DE10013541A1 - Process adaptive optimization system for industrial communication system, changes system parameters based on communication system characters measured according to data traffic - Google Patents
Process adaptive optimization system for industrial communication system, changes system parameters based on communication system characters measured according to data trafficInfo
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Abstract
Description
Industrielle Kommunikationssysteme verbinden i. a. eine Vielzahl von Rechnern, Steuerungen, Aktoren und Sensoren zum automatisierten Betrieb von technologischen Prozessen. Zunehmend werden die dezentral im Prozess verteilten Sensoren und Aktoren mit Mikroprozessoren ausgestattet. Infolge dieser dezentralen Datenverarbeitung ergibt sich ein erhöhter Kommunikationsbedarf.Industrial communication systems connect i. a. a variety of computers, Controls, actuators and sensors for the automated operation of technological Processes. The sensors and actuators distributed in the process are becoming increasingly distributed equipped with microprocessors. As a result of this decentralized data processing results there is an increased need for communication.
Technologische Prozesse stellen in ihrem Anforderungsprofil i. a. erhöhte
Anforderungen an industrielle Kommunikationssysteme bezüglich deren
Technological processes generally place increased demands on industrial communication systems with regard to their requirements
- - Sicherheit,- Safety,
- - Zuverlässigkeit,- reliability,
- - Fehlertoleranz,- fault tolerance,
- - Echtzeitfähigkeit,- real-time capability,
- - Störfestigkeit- immunity
- - funktionale und topologische Erweiterbarkeit und- functional and topological expandability and
- - ökonomischem Einsatz.- economical use.
Hieraus ergeben sich gravierende Unterschiede zwischen den industriellen Kommunikationssystemen und Kommunikationssystemen mit Einsatz im telekommunikativen Bereich.This results in serious differences between the industrial ones Communication systems and communication systems used in telecommunications area.
Auswahl und Aufbau industrieller Kommunikationssysteme in einem speziellen technologischen Prozess erfolgen i. a. derart, dass die Erfüllung der mutmaßlich angenommenen, oben beschriebenen Anforderungen soweit wie möglich durchführbar scheint.Selection and construction of industrial communication systems in a special technological process take place i. a. such that the fulfillment of the alleged the requirements described above can be implemented as far as possible seems.
Die für den Betrieb der Kommunikationssysteme entscheidenden Parameter werden bei der Inbetriebnahme fest eingestellt. Parameteränderungen während der Laufzeit sind bei den meisten industriellen Kommunikationssystemen nicht vorgesehen. D. h. bei sich ändernden Anforderungen kann ein optimales Verhalten des Systems nicht mehr gewährleistet werden. Durch sich ändernde Anforderungsprofile während des Betriebes, z. B. infolge sich anbahnender Havarien in den Anlagen, werden die so eingesetzten Kommunikationssysteme zunehmend an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit getrieben. In Extremfällen können diese völlig kollabieren und möglichen Havarien nicht mehr entgegenwirken. The decisive parameters for the operation of the communication systems are at commissioning is permanently set. Parameter changes during the runtime are at not provided in most industrial communication systems. That is, with yourself optimal system behavior can no longer meet changing requirements be guaranteed. Due to changing requirement profiles during operation, e.g. B. As a result of impending breakdowns in the systems, they are used Communication systems are increasingly pushed to the limits of their capabilities. In In extreme cases, these can collapse completely and possible accidents can no longer occur counteract.
Durch diese statische Worst-Case-Parametrierung ist das industrielle Kommunikationssystem während der Laufzeit überdimensioniert. Unerwartet steigende Anforderungen führen dazu, dass das Kommunikationssystem unterdimensioniert ist.This static worst case parameterization makes it industrial Communication system oversized during runtime. Rising unexpectedly Requirements mean that the communication system is undersized.
Auf Parameteränderungen industrieller Kommunikationssysteme während des Betriebes wird derzeit aufgrund der zugrundeliegenden Komplexität und den konkurrierenden Zielen zur Parameterauswahl in fast allen Einsatzfällen verzichtet.On parameter changes in industrial communication systems during operation is currently due to the underlying complexity and competing goals omitted for parameter selection in almost all applications.
Im Bereich der industriellen Kommunikationssysteme existiert ein wichtiges, singuläres Verfahren, welches in Extremfällen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit eingesetzt wird. Dieses Verfahren bezieht sich ausschließlich auf die Erhöhung der Verfügbarkeit eines Kommunikationssystems. Im Fehlerfall wird auf eine redundant vorhandene kommunikationstechnische Ressource während des Betriebes bedarfsgerecht umgeschaltet.There is an important, singular one in the field of industrial communication systems Process that is used in extreme cases to increase reliability. This procedure only relates to increasing the availability of a Communication system. In the event of an error, there is a redundant one communication technology resource switched during operation as required.
In der Druckschrift atp-Automatisierungstechnische Praxis 38 (1996), S. 41 bis 47, wird der Aufbau eines redundanten Kommunikationssystems als Bestandteil eines technologischen Prozesses beschrieben. In der Druckschrift wird nur diese singuläre Maßnahme an einem einzelnen Kommunikationssystem beschrieben. Es existiert kein allgemeingültiger Ansatz.In the publication atp automation automation practice 38 ( 1996 ), pp. 41 to 47, the structure of a redundant communication system is described as part of a technological process. In the publication, only this singular measure is described on a single communication system. There is no general approach.
In der Druckschrift Popp, M.: "PROFIBUS DP" (Hüthig Buch Verlag, Heidelberg. 1998) werden als singuläre Maßnahme redundante Strategien für ein einzelnes Kommunikationssystem erwähnt. Ein allgemeingültiger Ansatz für alle industriellen Kommunikationssysteme existiert in beiden Druckschriften nicht.In the publication Popp, M .: "PROFIBUS DP" (Hüthig Buch Verlag, Heidelberg. 1998) as a singular measure redundant strategies for an individual Communication system mentioned. A general approach for all industrial Communication systems do not exist in either publication.
Singuläre Maßnahmen zur Vermeidung von Datenübertragungsengpässen existieren im Bereich der Telekommunikation und der Weitbereichsnetze, welche reine Rechnernetze darstellen. Diese beziehen sich bei völlig anderen Anforderungsprofilen an Sicherheit, Echtzeitfähigkeit, Ökonomie usw. und Netzauslegungen (kontinentale und interkontinentale Kommunikation) sowie rechentechnischer Ressourcen (Einsatz von z. T. Hochleistungsrechnern) als bei industriellen Kommunikationssystemen hauptsächlich auf das Fehler-, Konfigurations- und Leistungsmanagement. Aus technischen und ökonomischen Gründen lassen sich diese Managementfunktionen, wie im telekommunikativen Bereich üblich, nicht auf industrielle Kommunikationssysteme direkt übertragen.Singular measures to avoid data transmission bottlenecks exist in the Area of telecommunications and wide area networks, which are pure computer networks represent. These relate to completely different security requirement profiles, Real time capability, economy etc. and network designs (continental and intercontinental communication) and computing resources (use of some High-performance computers) than in industrial communication systems fault, configuration and performance management. From technical and For economic reasons, these management functions, as in telecommunications field common, not direct to industrial communication systems transfer.
Es ist aus der DE 195 02 230 C2 ein Verfahren bekannt, welches aus der Beobachtung eines technischen Systems, insbesondere eines Rechnernetzes, die Adaption eines Fuzzy- Reglers vornimmt. Dieses Verfahren beschränkt sich auf einen einzigen Parameter, die Umlaufzeit eines Tokens, in Abhängigkeit von zwei Messwerten, der Ringlatenz und der Last. In dem Verfahren wird die optimale Auslegung eines Fuzzy-Reglers ausschließlich für Rechnernetzwerke beschrieben.A method is known from DE 195 02 230 C2, which results from the observation a technical system, in particular a computer network, the adaptation of a fuzzy Controller. This procedure is limited to a single parameter, the Orbital period of a token, depending on two measured values, the ring latency and the Load. In the process, the optimal design of a fuzzy controller is exclusive described for computer networks.
Die in der Norm EN 50 254 verwendeten Netzwerkmanagement-Ebenen beziehen sich einmal auf die Schichten 1 und 2 des OSI-Modells und einmal auf die Schicht 7. Eine dynamische Anpassung des Netzwerkes ist nicht möglich. Auch in der Norm EN 50170 existieren Netzwerkmanagement-Dienste, die aber keine dynamische Selbstoptimierung vornehmen.The network management levels used in the EN 50 254 standard relate to layers 1 and 2 of the OSI model and to layer 7 . A dynamic adaptation of the network is not possible. Network management services also exist in the EN 50170 standard, but do not perform dynamic self-optimization.
Ein weiteres Verfahren zur Parameteroptimierung wird in der Druckschrift Fiedler, K.: "Zeitverhaltensanalyse serieller Bussysteme mittels Lastmethode" beschrieben. Dieses Verfahren bezieht sich auf eine Optimierung des Parameters Token-Target-Rotation-Time auf der Basis von Simulationsanalysen, nicht aber auf eine Parameteroptimierung während des Betriebes eines industriellen Kommunikationssystems.Another method for parameter optimization is described in the publication Fiedler, K .: "Time behavior analysis of serial bus systems using the load method". This The method relates to an optimization of the parameter Token-Target-Rotation-Time on the basis of simulation analyzes, but not on parameter optimization during the operation of an industrial communication system.
In der Druckschrift Kiefer, J.: "Methodische Partitionierung und Parametrierung von Feldbussen" wird eine Parametrierung von Feldbussystemen vorgenommen. Diese beschränkt sich aber auf eine optimale Parameterauswahl anhand einer Simulation des technologischen Prozesses und des zu erwartenden Verhaltens des Kommunikationssystems. Der in der Druckschrift vorgeschlagene, genetische Algorithmus wird zur Prozesssimulation verwendet, anhand dieser ein einziger Parameter des Kommunikationssystems und dieser auch nur bei der Inbetriebnahme des Kommunikationssystems, nicht aber während des Betriebs, verändert werden kann.In the publication Kiefer, J .: "Methodical partitioning and parameterization of Fieldbuses "a parameterization of fieldbus systems is carried out. This is limited to an optimal selection of parameters based on a simulation of the technological process and the expected behavior of the Communication system. The genetic algorithm proposed in the publication is used for process simulation, based on this a single parameter of the Communication system and this only when commissioning the Communication system, but not during operation.
