CN100447704C - 带有相对时钟的时钟同步型通信系统及建立该系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种时钟同步型通信系统，例如一种分布式自动化系统，其用户可以是任意的自动化组成部分，且为了互相交换数据的目的通过数据网络(1)相互耦合。其中，作为通信系统的数据网络(1)可以考虑所有可能的总线系统，例如现场总线、特征总线、以太网络、工业以太网络等等。该通信系统的一个用户作为节拍时钟，并负责为所有用户分配和保持所使用的通信时钟，且被所有用户使用。按照同一机理，该节拍时钟也可以在整个通信系统中为所有用户引入一种相对时钟(9)。于是，该用户同样是该相对时钟(9)和有效的相对时间(16)的主导装置。因此，通信系统的所有用户始终与在整个系统内有效的相对时钟(9)和有效的相对时间(16)同步，因此在任何时间对时间具有相同的概念。由此，明显地改善或者首次允许实现应用序列、将同时出现的事件同步、在采集事件和输出接通时提高时间精度。

Description

带有相对时钟的时钟同步型通信系统及建立该系统的方法

技术领域

本发明涉及一种带有相对时钟的时钟同步型通信系统(synchron，getaktet Kommunikationssystem)以及建立这样一种系统的方法。

背景技术

具有等距特性的时钟同步型通信系统被理解成由至少两个为相互交换数据或相互传输数据而通过一个数据网络互相连接的用户组成的系统。其中，周期性地按照由该系统使用的通信时钟脉冲预先设定的等距通信周期进行数据交换。用户例如是中央自动化设备，编程、计划或操作设备，如输入/输出组件、驱动机构、执行器、传感器、可存储编程控制器(SPS)或其它控制单元那样的外围设备，计算机，或者与其它机器交换电子数据的机器，尤其是由其它机器处理数据的机器。下面将控制单元理解成所有类型的调节单元或控制单元。作为数据网络例如采用现场总线(Feldbus)、特征总线(Profibus)、以太网络、工业以太网络、火线(FireWire)或者PC内部总线系统等等。

在分布式自动化系统中，例如在驱动技术领域中，除此之外采用了时钟同步数据网络以及总线系统。其中，某些连接的用户用作主设备，例如像数字或可存储编程控制器或者计划设备那样的控制单元，而其他用户用作从设备，例如驱动机构或者外围设备。两类自动化组成部分都可以时钟同步地工作，即，这些用户可以与数据网络所使用的通信时钟同步。这意味着，用户的通信时钟通过所使用的数据网络获得，并以与该通信时钟同步的方式控制确定的过程。按照IEC 61491，EN61491 SERCOS interface-Technische Kurzbeschreibung(http://www.sercos.de/deutsch/doku_freier_bereich.htm)，目前这已在分布式自动化系统中应用和实施。然而，目前还不可能在这样的系统中引入可以使所有在该通信系统中连接的用户将各自有效的相对时间相对于其进行同步的有效相对时钟。因而，例如不能或者至少不能按足够高的时间精确度确定和实施应用事件序列。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种具有等距特性和相对时钟的、在至少两个用户和一个数据网络之间进行通信的时钟同步型通信系统，以及一种将一个相对时钟引入到这种通信系统中的方法，其中所有连接到该通信系统中的用户能够与该相对时钟同步。

上述技术问题是通过在工业装置领域中至少两个用户(尤其是自动化组成部分)和至少一个数据网络之间建立一个具有等距特性的时钟同步型通信系统的方法来解决：尤其在该系统起动运行时引入一个在整个系统内有效的、明确的相对时钟，且所有连接在该数据网络的用户或它们的一个子集与由该相对时钟确定的相对时间进行一次同步，其中将该相对时间通过该数据网络传送至所有用户。

上述技术问题是通过一个建立在工业装置领域中至少两个用户(尤其是自动化组成部分)和至少一个数据网络之间的、具有等距特性的时钟同步型通信系统来解决：该通信系统至少包括一个装置，该装置尤其在系统起动运行时引入一个在整个系统内有效的、明确的相对时钟，且所有连接用户或其一个子集至少与由该相对时钟确定的相对时间进行一次同步，其中该相对时间通过该数据网络传送至所有用户。

