DE29824978U1 - Field bus component for communication system - Google Patents

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Abstract

The component includes a data security layer (70, 72-76) for processing a field bus protocol, and a physical layer (60-64) which is formed for a high-speed data transmission. An interface (65), preferably a Medium Independent Interface, connects the data security layer and the physical layer, and a further layer (71) adjusts both layers. The data security layer comprises a medium access control layer (72), a base connection layer (73), a periphery data connection layer (74), and a network administration layer (76). An independent claim is provided for a communications system, especially an automation system, utilizing the field bus component, and for a corresponding data transmission method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feldbuskomponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein mehrere Feldbuskomponenten umfassendes Kommunikationssystem zur Übertragung von Daten über ein Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmedium.The invention relates to a fieldbus component according to the generic term of claim 1 and a communication system comprising several fieldbus components for transmission of data about a high speed transmission medium.

In der Automatisierungstechnik werden heute sogenannte Feldbussysteme als Verbindungstechnik zwischen den am Produktionsprozeß beteiligten Geräten eingesetzt. Diese Feldbussysteme arbeiten in der Regel mit Übertragungsraten < 10 Mbit/s. Durch die zunehmende Eindringung der Feldbussysteme in alle Bereiche der Automatisierungstechnik auf der einen Seite und der steigenden Leistungsfähigkeit der Steuerungssysteme auf der anderen Seite gibt es einen Bedarf an höherer Bandbreite für die Feldbussysteme.In automation technology Today so-called fieldbus systems as a connection technology between the devices involved in the production process. These fieldbus systems generally work with transmission rates <10 Mbit / s. By the increasing penetration of fieldbus systems in all areas of Automation technology on the one hand and increasing performance of the control systems on the other hand there is a need at higher Bandwidth for the fieldbus systems.

Auf dem Gebiet der Informationstechnik, insbesondere im lokalen Netzwerkbereich, existieren bereits Netze mit einer Bandbreite von 10 Mbit/s, die als Ethernet bekannt sind. Diese Netzwerktechnologie wird entsprechend dem ständig wachsenden Bandbreitenbedarf kontinuierlich weiterentwickelt. Es werden Übertragungsgeschwindigkeiten von 100 Mbit/s bei Ausdehnung bis 100 m unter Verwendung eines auf Kupfer basierenden Übertragungsmediums ermöglicht. Dieses Netz wird auch als Fast-Ethernet bezeichnet.In the field of information technology, Networks already exist, particularly in the local network area with a bandwidth of 10 Mbit / s, known as Ethernet. This network technology is in line with the ever-increasing bandwidth requirement continuously developed. There will be transmission speeds of 100 Mbit / s with an extension up to 100 m Copper-based transmission medium. This network is also known as Fast Ethernet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Feldbuskomponente, ein Kommunikationssystem und ein Verfahren bereitzustellen, mit denen es möglich ist, Feldbus-Komponenten bei einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung einzusetzen.The present invention lies based on the task of a fieldbus component, a communication system and to provide a method by which it is possible Fieldbus components for high-speed data transmission use.

Dieses Problem löst die Erfindung zum einen mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention solves this problem on the one hand the features of claim 1.

Demgemäß weist die Feldbuskomponente eine ein Feldbusprotokoll abarbeitende Datensicherungsschicht (diese entspricht der Schicht 2 des OSI-Referenzmodells) und eine physikalische Schicht (diese entspricht der ersten Schicht des OSI-Referenzmodells) auf. Um die Feldbuskomponente für eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung zu befähigen, ist die physikalische Schicht für eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung ausgebildet. Ferner ist eine die Datensicherungsschicht und die physikalische Schicht verbindende Schnittstelle sowie eine Schicht zum Anpassen der ein Feldbusprotokoll abarbeitenden Datensicherungsschicht an die physikalische Schicht vorgesehen.Accordingly, the fieldbus component has a data protection layer that processes a fieldbus protocol (this corresponds to the layer 2 of the OSI reference model) and a physical layer (this corresponds to the first layer of the OSI reference model). In order to enable the fieldbus component for high-speed data transmission, the physical layer is designed for high-speed data transmission. Furthermore, an interface connecting the data protection layer and the physical layer and a layer for adapting the data protection layer processing a fieldbus protocol to the physical layer are provided.