In der Druckschrift FET '99 Magdeburg, S. 342 bis S. 350, wird von Almeida, L. et al. "A flexible time-triggered communication system based on the controller area network: Experimental results" ein flexibler, zeitgetriggerter Master/Slave-Buszugriff beschrieben. Ob ein Slave in einen Zyklus einzubeziehen ist, wird von einem Planungsrechner zuvor berechnet und durch das Senden eines spezifischen Master-Aufrufes werden die betroffenen Slaves über diese Erlaubnis des Buszugriffes in Kenntnis gesetzt. Dies betrifft nur einen spezifischen Parameter - die Sendeerlaubnis der Slaves. In der vorliegenden Erfindung werden dagegen prozessadaptiv mehrere Parameter verändert. In the publication FET '99 Magdeburg, p. 342 to p. 350, Almeida, L. et al. "A flexible time-triggered communication system based on the controller area network: Experimental results "describes a flexible, time-triggered master / slave bus access. A planning computer determines beforehand whether a slave is to be included in a cycle are calculated and by sending a specific master call the affected slaves informed about this permission to access the bus. this concerns only one specific parameter - the sending permission of the slaves. In the present In contrast, according to the invention, several parameters are changed in a process-adaptive manner.
In der internationalen Norm ISO 11898 sind die Schichten 1 und 2 des OSI- Schichtenmodells normiert. Der Aufbau und der Einsatz von Diensten zur Initialisierung und dynamischen Adaption obliegt dem Anwender des Kommunikationssystems. Der Standard CANopen basiert auf der Norm ISO 11898 und nennt 3 denkbare, während der Laufzeit einstellbare Parameter: den Identifier, die Pausenzeit von Nachrichten und den Betriebszustand der angeschlossenen Teilnehmer. Es existieren hierzu jedoch keine Verfahren zur prozessadaptiven Veränderung dieser Parameter im Sinne des vorliegenden erfindungsgemäßen Regelsystems.Layers 1 and 2 of the OSI layer model are standardized in the international standard ISO 11898. The user of the communication system is responsible for setting up and using services for initialization and dynamic adaptation. The CANopen standard is based on the ISO 11898 standard and names 3 conceivable parameters that can be set during runtime: the identifier, the pause time of messages and the operating status of the connected participants. However, there are no methods for the process-adaptive change of these parameters in the sense of the present control system according to the invention.
Das vorbeschriebene Verfahren der redundanten Auslegung eines industriellen Kommunikationssystems für den Extremfall des Ausfalls einer Ressource initiierte die Suche nach Lösungen, die Konfigurationsmaßnahmen nicht nur im oben genannten Extremfall des Ausfalls einer Ressource ermöglichen, sondern eine multifunktionale Regelung und Optimierung von industriellen Kommunikationssystemen für zahlreiche weitere, kritische oder nicht optimale Datenverkehrssituationen bereitstellen. Dabei galt es, ein neuartiges Regelsystem (1) für industrielle Kommunikationssysteme (2) mit einer Vielzahl neuer, über das o. g. Verfahren weit hinausgehender, weiterer Eingriffsmöglichkeiten zu entwickeln und zu optimieren.The previously described process of redundant design of an industrial communication system for the extreme case of a resource failure initiated the search for solutions that not only allow configuration measures in the extreme case of a resource failure, but also a multifunctional control and optimization of industrial communication systems for numerous other critical ones or provide less than optimal traffic situations. The task was to develop and optimize a new type of control system ( 1 ) for industrial communication systems ( 2 ) with a variety of new intervention options that go far beyond the above-mentioned procedure.
Dieses Regelsystem (1) sollte eine dynamische Anpassung industrieller Kommunikationssysteme (2) an das betriebsbedingt schwankende Anforderungsprofil (siehe oben) selbsttätig vornehmen, womit dem Anforderungsprofil in einem größeren Umfang Rechnung getragen werden kann. Daher wird das Kommunikationssystem als zu steuernder Prozess in dem Verfahren angesehen.This control system ( 1 ) should automatically adapt industrial communication systems ( 2 ) to the operationally fluctuating requirement profile (see above), which means that the requirement profile can be taken into account to a greater extent. The communication system is therefore regarded as a process to be controlled in the method.
Das erfindungsgemäße Verfahren der dynamischen Selbstoptimierung wurde an die eingeschränkte Rechenleistung der an industrielle Kommunikationssysteme (2) angeschlossenen Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) angepasst und nicht für den Einsatz in telekommunikativen Rechnernetzwerken entwickelt. Von der in den Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) eingeschränkt vorhandenen Rechenleistung wird aufgrund der zentralen Steuerung der dynamischen Selbstoptimierung nur ein geringer Teil für die Parameteränderung benötigt. Durch die Benutzung der in den Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) vorhandenen rechentechnischen Ressourcen kann eine Selbstoptimierung kostengünstig erreicht werden.The dynamic self-optimization method according to the invention was adapted to the limited computing power of the communication participants ( 19 .... 24 ) connected to industrial communication systems ( 2 ) and was not developed for use in telecommunications computer networks. Due to the central control of the dynamic self-optimization, only a small part of the computing power available in the communication participants ( 19... 24 ) is required for the parameter change. Self-optimization can be achieved inexpensively by using the computing resources available in the communication participants ( 19 ... 24 ).
Die dynamische Selbstoptimierung industrieller Kommunikationssysteme (2) kombiniert verschiedene, singuläre Optimierungseingriffe in Optimierungsstrategien (42. . . 47). Die Auswahl erfolgt in einer Funktionseinheit (Selektor (40)), die eine Wertung der Optimierungsstrategien (42. . .47) beinhaltet und den Optimierungsstrategien (42. . .47) vorgeschaltet ist.The dynamic self-optimization of industrial communication systems ( 2 ) combines various, singular optimization interventions in optimization strategies ( 42 ... 47 ). The selection is made in a functional unit (selector ( 40 )) which contains an evaluation of the optimization strategies ( 42 ... 47 ) and precedes the optimization strategies ( 42 ... 47 ).
Das Verfahren zur dynamischen Selbstoptimierung benötigt für die Berechnung kein Modell des technologischen Prozesses. Lediglich ein Modell des eingesetzten industriellen Kommunikationssystems (2), welches in dem kommunikationssystemspezifischen Regelsystem (1) hinterlegt ist, die im Busmonitor (10) ermittelten kommunikationstechnischen Charakteristika und deren Speicherung in einer Datenbank (11) werden benötigt.The method for dynamic self-optimization does not require a model of the technological process for the calculation. Only a model of the industrial communication system ( 2 ) used, which is stored in the communication system-specific control system ( 1 ), the communication-technical characteristics determined in the bus monitor ( 10 ) and their storage in a database ( 11 ) are required.
Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert den Einsatz von Inbetriebnahme- und Wartungspersonal auf ein Minimum und verringert die Stillstandszeiten des technologischen Prozesses (5), die durch neue Parametereinstellungen am industriellen Kommunikationssystem (2) hervorgerufen werden, durch das frühzeitige Erkennen eines veränderten Anforderungsprofils und der unmittelbar folgenden automatischen Parameteranpassung.The method according to the invention reduces the use of commissioning and maintenance personnel to a minimum and reduces the downtimes of the technological process ( 5 ), which are caused by new parameter settings on the industrial communication system ( 2 ), by the early detection of a changed requirement profile and the immediately following automatic ones Parameter adjustment.
Das erfindungsgemäße Verfahren verletzt keine existierende Norm oder Standard der industriellen Kommunikationssysteme. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufbau ist von universeller Natur und kann durch den modularen Austausch des Busmonitors (10), des Selektivreglers (12), der zentralen (13) und der dezentralen Stelleinrichtung (27) für jedes beliebige industrielle Kommunikationssystem (2) eingesetzt werden.The method according to the invention does not violate any existing norm or standard of industrial communication systems. The structure proposed according to the invention is of a universal nature and can be used for any industrial communication system ( 2 ) due to the modular exchange of the bus monitor ( 10 ), the selective controller ( 12 ), the central ( 13 ) and the decentralized control device ( 27 ).
Erfindungsgemäß wird das industrielle Kommunikationssystem (2) aus regelungstech nischer Sicht als Regelstrecke betrachtet (Fig. 1), welche sich als zeitlich variant darstellt.According to the invention, the industrial communication system ( 2 ) is viewed from a control-technical point of view as a controlled system ( FIG. 1), which presents itself as a variant over time.
Die kommunikationstechnischen Charakteristika des industriellen Kommunikationssystems (2) bestimmt der technologische Prozess (5), welcher zum Datenaustausch das industrielle Kommunikationssystem (2) verwendet, durch dessen tatsächliche Anforderungen (6). Der Betreiber (7), der über grundsätzliche Kenntnisse über den technologischen Prozess (5) verfügt, kann durch eine entsprechende Parametrierung die Grundeinstellungen des industriellen Kommunikationssystems (sogenannte Startparameter) vornehmen. Dies kann entweder direkt dadurch geschehen, dass er innerhalb der Konfigurationsphase die entsprechenden Startparameter des industriellen Kommunikationssystems vorgibt, oder aber indirekt (wie in Fig. 1 (8)), indem er die grundsätzlichen Kenntnisse über den technologischen Prozess (5) in ein Speichersystem (eine mögliche Ausführungsform ist eine Datenbank (11) und im weiteren als solche bezeichnet) eingibt (Betreiberforderungen (8)), mittels dessen die Startparameter ermittelt werden.The communication-technical characteristics of the industrial communication system ( 2 ) are determined by the technological process ( 5 ), which uses the industrial communication system ( 2 ) for data exchange, by its actual requirements ( 6 ). The operator ( 7 ), who has basic knowledge of the technological process ( 5 ), can make the basic settings of the industrial communication system (so-called start parameters) by appropriate parameterization. This can either be done directly by specifying the corresponding start parameters of the industrial communication system during the configuration phase, or indirectly (as in Fig. 1 ( 8 )) by transferring the basic knowledge of the technological process ( 5 ) to a storage system ( A possible embodiment is a database ( 11 ) and hereinafter referred to as such) (operator requirements ( 8 )), by means of which the start parameters are determined.
Die Erfindung beinhaltet die datenverkehrsabhängige Regelung eines industriellen Kommunikationssystems (2) mittels eines Regelsystems (1) entsprechend wichtiger Optimierungskriterien. Dabei ermittelt das Regelsystem (1) die kommunikationstechnisch relevanten Charakteristika des industriellen Kommunikationssystems (2) anhand der Beobachtung des Datenverkehrs (3) und gibt Konfigurationsbefehle (4) zur Veränderung der Parameter und damit des Verhaltens des industriellen Kommunikationssystems (2).The invention relates to the data traffic-dependent control of an industrial communication system ( 2 ) by means of a control system ( 1 ) in accordance with important optimization criteria. The control system ( 1 ) determines the communication technology-relevant characteristics of the industrial communication system ( 2 ) by observing the data traffic ( 3 ) and gives configuration commands ( 4 ) to change the parameters and thus the behavior of the industrial communication system ( 2 ).
