(57)【要約】【課題】本発明の課題は、システムバスの利用を最適化するために、モニタおよび／または制御システムのシステムバスへのアクセス時間を制御するための改善された方法および改善された通信モジュールを提供することである。【解決手段】システムバスにおける信号伝搬時間を測定し、最長の測定された信号伝搬時間に基づいてシステムバス上での伝送サイクルのためのサイクル時間を決定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの通信モジュールと、少なくとも１つの入出力モジュールとを有するモニタおよび／または制御システムのシステムバスにおける伝送サイクルのためのサイクル時間を規定するための方法において、
前記入出力モジュールは、測定信号および／または制御信号を伝送するためのシステムバスを介して前記通信モジュールに接続されており、測定信号および／または制御信号をフィールド・アプリケーションに入力および／または出力させ、前記少なくとも１つの通信モジュールは、常に繰り返し実行され、前記システムバスに接続された前記通信モジュールおよび入出力モジュールのための規定された通信時間を有している伝送サイクルを制御するための時間制御ユニットを具備しており、前記システムバスにおける信号伝搬時間を測定し、最長の測定された信号伝搬時間に基づいて前記システムバス上での伝送サイクルのためのサイクル時間を決定する方法。
【請求項２】
ａ）前記システムバスにおける信号伝搬時間を測定し、前記最長の信号伝搬時間を決定し、
ｂ）前記最長の信号伝搬時間に基づいて最大データ転送速度を決定し、
ｃ）前記最大データ転送速度を使用して伝送サイクルの最小サイクル時間を決定し、
ｄ）前記システムバスへのアクセス時間を制御するために、前記最小サイクル時間を、前記システムバスに接続されているすべての通信モジュールおよび入出力モジュールに伝送するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記信号伝搬時間は、前記システムバスを介して、上位の通信モジュールからその時々に下位の入出力モジュールへ測定される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記サイクル時間は、前記モニタおよび／または制御システムが最初に運転を開始するときに規定され、前記サイクル時間が恒久的に記憶される請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記サイクル時間は、モニタおよび／または制御システムを初期化しかつ構成するための各ブート段階で決定される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記最小サイクル時間に対する値は、連続的な値として規定されることができる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記最小サイクル時間に対する値は、段階的に決定されることができる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
モニタおよび／または制御システムのための通信モジュールにおいて、
下位の入出力モジュールを接続するためのシステムバス・インタフェースと、常に繰り返し実行され、前記システムバスに接続された前記通信モジュールおよび／または入出力モジュールのための規定された通信時間を有する伝送サイクルを制御するための時間制御ユニットとを具備している請求項１ないし７のいずれか１項に記載されている方法を実行するよう構成されている通信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの通信モジュールと、少なくとも１つの入出力モジュールとを有するモニタおよび／または制御システムのシステムバスへのアクセス時間を制御するための方法に関する。本発明においては、入出力モジュールは、測定信号および／または制御信号を伝送するためのシステムバスを介して通信モジュールに接続されており、測定信号および／または制御信号をフィールド・アプリケーションに入力および／または出力させ、少なくとも１つの通信モジュールは、常に繰り返し実行され、システムバスに接続された通信モジュールおよび入出力モジュールのための所定の通信時間を有する伝送サイクルを制御するための時間制御ユニットを具備している。
【０００２】
本発明はまた、モニタおよび／または制御システムのための通信モジュールに関し、そのモジュールは下位の入出力モジュールを接続するためのシステムバス・インタフェースと、常に繰り返し実行され、システムバスに接続された通信モジュールおよび／または入出力モジュールのための規定された通信時間を有する伝送サイクルを制御するための時間制御ユニットとを具備している。
【背景技術】
【０００３】
モニタおよび／または制御システムのシステムバス上での通信プロセスを制御するためには、システムバスに接続された個々の通信モジュールおよび入出力モジュールのための、アクセス時間の正確な同期および限定が、アクセスの衝突を回避するために必要である。
