(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの冗長性のバスマスター（１′、２′）のグループから成るバスマスター（１′、２′）を非冗長性のバスシステム（１１）に接続するためのバスマスター切換ユニット（１０）において、バスマスター切換ユニット（１０）が、少なくともそれぞれバスマスター（１′、２′）を接続するための端子（１、２）と、非冗長性のバスシステム（１１）を接続するための少なくとも１つの端子（３）と、少なくとも１つのバス切換スイッチ（６）とバス切換スイッチ（６）を駆動するためにバスシステム（１１）に接続されている手段（４、５）とを有し、前記手段（４、５）が専らバスマスター（１′、２′）により駆動可能であり、バス切換スイッチ（６）が切換位置に応じて、バスマスター切換ユニット（１０）に接続されているそれぞれ１つのバスマスター（１′、２′）をバス（１１）へ接続し、バスマスター切換ユニット（１０）に接続されている第１のバスマスター（１′）とバスマスター切換ユニット（１０）に接続されている第２のバスマスター（２′）との間のデータ転送が用途固有の集積回路（４、５）の入力端（４３、４５、５３）または出力端（４１、４２、４４、４５、５１、５２、５４）を介して行われることを特徴とするバスマスター切換ユニット。
【請求項２】
バスシステム（１１）が少なくとも１つのデータ線（１１′）を含み、データ線（１１′）がバスマスター切換ユニット（１０）に接続可能な各バスマスター（１′、２′）にバス切換スイッチ（６）を迂回して導かれていることを特徴とする請求項１記載のバスマスター切換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はバスマスター切換ユニットおよび冗長性のバスマスターの作動方法に関する。
【０００２】
バスシステムには通常多数のバス加入者が接続されており、データ伝送はバスシステムを介して定義されたプロトコルに従って行われる。特別なデータ伝送プロトコルは、バス加入者の少なくとも１つがいわゆるバスマスターとして機能し、バスマスターが能動的に伝送プロトコルを作動させることを必要とする。
【０００３】
このようなバスシステムにおいてバスマスターが故障すると、このことは一般に、すべてのバス加入者の機能喪失を結果としてもたらさないまでも、別のバス加入者の少なくとも機能阻害を結果としてもたらす。なぜならば、バスマスターなしではバスシステムを介してのデータ伝送は可能でないからである。
【０００４】
バスシステムとしてはたとえばプロフィバス（Ｐｒｏｆｉｂｕｓ）が考慮に値するが、バスマスターとしてたとえばプログラム記憶式制御装置の中央処理装置を使用することができる。中央処理装置はバスシステムを介して周辺装置、特に制御及び／又は監視されるプロセスに直接に設けられている分散配置形周辺装置と通信可能に接続可能であり、一方では技術的設備の状態が周辺装置により検出され、サイクリックに中央処理装置に伝達され、他方では制御命令がサイクリックに周辺装置に伝達される。
【０００５】
本発明の課題は、一方では冗長性のバスマスターのグループから成るバスマスターを非冗長性のバスシステムに接続し得る切換ユニットを提供すること、他方では非冗長性のバスシステムによる冗長性のバスマスターの作動方法を提供することである。
【０００６】
装置に関する課題は、少なくとも２つの冗長性のバスマスターのグループから成るバスマスターを非冗長性のバスシステムに接続するためのバスマスター切換ユニットにおいて、バスマスター切換ユニットが、少なくともそれぞれバスマスターを接続するための端子と、非冗長性のバスシステムを接続するための少なくとも１つの端子と、少なくとも１つのバス切換スイッチとバス切換スイッチを駆動するためにバスに接続されている手段とを有し、前記手段が専らバスマスターにより駆動可能であり、バス切換スイッチが切換位置に応じて、バスマスター切換ユニットに接続されているそれぞれ１つのバスマスターをバスへ接続することにより解決される。
【０００７】
方法に関する課題は、非冗長性のバスシステムによる冗長性のバスマスターの作動方法において、少なくとも２つの冗長性のバスマスターのグループから成るバスマスターをバスシステムに接続するためにバスマスター切換ユニットが設けられ、このバスマスター切換ユニットが、少なくともそれぞれバスマスターを接続するための端子と、非冗長性のバスシステムを接続するための少なくとも１つの端子と、少なくとも１つのバス切換スイッチとバス切換スイッチを駆動するためにバスに接続されている手段とを有し、前記手段が専らバスマスターにより駆動され、バス切換スイッチによって切換位置に応じて、バスマスター切換ユニットに接続されているそれぞれ１つのバスマスターがバスへ接続されることにより解決される。
