DE10159697A1

DE10159697A1 - Redundante Einrichtungen in einem Prozesssteuersystem

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Publication number: DE10159697A1
Application number: DE10159697A
Authority: DE
Inventors: Dan D Christensen; Steve D Bonwell
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2021-12-06
Also published as: JP4597154B2; GB2372837A; JP2007013997A; JP2007188521A; GB0128949D0; DE10159697B4; GB2372837B; JP2002237823A; US20020083364A1; US6742136B2

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Implementierung von Redundanz in einem Prozeßsteuernetz unter Verwendung eines redundanten Einrichtungspaares, wie zum Beispiel redundante I/O-Einrichtungen (120, 122), die parallel zueinander und in Reihe zwischen der Steuereinrichtung (102) und Anlageneinrichtungen (112 bis 115) in dem Segment in Kommunikationsverbindung verbunden sind. Den redundanten Einrichtungen wird eine virtuelle Veröffentlichungsadresse zugewiesen, welche die eindeutige Adresse einer der redundanten Einrichtungen (120, 122) sein kann, die bei der Kommunikation über den Bus verwendet wird. Zu jeder Zeit arbeitet eine der redundanten Einrichtungen (120, 122) in einem aktiven Modus und kommuniziert mit den Einrichtungen in dem Prozeßsteuernetz und die andere redundante Einrichtung arbeitet in einem Reservemodus, in dem die redundante Einrichtung eine Kommunikationsverbindung mit den Einrichtungen aufrechterhält und Mitteilungen abhört, die von den Einrichtungen übertragen werden und für die redundanten Einrichtungen bestimmt sind, jedoch nicht auf Mitteilungen von den anderen Einrichtungen antwortet, bis die Einrichtung in den aktiven Modus umschaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Prozeßsteuernetze und genauer ausgedrückt ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Implementierung von redundanten Einrichtungen in einem Prozeßsteuernetz.
Große Prozesse, wie etwa chemische Prozesse, Prozesse der Erdölverarbeitung und andere Herstellungs- und Raffinerieprozesse enthalten zahlreiche Anlageneinrichtungen, die an verschiedenen Orten angeordnet sind, um Prozeßparameter zu messen und zu steuern, um dadurch die Prozeßregelung auszuführen. Diese Anlageneinrichtungen können beispielsweise Sensoren, wie zum Beispiel Temperatur-, Druck- und Durchflußmengensensoren sowie Steuerelemente, wie zum Beispiel Ventile und Schalter, sein.

In der Vergangenheit wurden auf dem Gebiet der Prozeßsteuerung manuelle Abläufe, wie zum Beispiel das manuelle Ablesen von Pegel- und Druckmeßeinrichtungen, das Drehen von Ventilrädern etc. verwendet, um die Anlageneinrichtungen zur Messung und Steuerung in einem Prozess zu betätigen. Mit dem Beginn des 20. Jahrhunderts begann auf dem Gebiet der Prozeßsteuerung die Verwendung von lokaler pneumatischer Steuerung, wobei lokale pneumatische Steuereinrichtungen, Übertragungseinrichtungen und Ventilpositioniereinrichtungen an verschiedenen Orten innerhalb einer Prozeßanlage plaziert wurden, um die Steuerung von bestimmten Anlagenpositionen zu bewirken. Mit dem Entstehen des Distributed-Control-Systems (DCS) auf Mikroprozessorbasis in den 70er Jahren wurde eine verteilte elektronische Prozeßsteuerung auf dem Gebiet der Prozeßsteuerung vorherrschend.

Bekanntlich enthält DCS einen analogen oder einen digitalen Computer, wie zum Beispiel eine programmierbare logische Steuereinrichtung, die mit zahlreichen elektronischen Überwachungs- und Steuereinrichtungen, wie zum Beispiel elektronischen Sensoren, elektronischen Sendern, Strom-Drucktransducern, Ventilpositioniereinrichtungen etc. verbunden ist, die in einem Prozess angeordnet sind. Der DCS-Computer speichert ein zentralisiertes und häufig kompliziertes Steuer- bzw. Regelungsschema, um die Messung und Steuerung von Einrichtungen innerhalb des Prozesses zu bewirken, und setzt dieses um, um dadurch Prozeßparameter gemäß einem allgemeinen Regelungsplan zu steuern. Der von einem DCS umgesetzte Regelungsplan ist jedoch häufig für den Hersteller der DCS- Steuereinrichtung proprietär, was es wiederum schwierig und kostenaufwendig macht, DCS zu erweitern, zu aktualisieren, neu zu programmieren und zu warten, da der DCS-Lieferant bei der Ausführung jeder dieser Aktivitäten intensiv beteiligt sein muss. Ferner kann die Ausrüstung, die in einem bestimmten DCS verwendet werden kann oder mit diesem verbunden werden kann, auf Grund der proprietären Natur der DCS-Steuereinrichtung und der Tatsache, daß ein Lieferant einer DCS- Steuereinrichtung bestimmte Einrichtungen oder Funktionen von Einrichtungen, die von anderen Anbietern hergestellt werden, möglicherweise nicht unterstützt, eingeschränkt sein.

Um einige der Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von proprietären DCSs zu lösen, hat die Prozeßsteuerindustrie eine Anzahl von offenen Standard-Kommunikationsprotokollen entwickelt, darunter beispielsweise das HART®-, PROFIBUS®-, WORLDFIP®-, LONWORKS®-, Device-Net®-, und CAN-Protokoll, die es erlauben, von unterschiedlichen Herstellern hergestellte Anlageneinrichtungen zusammen innerhalb desselben Prozeßsteuernetzes zu verwenden. Tatsächlich kann jede Anlageneinrichtung, die mit einem dieser Protokolle übereinstimmt, innerhalb eines Prozesses so verwendet werden, daß sie mit einer DCS-Steuereinrichtung oder einer anderen Steuereinrichtung, welche dieses Protokoll unterstützt, kommuniziert und von dieser gesteuert wird, auch wenn diese Anlageneinrichtungen von einem anderen Hersteller als dem Hersteller der DCS- Steuereinrichtung hergestellt wurde.

Darüber hinaus besteht gegenwärtig innerhalb der Prozeßsteuerindustrie die Tendenz, die Prozeßsteuerung zu dezentralisieren und dadurch DCS-Steuereinrichtungen zu vereinfachen oder die Notwendigkeit von DCS-Steuereinrichtungen in hohem Maß zu eliminieren. Die dezentralisierte Steuerung wird dadurch erreicht, daß man Prozeßsteuereinrichtungen, wie zum Beispiel Ventilpositioniereinrichtungen, Übertragungseinrichtungen etc., eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen ausführen lässt und indem anschließend Daten über eine Busstruktur zur Verwendung durch andere Prozeßsteuereinrichtungen bei der Ausführung von anderen Steuerfunktionen kommuniziert werden. Um diese Steuerfunktionen umzusetzen, enthält jede Prozeßsteuereinrichtung einen Mikroprozessor, der in der Lage ist, eine oder mehrere Steuerfunktionen auszuführen sowie mit anderen Prozeßsteuereinrichtungen unter Verwendung eines offenen Standard-Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren. Auf diese Weise können von verschiedenen Herstellern hergestellte Anlageneinrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuernetzes miteinander verbunden werden, so daß sie miteinander kommunizieren und eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen ausführen, indem sie einen Regelkreis bilden, ohne daß eine DCS-Steuereinrichtung eingreifen muss. Das volldigitale Zweidraht-Busprotokoll, das nun von der Feldbus Foundation vertrieben wird und als FOUNDATION-Feldbus-Protokoll bekannt ist (nachfolgend als "Feldbus" bezeichnet), ist ein offenes Kommunikationsprotokoll, das es erlaubt, daß von verschiedenen Herstellern hergestellte Einrichtungen über einen Standardbus miteinander zusammenarbeiten und kommunizieren, um eine dezentralisierte Steuerung in einem Prozess zu bewirken.

Der Bus enthält verschiedene Abschnitte oder Segmente, die durch Brückeneinrichtungen, wie zum Beispiel Steuereinrichtungen, getrennt werden. Jedes Segment verbindet eine Untergruppe von Einrichtungen, die mit dem Bus verbunden sind, um die Kommunikation zwischen den Einrichtungen zur Steuerung des Prozesses zu ermöglichen. Die Steuereinrichtungen kommunizieren mit den Einrichtungen in den Segmenten über Eingabe- /Ausgabeeinrichtungen (I/O). Die I/O-Einrichtungen setzen das in dem Prozeßsteuernetz verwendete Kommunikationsprotokoll um und steuern die Kommunikation zwischen den Steuereinrichtungen und den Einrichtungen in den Segmenten. Obgleich die I/O- Einrichtungen die Kommunikation zwischen den Steuereinrichtungen und den Einrichtungen in den Segmenten erleichtern, wird die Prozeßsteuerung zumindest hinsichtlich der Einrichtungen in einem bestimmten Segment unterbrochen, wenn die I/O-Einrichtung für dieses Segment aus einem beliebigen Grund funktionsunfähig wird.

Die Auswirkungen einer funktionsunfähigen I/O-Einrichtung und der Unterbrechung der Prozeßsteuerung können reduziert werden, indem eine Reserve-I/O-Einrichtung vorgesehen wird, die mit dem Segment verbunden ist und die die Funktion der funktionsunfähigen I/O-Einrichtung übernimmt. Der Übergang von der funktionsunfähigen I/O-Einrichtung auf die Reserve-I/O- Einrichtung ist jedoch nicht nahtlos und eine Unterbrechung der Prozeßsteuerung tritt immer noch auf. Gegenwärtig bekannte Reserve-I/O-Einrichtungen werden nicht mit der aktuellen Information, die in der Haupt-I/O-Einrichtung gespeichert ist, aktualisiert, wie zum Beispiel Stromwerten von Prozeßvariablen, funktioneller Software, die in der I/O-Einrichtung abgelegt sein kann, den Kommunikationsplänen für die Einrichtungen in dem Segment und dergleichen. Auch übernimmt in einigen Implementierungen die Reserve-I/O-Einrichtung nicht automatisch die Steuerung, wenn die Haupt-I/O-Einrichtung funktionsunfähig wird, was zu einer Verzögerung der Ausführung der Prozeßsteuerung führt, bis ein Benutzer die Reserve-I/O- Einrichtung aktiviert. Darüber hinaus sind in einigen Kommunikationsprotokollen, wie zum Beispiel dem Feldbus-Protokoll, die Einrichtungen so konfiguriert, daß sie speziell mit der Haupt-I/O-Einrichtung kommunizieren, und müssen neu konfiguriert werden, damit sie mit der Reserve-I/O-Einrichtung kommunizieren, bevor die Reserve-I/O-Einrichtung die Kommunikation für diese Segmente übernehmen kann. Daher besteht Bedarf für eine redundante Bus-I/O-Einrichtung in Prozeßsteuernetzen, die nahtlos und transparent die Funktionen einer funktionsunfähigen Haupt-I/O-Einrichtung übernimmt, ohne die Implementierung der Prozeßsteuerung in dem Prozeßsteuernetz zu unterbrechen.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Implementierung von redundanten Einrichtungen in einem Prozeßsteuernetz gerichtet, beispielsweise einem Netz mit verteilten Steuerfunktionen. Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung verwenden ein Paar von redundanten Einrichtungen, wie zum Beispiel redundante I/O- Einrichtungen, die mit einem Segment des Busses parallel zueinander und in Reihe zwischen die Steuereinrichtung und Anlageneinrichtungen in dem Segment kommunikativ geschaltet sind. Den redundanten Einrichtungen wird eine virtuelle Veröffentlichungsadresse zugewiesen, welche die eindeutige Adresse einer der redundanten Einrichtungen sein kann, welche bei der Kommunikation über den Bus verwendet wird. Zu jeder Zeit arbeitet eine der redundanten Einrichtungen in einem aktiven Modus und kommuniziert mit den Einrichtungen in dem Prozeßsteuernetz, und die andere redundante Einrichtung arbeitet in einem Reservemodus, in welchem die redundante Einrichtung eine Kommunikationsverbindung mit den Einrichtungen aufrechterhält und Mitteilungen abhört, die von den Einrichtungen übertragen werden und für die redundanten Einrichtungen vorgesehen sind, jedoch nicht auf Mitteilungen von anderen Einrichtungen antwortet, bis die Einrichtung in den Aktivmodus umschaltet. Beide redundanten Einrichtungen übertragen Mitteilungen über den Bus unter Verwendung der virtuellen Veröffentlichungsadresse, so daß ihre Mitteilungen identisch sind und von den Anlageneinrichtungen empfangen und verarbeitet werden, ungeachtet dessen, welche redundante Einrichtung aktiv ist. Die redundanten Einrichtungen sind so konfiguriert, daß sie erfassen, wenn die aktive Einrichtung funktionsunfähig wird oder im Begriff ist, funktionsunfähig zu werden, und die Reserveeinrichtung schaltet automatisch in den aktiven Modus um und kommuniziert mit der Steuereinrichtung und den Anlageneinrichtungen.