本发明基于这样的认识：在分布式自动化系统中应用一个时钟同步的总线系统或数据网络时，例如通过专门的数据分组(例如一种所谓总体控制数据分组)向通信系统的所有用户指示每个新的通信周期的开始。除了这种方法外，还可以有其它允许在用户之间进行的、对所公开的发明自然同样可应用的时钟同步方法。连同那些至少要在系统起动时确定并分配给所有用户的有关通信时钟脉冲长度的信息一起，所有用户可以按照所使用的时钟进行同步。其中，该信息由一个被称为节拍时钟(Taktschlaeger)的主用户传递给通信系统的所有用户。如果该节拍时钟附带有一个相对时钟，则可以在此同一传输路径上将各自当前的相对时间分配给所有连接的用户，因而同一相对时间适用于所有连接的用户。

在本发明的一种特别优选的实施方式中，作为通信系统的用户在数据网络上连接有至少一个控制单元、至少一个待控制的单元、和至少一个分散的输入/输出部件连接，其中，例如将控制单元用作节拍时钟，而输入/输出部件作为数据网络和在待控制的单元之间的接口借助于数据网络在待控制的单元和控制单元之间双向地进行信号交换。单元尤其也被理解为自动化组成部分、机器、驱动机构等等。在下面还用到的设备的概念被用作单元概念的同义词。

在本发明另一种格外优选的实施方式中，通过相对时钟在整个系统内引入的、明确的相对时间由两部分组成，其中，第一部分表征当前的通信周期，而第二部分确定在通信系统的当前通信周期内的时间点。该实施方式的优点在于：这样一来，可精确地确定每个任意的通信周期以及在一个任意通信周期内的每个时间点，因而在采集和寄存时以及在接通事件或在任意的控制-和调节过程中极大地改善了时间上的精确度。

在本发明的另一种优选实施方式中，通信周期通过一个由通信时钟脉冲的长度导出的数字化数字或绝对时间单位表示，其中，相对时钟的精度可以在一个通信时钟脉冲的长度和1μs之间进行设置。因而，可以对每种情况选择表示的最佳格式，从而例如在时间上安排事件时更为有利，因为直观地选择了一个绝对时间表示，而不是抽象表示。

在本发明的又一种优选实施方式中，在整个系统内有效的、明确的相对时钟和相应的相对时间，直到系统断开之前对所有用户保持有效，以及所有用户直到该系统断开之前与在整个系统内有效的、明确的相对时钟和相应的相对时间保持同步。由此保证了在系统运行期间同一相对时间适用于所有用户，因此，尤其在预先给定的相对时间的时间分辨率的范围内保证了事件的同时性。这样，极大地减小了对用户特定的空载时间(Totzeit)的影响。

在本发明再一种优选实施方式中，通信时钟脉冲的长度是可以设置的，且至少在系统起动时确定一次，其中，通信时钟脉冲的长度可以介于10μs和10ms之间。因而就可以对每个特定应用情形、尤其是对于涉及通信系统的每个单独配置优化地确定通信时钟脉冲的长度。

在本发明另一种特别优选的实施方式中，待控制设备的信号在其在一个分散的输入/输出组件的输入端寄存和采集时由该输入/输出组件提供一个印记，该印记由该时刻的当前相对时间和采集开关事件组成，并被转换成一种对数据网络兼容的数据格式，具有该印记的数据通过数据网络继续传送到控制单元，并在那里分析和处理，其中，作为印记一部分的相对时间由两部分组成：一部分确定通信系统的在其间进行寄存和信号采集的通信周期，而另一部分确定相对于通信系统的在其间进行寄存和信号采集的通信周期的开始或结束时的时间点。由此，可以十分精确地确定和储存例如一个待控制设备的事件采集时间点，并因此随时提供了对有关事件的计算。

在本发明另一种格外优选的实施方式中，为待控制设备确定的数据在向分散的输入/输出组件传送之前由控制单元提供一个印记，该印记由一个与计划作信号输出的时间点有关的相对时间和一个输出开关事件组成，且具有该印记的数据通过数据网络传送给该输入/输出组件，其中，作为印记一部分的相对时间由两部分组成：一部分确定通信系统在其间应该进行信号输出的通信周期，而另一部分确定相对于通信系统在其间应进行信号输出的通信周期的开始或结束时的时间点；且配置有这种与计划的信号输出有关的印记、且为待控制设备确定的数据，由分散的输入/输出组件转换成对待控制设备可以理解的信号，并在由传送的印记预先给定的时间点、在分散的输入/输出组件的输出端按照预定的开关事件接通，并输出到待控制的设备。这种实施方式的特殊优点在于，根据在分散的输入/输出组件输入端出现事件寄存的时间点可精确地计划分散的输入/输出组件的输出端上输出事件的接通，并可以在时间上十分精确地加以实施，这在分布式自动化系统的驱动技术领域，例如在木材加工机械或对于凸轮接通特别有利。对所述应用领域中的任意情形，输入事件和输出事件之间的时间间隔也可分别以同样高的时间精度进行设置和达到，由此，同样极大地降低了对通信系统中所涉及用户的空载时间的依赖。从而在这种实施方式的基础上，可以在通信系统内部用户之间进行等时数据交换或者控制事件和事件顺序，并且使其得到极大改善。