【０００８】
バスマスター切換ユニットの回路技術的に簡単な実現は、前記手段が、バスマスターによる相応の駆動時にバス切換スイッチを駆動するための予め定め得る論理状態または予め定められた論理状態を取り、それによってバス切換スイッチの規定された切換位置を生じさせる出力端を有する場合に可能である。
【０００９】
バスマスター切換ユニットの回路技術的な実現は、前記手段が複数個の入力端または出力端を有する用途固有の集積回路（ＡＳＩＣ）として構成され、入力端または出力端がそれぞれ接続されているバスマスターにより書込み可能または読出し可能である場合にさらに容易にされる。
【００１０】
バスマスターにより生じさせられるバスシステム上のデータ転送によって、そのつどの用途固有の集積回路の少なくとも１つの出力端の周期的な信号切換わりが生じさせられ、この信号切換わりが他方のバスマスターに対してそのつどの用途固有の集積回路の少なくとも１つの出力端を介して認識される場合、冗長性のまさに受動的なバスマスターによるまさに能動的なバスマスターの特に効率のよい監視が得られる。周期的な信号切換わりはこうしていわば能動的なバスマスターの“生きているしるし”を意味する。予め定められた時間または予め定め得る時間中に信号切換わりが生じない場合、これは受動的なバスマスターにより、能動的なバスマスターが故障しているものとして評価される。受動的なバスマスターは次にバスシステムから故障バスマスターを分離させ、自らをバスシステムにおけるバスマスターとして“定め”る。
【００１１】
バスマスター切換ユニットに接続されている第１のバスマスターとバスマスター切換ユニットに接続されている第２のバスマスターとの間のデータ転送が用途固有の集積回路の入力端または出力端を介して行われる場合、もしくはバスが少なくとも１つのデータ線を含み、データ線がバスマスター切換ユニットに接続可能な各バスマスターにバス切換スイッチを迂回して導かれている場合、受動的なバスマスターにもバスシステムで伝送されるデータを伝達することができる。このことは、能動的なバスマスターが受動的なバスマスターにデータを用途固有の集積回路間に実現された通信路を介して伝達することによって、もしくは受動的なバスマスターがバストラフィックを常時少なくともデータ線への直接的な接続によりデータをモニタリングすることによって行われる。
【００１２】
本発明の他の特徴、利点および用途は従属請求項から、以下の図面による実施例の説明から、また図面自体から明らかになる。すべての説明または図示される特徴はそれ自体でまたは任意の組み合わせで特許請求の範囲またはその参照におけるまとめ方に関係なく本発明の対象を形成する。
【００１３】
図１によれば、非冗長性のバスシステム１１にバスマスター切換ユニット１０により多数のバスマスター１′、２′…ｎ′が接続可能である。バスマスター切換ユニット１０はそれに接続されているバスマスター１′、２′…ｎ′のそれぞれ１つを非冗長性のバスシステム１１によりたとえば周辺モジュール１２に接続可能である。
【００１４】
実施例をさらに説明するために、以下では、非冗長性のバスシステム１１が直列に同期して動作することから出発する。バスシステム１１にはデータ線１１′およびクロック線の他に、２つの制御線、アラーム線、レディ線、周辺モジュール１２の出力端をロックするための導線および電流供給線が導かれる。バスシステム１１の個別導線は図２には示されていない（後でまた説明される図３によるバスマスター切換ユニット１０の実施例と関連してのみデータ線１１′が個別導線として示されている）。
【００１５】
基本的にはデータ線１１′は、バスシステム１１に接続されている各バス加入者を通じて接続される。
【００１６】
データ伝送は、バスシステム１１に接続されているバス加入者１０、１２のアドレス指定と種々のデータ長さのデータ伝送とを助成するプロトコルシステムに従って行われる。
【００１７】