Durch Verwendung der virtuellen Veröffentlichungsadresse bei ihrer Kommunikation werden die redundanten Einrichtungen von den anderen Einrichtungen als einzelne virtuelle Einrichtung betrachtet, die kontinuierlich in Kommunikation steht, auch wenn eine der physischen Einrichtungen aus einem beliebigen Grund außer Betrieb genommen wird. Da beide redundanten Einrichtungen Mitteilungen unter Verwendung der virtuellen Veröffentlichungsadresse übertragen, müssen die Anlageneinrichtungen nicht neu programmiert werden, um Mitteilungen mit der Adresse der redundanten Reserveeinrichtung zu empfangen, wenn die Reserveeinrichtung die aktive redundante Einrichtung wird, womit die Unterbrechung der Prozeßsteuerung und der Kommunikation reduziert bzw. eliminiert wird, wenn die aktive redundante Einrichtung betriebsunfähig wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat jede Einrichtung einschließlich der redundanten Einrichtungen einen Veröffentlichungspuffer zum Speichern von Mitteilungen, die über den Bus zu übertragen sind, und einen Teilnehmerpuffer zum Speichern von Mitteilungen, die von anderen Einrichtungen empfangen werden. Die in dem Reservemodus arbeitende redundante Einrichtung empfängt in ihrem Teilnehmerpuffer Mitteilungen, die von anderen Einrichtungen veröffentlicht wurden und für die virtuelle Einrichtung vorgesehen sind. Darüber hinaus empfängt die redundante Reserveeinrichtung Mitteilungen, die von der aktiven redundanten Einrichtung über den Bus übertragen wurden, und speichert diese Mitteilungen in ihrem Veröffentlichungspuffer. Durch Verarbeitung und Speicherung der Mitteilungen in dieser Art hat die redundante Reserveeinrichtung die aktuelle Information, die erforderlich ist, als aktive redundante Einrichtung unmittelbar ohne Eingreifen des Benutzers oder des Systems zum Neuprogrammieren der redundanten Reserveeinrichtung mit gegenwärtiger Information aktiv zu werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung erfassen die redundanten Einrichtungen, daß sie ein Teil eines redundanten Paares sind, und zwar basierend auf ihren physischen Verbindungen mit dem Bus und miteinander. In einer alternativen Ausführungsform sind die redundanten Einrichtungen über eine direkte Kommunikationsverbindung, die außerhalb des Busses verläuft, miteinander kommunikativ verbunden. Die red- undanten Einrichtungen können Statusinformationen, Prozeßdaten, Alarmmitteilungen und dergleichen über die Kommunikationsverbindung austauschen. Alternativ können die redundanten Einrichtungen so konfiguriert sein, daß sie den Verbindungsanschluß oder Slot oder die Konfiguration des Verbindungsanschlusses oder Slots erfassen, an welchen die redundanten Einrichtungen angeordnet sind, und dadurch feststellen, daß sie ein Teil eines Paares von redundanten Einrichtungen sind und daß sie entweder die aktive redundante Einrichtung oder die redundante Reserveeinrichtung sind. Mit dieser Konfiguration können betriebsunfähige redundante Einrichtungen ersetzt werden, wobei die redundante Ersatzeinrichtung als Teil der virtuellen Einrichtung betriebsfähig wird, ohne daß es erforderlich ist, die redundante Einrichtung neu zu konfigurieren, so daß sie als Teil des redundanten Einrichtungspaares arbeiten kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die anderen Einrichtungen in dem System, wie zum Beispiel eine Host-Einrichtung, die eine Benutzerschnittstelle und eine Grafikanzeige umfaßt, so konfiguriert werden, daß sie die Konfiguration der Verbindungsanschlüsse oder Slots für die redundanten Einrichtungen und die Verbindungen der Einrichtungen zu diesen erfassen. Nach dem Erfassen kann die Host- Einrichtung die Grafikanzeige mit Informationen formatieren, welche die Anwesenheit der redundanten Einrichtungen, den Betriebsmodus jeder der redundanten Einrichtungen, den Betriebsstatus der redundanten Einrichtungen und dergleichen darstellen.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann anhand der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich.
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Prozeßsteuernetzes unter Verwendung des Feldbus-Protokolls;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Feldbus- Einrichtung, die drei Funktionsblöcke aufweist;
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Funktionsblöcke innerhalb einiger Einrichtungen des Prozeßsteuernetzes in Fig. 1 darstellt;
Fig. 4 ist die schematische Darstellung eines Regelkreises als typischer Prozeßregelkreis innerhalb des Prozeßsteuernetzes in Fig. 1;
Fig. 5 ist ein Zeitablaufdiagramm für einen Makrozyklus eines Segments des Busses des Prozeßsteuernetzes in Fig. 1;
Fig. 6 ist ein schematisches funktionelles Blockdiagramm eines Prozeßsteuernetzes, das redundante Bus-I/O-Einrichtungen enthält;
Fig. 7 ist ein schematisches Blockdiagramm des Prozeßsteuernetzes in Fig. 6; und
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Backplane zur Implementierung der redundanten Bus-I/O-Einrichtungen in Fig. 6.
Die redundanten Einrichtungen gemäß vorliegender Erfindung werden im Detail im Zusammenhang mit einem Prozeßsteuernetz beschrieben, das Prozeßsteuerfunktionen in dezentralisierter oder verteilter Weise unter Verwendung eines Satzes von Feldbus-Einrichtungen implementiert. Es sei jedoch angemerkt, daß die redundanten Einrichtungen gemäß vorliegender Erfindung mit Prozeßsteuernetzen verwendet werden können, die verteilte Steuerfunktionen unter Verwendung von anderen Arten von Anlageneinrichtungen und Kommunikationsprotokollen ausführen, einschließlich Protokollen, die nicht auf Zweidraht- Bussystemen basieren, und Protokollen, die nur analoge oder sowohl analoge als auch digitale Kommunikation unterstützen. So können beispielsweise die redundanten Einrichtungen gemäß vorliegender Erfindung in einem Prozeßsteuernetz verwendet werden, das verteilte Steuerfunktionen ausführt, auch wenn dieses Prozeßsteuernetz HART- oder PROFIBUS-Kommunikationsprotokolle etc. oder beliebige andere Kommunikationsprotokolle verwendet, die gegenwärtig vorhanden sind oder in der Zukunft entwickelt werden. Ferner können die redundanten Einrichtungen gemäß vorliegender Erfindung auch mit Standardprozeßsteuernetzen verwendet werden, welche keine verteilten Steuerfunktionen ausführen, wie zum Beispiel HART-Netze etc., und können mit jeder gewünschten Prozeßsteuereinrichtung verwendet werden, einschließlich Ventilen, Positioniereinrichtungen, Übertragungseinrichtungen etc.
Bevor die Details der redundanten Einrichtungen gemäß vorliegender Erfindung erörtert werden, werden allgemein das Feldbus-Protokoll, gemäß diesem Protokoll konfigurierte Anlageneinrichtungen (auch als Feldgeräte oder -einrichtungen bekannt und/oder bezeichnet) und die Art, in der die Kommunikation in einem Prozeßsteuernetz abläuft, welches das Feldbus-Protokoll verwendet, beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß das Feldbus-Protokoll zwar ein relativ neues volldigitales Kommunikationsprotokoll ist, das zur Verwendung in Prozeßsteuernetzen entwickelt wurde, dieses Protokoll jedoch nach dem Stand der Technik bekannt ist und in zahlreichen Artikeln, Broschüren und technischen Beschreibungen, die unter anderem von der Feldbus-Foundation, einer gemeinnützigen Organisation mit Hauptsitz in Austin/Texas, veröffentlicht, verteilt und zur Verfügung gestellt werden, im Detail beschrieben ist. Insbesondere ist das Feldbus-Protokoll und die Art der Kommunikation und der Datenspeicherung mit bzw. in Einrichtungen, die das Feldbus-Protokoll verwenden, im Detail in den Handbüchern von der Feldbus-Foundation beschrieben, die den Titel Communications Technical Specification und User Layer Technical Specification tragen, die hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme in vollem Umfang eingeschlossen werden.
Das Feldbus-Protokoll ist ein volldigitales serielles Zweiwegekommunikationsprotokoll, das eine standardisierte physische Schnittstelle zu einer Zweidrahtschleife beziehungsweise einem Bus bildet, welcher Anlagengeräte, wie zum Beispiel Sensoren, Aktuatoren, Steuereinrichtungen, Ventile etc. miteinander verbindet, die in einer Instrumentenanordnung oder einer Prozeßsteuerumgebung beispielsweise einer Fabrik oder einer Anlage angeordnet sind. Das Feldbus-Protokoll ergibt tatsächlich ein lokales Netz für Anlageninstrumente (Anlageneinrichtungen) innerhalb einer Prozeßanlage, welches diese Anlageneinrichtungen in die Lage versetzt, Steuerfunktionen an über einen Prozess verteilten Orten auszuführen und vor und nach der Ausführung dieser Steuerfunktionen miteinander zu kommunizieren, um eine Gesamtsteuerstrategie umzusetzen. Da das Feldbus-Protokoll es ermöglicht, Steuerfunktionen über ein gesamtes Prozeßsteuernetz zu verteilen, reduziert es die Kompliziertheit einer zentralisierten Prozeßsteuereinrichtung, die typischerweise zu einem DCS gehört, oder macht diese vollständig überflüssig.
Wie Fig. 1 zeigt, kann ein Prozeßsteuernetz 10, welches das Feldbus-Protokoll verwendet, einen Host 12 enthalten, der mit einer Anzahl von anderen Einrichtungen, wie zum Beispiel einem Programmlogikcontroller (PLC) 13, einer Anzahl von Steuergeräten 14, einer weiteren Hosteinrichtung 15 und einer Gruppe von Anlageneinrichtungen 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 und 32 über eine Zweidraht-Feldbusschleife oder einen Bus 34 verbunden ist. Das Netz 10 kann ferner weitere Einrichtungen enthalten, wie zum Beispiel einen Busmonitor 35, der den Bus 34 konstant überwacht und Kommunikations- und Diagnoseinformationen sammelt, die zum Bewerten der Leistung des Netzes verwendet werden. Der Bus 34 enthält verschiedene Abschnitte oder Segmente 34a, 34b und 34c, die durch Brückeneinrichtungen 30 und 32 getrennt sind, bei welchen es sich um Steuergeräte handeln kann. Jeder der Abschnitte 34a, 34b und 34c verbindet eine Untergruppe von Einrichtungen, die mit dem Bus 34 verbunden sind, um die Kommunikation zwischen den Einrichtungen in der nachfolgend beschriebenen Weise zu ermöglichen. Selbstverständlich dient das Netz von Fig. 1 nur der Erläuterung und es gibt viele andere Arten, wie ein Prozeßsteuernetz unter Verwendung des Feldbus-Protokolls konfiguriert werden kann. Typischerweise ist in einer der Einrichtungen, wie zum Beispiel dem Host 12, eine Konfigurationseinrichtung angeordnet, die für das Einrichten oder die Konfiguration jeder der Einrichtungen verantwortlich ist (bei welchen es sich insofern um "intelligente" Einrichtungen handelt, als sie jeweils einen Mikroprozessor enthalten, der in der Lage ist, Kommunikationsfunktionen und in einigen Fällen Steuerfunktionen auszuführen), sowie dafür, zu erkennen, wenn neue Anlageneinrichtungen an den Bus 34 angeschlossen werden, wenn Anlageneinrichtungen von dem Bus 34 entfernt werden, um einige der von den Anlageneinrichtungen 16 bis 32 erzeugten Daten zu erfassen und um eine Schnittstelle mit einem oder mehreren Benutzerterminals zu bilden, die in dem Host 12 angeordnet sein können oder in jeder anderen mit dem Host 12 in beliebiger Weise verbundenen Einrichtung angeordnet sein können.
Der Bus 34 unterstützt beziehungsweise erlaubt eine rein digitale Zweiwegekommunikation und kann ferner ein Leistungssignal zu einer oder zu allen mit ihm verbundenen Einrichtungen abgeben, wie zum Beispiel die Anlageneinrichtungen 16 bis 32. Alternativ können alle beziehungsweise einige der Einrichtungen 12 bis 32 ihre eigene Leistungsversorgung haben oder können mit einer externen Leistungsversorgung über separate Leitungen (nicht dargestellt) verbunden sein. Während in Fig. 1 die Einrichtungen 12 bis 32 so dargestellt sind, daß sie mit dem Bus 34 in einer Standardbusverbindung verbunden sind, bei der mehrere Einrichtungen mit demselben Leitungspaar verbunden sind, das die Bussegmente 34a, 34b und 34c bildet, erlaubt das Feldbus-Protokoll andere Einrichtungs- /Verdrahtungstopologien, darunter Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, bei welchen jede Einrichtung über ein separates Zweidrahtpaar (ähnlich einem typischen analogen 4-20 mA DCS- System) mit einer Steuereinrichtung oder einem Host verbunden ist, und eine Baum- oder "Stich"-Verbindung, bei der jede Einrichtung mit einem gemeinsamen Punkt in einem Zweidrahtbus versehen ist, bei dem es sich beispielsweise um einen Schaltkasten oder einen Anschlußbereich in einer der Anlageneinrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuernetzes handeln kann.
Gemäß dem Feldbus-Protokoll können Daten über die verschiedenen Bussegmente 34a, 34b und 34c mit derselben oder mit unterschiedlichen Kommunikationsbaudraten oder Geschwindigkeiten gesendet werden. Beispielsweise bietet das Feldbus- Protokoll eine 31,25 Kbit/s-Kommunikationsgeschwindigkeit (H1), die in der Darstellung von den Bussegmenten 34b und 34c in Fig. 1 verwendet wird, sowie höhere Kommunikationsgeschwindigkeiten (H2), die typischerweise für eine fortschrittliche Prozeßsteuerung, ferngesteuerte Eingabe/Ausgabe und Hochgeschwindigkeitsanlagenautomatisierungsanwendungen verwendet wird und in der Darstellung von dem Bussegment 34a in Fig. 1 verwendet wird. Entsprechend können Daten über die Bussegmente 34a, 34b und 34c gemäß dem Feldbus-Protokoll unter Verwendung einer Signalgebung im Spannungsmodus oder im Strommodus gesendet werden. Selbstverständlich ist die maximale Länge der Segmente des Busses 34 nicht streng beschränkt, sondern wird durch die Kommunikationsgeschwindigkeit, Kabelart, Drahtstärke, Busleistungsoption etc. dieses Abschnitts bestimmt.
Das Feldbus-Protokoll teilt die Einrichtungen, die mit dem Bus 34 verbunden werden können, in drei Kategorien ein, nämlich Basiseinrichtungen, Link-Mastereinrichtungen und Brückeneinrichtungen. Basiseinrichtungen (wie zum Beispiel die Einrichtungen 18, 20, 24 und 28 in Fig. 1) können kommunizieren, das heißt Kommunikationssignale in den Bus 34 senden und von diesem empfangen, sind jedoch nicht in der Lage, die Abfolge oder Zeitgebung der Kommunikation zu steuern, die auf dem Bus 34 abläuft. Link-Mastereinrichtungen (wie zum Beispiel die Einrichtungen 16, 22 und 26 sowie der Host 12 in Fig. 1) sind Einrichtungen, die über den Bus 34 kommunizieren und in der Lage sind, den Fluß und die Zeitgebung der Kommunikationssignale auf dem Bus 34 zu steuern. Brückeneinrichtungen (wie zum Beispiel die Einrichtungen 30 und 32 in Fig. 1) sind Einrichtungen, die so konfiguriert sind, daß sie über einzelne Segmente oder Zweige eines Feldbus-Busses kommunizieren und diese miteinander verbinden, um größere Prozeßsteuernetze zu bilden. Auf Wunsch können Brückeneinrichtungen eine Umwandlung zwischen unterschiedlichen Datengeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Datensignalisierungsformaten durchführen, die auf den verschiedenen Segmenten des Busses 34 verwendet werden, können zwischen den Segmenten des Busses 34 laufende Signale verstärken, können die zwischen den verschiedenen Segmenten des Busses 34 fließenden Signale filtern und nur diejenigen Signale weiterleiten, die für den Empfang durch eine Einrichtung in einem der Bussegmente bestimmt sind, mit dem die Brücke verbunden ist, und/oder können andere Aktionen durchführen, die zum Verbinden verschiedener Segmente des Busses 34 erforderlich sind. Brückeneinrichtungen, die Bussegmente verbinden, die mit verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten, müssen Link-Masterfähigkeiten auf der Seite des Segments mit niederer Geschwindigkeit der Brücke haben. Die Hosts 12 und 15, der PLC 13 und die Steuereinrichtungen 14 können eine beliebige Art einer Feldbuseinrichtung sein, sind jedoch typischerweise Link- Mastereinrichtungen.
Jede der Einrichtungen 12 bis 32 ist in der Lage, über den Bus 34 zu kommunizieren, und kann fähig sein, unabhängig eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen unter Verwendung von Daten, die von der Einrichtung, von dem Prozess oder von einer anderen Einrichtung über Kommunikationssignale auf dem Bus 34 erhalten werden, auszuführen. Feldbuseinrichtungen sind daher in der Lage, Abschnitte einer Gesamtregelungsstrategie direkt umzusetzen, was in der Vergangenheit durch eine zentralisierte digitale Steuereinrichtung eines DCS ausgeführt wurde. Zur Durchführung von Steuerfunktionen enthält jede Feldbuseinrichtung einen oder mehrere standardisierte "Blöcke", die in einem Mikroprozessor innerhalb der Einrichtung implementiert sind. Insbesondere enthält jede Feldbuseinrichtung einen Ressourcenblock und kann null oder mehr Funktionsblöcke und null oder mehr Transducerblöcke enthalten. Diese Blöcke werden als Blockobjekte bezeichnet.
Ein Ressourcenblock speichert und kommuniziert einrichtungsspezifische Daten, die zu einigen der Merkmale einer Feldbuseinrichtung gehören, darunter beispielsweise den Einrichtungstyp, die Angabe der Einrichtungsrevision und Angaben, wo andere einrichtungsspezifische Informationen innerhalb eines Speichers der Einrichtung erhalten werden können. Während unterschiedliche Einrichtungshersteller unterschiedliche Arten von Daten in dem Ressourcenblock einer Anlageneinrichtung speichern können, enthält jede Anlageneinrichtung, die dem Feldbus-Protokoll entspricht, einen Ressourcenblock, der einige Daten speichert.