Eine zweckmäßige Übertragungstechnik bietet das Fast-Ethernet mit einer Übertragungsrate von 100 Mbit/s. In diesem Fall ist die physikalische Schicht entsprechend der Norm IEEE802.3u des Fast-Ethernets ausgebildet. Ein Vorteil hierbei ist, daß die bereits bestehende, genormte physikalische Schicht und ihre Akzeptanz im Bereich der Bürokommunikation eine Vielzahl von Halbleiter-Realisierungen bewirkt hat. Diese, die physikalische Schicht verwirklichenden Bausteine sind bereits preisgünstig am Markt verfügbar.This offers a suitable transmission technology Fast Ethernet with a transfer rate of 100 Mbit / s. In this case the physical layer is appropriate the IEEE802.3u standard of Fast Ethernet. An advantage here is that the already existing, standardized physical layer and its acceptance in the field of office communication a variety of semiconductor realizations has caused. These building blocks that realize the physical layer are already inexpensive available on the market.

Als Schnittstelle, die die physikalische Schicht und die Datensicherungsschicht verbindet, kann die ebenfalls genormte, medienunabhängige Schnittstelle (MII; Medium Independent Interface) gemäß der Norm IEEE802.3u verwendet werden.As an interface that the physical layer and the data link layer connects, can also the standardized, media-independent interface (MII; Medium Independent Interface) according to the IEEE802.3u standard become.

Bei den Feldbuskomponenten handelt es sich beispielsweise um Komponenten, die der für das Feldbussystem Interbus entwickelten Norm EN50258 mit Ausnahme der dort beschriebenen Schicht 1 genügen.The fieldbus components are, for example, components that comply with the EN50258 standard developed for the Interbus fieldbus system, with the exception of the layer described there 1 suffice.

In an sich bekannter Weise umfasst die Datensicherungsschicht eine Mediums-Zugriffs-Steuerschicht, eine Basis-Verbindungsschicht, eine Peripherie-Datenverbindungsschicht und eine Netzverwaltunsschicht.In a manner known per se the data protection layer is a medium access control layer, a base link layer, a peripheral data link layer, and a network management layer.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Kommunikationssystem, insbesondere ein Automatisierungssystem nach Anspruch 5 vorgeschlagen, das ein Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmedium aufweist, an das mehrere Feldbuskomponenten ankoppelbar sind.According to another aspect The invention is a communication system, in particular an automation system proposed according to claim 5, which is a high-speed transmission medium to which several fieldbus components can be coupled.

Für Feldbussysteme ist das Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmedium als Linienstruktur aufgebaut, von der Stichleitungen abzweigen können. Die Feldbuskompopnenten sind aktiv an das Übertragungsmedium angekoppelt.For Fieldbus systems is the high-speed transmission medium constructed as a line structure from which branch lines can branch off. The Fieldbus components are actively coupled to the transmission medium.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß die Feldbuskomponente alle Teilschichten enthalten kann. Darüber hinaus ist es denkbar, die Datensicherungsschicht und gegebenenfalls die Anpassungsschicht in der Feldbuskomponente und die physikalische Schicht zusammen mit der Schnittstelle in einer separaten, dem Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmedium zugeordneten Modul zu implementieren.At this point it should be mentioned that the fieldbus component can contain all sub-layers. In addition, it is conceivable the data protection layer and, if applicable, the adaptation layer in the fieldbus component and the physical layer together with the interface in a separate high-speed transmission medium Module to implement.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below of an embodiment explained in connection with the drawings. Show it:

1 schematisch einen Ausschnitt eines Feldbussystems mit zwei an ein Hochgeschwindigkeits- Datenübertragungsmedium angeschalteten Feldbuskomponenten, 1 schematically a section of a fieldbus system with two fieldbus components connected to a high-speed data transmission medium,

2 eine detailliertere Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Feldbuskomponente. 2 a more detailed basic circuit of the fieldbus component according to the invention.