Über die Betreiberforderungen (8) und entsprechende Startparameter wird die Inbetriebnahme des industriellen Kommunikationssystems (2) durchgeführt. Ein Busmonitor (10) (Fig. 2) überwacht und analysiert den zwischen den Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) über Kommunikationsstränge (25) stattfindenden Datenverkehr. Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) sind hierbei Rechner, Steuerungen, Sensoren und Aktoren. Anhand der Beobachtung des Datenverkehrs (3) und der Datenverkehrs-Analyse in entsprechenden Funktionseinheiten im Busmonitor (10) werden die den tatsächlichen Anforderungen (6) des technologischen Prozesses (5) entsprechenden, kommunikationstechnisch relevanten Charakteristika gewonnen. Diese Informationen werden mittels der Verbindung (14) in einer Datenbank (11) gespeichert. Zur Datenverkehrs-Analyse werden über die Verbindung (15) gespeicherte relevante Informationen aus der Datenbank (11) in den Busmonitor (10) übergeben.The commissioning of the industrial communication system ( 2 ) is carried out via the operator requirements ( 8 ) and corresponding start parameters. A bus monitor ( 10 ) ( FIG. 2) monitors and analyzes the data traffic taking place between the communication participants ( 19 .... 24 ) via communication lines ( 25 ). Communication participants ( 19... 24 ) are computers, controls, sensors and actuators. On the basis of the observation of the data traffic ( 3 ) and the data traffic analysis in corresponding functional units in the bus monitor ( 10 ), the communication technology-relevant characteristics corresponding to the actual requirements ( 6 ) of the technological process ( 5 ) are obtained. This information is stored in a database ( 11 ) by means of the connection ( 14 ). For data traffic analysis, relevant information stored in the database ( 11 ) is transferred to the bus monitor ( 10 ) via the connection ( 15 ).
In dem Selektivregler (12) (Fig. 2 und 4) wird anhand eines vorgeschalteten Selektors (40) die treffendste Optimierungsstrategie (42. . .47) aktiviert. Die aktivierte Optimierungsstrategie (z. B. 47) ermittelt die notwendigen Parameteränderungen und übergibt diese einer zentralen Stelleinrichtung (13), welche die Parameteränderungen mittels Konfigurationsbefehlen (4) überträgt (Fig. 2). Die dezentralen Stelleinrichtungen (27) in den Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) erkennen die geforderte Parameter änderung und nehmen den Stelleingriff vor. Die Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) besitzen nun bezüglich der Anforderungen (6) des technologischen Prozesses (5) eine optimierte Parametereinstellung.The most appropriate optimization strategy ( 42 ... 47 ) is activated in the selective controller ( 12 ) ( FIGS. 2 and 4) using an upstream selector ( 40 ). The activated optimization strategy (e.g. 47) determines the necessary parameter changes and transfers them to a central control device ( 13 ), which transmits the parameter changes using configuration commands ( 4 ) ( FIG. 2). The decentralized control devices ( 27 ) in the communication participants ( 19 ... 24 ) recognize the required parameter change and take the control action. The communication participants ( 19... 24 ) now have an optimized parameter setting with regard to the requirements ( 6 ) of the technological process ( 5 ).
Des weiteren können mit Konfigurationsbefehlen (4) im industriellen Kommunikationssystem (2) vorhandene Koppelelemente (26) derart gesteuert werden, dass der topologische Aufbau des industriellen Kommunikationssystems (2) variiert werden kann. Variationsmöglichkeiten sind die Netzsegmentierung, -aggregation, - kombination und redundante Netzumschaltung auf mögliche weitere Kommunikationsstränge. Entsprechend den topologischen Strategien sind entsprechende Koppelelemente (26) und Kommunikationsstränge (25) im topologischen Aufbau des industriellen Kommunikationssystems vorzusehen.Furthermore, configuration commands ( 4 ) in the industrial communication system ( 2 ) can be used to control coupling elements ( 26 ) such that the topological structure of the industrial communication system ( 2 ) can be varied. Variation options are network segmentation, aggregation, combination and redundant network switchover to possible further communication lines. Corresponding coupling elements ( 26 ) and communication lines ( 25 ) must be provided in the topological structure of the industrial communication system in accordance with the topological strategies.
Die Datenbank (11) ist von ihrer Struktur so aufgebaut, dass sie eine globale Gültigkeit für alle industriellen Kommunikationssysteme (2) und technologischen Prozesse (5) besitzt.The structure of the database ( 11 ) is such that it has global validity for all industrial communication systems ( 2 ) and technological processes ( 5 ).
Die Aufgaben der Datenbank (11) bestehen in
The tasks of the database ( 11 ) consist in
- a) Aufnahme der Betreiberforderungen (8) für die Ermittlung der Startparameter (letzteres im Selektivregler)a) Recording of operator requirements ( 8 ) for determining the start parameters (the latter in the selective controller)
- b) Aufnahme aller Parameter, die für alle in Betracht kommenden und hinterlegten Betriebszustände am Kommunikationssystem jeweils einzustellen sind (Verbindung 18)b) Inclusion of all parameters that are to be set for all possible and stored operating states on the communication system (connection 18 )
- c) Aufnahme der aktuell eintreffenden, kommunikationstechnisch relevanten Charakteristika (Verbindung 14)c) Recording of the currently arriving, communication-technically relevant characteristics (connection 14 )
- d) Bereitstellung der Daten für Selektivregler (12) und Busmonitor (10) (Verbindung 15 und 16)d) Provision of the data for the selective controller ( 12 ) and bus monitor ( 10 ) (connection 15 and 16 )
- e) Bereitstellung von Informationen über das industrielle Kommunikationssystem für den Betreiber (Betreiberbeobachtung (9)) (nicht für prozessadaptive Optimierung erforderlich)e) Providing information about the industrial communication system for the operator (operator observation ( 9 )) (not required for process-adaptive optimization)
Der Aufbau der Datenbank (11) ist in drei Hauptbereiche unterteilt:
The structure of the database ( 11 ) is divided into three main areas:
- 1. I den Klassifizierungstabellen (28),1. I the classification tables ( 28 ),
- 2. II der statischen Konfigurationstabelle (33) und2. II of the static configuration table ( 33 ) and
- 3. III der dynamischen Anforderungstabelle (34).3. III of the dynamic requirements table ( 34 ).
Zu den Klassifizierungstabellen (28) zählen die
The classification tables ( 28 ) include the
- 1. I Netzstrukturtabelle (29),1. I network structure table ( 29 ),
- 2. II Datenverkehrstabelle (30),2. II traffic table ( 30 ),
- 3. III Teilnehmertabelle (31) und3. III participant table ( 31 ) and
- 4. IV Nachrichtentabelle (32).4. IV message table ( 32 ).
Die Klassifizierungstabellen (28) entsprechen Auswahllisten, mit denen die Beschreibung der Betreiberforderungen (8) erleichtert wird. The classification tables ( 28 ) correspond to selection lists with which the description of the operator requirements ( 8 ) is facilitated.
In diesen sind Größen (Klassifizierungsmerkmale) aufgelistet, die zur kommunikations technischen Kennzeichnung von industriellen Kommunikationssystemen (2) und technologischen Prozessen (5) herangezogen werden.In these, sizes (classification features) are listed that are used for the communication-technical identification of industrial communication systems ( 2 ) and technological processes ( 5 ).
Mit Hilfe der in der Netzstrukturtabelle (29) enthaltenen Merkmale können die Kommunikationsnetze in verschiedene Netzstrukturklassen eingestuft werden. Zu diesen Merkmalen zählen die Netztopologie, das Kommunikationsmedium, die maximale Ausdehnung und die maximale Anzahl der anschließbaren Kommunikationsteilnehmer.With the help of the features contained in the network structure table ( 29 ), the communication networks can be classified into different network structure classes. These features include the network topology, the communication medium, the maximum extent and the maximum number of connectable communication participants.
Mit den Merkmalen in der Datenverkehrstabelle (30) kann festgelegt werden, welche Arten von Datenverkehrslasten, wie z. B. Betrieb zur Laufzeit, Havarie, Chargenprozesse usw., i. a. vorzusehen sind.The characteristics in the traffic table ( 30 ) can be used to determine which types of traffic loads, such as. B. Operation at runtime, accident, batch processes etc., are generally to be provided.
Die verschiedenen Klassifizierungsmerkmale von Kommunikationsteilnehmern (19. . . 24) werden in der Teilnehmertabelle (31) aufgelistet. Wesentliche Merkmale dieser Teilnehmertabelle (31) sind die maximale Anzahl der Nachrichtenquellen und -senken pro Kommunikationsteilnehmer (19. . .24), die Priorität sowie die Diagnose- und Parametrierfähigkeit der Kommunikationsteilnehmer (19. . .24).The different classification features of communication participants ( 19... 24 ) are listed in the participant table ( 31 ). The main features of this participant table ( 31 ) are the maximum number of message sources and sinks per communication participant ( 19 ... 24 ), the priority and the diagnostic and parameterization ability of the communication participants ( 19 ... 24 ).
Eine weitere Klassifizierungstabelle ist die Nachrichtentabelle (32). Mit ihr lassen sich den Nachrichtenquellen der einzelnen Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) bestimmte Nachrichtenklassen mit den dazugehörigen Merkmalen zuordnen. Die Merkmale sind z. B. die Nutzdatenlänge, die Nachrichtenpriorität, die Art der Übertragung (zyklisch oder azyklisch), maximale Wartezeit sowie Varianz der Zykluszeit.Another classification table is the message table ( 32 ). It can be used to assign the message sources of the individual communication participants ( 19... 24 ) to certain message classes with the associated characteristics. The features are e.g. B. the user data length, the message priority, the type of transmission (cyclic or acyclic), maximum waiting time and variance of the cycle time.
Für die Initialisierung der Datenbank (11) muss der Betreiber (7) bei dem oben genannten indirekten Verfahren die Betreiberforderungen (8) in die statische Konfigurationstabelle (33) unter Zuhilfenahme der beschriebenen Klassifizierungstabellen (29. . .32) eingeben.For the initialization of the database ( 11 ), the operator ( 7 ) must enter the operator requirements ( 8 ) in the static configuration table ( 33 ) with the aid of the described classification tables ( 29 ... 32 ) using the indirect method mentioned above.
