in der Praxis eine beliebige weitere Anzahl an Netzwerkteilnehmern aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber erfolgt eine Beschreibung des folgenden Ausführungsbeispiels anhand der vier Netzwerkteilnehmer. Eine Anzahl der Netzwerkteilnehmer richtet sich in der Praxis nach den Anforderungen eines zu steuernden Vorgangs. Beispielhaft weist das Netzwerk 10 als Netzwerkteilnehmer eine erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 und sowie eine weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 auf. Des Weiteren weist das Netzwerk 10 beispielhaft einen Sensor 40 und einen Aktor 42 auf.
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Zwischen den Netzwerkteilnehmern des Netzwerks 10 sind Daten gemäß einem in einem Kommunikationsschema 12 festgelegten Kommunikationszyklus 14 übertragbar. Der Kommunikationszyklus 14 ist in 2 illustriert und wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß einem synchronen Zeitmultiplexverfahrens realisiert. Dieses kann beispielsweise mittels des Standards „IEEE 802.1Qbv“ implementiert werden. Hierzu sind Zeiteinstellungen der Netzwerkteilnehmer gemäß eines gemeinsamen Taktsignals synchron aufeinander abgestimmt. Die Zeiteinstellungen der Netzwerkteilnehmer können beispielsweise mittels eines sogenannten „Precision Time Protocol (PTP)“ aufeinander abgestimmt werden. Des Weiteren erfolgt die Übertragung der Daten zwischen den Netzwerkteilnehmern im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf Basis eines „publish/subscribe“-Protokolls. Beispielsweise kann hierzu der Standard „OPC UA PubSub“ als „publish/subscribe“- Protokoll verwendet werden. Zudem werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Daten gemäß eines gesicherten Übertragungsprotokolls zwischen den Netzwerkteilnehmern übertragen. Der Kommunikationszyklus 14 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus fünf aufeinanderfolgenden Zeitintervallen 16, 18, 20, 22, 24. Während der Zeitintervalle 16, 18, 20, 22, 24 sind vorbestimmte Netzwerkteilnehmer des Netzwerks 10 jeweils entweder zum Senden oder zum Empfangen der Daten berechtigbar.
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Die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 ist dazu eingerichtet, mittels eines Durchlaufens eines ersten Prozesszyklus 30 eine Steuerfunktion auszuüben. Hierzu ist die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 dazu eingerichtet, in mehreren aufeinanderfolgenden Prozessschritten 32, 34, 36, 38 des ersten Prozesszyklus 30 jeweils zumindest einen Teil der Daten entweder einzulesen, zu verarbeiten oder auszugeben. Zudem ist mittels der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 die Steuerfunktion ausübbar. Zur Ausübung der Steuerfunktion ist der Sensor 40 dazu eingerichtet, Ist-Zustandsdaten eines nicht näher dargestellten, zu steuernden Vorgangs zu erfassen. Bei dem zu steuernden Vorgang kann es sich um einen beliebigen industriellen und/oder automatisierten Vorgang handeln. Beispielsweise kann es sich um eine Steuerung einer Anlage, wie beispielsweise ein Belüftungssystem eines Tunnels oder um eine Steuerung einer Maschine handeln. Der Aktor 42 ist dazu eingerichtet, Soll-Zustandsdaten des zu steuernden Vorgangs zu empfangen. Auf Basis dieser Soll-Zustandsdaten wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels des Aktors 42 der zu steuernde Vorgang von einem Ist-Zustand in einen Soll-Zustand überführt. Demnach wird die Steuerfunktion mittels der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ausgeübt, indem in den aufeinanderfolgenden Prozessschritten 32, 34, 36, 38 des ersten Prozesszyklus 30 die Ist-Zustandsdaten eingelesen, diese Ist-Zustandsdaten auf Basis eines deterministischen Datenverarbeitungsprogramms im Zusammenhang mit Prozesszustandsdaten des zu steuernden Vorgangs zu Soll-Zustandsdaten verarbeitet werden und daraufhin die Soll-Zustandsdaten ausgegeben werden. Auf diese Weise ist der Aktor 42 mittels der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ansteuerbar.