在本发明又一种特别优选的实施方式中，该信号在分散的输入/输出组件的输出端上的接通和向待控制的设备的继续传送是按照在时间上可以相对于在分散的输入/输出组件的输入端上寄存和采集一待控制设备的信号的时间点进行设置、定义的依从关系来完成。这种实施方式的特殊优点在于，由此可以实现应用的事件序列，这尤其在木材加工机械中例如在制造家具木板时具有突出意义。这里，例如必须根据对木材前棱或后棱的检测高时间精度地接通机组以进行安放或切除。

在本发明的又一种实施方式中，由通信系统的一个或者多个用户直到系统断开之前所存储的数据，与各自的系统当前相对时间一同存储，并在该各自存储的系统相对时间的基础上对这样记录的数据进行共同的分析和/或表示。由此，对实时轨迹可以在统一的相对时间的基础上十分方便组合和分析那些分布在不同用户的轨迹记录，其中，可以非常简单地获得关于例如用户反应状况的信息，从中可以得出例如各个自动化组成部分可能面临故障的结论。

在本发明再一种特别优选的实施方式中，通信系统的一个或多个用户，特别是支持相对时钟的自动化组成部分，提供可以由至少一个控制单元通过数据网络调用和分析的特征数据，其中该特征数据至少包括对相对时钟的支持(Support der Relativuhr)、和/或可能可设置的精度和/或至少相对时钟的一种设置可能性和/或至少一种从在通信系统中使用一相对时钟导出的机理的支持(Support der Mechanismus)。其优点在于该特征数据既可以作为设备描述在进行的运行期间在线地从一个或多个相应用户(特别是从自动化组成部分)读出，又可以作为说明信息离线地提供，由此，精确记录了提供的特性的范围，特别是导出的对机理的支持，如开关事件的精确采集、执行机构(Aktorik)的精确接通等等，并由此最精确地限制了相应用户的使用范围。

在本发明再一种优选的实施方式中，通信系统的一个或多个用户，特别是自动化组成部分，仅仅在确定处理阶段和/或在确定的时间点上可以对基于相对时钟的事件进行采集。由此带来了特殊的优点，因为这样一来以相应自动化组成部分的相对时钟为基础的事件采集仅仅在重要的和必须的时刻才进行采集，由此避免不必要的采集，从而避免生成过多的数据量。这可以例如从一个控制单元出发或者经一个自动化组成部分的外部电路通过该数据网络按照允许/禁止机理来实现。

此外，特别具有优点的是，本发明公开的方法、尤其是涉及到具有所提到的诸如采集开关事件、精确接通输出、采集内部实际状态(包括所属时间印记)等应用方式的相对时钟，可以投入或应用到工业机器中，例如包装机械、出版、注塑机械、纺织机械、印刷机、机床、机器人、处理系统(Handlingssystemen)、木材加工机械、玻璃加工机械、陶瓷加工机械以及升降机械中。

附图说明

下面对照附图所示实施方式对本发明作进一步的描述和说明：

图1为一种带有相对时钟的时钟同步型通信系统的实施方式的示意图；

图2为一种分布式自动化系统领域中的带有相对时钟的时钟同步型通信系统在使用印记时的原理工作方式。

具体实施方式

图1示出了一种带有相对时钟的时钟同步型通信系统的实施方式的示意图。在该示出的通信系统中同时涉及一种分布式自动化系统。这两种概念在下面同义地使用。示出的实施方式由多个同时既可以表现为发送者又可以表现为接收者的用户组成。所有用户都直接或间接地通过数据线(其中为清楚起见，仅仅示出了数据线11、12、13、14、15)连接在数据网络1上，例如一个具有和/或没有实时特性(如时钟同步和等间隔)的总线系统，如以太网络、工业以太网络、现场总线、特征总线、火线或者PC内部总线系统(PIC)等等，也可以是脉冲式数据网络，例如等时实时以太网络。其中，数据线根据不同的使用目的表现为：既能够传递或导送数据，又能够传递或者导送信号或者其它电脉冲。特别是，在该分布式自动化系统中也可以使用不同类型的数据线，它们按不同的数据格式传送各自的数据。于是，例如通过数据线14可以传送例如与通过数据线13不同的其它格式的数据。在这种情况下例如由分散的输入/输出组件2负责相应的转换。显然，也可以在数据线13和14中按同样的格式传送数据。在这种情况下，不需要通过分散的输入/输出组件2进行实时数据转换，而以不变的格式实现数据传送，这相应于所谓的数据导通。其中，未涉及这样的可能性：该分散的输入/输出组件2按任意的方式和方法加工和/或处理数据，特别是包括时间印记或类似物的数据，而不改变数据格式本身和/或在正常的自动化系统功能需要时将其转换成其它格式。直接连接在数据网络1上的数据线(例如数据线12、13和15)以与数据网络1同样的格式传送数据。使用的数据网络1脉冲式地工作，并且经数据网络1的数据交换与所使用的通信时钟实现同步。所有连接的用户与所使用的时钟的首次同步例如在系统起动时进行。

