DE10113260A1 - Synchrones, getaktetes Kommunikationssystem mit Relativuhr und Verfahren zum Aufbau eines solchen Systems - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein synchrones, getaktetes Kommunikationssystem, beispielsweise ein verteiltes Automatisierungssystem, dessen Teilnehmer beliebige Automatisierungskomponenten sein können und die über ein Datennetz (1) zwecks gegenseitigen Datenaustauschs miteinander gekoppelt sind. Als Datennetz (1) des Kommunikationssystems sind dabei alle möglichen Bussysteme wie z. B. Feldbus, Profibus, Ethernet, Industrial Ethernet, etc. denkbar. Ein Teilnehmer dieses Kommunikationssystems ist als Taktschläger ausgezeichnet und sorgt für die Verteilung und Einhaltung des verwendeten Kommunikationstakts an alle Teilnehmer und von allen Teilnehmern. Über denselben Mechanismus kann der Taktschläger auch eine Relativuhr (9) im ganzen Kommunikationssystem bei allen Teilnehmern einführen. Dieser Teilnehmer ist damit ebenfalls Master über die Relativuhr (9) bzw. die geltende Relativzeit (16). Alle Teilnehmer des Kommunikationssystems sind daher permanent auf die systemweit geltende Relativuhr (9) mit der gültigen Relativzeit (16) synchronisiert und haben deshalb zu jeder Zeit dasselbe Zeitverständnis. Die Realisierung von applikativen Sequenzen, Synchronisierung von gleichzeitig eintretenden Ereignissen, zeitliche Genauigkeit bei der Erfassung von Ereignissen bzw. Schalten von Ausgängen wird dadurch deutlich verbessert bzw. erst ermöglicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein synchrones, getaktetes Kommunikationssystem mit Relativuhr und ein Verfahren zum Aufbau eines solchen Systems.

Unter einem synchronen, getakteten Kommunikationssystem mit Äquidistanz-Eigenschaften versteht man ein System aus wenigs­ tens zwei Teilnehmern, die über ein Datennetz zum Zweck des gegenseitigen Austausches von Daten bzw. der gegenseitigen Übertragung von Daten miteinander verbunden sind. Dabei er­ folgt der Datenaustausch zyklisch in äquidistanten Kommunika­ tionszyklen, die durch den vom System verwendeten Kommunika­ tionstakt vorgegeben werden. Teilnehmer sind beispielsweise zentrale Automatisierungsgeräte, Programmier-, Projektie­ rungs- oder Bediengeräte, Peripheriegeräte wie z. B. Ein-/ Ausgabe-Baugruppen, Antriebe, Aktoren, Sensoren, speicherpro­ grammierbare Steuerungen (SPS) oder andere Kontrolleinheiten, Computer, oder Maschinen, die elektronische Daten mit anderen Maschinen austauschen, insbesondere Daten von anderen Maschi­ nen verarbeiten. Unter Kontrolleinheiten werden im folgenden Regler- oder Steuerungseinheiten jeglicher Art verstanden. Als Datennetze werden beispielsweise Bussysteme wie z. B. Feldbus, Profibus, Ethernet, Industrial Ethernet, FireWire oder auch PC-interne Bussysteme (PCI), etc. verwendet.

In verteilten Automatisierungssystemen, beispielsweise im Be­ reich Antriebstechnik, werden u. a. taktsynchrone Datennetze bzw. Bussysteme eingesetzt. Dabei werden manche angeschlosse­ nen Teilnehmer als Master-Geräte, z. B. Kontrolleinheiten wie numerische oder speicherprogrammierbare Steuerungen oder Pro­ jektiergeräte, und andere Teilnehmer als Slave-Geräte, wie z. B. Antriebe, oder Peripheriegeräte, verwendet. Automatisie­ rungskomponenten beider Kategorien können taktsynchron arbeiten, d. h., diese Teilnehmer können sich auf einen verwendeten Kommunikationstakt des Datennetzes synchronisieren. Dies be­ deutet, dass der Kommunikationstakt von den Teilnehmern über das verwendete Datennetz übernommen und synchron zu diesem Kommunikationstakt bestimmte Vorgänge gesteuert werden. Gemäss IEC 61491, EN61491 SERCOS Interface - Technische Kurzbeschrei­ bung (http:/ / www.sercos.de/deutsch/doku_freier_bereich.htm) wird dies gegenwärtig in verteilten Automatisierungssystemen angewendet und durchgeführt. Allerdings ist es gegenwärtig nicht möglich, dass eine für ein solches System gültige Rela­ tivuhr eingeführt wird, auf dessen jeweils gültige Relativzeit sich alle an das Kommunikationssystem angeschlossene Teilneh­ mer synchronisieren können. Dadurch können beispielsweise ap­ plikative Ereignissequenzen nicht oder zumindest nicht mit genügend großer zeitlicher Genauigkeit festgelegt und durchge­ führt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein synchrones, getaktetes Kom­ munikationssystem mit Äquidistanz-Eigenschaften und Relativ­ uhr zwischen wenigstens zwei Teilnehmern und einem Datennetz und ein Verfahren zur Einführung einer Relativuhr in ein sol­ ches Kommunikationssystem anzugeben, bei dem sich alle an das Kommunikationssystem angeschlossenen Teilnehmer auf diese Re­ lativuhr synchronisieren können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufbau eines syn­ chronen, getakteten Kommunikationssystems mit Äquidistanzei­ genschaften im Bereich industrieller Anlagen zwischen wenigs­ tens zwei Teilnehmern, insbesondere Automatisierungskomponen­ ten, und wenigstens einem Datennetz dadurch gelöst, dass ins­ besondere beim Hochfahren des Systems eine systemweit gelten­ de, eindeutige Relativuhr eingeführt wird und eine Untermenge der oder alle an das Datennetz angeschlossenen Teilnehmer we­ nigstens einmal auf die, durch die Relativuhr bestimmte Rela­ tivzeit synchronisiert werden, wobei die Relativzeit über das Datennetz an alle Teilnehmer übertragen wird.

Diese Aufgabe wird durch ein synchrones, getaktetes Kommuni­ kationssystem mit Äquidistanzeigenschaften im Bereich indus­ trieller Anlagen zwischen wenigstens zwei Teilnehmern, insbe­ sondere Automatisierungskomponenten und wenigstens einem Da­ tennetz dadurch gelöst, dass das Kommunikationssystem zumin­ dest ein Mittel aufweist, das insbesondere beim Hochfahren des Systems eine systemweit geltende, eindeutige Relativuhr einführt und alle oder eine Untermenge der angeschlossenen Teilnehmer wenigstens einmal auf die, durch die Relativuhr bestimmte Relativzeit synchronisiert, wobei die Relativzeit über das Datennetz an alle Teilnehmer übertragen wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei Verwen­ dung eines taktsynchronen Bussystems bzw. Datennetzes in ver­ teilten Automatisierungssystemen allen Teilnehmern des Kommu­ nikationssystems der Beginn jedes neuen Kommunikationszyklus beispielsweise durch die Übertragung eines speziellen Daten­ pakets, z. B. einem sogenannten global control-Datenpaket, an­ gezeigt wird. Neben diesem Verfahren gibt es noch andere Ver­ fahren, die eine Taktsynchronisation zwischen den Teilnehmern ermöglichen, auf die die offenbarte Erfindung selbstverständ­ lich ebenfalls anwendbar ist. Zusammen mit der Information über die Länge eines Kommunikationstakts, die wenigstens beim Hochfahren des Systems festgelegt und an alle Teilnehmer ver­ teilt wird, können sich alle Teilnehmer auf den verwendeten Takt synchronisieren. Diese Informationen werden dabei von einem ausgezeichneten Master-Teilnehmer, dem so genannten Taktschläger an alle Teilnehmer des Kommunikationssystems ü­ bermittelt. Weist dieser Taktschläger zusätzlich eine Rela­ tivuhr auf, kann die jeweilige aktuelle Relativzeit auf dem selben Übertragungsweg an alle angeschlossenen Teilnehmer verteilt werden, wodurch für alle angeschlossenen Teilnehmer dieselbe Relativzeit gilt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Teilnehmer des Kommunikati­ onssystems wenigstens eine Kontrolleinheit, wenigstens eine zu steuernde Einheit, und wenigstens eine dezentrale Ein- /Ausgabe-Baugruppe, die als Schnittstelle zwischen dem Daten­ netz und der zu steuernden Einheit bidirektional den Aus­ tausch von Signalen zwischen der zu steuernden Einheit und der Kontrolleinheit mittels des Datennetzes vornimmt, an das Datennetz angeschlossen sind, wobei beispielsweise die Kon­ trolleinheit als Taktschläger eingesetzt wird. Unter Einheit sind insbesondere auch Automatisierungskomponenten, Maschi­ nen, Antriebe, etc. zu verstehen. Der im folgenden auch ver­ wendete Begriff Gerät wird synonym zum Begriff Einheit be­ nutzt.

