專利名稱：用于控制對(duì)系統(tǒng)總線的存取時(shí)間的方法和通信模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制對(duì)一個(gè)監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的系統(tǒng)總線的存取時(shí)間的方法，該監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備具有至少一個(gè)通信模塊和至少一個(gè)通過(guò)用于傳輸測(cè)量和/或者控制信號(hào)的系統(tǒng)總線連接到該通信模塊上的、用于向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用輸入和/或者輸出測(cè)量和/或者控制信號(hào)的輸入/輸出模塊，其中，該至少一個(gè)通信模塊具有時(shí)間控制單元，用于控制一個(gè)具有為被連接到系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時(shí)間的、不斷地被重復(fù)執(zhí)行的傳輸周期。
本發(fā)明還涉及一種用于監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的通信模塊，該通信模塊具有用于連接下級(jí)輸入/輸出模塊的系統(tǒng)總線接口和用于控制具有為這些被連接到系統(tǒng)總線上的通信和/或輸入/輸出模塊確定的通信時(shí)間的、不斷地被重復(fù)執(zhí)行的傳輸周期的時(shí)間控制單元。
背景技術(shù)：
為控制監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的系統(tǒng)總線上的通信過(guò)程，需要精確地同步和確定連接到系統(tǒng)總線上的各個(gè)通信和輸入/輸出模塊的存取時(shí)間，以避免存取沖突。
DE 101 43 972 A1描述了一種用于過(guò)程控制系統(tǒng)通信總線的通信控制，它在使用通信時(shí)間計(jì)劃的情況下控制在通信總線上出現(xiàn)的通信。通信時(shí)間計(jì)劃預(yù)先規(guī)定何時(shí)允許這些被耦連到總線上的裝置的每一個(gè)在總線上進(jìn)行通信。利用檢驗(yàn)算法測(cè)定被連接到通信總線上的裝置的存在。
在自動(dòng)化控制技術(shù)以太網(wǎng)(EtherCAT)中實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的Beckhoff解決方案在SPS雜志2003/5+6版第42至45頁(yè)中公開(kāi)了一種方法，用于同步具有通過(guò)以太網(wǎng)場(chǎng)總線相互連接的輸入/輸出模塊的控制設(shè)備。每個(gè)輸入/輸出模塊具有時(shí)鐘，以控制對(duì)以太網(wǎng)場(chǎng)總線的存取時(shí)間。母鐘確定相對(duì)于分布的控制設(shè)備的單個(gè)子時(shí)鐘的傳輸時(shí)間偏差?；诟鱾€(gè)傳輸時(shí)間差依次執(zhí)行分布的時(shí)鐘，從而其高精度的網(wǎng)絡(luò)寬度時(shí)基可供使用。
這種監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的問(wèn)題在于，為保證可靠運(yùn)行，借助于其確定連接到系統(tǒng)總線上的這些單個(gè)的通信模塊和輸入/輸出模塊的通信時(shí)間的傳輸周期或宏周期必須預(yù)先針對(duì)監(jiān)測(cè)和控制設(shè)備所允許的最大擴(kuò)展級(jí)來(lái)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
為了優(yōu)化系統(tǒng)總線負(fù)荷，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于控制對(duì)監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的系統(tǒng)總線的存取時(shí)間的、改進(jìn)的方法以及改進(jìn)的通信模塊。
