(57)【要約】本発明は同期クロックド通信システム、例えば分散配置された自動化システムであって、その加入者が任意の自動化コンポーネントであってよく、データ網（１）を経て互いに結合されているシステムに関する。分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を統合するための開示された方法を用いて、これらの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）は、それらがその特性を制限されずに利用され得るように、同期クロックド通信システムに統合され得る。それによって特に入力信号の検出および出力信号の出力が確定的かつ同期して分散した入力／出力機能ユニット（２、３）において可能である。さらに、開示された方法は通信システムの通信サイクルの長さよりも小さい精度を有する入力信号を検出し、出力信号のスイッチングを特にたとえばスイッチングカムに応用される通信サイクルの長さよりも小さい時間精度でサポートすることを可能にする。さらに本発明によりたとえば分散した入力／出力機能ユニット（２、３）およびディジタル駆動部（４、５、６）のようなさまざまな形式の自動化コンポーネントの実際値検出および目標値出力の同期化が可能にされる。通信システムのデータ網（１）としてはたとえばフィールドバス、プロフィバス、イーサネット、産業用イーサネット、ファイアワイヤまたはＰＣ内部のバスシステム（ＰＣＩ）などのようなすべての可能なバスシステムが考えられ得る。
2005520358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの加入者、特にコントロールユニット（８）および制御すべき装置と少なくとも１つのデータ網（１）との間の産業設備の範囲の等間隔特性を有する同期クロックド通信システムに１つまたは複数の分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を統合するための方法において、少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）が通信システムの通信クロックに同期していることを特徴とする方法。
【請求項２】
制御すべき装置への分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端に与えられる制御すべき装置の信号が、通信システムの通信クロックに関して分散した入力／出力機能ユニット（２、３）により同期して検出され、データ網（１）に対して適合するデータフォーマットに変換され、同期してデータ網（１）を経て処理のためにコントロールユニット（８）に転送されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
コントロールユニット（８）からデータ網（１）を経て同期して分散した入力／出力機能ユニット（２、３）に伝送されるデータが入力／出力機能ユニット（２、３）において、制御すべき装置にとって解釈可能な信号に変換され、通信システムの通信クロックに関して同期して分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端に接続され、制御すべき装置に転送されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端において制御すべき装置の信号を記録しかつ検出する時点が、通信システムの通信クロックまたはそれから導き出されたクロックに関して設定可能であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端における信号を制御すべき装置に切換えかつ伝達する時点が、通信システムの通信クロックまたはそれから導き出されたクロックに関して設定可能であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
それぞれ異なる分散した入力／出力機能ユニット（２、３）と接続されている少なくとも２つの制御すべき装置による分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端における信号の記録および検出が同期化され、記録および検出が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）における通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
それぞれ異なる分散した入力／出力機能ユニット（２、３）と接続されている少なくとも２つの制御すべき装置による分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端における信号の出力が同期化され、出力が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）における通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）および少なくとも１つの他の自動化コンポーネント、特に駆動部（４、５、６）の入力端における信号の記録および検出が同期化され、記録および検出が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）と自動化コンポーネントの通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）および少なくとも１つの他の自動化コンポーネント、特に駆動部（４、５、６）出力端における信号の出力が同期化され、信号出力が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）と自動化コンポーネントにおける通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】
各制御すべき装置に対する通信システムの通信サイクルで付属の分散した入力／出力機能ユニット（２、３）により信号が少なくとも１回検出され、データ網（１）に対して適合するデータフォーマットに変換され、通信システムの通信クロックに関して同期してデータ網（１）を経て処理のためコントロールユニット（８）に転送されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１１】
制御すべき装置における信号の各検出が通信システムの通信サイクルで、分散した入力／出力機能ユニット（２、３）によりデータ網（１）に対して適合するデータフォーマットへの信号の変換と、直接続く通信サイクルにおけるコントロールユニット（８）へ処理のためにデータ網（１）を経てのデータの伝達と、分散した入力／出力機能ユニット（２、３）におけるコントロールユニット（８）の回答データの制御すべき装置にとって解釈可能な信号への変換と、その制御すべき装置への１つおいて次の通信サイクルにおける出力とが、制御すべき装置における信号検出と制御すべき装置への回答信号の出力との間の間隔が通信システムのたかだか２つの通信サイクルの値を持つように行われるような時点で行われることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１２】
分散した入力／出力機能ユニット（２、３）により、少なくとも１つのコントロールユニット（８）からデータ網（１）を経て呼び出され評価され得る特性データが与えられ、特性データが制御すべき装置の信号の時間的な検出の際の最大可能な精度および最小可能な時点を含んでいることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
分散した入力／出力機能ユニット（２、３）により、少なくとも１つのコントロールユニット（８）からデータ網（１）を経て呼び出され評価され得る特性データが与えられ、特性データが制御すべき装置に信号の時間的な出力の際の最大可能な精度および最小可能な時点を含んでいることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
通信システムの加入者の少なくとも１つがカウンタ（９）を有し、カウンタ（９）を有する加入者によりカウンタ（９）を用いてシステムの始動からの通信サイクルの数が０または任意のオフセットから始まって連続作動中に持続的に算入されることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
それぞれ１つの新しい通信サイクルの開始によりカウンタ（９）が加算されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
カウンタ（９）の各現在の状態がそれぞれ現在の通信サイクルを特徴付けることを特徴とする請求項１４または１５記載の方法。
【請求項１７】
任意の通信サイクルが１つの数、特にカウンタ状態から導き出され計算されるか、又はそのいずれか一方が行われることを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
通信サイクルがディジタル化された数、または通信サイクルの継続時間から導き出される絶対的な時間単位により表されることを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
タイムスタンプが、ディジタル化された数としてまたは通信サイクルの継続時間から導き出される絶対的な時間単位で表される通信サイクル及び通信サイクル内の時間値、又はそのいずれか一方から発生されることを特徴とする請求項１４ないし１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
タイムスタンプが２つの部分から成り、その一方の部分は制御すべき装置の信号が分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端において記録かつ検出されるか、または信号が分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端に接続され、制御すべき装置に出力されるべき通信システムの通信サイクルを決定し、他方の部分は通信システムの各関連する通信サイクルの開始または終了に対して相対的な時点を決定することを特徴とする請求項１４ないし１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