【０００４】
特許文献１には、通信バス上で生じる通信を通信スケジュールを用いて制御する、プロセス制御システムの通信バスのための通信制御手段が記載されている。通信スケジュールは、バスに連結された複数の装置の各々がバス上で何時通信できるかを事前に設定する。テスト・アルゴリズムによって、通信バスに接続された複数の装置の存在が検出される。
【０００５】
非特許文献１に、イサーネット（商標名）のフィールドバスによって互いに接続された入出力モジュールを有する制御システムを同期化するための方法が開示されている。各入出力モジュールは、イサーネットのフィールドバスへのアクセス時間を制御するために、クロックを有する。マスタークロックは、分配された制御システムの個々の子クロックに対し伝搬時間のずれを決定する。伝搬時間の各々の相違に基づいて、分配された複数のクロック時計が補正される。それ故に、ネットワークの広さの非常に正確なタイムベースが利用できる。
【特許文献１】ドイツ特許公開第101 43 972 A1号公報
【非特許文献１】ＳＰＳマガジン、５＋６／２００３版、４２ないし４５頁に所収の、『EtherCAT：実時間イサーネットに関するベックホフの解決策』
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなモニタおよび／または制御システムの問題は、信頼できる動作を保証するためには、システムバスに接続された個々の通信モジュールおよび入出力モジュールの通信時間を規定するために用いられる伝送サイクルまたはマクロサイクルが、予防策として、モニタおよび／または制御システムの最大限に許容される拡張レベルのために設計されねばならないことにある。
【０００７】
システムバスの利用を最適化するために、本発明の課題は、モニタおよび／または制御システムのシステムバスへのアクセス時間を制御するための改善された方法および改善された通信モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、本発明の方法によって達成される。本発明の方法は、少なくとも１つの通信モジュールと、少なくとも１つの入出力モジュールとを有し、通信モジュールが時間制御ユニットを有するモニタおよび／または制御システムのシステムバスへのアクセス時間を制御するための方法であって、入出力モジュールは、測定信号および／または制御信号を伝達するためにシステムバスを介して通信モジュールに接続されており、測定信号および／または制御信号をフィールド・アプリケーションに入力および／または出力するように構成されており、時間制御ユニットは、常に繰り返し実行され、システムバスに接続された通信モジュールおよび入出力モジュールのための規定された通信時間を有する伝送サイクルを制御するように構成され、好ましくは、モニタおよび／または制御システムのブート段階で、システムバスにおける信号伝搬時間が測定され、最長の測定された信号伝搬時間に基づいてシステムバスにおける伝送サイクルのためのサイクル時間が決定される。
【０００９】
従って、伝送サイクルのためのサイクル時間は、従来とは異なり、モニタおよび／または制御システムの最大の許容される拡張レベルを考慮して、恒久的に事前に設定されるのではなく、測定された信号伝搬時間に基づいて可変に設定される。このことは、システムバスのための伝送サイクルが、モニタおよび／または制御システムの実際の信号伝送状況に柔軟に適合されるという利点を有する。
【００１０】
この方法は好ましくは以下のステップを有する。
【００１１】
ａ）システムバスにおける信号伝搬時間を測定し、最長の信号伝搬時間を決定し、
ｂ）最長の信号伝搬時間に基づいて最大データ転送速度を決定し、
ｃ）最大データ転送速度を使用して伝送サイクルの最小サイクル時間を決定し、
ｄ）システムバスへのアクセス時間を制御するために、最小サイクル時間を、システムバスに接続されたすべての通信モジュールおよび入出力モジュールに伝送する。
【００１２】
信号伝搬時間は、好ましくは、時間制御ユニットを有する上位の通信モジュールによって測定される。通信モジュールと下位の入出力モジュールおよび場合によっては等位の通信モジュールの間のすべての信号伝搬時間が決定される。信号伝搬時間の測定自体はよく知られている。伝送サイクルのサイクル時間が、今や、最長の測定された信号伝搬時間およびこれに関連する最大の許容されるデータ伝送速度に可変に適合されることによって、システムバスの利用が最適化されることができる。
【００１３】
サイクル時間は、実際の構成を有するモニタおよび／または制御システムが最初に運転を開始するときに決定されることができる。例えば手動で開始された方法の結果は、再検査および場合によっては最適化の後に恒久的に記憶される。それ故に、その後の動作では、通信モジュールおよび下位の入出力モジュールは、この方法を再度実行する必要なく、前記結果にアクセスすることができる。サイクル時間は、例えばＥＰＲＯＭメモリ（電子的プログラム可能読出し専用メモリ）中に記憶されることができる。
【００１４】