Ein Funktionsblock definiert und implementiert eine Eingabefunktion, eine Ausgabefunktion oder eine Steuerfunktion, die zu der Anlageneinrichtung gehört, und somit werden Funktionsblöcke allgemein als Eingabe-/Ausgabe- und Steuerfunktionsblöcke bezeichnet. Andere Kategorien von Funktionsblöcken, wie zum Beispiel Hybridfunktionsblöcke, können jedoch vorhanden sein oder in Zukunft entwickelt werden. Jeder Eingabe- oder Ausgabefunktionsblock erzeugt mindestens eine Prozeßsteuereingabe (wie zum Beispiel eine Prozeßvariable von einer Prozeßmeßeinrichtung) oder eine Prozeßsteuerausgabe (wie zum Beispiel eine Ventilposition, die zu einer Betätigungseinrichtung gesendet wird), während jeder Steuerfunktionsblock einen Algorithmus verwendet (der proprietärer Natur sein kann), um eine oder mehrere Prozeßausgaben aus einer oder mehreren Prozeßeingaben und Steuereingaben zu erzeugen. Beispiele für Standardfunktionsblöcke schließen Funktionsblöcke für analoge Eingabe (AI), analoge Ausgabe (AO), Vorspannungen (B), Steuerauswahl (CS), diskrete Eingabe (DI), diskrete Ausgabe (DO), manuelles Laden (ML), Proportional/Derivativ /PD), Proportional/Integral/Derivativ (PID), Verhältnis (RA) und Signalauswahl (SS) ein. Andere Arten von Funktionsblöcken sind jedoch vorhanden und neue Arten von Funktionsblöcken können bestimmt oder erstellt werden, um in der Feldbusumgebung zu arbeiten.
Ein Transducerblock verbindet die Eingaben und Ausgaben eines Funktionsblocks mit lokalen Hardwareeinrichtungen, wie zum Beispiel Sensoren und Betätigungseinrichtungen, um es zu ermöglichen, daß Funktionsblöcke die Ausgaben von lokalen Sensoren lesen und lokale Einrichtungen anweisen, eine oder mehrere Funktionen auszuführen, wie zum Beispiel ein Ventilelement zu bewegen. Transducerblöcke enthalten typischerweise Informationen, die erforderlich sind, um von einer lokalen Einrichtung gelieferte Signale zu interpretieren und um ordnungsgemäß lokale Hardwareeinrichtungen zu steuern, darunter beispielsweise Informationen, die die Art der lokalen Einrichtung angeben, Kalibrierungsinformationen, die zu einer lokalen Einrichtung gehören, etc. Ein einzelner Transducerblock ist typischerweise jedem Eingabe- oder Ausgabefunktionsblock zugeordnet.
Die meisten Funktionsblöcke sind in der Lage, Alarm- oder Ereignisanzeigen auf der Basis von vorbestimmten Kriterien zu erzeugen und sind in der Lage, in verschiedenen Modi unterschiedlich zu arbeiten. Allgemein ausgedrückt können Funktionsblöcke in einem Automatikmodus arbeiten, in dem beispielsweise der Algorithmus eines Funktionsblocks automatisch arbeitet; in einem Operatormodus, in dem die Eingabe oder Ausgabe beispielsweise eines Funktionsblockes manuell gesteuert wird; in einem Betriebsunfähigkeitsmodus, in dem der Block nicht arbeitet; in einem Kaskadenmodus, in dem die Operation des Blockes von der Ausgabe eines anderen Blockes beeinflußt (beziehungsweise bestimmt wird); und in einem oder mehreren Fernsteuermodi, in dem ein entfernter Computer den Modus des Blockes bestimmt. Andere Betriebsmodi sind jedoch in dem Feldbus-Protokoll vorhanden.
Es ist von Bedeutung, daß jeder Block in der Lage ist, mit anderen Blöcken in der gleichen oder in anderen Anlageneinrichtungen über den Feldbus-Bus 34 unter Verwendung von Standardmitteilungsformaten zu kommunizieren, die durch das Feldbus-Protokoll definiert sind. Als Resultat können Kombinationen von Funktionsblöcken (in der gleichen oder in verschiedenen Einrichtungen) miteinander kommunizieren, um eine oder mehrere dezentralisierte Regelkreise zu bilden. So kann beispielsweise ein PID-Funktionsblock in einer Anlageneinrichtung über den Bus 34 so verbunden sein, daß er eine Ausgabe eines AI-Funktionsblocks in einer zweiten Anlageneinrichtung empfängt, um Daten an einen AO-Funktionsblock in einer dritten Anlageneinrichtung auszugeben und eine Ausgabe eines AO-Funktionsblocks als Rückmeldung zu empfangen, um einen Prozeßregelkreis getrennt von und neben einer DCS-Steuereinrichtung zu bilden. Auf diese Weise verlegen Kombinationen von Funktionsblöcken Steuerfunktionen aus einer zentralisierten DCS-Umgebung, was es Multifunktions-DCS-Steuereinrichtungen erlaubt, Überwachungs- oder Koordinierungsfunktionen auszuführen, oder sie völlig überflüssig macht. Ferner bieten Funktionsblöcke eine graphische, blockorientierte Struktur zur einfachen Konfiguration eines Prozesses und ermöglichen die Verteilung von Funktionen unter Anlageneinrichtungen von verschiedenen Lieferanten, da diese Blöcke ein konsistentes Kommunikationsprotokoll nutzen.
Während die hier erörterten Blockobjekte im Kontext des Feldbus-Protokolls als "Funktionsblöcke" bezeichnet werden, ist es dem Durchschnittsfachmann offenbar, daß Prozeßsteuernetze, die andere Kommunikationsprotokolle verwenden, Prozeßfunktionsmodule enthalten, die den beschriebenen Funktionsblöcken analog sind. Obgleich sich die Beispiele in der folgenden Offenbarung auf das Feldbus-Protokoll konzentrieren, ist die vorliegende Erfindung somit in Netzen verwendbar, die andere Kommunikationsprotokolle verwenden, und ist nicht auf Prozeßsteuernetze unter Verwendung des Feldbus-Protokolles beschränkt.
Zusätzlich dazu, daß sie Blockobjekte enthält und implementiert, enthält jede Anlageneinrichtung ein oder mehrere andere Objekte, einschließlich Verbindungsobjekte, Trendobjekte, Alarmobjekte und Betrachtungsobjekte. Verbindungsobjekte definieren die Verbindungen zwischen der Eingabe und der Ausgabe von Blöcken (wie zum Beispiel Funktionsblöcken) sowohl intern in der Anlageneinrichtung als auch über den Feldbus-Bus 34.
Trendobjekte erlauben eine lokale Trendentwicklung von Funktionsblockparametern für den Zugriff durch andere Einrichtungen, wie zum Beispiel den Host 12 und die Steuereinrichtungen aus Fig. 1. Trendobjekte enthalten kurzfristige historische Daten, die beispielsweise zu einigen Funktionsblockparametern gehören, und berichten diese Daten an andere Einrichtungen oder Funktionsblöcke über den Bus 34 in asynchroner Weise. Alarmobjekte berichten Alarmzustände oder Ereignisse über den Bus 34. Diese Alarmzustände oder Ereignisse können jedes Ereignis betreffen, das innerhalb einer Einrichtung oder einem der Blöcke der Einrichtungen auftritt. Betrachtungsobjekte sind vordefinierte Gruppierungen von Blockparametern, die bei einer standardisierten Mensch-/Maschineschnittstelle verwendet werden, und können von Zeit zu Zeit an andere Einrichtung zur Betrachtung gesendet werden.
In Fig. 2 ist nun eine Feldbuseinrichtung, bei der es sich beispielsweise um eine der Anlageneinrichtungen 16 bis 28 aus Fig. 1 handeln kann, dargestellt. Sie enthält drei Ressourcenblöcke 48, drei Funktionsblöcke 50, 51 und 52, und zwei Transducerblöcke 53 und 54. Einer der Funktionsblöcke (bei dem es sich um einen Eingabefunktionsblock handeln kann) ist über den Transducerblock 53 mit einem Sensor 55 verbunden, der beispielsweise ein Temperatursensor, ein Sollwertangabesensor etc. sein kann. Der zweite Funktionsblock 51 (bei dem es sich um einen Ausgabefunktionsblock handeln kann) ist über den Transducerblock 54 mit einer Ausgabeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Ventil 65, verbunden. Der dritte Funktionsblock 52 (bei dem es sich um einen Steuerfunktionsblock handeln kann) hat ein Trendobjekt 57, das mit ihm verbunden ist, um eine Trendentwicklung des Eingabeparameters des Funktionsblocks 52 durchzuführen.
Verbindungsobjekte 58 definieren die Blockparameter jedes der zugehörigen Blöcke und Alarmobjekte 59 geben Alarm- oder Ereignismitteilungen für jeden der zugehörigen Blöcke ab. Betrachtungsobjekte 60 sind jedem der Funktionsblöcke 50, 51 und 52 zugeordnet und enthalten oder gruppieren Datenlisten für die Funktionsblöcke, denen sie zugeordnet sind. Diese Listen enthalten Informationen, die jeweils für eine Gruppe von unterschiedlichen festgelegten Ansichten erforderlich sind. Selbstverständlich dient Fig. 2 nur als Beispiel und andere Zahlen und Arten von Blockobjekten, Verbindungsobjekten, Alarmobjekten, Trendobjekten und Betrachtungsobjekten können in jeder Anlageneinrichtung vorgesehen sein.
In Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm des Prozeßsteuernetzes 10, in dem die Einrichtungen 16, 18 und 24 als Positionier-/Ventileinrichtungen dargestellt sind und die Einrichtungen 20, 22, 26 und 28 als Übertragungseinrichtungen, ferner die Funktionsblöcke, die der Positionier-/Ventileinrichtung 16, der Übertragungseinrichtung 20 und der Brücke 30 zugeordnet sind. Wie Fig. 3 zeigt, enthält die Positionier-/Ventileinrichtung 16 einen Ressourcenblock 61 (RSC), einen Transducerblock 62 (XDR) und eine Anzahl von Funktionsblöcken, einschließlich eines analogen Ausgabefunktionsblocks 63 (AO), zweier PID- Funktionsblöcke 64 und 65 und eines Signalauswahlfunktionsblocks 69 (SS). Die Übertragungseinrichtung 20 enthält einen Ressourcenblock 61, zwei Transducerblöcke 62 und zwei analoge Eingabefunktionsblöcke 66 und 67 (AI). Ferner enthält die Brücke 30 einen Ressourcenblock 61 und einen PID-Funktionsblock 68.
Wie zu erkennen ist, können die verschiedenen Funktionsblöcke in Fig. 3 in einer Anzahl von Regelkreisen (durch Kommunikation über den Bus 34) zusammenarbeiten und die Regelkreise, in welchen die Funktionsblöcke der Positionier-/Ventileinrichtung 16, der Übertragungseinrichtung 20 und der Brücke 30 angeordnet sind, sind in Fig. 3 durch einen Regelkreisidentifizierungsblock, der mit jedem dieser Funktionsblöcke verbunden ist, gekennzeichnet. Wie in Fig. 3 dargestellt, sind so der AO-Funktionsblock 63 und der PID-Funktionsblock 64 der Positionier-/Ventileinrichtung 16 und der AI-Funktionsblock 66 der Übertragungseinrichtung 20 innerhalb eines Regelkreises verbunden, der als KREIS1 bezeichnet ist, während der SS- Funktionsblock 69 der Positionier-/Ventileinrichtung 16, der AI-Funktionsblock 67 der Übertragungseinrichtung 20 und der PID-Funktionsblock 68 der Brücke 30 in einem Regelkreis miteinander verbunden sind, der als KREIS2 bezeichnet ist. Der andere PID-Funktionsblock 65 der Positionier-/Ventileinrichtung 16 ist innerhalb eines Regelkreises angeschlossen, der als KREIS3 bezeichnet ist.
Die miteinander verbundenen Funktionsblöcke, welche den mit KREIS1 in Fig. 3 bezeichneten Regelkreis bilden, sind im Detail in der schematischen Darstellung dieses Regelkreises in Fig. 4 gezeigt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird der Regelkreis KREIS1 vollständig durch Kommunikationsverbindungen zwischen dem AO-Funktionsblock 63 und dem PID-Funktionsblock 64 der Positionier-/Ventileinrichtung 16 und dem AI- Funktionsblock 66 der Übertragungseinrichtung 20 (Fig. 3) gebildet. Die Darstellung des Regelkreises in Fig. 4 zeigt die Kommunikationsverbindungen zwischen diesen Funktionsblökken unter Verwendung von Leitungen, die die Prozess- und Steuereingaben und -ausgaben dieser Funktionsblöcke verknüpfen. Der Ausgang des AI-Funktionsblocks 66, der eine Prozeßmessung oder ein Prozeßparametersignal enthalten kann, ist über das Bussegment 34b mit dem Eingang des PID-Funktionsblocks 64 in Kommunikationsverbindung, der einen Ausgang hat, der ein Steuersignal enthält, das mit einem Eingang des AO- Funktionsblocks in Kommunikationsverbindung ist. Ein Ausgang des AO-Funktionsblocks 63, der ein Rückkopplungssignal enthält, das beispielsweise die Position des Ventils 16 anzeigt, ist mit dem Steuereingang des PID-Funktionsblocks 64 verbunden. Der PID-Funktionsblock 64 verwendet dieses Rückkopplungssignal zusammen mit dem Prozeßmessungssignal von dem AI- Funktionsblock 66, um die ordnungsgemäße Steuerung des AO- Funktionsblocks 63 umzusetzen. Selbstverständlich können die in dem Regelkreisdiagramm von Fig. 4 durch Linien dargestellten Verbindungen intern innerhalb einer Anlageneinrichtung ausgeführt werden, wenn die Funktionsblöcke innerhalb derselben Anlageneinrichtung sind, wie dies bei den AO- und PID-Funktionsblöcken 63 und 64 der Fall ist (beispielsweise die Positionier-/Ventileinrichtung 16), oder diese Verbindungen können über den Zweidrahtkommunikationsbus 34 unter Verwendung einer synchronen Standard-Feldbuskommunikation umgesetzt werden. Selbstverständlich werden andere Regelkreise durch andere Funktionsblöcke implementiert, die in anderen Konfigurationen in Kommunikationsverbindung stehen.
Um die Kommunikations- und Steueraktivitäten zu implementieren und auszuführen, verwendet das Feldbus-Protokoll drei allgemeine Technikkategorien, die als eine physische Schicht, ein Kommunikations-"Stack" und eine Benutzerschicht bezeichnet werden. Die Benutzerschicht enthält die Steuer- und Konfigurationsfunktionen, die in Form von Blöcken (wie zum Beispiel Funktionsblöcken) und Objekten in einer bestimmten Prozeßsteuereinrichtung oder Anlageneinrichtung vorgesehen sind. Die Benutzerschicht wird typischerweise in proprietärer Weise von dem Einrichtungshersteller gestaltet, muss jedoch in der Lage sein, Mitteilungen gemäß dem Standardmitteilungsformat, das durch das Feldbus-Protokoll definiert ist, zu empfangen und zu senden, und von einem Benutzer in standardisierter Weise konfiguriert werden können. Die physische Schicht und der Kommunkations-"Stack" sind erforderlich, um die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Blöcken der verschiedenen Anlageneinrichtungen in standardisierter Weise unter Verwendung des Zweidrahtbusses 34 auszuführen und kann durch das bekannte Open Systems Interconnect Schicht-Kommunikationsmodell (OSI) modellhaft dargestellt werden.
Die physische Schicht, die der OSI-Schicht 1 entspricht, ist in jeder Anlageneinrichtung und dem Bus 34 eingebettet und arbeitet so, daß sie von dem Feldbus-Übertragungsmedium (dem Zweidrahtbus 34) empfangene elektromagnetische Signale in Mitteilungen umwandelt, die von dem Kommunikations-"Stack" der Anlageneinrichtungen verwendet werden können. Die physische Schicht kann gedanklich als der Bus 34 und die auf dem Bus 34 an den Eingängen und Ausgängen der Anlageneinrichtung vorhandenen elektromagnetischen Signale dargestellt werden.
Der Kommunikations-Stack, der in jeder Feldbuseinrichtung vorhanden ist, enthält eine Datenverbindungsschicht, die der OSI-Schicht 2 entspricht, eine Feldbus-Zugangsunterschicht und eine Feldbus-Mitteilungsspezifizierungsschicht, die der OSI-Schicht 7 entspricht. Für die OSI-Schichten 3 bis 6 gibt es in dem Feldbus-Protokoll keine entsprechende Struktur. Jede Schicht in dem Kommunikations-Stack ist für die Codierung oder Decodierung eines Abschnitts der Mitteilung oder des Signals, die auf dem Feldbus-Bus 34 übertragen werden, verantwortlich. Als Resultat fügt jede Schicht des Kommunikations- Stack bestimmte Abschnitte des Feldbussignals hinzu oder entfernt diese, wie zum Beispiel Präambel, Startbegrenzer und Endbegrenzer, und decodiert in einigen Fällen die gestrippten Abschnitte des Feldbussignals, um zu erkennen, wohin der Rest des Signals oder der Mitteilung gesendet werden sollte, oder ob das Signal entfernt werden sollte, da es beispielsweise eine Mitteilung oder Daten für Funktionsblöcke enthält, die nicht innerhalb der empfangenen Anlageneinrichtung liegen.
Die Datenverbindungs-/physische Schicht steuert die Übertragung von Mitteilungen auf den Bus 34 und verwaltet den Zugriff auf den Bus 34 gemäß einem deterministischen zentralisierten Bus-Scheduler, der aktiver Verbindungsscheduler genannt wird und nachfolgend im Detail beschrieben wird. Die Datenverbindungs-/physische Schicht entfernt eine Präambel von den Signalen auf dem Übertragungsmedium und kann die empfangene Präambel verwenden, um das interne Taktsignal der Anlageneinrichtung mit dem ankommenden Feldbussignal zu synchronisieren. Entsprechend wandelt die Datenverbindungs- /physische Schicht Mitteilungen in dem Kommunikations-Stack in physische Feldbusssignale um und codiert diese Signale mit Taktinformationen, um ein "synchrones serielles" Signal zu erzeugen, das eine ordnungsgemäße Präambel für die Übertragung auf dem Zweidrahtbus 34 hat. Während des Decodierungsprozesses erkennt die Datenverbindungs-/physische Schicht spezielle Codes innerhalb der Präambel, wie zum Beispiel Startbegrenzer und Endbegrenzer, um den Anfang und das Ende einer bestimmten Feldbusmitteilung zu identifizieren, und kann eine Prüfsumme ausführen, um die Unversehrtheit des Signals oder der Mitteilung, die von dem Bus 34 empfangen wird, zu verifizieren. Entsprechend überträgt die Datenverbindungs- /physische Schicht Feldbussignale auf den Bus 34, indem sie Start- und Endbegrenzer zu Mitteilungen in dem Kommunikations-Stack hinzufügt und diese Signale zum ordnungsgemäßen Zeitpunkt auf dem Übertragungsmedium plaziert.