各現在のカウンタ状態および現在の通信サイクルおよび現在のタイムスタンプのうちの少なくとも１つが、カウンタ（９）を有する加入者から通信システムの少なくとも１つの別の加入者にデータ網（１）を用いて分配されることを特徴とする請求項１４ないし２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】
各現在のカウンタ状態がカウンタ（９）を有する加入者から通信システムの少なくとも１つの別の加入者にデータ網（１）を用いて分配され、各加入者自体により現在の通信サイクルおよび現在のタイムスタンプの少なくとも一方が伝達された現在のカウンタ状態から求められることを特徴とする請求項１４ないし２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】
制御すべき装置の信号が分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端における信号の記録および検出の際に入力／出力機能ユニット（２、３）によりこの時点で現在のタイムスタンプおよび検出スイッチング事象を付けられ、データ網（１）に対して適合するデータフォーマットに変換され、タイムスタンプとスイッチング事象と共にデータ網（１）を経てコントロールユニット（８）に転送され、そこで評価かつ処理されることを特徴とする請求項１４ないし２２のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２４】
制御すべき装置に対して決定されているデータが分散した入力／出力機能ユニット（２、３）への伝送の前にコントロールユニット（８）により、計画された信号出力の時点に関するタイムスタンプおよび出力スイッチング事象を付けられ、このタイムスタンプおよびスイッチング事象と共にデータ網（１）を経て分散した入力／出力機能ユニット（２、３）に伝送されることを特徴とする請求項１４ないし２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】
計画された信号出力に関するタイムスタンプおよび出力スイッチング事象を付けられ、制御すべき装置に対して決定されているデータが分散した入力／出力機能ユニット（２、３）により、制御すべき装置にとって解釈可能な信号に変換され、伝送されるタイムスタンプにより予め定められている時点で分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端にスイッチング事象に従って接続され、制御すべき装置に出力されることを特徴とする請求項１４ないし２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも２つの加入者、特にコントロールユニット（８）および制御すべき装置、少なくとも１つのデータ網（１）および少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）、との間の産業設備の範囲の等間隔特性を有する同期クロックド通信システムにおいて、
通信システムが分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を統合するための手段として、少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）が通信システムの通信クロックに同期化されるように計らう少なくとも１つの手段を有することを特徴とする通信システム。
【請求項２７】
通信システムが少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を有し、分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端に与えられている制御すべき装置の信号を通信システムの通信クロックに関して同期して検出し、データ網（１）に対して適合するデータフォーマットに変換し、同期してデータ網（１）を経て処理のためにコントロールユニット（８）に転送することを特徴とする請求項２６記載の通信システム。
【請求項２８】
通信システムが少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を有し、この機能ユニットはコントロールユニット（８）からデータ網（１）を経て同期して伝送されるデータを制御すべき装置にとって解釈可能な信号に変換し、通信システムの通信クロックに関して同期して、分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端に接続し、制御すべき装置に転送することを特徴とする請求項２６または２７記載の通信システム。
【請求項２９】
通信システムが、分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端において制御すべき装置の信号を記録しかつ検出する時点を通信システムの通信クロックまたはそれから導き出されたクロックに関して設定する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２６ないし２８のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３０】
通信システムが、分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端における信号を制御すべき装置にスイッチングし伝達するための時点を通信システムの通信クロックまたはそれから導き出されたクロックに関して設定する少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項２６ないし２９のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３１】
通信システムが少なくとも１つの手段を有し、この手段は、それぞれ異なる分散した入力／出力機能ユニット（２、３）と接続されている少なくとも２つの制御すべき装置による分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端における信号の記録および検出を同期化し、記録および検出が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）における通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項２６ないし３０のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３２】
通信システムが少なくとも１つの手段を有し、この手段は、それぞれ異なる分散した入力／出力機能ユニット（２、３）と接続されている少なくとも２つの制御すべき装置に分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端における信号の出力を同期化し、その出力が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）における通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項２６ないし３１のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３３】
通信システムが少なくとも１つの手段を有し、この手段は、少なくとも１つの入力／出力機能ユニット（２、３）および少なくとも１つの他の自動化コンポーネント、特に駆動部（４、５、６）の入力端における信号の記録および検出を同期化し、記録および検出が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）及び自動化コンポーネントにおける通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項２６ないし３２のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３４】
通信システムが少なくとも１つの手段を有し、この手段は、少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）および少なくとも１つの他の自動化コンポーネント、特に駆動部（４、５、６）の出力端における信号の出力を同期化し、この信号出力が各分散した入力／出力機能ユニット（２、３）及び自動化コンポーネントにおける通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることを特徴とする請求項２６ないし３３のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３５】
通信システムが少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を有し、この機能ユニットは、各制御すべき装置に対する通信システムの通信サイクル内で少なくとも１回信号を検出し、データ網（１）に対して適正なデータフォーマットに変換し、通信システムの通信クロックに関して同期してデータ網（１）を経てコントロールユニット（８）に処理のために伝達することを特徴とする請求項２６ないし３４のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３６】
通信システムが少なくとも１つの手段を有し、この手段は、制御すべき装置における信号の各検出が通信システムの通信サイクル内で、分散した入力／出力機能ユニット（２、３）によりデータ網（１）に対して適合するデータフォーマットへの信号の変換と、直接続く通信サイクルにおいて処理のためデータ網（１）を経てコントロールユニット（８）へのデータの伝達と、制御すべき装置にとって解釈可能な信号への入力／出力機能ユニット（２、３）における回答データの変換と、制御すべき装置における信号検出と制御すべき装置への回答信号の出力との間の間隔が通信システムのたかだか２つの通信サイクルであるように１つおいて次の通信サイクルでの制御すべき装置へのそれらの出力とが行われるような時点で行われるようにすることを特徴とする請求項２６ないし３５のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３７】