为了保证时钟同步地进行数据交换，在运行的过程中各用户持续地实现再同步。但是，显然也可能，在运行中与数据网络1连接的用户按所使用的通信时钟进行同步。特别优选这样的可能性：按照需要和使用情况至少在系统起动时可以对该待使用的通信时钟进行一次设置。其中，如果通信时钟脉冲的长度介于10μs和10ms之间，则按照经验证明特别有利。在本实施方式中，用户为待控制的设备(例如驱动4、5和6和分散的输入/输出组件2，3)、一计划设备7、一控制单元8(它既表现为通信时钟的节拍时钟，又表现为相对时钟9的主导装置，且配备有相应的装置)和一操作设备10(这里，例如表现为具有键盘和鼠标的计算机)。显然，作为用户还可以考虑任何其他类型的自动化组成部分和设备。这里，涉及到的用户的数量和/或位置只是示例性地给出。所有示出的用户已经与由相对时钟9预先给定的相对时间16同步。为清楚起见，相对时间16仅仅在计划设备7中给出了附图标记。在公开的实施方式中，一个待控制设备上的事件，例如在如模拟驱动6上采集实测值，通过一个集成在其中的传感器和/或执行器(为了清楚图中未示出)进行，该实测值借助于数据线14传递至分散的输入/输出组件2，并在那里以时钟同步方式采集并转换成相应的、对数据网络1兼容的数据格式。然后再将按照这样方式转换的数据以与所使用的通信系统的通信时钟同步方式经数据线13、数据网络1(例如一个以太网总线系统)和数据线12继续传送到控制单元8。该控制单元8例如表现为一个可存储编程控制器(SPS)或者一个其它任意的控制和调节单元，它可以从所有与数据网络1连接的用户接收如实测值那样的数据并对其分析处理，和/或向所有用户发送如额定值那样的数据。这样，控制单元8例如处理由分散的输入/输出组件2以时钟同步方式发送的驱动6的实测值，在该实测值的基础上计算相应的额定值，并同样以时钟同步方式经数据线12、数据网络1和数据线13将该额定值送回到分散的输入/输出组件2。后者将该接收到的额定值转换成驱动6可以理解的信号，并再经数据线14以与所使用的通信时钟同步方式将该信号传送至驱动6，驱动6借助于一个集成的执行器(为清楚起见图中未示出)将接收到的额定值解释和转换成例如控制命令。同样的机理可以类似地传送到一个例如连接在分散的输入/输出组件3上的处理器(为清楚起见图中未示出)中。

还可以例如借助于操作设备10经数据线11手动干预控制单元8，并由此对控制单元8的相应调节和控制机构产生影响。这里，计划设备7和控制单元8为主设备，因为它们可以对通信系统的控制和其它连接的用户直接施加影响。类似地其他用户例如驱动4、5和6以及分散的输入/输出组件2和3在此为从设备，因为它们相应由主设备7和8进行控制。在此，如实施方式所显示的那样，还可以将自动化组成部分(例如驱动4和5)不经过一个中间接入的分散的输入/输出组件而直接与数据网络1连接。为清楚起见，省略了在分散的输入/输出组件3上的其它待控制的设备的连接。此外，所示出的驱动4、5和6也可看作任意自动化组成部分(特别是现场设备)的待控制设备或者机器的示例。

此外，示出的实施方式包括一个控制单元8，它另外还表现为通信时钟/同步时钟的节拍时钟以及相对时钟9的主导装置。这里，集成在控制单元8中的相对时钟9例如按照硬件或者软件实现。相对时钟9规定整个系统内有效的、明确的相对时间16，该相对时间16由两部分组成，其中，第一部分表征当前的通信周期，而第二部分确定当前通信周期内的时间点。由此，可以精确地确定每个任意的通信周期以及任意通信周期内的每个时间点，因此在采集和寄存时以及在接通事件或者在任意控制和调节过程中极大地改善了时间精确度。相对时钟9的精度可以由控制单元8根据应用情况设置在通信周期长度和1μs之间。相对时间16可以用一个由通信周期长度导出的数字化数字或绝对时间单位表示。