Folgende Vorgehensweise zur Erstellung der statischen Konfigurationstabelle (33) wird
vorgeschlagen:
The following procedure for creating the static configuration table ( 33 ) is proposed:
- a) Kennzeichnung der realen Netzsegmente mit den Merkmalen aus der Netzstrukturtabelle (29) mit Angabe, wie viel verschiedene Datenverkehrslasten je Netzsegment existieren (Verbindung 35),a) Identification of the real network segments with the characteristics from the network structure table ( 29 ) with an indication of how many different data traffic loads exist per network segment (connection 35 ),
- b) Kennzeichnung aller Datenverkehrslasten in allen Netzsegmenten mit den in der Datenverkehrstabelle (30) vorgegebenen Merkmalen mit der Angabe, wie viel Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) jeder einzelnen Datenverkehrslast zugeordnet sind (Verbindung 36), b) Identification of all data traffic loads in all network segments with the characteristics specified in the data traffic table ( 30 ) with the indication of how many communication participants ( 19... 24 ) are assigned to each individual data traffic load (connection 36 ),
- c) Kennzeichnung aller Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) aller Datenverkehrslasten und Netzsegmente mit den Merkmalen der Teilnehmertabelle (31) mit der Angabe, wie viele Nachrichtenquellen und -senken jeder einzelne Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) besitzt (Verbindung 37),c) Identification of all communication participants ( 19 ... 24 ) of all data traffic loads and network segments with the characteristics of the participant table ( 31 ) with an indication of how many message sources and sinks each individual communication participant ( 19 ... 24 ) has (connection 37 ),
- d) Kennzeichnung der Nachrichtenquellen aller Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) aus allen Datenverkehrslasten und Netzsegmenten mit den Merkmalen in der Nachrichtentabelle (32) (Verbindung 38),d) identification of the message sources of all communication participants ( 19 ... 24 ) from all data traffic loads and network segments with the characteristics in the message table ( 32 ) (connection 38 ),
- e) Verknüpfung der Nachrichtenquellen jedes einzelnen Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) mit den dazugehörigen Nachrichtensenken in den anderen Kommunikationsteilnehmer (19. . .24), wobei dies auch über Netzsegmente hinweg möglich ist. Nicht möglich ist die Verknüpfung zwischen Kommunikationsteil nehmern (19. . .24), die einem Netzsegment aber unterschiedlichen Datenverkehrslasten innerhalb des Netzsegments zugeordnet sind.e) Linking the message sources of each individual communication participant ( 19... 24 ) with the associated message sinks in the other communication participants ( 19 ... 24 ), whereby this is also possible across network segments. It is not possible to link communication participants ( 19 ... 24 ) who are assigned to one network segment but different data traffic loads within the network segment.
Die Vorgehensweise gemäß Punkt c) bis e) besitzt Analogien zu der Erstellung der Kommunikationsbeziehungslisten der industriellen Kommunikationssysteme (2). Bei den Kommunikationsbeziehungslisten fehlen aber viele Informationen, vor allem zu den Netzsegmenten und Datenverkehrslasten sowie der Art der Kommunikationsteilnehmer (19 24). Die bisher bekannten Kommunikationsbeziehungslisten besitzen keine Möglichkeiten für eine dynamische Selbstoptimierung. Das erfindungsgemäße Verfahren der dynamischen Selbstoptimierung ermöglicht dagegen mittels der Aktualisierung der dynamischen Anforderungstabelle (34) während des Betriebes des industriellen Kommunikationssystems (2) eine ständige, prozessadaptive Optimierung.The procedure according to points c) to e) has analogies to the creation of the communication relationship lists of the industrial communication systems ( 2 ). However, the communication relationship lists lack a lot of information, especially about the network segments and data traffic loads as well as the type of communication participants (19 24). The previously known communication relationship lists have no possibilities for dynamic self-optimization. The method of dynamic self-optimization according to the invention, on the other hand, enables continuous, process-adaptive optimization by updating the dynamic requirements table ( 34 ) during operation of the industrial communication system ( 2 ).
Die prozessspezifischen Informationen in der statischen Konfigurationstabelle (33) und der darin enthaltenen Verbindungen zu den Klassifizierungstabellen (29. . .32) werden nach der Eingabe aller Betreiberforderungen (8) in eine anfängliche dynamische Anforderungstabelle (34) kopiert (Verbindung 39). Damit ist die Konfiguration abgeschlossen.The process-specific information in the static configuration table ( 33 ) and the links to the classification tables ( 29... 32 ) contained therein are copied into an initial dynamic request table ( 34 ) after all operator requirements ( 8 ) have been entered (link 39 ). The configuration is now complete.
Die dynamische Anforderungstabelle (34) besitzt neben der Verbindung (39) zur statischen Konfigurationstabelle (33) Verbindungen (14, 15, 16 und 18) von und zum Busmonitor (10) und dem Selektivregler (12) und eine Verbindung für eine eventuelle Betreiberbeobachtung (9). Die dynamische Anforderungstabelle (34) enthält neben den Betreiberforderungen (8) und den kommunikationstechnischen Charakteristika die den tatsächlichen Anforderungen (6) des technologischen Prozesses (5) entsprechen, auch alle Parametereinstellungen des industriellen Kommunikationssystems (2). In addition to the connection ( 39 ) to the static configuration table ( 33 ), the dynamic request table ( 34 ) has connections ( 14 , 15 , 16 and 18 ) from and to the bus monitor ( 10 ) and the selective controller ( 12 ) and a connection for eventual operator monitoring ( 9 ). In addition to the operator requirements ( 8 ) and the communication characteristics that correspond to the actual requirements ( 6 ) of the technological process ( 5 ), the dynamic requirements table ( 34 ) also contains all parameter settings of the industrial communication system ( 2 ).
Zu den enthaltenen Parametereinstellungen zählen sowohl die Parameter des aktuellen Betriebzustandes als auch die Parameter der anderen möglichen Betriebszustände. Der Wechsel zwischen zwei Betriebszuständen wird dadurch vereinfacht, dass die Parameter aller Betriebszustände in der Datenbank (11) gespeichert sind.The parameter settings included include both the parameters of the current operating state and the parameters of the other possible operating states. The change between two operating states is simplified in that the parameters of all operating states are stored in the database ( 11 ).
Über die Verbindung (18) werden am industriellen Kommunikationssystem (2) vorgenommene Parameteränderungen in der Datenbank (11) gespeichert.Parameter changes made to the industrial communication system ( 2 ) are stored in the database ( 11 ) via the connection ( 18 ).
Der Selektivregler (12) besitzt einen modularen Aufbau (Fig. 4), wobei die einzelnen Module von dem zu regelnden industriellen Kommunikationssystem (2) abhängig sind. Die Module des Selektivreglers (12) sind zum einen ein vorgeschalteter Selektor (40) und zum anderen mehrere Optimierungsstrategien (42. . .47), von denen immer nur eine über eine Umschaltung (41) aktiviert wird. Die einzelnen Optimierungsstrategien (42. . .47) beinhalten einzelne oder eine Kombination von mehreren Optimierungseingriffen.The selective controller ( 12 ) has a modular structure ( FIG. 4), the individual modules being dependent on the industrial communication system ( 2 ) to be controlled. The modules of the selective controller ( 12 ) are, on the one hand, an upstream selector ( 40 ) and, on the other hand, several optimization strategies ( 42 ... 47 ), of which only one is always activated via a switchover ( 41 ). The individual optimization strategies ( 42 ... 47 ) contain individual or a combination of several optimization interventions.
Der Selektor (40) hat zwei Aufgaben: die Wertung der von der Datenbank (11) über die Verbindung (16) eintreffenden Charakteristika des industriellen Kommunikationssystems (2) und die darauf folgende Aktivierung einer nachgeschalteten Optimierungsstrategie (42 . . .47).The selector ( 40 ) has two tasks: the evaluation of the characteristics of the industrial communication system ( 2 ) arriving from the database ( 11 ) via the connection ( 16 ) and the subsequent activation of a subsequent optimization strategy ( 42 ... 47 ).
Beispielhaft treffen in dem Selektor (40) die Last L, die tatsächliche (tWreal) und die erlaubte (tWgeg) Wartezeit von Nachrichten N als Charakteristika des industriellen Kommunikationssystems (2) ein. Unter der Last L werden die in einem bestimmten Zeitraum t gesendeten Nachrichten N verstanden. Diese Werte werden vom Selektor (40) bewertet.For example, the load L, the actual (t Wreal ) and the allowed (t Wgeg ) waiting time of messages N arrive in the selector ( 40 ) as characteristics of the industrial communication system ( 2 ). The load L is understood to mean the messages N sent in a specific time period t. These values are evaluated by the selector ( 40 ).
Tritt nun der Fall einer hohen Last L und einer Überschreitung der erlaubten Wartezeiten (tWreal < tWgeg) von allen Nachrichten N ein, so kann z. B. die Erhöhung der Bruttodatenrate als Optimierungsstrategie (z. B. 42) eine hohe Wertung erhalten und somit aktiviert werden. Sind hingegen eine niedrige Last L und nur die Überschreitung einzelner erlaubter Wartezeiten zu verzeichnen, so bieten sich verschiedene Optimierungsstrategien (42. . .47) an. In diesen Strategien können Optimierungseingriffe für die Änderung des Buszugriffs, die Änderung der Priorität für die betreffenden Nachrichten Ni oder eine Kombination dieser Optimierungseingriffe enthalten sein. Die Auswahl der treffendsten Optimierungsstrategie (42. . .47) erfolgt anhand der Wertung im Selektor (40). If there is a case of a high load L and the waiting times (t Wreal <t Wgeg ) of all messages N are exceeded , z. B. the increase in the gross data rate as an optimization strategy (z. B. 42) received a high rating and thus activated. If, on the other hand, there is a low load L and only the exceeding of individual permitted waiting times can be recorded, various optimization strategies ( 42 ... 47 ) are available. These strategies can include optimization interventions for changing the bus access, changing the priority for the relevant messages N i or a combination of these optimization interventions. The selection of the most appropriate optimization strategy ( 42 ... 47 ) is based on the evaluation in the selector ( 40 ).
Der Selektor (40) besitzt demnach sowohl Kenntnisse über das Verhalten des industriellen Kommunikationssystems (2) als auch über die nachgeschalteten Optimierungsstrategien (42. . .47).The selector ( 40 ) therefore has knowledge of the behavior of the industrial communication system ( 2 ) as well as of the subsequent optimization strategies ( 42 ... 47 ).
Durch eine geeignete Kombination von singulären Optimierungseingriffen werden neue Optimierungsstrategien (42. . .47) aufgebaut, die eine schnellere Anpassung des industriellen Kommunikationssystems (2) an veränderte Anforderungen (6) des technologischen Prozesses (5) ermöglichen.A suitable combination of singular optimization interventions creates new optimization strategies ( 42 ... 47 ) that enable the industrial communication system ( 2 ) to be quickly adapted to changing requirements ( 6 ) of the technological process ( 5 ).
Jede einzelne Optimierungsstrategie (42. . .47) ist so aufgebaut, dass sie keine konkurrierenden Ziele enthält. Die Auswahl nur einer einzigen Optimierungsstrategie (42 . . .47) durch den Selektor (40) verhindert, dass sich die eventuell konkurrierenden Zielen dienende Optimierungseingriffe gegenseitig stören.Each individual optimization strategy ( 42 ... 47 ) is structured in such a way that it does not contain any competing goals. The selection by the selector ( 40 ) of only a single optimization strategy ( 42 ... 47 ) prevents the optimization interventions that may serve competing goals from interfering with one another.
Der Aufbau und die konkrete Realisierung der Optimierungsstrategien (42. . .47) im Selektivregler (12) sind anhand einer regelungstechnischen Analyse des industriellen Kommunikationssystems (2) auszuwählen. Eingesetzt werden können z. B. die klassischen Mehrgrößenregler, Fuzzy-Regler, Regler basierend auf neuronalen Netze oder Petri-Netze usw.. Auch der Einsatz von elementaren Reglern, wie ein Zweipunktregler, ist möglich.The structure and the concrete implementation of the optimization strategies ( 42 ... 47 ) in the selective controller ( 12 ) are to be selected on the basis of a control engineering analysis of the industrial communication system ( 2 ). Can be used for. B. the classic multivariable controllers, fuzzy controllers, controllers based on neural networks or Petri networks, etc. The use of elementary controllers, such as a two-point controller, is also possible.
