(57)【要約】【課題】簡単で効率的な方法でネットワークの中のメッセージ遅延に対処する。【解決手段】少なくとも１つのメッセージ送信器５０と、少なくとも１つのメッセージ受信器５２とを含む複数の加入者装置を有するネットワーク２９おいて、少なくとも１つのメッセージ送信器５０は複数のメッセージ５４を送信する。メッセージ受信器５２は複数のメッセージ５４を受信する。加入者装置５２は、期待する時間間隔に基づいて決められるタイム・アウト５８に基づいてメッセージの遅延時間５９を監視する。【効果】加入者装置５２のうちの少なくとも１つが、ネットワークの動作中、規定した第１の時間間隔７０、７０’の範囲内でメッセージ５４の最新の遅延時間を繰り返し推定する。推定した遅延時間６４と規定のしきい値６６とを比較する。推定した遅延時間６４が、規定のしきい値６６を超えているとき、エラー信号６８を生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）と、少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）とを含む複数の加入者装置（１２〜２２）を有するネットワーク（２９）におけるデータ伝送方法において、
前記少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）は複数のメッセージ（５４）を送信し、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）は複数のメッセージ（５４）を受信し、タイム・アウト（５８）に基づいて、前記ネットワーク（２９）内の前記メッセージの遅延時間（５９）を監視し、
前記加入者装置（５２）のうちの少なくとも１つが、前記ネットワーク（２９）の動作中、規定した第１の時間間隔（７０、７０’）の範囲内で前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を繰り返し測定し、前記測定された遅延時間（６４）と規定のしきい値（６６）とを比較して、前記測定された遅延時間（６４）が前記規定のしきい値（６６）を超えているとき、前記少なくとも１つの加入者装置（５２）はエラー信号（６８）を生成することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記メッセージ送信器（５０）が、規定した第２の時間間隔（５６）で前記メッセージ（５４）を送信し、前記第１の時間間隔（７０、７０’）が前記第２の時間間隔（５６）よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の時間間隔（７０、７０’）の長さが、前記測定された遅延時間（６４）に応じて変化することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの加入者装置がメッセージ受信器（５２）であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の加入者装置（１２〜２２）が複数のメッセージ送信器（５０）を含んでおり、これらの複数のメッセージ送信器（５０）のメッセージは前記メッセージ受信器（５２）により受信され、前記メッセージ受信器（５２）は前記複数のメッセージ送信器（５２）からの前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を測定し、前記メッセージ（５４）の前記遅延時間と、関連するしきい値（６６）とを比較することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各メッセージ受信器（５２）が、自身が受信する前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を測定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の加入者装置（１２〜２２）が、それぞれメッセージ受信器（５２）の形態による多数のセンサ装置（１４、１６、１８）と、アクチュエータ装置（２０、２２）と、コントローラ（１２）とを含んでいることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ装置、アクチュエータ装置、およびコントローラ（１２〜２２）が、安全と定義されて前記エラー信号（６８）に応じて起動される状態をそれぞれ有していることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記メッセージ受信器（５２）だけが、前記タイム・アウト（５８）に基づいて前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を監視することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）がタイム・スタンプなしで前記複数のメッセージ（５４）を送信することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのメッセージ受信器がハートビート・メッセージ（６０）を繰り返し送信して、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）が依然として受信できる状態にあることを前記ネットワーク（２９）内の他の加入者装置に示すようになっており、前記ハートビート・メッセージ（６０）は応答要求を含んでおり、前記ハートビート・メッセージ（６０）と応答メッセージ（６２）とを用いて前記遅延時間（６４）を測定することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ネットワーク（２９）がスイッチド・イーサネット（登録商標）・ネットワークであり、前記加入者装置（１２〜２２）はイーサネット（登録商標）・プロトコルを用いて前記メッセージ（５４）を送受信することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
特に、設備を自動制御する装置であって、
少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）と、少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）とを含む複数の加入者装置（１２〜２２）を有するネットワーク（２９）を備え、