Eine außerordentlich vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Relativuhr systemweit eingeführte, eindeutige Relativzeit sich aus zwei Teilen zusammensetzt, wobei der erste Teil den aktuellen Kom­ munikationszyklus charakterisiert und der zweite Teil den Zeitpunkt innerhalb des aktuellen Kommunikationszyklus des Kommunikationssystems bestimmt. Vorteil dieser Ausgestaltung ist es, dass dadurch jeder beliebige Kommunikationszyklus und darüber hinaus jeder Zeitpunkt innerhalb eines beliebigen Kommunikationszyklusses exakt bestimmbar ist, wodurch die zeitliche Genauigkeit beim Erfassen und Registrieren bzw. beim Schalten von Ereignissen oder bei beliebigen Steuer- und Regelungsvorgängen außerordentlich verbessert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, dass der Kommunikationszyklus durch ei­ ne digitalisierte Zahl oder eine absolute Zeiteinheit, die sich aus der Dauer des Kommunikationstakts ableitet, darge­ stellt wird, wobei die Genauigkeit der Relativuhr in einem Bereich zwischen der Dauer eines Kommunikationstakts und 1 µs einstellbar ist. Dadurch ist es möglich die für die jeweilige Situation optimale Form der Darstellung zu wählen, so ist es beispielsweise bei der zeitlichen Einordnung von Ereignissen günstiger, weil anschaulicher eine Absolutzeitdarstellung zu wählen, als eine abstrakte Darstellung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, dass die systemweit geltende, eindeuti­ ge Relativuhr und damit die Relativzeit bis zum Herunterfah­ ren des Systems für alle Teilnehmer gültig bleibt und dass alle Teilnehmer bis zum Herunterfahren des Systems auf die systemweit geltende, eindeutige Relativuhr und damit die Re­ lativzeit synchronisiert bleiben. Dadurch wird gewährleistet, dass für alle Teilnehmer während der Laufzeit des Systems die selbe Relativzeit gilt, wodurch insbesondere die Gleichzei­ tigkeit von Ereignissen im Rahmen der vorgegebenen zeitlichen Auflösung der Relativzeit gewährleistet ist. Dadurch wird der Einfluss von teilnehmerspezifischen Totzeiten erheblich redu­ ziert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, dass die Dauer des Kommunikationstakts einstellbar ist und wenigstens einmal beim Hochfahren des Systems festgelegt wird, wobei die Dauer eines Kommunikati­ onstakts zwischen 10 µs und 10 ms betragen kann. Dadurch ist es möglich, die Länge eines Kommunikationstakts optimal für je­ den spezifischen Anwendungsfall, insbesondere jede individu­ elle Konfiguration des betrachteten Kommunikationssystems festzulegen.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung ist dadurch gekennzeichnet, dass Signale eines zu steu­ ernden Geräts bei deren Registrierung und Erfassung am Ein­ gang einer dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe von der Ein- /Ausgabe-Baugruppe mit einem Stempel versehen werden, der sich aus der zu diesem Zeitpunkt aktuellen Relativzeit und dem Erfassungs-Schaltereignis zusammensetzt, in ein für das Datennetz kompatibles Datenformat umgewandelt, die Daten mit diesem Stempel über das Datennetz an die Kontrolleinheit wei­ tergeleitet, dort ausgewertet und verarbeitet werden, wobei die Relativzeit als Teil des Stempels aus zwei Teilen be­ steht, wobei der eine Teil den Kommunikationszyklus des Kommunikationssystems bestimmt, in welchem die Registrierung und Signalerfassung erfolgt ist und der andere Teil den Zeitpunkt relativ zum Anfang oder zum Ende des Kommunikationszyklus des Kommunikationssystems bestimmt, in welchem die Registrierung und Signalerfassung erfolgt ist. Dadurch kann der Erfassungs­ zeitpunkt von Ereignissen beispielsweise eines zu steuernden Geräts mit außerordentlicher Präzision bestimmt und gespei­ chert werden und steht damit zur Berechnung von abhängigen Ereignissen jederzeit zur Verfügung.