Die vom Selektor (40) über die Umschaltung (41) aktivierte Optimierungsstrategie (z. B. 47) übergibt die errechneten Parameter über die Verbindung (17) an die zentrale Stelleinrichtung (13). Diese setzt die Parameterinformation in Konfigurationsbefehle (4), die einer bis alle Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) oder Koppelelemente (26) in der dezentralen Stelleinrichtung (27) empfangen, auswerten und darauf die entsprechenden Parameter ändern. Über die Verbindung (18) wird die Parameteränderung in der Datenbank (11) gespeichert.The optimization strategy (e.g. 47) activated by the selector ( 40 ) via the switchover ( 41 ) transfers the calculated parameters via the connection ( 17 ) to the central control device ( 13 ). This sets the parameter information in configuration commands ( 4 ), which one to all communication participants ( 19 ... 24 ) or coupling elements ( 26 ) receive in the decentralized control device ( 27 ), evaluate and then change the corresponding parameters. The parameter change is stored in the database ( 11 ) via the connection ( 18 ).
Die nachfolgend beschriebenen Optimierungseingriffe können einzeln oder in einer geeigneten Kombination in Abhängigkeit vom technologischen Prozess (2) in den Optimierungsstrategien (42. . .47) im Selektivregler (12) des Regelsystems (1) enthalten sein.The optimization interventions described below can be contained individually or in a suitable combination depending on the technological process ( 2 ) in the optimization strategies ( 42 ... 47 ) in the selective controller ( 12 ) of the control system ( 1 ).
Eine Änderung der Bruttodatenrate wird notwendig, wenn die Last L des Datenaufkommens einen Maximalwert Lmax über- oder einen Minimalwert Lmin unterschreitet. Die Maximallast Lmax hat meist zur Folge, dass viele Teilnehmer auf eine Sendeerlaubnis warten müssen.A change in the gross data rate becomes necessary if the load L of the data volume exceeds a maximum value L max or falls below a minimum value L min . The maximum load L max usually means that many participants have to wait for a transmission permission.
Die Bruttodatenrate der industriellen Kommunikationssysteme (2) ist ein wesentlicher Parameter zur Adaption. Mit diesem Parameter können verschiedene Eigenschaften des Kommunikationssystems beeinflusst werden. Zu solchen Eigenschaften zählen die maximal mögliche Länge der Kommunikationsstränge (25), der Abstand zwischen sendenden und empfangenden Kommunikationsteilnehmer (19. . .24), die Übertragungszeit für ein Telegramm und die daraus resultierende Zykluszeit für einen Telegrammzyklus und die Störempfindlichkeit der Datenübertragung, z. B. gegenüber elektromagnetischen Störungen.The gross data rate of industrial communication systems ( 2 ) is an essential parameter for adaptation. Various properties of the communication system can be influenced with this parameter. Such properties include the maximum possible length of the communication lines ( 25 ), the distance between sending and receiving communication participants ( 19 ... 24 ), the transmission time for a telegram and the resulting cycle time for a telegram cycle and the sensitivity to data transmission, e.g. B. against electromagnetic interference.
In bisherigen industriellen Kommunikationssystemen wird bei der Inbetriebnahme des industriellen Kommunikationssystems (2) durch den Betreiber (7) die Bruttodatenrate fest vorgegeben, obwohl dieser als wesentlicher Parameter prozessadaptiv gesteuert werden sollte.In previous industrial communication systems, the operator ( 7 ) predefines the gross data rate when the industrial communication system ( 2 ) is put into operation, although this should be controlled as an essential parameter in a process-adaptive manner.
So kann es dazu kommen, dass Nachrichten aufgrund einer zu kleinen Bruttodatenrate zu lange warten müssen oder dass die Störempfindlichkeit der Telegramme aufgrund einer zu großen Datenrate zu hoch ist.So it can happen that messages due to a too low gross data rate have to wait too long or that the interference sensitivity of the telegrams due to a too high data rate is too high.
Ein bestimmtes Minimum der Bruttodatenrate darf in bestimmten Anwendungsfällen für die Sicherstellung einer zeitäquidistanten Regelung nicht unterschritten sowie ein Maximum aufgrund der erlaubten Leitungslänge des Kommunikationssystems nicht überschritten werden. Optimal kann die Bruttodatenrate auch unter Berücksichtigung der Störempfindlichkeit der Datenübertragung nur prozessadaptiv, also zur Laufzeit, eingestellt werden.A certain minimum of the gross data rate is allowed in certain applications for ensuring a time-equidistant regulation not undercut as well as a Maximum due to the permitted cable length of the communication system be crossed, be exceeded, be passed. The gross data rate can also be optimally taken into account Noise sensitivity of the data transmission is only set to be process-adaptive, i.e. at runtime become.
Optimierungseingriffe zur Veränderung der Priorität von Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) oder Nachrichtenquellen sollten eingesetzt werden, wenn hochpriore Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) bzw. Nachrichten gegenüber niederprioren auf den Buszugriff warten müssen.Optimization interventions to change the priority of communication participants ( 19 ... 24 ) or message sources should be used if high-priority communication participants ( 19 ... 24 ) or messages to lower priorities have to wait for bus access.
Den Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) und den Sendenachrichten können durch
verschiedene Parameter Prioritäten für das Senden von Daten vergeben werden, z. B.
durch:
The communication participants ( 19 ... 24 ) and the transmission messages can be assigned priorities for the transmission of data by means of various parameters, e.g. B. by:
- - die Abfragehäufigkeit von Slaves bei einem Master/Slave-Buszugriff, - the polling frequency of slaves with a master / slave bus access,
- - die Änderung der Token-Target-Rotation-Time bei Token-Ring- und Token-Bus- Systemen,- changing the token target rotation time for token ring and token bus Systems,
- - die Vergabe von priorisierten Identifiern bei ereignisorientiertem Buszugriff und- The allocation of prioritized identifiers for event-oriented bus access and
- - die Beschränkung der Last einzelner Teilnehmer.- the limitation of the load of individual participants.
Die Optimierungseingriffe zur Änderung des Buszugriffs können für den Übergang zwischen unterschiedlichen Betriebszuständen im technologischen Prozess (5) zu einer schnellen Adaption des industriellen Kommunikationssystems (2) führen.The optimization interventions to change the bus access can lead to a rapid adaptation of the industrial communication system ( 2 ) for the transition between different operating states in the technological process ( 5 ).
Bei dem Übergang von einem zyklischen Datenaustausch zur Laufzeit zu einem azyklischen Datenaustausch im Havariefall, wo hochpriore Warnungs- und Fehlermeldungen und die darauf resultierenden Reaktionsbefehle den absoluten Vorrang gegenüber anderen Daten des technologischen Prozesses (5) besitzen, kann ein Wechsel von Master/Slave- auf ereignisorientierten Buszugriff die Wartezeit tWi der wenigen hochprioren Nachrichten Ni erheblich verkürzen.In the transition from a cyclic data exchange at runtime to an acyclic data exchange in the event of an accident, where high-priority warning and error messages and the resulting reaction commands have absolute priority over other data of the technological process ( 5 ), a change from master / slave to event-oriented bus access significantly reduce the waiting time t Wi of the few high-priority messages N i .
Ein weiteres Beispiel für den Einsatz eines Optimierungseingriffs zur Änderung des Buszugriffs wäre eine hohe Last L für das Kommunikationssystem, die dazu führt, dass bei einem ereignisorientierten Buszugriff einzelne, niederpriore Nachrichten Nj eine erhebliche Zeit tWj warten oder im Extremfall keine Sendeerlaubnis erhalten. Durch die Umschaltung auf einen Master/Slave-Buszugriff kann diesen Nachrichten Nj nun ein Zugriff gewährt werden. Für die anderen Nachrichten Ni hat dies eine erhöhte Wartezeit tWi zur Folge.A further example of the use of an optimization intervention to change the bus access would be a high load L for the communication system, which leads to individual, low-priority messages N j waiting for a significant time t Wj in an event-oriented bus access or, in extreme cases, not being allowed to send. By switching to a master / slave bus access, these messages N j can now be granted access. For the other messages N i , this results in an increased waiting time t Wi .
Es konkurrieren bei diesem Beispiel mehrere Optimierungseingriffe miteinander, deren jeweilige Optima nicht gleichzeitig erfüllbar sind. Die aktivierte und eingestellte Optimierungsstrategie (z. B. 47) erfüllt die Aufgabe, die treffendste Parametereinstellung zu finden.In this example, several optimization interventions compete with one another respective Optima cannot be fulfilled at the same time. The activated and set Optimization strategy (e.g. 47) fulfills the task of finding the most appropriate parameter setting to find.
Nicht bei allen industriellen Kommunikationssystemen kann der Buszugriff verändert werden, weil die bestehenden Normen oder Standards dies verbieten.Bus access cannot be changed in all industrial communication systems because the existing norms or standards prohibit this.
Ein weiterer Optimierungseingriff ist die Anpassung an verschiedene Fahrweisen des technologischen Prozesses (5). Diese können sich durch unterschiedliche Betriebszustände des technologischen Prozesses (5) ergeben, wie z. B. Havariefälle, die gänzlich andere Parametereinstellungen von dem industriellen Kommunikationssystem (2) verlangen als sie bei einem zyklischen Datenaustausch während der Laufzeit notwendig sind.Another optimization intervention is the adaptation to different driving styles of the technological process ( 5 ). These can result from different operating states of the technological process ( 5 ), such as. B. Accident cases that require completely different parameter settings from the industrial communication system ( 2 ) than they are necessary for a cyclic data exchange during the runtime.
Bisher wurden diese z. T. stark differierenden Anforderungen an das industrielle Kommunikationssystem (2) durch eine Worst-Case-Parametereinstellung abgedeckt. Dies wird durch die in der Erfindung vorgeschlagene dynamische Selbstoptimierung des Kommunikationssystems umgangen. Nun kann während aller Betriebsphasen eine optimale Kommunikation sichergestellt werden.So far, these z. T. widely differing requirements for the industrial communication system ( 2 ) covered by a worst-case parameter setting. This is avoided by the dynamic self-optimization of the communication system proposed in the invention. Now optimal communication can be ensured during all operating phases.
Zu einer schnellen Umschaltung ist es notwendig, dass das Regelsystem (1) über die zentrale Stelleinrichtung (13) wenige Konfigurationsbefehle (4) an die dezentralen Stelleinrichtungen (27) aller Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) sendet.For a quick switchover, it is necessary that the control system ( 1 ) sends a few configuration commands ( 4 ) to the decentralized control devices ( 27 ) of all communication participants ( 19 .... 24 ) via the central control device ( 13 ).