在所示时钟同步型通信系统中，例如通过传送一个专门的数据分组(例如一种所谓总体控制数据分组)向所有用户指示每个新的通信周期的开始。连同那些至少要在系统起动时确定并分配给所有用户的有关通信时钟脉冲长度的信息一起，所有用户可以按照所使用的时钟进行同步。其中，该信息由作为节拍时钟的的控制单元8传送给通信系统的所有用户。这种传送机理同样被控制单元8利用，以便将相对时钟9的当前相对时间16分配给所有连接的用户。因此，该整个系统内有效的、明确的相对时钟9和相应的相对时间16，直到系统断开之前对所有用户保持有效。此外，控制单元8一直保证所有的用户直到系统断开之前与该相对时钟9和相应的相对时间16保持同步。由此保证在系统的运行时间内对所有用户总是采用同一个相对时间16，由此，尤其保证了该事件在预先给定的相对时间16的时间分辨率的范围内的同时性。这样，极大地减小了对用户特定的空载时间的影响。

图2示出了分布式自动化系统领域中一个带有相对时钟的时钟同步型通信系统中在使用印记时的原理工作方式。为了说明问题，示出了例如三个依次紧随的通信周期：通信周期m 34、通信周期m+1 35和通信周期m+236，以及另外一个在稍后时间点出现的、但不是直接紧随其后的通信周期m+x 37。此外，将在出现输入事件18和相应的输出事件32之间的工作方式划分为四个层面，即控制单元层面38、数据网络层面39、自动化组成部分层面40和处理接口层面41。作为属于控制单元层面38的用户是主设备，例如控制单元8；而例如象分散的输入/输出组件2，3、数字驱动4，5，6或者其它现场和/或外围设备那样的自动化组成部分属于自动化组成部分层面40。数据网络层面39通过数据网络1来表征所述两个层面38和40之间的连接，而处理接口层面41表征在层面40上的自动化组成部分对处于其后的处理和/或处理部分的干预(Durchgriff)。这样，在驱动中输入事件18例如涉及的是采集发送器实测值，分散的输入/输出组件涉及的例如是对后接的传感器实测值的采集。在驱动中输出事件32涉及的例如是向相应连接的功率部件输出额定值，在分散的输入/输出组件涉及的例如是向相应连接的执行机构(Aktorik)输出额定值。

所示出的工作方式表示了所示通信系统的稳定状态，即所有用户、特别是如分散的输入/输出组件2和3那样位于自动化组成部分层面40上的设备既与数据网络1的通信时钟同步，又与整个系统内有效的相对时钟9和相应的相对时间16同步。用户与采用的通信时钟以及相对时钟9的同步已在系统起动时实现。

因此，通信系统各个用户，特别是分散的输入/输出组件2和3，了解通信周期的长度，并由此尤其了解通信周期m 34、m+1 35、m+2 36以及m+x 37的长度。用户与所采用的通信时钟的同步通过所谓总体控制数据分组23实现，该总体控制数据分组当时直接指示下个通信周期的开始，并因此及时地发送给所有用户。该数据分组23在系统起动时由用户进行分析，因而用户可以进入与通信系统的通信时钟同步。为了避免出现将一个通信周期中的数据传送与下一个通信周期中的交叠，并为了保证对数据分组23的精确分析以及由此在直接随后的通信周期的开始确切地发送信号，可直接在发送总体控制数据分组23之前在一个离散的时间内不发送数据。这称为主动等待，用预备(Reserve)17表示。为清楚起见对预备17仅对其中一次采用了附图标记。在运行进行期间总体控制数据分组23显然始终直接指示下一个通信周期的开始，并由此使通信系统的用户获知。