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2 illustriert ein zeitliches Durchlaufen eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Austausch der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26. In diesem illustrierten Ausführungsbeispiel durchläuft die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 zunächst mehrfach den ersten Prozesszyklus 30. Der erste Prozesszyklus 30 besteht hierbei aus vier aufeinanderfolgenden Prozessschritten 32, 34, 36, 38. In einem ersten Prozessschritt 32 des ersten Prozesszyklus 30 werden von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 Eingabedaten eingelesen. In einem zweiten Prozessschritt 34 des ersten Prozesszyklus 30 werden von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 die eingelesenen Eingabedaten mittels eines deterministischen Datenverarbeitungsprogramms in Abhängigkeit von Prozesszustandsdaten zu einem Ausgabedatensatz verarbeitet. Die Prozesszustandsdaten enthalten im vorliegenden Ausführungsbeispiel Informationen über einen Zustand und/oder einen Zustandsübergang des Aktors 42. Weiterhin ist denkbar, dass die Prozesszustandsdaten Informationen über einen Fortschritt, einen Zustand und/oder einen Zustandsübergang des zu steuernden Vorgangs enthalten. Ein Zustand des Aktors 42 kann mittels einer Ansteuerung auf Basis des Ausgabedatensatzes verändert werden. In dem zweiten Prozessschritt 34 werden zudem mittels der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 die Prozesszustandsdaten erfasst und gespeichert. In einem dritten Prozessschritt 36 des ersten Prozesszyklus 30 wird von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 eine Übergabeinformation ausgegeben. Anhand der Übergabeinformation kann von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 eine bevorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt werden und/oder die Prozesszustandsdaten übertragen werden. In einem vierten und letzten Prozessschritt 38 des ersten Prozesszyklus 30 wird der im zweiten Prozessschritt 34 berechnete Ausgabedatensatz ausgegeben.
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Der in dem Kommunikationsschema 12 festgelegten Kommunikationszyklus 14 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus fünf aufeinanderfolgenden Zeitintervallen 16, 18, 20, 22, 24. Der Kommunikationszyklus 14 wird derart mit dem ersten Prozesszyklus 30 synchronisiert, dass während eines zeitlichen Durchlaufens des Kommunikationszyklus 14 jeder Prozessschritt 32, 34, 36, 38 des ersten Prozesszyklus 30 während je eines diesem jeweiligen Prozessschritt 32, 34, 36, 38 zugeordneten Zeitintervalls 16, 18, 20, 22 des Kommunikationszyklus 14 vollständig ausgeführt wird.
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Der erste Prozessschritt 32 des ersten Prozesszyklus 30 wird vollständig während eines ersten Zeitintervalls 16 des Kommunikationszyklus 14 ausgeführt. Während des ersten Zeitintervalls 16 wird die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 zum Empfangen von Daten berechtigt. Des Weiteren wird während des ersten Zeitintervalls 16 der Sensor 40 zum Senden von Daten berechtigt. Auf diese Weise werden während des ersten Zeitintervalls 16 Eingabedaten in Form von Ist-Zustandsdaten des zu steuernden Vorgangs von dem Sensor 40 an die ersten speicherprogrammierbare Steuerung 26 übermittelt. Des Weiteren wird während eines zweiten Zeitintervalls 18 des Kommunikationszyklus 14 der zweite Prozessschritt 34 des ersten Prozesszyklus 30 vollständig ausgeführt. Während des zweiten Zeitintervalls 18 werden von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 mittels eines deterministischen Datenverarbeitungsprogramms die Eingabedaten in Abhängigkeit von den Prozesszustandsdaten zu einem Ausgabedatensatz verarbeitet. Daraufhin wird während eines dritten Zeitintervalls 20 des Kommunikationszyklus 14, der dritte Prozessschritt 36 vollständig ausgeführt. Während des dritten Zeitintervalls 20 wird die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 zum Senden von Daten berechtigt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird während des dritten Zeitintervalls 20 die Übergabeinformation von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ausgegeben, welche daraufhin von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 eingelesen wird. Dabei werden während jedes Durchlaufens des ersten Prozesszyklus 30 die von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 gespeicherten Prozesszustandsdaten als ein Teil der Übergabeinformation während des dritten Zeitintervalls 20 ausgegeben. Zudem wird von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ein Statusindikator als ein weiterer Teil der Übergabeinformation während des dritten Zeitintervalls 20 ausgegeben. Anhand des Statusindikators kann eine bevorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel durchläuft die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 zum Einlesen und Verarbeiten der Übergabeinformation einen weiteren Prozesszyklus 46, bestehend aus zwei Prozessschritten 48, 50. Denkbar ist hierbei, dass der weitere Prozesszyklus 46 weitere Prozessschritte aufweisen kann. Der weitere Prozesszyklus 46 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrfach von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 durchlaufen. Der weitere Prozesszyklus 46 besteht aus einem ersten weiteren Prozessschritt 48, in welchem die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 Daten einliest und aus einem zweiten weiteren Prozessschritt 50, in welchem die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 die eingelesenen Daten auswertet und speichert. Zum Einlesen der Übergabeinformation wird die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 während des dritten Zeitintervalls 20 zum Empfangen von Daten berechtigt. Zudem wird zu diesem Zwecke der weitere Prozesszyklus 46 derart mit dem Kommunikationszyklus 14 synchronisiert, dass der erste weitere Prozessschritt 48 während des dritten Zeitintervalls 20 vollständig ausgeführt wird. Dies ermöglicht es, dass von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 der in der Übergabeinformation enthaltene Statusindikator in dem zweiten weiteren Prozessschritt 50 ausgewertet wird.
