DE68925438T2

DE68925438T2 - Hochleistungsnetz mit veranschaulichter Speicheranordnung für Echtzeitprozesssteuerungssystem

Info

Publication number: DE68925438T2
Application number: DE68925438T
Authority: DE
Inventors: Robert William Boehmer; Kirk Douglas Houser; Robert Thornton Ihrman; Donald James Jones; Donald Awbert Poepsel; Carl Joseph Staab
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Emerson Process Management Power and Water Solutions Inc
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2009-06-10
Also published as: DE68925438D1; US5142623A; EP0346141A3; EP0346141A2; CA1331791C; EP0346141B1; ES2083381T3; CN1038739A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung, um eine Echtzeitprozeßsteuerung durch viele Übermittlungsnetze zu liefern. Diese Erfindung bezieht sich insbesonders auf eine solche Prozeßsteueranordnung, die sehr schnelle Reaktionszeiten für die gesteuerten Prozesse erreicht, indem viele unabhängige Übermittlungsnetze benutzt werden, von denen eines relativ zu irgendeinem anderen der Übermittlungsnetze in einer sehr schnellen Weise arbeiten soll.
In dem Feld der Prozeßsteuersysteme haben die neusten Entwicklungen der industriellen Automatisierung sich von denen, in denen ein einziger überwachender Computer den Prozeß steuerte, zu solchen weiterentwickelt, die ein verteiltes System von Spezialmikroprozessoren benutzen, die jeweils für einen kleinen Gesichtspunkt des Betriebs des gesamten Steuersystems verantwortlich sind. Als Ergebnis dieser Verläßlichkeit auf eine stärker verteilte Annäherung an die Prozeßsteuerung hat sich ein vergleichbares Bedürfnis ergeben, Übermittlungspläne zwischen der Vielzahl von Prozessoren zu entwickeln und zu verfeinern, um sicherzustellen, daß der Prozeß rechtzeitig vervollständigt oder durchgeführt wird. Ein Beispiel eines solchen verteilten Prozeßsteueraufbaus ist das Westinghouse WDPF-System, das auf einen großen Bereich industrieller Prozeßsteuerbetriebe angewandt worden ist, und das in den Beschreibungen der europäischen Patentanmeldungsnummern EP 0132069 und 0130802 diskutiert wird. Bei einer Anwendung dieser Systemart auf einen industriellen Prozeßsteueraufbau konnten Reaktionszeiten von 0,1 bis 1,0 Sekunden gut geliefert werden. Wie bei anderen industriellen Prozeßsteueraufbauten konnten aber eng gekoppelte Steuersysteme, die Reaktionszeiten von 25 Millisekunden oder weniger erfordern, nicht gut befriedigt werden. Man erhält dieses als Ergebnis der Tatsache, daß ein typisches Datenbasisverwaltungsnetz nicht so sehr mit der ursprünglichen Übermittlungsgeschwindigkeit beschäftigt ist, sondern stärker mit den Unkosten, die dem Datenbasisverwaltungsbetrieb zugeordnet sind, und mit den Übermittlungsprotokollen, die dem Übermittlungsnetz zugeordnet sind. Idealerweise würde der Steueralgorithmus oder das Hauptsteuerprogramm in jeder verteilten Prozeßsteuereinheit, ob sie auf Mikroprozessoren, Minicomputern, oder anderen Geräten beruht, direkt auf entfernte Daten von anderen Einheiten in der gleichen Weise zugreifen, in der sie auf örtliche Daten zugriff, das heißt, durch Zugriff auf Daten direkt von dem Speicher ohne Verzögerung oder ohne die tatsächliche Quelle oder das Ziel der Daten bedenken zu müssen.
In einem Prozeßsteuersystem, in dem erfordert wird, für eine solche schnelle Reaktionszeit Vorrichtungen zu treffen, besteht im allgemeinen eine weite Verschiedenheit der Datenarten, die verarbeitet werden, und der Benutzung solcher Daten. Diese weite Verschiedenheit ergibt folglich ein breites Spektrum von Datenübertragungsraten. Typischerweise kann ein einziges Übermittlungsnetz sehr hohe Datenraten für begrenzte Datenmengen oder größere Datenmengen für proportional verringerte Datenraten ansprechen.
Ein Beispiel eines Prozeßsteuersystems, das eine solche weite Verschiedenheit der Zeiteinschränkungen für die verschiedenen Datenarten benötigen würde, wäre ein Walzwerkprozeßsteuersystem für einen Stahlwalzbetrieb. Man wird einsehen, daß, wenn ein Werkstück, das in diesem Beispiel ein Stahlrohblock ist, von einem Walzgerüst zum anderen transportiert wird, der Prozeß des Walzens des Stahlrohblocks in die exakt erwünschte Stahlbemessung genaue Koordination zwischen der Geschwindigkeit und Anordnung der Information der entsprechenden Walzenanordnungen an diesen Walzenständen erfordert. Zusätzlich zu der schnellen Koordination der Geschwindigkeits- und der Anordnungsinformation, beschäftigt sich der ganze Walzwerkbetrieb auch mit Information, für die die Zeit nicht ganz so kritisch ist; ein Beispiel solcher Information sind die historischen Daten, die die Aufzeichnungen liefern, wie der Prozeß von einem gesamten Systemgesichtspunkt gearbeitet hat.
Unter Erkennung dieses Bedürfnisses nach schneller Handhabung bestimmter Information benutzt ein Beispiel eines Prozeßsteuersystems des Standes der Technik, das anwendbar sein könnte, ein Übermittlungsplan, wobei die Einleitung der empfangenden und sendenden Stationen durch ein verbindendes Verbindungsstück statt einer Hauptsteuerungseinheit vervollständigt wird, wobei ein solches Beispiel in der Beschreibung von U.S. Patent Nr. 4177450 gefunden wird. Die beschriebene Übermittlungsanordnung liefert in diesem Patent, daß Aktivität auf dem verbindenden Verbindungsstück von jeder Station überwacht wird, und ein Einleitungssignal beruhend auf einem vorbestimmten Zeitplan gesendet werden kann, wenn ein Mangel an Aktivität auf dem Verbindungsstück vorlag. Dieses Patent zeigt zusätzlich, daß der vorbestimmte Zeitplan die Einstellung verschiedener Übernahmezeiten für die verschiedenen Stationen gestattet, je nach Vorrang der verschiedenen Stationen. Obwohl diese Annäherung die schnelle Handhabung einiger Datenübermittlungen zwischen verschiedenen Stationen liefert, erscheint die Arbeit, die notwendig ist, um den Zeitplan festzusetzen, mühselig zusätzlich zur Tatsache, daß die erwünschte Flexibilität für den Zweck der Modifizierung der gesamten Stationsanordnung stark verringert ist. Diese Annäherung befriedigt zusätzlich nur eine Art des Übermittlungshandhabungsplans, und befriedigt nicht die Handhabung von verschiedenen Datenkategorien in verschiedenen Weisen, so daß eine genauere Datenhandhabung für bestimmte Betriebe durchgeführt werden kann.
Ein weiterer Vorteil, der als Ergebnis des Fortschrittes, der bei der Benutzung von vielen Prozessoren in einem verteilten Prozeßsteuersystem gemacht wurde, verwirklicht wurde, ist die Fähigkeit, das ganze System in einer Verschiedenheit von Weisen aufzubauen, die wirkungsvolle Zwischenverbindung von Prozeßfunktionen gestatten, die mit Bezug auf Betriebskennzeichen als auch auf physikalische Entfernung voneinander getrennt sind. Viele Prozessorsysteme sind zum Beispiel in einem als Ringnetz bekannten System aufgebaut worden, in dem die Anzahl der Prozessorabfälle oder die Stationen kreisförmig angeordnet sind, um sich zu einem ringförmigen Übermittlungssystem zu verknüpfen. Es sollte eingesehen werden, daß die tatsächliche Länge des Kabels, aber das das Ringübermittlungssystem aufgebaut ist, in einem verteilten Prozeßsteuersystem für eine industrielle Anwendung eine solche Länge haben kann, daß sie die Wirksamkeit der Sendung von Information darüber verringern kann. Zusätzlich muß man aufpassen, daß, obwohl die Benutzung des Aufbaus mit vielen Prozessoren für einen industriellen Betrieb über ein großes Fabrikbodengebiet verbreitet werden kann, die tatsächliche physikalische Gestaltung sich nicht nachteilig auf die wirkungsvolle Informationsübermittlung unter den verschiedenen Prozeßeinheiten, die das System darstellen, auswirkt.