前記少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）は複数のメッセージ（５４）を送信し、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）は複数のメッセージ（５４）を受信し、少なくとも１つの加入者装置は、タイム・アウト（５８）に基づいて、前記ネットワーク（２９）内の前記メッセージ（５４）の遅延時間（５９）を監視するように設計され、
前記少なくとも１つの加入者装置（５２）が、前記ネットワーク（２９）の動作中、規定した第１の時間間隔（７０、７０’）の範囲内で前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を繰り返し測定し、前記測定された遅延時間（６４）と規定のしきい値（６６）とを比較するようにさらに設計されており、前記測定された遅延時間（６４）が前記規定のしきい値（６６）を超えているとき、前記少なくとも１つの加入者装置（５２）はエラー信号（６８）を生成することを特徴とする、装置。
【請求項１４】
複数の加入者装置（１２〜２２）を有するネットワーク（２９）内でデータを伝達するための通信端末であって、前記通信端末はプログラム・コードを格納している記憶媒体（８２）を含み、このプログラム・コードは、前記通信端末（８０）を前記加入者装置（１２〜２２）のうちの１つに接続するとき、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計されている、通信端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのメッセージ送信器と、少なくとも１つのメッセージ受信器とを含む複数の加入者装置を有するネットワーク内でデータを伝達するための方法に関し、少なくとも１つのメッセージ送信器は複数のメッセージを送信し、少なくとも１つのメッセージ受信器は複数のメッセージを受信し、タイム・アウトに基づいてネットワーク内のメッセージの遅延時間を監視する。
【０００２】
本発明は、さらに、少なくとも１つのメッセージ送信器と、少なくとも１つのメッセージ受信器とを含む複数の加入者装置を有するネットワークを含む、特に、設備の自動制御用の装置に関し、少なくとも１つのメッセージ送信器は複数のメッセージを送信し、少なくとも１つのメッセージ受信器は複数のメッセージを受信し、加入者装置のうちの少なくとも１つはタイム・アウトに基づいてネットワーク内のメッセージの遅延時間を監視するように設計されている。
【背景技術】
【０００３】
このような方法およびこのような装置は、例えば、特許文献１で知られている。
この文献はネットワーク内の加入者装置の時間同期のための方法に関し、この時間同期は、通常、設備の自動制御用の装置の一部である。この場合、加入者装置は安全関連データを交換するが、この用語「安全関連」は、設備の運用安全性を示している。典型的な実施例は、非常停止スイッチの動作を示すメッセージの伝達である。運用安全性を確保するために、このようなメッセージに応答して、規定した時間以内に設備の電源を切らなければならない。この規定した時間の順守を確保するために、ネットワーク内のメッセージの遅延時間を監視する必要がある。遅延時間は、メッセージ数の変動のために、外乱のために、または他の理由により変化する可能性がある。企業内ネットワーク内のメッセージを遅延させることは、場合によって不都合である可能性がある待ち時間を除けば、深刻な結果をもたらさないかもしれないが、設備の安全関連制御に使用されるネットワーク内のメッセージの遅延は、例えば、危険な駆動装置の電源が遅延のせいで時間通りに切れないなどの致命的結果をもたらす可能性がある。
【０００４】
メッセージ遅延への対処は、規格EN945-1、IEC61508、およびEN ISO13849-1の意義の範囲内での安全関連メッセージの伝達に対して承認されることを目的としているネットワークの認可のための必要条件である。遅延に対処するための手段については、非特許文献１に記載されている。この文献によれば、タイム・アウトは常に必要とされている。タイム・アウトは、受信器が、規定した時間間隔以内にメッセージを受信することを期待し、期待したメッセージが、規定した時間間隔以内に届かなかったときには、受信器がエラー・メッセージを生成することを意味する。しかしながら、タイム・アウトと時間間隔の長さとは、単なる遅延時間の全く問題のない軽微な変動の場合にエラー信号が生成されるのを防止するために、ある特定の許容時間を含まなければならない。
【０００５】
しかしながら、メッセージが期待した時間に届いた場合において、そのメッセージがどれくらい新しいかをメッセージ受信器が確認できないときには、メッセージ受信器におけるタイム・アウトは、それ自体が、ネットワークの中のメッセージ遅延に対処するのに十分ではない。メッセージ受信器が自身のタイム・アウト以内にメッセージを受信しても、このメッセージが非常に古いメッセージ・サイクルに由来するものである可能性があり、したがって、そのメッセージを、実際には受信していない最新のメッセージの代わりとして使用してはならない。メッセージ受信器は、自身のタイム・アウトだけに基づいて、これを特定することはできない。
【０００６】
したがって、実際的応用においてネットワーク内のメッセージの遅延に対処するための２つの基本概念がある。第１の概念では、メッセージ送信器において第２のタイム・アウトを使用する、すなわち、メッセージ送信器は、自身のメッセージを送信した後に、規定した時間間隔の範囲内で確認メッセージ（肯定応答）を待つ。タイム・アウトと肯定応答の組み合わせは、例えば、ドイツのシーメンス社のPROFIBUSおよびPROFINET/PROFIsafe通信ネットワーク、ドイツのベックホフ（Beckhoff）社のEtherCAT通信ネットワーク、または本出願人のSafetyBUS p通信ネットワークなどにより実行される。
【０００７】