Eine weitere außerordentlich vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Daten, die für das zu steuernde Gerät bestimmt sind, vor der Übertragung an die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe von der Kontrolleinheit mit einem Stempel versehen werden, der sich aus einer Relativ­ zeit, bezogen auf den Zeitpunkt der geplanten Signalausgabe und einem Ausgabe-Schaltereignis zusammensetzt, und die Daten mit diesem Stempel über das Datennetz an die Ein-/Ausgabe- Baugruppe übertragen werden, wobei die Relativzeit als Teil des Stempels aus zwei Teilen besteht, wobei der eine Teil den Kommunikationszyklus des Kommunikationssystems bestimmt in dem die Signalausgabe erfolgen soll und der andere Teil den Zeitpunkt relativ zum Anfang oder zum Ende des Kommunikati­ onszyklus des Kommunikationssystems bestimmt, in welchem die Signalausgabe erfolgen soll und dass Daten, die mit einem solchen Stempel, der sich auf die geplante Signalausgabe be­ zieht, versehen und für das zu steuernde Gerät bestimmt sind, von der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe in für das zu steuernde Gerät interpretierbare Signale umgewandelt und zu dem Zeitpunkt, der durch den übertragenen Stempel vorgegeben ist, am Ausgang der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe gemäss des vorgegebenen Schaltereignisses geschaltet und an das zu steuernde Gerät ausgegeben werden. Von besonderem Vorteil ist diese Ausgestaltung dadurch, dass abhängig vom Zeitpunkt der Registrierung eines Eintrittsereignisses am Eingang einer de­ zentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe das Schalten eines Ausgabe­ ereignisses am Ausgang der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe exakt geplant und mit einer außerordentlichen zeitlichen Prä­ zision durchgeführt werden kann, was im Bereich Antriebstech­ nik in verteilten Automatisierungssystemen, beispielsweise bei holzverarbeitenden Maschinen oder für das Schalten von Nocken, etc. außerordentlich vorteilhaft ist. Der zeitliche Abstand zwischen Eingangsereignis und Ausgabeereignis ist al­ so für jede beliebige Situation im geschilderten Anwendungs­ bereich individuell mit jeweils der selben hohen zeitlichen Genauigkeit einstellbar und erreichbar, wodurch ebenfalls die Abhängigkeit von Totzeiten von betroffenen Teilnehmern des Kommmunikationssystems sehr stark reduziert wird. Auf Basis dieser Ausprägungen kann somit ein isochroner Datenaustausch bzw. die Steuerung von Ereignissen, bzw. Ereignisabfolgen in­ nerhalb des Kommunikationssystems zwischen den Teilnehmern ermöglicht, bzw. erheblich verbessert werden.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung und Wei­ terleitung von Signalen an ein zu steuerndes Gerät am Ausgang einer dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe in zeitlich ein­ stellbarer, definierter Abhängigkeit relativ zum Zeitpunkt der Registrierung und Erfassung von Signalen eines zu steu­ ernden Geräts am Eingang einer dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppe erfolgt. Der besondere Vorteil diese Ausprägung liegt darin, dass dadurch applikative Ereignissequenzen rea­ lisiert werden können, die insbesondere bei Holzbearbeitungs­ maschinen beispielsweise bei der Herstellung von Möbelbret­ tern von herausragender Bedeutung sind. So müssen dabei bei­ spielsweise abhängig von der Erfassung von Holzvorder- oder Rückkanten Aggregate für das Aufbringen oder Abschneiden von Umleimern mit hoher zeitlicher Präzision geschaltet werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, dass Daten die von einem oder mehreren Teilnehmern des Kommunikationssystems bis zum Herunterfahren des Systems gespeichert werden, zusammen mit der jeweils ak­ tuellen Relativzeit des Systems gespeichert werden und die gemeinsame Auswertung und/oder Darstellung der so aufgezeich­ neten Daten auf Basis der jeweils gespeicherten Relativzeit des Systems erfolgt. Dadurch können auf verschiedene Teilneh­ mer verteilte Traceaufzeichnungen auf Basis der einheitlichen Relativzeit für einen Echtzeittrace außerordentlich bequem zusammengeführt und ausgewertet werden, wobei auf sehr einfa­ che Weise Informationen über beispielsweise das Reaktionsver­ halten der Teilnehmer gewonnen werden kann, aus denen z. B. Rückschlüsse auf eventuelle bevorstehende Ausfälle von ein­ zelnen Automatisierungskomponenten gezogen werden können.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin­ dung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Teil­ nehmer des Kommunikationssystems, insbesondere Automatisie­ rungskomponenten, die die Relativuhr unterstützen, Kenndaten zur Verfügung stellen, die von wenigstens einer Kontrollein­ heit über das Datennetz abgerufen und ausgewertet werden kön­ nen, wobei die Kenndaten wenigstens den Support der Relativ­ uhr, und/oder die mögliche einstellbare Genauigkeit und/oder wenigstens eine Einstellmöglichkeit der Relativuhr und/oder den Support wenigstens eines Mechanismus, der sich aus dem Einsatz einer Relativuhr in einem Kommunikationssystem ablei­ tet, enthalten. Vorteil ist, dass diese Kenndaten als Geräte­ beschreibungen sowohl während des laufenden Betriebs online aus dem oder den entsprechenden Teilnehmern, insbesondere der oder den Automatisierungskomponenten, auslesbar sind, als auch offline als Beschreibungsinformationen bereitgestellt werden kann, wodurch der Umfang der zur Verfügung gestellten genannten Eigenschaften, insbesondere der Support der abge­ leiteten Mechanismen, wie z. B. genaues Erfassen von Schalt­ ereignissen, genaues Schalten der Aktorik, etc., exakt doku­ mentiert und damit der Einsatzbereich des entsprechenden Teilnehmers genauestens abgegrenzt ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist da­ durch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Teilnehmer des Kommunikationssystems, insbesondere Automatisierungskomponenten, die Erfassung von Ereignissen basierend auf der Relativ­ uhr nur in bestimmten Arbeitsphasen und/oder zu bestimmten Zeitpunkten durchführen können. Dies ist von besonderem Vor­ teil dadurch, weil dadurch die Erfassung von Ereignissen ba­ sierend auf der Relativuhr von den entsprechenden Automati­ sierungskomponenten nur zu den relevanten und notwendigen Zeitpunkten möglich ist, wodurch unnötige Erfassungen und da­ mit die Entstehung überflüssiger Datenmengen vermieden wer­ den. Dies kann beispielhaft über Enable/Disable-Mechanismen über das Datennetz beispielsweise ausgehend von einer Kon­ trolleinheit oder über eine externe Beschaltung an der Auto­ matisierungskomponente realisiert werden.

Von besonderem Vorteil ist es darüber hinaus, dass die offen­ barten Verfahren, insbesondere in Bezug auf die Relativuhr mit den genannten applikativen Ausprägungen wie z. B. Erfas­ sung von Schaltereignissen, präzises Schalten von Ausgängen, Erfassung von internen Istzuständen inkl. zugehörigem Zeit­ stempel, etc., bei und in industriellen Maschinen eingesetzt bzw. verwendet werden können, wie z. B. in Verpackungsmaschi­ nen, Pressen, Kunststoffspritzmaschinen, Textilmaschinen, Druckmaschinen, Werkzeugmaschinen, Robotor, Handlingssyste­ men, Holzverarbeitungsmaschinen, Glasverarbeitungsmaschinen, Keramikverarbeitungsmaschinen sowie Hebezeugen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels für ein synchrones, getaktetes Kommunikati­ onssystem mit Relativuhr,