通信システムが少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を有し、この機能ユニットは、少なくとも１つのコントロールユニット（８）からデータ網（１）を経て呼び出され評価され得る特性データが与えられ、特性データが制御すべき装置による信号の時間的な検出の際の最大可能な精度および最小可能な時点を含んでいることを特徴とする請求項２６ないし３６のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３８】
通信システムが少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を有し、この機能ユニットは、少なくとも１つのコントロールユニット（８）からデータ網（１）を経て呼び出され評価され得る特性データが与えられ、特性データが制御すべき装置に信号の時間的な出力の際の最大可能な精度および最小可能な時点を含んでいることを特徴とする請求項２６ないし３７のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項３９】
少なくとも１つの加入者がカウンタ（９）を有し、カウンタ（９）を有する加入者がカウンタ（９）を用いてシステムの始動からの通信サイクルの数を０または１つの任意のオフセットから始まって連続作動中に持続的に算入することを特徴とする請求項２６ないし３８のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４０】
カウンタ（９）を有する加入者がそれぞれ新しい通信サイクルの開始によりカウンタ（９）を加算することを特徴とする請求項３９記載の通信システム。
【請求項４１】
通信システムが、カウンタの各現在の状態がそれぞれ現在の通信サイクルを特徴付けるように計らう少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項３９または４０記載の通信システム。
【請求項４２】
任意の通信サイクルを１つの数、特にカウンタ状態から導き出しかつ計算する、又はそのいずれか一方を行う少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項３９ないし４１のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４３】
通信システムが、通信サイクルをディジタル化された数、または通信サイクルの継続時間から導き出される絶対的な時間単位により表す少なくとも１つの手段を有することを特徴とする請求項３９ないし４２のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４４】
通信システムが少なくとも１つの手段を有し、この手段はタイムスタンプを、ディジタル化された数として又は通信サイクルの継続時間から導き出される絶対的な時間単位で表される通信サイクル及び通信サイクル内の時間値の少なくともいずれか一方から発生するすることを特徴とする請求項３９ないし４３のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４５】
通信システムが少なくとも１つの手段を有し、この手段は、タイムスタンプが２つの部分から成り、その一方の部分は制御すべき装置の信号が分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端において記録かつ検出されるか、又は信号が分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端に接続され制御すべき装置に出力されるべき通信システムの通信サイクルを決定し、他方の部分は通信システムのそれぞれ関連する通信サイクルの開始または終了に対して相対的な時点を決定することを特徴とする請求項３９ないし４４のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４６】
カウンタ（９）を有する加入者がそれぞれ現在のカウンタ状態、現在の通信サイクル、現在のタイムスタンプの少なくとも１つを通信システムの少なくとも１つの別の加入者にデータ網（１）を用いて分配することを特徴とする請求項３９ないし４５のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４７】
カウンタ（９）を有する加入者がそれぞれ現在のカウンタ状態を通信システムの少なくとも１つの別の加入者にデータ網（１）を用いて分配し、各加入者は現在の通信サイクル、現在のタイムスタンプ自体の少なくとも一方を伝達された現在のカウンタ状態から求めることを特徴とする請求項３９ないし４６のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４８】
通信システムが少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を有し、この機能ユニットは、制御すべき装置の信号に分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の入力端における信号の記録および検出の際にこの時点で現在のタイムスタンプ及び検出スイッチング事象を付け、データ網（１）に対して適合するデータフォーマットに変換し、タイムスタンプ及びスイッチング事象と共にデータ網（１）を経て評価および処理のためにコントロールユニット（８）に伝達することを特徴とする請求項３９ないし４７のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項４９】
通信システムが少なくとも１つのコントロールユニット（８）を有し、このコントロールユニットは、制御すべき装置に対して決定されているデータが分散した入力／出力機能ユニット（２、３）への伝送の前に、計画された信号出力の時点に関するタイムスタンプおよび出力スイッチング事象を付け、このタイムスタンプおよびスイッチング事象と共にデータ網（１）を経て分散した入力／出力機能ユニット（２、３）に伝送することを特徴とする請求項３９ないし４８のいずれか１つに記載の通信システム。
【請求項５０】
通信システムが少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット（２、３）を有し、この機能ユニットは、計画された信号出力に関するタイムスタンプおよび出力スイッチング事象を付けられ、制御すべき装置に対して決定されているデータを、制御すべき装置にとって解釈可能な信号に変換し、伝送されるタイムスタンプにより予め定められている時点で分散した入力／出力機能ユニット（２、３）の出力端にスイッチング事象に従って接続し、制御すべき装置に出力することを特徴とする請求項３９ないし４９のいずれか１つに記載の通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散した入力／出力機能ユニットを有する同期クロックド通信システムおよびこのようなシステムに分散した入力／出力機能ユニットを統合するための方法に関するものである。
【０００２】
等間隔特性を有する１つの同期クロックド通信システムとは、データ網を経てデータの相互交換またはデータの相互伝送の目的で接続されている少なくとも２つの加入者から成るシステムとして理解される。そのデータ交換はサイクリックに、システムにより使用される通信クロックにより予め定められる等間隔の通信サイクルで行われる。加入者はたとえば中央の自動化装置、プログラミング装置、プロジェクション装置または操作装置、入力／出力機能ユニット、駆動部部、アクチュエータ、センサ、蓄積プログラム制御部（ＳＰＳ）または他のコントロールユニット、コンピュータ、または他の機械と電子的データを交換し特に他の機械のデータを処理する機械のような周辺装置である。コントロールユニットとは以下ではあらゆる形式の調節器ユニットまたは制御ユニットとして理解される。データ網としてはたとえばフィールドバス、プロフィバス、イーサネット（登録商標）、産業用イーサネット、ファイアワイヤまたはＰＣ内部のバスシステム（ＰＣＩ）などのようなバスシステムが使用される。
【０００３】
たとえば駆動技術の分野における分散配置された自動化システムにおいてはなかんずくクロック同期のデータ網またはバスシステムが使用される。その接続されている加入者のいくつかはマスター装置、たとえば数値制御部または蓄積プログラム制御部またはプロジェクション装置のようなコントロールユニットとして、また他の加入者はたとえば駆動部または周辺装置のようなスレーブ装置として使用される。両カテゴリの自動化コンポーネントはクロック同期して動作することができる、すなわちこれらの加入者はデータ網の使用される通信クロックに同期化し得る。このことは、通信クロックが使用されるデータ網を経て加入者により受け取られ、この通信クロックに同期して特定の過程が制御されることを意味する。IEC 61491、EN61491 SERCOS  インタフェース−技術的概要説明（http：//www.sercos.de/duetsch/doku＿freier＿bereich.htm）に従って、これは現在分散配置された自動化システムに応用かつ実行される。それに対して、たとえばインタフェースとしてデータ網と制御すべき装置または制御すべきプロセスとの間で双方向に制御すべき装置またはプロセスとたとえばコントロールユニットのような通信システムの他の加入者との間の信号やデータの交換のために用いられるＩ／Ｏ機能ユニットのような分散した入力／出力機能ユニットは現在はクロック同期して作動しない、すなわちそれらは通信システムの通信クロックに同期し得ない。それにより一方では固定の予め定められた時点での分散した入力／出力機能ユニットの入力端および出力端のスイッチングが不可能で、他方では出力端のスイッチングを十分に大きい時間的精度をもって固定することが同じく不可能である。それにより制御すべき装置またはプロセスにおける信号検出の事象と制御すべき装置またはプロセスにおけるデータ出力の事象とが確定的に互いに結び付けることができず、また信号検出とデータ出力との間の時間間隔は通信システム内の、特に分散した入力／出力機能ユニットのなか、のむだ時間に関係する。以下では、制御すべき装置という概念は制御すべきプロセス、特に自動化プロセスや自動化プロセス量の部分プロセスをも含むものとする。