他の概念は、受信器側におけるタイム・アウトに加えて、いわゆるタイム・スタンプの使用を含んでいる。この場合、各伝達メッセージには、タイム・スタンプが提供されており、このタイム・スタンプに基づいて、メッセージ受信器は、メッセージ送信器が実際にはいつメッセージを送ったのかを決定できる。しかしながら、タイム・スタンプを使用する場合、メッセージ送信器内およびメッセージ受信器内のクロックが同期している必要がある。したがって、すべての加入者装置は、通信の前に一定の時間間隔で同期化されているクロックを有している必要がある。
【０００８】
時間同期のための１つの既知の方法については、規格IEEE-1588に記載されている。この方法によれば、マスタ加入者装置は、マスタ加入者装置が自分自身のクロックに基づいて生成したタイム・スタンプを含む複数の同期メッセージを送信する。そのタイム・スタンプを使用して、スレーブ加入者装置は、自分自身のクロックとマスタ加入者装置のクロックとの間の時間差を決定することができる。しかしながら、この差は、同期メッセージの遅延時間を依然として含んでいる。したがって、スレーブ加入者装置はマスタ加入者装置に対して要求メッセージを送信し、スレーブ加入者装置は自分自身のクロックを用いてマスタ加入者装置からの応答メッセージを受信するまでの時間を測定する。スレーブ加入者装置は、測定された時間を２で割ることによりメッセージの遅延時間を決定する。その後、スレーブ加入者装置は、時間差とメッセージの遅延時間とを用いて自身のクロックを修正する。一例として、米国のロックウェル社のDeviceNet通信ネットワークでは、タイム・スタンプおよび時間同期を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０  ２００５  ０３２  ８７７（Ａ１）号明細書
【特許文献２】国際公開第２００６／０６９６９１号パンフレット
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ドイツのFachausschuss Elektrotechnik des Hauptverbandes der gewerblichen Berufsgenossenschaften（産業団体連合会内の電気工学専門家委員会）により、指定GS-ET-26に基づいて発行された文献「Prufgrundsatze fur Bussysteme fur die Ubertragung sicherheitsrelevanter Nachrichten」（安全関連メッセージ伝達用のバス・システムに対する試験原理）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
クロック同期は、マスタ加入者装置とスレーブ加入者装置との間で繰り返して通信を行う必要があるため複雑である。さらに、安全関連の用途に対しては、同期を監視する必要があり、これはさらなる複雑さを示す。さらに、タイム・スタンプを伝達するためにネットワークの伝送容量の一部が絶えず占有される。
送信器側におけるタイム・アウトを使用すると、複数の確認メッセージをネットワークにロードすることになる。したがって、ネットワークの伝送容量も、同様に悪影響を受ける。さらに、この方法は、確認メッセージを待つことを可能にするために、すべてのメッセージ送信器が自身のメッセージ受信器を知っていなければならないことを必要とする。これは、ネットワークを構成するために、および加入者装置を入れ替えたり、追加したり、または取り除いたりするために、高レベルの構成の複雑さを必要とする。
【００１２】
冒頭に引用した特許文献１はネットワーク内の加入者装置の時間同期のための方法を説明しており、この方法では、メッセージ受信器はすべての接続されているメッセージ送信器からの時間情報を定期的に検査する。IEEE1588とは対照的に、時間同期は、この場合、個々のメッセージ受信器により開始される。このようにして同期が単純化されても、すべてのメッセージにタイム・スタンプが提供されなければならないという欠点は依然として存在している。さらに、この場合、時間同期は確実には監視されていない。
【００１３】
こうした背景に対して、本発明の目的は、できるだけ簡単で効率的な方法でネットワークの中のメッセージ遅延に対処するために、冒頭で言及した種類の方法および装置を提供することである。ネットワークの、特に、１つの特定の伝送容量は、できるだけ影響を受けないほうがよい。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によれば、冒頭で言及した種類の方法において加入者装置のうちの少なくとも１つが、ネットワークの動作中、規定した第１の時間間隔の範囲内でメッセージの遅延時間を繰り返し測定し、測定された遅延時間と規定のしきい値とを比較して、測定された遅延時間が、規定のしきい値を超えているとき、少なくとも１つの加入者装置はエラー信号を生成する。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、冒頭で言及した種類の装置において少なくとも１つの加入者装置が、さらに、ネットワークの動作中、規定した第１の時間間隔の範囲内でメッセージの遅延時間を繰り返し測定し、測定された遅延時間と規定のしきい値とを比較するように設計されており、測定された遅延時間が、規定のしきい値を超えているとき、少なくとも１つの加入者装置はエラー信号を生成する。
【００１６】
さらに、複数の加入者装置を有するネットワーク内でデータを伝達するための通信端末において通信端末はプログラム・コードを格納している記憶媒体を含んでおり、このプログラム・コードは、通信端末を加入者装置のうちの１つに接続するとき、上述した種類の方法を実行するように設計されている。
このように、本発明の方法および本発明の装置は、ネットワーク内のメッセージの遅延時間が、規定のしきい値よりも短いかどうかを検査するために試験測定を使用する。これは、測定された遅延時間が実際の遅延時間よりも短いはずがない場合、遅延時間を正確に決定することを必ずしも意味しない。したがって、用語「測定」は、推定または限界値分析という意味で理解されるべきであり、必ずしも実際の遅延時間の正確な測定値決定という意味で理解されるべきではない。その一方で、用語「測定」は、ネットワークの動作中に繰り返し測定される最新値に基づいて推定が行われることを示している。
【００１７】