1 zeigt zwei Feldbuskomponenten 10 und 20, die in Serie an ein Hochgeschwindigkeit-Übertragungsmedium 30 entsprechend der Fast-Ethernet-Netzwerktechnologie angeschaltet sind. Die Anschaltung der Feldbuskomponenten 10, 20 an das Übertragungsmedium 30 erfolgt beispielsweise über RJ45-Steckverbinder 40. Die Feldbuskomponenten 10 und 20 weisen für eine ankommende Leitung 32 und für eine abgehende Leitung 34 des Übertragungsmediums 30 jeweils getrennte Kanäle einer physikalischen Schicht 60 auf, die identisch ausgebildet sind. Es sei darauf hingewiesen, daß die Leitungen 32 und 34 bidirektional ausgebildet sein können. 1 shows two fieldbus components 10 and 20 in series with a high speed transmission medium 30 are switched on in accordance with the Fast Ethernet network technology. The connection of the fieldbus components 10 . 20 to the transmission medium 30 for example via RJ45 connectors 40 , The fieldbus components 10 and 20 assign for an incoming line 32 and for an outgoing line 34 of the transmission medium 30 separate channels of a physical layer 60 on, which are identical. It should be noted that the lines 32 and 34 can be designed bidirectionally.

Die in 2 und 3 dargestellte physikalische Schicht 60 ist gemäß der Norm IEEE802.3u ausgebildet und daher bekannt. Eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Funktionseinheiten erübrigt sich daher. Der Vollständigkeit halber seien hier nur die wesentlichen Funktionseinheiten genannt: die mediumunabhängige Schnittstelle 61 (MDI; Medium Dependent Interface), die die direkte Verbindung zum Übertragungsmedium 30 herstellt. Daürber hinaus umfaßt die physikalische Schicht 60 eine physikalische, mediumunabhängige Schnittstelle (PMD; Physical Medium Dependent) 62, eine physikalische Verbindungsschicht (PMA; Physical Medium Attachment) 63 sowie eine physikalische Codierungs-Subschicht 64, der eine mediumunabhängige Schnittstelle MII (Medium Independent Interface) 65 folgt. Die mediumunabhängige Schnittstelle 65 stellt die Verbindung zur Datensicherungsschicht 70 her. Die mediumunabhängige Schnittstelle 65 kann alternativ als verkleinerte mediumunabhängige Schnittstelle (R-MII; Reduced Medium Independent Interface) oder als Symbol-Schnittstelle ausgeführt sein.In the 2 and 3 represented physical layer 60 is designed in accordance with the IEEE802.3u standard and is therefore known. A detailed description of the individual functional units is therefore unnecessary. For the sake of completeness, only the essential functional units are mentioned here: the medium-independent interface 61 (MDI; Medium Dependent Interface), which is the direct connection to the transmission medium 30 manufactures. The physical layer also includes 60 a physical, medium-independent interface (PMD; Physical Medium Dependent) 62 , a physical connection layer (PMA; Physical Medium Attachment) 63 as well as a physical coding sublayer 64 which has a medium independent interface MII (Medium Independent Interface) 65 follows. The medium-independent interface 65 provides the connection to the data protection layer 70 ago. The medium-independent interface 65 can alternatively be designed as a reduced medium-independent interface (R-MII; Reduced Medium Independent Interface) or as a symbol interface.