【０００４】
本発明の課題は、等間隔特性および少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニットを有する同期クロックド通信システムと、１つまたは複数の分散した入力／出力機能ユニットを同期クロックド通信システムに統合するための方法であって、このような通信網の特性が分散した入力／出力機能ユニットに拡げられ、これらにより利用され得る方法とを提供することである。
【０００５】
この課題は、少なくとも２つの加入者、特にコントロールユニットおよび制御すべき装置と少なくとも１つのデータ網との間の産業設備の範囲における等間隔特性を有する同期クロックド通信システムに１つまたは複数の分散した入力／出力機能ユニットを統合するための方法において、少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニットが通信システムの通信クロックに同期していることを特徴とする方法により解決される。
【０００６】
この課題は、少なくとも２つの加入者、特にコントロールユニットおよび制御すべき装置、少なくとも１つのデータ網および少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット、との間の産業設備の範囲における等間隔特性を有する同期クロックド通信システムにおいて、通信システムが分散した入力／出力機能ユニットを統合するための手段として、少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニットが通信システムの通信クロックに同期化されるように構成される少なくとも１つの手段を有することを特徴とする通信システムにより解決される。
【０００７】
本発明は、分散配置された自動化システムにおいてクロック同期のバスシステムまたはデータ網を使用する際に通信システムのすべての加入者に各新しい通信サイクルの開始がたとえば特別なデータパケット、たとえばいわゆるグローバルなコントロールデータパケット、の伝送により指示されるという認識に基づいている。この方法とならんで、本発明と結び付けてもちろん同じく応用可能である、加入者間のクロック同期を可能にする他の方法もある。少なくともシステムの始動の際に決定され、すべての加入者に分配される通信クロックの長さに関する情報と一緒に、すべての加入者が使用されるクロックに同期し得る。これらの情報は特別のマスター加入者、いわゆるクロック発生器、から通信システムのすべての加入者に伝達される。これらの情報を正確に評価することにより、分散した入力／出力機能ユニットもデータ網の使用される通信クロックに同期し、またそれによって同期クロックド通信システムの特性を組入れかつ利用し得る。
【０００８】
本発明の特に有利な実施形態は、制御すべき装置への分散した入力／出力機能ユニットの入力端に与えられている制御すべき装置の信号が通信システムの通信クロックに関して分散した入力／出力機能ユニットにより同期して検出され、データ網に対して適合するデータフォーマットに変換され、同期してデータ網を介して処理のためにコントロールユニットに転送されることにより特徴付けられている。それによって、制御すべき装置における事象、たとえば実際値検出、の生起の際に生ずる信号またはデータが分散した入力／出力機能ユニットにより通信システムのクロックと同期して検出され、適合するデータフォーマットに変換され、通信システムのクロックでデータ網を経てコントロールユニットにそこでの処理のために転送されることが保証され得る。
【０００９】
本発明の特に有利な実施形態は、コントロールユニットからデータ網を経て同期して分散した入力／出力機能ユニットに伝送されるデータが入力／出力機能ユニットにおいて、制御すべき装置にとって解釈可能な信号に変換され、通信システムの通信クロックに関して同期して、分散した入力／出力機能ユニットの出力端に接続され、さらに制御すべき装置に転送されることにより特徴付けられている。こうして、データ、たとえば制御すべき装置の先に受信された実際値に基づいてコントロールユニットにより相応に計算された目標値が、通信システムのクロックでデータ網を経て分散した入力／出力機能ユニットに送られ、これらの機能ユニットにより制御すべき装置にとって解釈可能な信号、たとえば位置目標値に変換され、通信システムのクロックに同期して分散した入力／出力機能ユニットの出力端にスイッチングされ、制御すべき装置に伝達され、それによって予測可能性およびスイッチング過程自体の時間的精度ならびに信号探索が顕著に改善される。
【００１０】
本発明の特に有利な実施形態は、分散した入力／出力機能ユニットの入力端において制御すべき装置の信号を記録しかつ検出する時点が通信システムの通信クロック又はそれから導き出されたクロックに関して設定可能であることにより特徴付けられている。本発明の同じく有利な実施形態は、制御すべき装置に分散した入力／出力機能ユニットの出力端における信号をスイッチングしかつ転送する時点が通信システムの通信クロックまたはそれから導き出されたクロックに関して設定可能であることにより特徴付けられている。この実施形態の利点は、制御すべき装置における事象の検出および記録、たとえば実際値検出、が通信システムのクロックで行われ得るだけでなく、通信クロックのなかの、記録または検出が行われるべき時点、たとえば現在の通信クロックの終了の直前または通信クロックのなかの他の所望の時点、も定められ得ることである。類似のことが信号、たとえば制御すべき装置における分散した入力／出力機能ユニットの出力端における目標値、のスイッチングおよび転送に対しても当てはまり、同じく通信クロック内の出力の時点、たとえば通信クロックの開始の直前の時点、が定められ得る。分散した入力／出力機能ユニットを用いての入力事象の検出および出力事象のスイッチングはそれにより、両事象が確定的な関連におかれるので、一方では計画可能および予測可能であり、また同時に信号の検出の際および分散した入力／出力機能ユニットの出力端のスイッチングの際の時間的精度がさらに高められる。さらにそれにより特に、各通信サイクルにおける検出が少なくとも１回、また常に正確に各通信サイクルの開始または終了に対して相対的に等しい時点で実行されることが達成され得る。
【００１１】
本発明の別の有利な実施形態は、それぞれ異なる分散した入力／出力機能ユニットと接続されている少なくとも２つの制御すべき装置による分散した入力／出力機能ユニットの入力端における信号の記録および検出が同期化され、記録および検出が各分散した入力／出力機能ユニットにおける通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることにより特徴付けられている。本発明の同じく有利な実施形態は、それぞれ相異なる分散した入力／出力機能ユニットと接続されている少なくとも２つの制御すべき装置における分散した入力／出力機能ユニットの入力端における信号の出力が同期化され、出力が各分散した入力／出力機能ユニットにおける通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることにより特徴付けられている。この実施形態の利点は、制御すべき装置の信号の記録および検出および制御すべき装置における信号の出力が、それぞれ単一の入力／出力機能ユニットに関して、確定的な関連にもたらし得ることである。このことは、信号の記録および検出と出力との間の間隔が前もって決定可能な時間的間隔を有するように、信号の記録および検出が通信クロック内の同一の時点で行われ得るだけでなく、所属の回答信号の出力も後続の、特にすぐ後に続く通信クロック内の同一の時点で行われ得ることを意味する。さらに、この挙動は少なくとも２つまたはそれ以上の分散した入力／出力機能ユニットに拡げられ得る。このことは、少なくとも２つまたはそれ以上の分散した入力／出力機能ユニットや駆動部部が通信システムの通信クロック内で同期して、すなわち同時に考察される通信クロック内の同一の時点で異なる制御すべき装置における信号の記録および検出または信号の出力のきっかけとなり得ることを意味する。このことは特に、制御すべき装置、たとえば駆動部部が、内挿的な結び付きで共同動作し、従ってたとえば機械における位置情報の同一の理解を有さなければならない装置であるとき、特にこのことが軸の制御に関するものであるときに、有利である。類似のことが、制御すべき装置に信号、たとえば目標値を出力することに対して当てはまる。
【００１２】
本発明の別の特に有利な実施形態は、少なくとも１つの分散した入力／出力機能ユニット及び少なくとも１つの他の自動化コンポーネント、特に駆動部部の入力端における信号の記録および検出が同期化され、記録および検出が各分散した入力／出力機能ユニット及び自動化コンポーネントにおける通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることにより特徴付けられている。
【００１３】
本発明の同じく有利な実施形態は、少なくとも１つの異なる分散した入力／出力機能ユニットおよび少なくとも１つの他の自動化コンポーネント、特に駆動部部の出力端への信号の出力が同期化され、信号出力が分散した入力／出力機能ユニット及び自動化コンポーネントにおける通信システムの通信クロックに関して同一の時点で行われることにより特徴付けられている。この実施形態の利点は、１つまたは複数の分散した入力／出力機能ユニットや１つ又は複数の他の自動化コンポーネント、特に駆動部部が通信システムの通信クロック内で同期して、すなわち同時に考察される通信クロック内の同一の時点で異なる制御すべき装置における信号の記録および検出または信号の出力のきっかけとなり得ることである。このことは特に、制御すべき装置が、内挿的な結び付きで共同動作し、それ故たとえば機械における位置情報の同一の理解を有さなければならないような装置であるとき、特にこのことが軸の制御に関するものであるときに、有利である。類似のことが、制御すべき装置に信号、たとえば目標値を出力することに対して当てはまる。