簡単な周辺モジュール１２（たとえばディジタルデータ入力またはディジタルデータ出力モジュール）を接続するためにＢＵＳ‐ＡＳＩＣが設けられている。このＢＵＳ‐ＡＳＩＣはバスプロトコルを解釈し、また本発明と関連して重要な作動形式で、接続されている周辺装置の方向に１６個のディジタルデータ入力端および１６個のディジタルデータ出力端に対するインタフェースとして用いられる。その際にもちろん１６個よりも多い、または１６個よりも少ない入力端または出力端を有する実施例も考えられるが、入力端または出力端の数は８により除算可能な整数であるのが通常である。
【００１８】
このようなＢＵＳ‐ＡＳＩＣはバスマスター切換ユニット１０のなかで切換過程を制御またはレリーズするために使用される。以下で図２により説明されるように、そのために各バスマスター１′、２″…ｎ′はこのようなＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５に接続されている。
【００１９】
バスシステム１１に対して取り決められた伝送プロトコルを能動的に作動させるバスマスター１′、２′…ｎ′はそれによって、バスシステム１１を介してこれらの１６個の入力情報を受ける立場にあり、さらに１６個の出力情報を送り得る。
【００２０】
そのために入力および出力チャネルに予め定められたアドレスまたは予め定め得るアドレスが割り当てられている。その結果、１６個の入力情報の各個のビットは別々に読出し可能であり、１６個の入力情報の各個のビットは別々に書込み可能である。
【００２１】
バス１１において多数のＢＵＳ‐ＡＳＩＣが作動可能である。しかしＢＵＳ‐ＡＳＩＣは図１には図示されていない。以下において図２により示されるように、バスシステム１１における作動に適したＢＵＳ‐ＡＳＩＣはバスマスター切換ユニット１０のなかで、バスマスター切換ユニット１０に接続されているバスマスター１′、２′…ｎ′を非冗長性のバスシステム１１に接続するために使用される。
【００２２】
いまバスマスター１′、２′をバスシステム１１に対して冗長性に、すなわち多重に、たとえば二重に構成するという要求がある場合、常にバスマスター１′、２′が、バスシステム１１に接続されている周辺モジュール１２と共に能動的に動作する、すなわち入力を読み、出力を書く。
【００２３】
それに対して受動的なバスマスター２′、１′は、いつでも能動的状態に切換わり得るように、周辺モジュール１２による作動を少なくともメモリのなかでシミュレートしなければならない。
【００２４】
その際にそれぞれ受動的なバスマスター２′、１′にプロセス周辺モジュール１２のそのつどの現在状態に関する情報を伝達するために、原理的に２つの可能性がある。第１の可能性の枠内ではプロセス周辺モジュール１２の現在状態を表すデータの直接的な伝送が能動的なバスマスター１′、２′から受動的なバスマスター２′、１′へ行われる。第２の可能性の枠内では受動的なバスマスター２′、１′もバスプロトコルを解釈し、プロセス周辺モジュール１２の状態（たとえば入力データ）を一緒に読む。この場合はいわゆる“モニタリング作動”と呼ばれる。
【００２５】
図２によればバスマスター切換ユニット１０（以下では短縮して切換ユニット１０と呼ぶ）はそれぞれ１つのバスマスター１′、２′に対する２つの端子１、２と非冗長性のバスシステム１１を介して周辺モジュール１２を接続するための１つの端子３とを有し、もちろん、既に図１に示されているように、バスマスター１′、２′に対する３つ以上の端子１、２とバスシステム１１に対する２つ以上の端子３とを有する切換ユニット１０の実施例も考えられる。３つ以上の接続可能なバスマスター１′、２′の場合にはバス切換スイッチ６はたとえばマルチプレクサとして構成されている。
【００２６】
各バスマスター端子１、２に、データ線に関して周辺ＡＳＩＣの連鎖のなかの第１の個所にループインされているＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５が対応付けられている。
【００２７】