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Während eines vierten Zeitintervalls 22 des Kommunikationszyklus 14 wird der vierte Prozessschritt 38 vollständig ausgeführt. Während des vierten Zeitintervalls 22 wird die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 zum Senden von Daten berechtigt und der Aktor 42 wird zum Empfangen der Daten berechtigt. Hierbei wird der Ausgabedatensatz in Form von Soll-Zustandsdaten an den Aktor 42 übermittelt. Auf diese Weise wird der Aktor 42 mittels der Soll-Zustandsdaten angesteuert und ein Ist-Zustand des Aktors 42 kann in einen Soll-Zustand überführt werden. Entsprechend wird mittels des Aktors 42 der zu steuernde Vorgang ausgehend von dem durch den Sensor 40 zuvor erfassten Ist-Zustand in einen Soll-Zustand überführt. Zuletzt umfasst der Kommunikationszyklus 14 ein fünftes Zeitintervall 24, welchem kein Prozessschritt des ersten Prozesszyklus 30 oder des weiteren Prozesszyklus 46 zugeordnet wird. Während des fünften Zeitintervalls 24 wird es möglichen weiteren, nicht näher dargestellten Netzwerkteilnehmern des Netzwerks 10 ermöglicht, Daten zu senden oder zu empfangen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Übergabeinformation von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 während jedes Durchlaufens des ersten Prozesszyklus 30 in dem dritten Prozessschritt 36 ausgegeben. Mit dem Statusindikator wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel entweder eine bevorstehende Übergabe angezeigt oder angezeigt, dass keine Übergabe der Steuerfunktion bevorsteht. Sobald während eines Durchlaufens des ersten Prozesszyklus 30 ein Statusindikator ausgegeben wird, anhand dessen eine bevorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt wird, wird die Steuerfunktion beginnend mit einem Startzeitpunkt 44 eines unmittelbar auf diesen ersten Prozesszyklus 30 folgenden ersten Prozesszyklus 30 von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ausgeübt. Auf diese Weise wird der von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 begonnene erste Prozesszyklus 30, in welchem mittels des Statusindikators eine bevorstehende Übergabe der Steuerfunktion angezeigt wurde, von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 beendet. Beginnend mit dem Startzeitpunkt 44 eines unmittelbar folgenden ersten Prozesszyklus 30 werden die Prozessschritte 32, 34, 36, 38 von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 durchlaufen. Zudem wird mit der Übernahme der Steuerfunktion zum Startzeitpunkt 44 die bisher im Kommunikationsschema 12 der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 zugeteilten Berechtigungen zur Übertragung von Daten während des Kommunikationszyklus 14 unmittelbar der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 zugeteilt. Auf diese Weise wird die Steuerfunktion der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 ab dem Startzeitpunkt 44 zeiteffizient und unterbrechungsfrei an die weitere speicherprogrammierbare Steuerung 28 übergeben. Eine Funktion der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 wird so von einer Funktion der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 vollständig ersetzt. Daraufhin kann die erste speicherprogrammierbare Steuerung 26 aus dem Netzwerk 10 entnommen werden. Ferner wird beginnend mit dem Startzeitpunkt 44 der erste Prozesszyklus 30 mehrfach von der weiteren speicherprogrammierbaren Steuerung 28 anstatt von der ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 26 durchlaufen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das beschriebene Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