Ein anderer verteilter Prozeßaufbau mit vielen Prozessoren, der benutzt worden ist, wird allgemein als Sternaufbau bezeichnet, der durch Benutzung einer Zentralverarbeitungseinheit mit vielen Satellitprozeßeinheiten gekennzeichnet werden kann, die sich davon entlang deutlichen Übermittlungsverbindungen radial nach außen erstrecken. In diesem Aufbau wird für die Verarbeitungseinheit an dem Kern des Sterns typischerweise ein Hauptprozessor vorgesehen, durch den die Übermittlung und Verarbeitung der ganzen Information koordiniert werden muß. Zusätzlich zu dem Leid, daß lange Übermittlungsleitungen eingeschlossen werden, leidet ein solcher Aufbau auch daran, daß die Weitergabe von Information durch den Hauptprozessor dazu neigt, die wirkungsvolle Übermittlung von Information zwischen den verschiedenen Prozessoreinheiten zu verlangsamen.
Die erwünschte Zeitdauer, um Information zwischen den vielen Prozessoreinheiten zu übermitteln, die ein verteiltes Prozessorprozeßsteuersystem umfassen, kann wenigstens teilweise als eine Funktion der Wirksamkeit der Benutzung der Ursprungsdatenraten der tatsächlichen Prozessoreinrichtungen oder CPUs betrachtet werden, die die individuellen Prozessoreinheiten herstellen. Man wird einsehen, daß, da Reaktionszeiten schneller geworden sind, mehr Prozessorbetriebe wie Anleitungen oder Datenübertragungen in einer kürzeren Zeitspanne durchgeführt werden können, wenn die schnelle Reaktionszeit besser genutzt wird. Daher wäre es vorteilhaft, wenn eine Übermittlungsanordnung für ein verteiltes Prozeßsteuersystem mit vielen Prozessoren die Ursprungsdatenrate der Verarbeitungseinrichtung so nah wie möglich annähern könnte, was die Geschwindigkeit erhöht, mit welcher Daten zwischen den verschiedenen Verarbeitungseinheiten des Systems übermittelt werden können. Durch bessere Nutzung der Ursprungsdatenrate der Prozessoreinrichtung, um Daten zwischen den verschiedenen Prozessoreinheiten zu übermitteln, liegt ein weiterer Vorteil, der verwirklicht werden kann, in dem Gebiet der Fehlerauffindungs- und Berichtigungstechniken.
Wenn eine schnellere Übermittlungsanordnung erreicht wird, können offensichtlich mehr Daten in der kritischen Zeit gesendet werden, die notwendig ist, um den Prozeß genau durchzuführen. Daher kann dadurch redundante Übermittlung gesendet werden, was den Vorteil bietet, eine eigene Fehlerauffindungs- und Berichtigungstechnik zu liefern. Zusätzlich gestattet die Fähigkeit, mehr Daten in der kritischen Zeit zu senden, auch den Einschluß von Datenprüfinformation mit den gesendeten Grunddaten.
In EP-A-00204449 wird ein Verfahren zur Übermittlung von aktualisierter Information in einem verteilten Datenverarbeitungssystem gezeigt. Das System schließt eine Vielzahl von verteilten miteinander verbundenen Prozessoren ein, die je einen Speicher haben. Das Verfahren schließt die Schritte ein, die Prozessoren in einer vorbestimmten Reihenfolge einzuordnen, einen der Prozessoren als Steuerprozessor für die Sendung von Aktualisierungsnachrichten festzulegen, eine Aktualisierungsnachricht in wenigstens einem der Prozessoren zu entwickeln, in Übereinstimmung mit dem Steuerprozessor einen der Prozessoren auszuwählen, der eine Aktualisierungsnachricht als ein Sendeprozessor entwickelt hat, die Aktualisierungsnachricht des Sendeprozessors an jeden Prozessor zu senden, und zu verursachen, daß der nächste Prozessor in der Reihenfolge als Steuerprozessor ausgewählt wird, falls der vorhergehende Prozessor ausfällt.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Übermittlungsanordnung für ein verteiltes Prozeßsteuersystem zu liefern, wodurch Information als Vorzugsdaten gekennzeichnet werden kann, und in einer sehr schnellen Zeit an verschiedene Stellen relativ zu der Information übermittelt werden kann, die nicht als Vorzugsinformation gekennzeichnet ist, oder die nicht so kritisch wie die Vorzugsdaten ist.
Mit Hinblick auf diese Aufgabe liefert diese Erfindung eine Anordnung zur Übermittlung von Daten, die in wenigstens eine erste und in eine zweite Kategorie als eine Funktion eines vorbestimmten Zeitvorrangs getrennt worden ist, um solche Daten unter einer Vielzahl von durch Prozessoren gesteuerten Stationen eines verteilten Prozeßsteuersystem aufzufrischen, wobei die übermittelnde Anordnung folgendes umfaßt: einen Übermittlungsprozessor an jeder der Vielzahl von Stationen, der mit einem Übermittlungsbus in Signalübermittlung ist, auf welchem die Vielzahl von Stationen angeordnet sind; ein Dualportspeicherelement an jeder der Vielzahl von Stationen, und das auf einem Port an den Übermittlungsprozessor angeschlossen ist; einen Steuerprozessor in Signalübermittlung mit einem zweiten Port des Dualportspeicherelements, und der wirksam ist, so daß der Prozeß des verteilten Prozeßsteuersystems dadurch durchgeführt wird; und dadurch gekennzeichnet, daß der Übermittlungsprozessor ein Mittel einschließt, um einen Rahmen solcher Daten zu sammeln, in dem der ersten Datenkategorie ein Zeitvorrang zugeordnet wird, so daß die ganze erste Datenkategorie vor der zweiten Datenkategorie gesendet wird; ein Mittel, um eine tatsächliche Zeit zum Senden der ganzen ersten Kategorie zu berechnen, und eine solche tatsächliche Zeit von einem vorher ausgewählten Zeitziel abzuziehen, um einen Zeitunterschied zu bestimmen; und ein Mittel, um eine restliche Menge der zweiten Datenkategorie zu bestimmen, die in dem Zeitunterschied gesendet werden kann, und eine solche restliche Menge zur ersten Datenkategorie zuzugeben, um damit gesendet zu werden.
Die Übermittlungsanordnung könnte weiterhin ein Mittel einschließen, um die Herrschaft des seriellen Busses einer der Stationen zu einer gegebenen Zeit zuzuordnen, und um die Übertragung der Busherrschaft zu einer nächsten Station in einer vorbestimmten Vorrangsreihenfolge zu gestatten. Die Übermittlungsanordnung könnte weiterhin noch ein Mittel liefern, um die Frische der Daten zu prüfen, die von irgendeiner Station ausgehen, und um nach dem Ablauf von einer vorher ausgewählten Zeitabschaltungsdauer zu bestimmen, ob die Zuordnung der Busherrschaft zur ersten Station in einer Buszuweisungsliste wieder begonnen werden soll.
Die vorliegende Erfindung wird durch Lesen der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher werden, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Prozesses ist, teils in Blockdiagrammgestalt, auf welchen das vorliegende Übermittlungssystem angewendet werden kann.
Fig. 2 ein funktionales Blockdiagramm eines Übermittlungssystems für ein Prozeßsteuersystem ist, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 3 eine tabellarische Darstellung des gemeinsamen Speicherraumzuweisungsformats ist, das in dem Übermittlungssystem der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Fig. 4 eine tabellarische Darstellung des Datenformats für einen Informationsrahmen ist, der auf dem Übermittlungssystem der vorliegenden Erfindung gesendet werden soll.
Fig. 5 eine tabellarische Darstellung des Rahmensteuerformats für das Übermittlungssystem der vorliegenden Erfindung ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Übermittlungsanordnung für ein verteiltes Prozeßsteuersystem mit einer Vielzahl von Abfällen oder Stationen, die ihm zugeordnet sind, in dem Daten verschiedener Arten über verschiedene Übermittlungskanäle übermittelt werden, je nach einem vorbestimmten Zeitvorrangsplan, der von einen Übermittlungssteuerprozessor bewirkt wird.
Der in Fig. 1 dargestellte Walzwerkprozeßaufbau ist nur ein Beispiel eines industriellen Prozesses, auf den die vorliegende Erfindung angewandt werden kann. Ein auf einem solchen Aufbau benutztes Prozeßsteuersystem muß überwachende Steuerung über den ganzen Prozeß leisten, als auch spezifische, enge Schleifensteuerung über solche Parameter wie die Geschwindigkeit und Anordnung der Walzanordnung 12. Ein Beispiel eines bestehenden Abmessungssteuersystems für einen Walzwerkbetrieb kann in der Beschreibung des U.S. Patents Nr. 3892112 gefunden werden.