Fig. 2 die prinzipielle Arbeitsweise in einem synchronen, getakteten Kommunikationssystem mit Relativuhr im Bereich Verteilter Automatisierungssysteme unter Verwendung eines Stempels.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels für ein synchrones, getaktetes Kommunikationssystem mit Relativuhr. Bei dem dargestellten Kommunikationssystem handelt es sich dabei gleichzeitig um ein verteiltes Automa­ tisierungssystem. Diese beiden Begriffe werden im folgenden synonym verwendet. Das gezeigte Ausführungsbeispiel besteht aus mehreren Teilnehmern, die gleichzeitig sowohl als Sender als auch als Empfänger ausgeprägt sein können, also sowohl Signale oder Daten senden als auch empfangen können. Alle Teilnehmer sind mittelbar oder unmittelbar an das Datennetz 1, beispielsweise ein Bussystem mit und/oder ohne Echtzeitei­ genschaften, wie Taktsynchronisation und Äquidistanz, wie z. B. Ethernet, Industrial Ethernet, Feldbus, Profibus, Fire- Wire oder auch PC-interne Bussysteme (PCI), etc., aber auch getaktete Datennetze, wie beispielsweise Isochrones Realtime Ethernet, über Datenleitungen, von denen aus Gründen der ü­ bersichtlichen Darstellung nur die Datenleitungen 11, 12, 13, 14, 15 dargestellt werden, angeschlossen. Die Datenleitungen sind dabei je nach Verwendungszweck so ausgeprägt, dass sie sowohl Daten als auch Signale oder andere elektrische Impulse übertragen bzw. leiten können. Insbesondere können auch Da­ tenleitungen verschiedenen Typs in diesem verteilten Automa­ tisierungssystem eingesetzt werden, die jeweils Daten in un­ terschiedlichem Datenformat übertragen. So kann beispielswei­ se über die Datenleitung 14 Daten in einem anderen Format ge­ sendet werden als beispielsweise über die Datenleitung 13. Für eine entsprechende Konvertierung sorgt in diesem Fall beispielsweise die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, dass die Daten­ leitungen 13 und 14 Daten im selben Format übertragen. In diesem Fall ist eine echte Datenkonvertierung durch die de­ zentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2 nicht notwendig, sondern es erfolgt eine Weiterleitung der Daten in unveränderter Form, was einem sogenannten Durchschalten der Daten entspricht. Davon unbetroffen ist die Möglichkeit, dass die dezentrale Ein- /Ausgabe-Baugruppe 2 die Daten in beliebiger Art und Weise bearbeitet und/oder verarbeitet, insbesondere den Daten einen Zeitstempel oder ähnliches hinzufügt, ohne das Datenformat selbst zu verändern und/oder es in ein anderes Format zu kon­ vertieren, falls dies für einen ordnungsgemäßes Funktionieren des Automatisierungssystem notwendig ist. Direkt an das Da­ tennetz 1 angeschlossenen Datenleitungen, wie beispielsweise die Datenleitungen 12, 13 und 15 übertragen Daten im selben Datenformat wie das Datennetz 1 selbst. Das verwendete Daten­ netz 1 arbeitet getaktet und der Austausch von Daten über das Datennetz 1 erfolgt synchron im verwendeten Kommunikations­ takt. Eine erstmalige Synchronisierung aller angeschlossenen Teilnehmer auf den verwendeten Takt erfolgt beispielsweise beim Hochfahren des Systems. Um den taktsynchronen Datenaus­ tausch zu gewährleisten, erfolgt eine permanente Resynchroni­ sation der Teilnehmer während des laufenden Betriebs. Selbst­ verständlich ist es aber auch möglich, dass Teilnehmer, die im laufenden Betrieb an das Datennetz 1 angeschlossen werden, sich auf den verwendeten Kommunikationstakt synchronisieren können. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit den zu ver­ wendenden Kommunikationstakt je nach Bedarf und/oder Anwen­ dung zumindest beim Hochfahren des Systems einmal einstellen zu können. Dabei hat es sich erfahrungsgemäss als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Dauer eines Kommunikati­ onstakts zwischen 10 µs und 10 ms beträgt. In diesem Ausfüh­ rungsbeispiel sind als Teilnehmer zu steuernde Geräte, bei­ spielsweise Antriebe 4, 5 und 6 sowie dezentrale Ein- /Ausgabe-Baugruppen 2, 3, ein Projektierungsgerät 7, eine Kontrolleinheit 8, die sowohl als Taktschläger für den Kommu­ nikationstakt als auch als Master der Relativuhr 9 ausgeprägt und mit entsprechenden Mitteln ausgestattet ist, und ein Be­ diengerät 10, das hier beispielsweise als Rechner mit Tasta­ tur und Maus ausgeprägt ist, dargestellt. Selbstverständlich sind als Teilnehmer jedwede andere Art von Automatisierungs­ komponenten bzw. Geräten denkbar. Auch Anzahl und/oder Loka­ lisierung der betreffenden Teilnehmer sind hier nur beispielhaft angegeben. Alle dargestellten Teilnehmer sind bereits auf die von der Relativuhr 9 vorgegebene Relativzeit 16 syn­ chronisiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Rela­ tivzeit 16 nur beim Projektierungsgerät 7 bezeichnet worden. Im offenbarten Ausführungsbeispiel kann ein Ereignis an einem zu steuernden Gerät, beispielsweise eine Istwerterfassung am beispielsweise analogen Antrieb 6 über einen, in diesen in­ tegrierten, der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Sensor und/oder Aktor vorgenommen werden, diese Istwerte mit­ tels der Datenleitung 14 an die dezentrale Ein-/Ausgabe- Baugruppe 2 übergeben, dort taktsynchron erfasst und in ein entsprechendes für das Datennetz 1 kompatibles Datenformat umgewandelt werden. Die auf diese Weise konvertierten Daten werden dann synchron zum verwendeten Kommunikationstakt des Kommunikationssystems über die Datenleitung 13, das Datennetz 1, beispielsweise ein Ethernet-Bussystem, und die Datenlei­ tung 12 an die Kontrolleinheit 8 weitergeleitet. Die Kon­ trolleinheit 8 ist beispielsweise als eine speicherprogram­ mierbare Steuerung (SPS) oder eine sonstige beliebige Steue­ rungs- bzw. Regelungseinheit ausgeprägt, die Daten, bei­ spielsweise Istwerte, von allen an das Datennetz 1 ange­ schlossenen Teilnehmern empfangen und auswerten, und/oder Da­ ten, beispielsweise Sollwerte an alle Teilnehmer senden kann. So verarbeitet die Kontrolleinheit 8 beispielsweise die von der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2 taktsynchron gesen­ deten Istwerte des Antriebs 6, berechnet auf Basis dieser Istwerte entsprechende Sollwerte und sendet diese Sollwerte ebenfalls taktsynchron über die Datenleitung 12, das Daten­ netz 1 und die Datenleitung 13 an die dezentrale Ein- /Ausgabe-Baugruppe 2 zurück. Diese wandelt die empfangenen Sollwerte in für den Antrieb 6 interpretierbare Signale um und leitet sie über die Datenleitung 14 synchron zum verwen­ deten Kommunikationstakt an den Antrieb 6 weiter, der die empfangenen Sollwerte mittels eines, der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten, integrierten Aktors, beispielswei­ se als Steuerbefehle interpretiert und umsetzt. Derselbe Me­ chanismus kann analog auf einen, der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Prozess übertragen werden, der beispiels­ weise an die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe 3 angeschlos­ sen ist.

Mittels eines Bediengeräts 10 über die Datenleitung 11 kann beispielsweise auch manuell auf die Kontrolleinheit 8 zuge­ griffen werden und dadurch auf die entsprechenden Regelungs- und Steuerungsmechanismen der Kontrolleinheit 8 Einfluss ge­ nommen werden. Das Projektierungsgerät 7 und die Kontrollein­ heit 8 sind dabei als Master-Geräte ausgeprägt, da sie unmit­ telbaren Einfluss auf die Steuerung des Kommunikationssystems und der anderen angeschlossenen Teilnehmer ausüben können. Analog werden dabei die anderen Teilnehmer, beispielsweise Antriebe 4, 5 und 6 sowie die dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppen 2 und 3 als Slave-Geräte bezeichnet, da sie ent­ sprechend von den Master-Geräten 7 und 8 ausgesteuert werden. Es ist dabei ohne weiteres möglich, wie aus dem Ausführungs­ beispiel ersichtlich ist, dass auch Automatisierungskomponen­ ten wie beispielsweise die Antriebe 4 und 5 ohne eine zwi­ schengeschaltete dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe direkt an das Datennetz 1 angeschlossen werden können. Aus Gründen der übersichtlichen Darstellung wurde darauf verzichtet, den An­ schluss weiterer zu steuernder Geräte an die dezentrale Ein- /Ausgabe-Baugruppe 3 darzustellen. Auch die dargestellten An­ triebe 4, 5 und 6 sind beispielhaft für beliebige Automati­ sierungskomponenten, insbesondere Feldgeräte, zu steuernde Geräte oder Maschinen, zu sehen.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist darüber hinaus ei­ ne Kontrolleinheit 8 auf, die unter anderem als Taktschläger für den verwendeten Kommunikations-/Synchronisationstakt und als Master der Relativuhr 9 ausgeprägt ist. Die in die Kon­ trolleinheit 8 integrierte Relativuhr 9 kann dabei beispiels­ weise hardware- oder softwaremäßig realisiert sein. Die Rela­ tivuhr 9 gibt eine systemweit gültige, eindeutige Relativzeit 16 vor, die sich aus zwei Teilen zusammensetzt, wobei der erste Teil den aktuellen Kommunikationszyklus charakterisiert und der zweite Teil den Zeitpunkt innerhalb des aktuellen Kommunikationszyklus bestimmt. Dadurch ist jeder beliebige Kommunikationszyklus und darüber hinaus jeder Zeitpunkt in­ nerhalb eines beliebigen Kommunikationszyklusses exakt be­ stimmbar ist, wodurch die zeitliche Genauigkeit beim Erfassen und Registrieren bzw. beim Schalten von Ereignissen oder bei beliebigen Steuer- und Regelungsvorgängen außerordentlich verbessert wird. Die Genauigkeit der Relativuhr 9 kann von der Kontrolleinheit 8 je nach Anwendung in einem Bereich zwi­ schen der Dauer eines Kommunikationszyklus und 1 µs einge­ stellt werden. Die Relativzeit 16 kann durch eine digitali­ sierte Zahl oder eine absolute Zeiteinheit, die sich aus der Dauer des Kommunikationstakts ableitet, dargestellt werden.