該任務(wù)通過(guò)用于控制對(duì)一個(gè)監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的系統(tǒng)總線的存取時(shí)間的方法這樣來(lái)解決，該監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備具有至少一個(gè)通信模塊和至少一個(gè)通過(guò)用于傳輸一些測(cè)量和/或控制信號(hào)的系統(tǒng)總線連接到通信模塊上的、用于向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用輸入和/或輸出測(cè)量和/或控制信號(hào)的輸入/輸出模塊和用于控制一個(gè)具有為被連接到系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時(shí)間的、不斷地被重復(fù)執(zhí)行的傳輸周期的通信模塊時(shí)間控制單元，即優(yōu)選在監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的引導(dǎo)階段測(cè)定系統(tǒng)總線上的信號(hào)傳輸時(shí)間(Signallaufzeiten)并且根據(jù)所測(cè)量的最長(zhǎng)信號(hào)傳輸時(shí)間確定用于該系統(tǒng)總線上一個(gè)傳輸周期的周期時(shí)間(Zykluszeit)。
傳輸周期的周期時(shí)間因此不像以往在考慮到監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備所允許的最大擴(kuò)展級(jí)情況下那樣固定地預(yù)先給定，而是根據(jù)所測(cè)定的信號(hào)傳輸時(shí)間可變地調(diào)節(jié)。這樣具有的優(yōu)點(diǎn)是，系統(tǒng)總線的傳輸周期可靈活地與監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備的實(shí)際信號(hào)傳輸狀況相匹配。
該方法優(yōu)選具有以下步驟a)測(cè)量系統(tǒng)總線上的信號(hào)傳輸時(shí)間和確定最長(zhǎng)的信號(hào)傳輸時(shí)間；b)根據(jù)最長(zhǎng)的信號(hào)傳輸時(shí)間確定最大的數(shù)據(jù)傳輸速率；c)根據(jù)最大的數(shù)據(jù)傳輸速率確定一個(gè)傳輸周期的最小周期時(shí)間；以及d)將最小的周期時(shí)間傳送到所有被連接到系統(tǒng)總線上的通信模塊和輸入/輸出模塊上，用于控制對(duì)系統(tǒng)總線的存取時(shí)間。
信號(hào)傳輸時(shí)間的測(cè)量?jī)?yōu)選通過(guò)包括時(shí)間控制單元的上級(jí)通信模塊實(shí)現(xiàn)，其中，確定該通信模塊與下級(jí)輸入/輸出模塊以及必要時(shí)并列的通信模塊之間的所有的信號(hào)傳輸時(shí)間。信號(hào)傳輸時(shí)間測(cè)量本身已足夠地被公知。通過(guò)傳輸周期的周期時(shí)間現(xiàn)在與所測(cè)量的最長(zhǎng)信號(hào)傳輸時(shí)間或與此相聯(lián)系所允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的可變匹配，可以優(yōu)化系統(tǒng)總線的利用。
周期時(shí)間的確定可以在具有當(dāng)前配置的監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的首次投入運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。例如手動(dòng)啟動(dòng)方法的結(jié)果在檢驗(yàn)和必要時(shí)優(yōu)化之后持久地被存儲(chǔ)，從而在以后的運(yùn)行中這些通信模塊和下級(jí)的輸入/輸出模塊因此可以存取以上結(jié)果，而無(wú)需再次執(zhí)行該方法。周期時(shí)間的存儲(chǔ)例如可以在EPROM存儲(chǔ)器(Erasable Programmable Read OnlyMemory)上實(shí)現(xiàn)。
周期時(shí)間的確定優(yōu)選在用于監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的初始化和配置的每個(gè)引導(dǎo)階段進(jìn)行，從而如果監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備在接通或者改變時(shí)被重新初始化和配置，可以每次重新調(diào)節(jié)周期時(shí)間并與實(shí)際存在的系統(tǒng)環(huán)境相匹配。因此確保所調(diào)節(jié)出的傳輸周期實(shí)際上始終與實(shí)際存在的系統(tǒng)環(huán)境相匹配。
可以將對(duì)于最小周期時(shí)間的這些值優(yōu)選確定為連續(xù)的數(shù)值。這樣所具有的優(yōu)點(diǎn)是，可以可變地調(diào)節(jié)周期時(shí)間無(wú)需限制于數(shù)據(jù)傳輸速率的預(yù)先給定的級(jí)。但最小存取時(shí)間的值也可以選擇按級(jí)地確定。
該任務(wù)此外利用開(kāi)始所述類型的通信模塊由此得以解決，即這些通信模塊被安排用于實(shí)施上述方法。為此僅需以本身公知的方式在硬件或者軟件上實(shí)施用于確定信號(hào)傳輸時(shí)間的方式。確定用于優(yōu)化傳輸周期的周期時(shí)間優(yōu)選通過(guò)與在通信模塊中存儲(chǔ)的數(shù)學(xué)算法或者表格相結(jié)合的程序算法實(shí)現(xiàn)。