在图1中公开的、利用一个整个系统内有效的相对时钟9的机理的基础上，例如由分散的输入/输出组件2在使用相对时间16的条件下产生一个印记20，该印记由属于一输入事件18的当时相对时间16和输入事件18本身的类型、例如正或负开关侧面(Schaltflanke)组成。其中，相对时钟9的第一部分表示当前通信周期，例如通信周期m 34，其中分散的输入/输出组件2在其输入端对待控制的设备的输入事件18进行信号采集19；而相对时钟9的第二部分更精确地给出该信号采集19相对于当前通信周期(例如通信周期m 34)的开始或者结束时的时间点。在自动化组成部分层面40上例如由分散的输入/输出组件2在对输入事件18进行信号采集19或在作信号转换21时将这样的产生的印记引入到数据中，从而在分散的输入/输出组件2中精确地记录了这些数据的开关事件的采集时间点和类型，并在传递中成为数据的组成部分。为了清楚起见仅仅对一次印记20给出了附图标记。向数据网络层面39所作的数据继续传递22(用数据分组24表示)然后例如随着通信周期m+1 35的开始继续进行。其中，紧接着的下一个通信周期m+1 35的开始通过传送总体控制数据分组23通知所有用户。为清楚起见，在数据网络层面39上的数据分组24、灰色标记的总体控制数据分组23以及预备17分别仅给出一个附图标记。其中，未标记的数据分组的不同长度没有特殊的含义，它仅仅表明，各个数据分组的长度取决于内容并由此是可变的。在通信周期m+1 35中，仅实现数据交接25，将具有印记20的传递数据从数据网络层面39传送到控制单元层面38，例如传送给控制单元8，再由控制单元8进行数据处理26。其中，控制单元8既对印记20又对数据内容进行分析处理。在此基础上控制单元8应答数据，并根据印记20的内容计算出随后在分散的输入/输出组件2输出端将应答数据输出到相应待控制设备所要求的时间点，以及应该用来开关的输出事件的类型(例如正的或负的开关侧面)。所计算的、为待控制设备确定的应答数据在由控制单元8向分散的输入/输出组件传送之前被设置一个印记(其由计算出的、与信号输出要求的计划时间有关的相对时间以及输出开关事件组成)27，使得该印记27在传递中成为应答数据的组成部分。其中，印记27中表征相对时间的部分又由两部分组成。这里，第一部分表征通信周期，例如分散的输入/输出组件2在其输出端应当向待控制的设备进行一输出事件32的信号输出31的通信周期m+x 37；而另一部分更精确地给出在这样确定的通信周期(例如通信周期m+x 37)内进行信号输出31的时间点。为清楚起见仅仅标记了一次印记27。例如在下一个通信周期m+2 36的开始时，由控制单元层面38，例如从控制单元8将该计算出的具有印记28的应答数据向数据网络层面39作数据传送28。该数据传送28也与通信时钟同步进行，并可以在每个通信周期中进行。由数据网络层面39例如仍在通信周期m+2 36中实现向自动化组成部分层面40(例如对接收到的数据中的印记20进行分析的、分散的输入/输出组件2)的数据传输29。根据对印记27、特别是对表征输出数据的时间点部分的分析结果，由分散的输入/输出组件2将这些数据临时储存，并直到对应相对时间16例如在通信周期m+x 37中才在预定的时间点完成相应的信号输出31，例如由分散的输入/输出组件2的输出端处的额定值按照印记27中预定的开关事件进行接通，向待控制的设备提供输出事件32。其中，此前将接到的数据变为待控制的设备可以理解的信号所必需的数据转换30，可以在通信周期m+2 36中的数据传输和在通信周期m+x 37中的信号输出31之间的任意时刻由分散的输入/输出组件2完成。

由此，分散的输入/输出组件的输出端处的输出事件32的接通可以与在分散的输入/输出组件的输入端对输入事件18的寄存时间无关，而通过应用整个系统内有效的相对时钟9进行精确地计划，并且在时间上十分精确地实施，这在分布式自动化系统中驱动技术领域中(例如凸轮的接通等)特别有利。在输入事件18和输出事件32之间的时间间隔33，也可以对所述应用领域中每个任意的情形分别按照各自的高时间精度进行设置和实现，因而极大地减小了对该通信系统所涉及的用户的空载时间的依赖。此外，由此可以实现应用的事件序列，该事件序列特别是在木材加工机械中、例如在制造家具木板时具有突出意义。这里，例如必须根据对木材前棱或后棱的检测高时间精度地接通机组以进行安放或切除。

总之，本发明涉及一种时钟同步型通信系统，例如一种分布式自动化系统，其用户可以是任意的自动化组成部分，且为了互相交换数据的目的通过数据网络1相互耦合。其中，作为通信系统的数据网络1可以考虑所有可能的总线系统，例如现场总线、特征总线、以太网络、工业以太网络等等。该通信系统的一个用户作为节拍时钟，并负责为所有用户分配和保持所使用的通信时钟以及由所有用户分配和保持所使用的通信时钟。按照同样的机理，该节拍时钟也可以在整个通信系统中为所有用户引入一种相对时钟9。于是，该用户同样是该相对时钟9和有效的相对时间16的主导装置。因此，通信系统的所有用户始终与在整个系统内有效的相对时钟9和有效的相对时间16同步，并因此在任何时间对时间具有相同的概念。由此，明显地改善或者首次允许实现应用序列、将同时出现的事件同步、在采集事件和输出接通时提高时间精度。