Es ist bekannt, daß zwischen den Steuerparametern von benachbarten Walzenständen in einem Walzwerkbetrieb genaue Koordination erfordert ist. Um das Strecken, Quetschen oder Knicken des Stahlrohblocks 2 zu verhindern, während er von einem Walzgerüst 20 zu einem nächsten Walzgerüst 30 transportiert wird, ist es notwendig, irgendeine Abweichung des gemessenen Steuerparameterwerts von den vorher ausgewählten Werten für solche Steuerparameter schnell zu berichtigen. Man wird einsehen, daß, falls die Geschwindigkeit des zweiten Walzensatzes 32 in dem dem Walzwerkprozeß höher als erwünscht ist, dessen Wirkung das Strecken des Stahlrohblocks 2 sein wird, um einen strukturellen Fehler in dem Stahl zu ergeben, der, falls die Geschwindigkeitsabweichung weitergeht, oder schlimmer wird, einen stärker betonten Fehler in dem Stahlstrang ergibt. Ahnlich wird, wenn die Geschwindigkeit des zweiten Walzensatzes 32 langsamer als erwünscht ist, der erste Walzensatz 12 den Stahlrohblock 2 tatsächlich stoßen, was verursacht, daß der Rohblock abknickt, da der zweite Satz von Walzen den Rohblock 2 nicht so schnell wie gewünscht annehmen konnte.
Zusätzlich zur genauen Steuerung der Geschwindigkeitssteuersignale ist es auch notwendig, die Walzenstellungssignale genau zu koordinieren, so daß die richtige Stahlabmessung erreicht wird. Tatsächlich muß irgendwelche Information, die als Steuerdaten betrachtet werden kann; das heißt, Information, die sich direkt auf die Steuerung des Walzwerkbetriebs einwirkt, unter der Steuerung einer engen Schleifenanordnung 50 eingeschlossen werden, die eine Reaktion auf eine Abweichung des erwarteten Werts so schnell wie möglich gestattet, typischerweise in der Größenordnung von 30 Millisekunden oder weniger.
Daher schließt, wie aus Fig. 1 ersichtlich, ein konventionelles Walzwerksystem mit einer Anzahl von Walzenständen, die in dieser Darstellung als ein erstes Walzgerüst 20 und ein zweites Walzgerüst 30 gekennzeichnet sind, auch Wandlereinrichtungen ein, um die Datenwerte zu messen, die eng gesteuert werden müssen, und, Steuereinrichtungen, um die erwünschten Steuerungen zu bewirken. Ein erster Motor 14 steuert die Geschwindigkeit des ersten Walzensatzes 12, die wie dargestellt ein Paar Reservewalzen 12a und ein Paar Arbeitswalzen 12b in der normalen Weise einschließen. Der erste Motor 14 kann ein großer Gleichstrommotor sein, der an dem Walzgerüst 20 mit einer Geschwindigkeitssteuereinrichtung 18 steuerbar eingeschaltet werden kann, um die erwünschte Geschwindigkeit der Walzen 12 zu erreichen. Ein erster Geschwindigkeitswandler 16 ist an den Motor 14 gekoppelt, um ein Rückkopplungssignal an die enge Schleifensteuerungsanordnung 50 zu liefern, die eine Messung der Geschwindigkeit des ersten Walzensatzes 12 ist. Eine erste Walzenstellungssteuereinrichtung 22 steuert die Öffnung des ersten Walzensatzes 12 durch die das Werkstück, der Stahlrohblock 2, transportiert wird. Ein erster Walzenstellungsdetektor 24 beliefert die enge Schleifensteueranordnung 50 mit einem Meßsignal, das die Stellung des ersten Walzensatzes 12 darstellt.
Ähnlich zur Anordnung für das erste Walzgerüst 20 schließt der zweite Walzgerüst 30 einen zweiten Motor 34 ein, eine zweite Geschwindigkeitssteuereinrichtung 38 und einen zweiten Geschwindigkeitswandler 36, um jeweils die Geschwindigkeit des zweiten Walzensatzes 32 zu steuern und zu überwachen. Das zweite Walzgerüst 30 schließt zusätzlich eine zweite Walzenstellungssteuereinrichtung 42 und und einen zweiten Walzenstellungsdetektor 44 ein, um jeweils die Stellung des zweiten Walzensatzes 32 zu steuern.
Die in Fig. 1 gezeigte enge Schleifensteuereinrichtung 50 ist nur ein Beispiel der Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung, die die Trennung von Daten in Kategorien gestattet, so daß bestimmten Daten eine Vorzugsbehandlung betreffs der Zeit des Sendens der Daten gegeben werden kann. Obwohl diese Darstellung in Fig. 1 als ein einziges Blockdiagrammelement für die ganze Anordnung von Walzenständen gezeigt ist, sollte es klar sein, daß diese Darstellung bedeutet, daß die Übermittlungsanordnung ein gemeinsames System unter den Stationen ist, die in diesem Beispiel als Walzenstände dargestellt sind. Wie im folgenden genauer diskutiert wird, schließt die Übermittlungsanordnung ähnliche aber deutliche Komponenten an jeder individuellen Station ein.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, schließt die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung einen seriellen Übermittlungsbus 60 ein, auf dem alle Stationen, die das verteilte Prozeßsteuersystem ausmachen, angeschlossen sind. Obwohl ein einziger redundanter Übermittlungsbus 60 dargestellt ist, ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, daß dieser serielle Übermittlungsbus 60 ein reservierter Bus ist, das heißt, dieses serielle Verbindungsstück bringt nur Daten einer bestimmten Art unter, und alle anderen Daten müssen über einen anderen Übermittlungsbus übermittelt werden. Es sollte bei einem typischen Prozeßsteuersystem klar sein, daß verschiedene Datenarten vorhanden sind, die verschiedene Anforderungen betreffs der Zeit und der Weise der Handhabung der Daten haben. Zum Beispiel gibt es ziemlich deutliche Anforderungen für die Handhabung von Daten, die als Steuerdaten eingeordnet werden können, gegenüber denjenigen, die als historische Daten eingeordnet werden können. Bei dem Beispiel der Steuerdaten, das heißt, Daten die die Steuerung des Betriebs bewirken, oder den Betrieb des Prozesses selbst anzeigen, muß die Zeit, um die Daten in den Speichereinrichtungen des verteilten Prozessors aufzufrischen, so sein, daß der Betrieb des Prozesses nicht benachteiligt wird. Andererseits müssen Daten, die zur Aktualisierung der Anzeigeinformation benutzt werden können, durch die eine Betriebsperson den Betrieb des Prozesses überwacht, nicht in demselben Zeitrahmen wie die Steuerdaten aufgefrischt werden. In der Praxis ist bestimmt worden, daß einige Steuerdaten innerhalb einer Zeitdauer von 5 Millisekunden aufgefrischt werden müssen, während andere Steuerdaten nur in einem Zeitrahmen von 30 Millisekunden aufgefrischt werden müssen. Historische Information oder Anzeigeinformation müssen aber nur in einem Zeitrahmen von 100 Millisekunden bis 1 Sekunde aufgefrischt werden, welches die Reaktionszeit ist, in der vorher gelieferte verteilte Prozeßsteuersysteme gearbeitet haben. Daher wäre es vorteilhaft, Anzeigeinformation von Steuerinformation zu trennen. Dieses kann erreicht werden, indem getrennte Übermittlungsbusse geliefert werden, über welche die beiden Übermittlungsarten übermittelt werden; für die vorliegende Beschreibung wird aber nur der Übermittlungsbus 60 dargestellt, der die Steuerdaten unterbringt.
Der in Fig. 2 dargestellte serielle Übermittlungsbus 60 wird als ein redundantes System gezeigt, das heißt, in der Praxis werden ein erster und ein zweiter serieller Bus 60 geliefert. Der erste serielle Bus 60a und der zweite serielle Bus 60b sind identisch und liefern nur eine Reserve füreinander in dem Fall, daß ein Fehlerzustand in dem einen oder anderen der seriellen Busse 60a oder 60b stattfindet.
Um den Vorteil eines Dualübermittlungsbusaufbaus zu verwirklichen, wäre es notwendig, eine duale Sender/Empfängeranordnung 62 zu liefern, die redundante erste und zweite Sender/Empfängereinrichtungen 62a und 62b einschließt, die an jeder Station angebracht sind. Die redundante Sende/Empfängereinrichtung 62 ist an die redundanten seriellen Übermittlungsbusse 60a und 60b angeschlossen, und liefert die tatsächliche Verbindung der Stationen mit dem Übermittlungsnetz. Die Sender/Empfängereinrichtungen 62 sind wie dargestellt in einer koaxialen Weise mit dem seriellen Übermittlungsbus 60 verbunden; man wird einsehen, daß auch ein Faseroptikverbindungsstück zwischen den Sender/Empfängereinrichtungen 62 und dem Übermittlungsbus 60 geliefert werden kann.