基本的にＢＵＳ‐ＡＳＩＣは図２に図示されているＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５のように周辺をバスシステム１１に接続する役割をする。ＢＵＳ‐ＡＳＩＣが直列に接続されているバスシステムと、ＢＵＳ‐ＡＳＩＣの並列接続を有するバスシステムとの間の区別がされる。そのつどのＢＵＳ‐ＡＳＩＣの直列接続の場合には、これらは連鎖のなかに配置されており、その際にＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５は実施例によれば連鎖の第１の個所に、すなわち等しくそのつどのバスマスター１′、２′の後に配置されている。ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５の入力端および出力端へのインタフェースはＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５の周辺装置側が形成する。ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５はこれらの周辺を、ユーザーに対して完全に秘密にして行われるバス切換６を制御するためにのみ利用する。後続の、すなわちバスマスター切換ユニットの外側でバス１１に接続可能なＢＵＳ‐ＡＳＩＣは真の入力端または出力端（すなわちたとえば制御及び／又は監視すべき技術的プロセスの外部センサまたはアクチュエータ）が接続可能である。
【００２８】
ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５の後に本来のバス切換スイッチ６が配置されている。バス切換スイッチ６により選択的にバスマスター１′またはバスマスター２′が周辺モジュール１２に接続される。両方のバスマスター１′、２′はバス切換スイッチ６の前に配置されているので、各バスマスター１′、２′はいつでも、すなわちバス切換スイッチ６のまさに現在の切換位置に無関係に、それに対応付けられているＡＳＩＣ４、５を操作し得る。
【００２９】
バス切換スイッチ６はそのつどのＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５のそれぞれ１６個の出力情報の個々の出力ビットにより駆動される。出力ビットのそのつどの論理状態はＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５のそのために設けられている接続個所において取り出し可能である。図２による実施例ではＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４の接続個所４１、４２においてＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４の２つの出力ビットの論理状態が取り出される。同様にＢＵＳ‐ＡＳＩＣ５の接続個所５１、５２においてＢＵＳ‐ＡＳＩＣ５の２つの出力ビットの論理状態が取り出される。
【００３０】
そのつどの出力ビットの論理状態は切換論理要素７、７′に供給され、一方ではＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４の出力ビット４１およびＢＵＳ‐ＡＳＩＣ５の反転出力ビット５１が切換論理要素７′に供給され、他方ではＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４の出力ビット４２およびＢＵＳ‐ＡＳＩＣ５の反転された出力ビット５２が切換論理要素７′に供給される。切換論理要素７、７′により行われるそれぞれ供給された信号４１、５１または４２、５２の論理的ＡＮＤ演算によって、切換ユニット６を駆動するための切換信号７４、７５が発生され、切換信号７４は切換論理要素７により発生されて、バス切換のために設けられている切換要素６′を駆動し、切換信号７５は切換論理要素７′により発生されて、バス切換のために設けられている切換要素６″を駆動する。切換要素６′、６″は一緒になって切換ユニット６を形成する。
【００３１】
実施例による実現の特別な点は、一方ではデータ線も供給線も切換可能であり、他方ではデータ線および供給線が基本的に互いに別々に切換可能であることにある。
【００３２】
ＡＳＩＣ４の信号４１、４２が状態論理１を、ＡＳＩＣ４の信号５１、５２が状態論理０を取っている場合、切換論理要素７における論理演算（〔４１  ＡＮＤ‐ＮＯＴ  ５１〕＝〔“１”  ＡＮＤ‐ＮＯＴ  “０”〕＝〔“１”  ＡＮＤ  “１”〕＝“１”が、切換信号７４も論理１状態を取らせる。同様に切換論理要素７における論理演算（〔４２  ＡＮＤ‐ＮＯＴ  ５２〕＝〔“１”  ＡＮＤ‐ＮＯＴ  “０”〕＝〔“１”  ＡＮＤ  “１”〕＝“１”が、切換信号７５も論理１状態を取らせる。これらの両方の切換信号７４、７５が、たとえばバスシステム１１へバスマスター１′を接続する切換要素６′、６″の規定された切換位置を生じさせる。