【００１４】
本発明の別の有利な実施形態は、各制御すべき装置に対する通信システムの通信サイクル内で付属の分散した入力／出力機能ユニットにより信号が少なくとも１回検出され、データ網に対して適合するデータフォーマットに変換され、通信システムの通信クロックに関して同期してデータ網を経てコントロールユニットに処理のために伝達されることにより特徴付けられている。この実施形態の利点は、コントロールユニットが各通信サイクルにおいて少なくとも１回、実際値を特定の目標値と比較し、必要とあれば修正に介入する可能性を有することである。
【００１５】
本発明のさらに別の特に有利な実施形態は、制御すべき装置における信号の各検出が通信システムの通信サイクル内で、分散した入力／出力機能ユニットによりデータ網に対して適合するデータフォーマットへの信号の変換と、直接に続く通信サイクルのなかでコントロールユニットに処理のためデータ網を経てデータの転送と、制御すべき装置にとって解釈可能な信号への入力／出力機能ユニットのなかのコントロールユニットの回答データの変換と、制御すべき装置に信号検出と制御すべき装置への回答信号の出力との間の間隔が通信システムのたかだか２つの通信サイクルであるように１つおいて次の通信サイクルで制御すべき装置へのそれらの出力とが行われるような時点で行われることにより特徴付けられている。この実施形態の利点は、非常に迅速に、可能なかぎり時間最適にスイッチングし得る可能性、すなわち分散した入力／出力機能ユニットによる事象の検出、たとえば制御すべき装置、コントロールユニットの処理論理部における実際値検出と、制御すべき装置への相応の回答信号、たとえば目標値の伝送を含む相応の分散した入力／出力機能ユニットの出力のスイッチングとの間の反応速度を最適化する可能性である。
【００１６】
本発明の別の有利な実施形態は、分散した入力／出力機能ユニットから、少なくとも１つのコントロールユニットからデータ網を経て呼び出され評価され得る特性データが与えられ、特性データが制御すべき装置による信号の時間的な検出の際の最大可能な精度および最小可能な時点を含んでいることにより特徴付けられている。本発明のさらに有利な実施形態は、分散した入力／出力機能ユニットから、少なくとも１つのコントロールユニットからデータ網を経て呼び出され評価され得る特性データが与えられ、特性データが制御すべき装置に信号の時間的な出力の際の最大可能な精度および最小可能な時点を含んでいることにより特徴付けられている。この実施形態の利点は、たとえばコントロールユニットの分散した入力／出力機能ユニットが、どの最大精度でこの分散した入力／出力機能ユニットにより制御すべき装置における信号検出、たとえば実際値検出、が可能であるか、またどの最小可能な時点でこのことが可能であり、それによってこれらの信号またはデータがたとえばすぐ次の通信サイクルのなかでコントロールユニットになお転送され得るか、を報知し得ることにより与えられている。それによりコントロールユニットは分散した入力／出力機能ユニットの標識データのこの知識を自動化システムの調節または制御に組み入れ、相応に最適化する立場にある。類似のことが分散した入力／出力機能ユニットを用いての制御すべき装置に信号、たとえば目標値を出力することに対しても当てはまる。さらにこれらの標識データはたとえば装置記述としてもちろん進行する作動の間にオンラインで相応の加入者，特に自動化コンポーネント、から読み出されることもできるし、またオフラインで各自動化コンポーネントの記述情報としても用意されることもでき、それによって利用可能な特性の範囲が、またそれにより可能な使用範囲が正確にドキュメント化されている。
【００１７】
本発明の別の特に有利な実施形態は、通信システムの少なくとも１つの加入者がカウンタを有し、カウンタを有する加入者によりカウンタを用いてシステムの始動からの通信サイクルの数が０または１つの任意のオフセットから始まって連続作動中に持続的に算入されることにより、またそれぞれ新しい通信サイクルの開始によりカウンタが１つだけ加算されることにより特徴付けられている。カウンタの各現在の状態は各現在の通信サイクルを特徴付ける。任意の通信サイクルは１つの数、特にカウンタ状態、から導き出されたり計算されたりすることができる。通信サイクル自体はディジタル化された数または通信サイクルの継続時間から導き出される絶対的な時間単位により表される。それによりタイムスタンプがディジタル化された数としてまたは通信サイクルの継続時間から導き出される絶対的な時間単位で表される通信サイクルや通信サイクル内の時間値から発生される。この実施形態の利点は、加入者がシステムの作動の間に持続的に、現在の通信サイクルを求める可能性を有し、それによって相応の加入者がこの情報を使用されるデータ網を経て分配するならば、すべての加入者がこの情報を得ることができる前提条件が作られていることにより与えられている。それにより、通信システム内の事象が、これらが等時的に実行され得るように制御され得る前提条件が作られている。このことはもちろん通信システムのすべての加入者に対して当てはまる。別の利点は、カウンタ状態からそれぞれ付属の通信サイクルが導き出され得ることにより与えられている。それによって、通信サイクルをディジタル化された数として、たとえばカウンタ状態の直接的な使用により、表すことも、通信サイクルの継続時間から計算され得る絶対的な時間単位としても表すことも可能であり、それによって各状況に対して最適な表し方を選ぶことができる。
【００１８】
本発明のさらに有利な実施形態は、タイムスタンプが２つの部分から成り、一方の部分は制御すべき装置の信号が分散した入力／出力機能ユニットの入力端において記録かつ検出されるか、または信号が分散した入力／出力機能ユニットの出力端に接続され、制御すべき装置に出力されるべき通信システムの通信サイクルを決定し、また他方の部分は通信システムのそれぞれ関連する通信サイクルの開始または終了に対して相対的な時点を決定することにより特徴付けられている。この実施形態の利点は、制御すべき装置の信号の検出および記録の際または制御すべき装置に信号の出力の際の精度に対するスケーリングの一層の精密化である。それにより、複数の通信サイクルのラスターまたはそれから導き出された絶対的な時間単位のなかの信号を決定しまたは組み入れることが可能であるだけでなく、それぞれ関連した通信サイクルのなかの時点を最も正確に決定し、事象制御を相応に最適化することも可能である。
【００１９】
本発明の別の特に有利な実施形態は、それぞれ現在のカウンタ状態及び現在の通信サイクル及び現在のタイムスタンプ又はそれらの少なくとも１つがカウンタを有する加入者から通信システムの少なくとも１つの別の加入者にデータ網を用いて分配されることにより特徴付けられている。本発明の同じく有利な実施形態は、それぞれ現在のカウンタ状態がカウンタを有する加入者から通信システムの少なくとも１つの別の加入者にデータ網を用いて分配され、各加入者自体により現在の通信サイクル及び現在のタイムスタンプ又はそのいずれか一方が伝達された現在のカウンタ状態から求められることにより特徴付けられている。それにより、特定のたとえば分散した入力／出力機能ユニットまたは説明された特性を有する通信システムに相応の情報を報知することが可能であり、これらの情報に基づいて等時的なデータ交換または加入者の間の通信システム内の事象または事象列の制御が顕著に改善され、または始めて可能にされる。
【００２０】
本発明のさらに有利な実施形態は、制御すべき装置の信号が分散した入力／出力機能ユニットの入力端におけるそれらの記録および検出の際に入力／出力機能ユニットによりこの時点で現在のタイムスタンプおよび検出スイッチング事象を付けられ、データ網に対して適合するデータフォーマットに変換され、タイムスタンプを付けてデータ網に対して適合するデータフォーマットに変換され、タイムスタンプとスイッチング事象と共にデータ網を介してコントロールユニットに伝達され、そこで評価され処理されることにより特徴付けられている。それにより制御すべき装置の信号の検出時点が非常に高い精度により決定され、記憶され、それによっていつでも関係する事象を計算するために利用される。
【００２１】
本発明の別の有利な実施形態は、制御すべき装置に対して決定されているデータが分散した入力／出力機能ユニットへの伝送の前にコントロールユニットにより、計画された信号出力の時点に関するタイムスタンプおよび出力スイッチング事象を付けられ、このタイムスタンプおよびスイッチング事象と共にデータ網を経て分散した入力／出力機能ユニットに伝送されることにより、また計画された信号出力に関するタイムスタンプおよび出力スイッチング事象を付けられ、制御すべき装置に対して決定されているデータが分散した入力／出力機能ユニットにより、制御すべき装置にとって解釈可能な信号に変換され、伝送されるタイムスタンプにより予め定められている時点で分散した入力／出力機能ユニットの出力端にスイッチング事象に従って接続され、制御すべき装置に出力されることにより特徴付けられている。この実施形態の特別な利点は、分散した入力／出力機能ユニットの入力端における生起事象の記録の時点に関係して分散した入力／出力機能ユニットの出力端における出力事象のスイッチングが正確に計画され、特に高い時間的精度で実行され得ることであり、このことは分散配置された自動化システム、たとえば木材処理機械、における駆動技術の範囲で、またはカムなどのスイッチングのために特に有利である。こうして入力事象と出力事象との間の時間的間隔は前述の応用範囲内の各任意の状況に対して個別にそれぞれ高い時間精度で設定可能かつ到達可能であり、それによって通信システムの当該の加入者のむだ時間との依存関係が非常によく減ぜられる。
【００２２】
さらに、開示された方法が特に包装機械、プレス、プラスチック成型機械、繊維機械、印刷機械、工作機械、ロボット、ハンドリングシステム、木材処理機械、ガラス処理機械、セラミックス処理機械ならびに昇降装置に使用されることは特に有利である。
【００２３】
以下に本発明を図面に示されている実施例により詳細に説明する。
【００２４】