Claims (34)

1.一种在工业装置领域中的至少两个用户和至少一个数据网络(1)之间建立一个具有等距特性的时钟同步型通信系统的方法，其特征在于，在所述通信系统起动运行时引入一个在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)，且所有连接在该数据网络(1)上的用户至少与由该相对时钟(9)确定的相对时间(16)进行一次同步，其中该相对时间(16)通过该数据网络(1)传送至所有用户。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述通信系统的用户，在所述数据网络(1)上连接有至少一个控制单元(8)、至少一个待控制的单元和至少一个分散的输入/输出组件(2，3)，该组件作为在该数据网络(1)和该待控制的单元之间的接口借助于该数据网络(1)在该待控制的单元和该控制单元(8)之间双向地进行信号交换。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述引入的在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)确定的相对时间(16)由两部分组成，其中，第一部分表征当前的通信周期，而第二部分确定在所述通信系统的当前通信周期内的时间点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通信周期用一个由通信周期的长度导出的数字化数字或绝对时间单位表示。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述相对时钟(9)的精度在一个通信时钟脉冲的长度和1μs之间进行设置。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)和相应的相对时间(16)直到通信系统断开之前对所有用户保持有效。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所有用户直到该通信系统断开之前与在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)和相应的相对时间(16)保持同步。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通信时钟脉冲的长度是可以设置的。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通信时钟脉冲的长度介于10μs和10ms之间。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通信时钟脉冲的长度至少在该系统起动时被确定一次。

11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，待控制的单元的信号在一个分散的输入/输出组件(2，3)的输入端寄存和采集时由该输入/输出组件(2，3)给该信号提供一个印记(20)，该印记由该时刻的当前相对时间(16)和采集开关事件组成，并被转换成一种对所述数据网络(1)兼容的数据格式，具有该印记(20)的数据通过该数据网络(1)继续传送到所述控制单元(8)，并在那里进行分析和处理，其中，该作为印记(20)一部分的相对时间(16)由两部分组成：一部分确定该通信系统的在其间进行寄存和信号采集的通信周期，而另一部分确定相对于该通信系统的在其间进行寄存和信号采集的通信周期的开始或结束时的时间点。

12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，为所述待控制的单元确定的数据在向所述分散的输入/输出组件(2，3)传送之前由所述控制单元(8)提供一个印记(27)，该印记(27)由一个与计划作信号输出的时间点有关的相对时间(16)和一个输出开关事件组成，且具有该印记(27)的数据通过所述数据网络(1)传送给该输入/输出组件(2，3)，其中，该作为印记(27)一部分的相对时间(16)由两部分组成：一部分确定该通信系统的在其间应当进行信号输出的通信周期，而另一部分确定相对于该通信系统在其间应当进行信号输出的通信周期的开始或结束时的时间点。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述配置有一个与计划的信号输出有关的印记(27)、且为所述待控制的单元确定的数据，由所述分散的输入/输出组件(2，3)转换成对该待控制的单元可以执行的信号，并在由该印记预先给定的时间点、在该分散的输入/输出组件(2，3)的输出端按照预定的开关事件接通，并输出到该待控制的单元。

14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，信号在该分散的输入/输出组件(2，3)的输出端上的接通和向该待控制的单元的继续传送是按照在时间上相对于在该分散的输入/输出组件(2，3)的输入端上寄存和采集待控制的单元的信号的时间点进行设置、定义的依赖关系来完成。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述通信系统的一个或多个用户直到通信系统断开之前所存储的数据，与各自的通信系统当前相对时间(16)一同存储，并在各自存储的通信系统相对时间(16)的基础上对这样记录的数据进行共同的分析和/或表示。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信系统的一个或多个用户，提供由至少一个控制单元(8)通过所述数据网络(1)调用和分析的特征数据，其中该特征数据至少包括对该相对时钟(9)的支持、和/或可设置的精度和/或至少该相对时钟(9)的一种设置可能性和/或至少一个由在通信系统中使用相对时钟(9)导出的机理的支持。

17.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信系统的一个或多个用户，仅仅在确定的处理阶段和/或在确定的时间点上对基于相对时钟(9)的事件进行采集。

18.一种在工业装置领域中的至少两个用户和至少一个数据网络(1)之间建立的具有等距特性的时钟同步型通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个装置，该装置在通信系统起动运行时引入一个在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)，且所有连接用户或其一个子集至少与由该相对时钟(9)确定的相对时间(16)进行一次同步，其中该相对时间(16)通过该数据网络(1)传送至所有用户。