試験測定は、他の加入者装置に対して要求メッセージを送信し、このようにして応答メッセージを要求する少なくとも１つの加入者装置が実行することが好ましい。少なくとも１つの加入者装置は、応答メッセージを受信するまでの時間を測定し、測定された時間を使用して最大遅延時間を推定する。IEEE1588の方法とは対照的に、この試験測定はクロックの同期のためには必要ではないが、測定された遅延時間それ自体は、しきい値と比較される。それにもかかわらず、本発明の方法の、および本発明の装置の好ましい改良形態においてクロックの同期が行われなくても、原理上はクロックを同期させることが依然として可能である。
【００１８】
試験測定は、ネットワーク内でのメッセージの実際の最大遅延時間の推定を可能にする。このことは、先の想定とは対照的に、受信器側におけるタイム・アウトに加える場合、ネットワーク内でのメッセージ遅延に対処するのに十分である。例えば、通信網の障害に起因する可能性がある遅延時間の際立った急増が、タイム・アウトに基づいて受信器側で特定される。したがって、主要な問題は、メッセージ送信器からメッセージ受信器へのメッセージの基本的遅延時間である。受信メッセージが最新であるかどうかを決定する立場にあるためには、受信器は、この遅延時間を知っていなくてはならない。上述したように、実際の遅延時間の正確な値を有することは重要ではない。むしろ、実際の遅延時間がしきい値を超えておらず、その結果、受信メッセージは最新であるに違いないことを受信器が確認できれば十分である。言い換えれば、受信メッセージが最新のものであるかどうかを決定できるように、メッセージ受信器は、通信ネットワークの構成による遅延時間（いわゆる初期遅延）を知ることだけが必要である。
【００１９】
しかしながら、さらに、ネットワークの動作中に初期遅延が徐々に長くなっていないかどうかを監視する必要があり、その理由は、監視していないと、メッセージ受信器が古いメッセージを処理してしまうリスクがあるためである。メッセージ遅延時間の漸増は、所定の時間間隔で試験測定を実行することにより監視できる。したがって、受信器側におけるタイム・アウトに加えて、規定した（第１の）時間間隔の範囲内でメッセージ遅延時間の試験測定を実行することで十分である。これらの時間間隔の長さは経験的に決定でき、また／または、具体的なネットワークに対する解析的検討に基づいて決定できる。１つの基準は、規定した（第１の）時間間隔が、最長でも、受信器側で使用されるタイム・アウトに基づいて遅延時間を特定しなくても、動作中に遅延時間が最大許容遅延時間を超えることができないような長さでなければならないという基準である。
【００２０】
原理上、本発明の方法および本発明の装置は、メッセージ内のタイム・スタンプも加入者装置間の時間同期も必要としない。さらに、原理上、送信器側において、さらなるタイム・アウトを必要としないため、メッセージ送信器は確認メッセージを待つ必要なく、伝達メッセージを送信することができる。したがって、ペイロード・データ伝送のためにネットワークの伝送容量をより効率的に使用することができる。さらに、本発明の方法および本発明の装置は、生産者−消費者原理を使用できるようにして、この生産者−消費者原理に基づいて、メッセージ送信器は、自身のメッセージを、「そのメッセージに関心を有する」すべての受信器が利用できるようにするとともに、すべての受信器自身は、それらに関連しているメッセージを選択する。これにより、わずかな管理努力でネットワークの運用が可能になる。
【００２１】
全体として、本発明の方法および本発明の装置は、ネットワークの伝送容量がほんの軽微な悪影響だけを受ける状態で、随時、測定メッセージを用いて、容易にかつ効率的に通信ネットワーク内のメッセージ遅延に対処できるようにする。したがって、上述した目的は完全に達成される。
本発明の好ましい改良形態では、メッセージ送信器は規定した第２の時間間隔でメッセージを送信し、第１の時間間隔は第２の時間間隔よりも大きい。メッセージ送信器は定期的にメッセージを送信する。
【００２２】
この改良形態では、試験測定は、「時々」だけ実行され、すなわち、ペイロード・データを伝達するメッセージは、試験メッセージよりも頻繁に、より短い時間間隔で送信される。この改良形態により伝送容量をさらに効率的に使用できるようになる。
さらなる改良形態では、第１の時間間隔の長さが、測定された遅延時間に応じて変化する。
【００２３】
この改良形態では、試験メッセージの頻度は、現時点での推定遅延時間に応じて決定される。遅延時間が既に相対的に長い場合には、システムの所要反応時間を超えたことを早目に特定するために、より短い時間間隔で試験測定を実行しなければならない。対照的に、遅延時間（特に、初期遅延）が短い場合には、より長い時間間隔で試験測定を実行すれば十分である。この改良形態は、試験測定の頻度を異なる環境条件に適合させるという利点を有している。ネットワークの伝送容量は、それほど悪影響を受けない。
【００２４】
さらなる改良形態では、少なくとも１つの加入者装置はメッセージ受信器である。
この改良形態では、試験測定はメッセージ受信器により実行される。この改良形態は、メッセージ受信器がいずれにしろメッセージ受信器のタイム・アウトを用いて伝達メッセージの受信を監視するという理由で有利である。したがって、メッセージ受信器は、自身の個別のタイム・アウト許容範囲を知っている。このタイム・アウト許容範囲に応じて、試験測定の頻度、すなわち、第１の時間間隔の長さを決定することが有利であり、タイム・アウト許容範囲が大きいときには第１の時間間隔を短くなるように選ぶ。具体的に言うと、タイム・アウト許容範囲が広いときには、メッセージの遅延時間は、タイム・アウトに基づいて特定されることなく、比較的急速に増大する可能性がある。対照的に、タイム・アウト許容範囲が狭いときには、遅延時間の漸増には多数の通信サイクルを必要とし、比較的長い時間間隔で試験測定を実行すれば十分である。メッセージ受信器は、自身の時間許容範囲を知っているため、わずかな管理努力で試験測定の頻度を最適に決定することができる。
【００２５】
さらなる改良形態では、複数の加入者装置が複数のメッセージ送信器を含んでおり、これらの複数のメッセージ送信器のメッセージはメッセージ受信器により受信され、メッセージ受信器は複数のメッセージ送信器からのメッセージの遅延時間を測定し、測定された遅延時間と、関連するしきい値とを比較する。
この改良形態では、少なくとも１つの加入者装置は、この加入者装置がメッセージを受信する過半数のメッセージ送信器に関して、またはすべてのメッセージ送信器に関してさえ、試験測定を実行する。この改良形態は、試験測定の頻度を個々のメッセージの個々のメッセージ遅延時間に適合させることができるため、厳しい安全要求事項に従いつつ伝送容量のさらなる最適化を可能にする。