図１は同期クロックド通信システムの実施例の概要図である。図に示されている通信システムにおいては、同時に分散配置された自動化システムが扱われている。これらの両概念は以下で同義語として使用される。図示の実施例は、同時に送信器であっても受信器であってもよい、従って信号又はデータを送ることも受けることも可能な複数の加入者からなっている。すべての加入者は間接的または直接的にデータ網１、たとえばイーサネット、産業用イーサネット、フィールドバス、プロフィバス、ファイアワイヤまたはＰＣ内部のバスシステム（ＰＣＩ）などのような、たとえばクロック同期および等間隔のような実時間特性有りおよび無し又はそれらのいずれか一方のバスシステム、またはたとえば等時性の実時間イーサネットのようなクロックされるデータ網に、図面を判りやすくするためデータ線１１、１２、１３、１４および１５しか図示されていないデータ線を経て接続されている。データ線は使用目的に応じて、それらがデータも信号も、又は他の電気的なパルスも伝送または伝導し得るように構成されている。特に、それぞれデータを相異なるデータフォーマットで伝送し得る種々の形式のデータ導線もこの分散配置された自動化システムに使用され得る。すなわちたとえばデータ線１３を経て送られるデータのフォーマットとは異なるフォーマットのデータがデータ線１４を経て送られ得る。この場合にたとえば分散した入力／出力機能ユニット２が相応の変換の役割をする。しかしもちろん、データ線１３および１４が同一のフォーマットのデータを伝送することも可能である。この場合には分散した入力／出力機能ユニット２による真のデータ変換は必要でなく、不変のフォーマットでのデータの転送が行われ、これはデータのいわゆる貫通接続に相当する。それと関係なく、分散した入力／出力機能ユニット２がデータを任意の形式および方法で加工及び処理又はそのいずれか一方を行い、特に自動化システムの秩序ある作動のために必要な場合にはデータフォーマット自体の変更および他のフォーマットへの変換又はそのいずれか一方なしに、データにタイムスタンプまたは類似のものを付加することが可能である。データ線１に直接に接続されているたとえばデータ線１２、１３および１５のようなデータ線が原理的にデータ網１自体と同一のデータフォーマットでデータを伝送する。使用されるデータ網１はクロックされて動作し、データの交換はデータ網１を経て使用される通信クロックに同期して行われる。使用されるクロックへのすべての接続されている加入者の初回の同期化はたとえばシステムの始動の際に行われる。クロック同期したデータ交換を保証するため、加入者の持続的な再同期化が進行する作動の間に行われる。もちろん、進行する作動中にデータ網１に接続される加入者が使用される通信クロックに同期化することも可能である。使用すべき通信クロックを必要および応用又はそのいずれか一方に応じて少なくともシステムの始動の際に一回設定し得ることは特に有利である。この実施例においては、加入者として、制御すべき装置、たとえば駆動部４、５および６ならびに分散した入力／出力機能ユニット２および３、プロジェクション装置７、たとえばカウンタ９を備えたコントロールユニット８、およびここではたとえばキーボードおよびマウスを有する計算機として構成されている操作装置１０が示されている。もちろん加入者としてすべての可能な他の自動化コンポーネントまたは装置も考えられ得る。当該の加入者の数および配置又はそのいずれか一方もここに例としてのみ示されている。例として示されている分散した入力／出力機能ユニット２および３はさらに少なくとも、それらの最大可能な精度および制御すべき装置による信号を時間的に検出する際および制御すべき装置、たとえば駆動部部６、における信号を呼び出し可能な形態でたとえば内部メモリ２ａおよび３ａに時間的に出力する際の最小可能な時点に関する標識データを有する。
【００２５】
開示される実施例では、制御すべき装置における事象、たとえばアナログ駆動部６における実際値検出が、そのなかに組み込まれている、図面を判りやすくするために図示されていないセンサおよびアクチュエータ又はそのいずれか一方を介して行われ、これらの実際値がデータ線１４を用いて分散した入力／出力機能ユニット２に伝送され、そこでクロック同期して検出され、データ網１に対して適合する相応のデータフォーマットに変換され得る。このようにして変換されたデータは次いで通信システムの使用される通信クロックに同期してデータ線１３、データ網１、たとえばイーサネットバスシステム、およびデータ線１２を経てコントロールユニット８に伝達される。コントロールユニット８はたとえば蓄積プログラム制御部（ＳＰＳ）または、データ、たとえば実際値、をデータ網１に接続されているすべての加入者から受信しかつ評価し、或いはデータ、たとえば目標値、をすべての加入者に送り得るその他の任意の制御ないし調節ユニットとして構成されている。こうしてコントロールユニット８はたとえば分散した入力／出力機能ユニット２からクロック同期して送られた駆動部６の実際値を処理し、これらの実際値に基づいて相応の目標値を計算し、これらの目標値を同じくクロック同期してデータ線１２、データ網１およびデータ線１３を経て分散した入力／出力機能ユニット２に返送する。この機能ユニットは受信した目標値を駆動部６にとって解釈可能な信号に変換し、それらをデータ線１４を経て使用される通信クロックに同期して駆動部６に転送する。駆動部６は受信した目標値を、図面を判りやすくするため図示されていない組み込まれたアクチュエータを用いてたとえば制御命令として解釈しかつ変換する。同一のメカニズムが同様に図面を判りやすくするため図示されていない、たとえば分散した入力／出力機能ユニット３に接続されているプロセスに伝送され得る。
【００２６】
操作装置１０を用いてデータ線１１を経てたとえば手動でもコントロールユニット８にアクセス可能であり、それによりコントロールユニット８の相応の調節メカニズムおよび制御メカニズムに影響を与え得る。たとえば、データ網１に接続されている、同じくコントロールユニットを表すプロジェクション装置７が分散した入力／出力機能ユニット２および３の標識データを照会し、評価し、これらのデータに基づいて同じく、データ網１に接続されている自動化コンポーネントの間のデータ交換に影響を与え、またはこれらの標識データをプロジェクション課題および制御課題又はそのいずれか一方の計画および実行のために考慮に入れることができ、それによって分散配置された自動化システムが時間最適にもコスト最適にも動作し得ることは特に有利である。プロジェクション装置７およびコントロールユニット８はその際にマスター装置として構成されていてよい。なぜならば、それらは通信システムおよび他の接続されている加入者の制御に直接的な影響を与え得るからである。それに類似して他の加入者、たとえば駆動部４、５および６ならびに分散した入力／出力機能ユニット２および３はスレーブ装置と呼ばれる。なぜならば、それらは相応にマスター装置により駆動部されるからである。実施例から明らかになるように、たとえば駆動部４および５のような自動化コンポーネントが中間接続されている分散した入力／出力機能ユニットなしに直接にデータ網１に接続され得ることは容易に可能であり、また通常でもある。また図示されている駆動部４、５および６はたとえば任意の自動化コンポーネント、特にフィールド装置、に対して制御すべき装置または機械とみなされる。
【００２７】
図示されている実施例はさらにカウンタ９を有するコントロールユニット８を有する。使用されるカウンタ９はたとえば基本原理から、モジュロカウンタであり、その構成は所望の表示すべき量またはカウンタ範囲に関係して任意に、たとえば１６ビットカウンタ、３２ビットカウンタなどとして選ばれ得る。標準構成としてたとえばハードウェア的またはソフトウェア的に実現され得るこのカウンタ９により、システムの始動からの通信サイクルの数が零または任意のオフセットから始めて、進行する作動の間に持続的にカウントされ得る。このことは、それぞれ新しい通信サイクルの開始によりカウンタ９のカウンタ状態が１単位だけ高められ、それによってカウンタ９のそれぞれ現在の状態がそれぞれ現在の通信サイクルを特徴付けることを意味する。カウンタ状態を高めるためのレリーズ事象はたとえば、すぐ次の通信サイクルの開始時に直接送られる特別なデータパケット、たとえばいわゆるグローバルなコントロールデータパケットである。カウンタ９がクロック発生器自体に、たとえばコントロールユニット８に置かれていると、カウンタ９は直接にこの特別なデータパケットの送出しの際に高められ、現在のカウンタ状態がたとえばこのデータパケットと一緒にその他の加入者に送られる。しかしもちろん同じく、カウンタ９が１つまたは複数の他の加入者に置かれていることも考えられる。この場合にはカウンタ９は相応する加入者によりこのデータパケットの受信の際またはその直後に高められる。各カウンタ状態がこのようにして一義的に特定の通信サイクルと相関付けられているので、任意の通信サイクルが１つの数、特に１つのカウンタ状態から導き出されかつ計算され、又はそのいずれか一方が行われ、それによって現在のカウンタ状態から、従ってまた現在の通信サイクルから出発して、付属の通信サイクルの今後又は過去に得られたカウンタ状態から一義的に決定可能である。たとえば特定の通信サイクルにおいて分散した入力／出力機能ユニット２の出力端がスイッチングされるべき場合には、この事象が対応するカウンタ状態に到達の際に相応に分散した入力／出力機能ユニット２によりレリーズされ、このことは事象の検出またはレリーズの予測可能性ならびに時間的精度を非常に高める。
【００２８】
通信サイクルはその場合例えばディジタル化された数として又は１つの通信サイクルの継続時間から導き出される絶対的な時間単位、たとえば１ｍｓの倍数として表され得る。これらの情報はカウンタ９を有する加入者、たとえばコントロールユニット８から、相応の加入者に対してあらゆる時点で特定の、すなわち現在の通信サイクルへの一義的な対応付けが可能であるように、通信システムの１つまたは複数またはすべての加入者に分配され得る。それにより、むだ時間、ジッタなどの、たとえば事象の他の通信サイクルへの望ましくないずれを生じさせる時間的なずれ効果に基づく個々の自動化コンポーネントの誤った振る舞いが回避され、或いは少なくとも検出され得る。
【００２９】