Ein duales Übermittlungsmodem 64 ist jedem der Sender/Empfängereinrichtungen 62 zugeordnet, welches wie in Fig. 2 gezeigt auch ein redundantes System ist; das heißt, ein duales Datenübermittlungsmodem ist an jeder Station des verteilten Prozeßsteuersystems vorgesehen, um die Daten in das oder aus dem seriellen Format umzuwandeln, das auf dem seriellen Übermittlungsbus 60 benutzt wird. Das duale Datenübermittlungsmodem 64 schließt ein erstes und ein zweites Übermittlungsmodem 64a und 64b ein, und kann auch aufgebaut sein, um das Mittel zu liefern, durch das die Nachricht, die von jeder Station ausgeht, von einer Information wie der Rahmeninformation befreit werden kann, die die Grenzen der Nachrichten festsetzt, und die zyklische Redundanzinformation, die eine Fehlerprüffähigkeit für die Nachrichtensendung liefert.
Die Daten werden von dem dualen Übermittlungsmodem 64 zum Übermittlungssteuerprozessor 66 übermittelt, der in der vorliegenden Ausführungsform ein Bitscheibenprozessor mit hoher Geschwindigkeit ist, der die Zuordnung des seriellen Übermittlungsbusses 60 steuert, Fehlerrückgewinnung und Nachrichtenformattierung vorsieht, und zusätzlich die tatsächliche Sendung und den Empfang von Daten über die seriellen Übermittlungsbusse 60a und 60b steuert.
Information, die über den seriellen Übermittlungsbus 60 unter der Steuerung des Übermittlungssteuerprozessors 66 gesendet und/oder empfangen wird, wird in einen ersten Port 68a einer gemeinsamen Dualportspeichereinrichtung 68 geladen, die jeder Station gemeinsam ist. Die Speichereinrichtung 68 liefert das Mittel, durch das die vorliegende Erfindung Beibehaltung von vielen verteilten Kopien eines gemeinsamen Speichergebiets gestattet, wie im folgenden genauer in Verbindung mit Fig. 3 erklärt wird.
Ein funktionaler Prozessor 70 ist an den zweiten Port 68b der Speichereinrichtung 68 angeschlossen, der das Mittel liefert, durch das der ganze Prozeß des verteilten Prozeßsteuersystem durchgeführt wird. Für diese Beschreibung muß nur verstanden werden, daß der funktionale Prozessor 70 programmiert ist, um den geplanten Prozeß beruhend auf den Steuerdaten durchzuführen, die ihm von dem zweiten Port 68b der gemeinsamen Speichereinrichtung verfügbar waren. Zusätzlich sollte eingesehen werden, daß der funktionale Prozessor 70 auch Information zum zweiten Port 68b der Speichereinrichtung abgibt; Information, die in diese Richtung gesendet wird, umfaßt Steuerdaten, die den Zustand des Prozesses und die darauf durchgeführten Steuerbetriebe anzeigen. Für ein genaueres Verständnis des Betriebs des funktionalen Prozessors 70 kann man auf die obengenannte europäische Patentanmeldung Nr. EP 0132069 Bezug nehmen, in der der Betrieb eines verteilten Prozeßsteuersystems mit einem funktionalen Prozessor beschrieben wird.
Wie in Fig. 2 angezeigt ist, ist der Prozeß, der von dem verteilten Prozeßsteuersystem durchgeführt wird, im wesentlichen bezüglich des Betriebs der Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung unwichtig. Obwohl Fig. 1 den Prozeß als einen Stahlwalzwerkbetrieb beschreibt, kann eingesehen werden, daß die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung genauso wirksam auf anderen Arten von industriellen Prozessen sein, kann die die Notwendigkeit der Trennung der Sendung von bestimmten Informationsarten erkennen, die auf dem Zeitvorrang der Information beruhen. Ein Beispiel eines anderen industriellen Prozesses, für die die vorliegende Erfindung anwendbar wäre, ist ein Schweißroboterbetrieb, in dem die Stellung des Schweißkopfes relativ zum Saum, der geschweißt werden soll, betreffs der Reaktionszeiten genau verfolgt werden muß.
Die in physikalischen Ausdrücken in Verbindung mit Fig. 2 beschriebene Dualportspeichereinrichtung 68 gestattet die Benutzung der vielen verteilten Kopien eines gemeinsamen Speichergebiets durch eine vorher ausgewählte Organisation des Speichergebiets. Mit anderen Worten ist jede Kopie des Speichers identisch organisiert und wird kontinuierlich von der Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung aktualisiert. In dieser Weise kann die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung das Bedürfnis vermeiden, Datenbasisverwaltungsinformation und Datenfilterungsfähigkeiten auf dem Übermittlungsbus 60 einzuschließen, was die Übermittlung von Steuerinformation nur zum Übermittlungsbus 60 reserviert. Zusätzlich wird die Steuerinformation, statt vorzusehen, daß sie Daten einschließt, die die Quelle und/oder das Ziel der Steuerdaten anzeigen, in einer Sendeweise übermittelt; das heißt, durch Liefern von identisch organisierten Speicherkopien an jede Station müssen nur die Steuerdaten und ein Speicherrelativzeigervertreter der Speicherstellung, in die die Daten geladen werden müssen, über den seriellen Übermittlungsbus 60 gesendet werden. Diese Annäherung des gemeinsamen Speichers liefert, daß das identische Speicherbild in den Speichereinrichtungen 68 an jeder Station beibehalten wird. Mit anderen Worten, jede Station wird vorher ausgewählte spezifische Speicherstellen haben, die an allen Stationen für die Steuerinformation reserviert werden, die von der bestimmten Station ausgeht, und weiterhin werden alle spezifischen Speicherstellen die identischen darin gespeicherten Steuerdaten haben.
Wie aus der tabellarischen Darstellung der Speicherraumzuordnung von Fig. 3 ersichtlich ist, fängt die Organisation der Speicherbeabstandung in der Speichereinrichtung 68 mit einem Speicherraum an, der ein Speicherrelativzeigerkennzeichen von Null hat. Die Speicherrelativzeigerkennzeichen werden entlang der rechten Spalte von Fig. 3 dargestellt, und dienen nur als beispielhafte Darstellungen von Speicherstellen, die in der Dualportspeichereinrichtung 68 zugewiesen werden können. Die Steuerdaten an irgendeiner gegebenen Speicherrelativzeigerstelle von dem Anfang des Speichergebiets wird dieselbe Veränderliche in allen Stationen sein. Der Übermittlungssteuerprozessor 66 bewegt die Steuerdaten von dem Speicher der Station, die den Wert an dieselbe relative Speicherrelativzeigerstelle an alle anderen Stationen abgibt. Man wird einsehen, daß die Speicherrelativzeigerkennzeichen sich je nach den Anwendungsbedürfnissen des gesteuerten Prozesses ändern können, als auch nach der Größe und Art der benutzten Speichereinrichtung.
Der an dem Speicherrelativzeigerwert Null anfangende Speicherraum ist für eine Steuertabelle reserviert, die mit der Bezugsnummer T100 bezeichnet ist, die das Formattierungsverfahren liefert, das allen Stationen gemeinsam ist, die an den seriellen Übermittlungsbus 60 angeschlossen sind. Die Steuertabelle T100 besetzt einen benachbarten Block eines gemeinsamen Speichers, der Steuer- und Zustandsregister enthält, die benutzt werden, um den Übermittlungssteuerprozessor 66 einzuleiten, und Übermittlungsfehler zu diagnostizieren, die im folgenden genauer beschrieben werden. Die Steuertabelle T100 enthält auch eine Buszuweisungsliste (BAL), die die Folge bestimmt, in der die Steuerung des seriellen Übermittlungsbusses 60 zwischen den Stationen weitergegeben wird. Die Steuertabelle T100 enthält zusätzlich eine Rahmensteuertabelle, die die Daten, die in jedem Nachrichtenrahmen gesendet werden sollen, und wird im Verhältnis zu Fig. 4 beschrieben.
Nach dem Speichergebiet, das für die Steuertabelle T100 reservierten Speichergebiet an jeder Station reserviert ist, wird ein Raum für die Speicherung der Steuerdaten selbst reserviert. Das wie in Fig. 3 aufgebaute Steuerdatenspeichergebiet ist aus 128 Blöcken von Steuerdaten hergestellt, in denen jeder Datenblock 128 Worte von Steuerdateninformation umfaßt. Die Datenblöcke sind den verschiedenen Stationen paarweise zugeordnet, und enthalten weiterhin alle Daten, die von der Station gesendet werden, und die von allen anderen Stationen gesendet werden. Es sollte eingesehen werden, daß die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung für verschiedene Anwendungen eines verteilten Prozeßsteuersystems so aufgebaut werden kann, daß einige der Stationen nur Steuerdaten empfangen, sie senden keine Steuerdaten zu dem seriellen Übermittlungsbus 60 zurück. In dieser Situation würde die Nur-Empfangsstation dieselben wie in Fig. 2 dargestellten Systemkomponenten einschließen, und würde auch dieselbe wie in Fig. 3 gezeigte gemeinsame Speicheranordnung benutzen.