Um die Belastung des industriellen Kommunikationssystems (2) für die Änderung der Parameter möglichst gering zu halten, besitzen die dezentralen Stelleinrichtungen (27) Listen. Die Listen enthalten Informationen, wie sich der Kommunikationsteilnehmer (19. . . 24) während bestimmter Betriebszustände zu verhalten hat. Diese Listen wurden während der Inbetriebnahmephase von dem Regelsystem (1) initialisiert und während der gesamten Betriebszeit aktualisiert.In order to keep the load on the industrial communication system ( 2 ) for changing the parameters as low as possible, the decentralized control devices ( 27 ) have lists. The lists contain information on how the communication subscriber ( 19... 24 ) has to behave during certain operating states. These lists were initialized by the control system ( 1 ) during the commissioning phase and updated during the entire operating time.
Bei der Erfindung braucht dann nur noch ein Konfigurationsbefehl (4) von der zentralen Stelleinrichtung (13) an alle dezentralen Stelleinrichtungen (27) gesendet werden. Dieser Konfigurationsbefehl (4) enthält nur einen eindeutigen Stellbefehl zur Umschaltung auf die gewünschte Zielliste, welche die Parameter für den speziellen, neuen Betriebszustand beinhaltet.In the case of the invention, only one configuration command ( 4 ) then needs to be sent from the central actuating device ( 13 ) to all decentralized actuating devices ( 27 ). This configuration command ( 4 ) only contains a clear setting command for switching to the desired target list, which contains the parameters for the special, new operating state.
Durch die Selektion der zum Datenaustausch benötigten Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) kann die Zykluszeit erheblich reduziert werden, weil immer nur prozessrelevante Nachrichten N von den Teilnehmern gesendet werden.The cycle time can be considerably reduced by selecting the communication participants ( 19 ... 24 ) required for data exchange, because only process-relevant messages N are always sent by the participants.
Mit diesem Optimierungseingriff können bestimmte Kommunikationsteilnehmer (19. . . 24) innerhalb bestimmter Betriebszustände selektiv aus dem Datenaustausch ausgegliedert werden.With this optimization intervention, certain communication participants ( 19... 24 ) can be selectively separated from the data exchange within certain operating states.
Optimierungseingriffe, welche die Beschränkung der Last L beinhalten, können lastbedingte Ausfälle des industriellen Kommunikationssystems (2) vermeiden. Unter der Last L werden die in einem bestimmten Zeitraum t gesendeten Nachrichten N verstanden. Die Last eines Teilnehmers Li ergibt sich aus der Anzahl seiner Sendenachrichten Ni. Die Anzahl der Sendenachrichten Ni, in einem bestimmten Zeitraum t wird bei der Lastbeschränkung begrenzt.Optimization interventions, which include the limitation of the load L, can avoid load-related failures of the industrial communication system ( 2 ). The load L is understood to mean the messages N sent in a specific time period t. The load of a subscriber L i results from the number of his send messages N i . The number of transmission messages N i , in a certain period of time t is limited in the load limitation.
Ein weiterer Eingriff ist die Änderung der Pausenzeiten tPi einzelner Nachrichtenquellen i. Diese Nachrichtenquellen können erst nach Ablauf der Pausenzeit tPi eine neue Nachricht Ni senden. Dies beeinträchtigt aber auch die Echtzeitfähigkeit dieser Nachricht Ni. Für die Pausenzeit tPi von Nachrichten Ni existieren demzufolge konkurrierende Optimierungsstrategien, die durch den erwähnten Selektor (40) gewertet werden müssen. Die Optimierungsstrategie (Erhöhung der Wartezeit oder der Echtzeitfähigkeit einer Nachricht) mit dem größeren Wertungsfaktor wird vom Selektor (40) aktiviert.Another intervention is the change in the pause times t Pi of individual news sources i. These message sources can only send a new message N i after the pause time t Pi has expired. However, this also affects the real-time capability of this message N i . There are therefore competing optimization strategies for the pause time t Pi of messages N i , which must be evaluated by the selector ( 40 ) mentioned. The optimization strategy (increasing the waiting time or the real-time capability of a message) with the larger rating factor is activated by the selector ( 40 ).
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit ist die ständige Überwachung der Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) durch den Selektivregler (12). Dieser besitzt anhand der vorhandenen Daten die Möglichkeit, Frühausfälle der Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) zu erkennen und durch eine Parameteränderung darauf zu reagieren.Another possibility to improve the performance is the constant monitoring of the communication participants ( 19 ... 24 ) by the selective controller ( 12 ). Based on the available data, the latter has the option of detecting early failures of the communication participants ( 19 ... 24 ) and reacting to them by changing the parameters.
Diese ständige Überwachung der Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) durch einen Busmonitor (10) ist in einigen Fällen bereits vorhanden. Vielfach wird für die Änderung der Parameter am industriellen Kommunikationssystem (2) derzeit jedoch noch der Eingriff des Wartungspersonals benötigt. Auch ergeben sich durch die Kombination der Teilnehmerdiagnose mit weiteren Adaptionseingriffen neue Möglichkeiten, die Zuverlässigkeit eines industriellen Kommunikationssystems (2) zu erhöhen.This constant monitoring of the communication participants ( 19 ... 24 ) by a bus monitor ( 10 ) already exists in some cases. In many cases, however, the intervention of the maintenance personnel is still required to change the parameters on the industrial communication system ( 2 ). The combination of subscriber diagnosis with further adaptation interventions also opens up new possibilities for increasing the reliability of an industrial communication system ( 2 ).
Natürlich kann der Selektivregler (12) einen defekten Kommunikationsteilnehmer (z. B. 24) nicht reparieren oder austauschen, er kann aber durch Parameteränderungen die verbleibenden Kommunikationsteilnehmer (19. . .23) an diese Situation anpassen. Weiterhin kann der Betreiber (7) durch die statistische Auswertung in der Datenbank (11) die Verschlechterung des Betriebszustandes einzelner Kommunikationsteilnehmer (19. . . 24) erkennen.Of course, the selective controller ( 12 ) cannot repair or replace a defective communication participant (e.g. 24), but it can adapt the remaining communication participants ( 19 ... 23 ) to this situation by changing parameters. Furthermore, the operator ( 7 ) can recognize the deterioration in the operating state of individual communication participants ( 19.... 24 ) through the statistical evaluation in the database ( 11 ).
Die bisherigen Optimierungseingriffe legten eine Verbesserung des Verhaltens von industriellen Kommunikationssystemen anhand von Parameteränderungen innerhalb der Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) dar. Weiterhin können aber auch die Koppelelemente (26) durch Optimierungseingriffe in ihrem kommunikationstechnischen Verhalten verändert werden, einerseits durch die oben genannten Optimierungseingriffe oder Kombinationen von ihnen und/oder andererseits durch neuartige strukturändernde Optimierungseingriffe. Die letztgenannten werden im folgenden aufgezeigt.The previous optimization interventions presented an improvement in the behavior of industrial communication systems on the basis of parameter changes within the communication participants ( 19 ... 24 ). Furthermore, the coupling elements ( 26 ) can also be changed in their communication-technical behavior by optimization interventions, on the one hand by the above-mentioned optimization interventions or combinations of them and / or on the other hand through new structure-changing optimization interventions. The latter are shown below.
Erfindungsgemäß wird die prozessabhängige Strukturänderung des industriellen Kommunikationssystems (2) durch ein oder mehrere strukturierende Elemente, sogenannte Koppelelemente (26), durchgeführt, die durch Befehle aus dem Regelsystem (1) prozessabhängig so umgestellt werden, dass der Datenverkehr je nach Datenverkehrssituation in der geeignetsten Form durchgeführt werden kann.According to the invention, the process-dependent structure change of the industrial communication system ( 2 ) is carried out by one or more structuring elements, so-called coupling elements ( 26 ), which are changed depending on the process by commands from the control system ( 1 ) in such a way that the data traffic is in the most suitable form depending on the data traffic situation can be carried out.
Datenverkehrssituationen, die dazu prädistiniert sind, durch eine strukturelle Änderung
des Kommunikationssystems beherrscht und optimiert zu werden, sind:
Data traffic situations that are predestined to be mastered and optimized by a structural change in the communication system are:
- - Allgemeine Überlastsituationen,- general overload situations,
- - Notwendigkeit zur Erhöhung der Datenrate über einen Wert, der für die Gesamtausdehnung des gesamten Kommunikationssystems zu hoch ist,- Need to increase the data rate over a value that is appropriate for the Overall expansion of the entire communication system is too high,
- - Fehlersituationen- error situations
Der Aufbau eines datenverkehrsabhängig schaltbaren Koppelelements (26), welches einer Brücke ähnelt, wird beispielhaft in Fig. 5 gezeigt. Das Koppelelement (26) bietet zusätzlich zur Brücke zwei Eingriffsmöglichkeiten, sein Verhalten verkehrsabhängig zu steuern. Bisher bekannte Brückenschaltungen bieten im Gegensatz dazu keine solche Eingriffsmöglichkeiten.The construction of a coupling element ( 26 ) which can be switched as a function of data traffic and which resembles a bridge is shown by way of example in FIG. 5. In addition to the bridge, the coupling element ( 26 ) offers two intervention options for controlling its behavior depending on the traffic. In contrast, previously known bridge circuits do not offer such intervention options.
Brücken bekannter Bauart, die nur über eine feste Einstellung verfügen, können den Datenverkehr sowohl beschleunigen als auch beeinträchtigen: Eine Brücke bisherigen Typs kann in einem Netz mit hoher Netzlast durch ihre Segmentierungswirkung das Datenaufkommen in den entstehenden Segmenten erheblich drosseln und somit für einen schnelleren Datendurchsatz in den entlasteten Segmenten sorgen. Dagegen wirkt dieselbe Brücke im selben Netz bei niedrigem Verkehrsaufkommen verlangsamend auf den Datenverkehr, was einen immensen Nachteil darstellt. Known bridges that only have a fixed setting can Both accelerate and impair data traffic: a bridge to date In a network with a high network load, this can be done by its segmentation effect Reduce data traffic in the emerging segments considerably and thus for one ensure faster data throughput in the relieved segments. The same works against it Bridge in the same network slowing down to low traffic Traffic, which is a huge disadvantage.
Diesen Nachteil hat man in bisherigen Kommunikationssystemen auch dann, wenn man versucht, den i. a. nur temporären Überlastsituationen des Datenverkehrs dadurch zu begegnen, indem man von vorn herein die Datenrate so hoch wie möglich und wirtschaftlich vertretbar einstellt. Diese wirkt dann aber während der gesamten Betriebes eines Kommunikationssystems, auch zu Zeiten niedrigen Verkehrsaufkommens.You have this disadvantage in previous communication systems even if you tried the i. a. only temporary traffic overload situations counter by having the data rate as high as possible and economically reasonable. However, this then works during the entire operation a communication system, even at times of low traffic.