Bei dem gezeigten taktsynchronen Kommunikationssystem wird allen Teilnehmern der Beginn jedes neuen Kommunikationszyklus beispielsweise durch die Übertragung eines speziellen Daten­ pakets, wie z. B. einem sogenannten global control-Datenpaket, unmittelbar angezeigt. Zusammen mit der Information über die Länge eines Kommunikationstakts, die wenigstens beim Hochfah­ ren des Systems festgelegt und an alle Teilnehmer verteilt wird, können sich alle Teilnehmer auf den verwendeten Takt synchronisieren. Diese Informationen werden dabei von der Kontrolleinheit 8 als Taktschläger an alle Teilnehmer des Kommunikationssystems übermittelt. Dieser Übertragungsmecha­ nismus wird von der Kontrolleinheit 8 ebenfalls benutzt, um die aktuelle Relativzeit 16 der Relativuhr 9 an alle ange­ schlossenen Teilnehmer zu verteilen. Diese systemweit gelten­ de, eindeutige Relativuhr 9 und damit die Relativzeit 16 bleibt deshalb bis zum Herunterfahren des Systems für alle Teilnehmer gültig. Die Kontrolleinheit 8 sorgt darüber hinaus permanent dafür, dass alle Teilnehmer bis zum Herunterfahren des Systems auf diese Relativuhr 9 und damit die Relativzeit 16 synchronisiert bleiben. Dadurch wird gewährleistet, dass für alle Teilnehmer während der Laufzeit des Systems stets die selbe Relativzeit 16 gilt, wodurch insbesondere die Gleichzeitigkeit von Ereignissen im Rahmen der vorgegebenen zeitlichen Auflösung der Relativzeit 16 gewährleistet ist. Dadurch wird der Einfluss von teilnehmerspezifischen Totzei­ ten erheblich reduziert.

In Fig. 2 ist die prinzipielle Arbeitsweise in einem synchro­ nen, getakteten Kommunikationssystem mit Relativuhr im Be­ reich verteilter Automatisierungssysteme unter Verwendung ei­ nes Stempels dargestellt. Zur Verdeutlichung sind beispiel­ haft drei aufeinanderfolgende Kommunikationszyklen, Kommuni­ kationszyklus m 34, Kommunikationszyklus m + 1 35 und Kommuni­ kationszyklus m + 2 36 sowie ein weiterer, zu einem späteren Zeitpunkt auftretender, aber nicht unmittelbar anschließender Kommunikationszyklus m + x 37 dargestellt. Weiterhin ist die prinzipielle Arbeitsweise zwischen Eintritt eines Eingangser­ eignisses 18 und dem entsprechenden Ausgabeereignis 32 in vier Ebenen unterteilt, nämlich in eine Kontrolleinheitenebe­ ne 38, eine Datennetzebene 39, eine Automatisierungskomponen­ tenebene 40 und eine Prozessschnittstellenebene 41. Als zur Kontrolleinheitenebene 38 zugehörige Teilnehmer sind Master- Geräte, wie z. B. Kontrolleinheit 8 zu nennen, während zur Au­ tomatisierungskomponentenebene 40 Automatisierungskomponen­ ten, wie beispielsweise die dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppen 2, 3, die digitalen Antriebe 4, 5, 6 oder sonstige Feld- und/oder Peripheriegeräte, gehören. Die Datennetzebene 39 kennzeichnet die Verbindung zwischen den beiden genannten Ebenen 38 und 40 durch das Datennetz 1 und die Prozess­ schnittstellenebene 41 kennzeichnet den Durchgriff der auf der Ebene 40 befindlichen Automatisierungskomponenten auf die darunter liegenden Prozesse und/oder Prozesskomponenten. So handelt es sich beim Eingangsereignis 18 bei Antrieben bei­ spielsweise um die Erfassung von Geberistwerten, bei dezen­ tralen Ein-/Ausgabebaugruppen um die Erfassung z. B. von Ist­ werten der nachfolgend angeschlossenen Sensorik. Beim Ausga­ beereignis 32 handelt es sich bei Antrieben z. B. um die Soll­ wertausgabe an die entsprechenden angeschlossenen Leistungs­ teile, bei den dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppen z. B. um die Sollwertausgabe an die entsprechende angeschlossene Akto­ rik.

Die dargestellte Arbeitsweise kennzeichnet den eingeschwunge­ nen Zustand des gezeigten Kommunikationssystems, d. h. alle Teilnehmer, insbesondere die Geräte auf der Automatisierungs­ komponentenebene 40, beispielsweise die dezentralen Ein- /Ausgabe-Baugruppen 2 und 3, sind sowohl auf den Kommunikati­ onstakt des Datennetzes 1, als auch auf die systemweit gel­ tende Relativuhr 9 und damit auf die Relativzeit 16 synchro­ nisiert. Die Synchronisierung der Teilnehmer auf den verwen­ deten Kommunikationstakt sowie auf die Relativuhr 9 erfolgt bereits beim Hochfahren des Systems.

Den einzelnen Teilnehmern des Kommunikationssystems, insbe­ sondere den dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppen 2 und 3, ist deshalb die Länge eines Kommunikationszyklus und damit insbe­ sondere die Länge der Kommunikationszyklen m 34, m + 1 35, m + 2 36 sowie m + x 37 bekannt. Die Synchronisierung der Teilnehmer auf den verwendeten Kommunikationstakt erfolgt durch das so­ genannte global control-Datenpaket 23, das jeweils den Anfang des nächsten Kommunikationszyklus unmittelbar anzeigt und deshalb rechtzeitig an alle Teilnehmer gesendet wird. Dieses Datenpaket 23 wird beim Hochfahren des Systems von den Teil­ nehmern ausgewertet, wodurch sich diese auf den Kommunikati­ onstakt des Kommunikationssystems aufsynchronisieren können. Um eine Überschneidung bei der Datenübertragung von einem Kommunikationszyklus in den folgenden zu verhindern und ein präzises Auswerten des Datenpakets 23 und somit die zweifels­ freie Signalisierung des jeweiligen Beginns des unmittelbar anschließenden Kommunikationszyklus zu gewährleisten, werden unmittelbar vor dem Senden des global control-Datenpakets 23 für eine diskrete Zeit keine Daten gesendet. Dies wird als aktives Warten bezeichnet, angedeutet durch die Reserve 17. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Reserve 17 nur ein­ mal bezeichnet. Während des laufenden Betriebs zeigt das glo­ bal control-Datenpaket 23 selbstverständlich immer unmittelbar den Anfang des nächsten Kommunikationszyklus an und ist damit den Teilnehmern des Kommunikationssystems bekannt.