Die vom Nutzer der Datensicherungsschicht 70 kommenden Daten werden zu einem zu übertragenden Rahmen zusammengestellt, der typischerweise aus einer Präambel, einem Start-Begrenzerfeld, einem Rahmentypenfeld, einem Rahmenlängenfeld, einem Header-Prüffeld, dem eigentlichen Datenfeld, einem Daten-Prüffeld und einem Endbegrenzerfeld besteht. Da es sich bei der Feldbuskomponente 10, 20 jedoch um keine Fast-Ethernet-kompatible Baugruppe handelt, ist eine Anpassungsschicht 71 erforderlich, die den von der Datensicherungsschicht 70 der Feldbuskomponente 10, 20 bereitgestellten Datenrahmen an den zu übertragenden Datenrahmen der physikalischen Schicht 60 des Fast-Ethernets anpaßt. Diese Rahmendaten werden anschließend an der medienunabhängigen Schnittstelle 65 den unterlagerten physikalischen Schichten 64 bis 61 übergeben und über das Übertragungsmedium 30 der nachfolgenden Feldbuskomponente 20 übermittelt. Es kann für die Funktionsfähigkeit der Feldbuskomponenten 10 und 20 dahingestellt bleiben, ob die Anpassungsschicht 71 der Datensicherungsschicht 70 oder der physikalischen Schicht 60 zugeordnet werden soll.The data protection layer user 70 Incoming data are compiled into a frame to be transmitted, which typically consists of a preamble, a start delimiter field, a frame type field, a frame length field, a header check field, the actual data field, a data check field and an end delimiter field. Since it is the fieldbus component 10 . 20 however, it is not a Fast Ethernet-compatible module, is an adaptation layer 71 required by the data protection layer 70 the fieldbus component 10 . 20 provided data frames to the data frames of the physical layer to be transmitted 60 of the Fast Ethernet. This framework data is then sent to the media-independent interface 65 the underlying physical layers 64 to 61 passed and via the transmission medium 30 the subsequent fieldbus component 20 transmitted. It can be used for the functionality of the fieldbus components 10 and 20 it remains to be seen whether the adjustment layer 71 the data protection layer 70 or the physical layer 60 should be assigned.

Wie 2 zu entnehmen ist, umfaßt die Datensicherungsschicht 70 beispielsweise eine Mediums-Zugriffs-Steuerschicht (MAC, Medium Access Control) 72, eine Basis-Verbindungsschicht (BLL, Basic Link Layer) 73, eine Peripherie-Datenverbindungsschicht (PDL, Peripheral Data Link) 74 sowie eine Netzwerkverwaltungsschicht 76.How 2 can be seen, includes the data protection layer 70 for example a medium access control layer (MAC) 72 , a basic link layer (BLL, Basic Link Layer) 73 , a peripheral data link layer (PDL, Peripheral Data Link) 74 as well as a network management layer 76 ,

1 wird nochmals betrachtet. Grundsätzlich sieht Fast-Ethernet eine sternförmige oder Punkt-zu-Punkt-Verbindung vor. Bei Feldbussystemen sind die Feldbuskomponenten 10 und 20 in bekannter Weise in Linie mit optional abzweigenden Stichleitungen und in Form einer aktiven Ankopplung zu verbinden. Somit bleibt auch die Notwendigkeit von mindestens zwei Schnittstellen pro Feldbuskomponente 10, 20 bestehen. Jedoch kann es im Sinne der Ausfallsicherheit des Kommunikationssystems und der Rückwirkungsfreiheit während des Entfernens/Hinzufügens von Feldbuskomponenten 10 und 20 bei laufendem Betrieb des Kommunikationssystems sinnvoll sein, diese beiden logischen Schnittstellen, wie in 1 dargestellt, zu einer physikallischen Schicht (Steckverbindung) zusammenzufassen. 1 is considered again. Fast Ethernet basically provides a star-shaped or point-to-point connection. In fieldbus systems, the fieldbus components are 10 and 20 to be connected in a known manner in line with optional branch lines and in the form of an active coupling. This means that at least two interfaces per fieldbus component remain necessary 10 . 20 consist. However, it can be in the sense of the reliability of the communication system and the absence of interference during the removal / addition of fieldbus components 10 and 20 when the communication system is running, it makes sense to use these two logical interfaces, as in 1 shown to combine into a physical layer (connector).