【００２６】
さらなる改良形態では、各メッセージ受信器が、自身が受信するメッセージの遅延時間を測定する。
この改良形態では、各メッセージ受信器は「自身の」関連遅延時間を測定する。各メッセージ受信器は、各メッセージ受信器がメッセージを受信するすべてのメッセージ送信器に関して試験測定を実行することが好ましい。この改良形態は、ネットワークの中で使用されるすべての通信経路に対するメッセージ遅延時間の最適な監視を可能にする。したがって、この改良形態は非常に高い安全性を可能にする。その一方で、試験測定の頻度を個々の通信経路の個々の遅延時間に適合させることができるため、伝送容量を非常に効率的に使用できる。
【００２７】
さらなる改良形態では、複数の加入者装置が、それぞれメッセージ受信器の形態による多数のセンサ装置と、アクチュエータ装置と、コントローラとを含んでいる。さらにまた、これらの装置はメッセージ送信器の形態であることが好ましく、その理由は、このことが生産者−消費者原理に基づいて非常に柔軟で効率的な通信を可能にするためである。
メッセージ遅延時間の新規な監視は、原理上は任意の種類の通信ネットワークに対して実行できる。しかしながら、本発明の方法の、および本発明の装置の利点は、ネットワークが技術的設備の自動制御に用いられる装置間の通信に使用されるとき、特に明らかになる。このような用途では、規定したメッセージ遅延時間の順守が非常に重要である。
【００２８】
さらなる改良形態では、センサ装置、アクチュエータ装置、およびコントローラは、安全と定義され、エラー信号に応じて起動される状態を有している。
この改良形態の目的において、安全状態は、制御された設備を危険ではない状態にすることに通じる。非常停止ボタンを評価するセンサ装置では、安全状態は、例えば、非常停止ボタンが操作されたことを示す信号などである。アクチュエータ装置では、安全状態は、動作を停止した静止状態である。コントローラでは、安全状態は、接続されたアクチュエータ装置をそれらの安全状態に至らせる状態である。また、タイム・アウトが満たされていないとき、すなわち、期待した伝達メッセージがタイム・アウトの範囲内で受信されなかったとき、上述の装置がそれぞれそれらの安全状態を保つことが有利である。
【００２９】
この改良形態によれば、装置が、試験測定を用いて、遅延時間が規定のしきい値を超えていることを見つけたとき、装置はそれらの安全状態を保つ。原理上、安全状態を起動する前に、まず初めに「失敗した」試験測定を繰り返すことが可能であり、有利でさえある。これは設備の可用性を向上させる。しかしながら、この場合、「失敗した」遅延時間測定の後でもシステムの反応時間を依然として順守するように第１の時間間隔の長さを選ぶことが重要である。結局、エラー信号を生成するための基準は、規定した数の通信サイクル以内に、少なくとも１つの成功した試験測定が存在しなければならなかったということであり、成功した試験測定は、測定された遅延時間が、規定のしきい値を下回っていることを要求する。本改良形態を用いることで、安全関連データを伝達する通信ネットワークを、非常に効率的に、わずかな管理努力で確立できる。
【００３０】
さらなる改良形態では、メッセージ受信器だけが、タイム・アウトに基づいてメッセージの遅延時間を監視する。
この改良形態では、送信器側におけるタイム・アウトはない。したがって、メッセージ送信器は、いかなる確認メッセージをも必要としない。確認メッセージを省くことにより、利用できる伝送容量の非常に効率的な使用が可能になる。
【００３１】
さらなる改良形態では、少なくとも１つのメッセージ送信器が、タイム・スタンプなしで複数のメッセージを送信する。
また、この改良形態は、タイム・スタンプを送信することにより伝送容量が悪影響を受けることがないため、本発明の方法の、および本発明の装置の効率の向上に寄与する。さらに、この改良形態では加入者装置間の複雑な時間同期の必要性がない。
【００３２】
さらなる改良形態では、少なくとも１つのメッセージ受信器が、いわゆるハートビート・メッセージを定期的に送信して、少なくとも１つのメッセージ受信器が依然として受信できる状態にあることをネットワーク内の他の加入者装置に示すようになっており、ハートビート・メッセージは応答要求を含んでおり、ハートビート・メッセージに基づいて、および応答メッセージに基づいて遅延時間を測定する。
【００３３】
定期的に送信されるハートビート・メッセージは、元々存在していたメッセージ受信器が依然として「生きている」ことをメッセージ送信器に示すために、生産者−消費者ネットワークにおいて有利である。このようなハートビート・メッセージは、例えば、メッセージ受信器がすべての受信メッセージの受信を確認するために使用する確認メッセージに比べて、大幅に長い時間間隔で送信することができる。本改良形態の利点は、遅延時間について検査するための試験測定がハートビート・メッセージと接続されていることである。この改良形態は、本発明の方法の、および本発明の装置の非常に効率的な実施態様を可能にする。
【００３４】
さらなる改良形態では、ネットワークはスイッチド・イーサネット（登録商標）・ネットワークであり、加入者装置はイーサネット（登録商標）・プロトコルを用いてメッセージを送受信する。
スイッチド・イーサネット（登録商標）・ネットワークにより本発明の方法および本発明の装置を実施できることは非常に有利であり、その理由は、このようなネットワークが加入者装置間の非常に柔軟な通信を一般に可能にするためであるが、メッセージの遅延時間が決定されないというマイナス面も有している。その結果、遅延時間のより大きな予測できない変動が一般に生じる可能性がある。イーサネット（登録商標）・ネットワーク内のこれらのより大きな遅延時間変動は、本発明の方法および本発明の装置を用いて、容易にかつ非常に効率的に対処できる。
【００３５】
本発明の範囲を逸脱することなく、上述した特徴および下記の本文中でさらに説明する特徴を、それぞれ記載した組み合わせだけでなく、他の組み合わせで、またはそれら単独でも使用することができることは言うまでもない。