Abgesehen von den Nachteilen zu hoher Datenraten, z. B. durch Störbeeinflußbarkeit, läßt sich eine hohe Datenrate nur über eine Aufteilung des Netzes in kürzere Netzsegmente erreichen. Dies führt zum Zwang, diese Netzsegmente - mit dem geschilderten Nachteil - durch Brücken zu koppeln.Apart from the disadvantages of high data rates, e.g. B. by interference a high data rate can only be achieved by dividing the network into shorter network segments to reach. This leads to the compulsion that these network segments - with the disadvantage described - to couple through bridges.
Erfindungsgemäß werden die geschilderten Nachteile beseitigt, indem das Regelsystem (1) das Koppelelement (26) dem Verkehrsaufkommen und/oder den Datenraten anpasst, es bei höherem Verkehrsaufkommen und/oder höheren Datenraten aktiviert und bei niedrigem Verkehrsaufkommen und/oder niedrigen Datenraten deaktiviert.According to the invention, the disadvantages described are eliminated by the control system ( 1 ) adapting the coupling element ( 26 ) to the traffic volume and / or the data rates, activating it in the case of higher traffic volume and / or higher data rates and deactivating it in the case of low traffic volume and / or low data rates.
Konfigurationsbefehle (4) aus dem Regelsystem (1) werden nach Durchlauf durch einen linken oder rechten Empfänger (48 bzw. 49) in einem entsprechenden Befehlsempfänger (50 bzw. 51) zum Einklinken des Koppelelements (26) identifiziert und lösen die Aktivierung des Koppelelementes (26) aus (Koppelelementaktivierung 52 bzw. 53). Die den Konfigurationsbefehlen (4) folgenden Nachrichtentelegramme N22, N23, N24 bzw. N19, N20, N21, die für die auf der anderen Seite des Koppelelement angeschlossenen Kommunikationsteilnehmer (22. . .24 bzw. 19. . .21) bestimmt sind, werden in einem Register (54 bzw. 55) gespeichert und nach Bearbeitung durch ein Filter-, Speicher-, Prioritäts- und Stelleinrichtungsmanagement (56 bzw. 57) in eine Warteschlange übertragen (58 bzw. 59). Von hier aus werden die Nachrichten über einen Sender (60 bzw. 61) auf die jeweils andere Seite des Koppelelements (26) weitergeleitet.Configuration commands ( 4 ) from the control system ( 1 ) are identified after passage through a left or right receiver ( 48 or 49 ) in a corresponding command receiver ( 50 or 51 ) for latching the coupling element ( 26 ) and trigger the activation of the coupling element ( 26 ) off (coupling element activation 52 or 53 ). The message telegrams N 22 , N 23 , N 24 or N 19 , N 20 , N 21 following the configuration commands ( 4 ), those for the communication participants ( 22 ... 24 or 19... 21 ) are stored in a register ( 54 or 55 ) and, after being processed by filter, memory, priority and actuator management ( 56 or 57 ), transferred to a queue ( 58 or 59 ). From here, the messages are forwarded via a transmitter ( 60 or 61 ) to the other side of the coupling element ( 26 ).
Der Optimierungseingriff am Koppelelement (26), mit dem strukturändernd auf ein
industrielles Kommunikationssystem (2) während seines Betriebes eingegriffen werden
kann, soll hier auch als Beispiel für einen Eingriff dienen, der für die Kombination mit
anderen Optimierungseingriffen zur Realisierung einer komplexeren
Optimierungsstrategie prädestiniert ist: Es wird in dem zur Selbstoptimierung des
industriellen Kommunikationssystems (2) dienenden Regelsystem (1) entsprechend einer
Kombination gewichteter einzelner Eingriffe entschieden, ob bei einer Überlastsituation
The optimization intervention on the coupling element ( 26 ), which can be used to change the structure of an industrial communication system ( 2 ) during its operation, is also intended to serve as an example of an intervention that is predestined for the combination with other optimization interventions to implement a more complex optimization strategy: In the control system ( 1 ) used for self-optimization of the industrial communication system ( 2 ), a decision is made according to a combination of weighted individual interventions, whether in the event of an overload situation
- - die Aktivierung von Koppelelementen (26) ohne Erhöhung der Bruttodatenrate, the activation of coupling elements ( 26 ) without increasing the gross data rate,
- - die Aktivierung von Koppelelementen (26) mit Erhöhung der Bruttodatenrate oder- The activation of coupling elements ( 26 ) with an increase in the gross data rate or
- - keine Aktivierung von Koppelelementen (26) und nur die Erhöhung der Bruttodatenrate- No activation of coupling elements ( 26 ) and only an increase in the gross data rate
erfolgt.he follows.
Darüber hinaus bietet eine erfindungsgemäße Koppelelementschaltung (beispielhaft in
Fig. 5 dargestellt) die Möglichkeit eines weiteren datenverkehrsabhängigen
Optimierungseingriffs, des sogenannten "Filter-, Speicher-, Prioritäts- und
Stelleinrichtungsmanagement " (56 bzw. 57), indem die Nachrichten, die von der linken
zur rechten Seite (oder umgekehrt) durch das Koppelelement transportiert werden,
datenverkehrsabhängig
In addition, a switching element circuit according to the invention (shown by way of example in FIG. 5) offers the possibility of a further data traffic-dependent optimization intervention, the so-called "filter, memory, priority and control device management" ( 56 or 57 ), in that the messages that come from the left to the right (or vice versa) are transported through the coupling element, depending on the data traffic
- - selektiert und/oder- selected and / or
- - in ihrer Priorität umarrangiert werden können.- can be rearranged in their priority.
Teil der Funktionseinheiten des Managements sind auch dezentrale Stelleinrichtungen (62). Ähnlich wie die Stelleinrichtungen (27) in den Kommunikationsteilnehmern (19. . . 24) können sie (62) seitens des Regelsystems (1) von einem der oben aufgeführten parameterbeeinflussenden Optimierungseingriffe oder einer gewichteten Kombination dieser gemäß einer bestimmten Optimierungsstrategie zur Ausführung einer entsprechenden Einstellung des Koppelelements (26) veranlasst werden.Decentralized control devices ( 62 ) are also part of the functional units of management. Similar to the setting devices ( 27 ) in the communication participants ( 19 ... 24 ), they can ( 62 ) on the part of the control system ( 1 ) from one of the above-mentioned parameter-influencing optimization interventions or a weighted combination of these according to a specific optimization strategy for carrying out a corresponding setting of the Coupling element ( 26 ) are caused.
Eine Option für die unmittelbare Rücksendung einer Quittungsnachricht in die Richtung des Systems, aus der eine Nachricht empfangen wurde, ist gegeben.An option for the immediate return of an acknowledgment message in the direction the system from which a message was received is given.
Das Regelsystem (1), welches das industrielle Kommunikationssystem (2) optimiert, kann sowohl linkerhand als auch rechterhand des Koppelelements (26) platziert sein: In jedem Fall bewirkt ein an dem Koppelelement (26) einlaufender Befehl zum Einklinken des Koppelelements (26) sowohl am linken (48 und 50) als auch am rechten (49 und 51) Empfänger des Koppelelements die dort erforderliche Umschaltung aus.The control system ( 1 ), which optimizes the industrial communication system ( 2 ), can be placed on the left as well as on the right of the coupling element ( 26 ): In any case, a command arriving at the coupling element ( 26 ) both causes the coupling element ( 26 ) to engage on the left ( 48 and 50 ) as well as on the right ( 49 and 51 ) receiver of the coupling element the switchover required there.
Einen weiteren Optimierungseingriff stellt die folgende Netzsegmentierung in
Abhängigkeit von Fehlerfällen des Kommunikationssystems dar, welche ermöglicht:
Aus dem Kommunikationssystem, das in geeigneter Weise modular aufgebaut ist, werden
im Fehlerfall einzelner Module diese Module herausgetrennt, indem:
entweder die verbleibenden Module ohne Störbeeinträchtigung der störenden Module in
einem temporär ausreichenden Modus jeweils für sich weiter kommunikationsfähig
bleiben
oder
die störenden Module durch gleichwertige Module im "hotstandby" oder "coldstandby"
in dem Netz ersetzt werden.A further optimization intervention is provided by the following network segmentation depending on errors in the communication system, which enables: In the event of errors in individual modules, these modules are separated from the communication system, which has a suitable modular structure, by:
either the remaining modules remain in a temporarily sufficient mode without further interference from the interfering modules, each of them still capable of communicating
or the disruptive modules are replaced by equivalent modules in the "hotstandby" or "coldstandby" in the network.
Die Erfindung wird mittels des industriellen Kommunikationssystems CAN (2) ausgeführt, welches eine Vielzahl von Parameteränderungen während des Betriebes bietet.The invention is carried out by means of the industrial communication system CAN ( 2 ), which offers a large number of parameter changes during operation.
Das industrielle Kommunikationssystem (2) besteht in der getesteten Ausführungsform aus 8 Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) und einem Regelsystem (1). Die Beeinflussung des industriellen Kommunikationssystems CAN (2) mit variablen, tatsächlichen Anforderungen (6) eines technologischen Prozesses (5) in realen Kommunikationsteilnehmern (19. . .24) wird durch eine veränderliche Last und verschiedene Betriebszustände eines modellhaften technologischen Prozesses (5) nachgebildet.In the tested embodiment, the industrial communication system ( 2 ) consists of 8 communication participants ( 19 ... 24 ) and a control system ( 1 ). The influencing of the industrial communication system CAN ( 2 ) with variable, actual requirements ( 6 ) of a technological process ( 5 ) in real communication participants ( 19 ... 24 ) is simulated by a changing load and different operating states of a model technological process ( 5 ).
Als Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) werden handelsübliche CAN-Controller verwendet, die an einen programmierbaren Mikro-Controller angeschlossen sind. Jeder einzelne Mikro-Controller enthält ein Teilprogramm, welches die dezentrale Stelleinrichtung (27) zur Änderung der kommunikationstechnischen Parameter beinhaltet. Vom Aufbau her entsprechen die im Ausführungsbeispiel eingesetzten Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) den Teilnehmern im typischen industriellen Umfeld.Commercially available CAN controllers are used as communication participants ( 19... 24 ), which are connected to a programmable micro-controller. Each individual micro-controller contains a sub-program which contains the decentralized control device ( 27 ) for changing the communication parameters. In terms of structure, the communication participants ( 19... 24 ) used in the exemplary embodiment correspond to the participants in the typical industrial environment.
Das Regelsystem (1) befindet sich in einem PC, welcher eine CAN-PC-Einsteckkarte enthält. Das Regelsystem (1), welches den Busmonitor (10), den Selektivregler (12) und die zentrale Stelleinrichtung (13) sowie die in Fig. 2 dargestellten Verbindungen (14. . . 18) beinhaltet, ist in einem Programm zusammengefasst. Ebenfalls befindet sich die Datenbank (11) auf diesem PC. Der Betreiber (7) kann dann auf diesem PC über die Datenbank (11) die Betreiberforderungen eingeben (8) oder den Zustand des industriellen Kommunikationssystem (2) abfragen (Betreiberbeobachtung (9)).The control system ( 1 ) is located in a PC that contains a CAN PC plug-in card. The control system ( 1 ), which contains the bus monitor ( 10 ), the selective controller ( 12 ) and the central control device ( 13 ) as well as the connections ( 14 ... 18 ) shown in FIG. 2, is combined in one program. The database ( 11 ) is also on this PC. The operator (7) can then through the database (11) enter on this PC operators claims (8) or the state of the industrial communication system (2) to query (operator observation (9)).