図２には分散配置された自動化システムの範囲の同期クロックド通信システムの原理的な動作が示されている。判りやすくするため例として４つの相続く通信サイクルとして、通信サイクルｎ １９、通信サイクルｎ＋１ ２０、通信サイクルｎ＋２ ２１および通信サイクルｎ＋３ ２１ａが示されている。さらに、入力事象２４の発生と相応する出力事象３６との間の原理的な動作が４つのレベルに、すなわちコントロールユニットレベル１６、データ網レベル１７、自動化コンポーネントレベル１８およびプロセスインタフェースレベル１８ａに分割されている。コントロールユニットレベル１６に所属の加入者として、例えばコントロールユニット８のようなマスター装置があげられ、他方において自動化コンポーネントレベル１８には例えば分散した入力／出力機能ユニット２、３、ディジタル駆動部４、５、６またはその他のフィールド装置および周辺装置又はそのいずれか一方のような自動化コンポーネントが属する。データ網レベル１７はデータ網１による上記の両レベル１６と１８との間の結合を示し、プロセスインタフェースレベル１８ａはレベル１８上に位置している自動化コンポーネントからその下に位置しているプロセスおよびプロセスコンポーネント又はそのいずれか一方への通過アクセスを示す。こうして入力事象は駆動部ではたとえば発信器の実際値の検出であり、分散した入力／出力機能ユニットでは後段に接続されているセンサ部の実際値の検出である。出力事象は駆動部ではたとえば相応の接続されているパワー部分への目標値出力であり、分散した入力／出力機能ユニットではたとえば相応の接続されているアクチュエータ部への目標値出力である。
【００３０】
図２に示されている動作は整定した状態を示す。すなわち分散した入力／出力機能ユニット２、３が既にデータ網１の通信クロックに、すなわち自動化コンポーネントレベル１８に同期化されており、たとえば分散した入力／出力機能ユニット２に使用される通信クロック、従って通信サイクルの長さが知られている。なぜならば、これはシステムの始動の際に決定され、すべての接続されている加入者にデータ網１を経て通知されたからである。通信クロックは設定可能であり、少なくとも１回システムの始動の際に決定され、その後は場合によっては新しい決定まで一定にとどまる。設定可能であることの利点は、使用される通信クロック、従って通信サイクルの長さが応用に応じて変更され、それによってさまざまな大枠の条件に適合され得ることである。
【００３１】
使用される通信クロックへの加入者の同期化は、それぞれすぐ次の通信サイクルの開始を直接に指示し、従って適時にすべての加入者に送られるいわゆるグローバルなコントロールデータパケット２８により行われる。このデータパケット２８はシステムの始動の際に加入者により評価され、それによって加入者が通信システムの通信クロックに同期し得る。通信サイクルから続く通信サイクルへのデータ伝送の際のかち合いを防ぐため、またデータパケット２８の精密な評価、従ってすぐ後に続く通信サイクルの各開始の疑いのない信号報知を保証するため、グローバルなコントロールデータパケット２８の送り出しの直前に離散的な時間の間はデータが送られない。これはアクティブな待機と呼ばれ、リザーブ２２により示される。図面を判りやすくするため、リザーブ２２は１回だけ示されている。進行する作動の間、グローバルなコントロールデータパケット２８はもちろん常に直接にすぐ次の通信サイクルの開始を示す。示されている構成のなかで特に分散した入力／出力機能ユニット２、３がグローバルなコントロールデータパケット２８を評価し、それによって同じく使用される通信クロックに同期し得ることは特に有利である。それにより分散した入力／出力機能ユニット２、３が他の加入者のように等時性をもって動作することができ、それによって時間的な精度の明らかな上昇が、入力事象の検出の際にも特に分散した入力／出力機能ユニットの出力のスイッチングの際にも達成される。
【００３２】
従って個々の加入者に対して、特に分散した入力／出力機能ユニット２、３に対して、通信サイクルの長さ、従って通信サイクルｎ １９、ｎ＋１ ２０、ｎ＋２ ２１およびｎ＋３ ２１ａの長さが知られている。さらにグローバルなコントロールデータパケット２８により通信サイクルの開始も決定され、それによって通信サイクルｎ＋１ ２０の開始も個々の加入者、特に分散した入力／出力機能ユニット２、３に知られている。それによって入力事象２４、たとえばクロックされる実際値検出、と通信サイクルｎ＋１ ２０の開始、従って各通信サイクルの開始、との間の時間的間隔２３も正確に決定され得る。この時間的間隔２３が設定可能であり、またたとえば分散した入力／出力機能ユニット２、３により用途に応じて最適に決定され得ることは特に有利である。各通信サイクルは等しい長さであるから、各通信サイクルにおいて，特に通信サイクルｎ １９およびｎ＋１ ２０において、入力事象２４は常に等しい時点で分散した入力／出力機能ユニット２により検出され得る。すなわち時間的間隔２３および２３ａは、加入者の変更が行われないかぎり、通信サイクルｎ １９およびｎ＋１ ２０において、従って各通信サイクルにおいて、正確に等しい。それにより特に、実際値検出が強制的に各通信サイクルにおいて１回かつ各通信サイクルの開始または終了に対して相対的に常に正確に等しい時点で実行されることが達成される。図を判りやすくするため、時間的間隔２３は通信サイクルｎ＋２ ２１およびｎ＋３ ２１ａには示されていない。
【００３３】
図２に開示された動作、特に入力事象２４の検出はもちろん、分散した入力／出力機能ユニット２において各通信サイクルで同一の時点で通信クロックに対して同期して行われるだけでなく、各通信サイクルにおいて並列に複数の分散した入力／出力機能ユニット２、３に対して同期して実行され得る、すなわち複数の分散した入力／出力機能ユニット２、３による入力事象２４の検出および記録が常に同時に同一の時点で時間的間隔２３をもって、通信クロックに同期して強制され、計画されて行われる。ここでも分散した入力／出力機能ユニット２、３の代わりに、またはそれらと一緒に、他の自動化コンポーネント、特に駆動部４、５も考えられ得る。これは特に、入力事象２４の記録および検出が分散した入力／出力機能ユニット２、３と他の自動化コンポーネント、特に駆動部４、５との間でも、それが常に同時に時間的間隔２３と同一の時点で、通信クロックと同期して強制または計画されて実行され得るように、同期化され得ることを意味する。時間的間隔２３はたとえば分散した入力／出力機能ユニット２により、自動化コンポーネントレベル１８上での信号検出２５が例えば分散した入力／出力機能ユニット２により１つの時点で実行され、信号変換２６がなお、データ転送２７が直接にすぐ次の通信サイクルｎ＋１ ２０の開始により継続され得るように行われるように、選ばれる。すぐ次の通信サイクルｎ＋１ ２０の直接の開始はすべての加入者にグローバルなコントロールデータパケット２８により通知される。図を判りやすくするため、データ網レベル１７上には、データパケット２９、灰色にマークされているグローバルなコントロールデータパケット２８ならびにリザーブ２２はそれぞれ１回だけ示されている。その場合示されていないデータパケットの異なる長さは特別な意義を有しておらず、個々のデータパケットの長さが内容に関係しており、それによって変化し得ることのみを明らかにする。通信サイクルｎ＋１ ２０の開始時にデータ転送２７がデータ網レベル１７上で行われる。転送されるデータパケットは例としてデータパケット２９に示されている。通信サイクルｎ＋１ ２０内において、伝達されたデータのデータ引渡し３０がデータ網レベル１７からコントロールユニットレベル１６、たとえば相応のコントロールユニット８に行われる。コントロールユニット８において、次いで相応のデータ処理３１が行われる。コントロールユニット８はデータ処理３１の間に転送されたデータ、たとえば実際値から相応の回答データ、たとえば目標値を求め、これらの計算を同じ通信サイクルｎ＋１ ２０で、コントロールユニット８がデータ引渡し３２、たとえば計算された目標値をすぐ次の通信サイクルｎ＋２ ２１の開始時にコントロールユニットレベル１６からデータ網レベル１７へ実行し得るように終了する。このデータ引渡し３２は通信クロックと同期して行われ、各通信サイクルにおいて実行され得る。データ網レベル１７によりデータ伝達３３がなお通信サイクルｎ＋２ ２１内で自動化コンポーネントレベル１８に、たとえば分散した入力／出力機能ユニット２に、これが得られたデータの制御すべき装置にとって解釈可能な信号への相応するデータ変換３４及び相応するデ��タ出力３５を、現在の通信サイクルｎ＋２ ２１の開始と出力事象３６との間の決定可能な一定の時間的間隔３７が守られるように、実行し得る。出力事象３６はそれによってなお通信サイクルｎ＋２ ２１内で行われ、時間的間隔３７は設定可能であり、たとえば分散した入力／出力機能ユニット２により、用途に応じて最適に決定され得る。出力事象３６は各通信サイクルにおいて、特に通信サイクルｎ＋２ ２１およびｎ＋３ ２１ａにおいて、常に等しい時点でクロック同期して実行され得る、すなわち時間的間隔３７および３７ａは通信サイクルｎ＋２ ２１およびｎ＋３ ２１ａにおいて、それによって各通信サイクルにおいて、加入者により変更が行われないかぎり、正確に等しい。こうして、伝達されたデータ、たとえば目標値のスイッチングの際の時間的な精度、すなわち所属の分散した入力／出力機能ユニット、たとえば分散した入力／出力機能ユニット２からの信号出力３５が、非常に正確に決定され得る。入力事象２４と出力事象３６との間の時間的間隔３８はそれにより、それが最大２つの通信サイクルに離れ離れに位置するように最適化され得る。このことは駆動技術の範囲での分散配置された自動化システムにおける多くの応用に大きな意義を有する。さらに、出力事象３６のスイッチングが分散した入力／出力機能ユニット２により各通信サイクルにおいて同じ時点で通信クロックに同期して実行されるだけでなく、各通信サイクルにおいて並列に複数の分散した入力／出力機能ユニット２、３により同期して実行され得ること、すなわち出力事象３６のスイッチングが複数の分散した入力／出力機能ユニット２、３により常に同時に同じ時点で時間的間隔３７をもって、通信クロックに同期して強制または計画されて実行され得ることは特に有利である。ここでも分散した入力／出力機能ユニット２、３の代わりに、またはそれと一緒に、他の自動化コンポーネント、特に駆動部４、５が考えられ得る。このことは特に、出力事象３６のスイッチングが分散した入力／出力機能ユニット２、３と他の自動化コンポーネント、特に駆動部４、５との間でも、それが常に同時に同じ時点で時間的間隔３７をもって、通信クロックに同期して強制または計画されて実行され得るように同期化され得ることを意味する。このことは特に、出力事象３６、たとえば目標値出力が、軸の制御の際のように内挿的な結び付きで共同動作し、従ってまた機械における位置情報の同一の理解を有していなければならないときに有利である。図を判りやすくするため時間間隔３７および３７ａは通信サイクルｎ＋２ ２１およびｎ＋３ ２１ａに対してのみ示されている。
