DE10119654A1 - Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems sowie danach arbeitendes Steuersystem - Google Patents

Abstract

Beim Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit (Z) und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripheriebaugruppen (B¶n¶) wird ein in der Zentraleinheit (Z) hinterlegtes Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripheriebaugruppen (B¶n¶) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauscht, wobei die Zentraleinheit (Z) und jede Peripheriebaugruppe (B¶n¶) das an diese jeweils übertragene Prozessabbild (PA) aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripheriebaugruppe (B¶n¶) übergibt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripherie­ baugruppen. Sie bezieht sich weiter auf ein danach arbeiten­ des Steuersystem.

Ein derartiges modulares Steuersystem dient zum Steuern von Anlagenteilen innerhalb eines automatisierten, häufig auch komplexen technischen Anlagenprozesses. Hierzu sind üblicher­ weise eine Zentraleinheit (Master) und eine Anzahl von so ge­ nannten Peripheriebaugruppen (Slaves), wie beispielsweise Aktoren, Sensoren oder allgemein Wandler, vorgesehen, die untereinander über ein Bussystem oder Punkt-zu-Punkt-Verbin­ dungen miteinander verbunden sind. Diese Baugruppen, die in der Regel auch die Aufgabe von (Interface-)Slaves übernehmen, dienen zum Austauschen von Betriebsmeldungen und Status- oder Steuerinformationen mit überlagerten Steuerungsaufgaben oder Steuerungsfunktionen innerhalb des vernetzten Steuerungs­ systems.

Beim Anlagenbetrieb und damit beim Betrieb des Steuersystems liest die Zentraleinheit die Peripheriezustände, insbesondere die Ein- und Ausgangswerte (I/O-Werte), aus den einzelnen Baugruppen aus und legt diese in einem Prozessabbild ab. Be­ nötigt eine Baugruppe, beispielsweise eine Kommunikations­ baugruppe, den Zustand von einem bestimmten Peripherieeingang und/oder -ausgang, so wird dieser von der Zentraleinheit an­ gefordert und an die entsprechende Baugruppe weitergeleitet. Dies erfordert in unerwünscht aufwendiger Art und Weise stets einen zweiten Kommunikationsweg über die Zentraleinheit.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems anzugeben, das innerhalb des Gesamtsystems mit möglichst geringem Aufwand eine zuverlässige Kommunikation zwischen den Baugruppen er­ möglicht. Des Weiteren soll ein hierzu besonders geeignetes Steuersystem angegeben werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu wird ein in der Zentraleinheit hinterlegtes Prozessabbild eines zu steu­ ernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripherie­ baugruppen und der Zentraleinheit ausgetauscht, wobei die Zentraleinheit und jede Peripheriebaugruppe das an diese jeweils übertragene Prozessabbild aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripheriebaugruppe übergibt.

In vorteilhafter Ausgestaltung übergibt die Zentraleinheit bei jedem Programmzyklus das aktuelle Prozessabbild an die benachbarte Peripheriebaugruppe. Gleichzeitig empfängt die Zentraleinheit von dieser Baugruppe das zuvor aktualisierte Prozessabbild. Die von der jeweiligen Peripheriebaugruppe benötigten Peripheriezustände werden dem Prozessabbild ent­ nommen und von dieser Baugruppe bearbeitet. Anschließend überträgt diese Baugruppe das aktualisierte Prozessabbild an die benachbarte Peripheriebaugruppe. Dieser Austausch des Prozessabbildes ist unabhängig vom jeweils eingesetzten Bau­ gruppentyp und kann somit auch für Kommunikationsanschaltun­ gen und für Zentraleinheiten bei verteilten Automatisierungs­ lösungen eingesetzt werden.

Bezüglich des modularen Steuersystems wird die genannte Auf­ gabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des An­ spruchs 4. Dazu weist das Steuersystem mindestens eine Zen­ traleinheit, in der ein Prozessabbild des zu steuernden An­ lagenprozesses hinterlegt ist, und eine Anzahl von mit der Zentraleinheit verbundenen Peripheriebaugruppen auf. Die oder jede Baugruppe liest zyklisch das zwischen den Baugruppen und der Zentraleinheit ausgetauschte Prozessabbild ein und aus diesem Peripheriezustände zur baugruppenspezifischen Be­ arbeitung aus.