Der Busmonitor (10) greift auf den von der CAN-PC-Einsteckkarte empfangenen Datenverkehr (3) zurück. Ebenfalls werden die von der zentralen Stelleinrichtung (13) zu sendenden Konfigurationsbefehle (4) über dieselbe CAN-PC-Einsteckkarte gesendet.The bus monitor ( 10 ) accesses the data traffic ( 3 ) received from the CAN PC plug-in card. The configuration commands ( 4 ) to be sent by the central control device ( 13 ) are also sent via the same CAN PC plug-in card.
Die Bruttodatenrate wird nach dem Erkennen einer veränderten Last L oder nach dem Anfordern einer anderen Bruttodatenrate von einem Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) verändert.The gross data rate is changed after the recognition of a changed load L or after requesting a different gross data rate from a communication subscriber ( 19 ... 24 ).
In der Ausführung der Erfindung sind Mechanismen und Verriegelungen vorgesehen, die einen Datenverlust bei der Änderung der Bruttodatenrate verhindern.Mechanisms and interlocks are provided in the embodiment of the invention, that prevent data loss when the gross data rate changes.
Bei CAN wird die Priorität einer Nachrichtenquelle i mittels des Identifiers bei dem Zugriff auf das Kommunikationsmedium vorgegeben. Dieser Identifier bestimmt, welche anderen Nachrichtenquellen vor der jeweiligen Nachrichtenquelle den Vorrang besitzen. Die Nachrichtenquelle mit der höchsten Priorität erhält immer den Zugriff, sobald das Kommunikationsmedium frei ist.With CAN, the priority of a message source i is determined by means of the identifier Access to the communication medium specified. This identifier determines which other news sources take precedence over the respective news source. The news source with the highest priority always gets access as soon as that Communication medium is free.
Durch den Identifier besitzen die Nachrichten automatisch eine Rangfolge. Die Vergabe
der Rangfolge erfolgt nach verschiedenen Kriterien. Dazu zählen u. a. folgende Kriterien:
The messages are automatically ranked by the identifier. The ranking is based on various criteria. These include the following criteria:
- - die Art der enthaltenen Informationen (hochpriore Alarmmeldungen oder niederpriore Lebensmeldungen),- the type of information contained (high priority alarm messages or lower priority life reports),
- - die maximal erlaubte Wartezeit einer Nachricht,- the maximum allowed waiting time for a message,
- - die Länge der Nachricht,- the length of the message,
- - die Sendehäufigkeit einer Nachricht und/oder- The frequency of sending a message and / or
- - die Bedeutung des Teilnehmers (z. B. Alarmsensor).- The importance of the participant (e.g. alarm sensor).
Die Wahl des Identifiers für eine Nachricht ist somit eine mehrkriterielle Entscheidung. I. d. R. wird diese Prioritätsvergabe nur während der Inbetriebnahme des CAN durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Veränderung von Identifiern während des Betriebes. The choice of the identifier for a message is therefore a multi-criteria decision. I. d. This priority will only be assigned during the commissioning of the CAN carried out. The method according to the invention enables the modification of Identifiers during operation.
Bei den Buszugriffen kann man zwischen zwei Arten unterscheiden, zum einen dem deterministischen und zum anderen dem probabilistischen Buszugriff. Beide besitzen Vor- und Nachteile, die in der entsprechenden Fachliteratur zu finden sind.There are two types of bus access, one of them deterministic and on the other hand probabilistic bus access. Both have and disadvantages that can be found in the corresponding specialist literature.
In dem erfindungsgemäßen Aufbau wird zwischen diesen beiden Arten des Buszugriffs
gleitend umgeschaltet. Dabei greift der Selektivregler (12) auf folgende Parameter zu:
In the structure according to the invention, the two types of bus access are switched smoothly. The selective controller ( 12 ) accesses the following parameters:
- - Art des Buszugriffs (Umschaltung zwischen Master-Slave und ereignisorientiert)- Type of bus access (switching between master-slave and event-oriented)
- - enthaltene Nachrichtenquellen in einem Zyklus- contained news sources in one cycle
- - Identifier der Nachricht- Identifier of the message
- - minimale Wartezeit einer Nachricht bei wiederholtem Senden- Minimum waiting time for a message when it is sent again
Durch eine abgestufte Variation dieser Parameter kann das CAN von einem streng deterministischen Buszugriff zu einem ereignisorientierten Zugriff allmählich überführt werden.Through a graded variation of these parameters, the CAN can be strictly Deterministic bus access gradually converted to event-oriented access become.
Die Zykluszeit tZ gibt an, wie lange ein Datenaustauschzyklus dauert. Zur Veränderung der Zykluszeit werden verschiedene Eingriffsarten eingesetzt. Mit den zuvor beschriebenen Optimierungseingriffen kann neben dem Buszugriff auch die Zykluszeit tZ dynamisch angepasst werden.The cycle time t Z indicates how long a data exchange cycle lasts. Various types of intervention are used to change the cycle time. With the optimization interventions described above, the cycle time t Z can also be dynamically adjusted in addition to the bus access.
Zur Auswertung der Empfangs- und Sendefehlerregister der einzelnen Kommunikationsteilnehmer (19. . .24) in dem Regelsystem (1) ist nur die Übertragung dieser Registerwerte in einer speziellen Nachricht erforderlich. Das Regelsystem (1) erkennt diese Nachricht im Datenverkehr (3) und ist somit in der Lage schleichende Teilnehmerausfälle frühzeitig zu erkennen und entsprechende Parameteränderungen vorzunehmen.To evaluate the receive and transmit error registers of the individual communication participants ( 19 ... 24 ) in the control system ( 1 ), only the transfer of these register values in a special message is necessary. The control system ( 1 ) recognizes this message in the data traffic ( 3 ) and is thus able to recognize creeping participant failures at an early stage and to make corresponding parameter changes.
Durch den Buszugriff des CAN kann ein Schwall von wenigen, hochprioren Nachrichten die Wartezeit der verbleibenden Nachrichten extrem ansteigen lassen. Due to the bus access of the CAN, a gush of a few, high priority Messages cause the waiting time of the remaining messages to increase extremely.
Im erfindungsgemäßen Aufbau sind Vorkehrungen getroffen, den Schwall dieser Nachrichten zu erkennen und geeignete Maßnahmen zur Begrenzung einzuleiten. Zu diesen Maßnahmen zählen eine temporäre Erhöhung der Bruttodatenrate, der Pausenzeiten tPi und der Priorität der betroffenen Nachrichten. In the structure according to the invention, precautions are taken to recognize the surge of these messages and to initiate suitable measures for limitation. These measures include a temporary increase in the gross data rate, the pause times t Pi and the priority of the messages concerned.
11
Regelsystem
Control system
22
industrielles Kommunikationssystem
industrial communication system
33rd
Datenverkehr
Traffic
44
Konfigurationsbefehl
Configuration command
55
technologischer Prozess
technological process
66
tatsächliche Anforderungen
actual requirements
77
Betreiber
operator
88th
Betreiberforderungen
Operator requirements
99
Betreiberbeobachtung
Operator observation
1010th
Busmonitor mit Funktionseinheiten zur Datenstrom-Analyse
Bus monitor with functional units for data stream analysis
1111
Datenbank
Database
1212th
Selektivregler
Selective regulator
1313
zentrale Stelleinrichtung
central control device
1414
Verbindung von Busmonitor zu Datenbank
Connection from bus monitor to database
1515
Verbindung von Datenbank zu Busmonitor
Connection from database to bus monitor
1616
Verbindung von Datenbank zu Selektivregler
Connection from database to selective controller
1717th
Verbindung von Selektivregler zu zentrale Stelleinrichtung
Connection of selective controller to central control device
1818th
Verbindung von Selektivregler zu Datenbank (FeedBack)
Connection of selective controller to database (FeedBack)
1919th
. . .. . .
2424th
Kommunikationsteilnehmer
Communication participants
2525th
Kommunikationsstrang
Communication line
2626
Koppelelement
Coupling element
2727
dezentrale Stelleinrichtung
decentralized control device
2828
Klassifizierungstabellen
Classification tables
2929
Netzstrukturtabelle
Network structure table
3030th
Datenverkehrstabelle
Traffic table
3131
Teilnehmertabelle
Participant table
3232
Nachrichtentabelle
Message table
3333
statische Konfigurationstabelle
static configuration table
3434
dynamische Anforderungstabelle
dynamic requirements table
3535
. . .. . .
3838
Verbindungen von Klassifizierungstabellen zu statischer Konfigurationstabelle
Connections from classification tables to static configuration tables
3939
Verbindungen von statischer Konfigurationstabelle zu dynamischer Anforderungstabelle
Connections from static configuration table to dynamic requirements table
4040
Selektor
Selector
4141
Umschaltung
Switching
4242
. . .. . .
4747
Optimierungsstrategien
Optimization strategies
4848
linker Empfänger
left receiver
4949
rechter Empfänger
right receiver
5050
Befehlsempfänger links
Command receiver on the left
5151
Befehlsempfänger rechts
Command receiver on the right
5252
Koppelelementaktivierung links
Coupling element activation on the left
5353
Koppelelementaktivierung rechts
Coupling element activation on the right
5454
oberes Empfangsregister
upper reception register
5555
unteres Empfangsregister
lower receive register
5656
oberes Filter-, Speicher-, Prioritäts- und Stelleinrichtungsmanagement
top filter, memory, priority and actuator management
5757
unteres Filter-, Speicher-, Prioritäts- und Stelleinrichtungsmanagement
lower filter, memory, priority and actuator management
5858
obere Warteschlange
upper queue
5959
untere Warteschlange
lower queue
6060
rechter Sender
right transmitter
6161
linker Sender
left transmitter
6262
dezentrale Stelleinrichtung des Koppelelements
decentralized control device of the coupling element
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10013541A DE10013541A1 (en) | 2000-03-20 | 2000-03-20 | Process adaptive optimization system for industrial communication system, changes system parameters based on communication system characters measured according to data traffic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10013541A DE10013541A1 (en) | 2000-03-20 | 2000-03-20 | Process adaptive optimization system for industrial communication system, changes system parameters based on communication system characters measured according to data traffic |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10013541A1 true DE10013541A1 (en) | 2001-10-04 |
Family
ID=7635469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE10013541A Withdrawn DE10013541A1 (en) | 2000-03-20 | 2000-03-20 | Process adaptive optimization system for industrial communication system, changes system parameters based on communication system characters measured according to data traffic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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