Steuerdaten, die einer bestimmten Station zugeordnet sind, sind so organisiert, daß sie ein Paar benachbarte Blöcke des Speicherraums besetzen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird der erste Block Steuerdaten, der an dem Speicherelativzeiger (800x) anfängt, als ein erster Block T101 von "n" Worten der FAST-Steuerdaten bezeichnet wird, worin n nur einen ganzen Wert darstellt. Der zweite Block Steuerdaten T102 stellt "in" Worte von Steuerdaten dar, die als "nicht ganz so schnelle" Daten (im folgenden NQAF-Daten genannt) bezeichnet werden, worin m einen ganzen Wert darstellt, der von dem ganzen Wert n der Worte von FAST-Daten deutlich verschieden ist. Wie schon diskutiert worden ist, liefert die vorliegende Erfindung, daß jeder Datenblock 128 Worte von Daten einschließen wird, die, wie in Fig. 3 gezeigt, als ein erstes und letztes Wort von Daten für jeden Block dargestellt sind. Für diese Beschreibung wird angenommen, daß es zwei Kategorien von Steuerdaten geben kann, die FAST-Daten und NQAF-Daten genannt werden. Es ist bestimmt worden, daß dieses eine gültige Annahme für typische verteilte Prozeßsteuersysteme ist, wobei der Unterschied zwischen den beiden Kategorien von Steuerdaten aus dem Bedürfnis entsteht, die FAST-Daten typischerweise in einer Zeitdauer von 5 Millisekunden zu aktualisieren, und die NQFA-Daten typischerweise in einer Zeitdauer von 30 Millisekunden. Für spätere Diskussionen sollte die Zeitdauer von 5 Millisekunden als Zeitziel betrachtet werden; das heißt, es ist die vorbestimmte Zeit, durch die die kritischsten Daten an den Speicherstellen aller Stationen, die an den seriellen Übermittlungsbus 60 angeschlossen sind, aufgefrischt werden müssen.
Durch Organisation des Speichergebiets in einer Weise, wobei Paare benachbarter Blöcke von Steuerdaten für eine bestimmte Station reserviert werden, liefert die vorliegende Erfindung ein einfaches Mittel, durch das Änderungen an dem ganzen System gemacht werden können, ohne zu fordern, daß bedeutende Änderungen der Speicherrelativzeigerkennzeichen an jeder Station gemacht werden.
Der Speicherraum wird mit anderen Worten für zukünftige Benutzung reserviert, ohne zu fordern, daß schon definierte Daten bewegt werden, wenn dem System zusätzliche Stationen zugegeben werden. Es sollte auch klar sein, daß die verschiedenen Stationen nicht auf einen einzigen Block von Steuerdaten pro Stück eingeschränkt sind; für eine individuelle Station würde, wenn mehr als ein Block von Steuerdaten notwendig ist, er der Station vorher in einem benachbarten Verhältnis zu den vorher zugewiesenen Blocks von Steuerdaten zugewiesen werden. Durch Zuweisen von vielen Blocks an individuelle Stationen muß aber verständlich sein, daß die Anzahl von Stationen des verteilten Prozeßsteuersystems, das Steuerdaten handhaben kann, nicht mehr gleich der Anzahl von Blöcken sein wird, die Steuerdaten handhaben können.
Der erste Block von FAST-Daten T101 und der erste Block von NQAF-Daten T102 werden durch einen reservierten Raum von FAST- Daten T101a getrennt, der gestattet, daß sich jeder Block von Steuerdaten auf die maximale Größe von 128 Worten erweitern kann. Der erste Block von NQAF-Daten T102 und der zweite Block von FAST-Daten T103 werden zusätzlich durch einen reservierten Raum von NQAF-Daten T102a getrennt. Dieses Muster von einem Block von FAST-Daten, gefolgt von einem reservierten Raum von FAST-Daten und dann dem nächsten Block von NQAF-Daten wird in dem Speichergebiet wiederholt, bis die ganzen 128 Blöcke von Daten zugeordnet sind, was die Tatsache ergibt, daß der letzte Block von jeder Datenart der 64ste Block ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Wenn dieses festgelegt worden ist, dann behält jede Station ein identisches Speichergebiet betreffs Dateninhalts- und Speicherrelativzeigerkennzeichen in einer statischen Situation bei, es wird nun mit Bezug auf Fig. 4 diskutiert werden, daß jede Station auch Rahmen von Steuerdaten für dynamische Betriebszustände in einer identischen Weise sammelt. Der Rahmen von Steuerdaten ist die Einheit der Datensendung für die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung, in der jeder Rahmen von Steuerdaten, denen spezifische feste Datenlängen gegeben werden, über den seriellen Übermittlungsbus 60 nach einem Tokenweitergabeverfahren der Busentscheidung gesendet werden. Die Tokenweitergabeanordnung ist so aufgebaut, daß nur ein Rahmen von Steuerdaten gesendet werden kann, bevor der Token zum nächsten Rahmen von Steuerdaten weitergegeben wird, wie in der Buszuweisungsliste (BAL) bezeichnet ist. Die Busherrschaft wird mit anderen Worten auf einen Senderahmen beschränkt; die Station, die den Token in Besitz hat, wird als vorübergehender Busherr betrachtet, und die Station wird nur einen Rahmen von Steuerdaten senden, während sie den Token in Besitz hat. Bei dem Betrieb der Sendung des einen Rahmens von Steuerdaten ist der Betrieb der Handhabung des Tokens zurück zur nächsten Station in der Buszuweisungsliste (BAL) implizit.
Die Buszuweisungsliste (BAL) ist eine von einer Tabelle angetriebene Liste, die eine logische Drehung des Tokens definiert. Wenn die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung befähigt worden ist, dann können die Inhalte der Buszuweisungsliste (BAL) nicht geändert werden, da der Übermittlungssteuerprozessor 66 nach der Befähigung den Betrieb des Kopierens der Buszuweisungsliste (BAL) von dem gemeinsamen Speichergebiet zum Bordspeicher, der dem Übermittlungssteuerprozessor 66 zugeordnet ist. Die Steuertabelle T100, die das erste Gebiet des gemeinsamen Speichergebiets besetzt, schließt eine Information ein, die die Buszuweisungsliste (BAL) einleitet. Für diese Diskussion wird angenommen, daß die Buszuweisungsliste (BAL) 256 Rahmenschlitze unterbringen kann, obwohl andere Mengen je nach der Größe und Art der Speichereinrichtung benutzt werden können, die das verteilte Prozeßsteuersystem benutzt. Die 256 Rahmenschlitze entsprechen der maximalen Anzahl von Rahmen, die während einer Tokendrehung gesendet werden können. Die Tokendrehung fängt mit der Station an, deren ID-Nummer in Schlitz 1 der Buszuweisungsliste (BAL) ist, dann wird die Station einen Rahmen von Steuerdaten senden, und dann den Token zur nächsten Station auf der Buszuweisungsliste (BAL) weitergeben. Dieser Tokenweitergebungsbetrieb wird mit aufeinanderfolgenden Schlitzen weitergehen, bis das Ende der Liste erreicht ist, wie von dem 256sten Schlitz oder einer ungültigen Stations-ID für den Schlitz 255 angezeigt ist. Die nächste Tokendrehung wird dann sofort danach beginnen, angefangen mit der Station, der Schlitz 1 in der Buszuweisungsliste (BAL) zugeordnet ist. Es sollte bemerkt werden, daß einer Station ihre ID-Nummer in die Buszuweisungsliste häufiger als einmal pro Tokendrehung eingegeben werden kann, was ihr gestattet, mehr als einmal pro Tokendrehung Busherr zu sein. Es ist bestimmt worden, daß, um dieses Zeitziel von 5 Millisekunden zu erreichen, um FAST-Daten auf allen Stationen aufzufrischen, jeder Rahmen 60 Worte von Steuerdaten einschließen sollte; daher, falls eine bestimmte Station mehr als die zugeordneten Worte pro Rahmen von Steuerdaten benötigen würde, dann würde die Station mehr als eine Eingabe in die Buszuweisungsliste pro Tokendrehung benötigen.