【００３４】
図３にはスタンプを使用して分散配置された自動化システムの範囲の同期クロックド通信システムの原理的な動作が示されている。説明のために例として３つの相続く通信サイクル、通信サイクルｍ ５６、通信サイクルｍ＋１ ５７および通信サイクルｍ＋２ ５８ならびにその後の時点で発生するが直接には続かない別の通信サイクルｍ＋ｘ ５９が示されている。さらに入力事象４０の発生と相応する出力事象５４との間の原理的な動作が４つのレベル、すなわちコントロールユニットレベル６０、データ網レベル６１、自動化コンポーネントレベル６２およびプロセスインタフェースレベル６３に分割されている。すべての４つのレベルは図２でも使用されたレベルと同一のレベルをシンボル化して示す。図３に示されている動作は図２と類似して同じく整定した状態、すなわちすべての加入者、特に自動化コンポーネントレベル６２上の装置、たとえば分散した入力／出力機能ユニット２および３が既にデータ網１の通信クロックに同期化されている状態を示す。従って通信システムの個々の加入者、特に分散した入力／出力機能ユニット２および３に、通信サイクルの長さ、それによって特に通信サイクルｍ ５６、ｍ＋１ ５７、ｍ＋２ ５８ならびにｍ＋ｘ ５９の長さが知られている。通信サイクルの開始も、図２で説明したメカニズムに類似して、グローバルなコントロールデータパケット４５により決定され、それによって通信システムの加入者に知られている。
【００３５】
さらに、現在の通信サイクルを識別するためにカウンタを使用する図１に開示されたメカニズムに基づいて、たとえば分散した入力／出力機能ユニット２によりタイムスタンプが２つの部分から成る相応のカウンタ状態または対応する通信サイクルから発生され得る。その一方の部分は、分散した入力／出力機能ユニット２が制御すべき装置の入力事象４０の信号検出４１をその出力端において実行する現在の通信サイクル、たとえば通信サイクルｍ ５６を特徴付け、他方の部分はたとえば通信サイクルｍ ５６の現在の通信サイクル内の開始または終了に対して相対的な信号検出４１の時点を精密化する。こうして発生されるタイムスタンプは入力事象の形式、たとえば正または負のスイッチングエッジ、などと一緒にスタンプ４２として自動化コンポーネントレベル６２上で、たとえば分散した入力／出力機能ユニット２により入力事象４０の信号検出４１または信号変換４３の際にデータに付加され、それによってこれらのデータのスイッチング事象の検出時点および形式が分散した入力／出力機能ユニット２において正確にプロトコルされ、転送の際のデータの構成部分である。スタンプ４２は図を判りやすくするため１回のみ示されている。データパケット４６により示されているデータ網レベル６１へのデータ転送４４は続いてたとえばすぐ次の通信サイクルｍ＋１ ５７の開始により継続される。すぐ次の通信サイクルｍ＋１ ５７の直接の開始はグローバルなコントロールデータパケット４５の伝送によりすべての加入者に通知される。１つの通信サイクルから続く通信サイクルへのデータ伝送の際のかち合いを防ぐため、またデータパケット４５の精密な評価、従ってすぐ後に続く通信サイクルの各開始の疑いのない信号報知を保証するため、グローバルなコントロールデータパケット４５の送り出しの直前に離散的な時間の間はデータが送られない。これはアクティブな待機と呼ばれ、リザーブ３９により示される。図を判りやすくするため、データ網レベル６１上でデータパケット４６、灰色にマークされているグローバルなコントロールデータパケット４５ならびにリザーブ３９はそれぞれ１回だけ示されている。示されていないデータパケットの異なる長さは特別な意義を有しておらず、個々のデータパケットの長さが内容に関係しており、それによって変化し得ることのみを明らかにする。通信サイクルｍ＋１ ５７内でスタンプ４２を有する転送されたデータのデータ引渡し４７がデータ網レベル６１からコントロールユニットレベル６０へコントロールユニット８において行われ、それによりデータ処理４８が実行される。その際コントロールユニット８によりスタンプ４２も伝達されたデータの内容も評価される。それに基づいてコントロールユニット８が回答データを、またスタンプ４２の内容に関係してたとえば分散した入力／出力機能ユニット２の出力端における相応の制御すべき装置への回答データの将来の出力に対する必要な時点と、スイッチングされるべき出力事象の形式、たとえば正または負のスイッチングエッジなど、とを計算する。制御すべき装置に対して決定されている計算された回答データは、分散した入力／出力機能ユニット２への伝送の前にコントロールユニット８により���信号出力の必要な計画された時点および出力スイッチング事象から成るスタンプ４９を付され、その結果スタンプ４９は転送の際に回答データの構成部分である。その場合、タイムスタンプを特徴付けるスタンプ４９の部分は再び２つの部分から成る。その一方の部分は、分散した入力／出力機能ユニット２が制御すべき装置に出力事象５４の信号出力５３を実行すべき通信サイクル、たとえば通信サイクルｍ＋ｘ ５９を特徴付け、他方の部分はこうして決定された通信サイクル、たとえば通信サイクルｍ＋ｘ ５９内の開始または終了に対して相対的な信号出力５３の出力時点を精密化する。スタンプ４９は、図を判りやすくするため１回だけ示されている。コントロールユニットレベル６０から、たとえばコントロールユニット８により、スタンプ４９を有する計算された回答データのデータ引渡し５０がたとえばすぐ次の通信サイクルｍ＋２ ５８の開始時にデータ網レベル６１に行われる。このデータ引渡し５０も通信クロックに同期して行われ、各通信サイクルで実行され得る。データ網レベル６１によりデータ伝達５１がたとえばなお通信サイクルｍ＋２ ５８内で自動化コンポーネントレベル６２に、たとえば受信されたデータに付されているスタンプ４９を評価する分散した入力／出力機能ユニット２に行われる。スタンプ４９、特にデータの出力の時点を示す部分の評価の結果に応じて、データが分散した入力／出力機能ユニット２により一時記憶され、予定されている時点で始めて、たとえば通信サイクルｍ＋ｘ ５９において、相応する信号出力５３、たとえばスタンプ４９で予定されているスイッチング事象を有する分散した入力／出力機能ユニット２の出力端における目標値のスイッチングが出力事象３６を有する制御すべき装置において行われる。得られたデータの制御すべき装置にとって解釈可能な信号への予め必要なデータ変換５２は、通信サイクルｍ＋２ ５８におけるデータ伝達５１と通信サイクルｍ＋ｘ ５９における信号出力５３との間の任意の時点で実行され得る。
【００３６】
こうして、分散した入力／出力機能ユニットの入力端における発生した生起事象４０の記録の時点に関係して、分散した入力／出力機能ユニットの出力端における出力事象５４のスイッチングが正確に計画されて、特に高い時間的精度で実行され得る。このことは分散配置された自動化システムの駆動技術の範囲で、たとえば木材処理機械において、またはカムのスイッチングのためなどに非常に有利である。入力事象４０と出力事象５４との間の時間的間隔５５は前記の応用範囲の各任意の状況に対して個別にそれぞれ同じ高い時間的精度により設定可能かつ到達可能であり、それによって通信システムの当該の加入者のむだ時間の関係が非常に強く減ぜられる。
【００３７】
以上を要約すると、本発明は同期クロックド通信システム、たとえば加入者が任意の自動化コンポーネントであってよく、データ網１を経て互いに結合されている分散配置された自動化システムに関する。分散した入力／出力機能ユニット２、３を統合するための開示された方法を用いて、これらの分散した入力／出力機能ユニット２、３は、それらがその特性を制限されずに利用され得るように、同期クロックド通信システムに統合され得る。それによって特に入力信号の検出および出力信号の出力が確定的かつ同期した仕方で分散した入力／出力機能ユニット２、３において可能である。さらに、開示された方法は通信システムの通信サイクルの長さよりも小さい精度を有する入力信号を検出し、出力信号のスイッチングを特にたとえばスイッチングカムに応用される通信サイクルの長さよりも小さい時間精度でサポートすることを可能にする。さらに本発明によりたとえば分散した入力／出力機能ユニット２、３およびディジタル駆動部４、５、６のようなさまざまな形式の自動化コンポーネントの実際値検出および目標値出力の同期化が可能になる。通信システムのデータ網１としては、たとえばフィールドバス、プロフィバス、イーサネット、産業用イーサネット、ファイアワイヤまたはＰＣ内部のバスシステム（ＰＣＩ）などのようなすべての可能な普通のバスシステムが考えられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】同期クロックド通信システムの１実施例の概要図。
【図２】分散配置された自動化システムの範囲の同期クロックド通信システムの原理的な作動を示す図。
【図３】スタンプを使用する、分散配置された自動化システムの範囲の同期クロックド通信システムの原理的な作動を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１  データ網
２、３  分散した入力／出力機能ユニット
４、５、６  駆動部
８  コントロールユニット
９  カウンタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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