Die Feldbus-Mitteilungsspezifizierungsschicht erlaubt es der Benutzerschicht (das heißt den Funktionsblöcken, den Objekten etc. einer Anlageneinrichtung), über den Bus 34 unter Verwendung eines Standardsatzes von Mitteilungsformaten zu kommunizieren und beschreibt die Kommunikationsdienste, Mitteilungsformate und das Protokollverhalten, die erforderlich sind, um Mitteilungen aufzubauen, die auf dem Kommunikations-Stack zu plazieren sind und der Benutzerschicht zur Verfügung zu stellen sind. Da die Feldbus-Mitteilungsspezifizierungsschicht standardisierte Kommunikationsvorgänge für die Benutzerschicht verfügbar macht, sind spezifische Feldbus-Mitteilungsspezifizierungskommunikationsdienste für jede Art der vorstehend beschriebenen Objekte definiert. Beispielsweise enthält die Feldbus-Mitteilungsspezifizierungsschicht einen Objektwörterbuchdienst, der es einem Benutzer erlaubt, ein Objektwörterbuch einer Einrichtung zu lesen. Das Objektwörterbuch speichert Objektbeschreibungen, die jedes der Objekte einer Einrichtung beschreiben oder identifizieren (wie zum Beispiel Blockobjekte). Die Feldbus-Mitteilungsspezifizierungsschicht enthält ferner einen Kontextverwaltungsdienst, der es einem Benutzer erlaubt, Kommunikationsbeziehungen, die als virtuelle Kommunikationsbeziehungen (VCRs) bekannt sind und nachfolgend beschrieben werden, welche mit einem oder mehreren Objekten einer Einrichtung verbunden sind, zu lesen und zu verändern. Ferner bietet die Feldbus-Mitteilungsspezifizierungsschicht einen variablen Zugangsdienst, Ereignisdienst, Upload- und Download-Dienst und einen Programmabrufdienst, die nach dem Feldbus-Protokoll bekannt sind und daher hier nicht im Detail erläutert werden. Die Feldbus-Zugriffsunterschicht bildet die Feldbus-Mitteilungsspezifizierungsschicht in die Datenverbindungsschicht ab.
Um die Operation dieser Schichten zu ermöglichen oder zu erlauben, enthält jede Feldbuseinrichtung eine Verwaltungsinformationsbasis (MIB), bei der es sich um eine Datenbank handelt, die VCRs, dynamische Variable, Statistiken, Zeitablaufpläne des aktiven Linkschedulers, Zeitablaufpläne für die Funktionsblockausführung und Einrichtungskennzeichnungs- und Adreßinformationen speichert. Selbstverständlich kann auf die Informationen innerhalb der MIB jederzeit unter Verwendung von Standard-Feldbus-Mitteilungen oder -Befehlen zugegriffen werden und diese können verändert werden. Ferner ist eine Einrichtungsbeschreibung gewöhnlich in jeder Einrichtung vorgesehen, um einem Benutzer oder einem Host eine ausführliche Übersicht über die Informationen in der VFD zu geben. Eine Einrichtungsbeschreibung, die typischerweise mit Token versehen sein muss, um von einem Host verwendet zu werden, speichert Informationen, die für den Host erforderlich sind, um die Bedeutung der Daten in den VFDs einer Einrichtung zu verstehen.
Es versteht sich, daß zur Implementierung einer Steuerstrategie unter Verwendung von Funktionsblöcken, die über ein Prozeßsteuernetz verteilt sind, die Ausführung der Funktionsblöcke in Bezug auf die Ausführung von anderen Funktionsblöcken in einem bestimmten Regelkreis exakt geplant sein muss. Entsprechend muss die Kommunikation zwischen verschiedenen Funktionsblöcken auf dem Bus 34 exakt geplant sein, so daß die ordnungsgemäßen Daten jedem Funktionsblock zur Verfügung gestellt werden, bevor dieser Block mit der Ausführung beginnt.
Nachfolgend wird unter Bezug auf Fig. 1 die Art beschrieben, in der verschiedene Anlageneinrichtungen (und verschiedene Blöcke innerhalb der Anlageneinrichtungen) über das Feldbus- Übertragungsmedium kommunizieren. Damit die Kommunikation ablaufen kann, arbeitet eine Link-Mastereinrichtungen in jedem Segment des Busses 34 (beispielsweise die Einrichtungen 12, 16 und 26) als ein aktiver Linkscheduler (LAS), der aktiv die Kommunikation in dem zugehörigen Segment des Busses 34 plant und steuert. Der LAS für jedes Segment des Busses 34 speichert und aktualisiert einen Kommunikationsplan (einen aktiven Verbindungsplan), der die Zeiten enthält, die jeder Funktionsblock jeder Einrichtung planmäßig zugewiesen kriegt, um die periodische Kommunikationsaktivität über den Bus 34 zu starten, und die Zeitdauer, für die diese Kommunikationsaktivität auftreten soll. Während nur eine aktive LAS-Einrichtung in jedem Segment des Busses 34 vorhanden sein kann, können andere Link-Mastereinrichtungen (wie zum Beispiel die Einrichtung 22 in dem Segment 34b) als Reserve-LAS dienen und aktiv werden, wenn die gegenwärtige LAS beispielsweise ausfällt. Basiseinrichtungen haben nicht die Fähigkeit, jederzeit die Funktion eines LAS zu übernehmen.
Allgemein ausgedrückt, sind Kommunikationsaktivitäten über den Bus 34 in sich wiederholende Makrozyklen eingeteilt, von welchen jeder einen synchronen Kommunikationsablauf für jeden über den Bus veröffentlichenden Funktionsblock, der an einem jeweiligen Segment des Busses 34 aktiv ist, und einen oder mehrere asynchrone Kommunikationsabläufe für einen oder mehrere der Funktionsblöcke oder Einrichtungen, die auf einem Segment des Busses 34 aktiv sind, enthält. Eine Einrichtung kann aktiv sein, das heißt Daten an ein beliebiges Segment des Busses 34 senden und Daten von diesem empfangen, auch wenn sie physisch mit einem anderen Segment des Busses 34 verbunden ist, und zwar durch koordinierte Operation der Brücken und der LAS auf dem Bus 34.
Während jedes Makrozyklus vollzieht jeder der Funktionsblöcke, die an einem bestimmten Segment des Busses 34 aktiv sind, gewöhnlich zu unterschiedlichen, jedoch exakt zugewiesenen (synchronen) Zeiten die Ausführung und veröffentlicht zu einem anderen exakt zugewiesenen Zeitpunkt seine Ausgabedaten an das Segment des Busses 34 ansprechend auf einen Zwangsdatenbefehl, der von dem entsprechenden LAS erzeugt wurde. Vorzugsweise wird jeder Funktionsblock planmäßig so eingeteilt, daß er seine Ausgabedaten kurz nach dem Ende der Ausführungsperiode des Funktionsblocks veröffentlicht. Ferner werden die Datenveröffentlichungszeiten der verschiedenen Funktionsblöcke in Reihe planmäßig zugewiesen, so daß nicht zwei Funktionsblöcke in einem bestimmten Segment des Busses 34 gleichzeitig Daten veröffentlichen. Während der Zeit, während welcher keine synchrone Kommunikation vorliegt, ist es wiederum jeder Anlageneinrichtung gestattet, Alarmdaten, Betrachtungsdaten etc. in asynchroner Weise unter Verwendung von Tokengesteuerter Kommunikation zu übertragen. Wie vorstehend angeführt, sind die Zeitpunkte zum Senden der Zwangsdatenbefehle zu jeder der Einrichtungen an einem Segment des Busses 34 in dem MIB der LAS-Einrichtung für dieses Segment gespeichert. Diese Zeiten sind typischerweise als Offset-Zeiten gespeichert, da sie die Zeiten, an welchen ein Funktionsblock Daten ausführen oder senden soll, als Relativbezug zu dem Beginn einer "absoluten Verbindungsplanstartzeit" identifizieren, die allen mit dem Bus 34 verbundenen Einrichtungen bekannt ist.
Um die Kommunikation während jedes Makrozyklus zu bewerkstelligen, sendet der LAS, beispielsweise der LAS 16 des Bussegments 34b, einen Zwangsdatenbefehl an jede der Einrichtungen an dem Bussegment 34b gemäß der Liste der Übertragungszeiten, die in dem aktiven Verbindungsplan gespeichert ist. Bei Empfang eines Zwangsdatenbefehls veröffentlicht ein Funktionsblock einer Einrichtung seine Ausgabedaten auf den Bus 34 für eine bestimmte Zeitdauer. Da jeder der Funktionsblöcke typischerweise so zur Ausführung vorgesehen ist, daß die Ausführung dieses Blockes vollendet wird, kurz bevor der Block zum Empfang eines Zwangsdatenbefehls vorgesehen ist, sollten die ansprechend auf einen Zwangsdatenbefehl veröffentlichten Daten die aktuellsten Ausgabedaten des Funktionsblocks sein. Wenn jedoch ein Funktionsblock langsam arbeitet bzw. ausführt und keine neuen Ausgangssignale gespeichert hat, wenn er den Zwangsdatenbefehl empfängt, veröffentlicht der Funktionsblock die während des letzten Ablaufs des Funktionsblocks erzeugten Ausgabedaten und zeigt an, daß die veröffentlichten Daten alte Daten sind.
Nachdem der LAS einen Zwangsdatenbefehl an jeden der Funktionsblöcke an einem bestimmten Segment des Busses 34 gesendet hat und während der Zeit, während der die Funktionsblöcke ausgeführt werden, kann der LAS das Auftreten von asynchronen Kommunikationsaktivitäten veranlassen. Um eine asynchrone Kommunikation zu bewirken, sendet der LAS eine Pass-Token- Mitteilung zu einer bestimmten Anlageneinrichtung. Wenn eine Anlageneinrichtung eine Pass-Token-Mitteilung empfängt, hat diese Anlageneinrichtung vollen Zugriff auf den Bus 34 (oder ein Segment desselben) und kann asynchrone Mitteilungen senden, wie zum Beispiel Alarmmitteilungen, Trenddaten, Operatorsollwertdaten etc., bis die Mitteilungen vollendet sind oder bis eine maximal zugewiesene "Token-Haltezeit" verstrichen ist. Anschließend gibt die Anlageneinrichtung den Bus 34 (oder ein bestimmtes Segment davon) frei und der LAS sendet eine Pass-Token-Mitteilung zu einer anderen Einrichtung. Dieser Prozeß wird bis zum Ende des Makrozyklus wiederholt oder bis der LAS planmäßig einen Zwangsdatenbefehl sendet, um eine synchrone Kommunikation zu bewirken. Selbstverständlich kann in Abhängigkeit von dem Ausmaß des Mitteilungsverkehrs und der Anzahl von Einrichtungen und Blöcken, die mit einem bestimmten Segment des Busses 34 verbunden sind, nicht jede Einrichtung während jedes Makrozyklus eine Pass-Token-Mitteilung empfangen.
Fig. 5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das die Zeiten darstellt, während welchen die Funktionsblöcke an dem Bussegment 34b in Fig. 1 während jedes Makrozyklus des Bussegments 34b ausgeführt werden, und die Zeiten, während welchen synchrone Kommunikation während jedes Makrozyklus, der dem Bussegment 34b zugehörig ist, auftritt. In dem Zeitablaufdiagramm von Fig. 5 ist die Zeit auf der horizontalen Achse angegeben und den verschiedenen Funktionsblöcken der Positionier-Ventileinrichtung 16 und der Übertragungseinrichtung 20 (in Fig. 3) zugeordnete Aktivitäten sind auf der vertikalen Achse aufgetragen. Der Regelkreis, in dem jeder der Funktionsblöcke arbeitet, ist in Fig. 5 als Index angegeben. So bezieht sich AI_KREIS1 auf den AI-Funktionsblock 66 der Übertragungseinrichtung 20, PID_KREIS1 bezieht sich auf den PID-Funktionsblock 64 der Positionier-/Ventileinrichtung 16 etc. Die Blockausführungsdauer jedes der dargestellten Funktionsblöcke ist durch ein schraffiertes Feld dargestellt, während jede planmäßig zugewiesene synchrone Kommunikation durch einen vertikalen Balken in Fig. 5 gekennzeichnet ist.
So wird gemäß dem Zeitablaufdiagramm in Fig. 5 während eines bestimmten Makrozyklus des Segments 34b (Fig. 1), der AI_KREIS1 Funktionsblock zunächst für die durch das Feld 70 angegebene Zeitdauer ausgeführt. Anschließend wird während der Zeitdauer, die durch den vertikalen Balken 72 angegeben ist, das Ausgangssignal des Funktionsblocks AI_KREIS1 auf dem Bussegment 34b ansprechend auf einen Zwangsdatenbefehl von dem LAS für das Bussegment 34b veröffentlicht. Entsprechend zeigen die Felder 74, 76, 78, 80 und 81 die Ausführungszeiten der Funktionsblöcke PID_KREIS1, AI_KREIS2, AO_KREIS1, SS_KREIS2 und PID_KREIS3, jeweils an (die für die verschiedenen Blöcke jeweils unterschiedlich sind), während die vertikalen Balken 82, 84, 86, 88 und 89 die Zeiten bezeichnen, in denen die Funktionsblöcke PID_KREIS1, AI_KREIS2, AO_KREIS1, SS_KREIS2 und PID_KREIS2 jeweils Daten auf dem Bussegment 34b veröffentlichen.
Es ist offensichtlich, daß das Zeitablaufdiagramm von Fig. 5 auch die Zeiten darstellt, die für asynchrone Kommunikationsaktivitäten zur Verfügung stehen, welche während der Ausführungszeiten jedes der Funktionsblöcke und während der Zeit zum Ende des Makrozyklus auftreten können, während der keine Funktionsblöcke ausgeführt werden und wenn keine synchrone Kommunikation auf dem Bussegment 34b abläuft. Selbstverständlich können auf Wunsch verschiedene Funktionsblöcke absichtlich so zeitlich eingeteilt werden, daß sie zur selben Zeit ausgeführt werden, und nicht alle Funktionsblöcke müssen Daten auf dem Bus veröffentlichen, wenn beispielsweise keine andere Einrichtung die von einem Funktionsblock erzeugten Daten abonniert.
Anlageneinrichtungen sind in der Lage, miteinander über den Bus 34 unter Verwendung von eindeutigen Adressen zu kommunizieren, die jeder Anlageneinrichtung zugewiesen werden. Die Anlageneinrichtungen sind an Knoten des Busses 34 angeordnet und jeder Knoten hat eine bestimmte physische Adresse, die die an diesem angeordnete Anlageneinrichtung zur Verwendung bei der Kommunikation mit anderen Anlageneinrichtungen in dem Prozeßsteuernetz identifiziert. Die eindeutige Adresse für die Anlageneinrichtung wird in dem MIB der Anlageneinrichtung gespeichert und die Adresse ist in den Mitteilungen enthalten, die von der Einrichtung auf dem Bus veröffentlicht werden. Die Anlageneinrichtung oder die Einrichtungen, für welche die Mitteilungen veröffentlicht werden, sind mit VCRs konfiguriert, die die Einrichtung bzw. Einrichtungen anweisen, das Bussegment 34 auf Mitteilungen zu überwachen, welche die Adresse der veröffentlichenden Anlageneinrichtung enthalten. Wenn die teilnehmenden Anlageneinrichtungen Mitteilungen mit der Adresse der veröffentlichenden Anlageneinrichtung erfassen, decodieren und verarbeiten sie die Mitteilungen gemäß der Erfordernis zur Durchführung der Prozeßsteuerung.
Anlageneinrichtungen sind in der Lage, Daten und Mitteilungen über den Bus 34 unter Verwendung eines von drei Arten von VCRs, die in der Feldbus-Zugriffsunterschicht des Stacks jeder Anlageneinrichtung definiert sind, zu veröffentlichen oder zu übertragen. Ein Client/Server-VCR wird für in Warteschlange gestellte, nicht planmäßige, vom Benutzer ausgelöste eins-zu-eins-Kommunikation zwischen den Einrichtungen auf dem Bus 34 verwendet. Derartige in Warteschlange gestellte Mitteilungen werden in der Reihenfolge gesendet und empfangen, in der sie zur Übertragung eingegeben werden, gemäß ihrer Priorität, ohne daß vorangehende Mitteilungen überschrieben werden. Somit kann eine Anlageneinrichtung eine Client/Server-VCR verwenden, wenn sie eine Pass-Token-Mitteilung von einem LAS empfängt, um eine Anforderungsmitteilung an eine andere Einrichtung an den Bus 34 zu senden. Die anfordernde Einrichtung wird "Client" genannt und die Einrichtung, die die Anforderung empfängt, wird "Server" genannt. Der Server sendet eine Antwort, wenn er eine Pass-Token-Mitteilung von dem LAS empfängt. Der Client/Server-VCR wird beispielsweise verwendet, um von der Bedienungsperson ausgelöste Anforderungen, wie zum Beispiel Sollwertveränderungen, Abstimmparameterzugriff und Veränderungen, Alarmbestätigungen und Einrichtungsuploads und -downloads zu bewirken.
Ein Berichtverteilungs-VCR wird für in Warteschlange gestellte, nicht planmäßige, vom Benutzer ausgelöste Kommunikationsabläufe von einer Station an mehrere verwendet. Wenn beispielsweise eine Anlageneinrichtung mit einem Ereignis- oder einem Trendbericht ein Pass-Token von einem LAS empfängt, sendet diese Anlageneinrichtung ihre Mitteilung an eine "Gruppenadresse", die in der Feldbus-Zugriffsunterschicht des Kommunikations-Stack dieser Einrichtung definiert ist. Einrichtungen die so konfiguriert sind, daß sie diesen VCR überwachen, empfangen den Bericht. Der Berichtverteilungs-VCR-Typ wird typischerweise von Feldbuseinrichtungen verwendet, um Alarmmitteilungen an Bedienungskonsolen zu senden.
Ein Veröffentlichungs-Teilnehmer-VCR-Typ wird für gepufferte Kommunikationsvorgänge von einer Station an mehrere verwendet. Gepufferte Kommunikationsvorgänge sind solche, die nur die letzte Version der Daten speichern und senden, so daß dabei neue Daten vorhergehende Daten vollständig überschreiben. Funktionsblockausgaben enthalten beispielsweise gepufferte Daten. Eine "veröffentlichende" Anlageneinrichtung veröffentlicht oder sendet eine Mitteilung unter Verwendung des Veröffentlichungs-/Teilnehmer-VCR-Typs an alle "teilnehmenden" Anlageneinrichtungen an dem Bus 34, wenn die veröffentlichende Einrichtung eine Zwangsdatenmitteilung von dem LAS oder von einer teilnehmenden Einrichtung empfängt. Die Veröffentlichungs-/Teilnahme-Beziehungen sind vorbestimmt und innerhalb der Feldbus-Zugriffsunterschicht des Kommunikations-Stack jeder Anlageneinrichtung definiert und gespeichert.
Um ordnungsgemäße Kommunikationstätigkeit über den Bus 34 sicherzustellen, sendet jeder LAS periodisch eine Zeitverteilungsmitteilung an alle Anlageneinrichtungen, die mit einem Segment des Busses 34 verbunden sind, welche die empfangenden Einrichtungen in die Lage versetzt, ihre lokale Anwendungszeit miteinander in Synchronisation zu setzen. Zwischen diesen Synchronisierungsmitteilungen wird die Taktzeit unabhängig in jeder Einrichtung basierend auf ihrem eigenen internen Takt aufrechterhalten. Die Taktsynchronisierung erlaubt es den Anlageneinrichtungen, Daten über das gesamte Feldbusnetz mit Zeitstempeln zu versehen, und beispielsweise anzugeben, wann Daten erzeugt wurden.
Ferner speichert jeder LAS (und jede andere Link-Mastereinrichtung) in jedem Bussegment eine "Live-Liste", welche eine Liste aller Einrichtungen ist, die mit diesem Segment des Busses 34 verbunden sind, das heißt aller Einrichtungen, die ordnungsgemäß auf eine Pass-Token-Mitteilung antworten. Der LAS erkennt kontinuierlich neue Einrichtungen, die zu einem Bussegment hinzugefügt werden, indem periodisch Probe-Knoten- Mitteilungen an Adressen gesendet werden, die nicht auf der Live-Liste stehen. Tatsächlich muss jeder LAS mindestens eine . Adresse mit der Probe prüfen, nachdem ein Sendezyklus von Pass-Token-Mitteilungen an alle Anlageneinrichtungen in der Live-Liste vollendet wurde. Wenn eine Anlageneinrichtung an der getesteten Adresse vorhanden ist und die Probe-Knoten- Mitteilung empfängt, sendet die Einrichtung unmittelbar eine Probe-Antwort-Mitteilung zurück. Bei Erhalt einer Probe- Antwort-Mitteilung fügt der LAS die Einrichtung der Live- Liste hinzu und bestätigt dies durch Senden einer Knotenaktivierungsmitteilung an die getestete Anlageneinrichtung. Eine Anlageneinrichtung verbleibt auf der Live-Liste, solange diese Anlageneinrichtung ordnungsgemäß auf Pass-Token-Mitteilungen reagiert. Ein LAS entfernt jedoch eine Anlageneinrichtung von der Live-Liste, wenn die Anlageneinrichtung nach drei aufeinanderfolgenden Versuchen das Token entweder nicht verwendet oder das Token nicht unmittelbar an den LAS zurücksendet. Wenn eine Anlageneinrichtung von der Live-Liste entfernt oder zu dieser hinzugefügt wird, sendet der LAS Veränderungen der Live-Liste an alle anderen Link-Mastereinrichtungen in dem entsprechenden Segment des Busses 34, um sicherzustellen, daß jede Link-Mastereinrichtung eine aktuelle Kopie der Live-Liste aufrechterhält.