Auf Basis des in Fig. 1 offenbarten Mechanismus der Verwendung einer systemweit geltenden Relativuhr 9 wird beispielsweise von der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2 unter Verwendung der Relativzeit 16 ein Stempel 20 generiert, der aus der zu einem Eingangsereignis 18 zugehörigen aktuellen Relativzeit 16 und der Art des Eingangsereignisses 18 selbst, beispiels­ weise positive oder negative Schaltflanke, besteht. Der erste Teil der Relativzeit 9 kennzeichnet dabei den aktuellen Kom­ munikationszyklus, beispielsweise den Kommunikationszyklus m 34, in dem die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2 die Sig­ nalerfassung 19 eines Eingangsereignisses 18 eines zu steu­ ernden Geräts an ihrem Eingang durchführt und der zweite Teil präzisiert den Zeitpunkt der Signalerfassung 19 relativ zum Anfang oder zum Ende innerhalb des aktuellen Kommunikations­ zyklus, beispielsweise des Kommunikationszyklus m 34. Dieser so generierte Stempel 18 wird auf der Automatisierungskompo­ nentenebene 40, beispielsweise von der dezentralen Ein- /Ausgabe-Baugruppe 2 bei der Signalerfassung 19 des Eingangs­ ereignisses 18 oder der Signalkonvertierung 21 den Daten hin­ zugefügt, sodass der Erfassungszeitpunkt und Art des Schalt­ ereignisses dieser Daten in der dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppe 2 exakt protokolliert und beim Weiterleiten Be­ standteil der Daten ist. Der Stempel 20 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einmal bezeichnet. Die Datenweiterlei­ tung 22 auf der Datennetzebene 39, durch das Datenpaket 24 angedeutet, wird anschließend beispielsweise mit Beginn des nächsten Kommunikationszyklus m + 1 35 fortgesetzt. Der unmit­ telbare Anfang des nächsten Kommunikationszyklus m + 1 35 wird dabei durch Übertragung des global control-Datenpakets 23 al­ len Teilnehmern mitgeteilt. Aus Gründen der übersichtlichen Darstellung ist auf der Datennetzebene 39 das Datenpaket 24, das grau markierte global control-Datenpaket 23 sowie die Re­ serve 23 jeweils nur einmal bezeichnet worden. Die unter­ schiedliche Länge der nicht bezeichneten Datenpakete hat dabei keine besondere Bedeutung, es verdeutlicht nur, dass die Länge der einzelnen Datenpakete inhaltsabhängig und damit va­ riabel ist. Innerhalb des Kommunikationszyklus m + 1 35 erfolgt nun die Datenübergabe 25 der weitergeleiteten Daten mit Stem­ pel 20 von der Datennetzebene 39 an die Kontrolleinheitenebe­ ne 38 beispielsweise an die Kontrolleinheit 8, von der die Datenverarbeitung 26 durchgeführt wird. Dabei wird von der Kontrolleinheit 8 sowohl der Stempel 20 als auch der Inhalt der Daten ausgewertet. Darauf basierend berechnet die Kon­ trolleinheit 8 Antwortdaten und in Abhängigkeit des Inhalts des Stempels 20 den erforderlichen Zeitpunkt für die zukünf­ tige Ausgabe der Antwortdaten an das entsprechende zu steu­ ernde Gerät am Ausgang beispielsweise der dezentralen Ein- /Ausgabe-Baugruppe 2, und die Art des Ausgabeereignisses, beispielsweise positive oder negative Schaltflanke, etc., mit der geschaltet werden soll. Die berechneten Antwortdaten, die für das zu steuernde Gerät bestimmt sind, werden vor der Ü­ bertragung an die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe von der Kontrolleinheit 8 mit einem Stempel 27, der aus der berechne­ ten Relativzeit, bezogen auf den erforderlichen, geplanten Zeitpunkt der Signalausgabe und dem Ausgabe-Schaltereignis besteht, versehen, sodass der Stempel 27 beim Weiterleiten Bestandteil der Antwortdaten ist. Dabei besteht der Teil des Stempels 27, der die Relativzeit charakterisiert wiederum aus zwei Teilen. Der eine Teil kennzeichnet dabei den Kommunika­ tionszyklus, beispielsweise den Kommunikationszyklus m + x 37, in dem die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2 die Signalaus­ gabe 31 eines Ausgangsereignisses 32 an ein zu steuerndes Ge­ rät an ihrem Ausgang durchführen soll und der andere Teil präzisiert den Ausgabezeitpunkt der Signalausgabe 31 inner­ halb dieses so bestimmten Kommunikationszyklus, beispielswei­ se des Kommunikationszyklus m + x 37. Der Stempel 27 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einmal bezeichnet. Von der Kontrolleinheitenebene 38 aus, beispielsweise von der Kontol­ leinheit 8, erfolgt die Datenübergabe 28 der berechneten Ant­ wortdaten mit dem Stempel 27 beispielsweise zum Beginn des nächsten Kommunikationszyklus m + 2 36 an die Datennetzebene 39. Auch diese Datenübergabe 28 erfolgt synchron zum Kommuni­ kationstakt und kann in jedem Kommunikationszyklus durchge­ führt werden. Von der Datennetzebene 39 erfolgt eine Daten­ übermittlung 29 beispielsweise noch innerhalb des Kommunika­ tionszyklus m + 2 36 an die Automatisierungskomponentenebene 40, beispielsweise an die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2, die den Stempel 27, mit dem die empfangenen Daten versehen sind, auswertet. Je nach Ergebnis der Auswertung des Stempels 27, insbesondere des Teils, der den Zeitpunkt der Ausgabe der Daten bezeichnet, werden die Daten von der dezentralen Ein- /Ausgabe-Baugruppe 2 zwischengespeichert und erst bei Ein­ tritt der entsprechenden Relativzeit 16, beispielsweise im Kommunikationszyklus m + x 37 erfolgt die entsprechende Signal­ ausgabe 31 zum vorgesehenen Zeitpunkt, beispielsweise Schal­ tung von Sollwerten am Ausgang der dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppe 2 mit dem im Stempel 27 vorgesehenen Schaltereig­ nis, an das zu steuernde Gerät mit dem Ausgabeereignis 32. Die vorher notwendige Datenkonvertierung 30 der erhaltenen Daten in für das zu steuernde Gerät interpretierbare Signale, kann dabei zu einem beliebigen Zeitpunkt zwischen Datenüber­ mittlung 29 im Kommunikationszyklus m + 2 36 und der Signalaus­ gabe 31 im Kommunikationszyklus m + x 37 von der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe 2 durchgeführt werden.

Somit kann abhängig vom Zeitpunkt der Registrierung eines Eintrittsereignisses 18 am Eingang einer dezentralen Ein- /Ausgabe-Baugruppe das Schalten eines Ausgabeereignisses 32 am Ausgang der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe durch Ver­ wendung einer systemweit geltenden Relativuhr 9 exakt geplant und mit einer ausserordentlichen zeitlichen Präzision durch­ geführt werden, was im Bereich Antriebstechnik in verteilten Automatisierungssystemen, beispielsweise für das Schalten von Nocken, etc. außerordentlich vorteilhaft ist. Der zeitliche Abstand 33 zwischen Eingangsereignis 18 und Ausgabeereignis 32 ist also für jede beliebige Situation im geschilderten An­ wendungsbereich individuell mit jeweils der selben hohen zeitlichen Genauigkeit einstellbar und erreichbar, wodurch die Abhängigkeit von Totzeiten von betroffenen Teilnehmern des Kommmunikationssystems sehr stark reduziert wird. Darüber hinaus können dadurch applikative Ereignissequenzen reali­ siert werden, die insbesondere bei Holzbearbeitungsmaschinen beispielsweise bei der Herstellung von Möbelbrettern von her­ ausragender Bedeutung sind. Hier müssen beispielsweise abhän­ gig von der Erfassung von Holzvorder- oder Rückkanten Aggre­ gate für das Aufbringen oder Abschneiden von Umleimern mit hoher zeitlicher Präzision geschaltet werden.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein synchrones, getak­ tetes Kommunikationssystem, beispielsweise ein verteiltes Au­ tomatisierungssystem, dessen Teilnehmer, beliebige Automati­ sierungskomponenten sein können, und die über ein Datennetz 1 zwecks gegenseitigen Datenaustauschs miteinander gekoppelt sind. Als Datennetz 1 des Kommunikationssystems sind dabei alle möglichen Bussysteme wie z. B. Feldbus, Profibus, Ether­ net, Industrial Ethernet, etc. denkbar. Ein Teilnehmer dieses Kommunikationssystems ist als Taktschläger ausgezeichnet und sorgt für die Verteilung und Einhaltung des verwendeten Kom­ munikationstakts an alle Teilnehmer und von allen Teilneh­ mern. Über denselben Mechanismus kann der Taktschläger auch eine Relativuhr 9 im ganzen Kommunikationssystem bei allen Teilnehmern einführen. Dieser Teilnehmer ist damit ebenfalls Master über die Relativuhr 9 bzw. die geltende Relativzeit 16. Alle Teilnehmer des Kommunikationssystems sind daher per­ manent auf die systemweit geltende Relativuhr 9 mit der gül­ tigen Relativzeit 16 synchronisiert und haben deshalb zu je­ der Zeit dasselbe Zeitverständnis. Die Realisierung von ap­ plikativen Sequenzen, Synchronisierung von gleichzeitig ein­ tretenden Ereignissen, zeitliche Genauigkeit bei der Erfas­ sung von Ereignissen bzw. Schalten von Ausgängen wird dadurch deutlich verbessert bzw. erst ermöglicht.