サイクル時間は、モニタおよび／または制御システムを初期化しかつ構成するための各々のブート段階で決定されることが好ましい。それ故に、サイクル時間は、毎回リセットされ、モニタおよび／または制御システムが、切換または変化の際に、再び初期化および構成される場合には、システムの実際の存在する環境に適合される。これによって、設定された伝送サイクルが、実際に、常に、システムの実際にある環境に適合されていることが保証される。
【００１５】
最小サイクル時間に対する値が連続的な値として規定されていることは好ましい。このことは、サイクル時間が、データ転送速度の事前に設定されたレベルに限定されることなく、可変に調整されることができるという利点を有する。しかし、最小サイクル時間に対する値は随意選択的に段階的に限定されることができる。
【００１６】
更に、上記課題は、明細書の最初の部分に記載されたタイプの通信モジュールを用いて、この通信モジュールが上記方法を実行するよう構成されていることによって、解決される。これに関して、それ自体は知られている方法でハードウェアまたはソフトウェアを用いて、信号伝搬時間を決定するための手段が構成されるだけでよい。モニタサイクルを最適化するためのアクセス時間は、通信モジュールに記憶されたアルゴリズムまたはテーブルとの関連して、プログラムアルゴリズムを使用して決定されることは好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明を例によって詳述する。図１は、モニタおよび／または制御システムの、特にプログラム可能制御システムのシステムバスでの伝送サイクルのためのサイクル時間を確定するための方法のフローチャートを示す。少なくとも１つの通信モジュールはシステムバスインターフェースを有する。このインターフェースには、測定信号および／または制御信号をフィールド・アプリケーション、例えばセンサ、エンジンコントローラに入力および／または出力するための少なくとも１つのさらに別の入出力モジュールが接続されている。システムバス上の通信は、上位の通信モジュールの時間制御ユニットによって、以下のように、すなわち、システムバスに接続された通信モジュールおよび入出力モジュールのための規定された通信時間が、常に繰り返し実行される伝送サイクルで規定されているように制御される。このことは、伝送サイクルにおける通信モジュールおよび／または入出力モジュールのための読み取りサイクルおよび書込みサイクルが、常に事前に設定されることを意味する。
【００１８】
システムバス上の通信は、システムバスの回線の長さに従った伝搬時間の相違によって限定されている。それ故に、最大データ転送速度、および伝送サイクルの、データ転送速度に関連した最小サイクル時間が事前に設定されねばならない。このサイクル時間は、通常、恒久的に設定され、あるいは、システムバスの複数のユーザの間で協議される。
【００１９】
本発明によれば、伝送サイクルのためのサイクル時間が、中央で、時間制御ユニットを有する通信モジュールによって規定され、それは、モニタおよび／または制御システムを初期化しかつ構成するためにブート段階において、最適化シーケンスを開始すること（ステップＡ）によって規定される。この場合、ステップＢ）で、モニタおよび／または制御システムに対する最長の信号伝搬時間が測定される。その測定は、通信モジュールが、接続された入出力モジュールおよび場合によっては等位の通信モジュールのそれぞれの間で送受信されるデータにより、通信モジュールと入出力モジュールまたは等位の通信モジュールとの間の信号伝搬時間によって、それ自体はよく知られている方法で測定される。数学的アルゴリズムまたはテーブルによって、モニタおよび／または制御システムのための最大データ転送速度を、ステップＢ）で規定された最長の信号伝搬時間から計算され（ステップＤ）、通信モジュールのメモリに記憶され、それは伝送サイクルのためのサイクル時間を規定する。システムバスにおける信号伝送を行なうために用いる最大データ転送速度から、次に最小サイクル時間が決定される。このサイクル時間は、１伝送サイクル当たり事前に設定された通信プロセスに依存している。
【００２０】
場合によっては、最小サイクル時間が、システムバスに接続された通信モジュールおよび入出力モジュールの数に基づいて決定される（ステップＤ）。
【００２１】
続いて、ステップＥ）では、全ユーザにとって好都合なサイクル時間が、全ユーザに伝送される。それ故に、一般的に妥当な伝送サイクルは、具体的なモニタおよび／または制御システムにとって許容可能な最大データ転送速度に基づいて、可変に事前に設定されている。
【００２２】
次に、新たなサイクル時間が、ステップＦ）で、全ユーザによって設定され、ステップＧ）で、最適化シーケンスおよび設定シーケンスが終了される。続いて、ブート過程は続行され、モニタおよび／または制御システムが動作状態にされることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】システムバスへのアクセス時間を制御するための方法のフローチャート。
【図１】
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