本発明の実施形態について、下記の記述の中でさらに詳細に説明するとともに、図面で示している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の方法に従って動作する装置の模式図である。
【図２】本発明の方法の実施形態について説明する模式図である。
【図３】本発明の実施形態の通信端末を有する加入者装置の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１では、本発明の装置の実施形態を全体として参照番号１０で示している。
この場合、装置１０は、コントローラ１２と、多数のセンサ装置１４、１６、１８と、アクチュエータ装置２０、２２とを有している。参照番号２４はスイッチを示している。スイッチ２４は複数のコネクタ２６を有している。各装置１２〜１８は１つ以上のコネクタ２８を有している。
【００３８】
図示の実施形態では、コントローラ１２を、自身のコネクタ２８によりスイッチ２４の第１のコネクタ２６に接続している。センサ装置１４およびアクチュエータ装置２０、２２を、スイッチのさらなるコネクタ２６に接続している。さらなるセンサ装置１６、１８を、センサ装置１４のさらなるコネクタ２８に直列に接続している。この場合、コントローラ１２と、センサ装置１４、１６、１８と、アクチュエータ装置２０、２２と、スイッチ２４とは、イーサネット（登録商標）・プロトコルを用いてメッセージを送受信するネットワーク２９を形成している。スイッチ２４は、このネットワークがスイッチド・イーサネット（登録商標）・ネットワークであることを象徴しており、このスイッチド・イーサネット（登録商標）・ネットワークでは、いずれの場合にも個々の加入者装置間にポイント・ツー・ポイント接続が存在している。しかしながら、原理上、加入者装置を互いに無線で接続しているネットワークを含む他の通信ネットワークとともに、本発明の方法を使用する可能性もある。
【００３９】
この場合、センサ装置１４を使用して、自動運転設備を保護する防護ドア３０を監視する。センサ装置１６は非常停止ボタン３２を監視し、センサ装置１８は光バリア３４を監視する。これらのセンサ装置は一例として示されていることを理解すべきである。また、原理上、単一のセンサ装置が複数のセンサを監視する可能性もある。さらに、センサ装置は、ここで示したセンサ装置に限らない。しかしながら、本発明の装置は、欧州規格ＥＮ９５４−１のカテゴリ３もしくは４、または同等の安全要求事項に関してフェイルセーフのセンサ装置の形態による少なくとも多数のセンサ装置を含んでいることが好ましい。このようなセンサ装置は、センサ装置が誤動作しても自動設備の危険な状態が発生しないことを確保する。
【００４０】
アクチュエータ装置２０を使用して、ここでは一例として電磁弁３６を操作している。アクチュエータ装置２２は電磁弁３８とモータ４０とを制御している。電磁弁３６、３８とモータ４０とは、自動制御設備内で使用されるアクチュエータの実施例である。また、この例示は唯一のものではなく、本発明の方法および本発明の装置を用いて他の任意のアクチュエータを操作し監視することができることを理解すべきである。少なくともいくつかのアクチュエータ装置２０、２２は、欧州規格ＥＮ９５４−１のカテゴリ３もしくは４、または同等の安全要求事項に関してフェイルセーフのアクチュエータ装置であることが好ましい。
【００４１】
この場合、コントローラ１２はプログラマブル・ロジック・コントローラであり、また、このコントローラは欧州規格ＥＮ９５４−１のカテゴリ３もしくは４に関してフェイルセーフであるように設計されている。しかしながら、また、好ましい実施形態では、コントローラ１２は自動設備の標準機能を制御する。参照番号４２は、コントローラ１２内に配置されているいわゆるバス・マスタを示している。バス・マスタ４２は、コントローラ１２をネットワーク２９に接続する通信端末である。好ましい実施形態では、バス・マスタ４２は一定の（第２の）時間間隔でメッセージ・テレグラム４６を生成し、これらをセンサ装置１４、１６、１８と、アクチュエータ装置２０、２２とに送信する。特に好ましい実施形態では、コントローラ１２はメッセージ・テレグラム４６を第１のセンサ装置１４だけに送信し、その後、第１のセンサ装置はメッセージ・テレグラム４６を第２のセンサ装置１６などに回送する。言い換えれば、メッセージ・テレグラム４６は、１つのネットワーク加入者装置から次のネットワーク加入者装置へ回送される。メッセージ・テレグラム４６は順番にすべての加入者装置を通過し終えると、メッセージ・テレグラム４６は反対の順序で加入者装置を経由してコントローラ１２まで返送される。フォワード・パスでは、各ネットワーク加入者装置はメッセージ・テレグラム４６の規定したデータ・フィールドに伝達データを書き込むことができる。リターン・パスでは、メッセージ・テレグラム４６が元の位置に戻る途中に各ネットワーク加入者装置は他の加入者装置からの伝達データをメッセージ・テレグラム４６から読み取ることができる。
【００４２】
加入者装置の通信のためのこの好ましい方法のさらなる詳細は特許文献２に記載されており、この文献は参照によりここに組み込まれているものとする。しかしながら、本発明の方法および本発明の装置はこの特定の通信プロトコルに限定されず、また、本発明の方法および本発明の装置は他のネットワーク・プロトコルを用いて実施することもできる。
好ましい実施形態では、各装置がメッセージ送信器とメッセージ受信器の両方であることができるが、それは、フォワード・パスではメッセージをメッセージ・テレグラム４６の割り当てられたデータ・フィールド内に格納し、バックワード・パスではメッセージをメッセージ・テレグラム内のデータ・フィールドから読み取るためである。他の実施形態では、送信器および受信器の役割を、個々のネットワーク加入者装置に対して個別に割り当てることができる。
【００４３】
図２は、本発明の方法の実施形態について説明する模式図を使用している。参照番号５０はメッセージ送信器を象徴する線を示している。第２の線５２はメッセージ受信器を象徴している。さらに、２つの線は最上部から最下部の方向に向かってタイミングを象徴している。
図示の実施形態では、メッセージ送信器５０が一定の時間間隔５６で伝達メッセージ５４を送信する。一例として、この場合、メッセージ送信器５０がセンサ装置１４であり、伝達メッセージ５４は防護ドア３０が閉じているかどうかについての情報を含んでいる。
【００４４】