Claims (34)

1. Verfahren zum Aufbau eines synchronen, getakteten Kommuni­ kationssystems mit Äquidistanzeigenschaften im Bereich indus­ trieller Anlagen zwischen wenigstens zwei Teilnehmern, insbe­ sondere Automatisierungskomponenten, und wenigstens einem Da­ tennetz (1), dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere beim Hochfahren des Systems eine systemweit geltende, eindeutige Relativuhr (9) eingeführt wird und alle an das Datennetz (1) angeschlossenen Teilnehmer wenigstens einmal auf die, durch die Relativuhr (9) bestimmte Relativ­ zeit (16) synchronisiert werden, wobei die Relativzeit (16) über das Datennetz (1) an alle Teilnehmer übertragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als Teilnehmer des Kommunikationssystems wenigstens eine Kontrolleinheit (8), wenigstens eine zu steuernde Einheit, und wenigstens eine dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3), die als Schnittstelle zwischen dem Datennetz (1) und der zu steuernden Einheit bidirektional den Austausch von Signalen zwischen der zu steuernden Einheit und der Kontrolleinheit (8) mittels des Datennetzes (1) vornimmt, an das Datennetz (1) angeschlossen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Relativuhr (9) systemweit eingeführte, eindeutige Relativzeit (16) sich aus zwei Teilen zusammen­ setzt, wobei der erste Teil den aktuellen Kommunikationszyk­ lus charakterisiert und der zweite Teil den Zeitpunkt inner­ halb des aktuellen Kommunikationszyklus des Kommunikations­ systems bestimmt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationszyklus durch eine digitalisierte Zahl oder eine absolute Zeiteinheit, die sich aus der Dauer des Kommunikationszyklus ableitet, dargestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit der Relativuhr (9) in einem Bereich zwi­ schen der Dauer eines Kommunikationstakts und 1 µs einstellbar ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die systemweit geltende, eindeutige Relativuhr (9) und damit die Relativzeit (16) bis zum Herunterfahren des Systems für alle Teilnehmer gültig bleibt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Teilnehmer bis zum Herunterfahren des Systems auf die systemweit geltende, eindeutige Relativuhr (9) und damit die Relativzeit (16) synchronisiert bleiben.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Kommunikationstakts einstellbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Kommunikationstakts zwischen 10 µs und 10 ms beträgt.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Kommunikationstakts wenigstens einmal beim Hochfahren des Systems festgelegt wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Signale eines zu steuernden Geräts bei deren Registrie­ rung und Erfassung am Eingang einer dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppe (2, 3) von der Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) mit einem Stempel (20) versehen werden, der sich aus der zu die­ sem Zeitpunkt aktuellen Relativzeit (16) und dem Erfassungs- Schaltereignis zusammensetzt, in ein für das Datennetz (1) kompatibles Datenformat umgewandelt, die Daten mit diesem Stempel (20) über das Datennetz (1) an die Kontrolleinheit (8) weitergeleitet, dort ausgewertet und verarbeitet werden, wobei die Relativzeit (16) als Teil des Stempels (20) aus zwei Teilen besteht, wobei der eine Teil den Kommunikations­ zyklus des Kommunikationssystems bestimmt, in welchem die Re­ gistrierung und Signalerfassung erfolgt ist und der andere Teil den Zeitpunkt relativ zum Anfang oder zum Ende des Kom­ munikationszyklus des Kommunikationssystems bestimmt, in wel­ chem die Registrierung und Signalerfassung erfolgt ist.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Daten, die für das zu steuernde Gerät bestimmt sind, vor der Übertragung an die dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) von der Kontrolleinheit (8) mit einem Stempel (27) verse­ hen werden, der sich aus einer Relativzeit (16), bezogen auf den Zeitpunkt der geplanten Signalausgabe und einem Ausgabe- Schaltereignis zusammensetzt, und die Daten mit diesem Stem­ pel (27) über das Datennetz (1) an die Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) übertragen werden, wobei die Relativzeit (16) als Teil des Stempels (27) aus zwei Teilen besteht, wobei der eine Teil den Kommunikationszyklus des Kommunikationssystems be­ stimmt in dem die Signalausgabe erfolgen soll und der andere Teil den Zeitpunkt relativ zum Anfang oder zum Ende des Kom­ munikationszyklus des Kommunikationssystems bestimmt, in wel­ chem die Signalausgabe erfolgen soll.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Daten, die mit einem Stempel (27), der sich auf die ge­ plante Signalausgabe bezieht, versehen und für das zu steu­ ernde Gerät bestimmt sind, von der dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppe (2, 3) in für das zu steuernde Gerät interpretier­ bare Signale umgewandelt und zu dem Zeitpunkt, der durch den übertragenen Stempel vorgegeben ist, am Ausgang der dezentra­ len Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) gemäss des vorgegebenen Schaltereignisses geschaltet und an das zu steuernde Gerät ausgegeben werden.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung und Weiterleitung von Signalen an ein zu steuerndes Gerät am Ausgang einer dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppe (2, 3) in zeitlich einstellbarer, definierter Ab­ hängigkeit relativ zum Zeitpunkt der Registrierung und Erfas­ sung von Signalen eines zu steuernden Geräts am Eingang einer dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) erfolgt.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Daten die von einem oder mehreren Teilnehmern des Kommu­ nikationssystems bis zum Herunterfahren des Systems gespei­ chert werden, zusammen mit der jeweils aktuellen Relativzeit (16) des Systems gespeichert werden und die gemeinsame Aus­ wertung und/oder Darstellung der so aufgezeichneten Daten auf Basis der jeweils gespeicherten Relativzeit (16) des Systems erfolgt.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Teilnehmer des Kommunikationssystems, insbesondere Automatisierungskomponenten, die die Relativuhr (9) unterstützen, Kenndaten zur Verfügung stellen, die von wenigstens einer Kontrolleinheit (8) über das Datennetz (1) abgerufen und ausgewertet werden können, wobei die Kenndaten wenigstens den Support der Relativuhr (9), und/oder die mögliche einstellbare Genauigkeit und/oder wenigstens eine Ein­ stellmöglichkeit der Relativuhr (9) und/oder den Support we­ nigstens eines Mechanismus, der sich aus dem Einsatz einer Relativuhr (9) in einem Kommunikationssystem ableitet, ent­ halten.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Teilnehmer des Kommunikationssystems, insbesondere Automatisierungskomponenten, die Erfassung von Ereignissen basierend auf der Relativuhr (9) nur in bestimm­ ten Arbeitsphasen und/oder zu bestimmten Zeitpunkten durch­ führen können.