Die Größe und das Format des Rahmens von Steuerdaten ist fest und in Fig. 4 dargestellt. Der Übermittlungssteuerprozessor 66 baut den Rahmen von Steuerdaten auf, der auf Parametern beruht, die in einer Rahmensteuertabelle geliefert sind, die im folgenden genauer in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wird. Die von der Rahmensteuertabelle in Verbindung mit der in der Buszuweisungsliste (BAL) gelieferten Information gestattet, daß der Übermittlungssteuerprozessor 66 die Stelle der FAST- und NQAF-Daten bestimmen kann, die Anzahl von zugeordneten Sendeschlitzen, und die Anzahl und Arten von Worten von den Steuerdaten, die in jeden Rahmen von Steuerdaten gepackt werden sollen.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, beginnt der Rahmen von Steuerdaten mit einer Präambel, die den ganzen ersten Rahmenabschnitt T200 und einen Teil des zweiten Rahmenabschnitts T201 besetzt. Die Präambel schließt Information ein, die den seriellen Übermittlungsbus 60 für die Sendung des Rahmens von Steuerdaten vorbereitet. Die Präambel gestattet richtige Synchronisierung der Übermittlungsmodeme 64 bei allen empfangenden Stationen. Die öffnende Flaggeninformation besetzt auch ein Teil des zweiten Rahmenabschnitts T201, für dieses Beispiel als einschließlich des Datenstrangs (01111110) gezeigt. Die öffnende Flagge bedeutet den Anfang der Sendung eines Rahmens von Steuerdaten. Nach der öffnenden Flaggeninformation in dem Rahmen von Steuerdaten ist ein dritter Rahmenabschnitt T202, der die Tokenannahme- und weitergabeinformation einschließt.
Der Rahmen von Steuerdaten schließt als nächstes einen Speicherrelativzeigerwert an dem Rahmenabschnitt T203 für die FAST-Daten ein, was die Anfangsstellung zum Laden der FAST- Daten in die richtigen Speicherrelativzeigerstellen an den entsprechenden Speichereinrichtungen der Vielzahl von Stationen anzeigt. Ahnlich zu dem Speicherrelativzeigerwert für FAST- Daten, der an dem Rahmenabschnitt T203 angezeigt ist, schließt der Rahmen von Steuerdaten auch einen Rahmenabschnitt T204 ein, um den anfänglichen Speicherrelativzeigerwert an den entsprechenden Speichereinrichtungen für die NQAF-Daten anzuzeigen. Der Rahmenabschnitt T205 des Rahmens von Steuerdaten schließt die Information ein, durch die der Übermittlungssteuerprozessor 66 die Anzahl der Worte von FAST- und NQAF-Daten bestimmen kann, die in diesem bestimmten Rahmen von Steuerdaten eingeschlossen ist. Es sollte nun bemerkt werden, daß die Anzahl der Worte von Steuerdaten, die in einem einzigen Rahmen gesendet werden können, auf 60 begrenzt ist; daher wird bei der Bestimmung der Anzahl der Worte von FAST- und NQAF-Daten, die in den Rahmen von Steuerdaten gehen soll, dem Auffüllen der zugeordneten Worte mit FAST-Daten Vorrang gegeben, dann, nachdem alle FAST-Daten untergebracht worden sind, wird die Sendung der NQAF-Daten angefangen. Das nächste Gebiet von Steuerdaten in dem Rahmen ist den tatsächlichen Steuerdaten selbst zugeordnet, Rahmenabschnitte T206 bis T208 sind für diesen Zweck reserviert, ob solche Steuerdaten FAST- Daten oder NQAF-Daten sind, die durch Werte in dem Rahmenabschnitt T205 bestimmt wurden.
Nach den Rahmenabschnitten, die zur Benutzung der tatsächlichen Steuerdaten reserviert sind, gestattet der nächste Rahmenabschnitt T209 den Einschluß einer zyklischen Blocksicherung (CRC) in dem Rahmen von Steuerdaten. Die zyklische Blocksicherung (CRC) ist ein Verfahren, durch das die Integrität der Steuerdaten geprüft werden kann, was gestattet, daß ein Fehlerauffindungsmittel mit dem tatsächlichen Rahmen von Steuerdaten eingeschlossen wird. Die abschließende Flagge (01111110), die dazu dient, den Abschluß dieses Rahmens von Steuerdaten anzuzeigen, füllt den restlichen Rahmenabschnitt T210 des Rahmens von Steuerdaten, was gestattet, daß der Token zur nächsten Station in der Buszuweisungsliste (BAL) umgeschaltet wird.
Um den Rahmen von Steuerdaten in der wie in Fig. 4 dargelegten Weise zu bauen, benutzt die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung eine wie in Fig. 5 dargelegte Rahmensteuertabelle. Diese Tabelle ist bezüglich der Anzahl der Blöcke von Steuerdaten konstruiert, die die Übermittlungsanordnung unterbringen kann, und stellt die Menge der Daten dar, die notwendig ist, um die in den Rahmenabschnitten enthaltene Information zu liefern. Das Verhältnis zwischen der Anzahl von Rahmen von Steuerdaten und der Anzahl von Datenblöcken hängt von der Anzahl von Worten der FAST- und NQAF-Daten ab, die die Station ausgibt. Wie schon vorher diskutiert worden ist, ist jede Station für 2 benachbarte Blöcke von Steuerdaten verantwortlich, wobei jeder Block 128 Worte von Steuerdaten enthält. Zusätzlich kann, wie schon diskutiert worden ist, ein Rahmen von Steuerdaten bis zu 60 Worte von Steuerdaten unterbringen. Daher würde, wenn eine Station nur eine Gesamtheit von 60 Worten von FAST- und NQAF- Daten ausgibt, nur ein Rahmen pro Tokendrehung gestattet sein. Bei diesem Beispiel würden die beiden Datenblöcke, die dieser Station zugeordnet wären, eine wesentliche Menge von unbenutztem Speicherraum haben, der für zukünftige Erweiterung dieser Station zur Seite gelegt werden könnte. Wenn eine Station eine wesentlich größere Anzahl von Worten von FAST- und NQAF-Daten ausgeben würde, dann würden selbstverständlich mehr Rahmen von Steuerdaten von dieser Station gesendet werden, und mehr als ein Token von der Buszuweisungsliste würde an diese Stelle gegeben, dessen Voraussetzungen vorher diskutiert worden sind.
Die obigen Betrachtungen zur Bestimmung der Konstruktion der Rahmen von Steuerdaten für irgendeine gegebene Station werden in der in Fig. 5 dargestellten Rahmensteuertabelle dargelegt. Zum Beispiel werden die Identifizierung der Station, die den Rahmen von Steuerdaten ausgibt und die Anzahlen und Arten von Worten, die die Station ausgibt, von der Rahmensteuertabelle geliefert. Zusätzlich liefert die Rahmensteuertabelle auch die Information, die benötigt wird, um anzuzeigen, daß die bestimmte Station im Dienst ist, und weiterhin, um die ganze Anzahl von Worten von NQAF-Daten anzuzeigen, die in jedem Rahmen von Steuerdaten eingeschlossen werden können. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, wird diese Information von einer wie entlang der rechten Spalte angezeigten Datenmenge geliefert.
Die Rahmensteuertabelle schließt diese selbe Informationsmenge für jedes der Paare von 64 Blöcken ein. Zusätzlich wird die Rahmensteuertabelle, die diese Information für alle Paare von 64 Datenblöcken einschließt, an jeder der Station wiederholt, was liefert, daß jede Station die Betrachtungen kennt, die für die Konstruktion der Rahmen von Steuerdaten gemacht werden, die von jeder Station ausgehen.
Die Datenübermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung liefert ein zusätzliches Merkmal, das sich auf eine Fehlerwiederauffindungstechnik bezieht. Durch Zuordnung, daß die Stationen mit den ersten drei Schlitzen in der Buszuweisungsliste (BAL) auch einzigartige Zeitabschaltungswerte einschließen, gestattet diese Anordnung, daß für Situationen, wo eine Inaktivität auf dem seriellen Übermittlungsbus 60 für eine der drei deutlich vorbestimmten Zeitdauern stattfand, die Drehung der Token wiederangefangen wird. Wenn eine der Zeitabschaltungsdauern der drei Stationen abläuft, dann wird ein besonderer Rahmen, der Wiederanfangsumschaltung heißt, gesendet werden, der den abgefallenen Token wieder erschafft. Wenigstens eine der ersten drei Stationen muß für die Datenübertragungsanordnung der vorliegenden Erfindung aktiv sein, so daß die vorliegende Erfindung befähigt wird.
In dem vorliegenden Aufbau unterstützt die Datenübermittlungsanordnung ein verteiltes Prozeßsteuersystem mit 64 Stationen, die Steuerdaten ausgeben; diese Anordnung unterstützt aber auch eine Gesamtheit von 254 Stations-ID- Nummern, für die auch andere Daten als die Steuerdaten übermittelt werden können, aber über einen von dem seriellen Übermittlungsbus 60 der vorliegenden Erfindung getrennten Übermittlungsbus. In dieser Weise können Stations-ID-Nummern zugeordnet werden, unabhängig davon, ob die Station Steuerdaten ausgibt.