Die oder jede Peripheriebaugruppe weist wiederum einen pro­ grammierbaren Speicher und eine Übergabeschnittstelle auf, über die ein an diese Baugruppe übergebenes Prozessabbild an eine benachbarte Baugruppe übergeben wird. Die Übergabe des Prozessabbildes erfolgt, nachdem die jeweilige Baugruppe deren Peripheriezustände aktualisiert und in das übernommene Prozessabbild eingetragen hat.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde­ re darin, dass durch einen zyklischen Austausch des Prozess­ abbildes zwischen einer Anzahl von Peripheriebaugruppen und einer Zentraleinheit eines modularen Steuersystems stets jeder Baugruppe das vollständige Prozessabbild zur Verfügung steht, ohne dass dem System der Steckplatz der jeweiligen Baugruppe oder des jeweiligen Moduls bekannt sein muss. Da­ durch sind detaillierte Systemkenntnisse nicht mehr notwen­ dig. Zudem sind zusätzlich in ein bereits bestehendes System aufzunehmende Baugruppen bzw. Module mit unterschiedlichem Peripherieausbau rückwirkungsfrei einsetzbar.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Darin zeigt die einzige Figur schematisch in einem Funktions-Blockschaltbild ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes modulares Steuer­ system.

Das modulare Steuersystem umfasst eine Zentraleinheit oder einen Master Z und im Ausführungsbeispiel drei Peripherie­ baugruppen B₁ bis B₃. Die Zentraleinheit Z, beispielsweise eine CPU, weist einen programmierbaren Speicher PS und eine Übergabeschnittstelle S auf. Analog weist jede der Baugruppen B₁ bis B₃ eine Übergabeschnittstelle S und einen Speicher M auf, der zweckmäßigerweise ebenfalls programmierbar ist.

Die Baugruppen B₁ bis B₃ können Kommunikationsmodule, Peri­ pheriemodule und/oder Module mit intelligenter Vorverarbei­ tung zur Bearbeitung von Aktor- oder Sensorsignalen eines technischen Anlagenprozesses innerhalb eines Automatisie­ rungssystems sein.

Die Zentraleinheit Z enthält ein Prozessabbild mit einer ein­ deutigen Adressierung der Peripheriebaugruppen B₁ bis B₃. Hierzu erfolgt zweckmäßigerweise während einer Initialisie­ rungsphase, die durch die Zentraleinheit Z nach dem Hoch­ laufen der Baugruppen B₁ bis B₃ automatisch gestartet wird, zunächst eine Belegung der Ein- und Ausgänge In aller Bau­ gruppen Z und B_n im Prozessabbild PA.

Dazu trägt die Zentraleinheit Z die durch diese belegte Peri­ pherie, d. h. deren Eingänge I1 bis I4 und deren Ausgänge Q1 bis Q4, in das Prozessabbild PA - z. B. durch eine "1" - ein und übergibt dieses an die erste Baugruppe B1. Diese Bau­ gruppe B₁ erkennt die belegten Adressenplätze AF_E und AF_A und somit die bereits belegte Peripherie und trägt wiederum deren Peripherie, d. h. deren Eingänge I5 bis I8 und deren Ausgänge Q5 und Q6, in das Prozessabbild PA ein. Anschließend übergibt diese erste Baugruppe B₁ das entsprechend erweiterte Prozess­ abbild PA an die nächste Baugruppe B₂ weiter, die wiederum deren Peripherie, d. h. deren Eingänge I9 und I10 sowie deren Ausgänge Q7 und Q8, in das Prozessabbild PA einträgt und die­ ses an die dritte Baugruppe B₃ übergibt. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis alle Baugruppen B₁ und alle Bau­ gruppen B_n deren Peripherieausbau in das Prozessabbild PA eingetragen haben.

Beim Betrieb des Steuersystems überträgt die Zentraleinheit Z nach jedem Programmzyklus das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit dieser verbundene, benachbarte (rechte) Peri­ pheriebaugruppe B₁. Gleichzeitig empfängt die Zentraleinheit Z das von dieser Peripheriebaugruppe B₁ zuletzt aktualisierte Prozessabbild PA. Die Zentraleinheit Z aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werte) I1 bis I4. Somit sind alle Eingänge I1 bis I4 aktualisiert und das innerhalb der Zentraleinheit Z ablaufende Programm wird mit diesen Werten bearbeitet. Anschließend werden neu berech­ nete Ausgangswerte Q1 bis Q8 im Prozessabbild PA aktuali­ siert.