18. Synchrones, getaktetes Kommunikationssystem mit Äqui­ distanzeigenschaften im Bereich industrieller Anlagen zwi­ schen wenigstens zwei Teilnehmern, insbesondere Automatisie­ rungskomponenten und wenigstens einem Datennetz (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das insbesondere beim Hochfahren des Systems eine systemweit geltende, eindeutige Relativuhr (9) einführt und alle oder eine Untermenge der angeschlossenen Teilnehmer wenigstens einmal auf die, durch die Relativuhr (9) bestimmte Relativ­ zeit (16) synchronisiert, wobei die Relativzeit (16) über das Datennetz (1) an alle Teilnehmer übertragen wird.

19. Kommunikationssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem als Teilnehmer wenigstens eine Kontrolleinheit (8), wenigstens ein zu steuerndes Gerät und wenigstens eine dezentrale Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3), die als Schnittstelle zwischen dem Datennetz (1) und dem zu steu­ ernden Gerät bidirektional den Austausch von Signalen zwi­ schen dem zu steuernden Gerät und der Kontrolleinheit (8) mittels des Datennetzes (1) vornimmt, aufweist.

20. Kommunikationssystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das dafür sorgt, dass die durch die Relativuhr (9) systemweit eingeführte, eindeutige Relativzeit (16) sich aus zwei Teilen zusammensetzt, wobei der erste Teil den aktuellen Kommunika­ tionszyklus charakterisiert und der zweite Teil den Zeitpunkt innerhalb des aktuellen Kommunikationszyklus des Kommunikati­ onssystems bestimmt.

21. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das dafür sorgt, dass der Kommunikationszyklus durch eine di­ gitalisierte Zahl oder eine absolute Zeiteinheit, die sich aus der Dauer des Kommunikationszyklus ableitet, dargestellt wird.

22. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das dafür sorgt, dass die Genauigkeit der Relativuhr (9) in einem Bereich zwischen der Dauer eines Kommunikationstakts und 1 µs eingestellt wird.

23. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das dafür sorgt, dass die systemweit geltende, eindeutige Re­ lativuhr (9) und damit die Relativzeit (16) bis zum Herunter­ fahren des Systems für alle Teilnehmer gültig bleibt.

24. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das die Synchronisierung aller Teilnehmer auf die systemweit geltende, eindeutige Relativuhr (9) und damit die Relativzeit (16) bis zum Herunterfahren des Systems aufrecht erhält.

25. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das die Dauer des Kommunikationstakts einstellt.

26. Kommunikationssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das die Dauer des Kommunikationstakts zwischen 10 µs und 10 ms einstellt.

27. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 26 dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, welches die Dauer eines Kommunikationstakts wenigstens einmal beim Hochfahren des Systems festlegt.

28. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest eine dezentrale Ein-/ Ausgabe-Baugruppe (2, 3) aufweist, die Signale eines zu steu­ ernden Geräts bei deren Registrierung und Erfassung am Ein­ gang der dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) mit einem Stempel (20) versieht, der sich aus der zu diesem Zeitpunkt aktuellen Relativzeit (16) und dem Erfassungs-Schaltereignis zusammensetzt, in ein für das Datennetz (1) kompatibles Da­ tenformat umwandelt und die Daten mit diesem Stempel (20) ü­ ber das Datennetz (1) an die Kontrolleinheit (8) zur Auswer­ tung und weiteren Verarbeitung weiterleitet, wobei die Rela­ tivzeit (16) als Teil des Stempels (20) aus zwei Teilen be­ steht, wobei der eine Teil den Kommunikationszyklus des Kom­ munikationssystems bestimmt, in welchem die Registrierung und Signalerfassung erfolgt ist und der andere Teil den Zeitpunkt relativ zum Anfang oder zum Ende des Kommunikationszyklus des Kommunikationssystems bestimmt, in welchem die Registrierung und Signalerfassung erfolgt ist.

29. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest eine Kontrolleinheit (8) aufweist, die Daten, die für das zu steuernde Gerät be­ stimmt sind, vor der Übertragung an die dezentrale Ein- /Ausgabe-Baugruppe (2, 3) mit einem Stempel (27) versieht, der sich aus einer Relativzeit (16), bezogen auf den Zeit­ punkt der geplanten Signalausgabe und einem Ausgabe- Schaltereignis zusammensetzt, und die Daten mit diesem Stem­ pel (27) über das Datennetz (1) an die dezentrale Ein- /Ausgabe-Baugruppe (2, 3) überträgt, wobei die Relativzeit (16) als Teil des Stempels (27) aus zwei Teilen besteht, wo­ bei der eine Teil den Kommunikationszyklus des Kommunikati­ onssystems bestimmt, in dem die Signalausgabe erfolgen soll und der andere Teil den Zeitpunkt relativ zum Anfang oder zum Ende des Kommunikationszyklus des Kommunikationssystems be­ stimmt, in welchem die Signalausgabe erfolgen soll.

30. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest eine dezentrale Ein-/ Ausgabe-Baugruppe (2, 3) aufweist, die Daten, die mit einem Stempel (27), der sich auf die geplante Signalausgabe be­ zieht, versehen und für das zu steuernde Gerät bestimmt sind, in für das zu steuernde Gerät interpretierbare Signale umwan­ delt und zu dem Zeitpunkt, der durch den übertragenen Stempel vorgegeben ist, am Ausgang der dezentralen Ein-/Ausgabe- Baugruppe (2, 3) gemäss des vorgegebenen Schaltereignisses schaltet und an das zu steuernde Gerät ausgibt.

31. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das dafür sorgt, dass die Schaltung und Weiterleitung von Signalen an ein zu steuerndes Gerät am Ausgang einer dezen­ tralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) in zeitlich einstellba­ rer, definierter Abhängigkeit relativ zum Zeitpunkt der Re­ gistrierung und Erfassung von Signalen eines zu steuernden Geräts am Eingang einer dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppe (2, 3) erfolgt.

32. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest ein Mittel aufweist, das dafür sorgt, dass Daten die von einem oder mehreren Teil­ nehmern des Kommunikationssystems bis zum Herunterfahren des Systems gespeichert werden, zusammen mit der jeweils aktuel­ len Relativzeit (16) des Systems gespeichert werden und die gemeinsame Auswertung und/oder Darstellung der so aufgezeich­ neten Daten auf Basis der jeweils gespeicherten Relativzeit (16) des Systems erfolgt.

33. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest einen Teilnehmer, insbesondere eine Automatisierungskomponente, aufweist, der die Relativuhr (9) unterstützt, und der Kenndaten zur Verfü­ gung stellt, die von wenigstens einer Kontrolleinheit (8) ü­ ber das Datennetz (1) abgerufen und ausgewertet werden kön­ nen, wobei die Kenndaten wenigstens den Support der Relativ­ uhr (9), und/oder die mögliche einstellbare Genauigkeit und/oder wenigstens eine Einstellmöglichkeit der Relativuhr (9) und/oder den Support wenigstens eines Mechanismus, der sich aus dem Einsatz einer Relativuhr (9) in einem Kommunika­ tionssystem ableitet, enthalten.

34. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationssystem zumindest einen Teilnehmer, insbesondere eine Automatisierungskomponente, aufweist, der die Erfassung von Ereignissen basierend auf der Relativuhr (9) nur in bestimmten Arbeitsphasen und/oder zu bestimmten Zeitpunkten durchführen kann.