In dem Betriebszustand liefert die Übermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung eine Überwachung der Übermittlungssteuerprozessoren 66 an jeder Station. Jeder der Übermittlungssteuerprozessoren 66 behält einen Satz von 64 Zählern bei, einen für jedes Paar von Datenblöcken. Jedesmal, wenn eine Tokenumschaltung verarbeitet wird, dann wird der Zähler, der dem Senden von Datenblocks zu den Stationen entspricht, vorher auf 3 eingestellt werden. Diese Zähler werden einmal pro Tokendrehung verringert. Wenn ein Zähler auf Null übergeht, dann wird die entsprechende "Station in Betrieb"-Flagge wieder eingestellt werden, um anzuzeigen, daß die Station in den drei letzten Tokendrehungen nicht gesendet hat. Daraus ergibt sich, daß die erwarteten Daten schal sind und mit den richtigen Vorsichtsmaßnahmen benutzt werden sollten. Wenn der Zähler von Null auf drei übergeht, dann wird die "Station in Betrieb" -Flagge eingestellt werden, um anzuzeigen, daß die Station lebendig ist und den Token weitergibt. Diese "Station in Betrieb"-Flaggen sind dem funktionalen Prozessor 70 verfügbar, und können als Teil der Steuerstrategie geprüft werden.
Wenn die Datenübermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung während des Betriebs befähigt ist, dann zählt der Übermittlungssteuerprozessor 66 an jeder Station die Anzahl von Schlitzen, die ihm in der Buszuweisungsliste (BAL) zugeordnet sind. Der Übermittlungssteuerprozessor 66 berechnet unter Benutzung dieser Anzahl mit der Anzahl von Worten von FAST- Daten, die diese Station ausgibt, die Anzahl von Worten von FAST-Daten, die in jeden Rahmen von Steuerdaten gebracht werden kann. Zusätzlich zu der Tatsache, daß diese Berechnung höchstwahrscheinlich ergeben wird, daß es wenigstens einen Rahmen von Steuerdaten gibt, der ein zusätzliches Wort von FAST-Daten hat, führt der Übermittlungssteuerprozessor 66 auch diese Berechnung durch. Als nächstes bringt der Übermittlungssteuerprozessor 66 unter Benutzung der Rahmensteuertabelle von Fig. 5 die spezifizierte Anzahl von Worten von NQAF-Daten in jeden Rahmen von Steuerdaten, bis weniger Worte von NQAF-Daten, die gesendet werden sollen, verbleiben, als diejenigen, die in einem Rahmen von Steuerdaten sein dürfen. Diese restliche Menge von Worten von NQAF-Daten wird dann mit einem nächsten Rahmen von Steuerdaten gesendet werden, der FAST-Daten einschließt.
Der Betrieb der Datenübermittlungsanordnung der vorliegenden Erfindung kann am besten beispielhaft dargestellt werden, wo eingesehen werden kann, daß die Leistung bezüglich der Zeit ausgedrückt wird, die benötigt wird, um das ganze Speicherbild zu aktualisieren oder aufzufrischen. Die Leistungszeiten können danach getrennt werden, ob die Auffrischzeit für FAST-Daten oder für NQAF-Daten ist, und kann weiterhin beruhend auf Information in der Rahmensteuertabelle geschätzt werden. Die tatsächlichen Ergebnisse werden sich nur ein wenig von den berechneten Ergebnissen ändern, diese Änderung ergibt sich als Ergebnis einer Fortschrittsverzögerung einer Echtsignalfortschrittsverzögerung, die für die vorliegenden Zwecke nur geschätzt werden kann. Um die Auffrischzeit (Rt) für die FAST-Daten zu berechnen, wird die folgende Gleichung benutzt:
Rt = (Bd*Oh) + ((Fd+Sd)*Dt) + (Bd*Pd) + (Bno) (1)
worin:
Bd = gesamte Anzahl von in der BAL benutzten Rahmenschlitzen;
Oh = zusätzlicher Platzbedarf pro Rahmen -- 97,4 Mikrosekunden für nicht redundante Systeme oder 110,3 Mikrosekunden für redundante Systeme;
Fd = gesamte Anzahl von Worten von FAST-Daten, die pro Tokendrehung (alle FAST-Daten) aufgefrischt werden sollen;
Sd = gesamte Anzahl von Werten von NQAF-Daten, die pro Tokendrehung gesendet werden sollen;
Dt = Datensendungszeit bei 2MBps, die Nulleinschub (8,12 Mikrosekunden) gestattet;
Pd = Schätzung der Fortschrittsverzögerung -- 0,15 Mikrosekunden (nimmt ungefähr 100 Fuß zwischen Stationen & 1,5 Nanosekunden/ft) an;
Bn = gesamte Anzahl von reservierten (Ersätze - nicht verfügbar) Rahmenschlitzen;
To = Keine Reaktionszeitabschaltungsdauer (110 Mikrosekunden)
Es sollte bemerkt werden, daß für einen der oben erwähnten Ausdrücke die Datensendezeit (Dt), die Schätzung des zusätzlichen Platzbedarfs des Nulleinschubverlustes auf einer Simulation beruht, die auf 10000 pseudozufälligen Bitströmen mit 1040 Bits pro Stück (die Maximallänge des Rahmens) durchgeführt wird. Nulleinschub erhöhte die Rahmenlänge im Durchschnitt um 0,789%. Dieses bedeutet, daß zusätzliche 0,06 Mikrosekunden pro Datenwort benötigt werden, das über den seriellen Übermittlungsbus 60 übertragen wird. Wegen der obigen Berechnungen wurde das Zweifache von diesem Wert benutzt, um diese Fehlergrenze zu erhöhen. Zusätzlich muß für einen anderen der beiden Ausdrücke die Anzahl von Worten von NQAF-Daten, die gesendet (Sd) werden sollen, eine andere Berechnung durchgeführt werden, die auf der folgenden Gleichung beruht:
Sd = (B1*M1) + (B2*M2) + . . . (Bn*Mn) (2)
worin:
B1, B2, . . . , Bn = Anzahl von Rahmenschlitzen, die Station 1, Station 2, bis Station n zugeordnet sind;
M1, M2, . . . Mn = Anzahl von Worten von NQAF-Daten, die in jedem Rahmen für Station 1, Station 2, usw. gestattet sind.
Um die Auffrischzeit für die NQAF-Daten zu berechnen, sollte die folgende Gleichung benutzt werden:
Nt = (Nm/Bm) * Rt (3)
worin:
Nm = die ganze Anzahl von Rahmen, die benötigt wird, um alle Worte von NQAF-Daten für diese Station zu senden;
Bm = die Anzahl von Rahmenschlitzen, die dieser Station in der BAL zugeordnet ist.
Die ganze Anzahl von Rahmen, die benötigt wird, um alle Worte von NQAF-Daten für eine bestimmte Station zu senden, kann durch die folgende Gleichung berechnet werden:
Nm = (Wm+Mn-1)/Mm (4)
worin:
Wm = die Anzahl der NQFA-Worte für diese Station;
Mn = die Anzahl der NQFA-Worte, die in jedem Rahmen für diese Station gestattet ist
Dieses ist ein Ganzzahlbetrieb und rundet diese Anzahl nach oben auf.
Beruhend auf den obigen Gleichungen wird eine Berechnung der Auffrischzeiten für die FAST-Daten und die NQAF-Daten wird für ein System mit fünf Stationen und einem Zeitziel von 5 Millisekunden für die Auffrischung der FAST-Daten durchgeführt werden. Zusätzlich wird für dieses Beispiel angenommen, daß keine unbenutzten Stationen in der Buszuweisungsliste (BAL) sind. Die Stationen haben die in Spalten zwei und drei von Tabelle 1 gezeigten Datenanforderungen, die unten gezeigt werden. Die Anzahl von Schlitzen, die für jede Station gefordert wird, um ihre FAST-Daten und einige ihrer NQAF-Daten zu senden, waren wie in Spalte vier von Tabelle 1 zugeordnet. Dann wird eine Berechnung gemacht, um die FAST-Auffrischzeit zu bestimmen, wenn keine NQAF-Daten gesendet werden. Dieses verteilte Prozeßsteuersystemnetz würde 3,925 Millisekunden brauchen, um das FAST-Datenbild aufzufrischen.
Die zusätzlichen Zeiten (1,075 Millisekunden) werden dann beruhend auf einem Zeitziel von 5 Millisekunden benutzt, um die NQAF-Daten aufzufrischen. Diese zusätzlichen Worte von NQAF- Daten werden dann so gleichmäßig wie möglich verteilt, ohne den Rahmen von 60 Worten zu überschreiten (siehe Spalte 6 von Tabelle 1). Die ganze Anzahl von Worten von NQAF-Daten, die pro Tokendrehung aufgefrischt wird, wird für jede Station in Spalt 8 gezeigt. Wiederauswertung der Speicherbildauffrischung zeigt an, daß das FAST-Datenspeicherbild alle 4,997 Millisekunden aktualisiert wird, und das NQAF-Datenspeicherbild für jede Station in der in Spalte 9 angezeigten Zeit aufgefrischt wird. TABELLE 1 KNOTENNUMMER FASTDATEN NQAFDATEN ERFORD. SPALTEN FASTGRÖSSE NQAFGRÖSSE RAHMENGRÖSSE GANZE NQAF NQAF AUFFRISCH.
Wenn man Gleichungen 1 und (2) benutzt, und die Werte von Tabelle 1, dann wurden die folgenden Veränderlichen benutzt, um die FAST-Datenauffrischzeit von 4,997 Millisekunden zu bestimmen:
Bd = 1 + 2 + 3 + 1 + 2 = 9 Rahmen;
Fd = 40 + 80 + 121 + 30 + 90 = 361 Worte (FAST)
Sd = (1·15) + (2·15) + (3·15) + (1·14) + (2·14) = 132 Worte (NQAF)
Pd = 0,15 Mikrosekunden/Rahmen
Oh = 110,3 Mikrosekunden/Rahmen
Dt = 8,12 Mikrosekunden/Wort von Daten
Bn = 0 (keine Rahmen reserviert)
To = 110 Mikrosekunden pro reserviertem Rahmen
was das folgende Ergebnis für Gleichung (1) ergibt:
Rt = (9·110,3) + ((361+132) · 8,12) + (9·0,15) + (0·110) = 4,997 Millisekunden. IDENTIFIZIERUNG DER IN DEN ZEICHNUNGEN BENUTZTEN BEZUGSNUMMERN BESCHRIFTUNG BEZ.NR. FIGUR GESCHWINDIGKEITSSTEUERUNG WALZENSTELLUNGSSTEUERUNG ENGE SCHLEIFENSTEUERUNG DUALER SENDER/EMPFÄNGER DUALES ÜBERMITTLUNGSMODEM DATENBUSREGLER GEMEINSAMER SPEICHER FUNKTIONALER PROZESSOR