Dank der Erfindung ist es möglich, spezielle, von der Fast-Ethernet-Norm abweichende Feldbusprotokolle so anzupassen, daß die Feldbusprotokolle anwendenden Feldbuskomponenten 10, 20 über die physikalische Schicht 60 des Fast-Ethernet kommunizieren können. Damit wird es erstmals möglich, Hochgeschwindigkeitsübertragungen, wie von Fast-Ethernet bekannt, mit Feldbussystemen im Bereich der industriellen Automation zu realisieren.Thanks to the invention, it is possible to adapt special fieldbus protocols that deviate from the Fast Ethernet standard so that the fieldbus components using the fieldbus protocols 10 . 20 over the physical layer 60 of the Fast Ethernet can communicate. This makes it possible for the first time to implement high-speed transmissions, as known from Fast Ethernet, with fieldbus systems in the field of industrial automation.

Claims (7)

Feldbuskomponente umfassend eine ein Feldbusprotokoll abarbeitende Datensicherungsschicht (70; 72-76) und eine physikalische Schicht (60-64) dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Schicht (60-64) für eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung ausgebildet ist, und daß eine die Datensicherungsschicht (70; 72-74; 76) und die physikalische Schicht (60-64) verbindende Schnittstelle (65) sowie eine Schicht (71) zum Anpassen der ein Feldbusprotokoll abarbeitenden Datensicherungsschicht (70; 72-74; 76) an die physikalische Schicht (60-64) vorgesehen ist.Fieldbus component comprising a data link layer processing a fieldbus protocol ( 70 ; 72 - 76 ) and a physical layer ( 60 - 64 ) characterized in that the physical layer ( 60 - 64 ) is designed for high-speed data transmission, and that the data link layer ( 70 ; 72 - 74 ; 76 ) and the physical layer ( 60 - 64 ) connecting interface ( 65 ) and a layer ( 71 ) to adapt the data link layer processing a fieldbus protocol ( 70 ; 72 - 74 ; 76 ) to the physical layer ( 60 - 64 ) is provided. Feldbuskomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstelle (65) eine mediumunabhängige Schnittstelle (MII; Medium Independent Interface) ist.Fieldbus component according to claim 1, characterized in that the interface ( 65 ) is a medium independent interface (MII). Feldbuskomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensicherungsschicht eine Mediums-Zugriffs-Steuerschicht (72), eine Basis-Verbindungsschicht (73), eine Peripherie-Datenverbindungsschicht (74) und eine Netzverwaltunsschicht (76) umfasst.Fieldbus component according to claim 1 or 2, characterized in that the data protection layer is a medium access control layer ( 72 ), a base connection layer ( 73 ), a peripheral data link layer ( 74 ) and a network management layer ( 76 ) includes. Feldbuskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung ausgebildete physikalische Schicht (60-64) entsprechend der Norm IEEE802.3u des Fast-Ethernets ausgebildet ist.Fieldbus component according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the physical layer (which is designed for high-speed data transmission ( 60 - 64 ) is designed in accordance with the IEEE802.3u standard for Fast Ethernet. Kommunikationssystem, insbesondere ein Automatisierungssystem, gekennzeichnet durch ein Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmedium (30), an das wenigstens eine Feldbuskomponente (10, 20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 anschaltbar ist.Communication system, in particular an automation system, characterized by a high-speed transmission medium ( 30 ) to which at least one fieldbus component ( 10 . 20 ) is switchable according to one of claims 1 to 4. Kommunikationssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmedium (30) eine Linienstruktur aufweist und die Feldbuskomponenten (10, 20) aktiv ankoppelbar sind.Communication system according to claim 5, characterized in that the high-speed transmission medium ( 30 ) has a line structure and the fieldbus components ( 10 . 20 ) can be actively connected. Kommunikationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochgeschwindigkeits-Übertragungsmedium (30) wenigstens eine Abzweigung aufweist .Communication system according to claim 6, characterized in that the high-speed transmission medium ( 30 ) has at least one branch.
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