【００３３】
相補性の状態、すなわち信号４１、４２が論理０状態を、信号５１、５２がそれぞれ論理値１状態を取っている状態は、切換信号７４、７５にそれぞれ論理０状態を生じさせ、この論理０状態は相応して切換要素６′、６″の先に説明した場合に対して相補性の切換位置を生じ、従ってたとえばバスシステム１１へバスマスター２′を接続する。
【００３４】
切換要素６′、６″には、それらが所望の切換を生じさせ得るように、もちろんバスシステム１１の相応の個別導線が導かれている。こうして実施例によれば、図２に明示的には図示されていないけれども、バス切換のための切換要素６′により少なくともデータ線、クロック線、２つの制御線、警報線、レディ線ならびに周辺モジュール１２の出力をロックするための導線が切換可能である。さらに実施例によれば電流供給切換のための切換要素６″により少なくとも電流供給が切換可能である。
【００３５】
ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５ごとに１６個の入力チャネルおよび１６個の出力チャネルのアドレス指定と、それによって行われ得る予め定め得る論理状態への特定の出力ビットのセットとはユーザーに対して隠されたままである。ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５はバスシステム１１に接続されているが、ユーザーに対してはバス加入者として、特に独立したバス加入者として現れないので、ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５は仮想的なバス加入者４、５、仮想的なバス周辺装置４、５または短縮して仮想的な周辺装置４、５とも呼ばれる。
【００３６】
いわゆる仮想的な周辺装置４、５とのデータ交換、すなわち少なくとも予め定め得る論理状態への特定の出力ビットのセットは、そのつどのバスマスター１′、２′のファームウェアに任されている。こうしてＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５ごとに１６個の入力チャネルおよび１６個の出力チャネルがバス切換ユニット６を制御するために使用される。
【００３７】
図２に示されているように、ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５および切換論理要素７、７′は切換手段１０′としてまとめることができ、切換手段１０′は用途固有の集積回路（ＡＳＩＣ）として実現可能である。
【００３８】
切換ユニット１０の特別な点は、これ自体が切換えるべきバスシステム１１で作動させられること、すなわちバスマスター１′、２′を切換えるための特別な信号が必要でないことにある。それによって、本来冗長性作動のために設けられているものではないバスマスター１′、２′を冗長性のシステムとして接続することが可能である。
【００３９】
切換ユニット１０はバス切換時または非冗長性のバスシステム１１による冗長性のバスマスター１′、２′の作動時の下記の過程をサポートする。
【００４０】
Ｉ．）生きているしるしの監視：
各ＡＳＩＣ４、５の出力チャネル４４、５３はそのつどのバスマスター１′、２′による相応の駆動時に各周辺アクセスサイクルで論理０と論理１との間を切換わる。出力チャネル４４、５３はそれぞれ他方のＡＳＩＣ５、４の入力チャネル４３、５４と接続されている。他方のバスマスター２′、１′がこうしてアウトプットするバスマスター１′、２′の機能を監視する。
【００４１】
能動的なバスマスター１′によるＡＳＩＣ４の駆動時にはたとえば出力チャネル４４が各々の周辺アクセスサイクルで論理０と論理１との間を切換わる。出力チャネル４４は他方のＢＵＳ‐ＡＳＩＣ５の入力チャネル５４と接続されているので、ＢＵＳ‐ＡＳＩＣ５に接続されている受動的なバスマスター２′は入力チャネル５４の状態の読出しにより信号切換わりを認識する。連続的な信号切換わりはいわゆる“生きているしるし”として理解される。
【００４２】
信号切換わりが起こらない場合、アウトプットするバスマスター１′、２′は故障しており、バスマスター１′、２′を切換える必要性があり（第１の切換規範）、受動的なバスマスターへの故障バスマスターの切換により、その機能が冗長性のバスマスターにより引き継がれる。
【００４３】
ＩＩ．）プログラム制御される切換：