Wie Fig. 1 zeigt und wie vorstehend erörtert, können die Brückeneinrichtungen 30 und 32 Steuereinrichtungen sein, die Prozeßsteuerschemata oder -routinen implementieren, die eine Anzahl von unterschiedlichen Schleifen beziehungsweise Segmenten enthalten. Allgemein ausgedrückt, steuert jeder Regelkreis eine oder mehrere Anlageneinrichtungen, um einen Teil eines Prozesses zu steuern. Um Prozeßsteuerungen zu bewirken und andere Informationen hinsichtlich des Betriebsablaufes und des Status des gesteuerten Prozesses auszutauschen, übertragen die Steuereinrichtungen und die Anlageneinrichtungen in einem Segment des Busses Mitteilungen in dem Segment hin und her. Die Kommunikation zwischen den Steuereinrichtungen und den Anlageneinrichtungen wird durch I/O-Einrichtungen erleichtert, die mit dem Segment zwischen der Steuereinrichtung und den Anlageneinrichtungen verbunden sind. Das MIB einer I/O-Einrichtung wird mit VCRs programmiert, die angeben, daß die I/O-Einrichtung die Mitteilungen von der Steuereinrichtung und den Einrichtungen empfangen soll und die Mitteilung entlang dem Segment zu der entsprechenden Steuereinrichtung oder der beziehungsweise den Einrichtungen weiterleiten soll. Zusätzlich kann die I/O-Einrichtung als der LAS für das Segment wirken und Mitteilungen auf den Bus übertragen, die die Steuerkommunikation in dem Segment planmäßig einteilen. Darüber hinaus kann die I/O-Einrichtung Funktionsblöcke enthalten, die Prozeßsteuerfunktionen durchführen. Im Rahmen dieser letztgenannten Eigenschaften kann die I/O-Einrichtung selbst Mitteilungen an die Busadresse an teilnehmende Anlageneinrichtungen übertragen, welche die Mitteilungen erfassen und decodieren und die darin enthaltene Information verarbeiten.
Da die I/O-Einrichtung an einem Segment die Steuereinrichtung mit den Anlageneinrichtungen verbindet, unterbricht ein Versagen der I/O-Einrichtung sowohl die Kommunikation in dem Segment als auch die Ausführung der Prozeßsteuerung, bis die I/O-Einrichtung repariert oder ersetzt wird. Eine Alternative zur Minimierung der Unterbrechung der Prozeßsteuerung ist der Einbau einer Reserve-I/O-Einrichtung in dem Segment, die in Betrieb gesetzt wird, wenn die Haupt-I/O-Einrichtung funktionsunfähig wird. Die im voraus eingebaute Reserve-I/O-Einrichtung reduziert die Unterbrechung, indem die Notwendigkeit ausgeschaltet wird, entweder die I/O-Einrichtung zu reparieren oder die funktionsunfähige I/O-Einrichtung zu entfernen und diese durch eine neue I/O-Einrichtung zu ersetzen. Obgleich die Unterbrechung vermindert wird, wird die Prozeßsteuerung doch für eine bestimmte Zeitdauer auf Grund von bestimmten Faktoren unterbrochen, die in dem Prozeßsteuernetz begründet sind. Beispielsweise muss das Versagen der I/O- Einrichtung erfasst werden und der Benutzer benachrichtigt werden, so daß die Reserve-I/O-Einrichtung aktiviert werden kann. Zusätzlich muss die Reserve-I/O-Einrichtung nach dem Aktivieren mit aktuellen Daten von der funktionsunfähigen I/O-Einrichtung neu programmiert werden, wie zum Beispiel Prozeßvariablen, VCRs, aktives Linkschedule, wenn die I/O- Einrichtung ein LAS ist, und dergleichen. Darüber hinaus ist der Reserve-I/O-Einrichtung ihre eigene eindeutige Adresse auf dem Bus zugewiesen und daher müssen die Steuereinrichtung und die Anlageneinrichtungen neu programmiert werden, so daß sie den Bus auf Mitteilungen überwachen, die die Adresse der Reserve-I/O-Einrichtung anstelle der Adresse der Haupt-I/O- Einrichtung enthalten. Alle diese Aktivitäten benötigen Zeit, während der der normale Betriebsablauf der Regelkreise unterbrochen ist. Aus diesen Gründen besteht der Bedarf für redundante Bus-I/O-Einrichtungen, bei welchen die Reserve-I/O- Einrichtung konstant mit den Daten aktualisiert wird, die gegenwärtig in der aktiven I/O-Einrichtung gespeichert sind, die Reserve-I/O-Einrichtung automatisch zu der aktiven I/O- Einrichtung wird, wenn die Haupt-I/O-Einrichtung funktionsunfähig wird, und der Übergang von der primären I/O-Einrichtung auf die Reserve-I/O-Einrichtung für die Steuereinrichtung und die mit dem Segment des Busses verbundenen Anlageneinrichtungen transparent ist.
In Fig. 6 ist ein Prozeßsteuernetz 100 gezeigt, in dem red- undante Bus-I/O-Einrichtungen implementiert werden könnten. Das Prozeßsteuernetz 100, bei dem es sich beispielsweise um ein DeltaV-Prozeßsteuersystem handeln kann, das von Fisher Rosemount Systems, Inc., Austin/Texas, vertrieb wird, enthält eine oder mehrere Steuereinrichtungen 102, eine oder mehrere Host- oder Bedienungsworkstations 104 und/oder andere Computereinrichtungen, wie zum Beispiel weitere Workstations, Datenbanken, Konfigurations-Stationen etc., die mit einem Bus 110 verbunden sind, bei dem es sich beispielsweise um einen Ethernetbus handeln kann. Es ist bekannt, daß die Steuereinrichtung beziehungsweise die Steuereinrichtungen 102 und Workstations 104 Prozessoren enthalten, die in den Speichern dieser Einrichtungen gespeicherte Software implementieren. Die Steuereinrichtung 102 kann beispielsweise eine Steuereinrichtung eines verteilten Steuersystems oder jede andere Art von Steuereinrichtung sein, die beispielsweise in einem Personal-Computer oder einer anderen Einrichtung implementiert ist, die es einem Benutzer oder einer Bedienungsperson erlauben, eine Schnittstelle zu dem Prozeßsteuersystem 100 in bekannter Weise zu bilden.
Zahlreiche Anlageneinrichtungen 112 bis 115 sind wie dargestellt über redundante I/O-Einrichtungen 120 und 122 mit der Steuereinrichtung 102 verbunden, die nachfolgend im Detail beschrieben werden. Die Einrichtungen 112 bis 115 sind mit einem Bussegment 124 verbunden dargestellt, bei dem es sich um jeden gewünschten Bustyp handeln kann, wie zum Beispiel eine Feldbus-Verbindung. In diesem Fall können die Einrichtungen 112 bis 115 das Foundation-Feldbus-Kommunikationsprotokoll verwenden. Selbstverständlich kann jede der Anlageneinrichtungen 112 bis 115 einen beliebigen Typ der Anlageneinrichtungen entsprechen, die in dem Prozeßsteuernetz 100 verwendet werden, darunter beispielsweise Sensoren, Steuerventile, Positioniereinrichtungen, Gebläse, Videokameras, Mikrofone etc. Selbstverständlich können andere Einrichtungen in jeder gewünschten Weise mit dem Netz 100 verbunden werden.
Wie Fig. 6 zeigt, sind die redundanten I/O-Einrichtungen 120 und 122 in dem Segment 124 zwischen die Steuereinrichtung 102 und die Anlageneinrichtungen 112 bis 115 parallel geschaltet. Für die nachfolgende Erörterung wird die I/O-Einrichtung 120 als Haupt-I/O-Einrichtung 120 bezeichnet, und die I/O-Einrichtung 122 wird als Sekundär-I/O-Einrichtung 122 bezeichnet. Wie vorstehend erörtert, hat jede der I/O-Einrichtungen 120 und 122 eine eindeutige Adresse, basierend auf dem Knoten, mit dem die Einrichtung verbunden ist. Die Steuereinrichtung 102 und die Anlageneinrichtungen 112 bis 115 identifizieren Mitteilungen von den I/O-Einrichtungen 120 und 122 basierend auf der Anwesenheit der Adresse in den auf dem Bussegment 124 übertragenen Mitteilungen. Um die Redundanz zu implementieren, sind die I/O-Einrichtungen 120 und 122 so konfiguriert, daß sie als eine einzelne virtuelle I/O- Einrichtung 130 arbeiten, die mit der Steuereinrichtung 102 und den Anlageneinrichtungen 112 bis 115 in derselben Weise unabhängig davon kommuniziert, welche der I/O-Einrichtungen 120 und 122 in dem Bussegment 124 aktiv ist und kommuniziert. Die I/O-Einrichtungen 120 und 122, ungeachtet dessen, welche Einrichtung gegenwärtig die aktive I/O-Einrichtung der virtuellen I/O-Einrichtung 130 ist, kommunizieren transparent mit der Steuereinrichtung 102, den Anlageneinrichtungen 112 bis 115 und den anderen Einrichtungen des Netzes 100, indem sie Mitteilungen veröffentlichen, welche dieselbe Adresse haben (eine virtuelle Veröffentlichungsadresse). Durch das Veröffentlichen von Mitteilungen unter Verwendung der virtuellen Veröffentlichungsadresse erscheinen alle Mitteilungen der virtuellen I/O-Einrichtung 130 gleich und werden in derselben Weise von der Steuereinrichtung 102 und den Anlageneinrichtungen 112 bis 115 verarbeitet, unabhängig davon, welche I/O- Einrichtung 120 beziehungsweise 122 die Mitteilung tatsächlich veröffentlichte.
Die virtuelle Veröffentlichungsadresse für die virtuelle I/O- Einrichtung 130 kann die eindeutige physische Adresse einer der I/O-Einrichtungen 120 oder 122 oder eine andere eindeutige Adresse sein, die der virtuellen I/O-Einrichtung 130 zugewiesen wird. Unabhängig von dem Wert der virtuellen Veröffentlichungsadresse oder der Art, in der die virtuelle Veröffentlichungsadresse zugewiesen wird, wird die virtuelle Veröffentlichungsadresse und der Code zur Implementierung der virtuellen I/O-Einrichtung 130 in dem Kommunikations-Stack der I/O-Einrichtungen 120 und 122 gespeichert. Zusätzlich werden die Veröffentlichungs-VCRs in der Steuereinrichtung 102 und den Anlageneinrichtungen 112 bis 115 mit der virtuellen Veröffentlichungsadresse für die virtuelle I/O- Einrichtung 130 anstelle der Adresse einer der beiden I/O- Einrichtungen 120 oder 122 konfiguriert.
Während des normalen Betriebes des Prozeßsteuernetzes 100 sendet und empfängt eine der I/O-Einrichtungen 120 und 122 aktiv Mitteilungen auf dem Bussegment 124, arbeitet als der LAS für das Bussegment 124, führt Prozeßsteuerfunktionen und dergleichen aus, die von der virtuellen I/O-Einrichtung 130 ausgeführt werden, um die Prozeßsteuerung in dem Prozeßsteuernetz 100 zu bewirken. In der nachfolgenden Erörterung ist die I/O-Einrichtung 120, die vorstehend als die Haupt-I/O- Einrichtung 120 bezeichnet wurde, zunächst die aktive I/O- Einrichtung für die virtuelle I/O-Einrichtung 130. Die I/O- Einrichtung, die nicht als die aktive I/O-Einrichtung für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 arbeitet, in diesem Fall die Sekundär-I/O-Einrichtung 122, wird als die Reserve-I/O-Einrichtung für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 betrachtet.
Während sie im Reservemodus ist, führt die Reserve-I/O-Einrichtung 122 keine der Prozeßsteuerfunktionen oder Kommunikationsfunktionen der virtuellen I/O-Einrichtung 130 aus. Die Reserve-I/O-Einrichtung 122 wird jedoch mit den VCRs für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 konfiguriert und überwacht das Bussegment 124 auf Mitteilungen, die auf dem Bussegment 124 übertragen werden und für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 bestimmt sind. Die Reserve-I/O-Einrichtung 122 empfängt und decodiert die Mitteilungen und speichert Informationen aus den Mitteilungen, die normalerweise von der aktiven I/O- Einrichtung 120 gespeichert würden. Die Reserve-I/O-Einrichtung kann sogar Informationen verarbeiten und darin gespeicherte Daten aktualisieren, aktualisierte aktive Linkschedules empfangen und speichern und alle weiteren Funktionen ausführen, die erforderlich sind, daß die Reserve-I/O-Einrichtung 122 die Prozeßsteuerfunktionen der virtuellen I/O-Einrichtung 130 übernehmen kann, wenn die aktive I/O-Einrichtung 120 betriebsunfähig wird oder aus anderen Gründen außer Dienst gestellt wird. Das hat zur Folge, daß, obgleich die Reserve-T/O-Einrichtung 122 das Veröffentlichen von Mitteilungen unterbricht, während sie im Reservemodus ist, die Reserveeinrichtung 122 eine Kommunikationsverbindung mit den Funktionsblockanwendungsprozessen für die Einrichtungen an dem Bus zur Verifizierung der Unversehrtheit der Kommunikation und zum Eliminieren von Verzögerungen beim Verbindungsaufbau während des Umschaltens in den aktiven Modus aufrechterhält.
Zusätzlich zu dem Empfangen und Verarbeiten von Mitteilungen, die von den Anlageneinrichtungen 112 bis 115 an die virtuelle I/O-Einrichtung 130 übertragen werden, empfängt und speichert die Reserve-I/O-Einrichtung 122 auch die Mitteilungen, die von der aktiven I/O-Einrichtung 120 oder anderen Einrichtungen an dem Bus 110 veröffentlicht werden, um als die aktive I/O-Einrichtung der virtuellen I/O-Einrichtung 130 zu fungieren. Diese Funktionalität wird dadurch implementiert, daß die Kommunikations-Stacks der I/O-Einrichtungen 120 und 122 so programmiert werden, daß die Reserve-I/O-Einrichtung 122 Mitteilungen überwacht, die von der aktiven I/O-Einrichtung 120 veröffentlicht werden. Jede Einrichtung, die über den Bus 110 kommuniziert, hat sowohl einen Veröffentlichungspuffer zum Kompilieren und Speichern der Mitteilungen, die von der Einrichtung an dem Bus 110 kommuniziert werden, sowie einen Teilnehmerpuffer zum Speichern von Mitteilungen, die von anderen Einrichtungen in dem Prozeßsteuernetz 100 empfangen werden. Beispielsweise hat die Haupt-I/O-Einrichtung 120 einen Veröffentlichungspuffer 132 und einen Teilnehmerpuffer 134 und die Sekundär-I/O-Einrichtung 122 hat einen Veröffentlichungspuffer 136 und einen Teilnehmerpuffer 138. Bei bisher bekannten Einrichtungen speichert der Veröffentlichungspuffer nur Mitteilungen, die von der Einrichtung übertragen werden, und empfängt keine Mitteilungen, die an die Einrichtung übertragen wurden, und der Teilnehmerpuffer speichert nur Mitteilungen, die an die Einrichtung übertragen werden, und keine Mitteilungen, die von der Einrichtung übertragen werden sollen. Um jedoch die redundante I/O-Einrichtungen zu implementieren und die Reserve-I/O-Einrichtung mit einer minimalen oder ohne eine Unterbrechung der Prozeßsteuerung die Funktionen der aktiven I/O-Einrichtung übernehmen zu lassen, empfängt und speichert der Veröffentlichungspuffer der Reserve- I/O-Einrichtung 122 vorzugsweise die jüngst veröffentlichte Mitteilung von dem Veröffentlichungspuffer der aktiven I/O- Einrichtung 120.
Die Reserve-I/O-Einrichtung 122 ist in der Lage, von der aktiven I/O-Einrichtung 120 veröffentlichte Mitteilungen zu empfangen und zu speichern, indem der Kommunikations-Stack der redundanten I/O-Einrichtungen so konfiguriert wird, daß der Veröffentlichungspuffer der Reserve-I/O-Einrichtung 122 als ein Teilnehmerpuffer für Mitteilungen funktioniert, die von dem Veröffentlichungspuffer der aktiven I/O-Einrichtung 120 veröffentlicht werden. Während des Reservemodus führt der Veröffentlichungspuffer der Reserve-I/O-Einrichtung 122 nicht die normalen Funktionen eines Veröffentlichungspuffers aus, wie zum Beispiel das Ansprechen auf Zwangsdatenanforderungen und Verbindungserstellungsmitteilungen. Gleichzeitig überwacht die Reserve-I/O-Einrichtung das Bussegment 124 auf veröffentlichte Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 haben. Wenn eine von der aktiven I/O-Einrichtung 120 veröffentlichte Mitteilung erfasst wird, decodiert die Reserve-I/O-Einrichtung 122 die Mitteilung und speichert die Mitteilung in ihrem Veröffentlichungspuffer anstelle ihres Teilnehmerpuffers. Wenn die Reserve-I/O-Einrichtung 122 die Funktionen der aktiven I/O-Einrichtung übernimmt, hat der Veröffentlichungspuffer der neuen aktiven I/O-Einrichtung die jüngsten Daten von dem Veröffentlichungspuffer der funktionsunfähigen I/O-Einrichtung und ist bereit, die Funktion der funktionsunfähigen I/O-Einrichtung unmittelbar zu übernehmen, ohne daß das Eingreifen eines Benutzers oder einer Steuereinrichtung erforderlich wäre, um die Daten in der neuen aktiven I/O-Einrichtung zu aktualisieren. Sobald die I/O-Einrichtung von dem Reservemodus in den Aktivmodus wechselt, führt die I/O-Einrichtung die Überwachung auf Mitteilungen, die die virtuelle Veröffentlichungsadresse für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 enthalten, nicht weiter fort, und nimmt die Aktivitäten des normalen Status auf, wie zum Beispiel das Ansprechen auf Zwangsdatenbefehle und Verbindungsaufbaumitteilungen.
Zusätzlich zu Verbindungen über das Bussegment 124 können die I/O-Einrichtungen 120 und 122 auch eine direkte Kommunikationsverbindung 140 haben, über welche die I/O-Einrichtungen 120 und 122 miteinander in einer Weise kommunizieren, die nicht unbedingt durch das Kommunikationsprotokoll vorgegeben ist, das auf dem Bussegment 124 implementiert ist. Die Kommunikationsverbindung 140 kann jede Standardverbindung zwischen den I/O-Einrichtungen 120 und 122 sein, über welche die Einrichtungen kommunizieren können, wie zum Beispiel die physische Verbindung zwischen den I/O-Einrichtungen 120 und 122 mit dem Backbone des Busses, eine direkte festverdrahtete Verbindung zwischen den Einrichtungen 120 und 122 und dergleichen. Die I/O-Einrichtungen 120 und 122 können jede Art von Informationen austauschen, die für die Funktion der Einrichtungen als redundante I/O-Einrichtungen und damit zur Implementierung der virtuellen I/O-Einrichtung 130 wie vorstehend beschrieben erforderlich ist. Die Informationen können Kommunikationsvorgänge darüber enthalten, welche der I/O- Einrichtungen 120 und 122 die Haupt-I/O-Einrichtung ist und welche die Sekundär-I/O-Einrichtung ist, welche Einrichtung die aktive Einrichtung und welche die Reserveeinrichtung ist, sowie aktualisierte Informationen von der aktiven I/O-Einrichtung, welche für die Reserve-I/O-Einrichtung erforderlich ist, um die Funktion als aktive I/O-Einrichtung zu übernehmen. Die I/O-Einrichtungen können ferner Statusinformationen austauschen, die anzeigen, daß die aktive I/O-Einrichtung unmittelbar vor der Funktionsunfähigkeit steht oder funktionsunfähig ist. Zusätzlich können die I/O-Einrichtungen 120 und 122 Funktionsblöcke haben, die zum Implementieren der Prozeßsteuerung verwendet werden, und die I/O-Einrichtungen 120 und 122 können Informationen zur Verwendung durch die Funktionsblöcke zur Bewirkung der Prozeßsteuerung austauschen.