19.根据权利要求18所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统包括：作为用户的至少一个控制单元(8)、至少一个待控制的单元和至少一个分散的输入/输出组件(2，3)，该组件作为在所述数据网络(1)和该待控制的单元之间的接口借助于该数据网络(1)在该待控制的单元和该控制单元(8)之间双向地进行信号交换。

20.根据权利要求18或19所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个装置，该装置用来使所述引入的在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)确定的相对时间(16)由两部分组成，其中第一部分表征当前的通信周期，而第二部分确定该通信系统的当前通信周期内的时间点。

21.根据权利要求20所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个用来使所述通信周期用一个由通信周期的长度导出的数字化数字或绝对时间单位来表示的装置。

22.根据权利要求20所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个用来使所述相对时钟(9)的精度在一个通信时钟脉冲的长度和1μs之间进行设置的装置。

23.根据权利要求18所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个用来使所述在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)和相应的相对时间(16)直到通信系统断开之前对所有用户保持有效的装置。

24.根据权利要求18所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个用来使所有用户直到该通信系统断开之前与在整个通信系统内有效的、明确的相对时钟(9)和相应的相对时间(16)保持同步的装置。

25.根据权利要求20所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个用来设置通信时钟脉冲长度的装置。

26.根据权利要求25所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个将所述通信时钟脉冲的长度设置在10μs和10ms之间的装置。

27.根据权利要求20所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个至少在通信系统起动时确定一次通信时钟脉冲长度的装置。

28.根据权利要求19所述的通信系统，其特征在于，在该分散的输入/输出组件(2，3)的输入端寄存和采集一待控制的单元的信号时由该组件提供一个印记(20)，该印记(20)由该时刻的当前相对时间(16)和采集开关事件组成，并将该印记转换成一种对所述数据网络(1)兼容的数据格式，且将具有该印记(20)的数据通过该数据网络(1)继续传送到所述控制单元(8)以作分析和进一步处理，其中该作为印记(20)一部分的相对时间(16)由两部分组成：一部分确定该通信系统在其间进行寄存和信号采集的通信周期，而另一部分确定相对于该通信系统在其间进行寄存和信号采集的通信周期的开始或结束时的时间点。

29.根据权利要求19所述的通信系统，其特征在于，该控制单元将为所述待控制的单元确定的数据在向所述分散的输入/输出组件(2，3)传送之前提供一个印记(27)，该印记(27)由一个与计划作信号输出的时间点有关的相对时间(16)和一个输出开关事件组成，且具有该印记(27)的数据通过所述数据网络(1)传送到该输入/输出组件(2，3)，其中该作为印记(27)一部分的相对时间(16)由两部分组成：一部分确定该通信系统在其间应当进行信号输出的通信周期，而另一部分确定相对于该通信系统在其间应当进行信号输出的通信周期的开始或结束时的时间

点。

30.根据权利要求29所述的通信系统，其特征在于，该分散的输入/输出组件将所述配置有一个与计划的信号输出有关的印记(27)、且为所述待控制的单元确定的数据转换成对该待控制的单元可以执行的信号，并在由该印记预先给定的时间点、在该分散的输入/输出组件(2，3)的输出端按照预定的开关事件接通，并输出到该待控制的单元。

31.根据权利要求19所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个装置，该装置用来使得在所述分散的输入/输出组件(2，3)的输出端上所作的信号接通和向所述待控制的单元的继续传送是按照在时间上相对于在该分散的输入/输出组件(2，3)的输入端上寄存和采集该待控制的单元的信号的时间点进行设置、定义的依赖关系来完成。

32.根据权利要求18所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个装置，该装置用来使由该通信系统的一个或多个用户直到通信系统断开之前所存储的数据与各自的通信系统当前相对时间(16)一同存储，并在各自存储的通信系统相对时间(16)的基础上对这样记录的数据进行共同的分析和/或表示。

33.根据权利要求18所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个用户，该用户支持所述相对时钟(9)，并提供由至少一个控制单元(8)通过所述数据网络(1)调用和分析的特征数据，其中该特征数据至少包括对该相对时钟(9)的支持、和/或可设置的精度和/或至少该相对时钟(9)的一种设置可能性和/或至少一个由在通信系统中使用相对时钟(9)导出的机理的支持。

34.根据权利要求18所述的通信系统，其特征在于，所述通信系统至少包括一个用户，该用户仅仅在确定的处理阶段和/或在确定的时间点上对基于相对时钟(9)的事件进行采集。

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