自明のようにバスマスター１′、２′は−たとえば診断目的で−パッシベートすべきバスマスターが故障していなければならないことなしに、プログラム制御されてバスマスター切換を生じさせることもできる（第２の切換規範）。
【００４４】
ＩＩＩ，）データ伝送：
それぞれ受動的なバスマスター２′、１′はサイクリックに周辺装置の入力情報を必要とするので、データを反対側の入力チャネルに別の出力チャネルを接続することにより伝送する可能性が存在する。そのためには制御導線も必要である。データレートを高めるためにたとえば常に８つのチャネルが並列に伝送され得る。それによって行われるデータ伝送は図２に参照符号４５を付されている双方向性の接続４５を介して行われる。しかし、接続４５が実際には必ずしも個別の双方向性の接続４５を介してではなく、第１のＢＵＳ‐ＡＳＩＣ４、５のそのつどの出力チャネルから第２のＢＵＳ‐ＡＳＩＣ５、４の相応の入力チャネルに導かれている多数（たとえば８つ）の個別の導線を介して行われることは自明である。
【００４５】
ＩＶ．）切換論理：
切換論理はいわゆる“シングルモード”といわゆる“ダブルモード”との間で異なる。バスマスターの１つが存在しない、まだ始動されていない、または故障している場合、冗長性のバスマスターは“シングルモード”にある。バスマスターは互いに接続４４、５４または４３、５３のビットを介して、それらが機能し得る態勢にあるか否かについての情報を与える。バスマスター１′、２′の１つが機能し得る態勢にない場合、他方のバスマスター２′、１′が“シングルモード”で動作する。機能し得る態勢にないマスター１′、２′は、これが再び機能し得る態勢になるまで、サイクリックに問い合わされる。次いで“ダブルモード”への切換が行われる。“ダブルモード”では切換の前に両方のバスマスターの同調が行われる。“シングルモード”ではこのような同調は可能でなく、従って無視される。
【００４６】
Ｖ．）モニタリングドライバー：
データ伝送が仮想的な周辺装置４、５を介して行われるべきでない場合、それぞれ受動的なバスマスター２′、１′が入力情報を伝送プロトコルから取り出す。そのために、図３に示されているように、データ線１１′が切換要素６′、６″のそばを通り過ぎてバスマスター１′、２′に直接導かれていることによって、データ線１１′がバス切換スイッチ６のそのつどの切換状態に関係なくバスマスター１′、２′に導かれている。それぞれバスマスター１′、２′に通ずるデータ線１１′の分岐路にそれぞれ脱結合のためにモニタリングドライバー１３が設けられている。
【００４７】
付属データ交換：
バスマスター１′、２′間のデータ交換に対する別の代替例として図２によれば、冗長性のバスマスター１′、２′間の直接的なデータ交換を可能にする第２の追加的なバスシステム２０を設けることも考えられる。この追加的なバスシステム２０はオプションにより設けられ、本発明の別の有利な実施例をなす。
【００４８】
要約すると、本発明は下記のように短く説明される。
【００４９】
基本的に非冗長性のバスシステム１１において冗長性のバスマスター１′、２′のグループから成るバスマスター１′をそれぞれ作動させるために、切換ユニット１０が設けられ、切換ユニット１０の特別な点はこれ自体が切換えるべきバスシステム１１で作動させられ、その結果としてバスマスター１′、２′を切換えるための特別な信号が必要でないことにある。
【００５０】
従って本発明の中心的な観点は、切換ユニット１０自体が切換えるべきバスで作動させられること、すなわち切換のための特別な信号が必要でないことである。それによって、本来冗長性作動のために設けられているものではない現存するバスマスターを冗長性のシステムとして接続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  バスマスター切換ユニットの原理図。
【図２】  バスマスター切換ユニットのブロック回路図。
【図３】  バスマスター切換ユニットの実施例のブロック回路図。
【図４】  バスマスター切換ユニットの実施例のブロック回路図。
【符号の説明】
１〜３  端子
１′、２′  バスマスター
４、５  バス切換スイッチの駆動手段
６      バス切換スイッチ
１０    バスマスター切換ユニット
１１    バス
【図１】
0003803250.tif 000002
【図２】
0003803250.tif 000003
【図３】
0003803250.tif 000004
【図４】
0003803250.tif 000005