下面借助附圖對(duì)本發(fā)明舉例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。其中圖1示出用于控制對(duì)系統(tǒng)總線的存取時(shí)間的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出用于確定在監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備、特別是SPS-控制器的系統(tǒng)總線上的傳輸周期的周期時(shí)間的方法的流程圖。至少一個(gè)通信模塊被設(shè)置有一個(gè)系統(tǒng)總線接口，在該系統(tǒng)總線接口上連接至少另一個(gè)輸入/輸出模塊，用于向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用、如傳感器、馬達(dá)控制裝置等輸入和/或輸出測(cè)量信號(hào)和/或控制信號(hào)。系統(tǒng)總線上的通信利用上級(jí)的通信模塊的時(shí)間控制單元這樣被控制，即確定在不斷地重復(fù)進(jìn)行的傳輸周期中為在系統(tǒng)總線上所連接的通信和輸入/輸出模塊所定義的通信時(shí)間。也就是說(shuō)，通信和/或輸入/輸出模塊的這些讀寫周期在所述傳輸周期中被固定地預(yù)先給定。
系統(tǒng)總線上的通信根據(jù)系統(tǒng)總線的線路長(zhǎng)度通過(guò)傳輸時(shí)間差被限制，必須預(yù)先規(guī)定傳輸周期的最大數(shù)據(jù)傳輸速率和與此相聯(lián)系的最小周期時(shí)間。這種周期時(shí)間通常被固定地調(diào)節(jié)出或者在系統(tǒng)總線的用戶之間協(xié)商確定。
按照本發(fā)明，用于一個(gè)傳輸周期的周期時(shí)間主要通過(guò)包括時(shí)間控制單元的通信模塊來(lái)確定，其方式是在用于監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備的初始化和配置的引導(dǎo)階段啟動(dòng)優(yōu)化程序(步驟A)。在此，在步驟B)中測(cè)定對(duì)于監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備最長(zhǎng)的信號(hào)傳輸時(shí)間，其方式是將在一個(gè)通信模塊中的數(shù)據(jù)發(fā)送給被連接的輸入/輸出模塊中的每一個(gè)和必要時(shí)并列的通信模塊中的每一個(gè)或從它們接收這些數(shù)據(jù)，并且以本身公知的方式測(cè)量通信模塊與輸入/輸出模塊或并列通信模塊之間的信號(hào)傳輸時(shí)間。在為傳輸周期確定周期時(shí)間的通信模塊的存儲(chǔ)器中，存儲(chǔ)數(shù)學(xué)算法或者表格，利用它們可以由在步驟B)中確定的最長(zhǎng)信號(hào)傳輸時(shí)間計(jì)算(步驟D)用于監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。由在系統(tǒng)總線上進(jìn)行信號(hào)傳輸可以利用的最大數(shù)據(jù)傳輸速率然后確定最小周期時(shí)間。這取決于對(duì)于每個(gè)傳輸周期預(yù)先規(guī)定的通信過(guò)程。
必要時(shí)也可以根據(jù)在系統(tǒng)總線上所連接的通信和輸入/輸出模塊的數(shù)量來(lái)確定最小周期時(shí)間(步驟D)。
接著在步驟E)中將對(duì)于所有用戶有效的周期時(shí)間傳輸?shù)剿杏脩簦瑥亩诰唧w的監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率可變地預(yù)先規(guī)定普遍有效的傳輸周期。
然后在步驟F)中通過(guò)所有用戶調(diào)節(jié)出新的周期時(shí)間并在步驟G)中結(jié)束優(yōu)化和調(diào)節(jié)程序。接著可繼續(xù)進(jìn)行引導(dǎo)過(guò)程并將監(jiān)測(cè)/控制設(shè)備投入運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.