Die Peripheriebaugruppe B₁ übernimmt das Prozessabbild PA von der Zentraleinheit Z und aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werten) I5 bis I8. Von dieser Baugruppe B₁ selbst benötigte Ausgangswerte Q5 und Q6 werden entnommen und ausgegeben. Anschließend überträgt diese Bau­ gruppe B₁ das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit die­ ser Baugruppe B₁ verbundene nächste Baugruppe B₂. Gleichzei­ tig empfängt die erste Baugruppe B₁ von der nächsten Bau­ gruppe B₂ das Prozessabbild PA und aktualisiert dieses mit eigenen Eingangswerten I5 bis I8. Von der Baugruppe B₁ selbst benötigte Ausgangswerte Q5 und Q6 werden entnommen und ausge­ geben.

Die Peripheriebaugruppe B₂ übernimmt das Prozessabbild PA von der (ersten) Peripheriebaugruppe B₁ und aktualisiert dieses Prozessabbild PA mit eigenen Eingangswerten (I/O-Werten) I9 und I10. Von dieser Baugruppe B₂ selbst benötigte Ausgangs­ werte Q7 und Q8 werden entnommen und ausgegeben. Anschließend überträgt diese Baugruppe B₂ das aktualisierte Prozessabbild PA an die mit dieser Baugruppe B₂ verbundene nächste Bau­ gruppe B₃. Gleichzeitig empfängt die zweite Baugruppe B₂ von der nächsten Baugruppe B₃ das Prozessabbild PA und aktuali­ siert dieses mit eigenen Eingangswerten I9 und I10. Von der Baugruppe B2 selbst benötigte Ausgangswerte Q7 und Q8 werden entnommen und ausgegeben.

Die Peripheriebaugruppe B₃ übernimmt das Prozessabbild PA von der Peripheriebaugruppe B₂ und aktualisiert dieses Prozess­ abbild PA mit eigenen Eingangswerten I11 und I12. Das aktua­ lisierte Prozessabbild PA steht somit der Peripheriebaugruppe B₂ zur Verfügung, da die Baugruppe B₃ selbst keine Ausgangs­ werte benötigt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Betreiben eines modularen Steuersystems mit einer Zentraleinheit (Z) und mit einer Anzahl von mit dieser verbundenen Peripheriebaugruppen (B_n), bei dem ein in der Zentraleinheit (Z) hinterlegtes Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagenprozesses zyklisch zwischen den Peripherie­ baugruppen (B_n) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauscht wird, wobei die Zentraleinheit (Z) und jede Peripheriebaugruppe (B_n) das an diese jeweils übertragene Prozessabbild (PA) aktualisiert und an die jeweils benachbarte Peripherie­ baugruppe (B_n) übergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zentraleinheit (Z) bei jedem Zyklus das aktuelle Prozessabbild (PA) an die be­ nachbarte Peripheriebaugruppe (B_n) übergibt und von dieser das zuvor aktualisierte Prozessabbild (PA) empfängt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede Peripherie­ baugruppe (B_n) dem an diese übermittelten Prozessabbild (PA) entnommene baugruppenspezifische Peripheriezustände (In, Qn) bearbeitet und das hierdurch aktualisierte Prozessabbild (PA) an die benachbarte Peripheriebaugruppe (B_n) übergibt.

4. Modulares Steuersystem mit einer Zentraleinheit (Z), in der ein Prozessabbild (PA) eines zu steuernden Anlagen­ prozesses hinterlegt ist, und mit einer Anzahl von mit der Zentraleinheit (Z) verbundenen Peripheriebaugruppen (B_n), von denen jede zyklisch das zwischen den Peripheriebaugruppen (B_n) und der Zentraleinheit (Z) ausgetauschte Prozessabbild (PA) einliest und aus diesem Peripheriezustände (In, Qn) zur baugruppenspezifischen Bearbeitung ausliest.