メッセージ受信器５２は、例えば、コントローラ１２またはアクチュエータ装置２２である。原理上、メッセージ送信器５０からの伝達メッセージ５４は、複数の受信器が読み取ってもよい（生産者−消費者原理）。
メッセージ受信器５２は、図２の参照番号５８で示すようなタイム・アウトを有している。タイム・アウトとは、メッセージ受信器５２が最新の伝達メッセージ５４を受信することを期待する時間間隔である。タイム・アウト間隔５８は時間間隔５６よりも少し長くなっており、ネットワーク２９の中での軽微な遅延時間変動を許容して、そのたびごとにエラー信号を生成することがないようになっている。参照番号５４は伝達メッセージの遅延時間を示している。
【００４５】
好ましい実施形態では、メッセージ受信器５２が依然として「生きている」ことをメッセージ送信器５０にときどき示すために、メッセージ受信器５２自体がハートビート・メッセージ６０を送信する。好ましい実施形態では、さらに、ハートビート・メッセージ６０は、メッセージ送信器５０に応答メッセージ６２を送信させる応答要求を含んでいる。応答メッセージ６２は別個のメッセージであってもよく、または応答メッセージ６２を周期的に繰り返される伝達メッセージ５４と組み合わせてもよい。
【００４６】
メッセージ受信器５２は、自身のハートビート・メッセージ６０を送信してから応答メッセージ６２を受信するまでの時間６４を、送信器５０と受信器５２との間のメッセージの遅延時間５９の長さがどれくらいかを推定するために使用できる。いくつかの実施形態では、時間６４がハートビート・メッセージ６０の遅延時間と応答メッセージ６２の遅延時間とを合わせた遅延時間を含んでいるため、メッセージ受信器５２は時間６４を２で割ることにより遅延時間を推定できる。他の実施形態では、メッセージ受信器５２は、時間６４を、メッセージ５４の（最大）遅延時間の推定値として使用できる。
【００４７】
好ましい実施形態では、メッセージ受信器５２は、時間６４に基づいて推定した遅延時間と、しきい値６６とを比較する。推定遅延時間が、しきい値６６を超えているときにはエラー信号６８が生成され、好ましい実施形態では、このエラー信号６８によりメッセージ受信器５２はそれの安全状態を保つことになる。アクチュエータ装置２０、２２では、このことは、アクチュエータ３６、３８、４０が動作を停止した静止状態になることを意味する。センサ装置１４、１６、１８では、このことは、防護ドア３０の開放、非常停止ボタン３２の操作、または光バリア３４の遮断を示していることを意味する。その一方、測定された遅延時間が、しきい値６６を下回っているときにはエラー信号６８は生成されない。
【００４８】
図２に示すように、メッセージ受信器５２は、規定した時間間隔７０でハートビート・メッセージ６０を送信する。図２の参照番号７０、７０’で示すように、規定した時間間隔７０の長さは、この場合、推定遅延時間に応じて変化させることができる。
また、本発明の方法の、および本発明の装置のさらなる実施形態は、測定要求メッセージ７４と測定応答メッセージ７６とを用いてメッセージ送信器５０がネットワーク２９内のメッセージの遅延時間を決定することを含んでいてもよい。同様に、ここで決定した遅延時間に応じてエラー信号（ここでは図示せず）を生成することができる。
【００４９】
図３は、この場合、ＡＳＩＣの形態による記憶媒体８２を有する通信端末８０の略図である。記憶媒体８２内にはプログラム・コードを格納している。プログラム・コードは、通信端末８０を加入者装置１２〜２２のうちの１つに接続するとき、図２に示した種類の方法を実行するように設計されている。通信端末８０は加入者装置１２〜２２のそれぞれに組み込んであることが好ましい。
【図１】
2011510575.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年11月25日(2009.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
技術的設備の自動制御に用いられる装置間の通信用のネットワーク（２９）におけるデータ伝送方法において、
前記ネットワーク（２９）は、少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）と、少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）とを含む複数の加入者装置（１２〜２２）を有しており、前記少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）は複数のメッセージ（５４）を送信し、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）は複数のメッセージ（５４）を受信し、前記加入者装置（５２）のうちの少なくとも１つは、規定した第１の時間間隔（７０、７０’）の範囲内で、他の加入者装置（５０）に対して要求メッセージ（６０）を送信して応答メッセージ（６２）を受信し、タイム・アウト（５８）に基づいて、前記ネットワーク（２９）内の前記メッセージの遅延時間（５９）を監視し、
前記ネットワーク（２９）の動作中に、前記少なくとも１つの加入者装置（５２）が、前記他の加入者装置（５０）に対して前記要求メッセージ（６０）を送信し、前記要求メッセージ（６０）の送信と前記応答メッセージ（６２）の到着との間の時間（６４）を測定することにより、前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を繰り返し推定し、前記少なくとも１つの加入者装置（５２）は前記測定された時間（６４）と規定のしきい値（６６）とを比較して、前記測定された時間（６４）が前記規定のしきい値（６６）を超えているとき、前記少なくとも１つの加入者装置（５２）はエラー信号（６８）を生成し、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）はアクチュエータ（３６、３８、４０）を作動させるアクチュエータ装置（２０、２２）であり、前記アクチュエータ装置（２０、２２）は前記エラー信号（６８）に応じて安全状態を起動し、この安全状態により前記アクチュエータ（３６、３８、４０）が動作を停止した静止状態になることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記メッセージ送信器（５０）が、規