Claims

1. Verfahren, um Daten wirkungsvoll zwischen einer Vielzahl von Stationen in einem verteilten Prozeßsteuersystem zu übermitteln, das die folgenden Schritte umfaßt:

Daten werden an jeder Station in wenigstens eine erste und eine zweite Datenkategorie getrennt;

die erste Datenkategorie wird als schnelle Daten bezeichnet; und dadurch gekennzeichnet, daß

ein Zeitziel vorher ausgewählt wird, zu dem alle schnellen Daten der Vielzahl von Stationen wenigstens teilweise aufgefrischt werden müssen;

eine tatsächliche Zeit berechnet wird, zu der solche schnellen Daten aufgefrischt werden;

ein Zeitunterschied zwischen einem solchen Zeitziel und einer solchen tatsächlichen Zeit bestimmt wird;

eine restliche Menge der zweiten Datenkategorie berechnet wird, die während eines solchen Zeitunterschiedes gesendet werden kann; und

eine solche restliche Menge der zweiten Datenkategorie solchen schnellen Daten zugegeben wird, die während eines solchen vorher ausgewählten Zeitziels gesendet werden sollen.

2. Wie in Anspruch 1 dargelegtes Datenübermittlungsverfahren, in dem die Daten zwischen der ersten Datenkategorie und der zweiten Datenkategorie als eine Funktion einer vorbestimmten Vorrangsbezeichnung aller der Daten getrennt wird, die an jeder der Vielzahl von Stationen vorhanden sind.

3. Wie in Anspruch 1 dargelegtes Datenübermittlungsverfahren, das weiterhin den Schritt umfaßt, einer der Vielzahl von Stationen eine Busherrschaft zur Sendung eines Datenrahmens zuzuordnen, und nach der Sendung eine solche Busherrschaft an eine nächste Station weiterzugeben, die von einer Buszuweisungsliste bestimmt ist.

4. Wie in Anspruch 1 dargelegtes Datenübermittlungsverfahren, das weiterhin den Schritt umfaßt, wenigstens einer ersten und einer zweiten Station der Vielzahl von Stationen eine deutliche Zeitabschaltungsdauer zuzuordnen, wobei die ersten und zweiten Stationen von einer Ablesung einer Reihenfolge der Vielzahl von Stationen bestimmt werden, wie sie in einer Buszuweisungsliste angeordnet sind, wobei die deutliche Zeitabschaltungsdauer einer Zeit entspricht, nach der ein Wiederbeginn von Datensendungen stattfinden wird, falls eine Abwesenheit der Aktivität eines Übermittlungsbusses vorhanden war.

5. Wie in Anspruch 1 dargelegtes Datenübermittlungsverfahren, das weiterhin den Schritt umfaßt, Daten, die von irgendeiner der Vielzahl von Stationen ausgehen, als schale Daten zu bezeichnen, wenn ein Netzknoten in der Dienstflagge eingestellt ist, um anzuzeigen, daß ein Zähler an einer bestimmten Station der Vielzahl von Stationen auf eine Zählung von Null verringert wurde, ohne die Daten, die davon ausgehen, aufzufrischen.

6. Wie in Anspruch 5 dargelegtes Datenübermittlungsverfahren, in dem der Zähler von einer Zählung von drei ausgeht, und jedesmal um eine Zählung verringert wird, wenn eine Datensendung der Daten für alle der Vielzahl von Stationen vervollständigt wird, ohne daß neue Daten von der bestimmten Station ausgegeben werden.

7. Anordnung zur Übermittlung von Daten, die in wenigstens eine erste und in eine zweite Kategorie als eine Funktion eines vorbestimmten Zeitvorrangs getrennt worden ist, um solche Daten unter einer Vielzahl von Prozessoren gesteuerten Stationen (Station 1, 2, . . . N) eines verteilten Prozeßsteuersystem aufzufrischen, wobei die übermittelnde Anordnung folgendes umfaßt:

einen Übermittlungsprozessor (70) an jeder der Vielzahl von Stationen, der mit einem Übermittlungsbus (60) in Signalübermittlung ist, auf welchem die Vielzahl von Stationen (Station 1, 2, . . . N) angeordnet sind;

ein Dualportspeicherelement (68) an jeder der Vielzahl von Stationen, und das auf einem Port (68b) an den Übermittlungsprozessor (70) angeschlossen ist;

einen Steuerprozessor (66) in Signalübermittlung mit einem zweiten Port (68a) des Dualportspeicherelements (68), und der wirksam ist, so daß der Prozeß des verteilten Prozeßsteuersystems dadurch durchgeführt wird; und dadurch gekennzeichnet, daß

der Übermittlungsprozessor (70) ein Mittel einschließt, um einen Rahmen solcher Daten zu sammeln, in dem der ersten Datenkategorie ein Zeitvorrang zugeordnet wird, so daß die ganze erste Datenkategorie vor der zweiten Datenkategorie gesendet wird;

ein Mittel, um eine tatsächliche Zeit zum Senden der ganzen ersten Kategorie zu berechnen, und eine solche tatsächliche Zeit von einem vorher ausgewählten Zeitziel abzuziehen, um einen Zeitunterschied zu bestimmen; und

ein Mittel, um eine restliche Menge der zweiten Datenkategorie zu bestimmen, die in dem Zeitunterschied gesendet werden kann, und eine solche restliche Menge zur ersten Datenkategorie zuzugeben, um damit gesendet zu werden.

8. Wie in Anspruch 7 dargelegte Datenübermittlungsanordnung, in der die Daten zwischen der ersten Datenkategorie und der zweiten Datenkategorie als Funktion einer vorbestimmten Vorrangsbezeichnung aller der Daten getrennt werden, die an jeder der Vielzahl von Stationen vorhanden sind.

9. Wie in Anspruch 7 dargelegte Datenübermittlungsanordnung, die weiterhin ein Mittel umfaßt, um die Busherrschaft einer der Vielzahl von Stationen zur Sendung eines Datenrahmens zuzuordnen, und nach einer solchen Sendung die Busherrschaft zu einer nächsten von einer Buszuweisungsliste bestimmten Station weiterzugeben.

10. Wie in Anspruch 7 dargelegte Datenübermittlungsanordnung, die weiterhin ein Mittel umfaßt, wenigstens einer ersten und zweiten Station der Vielzahl von Stationen eine deutliche Zeitabschaltungsdauer zuzuordnen, wobei die ersten und zweiten Stationen von einer Ablesung einer Reihenfolge der Vielzahl von Stationen bestimmt werden, wie sie in einer Buszuweisungsliste angeordnet sind, wobei die deutliche Zeitausdauer einer Zeit entspricht, nach der ein Wiederbeginn von Datensendungen stattfinden wird, falls eine Abwesenheit der Aktivität eines Übermittlungsbusses vorhanden war.

11. Wie in Anspruch 7 dargelegte Datenübermittlungsanordnung, die weiterhin ein Mittel umfaßt, um Daten, die von irgendeiner der Vielzahl von Stationen ausgehen, als schale Daten zu bezeichnen, wenn ein Netzknoten in dem Wartungsflagge eingestellt ist, um anzuzeigen, daß ein Zähler an einer bestimmten Station der Vielzahl von Stationen auf eine Zählung von Null verringert wurde, ohne die Daten, die davon ausgehen, aufzufrischen.

12. Wie in Anspruch 11 dargelegte Datenübermittlungsanordnung, in der der Zähler von einem Zählerstand von drei ausgeht, und jedes Mal eine Zählung verringert wird, wenn eine Datensendung der Daten für alle der Vielzahl von Stationen vervollständigt wird, ohne daß neue Daten von der einen bestimmten Station ausgehen.