用于確定在一個(gè)監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的系統(tǒng)總線上的一個(gè)傳輸周期的一個(gè)周期時(shí)間的方法，該監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備具有至少一個(gè)通信模塊和至少一個(gè)通過(guò)該用于傳輸一些測(cè)量和/或控制信號(hào)的系統(tǒng)總線連接到該通信模塊上的、用于向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用輸入和/或輸出測(cè)量和/或控制信號(hào)的輸入/輸出模塊，其中，所述至少一個(gè)通信模塊具有一個(gè)時(shí)間控制單元，用于控制一個(gè)具有為這些被連接到該系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時(shí)間的、不斷地被重復(fù)執(zhí)行的傳輸周期，其特征在于，測(cè)定該系統(tǒng)總線上的信號(hào)傳輸時(shí)間并且根據(jù)所測(cè)量的最長(zhǎng)信號(hào)傳輸時(shí)間確定用于該系統(tǒng)總線上一個(gè)傳輸周期的該周期時(shí)間。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具有步驟a)測(cè)量該系統(tǒng)總線上的信號(hào)傳輸時(shí)間并且確定該最長(zhǎng)的信號(hào)傳輸時(shí)間；b)根據(jù)該最長(zhǎng)的信號(hào)傳輸時(shí)間確定最大的數(shù)據(jù)傳輸速率；c)由該最大的數(shù)據(jù)傳輸速率確定一個(gè)傳輸周期的最小周期時(shí)間；以及d)將該最小的周期時(shí)間傳送到所有被連接到該系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊上，用于控制對(duì)該系統(tǒng)總線的存取時(shí)間。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過(guò)該系統(tǒng)總線測(cè)量從一個(gè)上級(jí)通信模塊分別向這些下級(jí)的輸入/輸出模塊的信號(hào)傳輸時(shí)間。
4.按權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在該監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備首次投入運(yùn)行時(shí)進(jìn)行這些周期時(shí)間的確定并且持久地存儲(chǔ)所述周期時(shí)間。
5.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在用于該監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的初始化及配置的每個(gè)引導(dǎo)階段中進(jìn)行所述周期時(shí)間的確定。
6.按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，可以將對(duì)于該最小周期時(shí)間的這些值確定為連續(xù)的值。
7.按權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，可以按級(jí)地確定該最小周期時(shí)間的這些值。
8.用于一個(gè)監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的通信模塊，該通信模塊具有一個(gè)用于連接下級(jí)的輸入/輸出模塊的系統(tǒng)總線接口和一個(gè)用于控制具有為這些被連接到該系統(tǒng)總線上的通信和/或者輸入/輸出模塊確定的通信時(shí)間的、不斷地被重復(fù)執(zhí)行的傳輸周期的時(shí)間控制單元，其特征在于，該通信模塊被設(shè)置用于實(shí)施按前述權(quán)利要求之一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定在監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備的系統(tǒng)總線上的一個(gè)傳輸周期的周期時(shí)間的方法，該監(jiān)測(cè)和/或控制設(shè)備具有至少一個(gè)通信模塊和至少一個(gè)通過(guò)用于傳輸測(cè)量和/或控制信號(hào)的系統(tǒng)總線連接到通信模塊上的、用于向現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用輸入和/或輸出測(cè)量和/或控制信號(hào)的輸入/輸出模塊，其中，至少一個(gè)通信模塊具有時(shí)間控制單元，用于控制一個(gè)具有為被連接到系統(tǒng)總線上的通信和輸入/輸出模塊確定的通信時(shí)間的、不斷地被重復(fù)執(zhí)行的傳輸周期，包括測(cè)定系統(tǒng)總線上的信號(hào)傳輸時(shí)間和根據(jù)所測(cè)量的最長(zhǎng)信號(hào)傳輸時(shí)間確定系統(tǒng)總線上一個(gè)傳輸周期的周期時(shí)間。
文檔編號(hào)H04L12/26GK1946048SQ20061014869
公開(kāi)日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者托馬斯·阿爾貝斯 申請(qǐng)人:Wago管理有限公司