定した第２の時間間隔（５６）で前記メッセージ（５４）を送信し、前記第１の時間間隔（７０、７０’）が前記第２の時間間隔（５６）よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の時間間隔（７０、７０’）の長さが、前記測定された遅延時間（６４）に応じて変化することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの加入者装置がメッセージ受信器（５２）であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の加入者装置（１２〜２２）が複数のメッセージ送信器（５０）を含んでおり、これらの複数のメッセージ送信器（５０）のメッセージは前記メッセージ受信器（５２）により受信され、前記メッセージ受信器（５２）は前記複数のメッセージ送信器（５２）からの前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を測定し、前記メッセージ（５４）の前記遅延時間と、関連するしきい値（６６）とを比較することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各メッセージ受信器（５２）が、自身が受信する前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を測定することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の加入者装置（１２〜２２）が、それぞれメッセージ受信器（５２）の形態による多数のセンサ装置（１４、１６、１８）と、アクチュエータ装置（２０、２２）と、コントローラ（１２）とを含んでいることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ装置、アクチュエータ装置、およびコントローラ（１２〜２２）が、安全と定義されて前記エラー信号（６８）に応じて起動される状態をそれぞれ有していることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記メッセージ受信器（５２）だけが、前記タイム・アウト（５８）に基づいて前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を監視することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）がタイム・スタンプなしで前記複数のメッセージ（５４）を送信することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのメッセージ受信器がハートビート・メッセージ（６０）を繰り返し送信して、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）が依然として受信できる状態にあることを前記ネットワーク（２９）内の他の加入者装置に示すようになっており、前記ハートビート・メッセージ（６０）は応答要求を含んでおり、前記ハートビート・メッセージ（６０）と応答メッセージ（６２）とを用いて前記遅延時間（６４）を測定することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ネットワーク（２９）がスイッチド・イーサネット（登録商標）・ネットワークであり、前記加入者装置（１２〜２２）はイーサネット（登録商標）・プロトコルを用いて前記メッセージ（５４）を送受信することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
設備を自動制御する装置であって、
少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）と、少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）とを含む複数の加入者装置（１２〜２２）を有するネットワーク（２９）を備え、
前記少なくとも１つのメッセージ送信器（５０）は複数のメッセージ（５４）を送信し、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）は複数のメッセージ（５４）を受信し、少なくとも１つの加入者装置は、タイム・アウト（５８）に基づいて、前記ネットワーク（２９）内の前記メッセージ（５４）の遅延時間（５９）を監視するように設計され、
前記少なくとも１つの加入者装置（５２）は、規定した第１の時間間隔（７０、７０’）の範囲内で、他の加入者装置（５０）に対して要求メッセージ（６０）を送信して応答メッセージ（６２）を受信するように設計され、
前記少なくとも１つの加入者装置（５２）が、前記ネットワーク（２９）の動作中、前記他の加入者装置（５０）に対して前記要求メッセージ（６０）を送信し、前記要求メッセージ（６０）の送信と前記応答メッセージ（６２）の到着との間の時間（６４）を測定することにより、前記メッセージ（５４）の前記遅延時間を繰り返し推定し、前記測定された時間（６４）と規定のしきい値（６６）とを比較するように設計されており、前記測定された時間（６４）が前記規定のしきい値（６６）を超えているとき、前記少なくとも１つの加入者装置（５２）はエラー信号（６８）を生成し、前記少なくとも１つのメッセージ受信器（５２）はアクチュエータ（３６、３８、４０）を作動させるアクチュエータ装置（２０、２２）であり、前記アクチュエータ装置（２０、２２）は前記エラー信号（６８）に応じて安全状態を起動し、この安全状態により前記アクチュエータ（３６、３８、４０）が動作を停止した静止状態になることを特徴とする、装置。
【請求項１４】
複数の加入者装置（１２〜２２）を有するネットワーク（２９）内でデータを伝達するための通信端末であって、前記通信端末はプログラム・コードを格納している記憶媒体（８２）を含み、このプログラム・コードは、前記通信端末（８０）を前記加入者装置（１２〜２２）のうちの１つに接続するとき、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計されている、通信端末。
【国際調査報告】
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