Wenn die I/O-Einrichtungen 120 und 122 in dem Prozeßsteuernetz 100 installiert werden, muss den I/O-Einrichtungen 120 und 122 bekannt sein, daß sie ein Paar von redundanten I/O- Einrichtungen sind, daß eine der I/O-Einrichtungen 120 und 122 die Haupt-I/O-Einrichtung ist und die andere die Sekundär-I/O-Einrichtung, und daß eine der I/O-Einrichtungen 120 und 122 die aktive I/O-Einrichtung und die andere die Reserve-I/O-Einrichtung ist. Ein Verfahren zum Erstellen der Beziehung zwischen den I/O-Einrichtungen 120 und 122 ist der Informationsaustausch zwischen den I/O-Einrichtungen 120 und 122 über die vorstehend beschriebene Kommunikationsverbindung 140. Ein anderer Weg zum Erzeugen der Beziehung zwischen den I/O-Einrichtungen 120 und 122 ist, daß ein Benutzer die I/O- Einrichtungen 120 und 122 direkt programmiert, oder das Ausführen einer Programmierroutine in einer Host-Einrichtung oder einer Bedienungsworkstation 104, die die Programmierung der I/O-Einrichtungen 120 und 122 über Mitteilungen veranlasst, die über den Bus 110 übertragen werden. Alternativ kann die Beziehung zwischen den I/O-Einrichtungen 120 und 122 und den anderen Einrichtungen in dem Prozeßsteuernetz 100 durch die physische Konfiguration der Einrichtungen und/oder durch die Art und Weise bestimmt werden, in der die I/O- Einrichtungen 120 und 122 mit dem Prozeßsteuernetz 100 verbunden werden.
In Fig. 7 ist die physische Konfiguration des Prozeßsteuernetzes aus Fig. 6 dargestellt. Die Steuereinrichtung 102, die I/O-Einrichtungen 120 und 122 und andere Einrichtungen sind mit dem Bussegment 124 über eine Backplane 150 verbunden, die eine Vielzahl von Anschlüssen oder Slots mit Steckverbindungen hat. Die Einrichtungen sind mit den Slots der Backplane verbunden und die Backplane ist so konfiguriert, daß die Einrichtungen ordnungsgemäß mit dem Bussegment 124 verbunden sind. Um beispielsweise das Prozeßsteuernetz 100 aus Fig. 6 zu implementieren, ist die Backplane so konfiguriert, daß der Slot, mit dem die Steuereinrichtung 102 verbunden ist, in Reihe zwischen den Bus 110 und die I/O-Einrichtungen 120 und 122 geschaltet ist, und die Slots, mit welchen die I/O-Einrichtungen 120 und 122 verbunden sind, parallel zueinander und in Reihe zwischen die Steuereinrichtung 102 und die Anlageneinrichtungen 112 bis 115 auf dem Bussegment 124 geschaltet sind. Während die physische Verbindung der Einrichtungen mit dem Bus 110 hauptsächlich zum Informationsaustausch zwischen den Einrichtungen und zum Implementieren der Prozeßsteuerung verwendet wird, kann die physische Verbindung auch verwendet werden, um die I/O-Einrichtungen 120 und 122 und die übrigen Einrichtungen in dem Prozeßsteuernetz 100 zu informieren, daß die I/O-Einrichtungen 120 und 122 ein redundantes Paar von I/O-Einrichtungen bilden.
Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 102 und den I/O-Einrichtungen 120 und 122 verwendet werden, um das Umschalten der Reserve-I/O-Einrichtung 122 in den aktiven Modus zu steuern. Beispielsweise können die I/O- Einrichtungen 120 und 122 so konfiguriert sein, daß sie Statusinformationen an die Steuereinrichtung 102 übertragen. Die Stationsinformationen können Alarmmitteilungen mit der Information enthalten, daß die aktive I/O-Einrichtung 120 in unmittelbarer Zukunft funktionsunfähig wird oder funktionsunfähig ist. Die Steuereinrichtung 102 kann so programmiert sein, daß sie auf eine Alarmmitteilung reagiert, indem sie den Betriebsmodus der I/O-Einrichtungen 120 und 122 umschaltet, so daß die aktive I/O-Einrichtung 120 den Reservemodus annimmt und die Reserve-I/O-Einrichtung 122 den aktiven Modus annimmt. Die Steuereinrichtung 102 kann ferner so programmiert sein, daß sie eine Mitteilung an einen Host 104 überträgt, die anzeigt, daß die I/O-Einrichtung 120 gewartet werden muss.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung der Backplane 150 aus Fig. 7. Die Backplane 150 enthält eine Vielzahl von Slots 152 bis 160, die jeweils in der Lage sind, eine Einrichtung mit dem Bus 110 zu verbinden. Jeder der Slots 152 bis 160 hat eine Vielzahl von Kontaktstiften 162, die in zugehörige Öffnungen an den damit verbundenen Einrichtungen eingeführt werden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Bus 110 und den Einrichtungen zu erstellen. Zusätzlich ist die Backplane 150 mit den entsprechenden elektrischen Verbindungen zwischen den Slots 152 bis 160 konfiguriert, um die mit den Slots 152 bis 160 verbundenen Einrichtungen ordnungsgemäß miteinander zu verbinden, wie zum Beispiel die Verbindungen für das vorstehend beschriebene Bussegment 124. Zusätzlich können die Backplane 150 und/oder die I/O-Einrichtungen 120 und 122 so konfiguriert sein, daß sie die redundanten I/O-Einrichtungen implementieren.
Eine alternative Konfiguration zur Implementierung der redundanten I/O-Einrichtungen ist, bestimmte Slots an der Backplane 150 für die Haupt-I/O-Einrichtung und die Sekundär-I/O- Einrichtung, die das redundante Paar bilden, anzugeben. Beispielsweise kann vorbestimmt werden, daß für das Prozeßsteuernetz 100 der fünfte Slot 156 und der sechste Slot 157 auf der Backplane 150 für Bussegmente für redundante I/O-Einrichtungen 120 und 122 reserviert sind. Im einzelnen wird die Haupt-I/O-Einrichtung mit dem fünften Slot 156 und die Sekundär-I/O-Einrichtung mit dem sechsten Slot 157 verbunden. In dieser Implementierung von redundanten I/O-Einrichtungen sind die I/O-Einrichtungen 120 und 122 so programmiert, daß sie die Verbindung mit dem fünften oder dem sechsten Slot 156 oder 157 oder die Bezeichnung entweder als die Haupt-I/O- Einrichtung oder die Sekundär-I/O-Einrichtung in Abhängigkeit von dem Slot 156 oder 157, mit dem sie verbunden sind, sowie den zugehörigen Standardbetriebsmodus, entweder aktiv oder Reserve, erkennen. Erweitert man das vorstehend beschriebene Beispiel, so kann der fünfte Slot 156 die Slotposition für die Haupt-I/O-Einrichtung sein und der sechste Slot 157 kann die Slotposition für die Sekundär-I/O-Einrichtung sein. Wenn die I/O-Einrichtungen 120 und 122 mit der Backplane verbunden werden, wird die I/O-Einrichtung 120 als Haupt-I/O-Einrichtung mit dem fünften Slot 156 verbunden und die I/O-Einrichtung 122, die Sekundäreinrichtung, wird mit dem sechsten Slot 157 verbunden. Die I/O-Einrichtung 120 erfasst die Verbindung mit dem fünften Slot 156 und stellt fest, daß sie die Haupt- I/O-Einrichtung eines redundanten Paares von I/O-Einrichtungen ist und nimmt die Rolle der aktiven I/O-Einrichtung für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 an. In ähnlicher Weise erfasst die I/O-Einrichtung 122 die Verbindung mit dem sechsten Slot 157 und stellt fest, daß sie die Sekundär-I/O-Einrichtung eines redundanten Paares von I/O-Einrichtungen ist und nimmt die Rolle der Reserve-I/O-Einrichtung für die virtuelle I/O-Einrichtung 130 an. Mit einer derartigen Konfiguration erkennt in dem Fall, daß eine der I/O-Einrichtungen 120 und 122 oder beide funktionsunfähig werden, eine Ersatz-I/O- Einrichtung anhand ihrer Slotposition, daß sie Teil eines redundanten Paares ist, ohne daß es erforderlich ist, nach dem Anschließen die Einrichtung neu zu programmieren, was für zusätzliche Verzögerung sorgt. Darüber hinaus können die anderen Einrichtungen des Prozeßsteuernetzes 100, wie zum Beispiel die Hosts oder Bedienungsworkstations 104, so programmiert sein, daß sie die Anwesenheit von redundanten Paaren von I/O-Einrichtungen erfassen. Beim Erfassen von I/O-Einrichtungen 120 und 122, die mit dem fünften beziehungsweise dem sechsten Slot 156 beziehungsweise 157 verbunden sind, können die Host-Bedienungsworkstations 104 auch automatisch die Anzeigen des Prozeßsteuernetzes 100 mit den redundanten I/O-Einrichtungen 120 und 122 aktualisieren. Selbstverständlich können die I/O-Einrichtungen ihre Verbindung mit einem bestimmten Slot und den mit diesem Slot verbundenen redundanten Betrieb anhand der Konfiguration von Stiften oder anderer Hardware (oder Software) an der Backplane erfassen.
Eine weitere alternative Konfiguration zur Implementierung der redundanten I/O-Einrichtungen, ohne daß eine Programmierung der I/O-Einrichtungen nach dem Anschließen erforderlich ist, ist die Veränderung der Spannungspegel der Stifte 162, mit welchen die I/O-Einrichtungen verbunden sind. Jeder der Slots 152 bis 160 ist mit zwölf Stiften 162 zum Anschluß der Einrichtungen an die Slots 152 bis 160 der Backplane 150 dargestellt, obgleich die Verwendung von mehr oder weniger Stiften 162 basierend auf den Erfordernissen der mit dem Bus 110 verbundenen Hardware vorweggenommen wird. Zwei Kontaktstifte 162 in jedem Slot sind erforderlich, um die Beziehung zwischen den I/O-Einrichtungen 120 und 122 festzulegen: Der erste Stift, der anzeigt, daß der Slot einer eines Paares von redundanten I/O-Einrichtungen ist, und der zweite Kontaktstift, der anzeigt, ob die damit verbundene I/O-Einrichtung die Haupt-I/O-Einrichtung oder die Sekundär-I/O-Einrichtung ist. Ebenso wie die I/O-Einrichtungen in dem vorstehenden Beispiel programmiert waren, um den Slot zu erfassen, mit dem sie verbunden sind, sind die I/O-Einrichtungen in dieser alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so programmiert, daß sie den Spannungspegel der festgelegten Kontaktstifte bewerten, um festzustellen, ob sie ein Teil eines redundanten Paares von I/O-Einrichtungen sind. In diesem Beispiel werden die zehnten Kontaktstifte 164 und 168 des dritten und des vierten Slots 154 beziehungsweise 155 auf einen hohen Pegel gesetzt, um anzuzeigen, daß die mit diesen verbundenen I/O-Einrichtungen Teil eines redundanten Paares von I/O-Einrichtungen sind. Die elften Kontaktstifte 166 und 170 der Slots 154 beziehungsweise 155 sind auf einen hohen Pegel gesetzt, um anzugeben, daß der Slot 154 oder 155 der rechte Slot des redundanten Paares ist, und auf einen niedrigen Pegel, um anzuzeigen, daß der Slot 154 oder 155 der linke Slot des redundanten Paares ist. Der Wert der elften Kontaktstifte 166 und 170 legt auch fest, welche I/O-Einrichtung die Haupteinrichtung und welche die Sekundäreinrichtung ist. In dem vorliegenden Beispiel gibt ein niedriger Wert auf dem elften Kontaktstift 166 oder 170 die Haupt-I/O-Einrichtung an. Folglich werden in diesem Beispiel die beiden zehnten Stifte 164 und 168 auf hochpegelig gesetzt und der elfte Kontaktstift 166 des dritten Slots 154 wird auf niederpegelig gesetzt, um anzugeben, daß der Slot 154 der linke Slot des Paares ist und daß die mit diesem verbundene I/O-Einrichtung die Haupt-I/O- Einrichtung ist, und der elfte Kontaktstift 170 des vierten Slots 155 wird auf hochpegelig gesetzt, um anzugeben, daß der Slot 155 der rechte Slot des Paares ist und daß die mit diesem verbundene I/O-Einrichtung die Sekundär-I/O-Einrichtung ist. Wie in dem vorstehend beschriebenen Beispiel werden die I/O-Einrichtungen 120 und 122 so programmiert, daß sie die zehnten und die elften Kontaktstifte der Slots, mit welchen sie verbunden sind, bewerten, um zu bestimmen, ob sie Teil eines redundanten Paares von I/O-Einrichtungen sind und ob sie die Haupt-I/O-Einrichtung oder die Sekundär-I/O-Einrichtung sind.
Darüber hinaus können die Hosts oder Bedienungsworkstations 104 erfassen, ob ein redundantes Paar von I/O-Einrichtungen mit dem Bussegment 124 verbunden ist, und das redundante Paar von I/O-Einrichtungen betreffende Informationen den Benutzern anzeigen, wenn ein derartiges Paar erfasst wird. Die Hosts oder Bedienungsworkstations 104 können eine Benutzerschnittstelle enthalten, die eine Anzeige für Informationen hinsichtlich des Prozeßsteuernetzes und seiner Einrichtungen hat. Um die erforderlichen Prozess- und Einrichtungsdaten zu erfassen, kann der Host 104 mit einer automatischen Abtastfunktion konfiguriert sein, durch welche er periodisch die Knoten auf dem Bus abfragt, um festzustellen, ob Einrichtungen angeschlossen sind, und wenn Einrichtungen vorhanden sind, Informationen über die Einrichtung zur Anzeige für den Benutzer zu erfassen. Der Host 104 und/oder die Anlageneinrichtungen können so konfiguriert werden, daß die automatische Abtastfunktion die Anwesenheit von redundanten I/O-Einrichtungen 120 und 122 entdeckt. Beispielsweise können die I/O-Einrichtungen 120 und 122 so programmiert werden, daß sie Mitteilungen übertragen, die anzeigen, daß die I/O-Einrichtungen 120 redundant sind, zusammen mit ihrem gegenwärtigen Operationsmodus, und der Host 104 kann so programmiert werden, daß er diese Mitteilungen empfängt. Alternativ kann der Host 104 in ähnlicher Weise wie die I/O-Einrichtungen 120 und 122 mit Informationen programmiert werden, daß festgelegte Slots für redundante I/O-Einrichtungen 120 und 122 reserviert sind, und erfassen, wenn eine Einrichtung an die festgelegten Slots angeschlossen wird. Andere alternative Konfigurationen, um den Host 104 die Anwesenheit von redundanten I/O-Einrichtungen erkennen zu lassen und die Information an der Benutzerschnittstelle anzuzeigen, werden von den Erfindern in Betracht gezogen und sind für den Durchschnittsfachmann offensichtlich.
Während die hierin beschriebenen redundanten I/O-Einrichtungen in einem Prozeßsteuernetz implementiert wurden, das unter einem Feldbus-Protokoll arbeitet, sei angemerkt, daß die hier beschriebene redundante I/O-Funktionalität unter Verwendung von anderen Arten von Programmen, Hardware, Firmware etc. implementiert werden kann, die zu anderen Arten von Steuersystemen und/oder Kommunikationsprotokollen gehören. Während das Feldbus-Protokoll den Begriff "Funktionsblock" verwendet, um eine bestimmte Art einer Einheit zu beschreiben, die in der Lage ist, eine Prozeßsteuerfunktion auszuführen, sei angemerkt, daß der Begriff Funktionsblock in seiner Verwendung hierin nicht in dieser Weise beschränkt ist und jede Art von Einrichtung, Programm, Routine oder anderer Einheit einschließt, die in der Lage ist, eine Prozeßsteuerfunktion in beliebiger Weise an verteilten Orten innerhalb eines Prozeßsteuernetzes auszuführen. Somit können die hierin beschriebenen und beanspruchten redundanten I/O-Einrichtungen in Prozeßsteuernetzen implementiert werden, die andere Prozeßsteuerkommunikationsprotokolle oder Schemata (die gegenwärtig existieren können oder in Zukunft entwickelt werden) verwenden, solange diese Netze oder Protokolle es ermöglichen oder vorsehen, daß Steuerfunktionen an verteilten Orten innerhalb eines Prozesses ausgeführt werden. Während darüber hinaus die hier aufgezeigten Ausführungsformen auf redundante I/O- Einrichtungen gerichtet sind, sei angemerkt, daß die hier beschriebene redundante Funktionalität unter Verwendung von anderen Arten von Einrichtungen implementiert werden kann, für welche die Implementierung von Redundanz in dem Prozeßsteuernetz gewünscht wird.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bestimmte Beispiele beschrieben wurde, die nur zur Erläuterung der Erfindung dienen und nicht beschränkend sein sollen, ist es dem Durchschnittsfachmann offensichtlich, daß Veränderungen, Hinzufügungen oder Weglassungen an den offenbarten Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken und Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Prozeßsteuersystem zur Kommunikation in einem Prozeßsteuernetz mit einer Vielzahl von Einrichtungen, die jeweils eine eindeutige Adresse haben, wobei das Prozeßsteuersystem aufweist:
einen Bus (110);
eine redundante Haupteinrichtung (120) mit einer ersten eindeutigen Adresse, die mit dem Bus (110) kommunikativ verbunden ist und so programmiert ist, daß sie Mitteilungen auf dem Bus veröffentlicht, die eine virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen;
eine redundante Sekundäreinrichtung (122) mit einer zweiten eindeutigen Adresse, die mit dem Bus kommunikativ verbunden ist und so programmiert ist, daß sie Mitteilungen auf dem Bus veröffentlicht, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen; und
mindestens eine Empfangseinrichtung, die mit dem Bus kommunikativ verbunden ist und so programmiert ist, daß sie auf dem Bus veröffentlichte Mitteilungen, die die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, verarbeitet;
wobei die redundante Haupteinrichtung in einem aktiven Modus arbeitet, in dem die redundante Haupteinrichtung Mitteilungen auf dem Bus für mindestens eine Empfangseinrichtung überträgt, und die redundante Sekundäreinrichtung in einem Reservemodus arbeitet, in dem die Sekundäreinrichtung keine Mitteilungen auf dem Bus überträgt.

2. Prozeßsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Sekundäreinrichtung in dem aktiven Modus arbeitet, wenn die redundante Haupteinrichtung funktionsunfähig ist.

3. Prozeßsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Sekundäreinrichtung feststellt, daß die redundante Haupteinrichtung funktionsunfähig ist, wenn die redundante Haupteinrichtung keine Mitteilungen auf dem Bus überträgt, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse enthalten.

4. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, ferner enthaltend eine Steuereinrichtung, die mit der redundanten Haupteinrichtung (120) und der redundanten Sekundäreinrichtung (122) kommunikativ verbunden ist und so programmiert ist, daß sie Statusinformationen von der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung empfängt und bei Empfang von Statusinformationen, die anzeigen, daß die redundante Haupteinrichtung im Begriff ist, funktionsunfähig zu werden oder funktionsunfähig ist, die red- undante Haupteinrichtung veranlasst, im Reservemodus zu arbeiten, und die redundante Sekundäreinrichtung, im aktiven Modus zu arbeiten.

5. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung (120) und die redundante Sekundäreinrichtung (122) durch eine Kommunikationsverbindung (140) außerhalb des Busses kommunikativ miteinander verbunden sind und die redundante Haupteinrichtung so programmiert ist, daß sie Statusinformationen, die angeben, daß die redundante Haupteinrichtung im Begriff ist, funktionsunfähig zu werden oder funktionsunfähig ist, an die redundante Sekundäreinrichtung über die Kommunikationsverbindung (140) überträgt.

6. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung jeweils einen Veröffentlichungspuffer (132, 136) zum Speichern von Mitteilungen, die von der redundanten Haupteinrichtung (120) und der redundanten Sekundäreinrichtung auf dem Bus zu übertragen sind, sowie einen Teilnehmerpuffer (134, 138) zum Speichern von über den Bus empfangenen Mitteilungen haben, und wobei die redundante Sekundäreinrichtung so programmiert ist, daß sie Mitteilungen verarbeitet, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, auf dem Bus von der redundanten Haupteinrichtung übertragene Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, empfängt, und die empfangenen Mitteilungen in dem Veröffentlichungspuffer (136) der redundanten Sekundäreinrichtung speichert.

7. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung so programmiert sind, daß sie Mitteilungen verarbeiten, die die eindeutige Adresse mindestens einer Einrichtung aufweisen, und die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung Mitteilungen empfangen und verarbeiten, welche die eindeutige Adresse der mindestens einen Einrichtung aufweisen, während sie in dem aktiven Modus und in dem Reservemodus arbeiten.

8. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bus (110) einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste und der zweite Abschnitt jeweils mindestens eine mit diesem in Kommunikationsverbindung stehende Einrichtung haben, wobei die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung parallel zueinander und in Reihe zwischen den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt des Busses 110 in Kommunikationsverbindung geschaltet sind.

9. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung (120) und die redundante Sekundäreinrichtung (122) durch eine Kommunikationsverbindung (140) außerhalb des Busses (110) kommunikativ miteinander verbunden sind.

10. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung (120) und die redundante Sekundäreinrichtung (122) so konfiguriert sind, daß sie die Anwesenheit jeweils der anderen redundanten Haupteinrichtung beziehungsweise redundanten Sekundäreinrichtung erfassen und bestimmen, welche der red- undanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung in dem aktiven Modus arbeiten wird und welche in dem Reservemodus arbeiten wird.

11. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen mit dem Bus (110) über Slots in Kommunikationsverbindung stehen, wobei das System ferner aufweist:
einen ersten Slot (156), der die redundante Haupteinrichtung (120) mit dem Bus (110) in Kommunikationsverbindung bringt; und
einen zweiten Slot (157), der die redundante Sekundäreinrichtung (122) mit dem Bus (110) in Kommunikationsverbindung bringt;
wobei die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung so konfiguriert sind, daß sie basierend auf der Feststellung, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem ersten Slot (156) verbunden ist, feststellen, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem ersten Slot (156) verbunden ist und in dem aktiven Modus arbeitet, und basierend auf der Feststellung, daß die redundante Sekundäreinrichtung (122) mit dem zweiten Slot (157) verbunden ist, feststellen, daß die redundante Sekundäreinrichtung mit dem zweiten Slot (157) verbunden ist und in dem Reservemodus arbeitet.

12. Prozeßsteuersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Slot jeweils eine Vielzahl von Kontaktstiften umfassen, die die erste und die zweite redundante Einrichtung jeweils mit dem ersten und dem zweiten Slot verbinden, wobei jeder Kontaktstift einen zugehörigen Spannungspegel hat, wodurch die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung bestimmen, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem ersten Slot (156) verbunden ist und die redundante Sekundäreinrichtung mit dem zweiten Slot (157) verbunden ist, und zwar auf der Basis der Spannungspegel der Kontaktstifte.

13. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Host-Einrichtung, die eine Anzeige aufweist, die mit dem Bus in Kommunikationsverbindung steht, wobei die Host- Einrichtung so konfiguriert ist, daß sie die Anwesenheit der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung erfaßt, den Betrieb der redundanten Haupteinrichtung in dem aktiven Modus und den Betrieb der redundanten Sekundäreinrichtung in dem Reservemodus erfasst, und auf der Anzeige der Host-Einrichtung die Anwesenheit der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung, den Betrieb der redundanten Haupteinrichtung in dem aktiven Modus und den Betrieb der redundanten Sekundäreinrichtung in dem Reservemodus anzeigt.

14. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Veröffentlichungsadresse eine der ersten eindeutigen Adresse und der zweiten eindeutigen Adresse ist.

15. Prozeßsteuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung I/O-Einrichtungen sind.

16. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems zur Kommunikation in einem Prozeßsteuernetz, das eine Vielzahl von Einrichtungen umfaßt, die über einen Bus in Kommunikationsverbindung stehen, wobei jede der Einrichtungen eine eindeutige Adresse hat und in der Lage ist, über den Bus zu kommunizieren, wobei das Verfahren aufweist:
Konfigurieren einer redundanten Haupteinrichtung, die eine erste eindeutige Adresse hat, und einer redundanten Sekundäreinrichtung, die eine zweite eindeutige Adresse hat, so daß sie Mitteilungen über den Bus übertragen, die eine virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen;
Betreiben der redundanten Haupteinrichtung in einem aktiven Modus, in dem die redundante Haupteinrichtung Mitteilungen über den Bus überträgt, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen;
Betreiben der redundanten Sekundäreinrichtung in einem Reservemodus, in dem die redundante Sekundäreinrichtung keine Mitteilungen über den Bus überträgt; und
Empfangen von Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, an mindestens einer Empfangseinrichtung, die zum Verarbeiten von Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, konfiguriert ist.

17. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz gemäß Anspruch 16, ferner aufweisend den Schritt des Konfigurierens der redundanten Sekundäreinrichtung in der Weise, daß sie in dem aktiven Modus arbeitet, wenn die redundante Haupteinrichtung funktionsunfähig ist.

18. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz gemäß Anspruch 16 oder 17, ferner aufweisend den Schritt des Konfigurierens der redundanten Sekundäreinrichtung in der Weise, daß sie basierend auf der Tatsache, daß die redundante Haupteinrichtung keine Mitteilungen auf dem Bus überträgt, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, feststellt, daß die redundante Haupteinrichtung funktionsunfähig ist.

19. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner aufweisend:
Übertragen von Statusinformationen auf dem Bus, die angeben, daß die redundante Haupteinrichtung im Begriff ist, betriebsunfähig zu werden oder betriebsunfähig ist, von der redundanten Haupteinrichtung in einer Mitteilung, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweist, während die redundante Haupteinrichtung in dem aktiven Modus arbeitet;
Konfigurieren der redundanten Sekundäreinrichtung, so daß sie die Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, verarbeitet; und
Veranlassen der redundanten Sekundäreinrichtung, im aktiven Modus zu arbeiten, und zwar nach Erhalt der Mitteilung, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse und die Statusinformation aufweist.

20. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 19, ferner enthaltend:
Herstellen einer Kommunikationsverbindung der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung durch eine Kommunikationsverbindung außerhalb des Busses;
und
Übertragen von Statusinformationen, die angeben, daß diejenige der redundanten Haupteinrichtung oder der redundanten Sekundäreinrichtung, die im aktiven Modus arbeitet, im Begriff ist, funktionsunfähig zu werden oder funktionsunfähig ist, von derjenigen der redundanten Haupteinrichtung oder der redundanten Sekundäreinrichtung, die im aktiven Modus arbeitet, an die andere der redundanten Haupteinrichtung oder der redundanten Sekundäreinrichtung über die Kommunikationsverbindung.

21. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei welchem die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung jeweils einen Veröffentlichungspuffer zum Speichern von Mitteilungen, die von der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung auf dem Bus zu übertragen sind, sowie einen Teilnehmerpuffer zum Speichern von über den Bus empfangenen Mitteilungen aufweisen, wobei das Verfahren ferner aufweist:
Konfigurieren der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung in der Weise, daß sie Mitteilungen erfassen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen;
Übertragen von Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, auf dem Bus von der redundanten Haupteinrichtung;
Erfassen von Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, in der redundanten Haupteinrichtung; und
Speichern der erfassten Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, in dem Veröffentlichungspuffer der redundanten Sekundäreinrichtung.

22. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 21, ferner umfassend:
Konfigurieren der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung in der Weise, daß sie Mitteilungen verarbeiten, die die eindeutige Adresse mindestens einer Einrichtung aufweisen;
Empfangen der Mitteilungen, welche die eindeutige Adresse der mindestens einen Einrichtung aufweisen; und
Verarbeiten der Mitteilungen, welche die eindeutige Adresse der mindestens einen Einrichtung aufweisen, in der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung, während sie in dem aktiven Modus und in dem Reservemodus arbeiten.

23. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Bus einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei der erste und der zweite Abschnitt jeweils mindestens eine mit dem Bus in Kommunikationsverbindung stehende Einrichtung haben, wobei das Verfahren ferner das Herstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung parallel zueinander und in Reihe zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Busses umfasst.

24. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 23, ferner umfassend das Herstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung durch eine Kommunikationsverbindung außerhalb des Busses.

25. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 24, ferner umfassend:
Konfigurieren der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung, so daß sie die Verbindung der anderen der redundanten Haupteinrichtung beziehungsweise redundanten Sekundäreinrichtung erfassen;
Erfassen an der redundanten Haupteinrichtung die Verbindung der redundanten Sekundäreinrichtung und an der red- undanten Sekundäreinrichtung die Verbindung der redundanten Haupteinrichtung;
Veranlassen der redundanten Haupteinrichtung, in dem aktiven Modus zu arbeiten, basierend auf der Verbindung der redundanten Sekundäreinrichtung; und
Veranlassen der redundanten Sekundäreinrichtung, in dem Reservemodus zu arbeiten, basierend auf der Verbindung der redundanten Haupteinrichtung.

26. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 25, bei welchem die Einrichtungen mit dem Bus über Slots in Kommunikationsverbindung stehen, wobei das Verfahren ferner aufweist:
Herstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen der redundanten Haupteinrichtung mit dem Bus über einen ersten Slot;
Herstellen einer Kommunikationsverbindung zwischen der redundanten Sekundäreinrichtung mit dem Bus über einen zweiten Slot;
Veranlassen der redundanten Haupteinrichtung, die Verbindung mit dem Bus über den ersten Slot festzustellen und basierend auf der Feststellung, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem Bus über den ersten Slot verbunden ist, in dem aktiven Modus zu arbeiten; und
Veranlassen der redundanten Sekundäreinrichtung, die Verbindung mit dem Bus über den zweiten Slot festzustellen und basierend auf der Feststellung, daß die redundante Sekundäreinrichtung mit dem Bus über den zweiten Slot verbunden ist, in dem Reservemodus zu arbeiten.

27. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach Anspruch 26, bei welchem der erste und der zweite Slot jeweils eine Vielzahl von Kontaktstiften aufweisen, die die erste und die zweite redundante Einrichtung jeweils mit dem ersten und dem zweiten Slot verbinden, wobei jeder Kontaktstift einen zugehörigen Spannungspegel hat, wobei das Verfahren ferner aufweist:
Feststellen auf der Basis der Spannungspegel der Kontaktstifte des ersten Slots, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem Bus über den ersten Slot verbunden ist; und
Feststellen auf der Basis der Spannungspegel der Kontaktstifte des zweiten Slots, daß die redundante Sekundäreinrichtung mit dem Bus über den zweiten Slot verbunden.

28. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 29, bei welchem eine Host-Einrichtung, die eine Anzeige hat, mit dem Bus in Kommunikationsverbindung steht, wobei das Verfahren ferner aufweist:
Erfassen der Anwesenheit der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung, des Betriebs der redundanten Haupteinrichtung in dem aktiven Modus und des Betriebs der redundanten Sekundäreinrichtung in dem Reservemodus in der Host-Einrichtung; und
Anzeigen auf der Anzeige der Host-Einrichtung von Hinweisen auf die Anwesenheit der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung, den Betrieb der redundanten Haupteinrichtung in dem aktiven Modus und den Betrieb der redundanten Sekundäreinrichtung in dem Reservemodus.

29. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Veröffentlichungsadresse eine der ersten eindeutigen Adresse und der zweiten eindeutigen Adresse ist.

30. Verfahren zur Implementierung von redundanten Einrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuersystems in einem Prozeßsteuernetz nach einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung I/O-Einrichtungen sind.

31. Redundantes Einrichtungspaar in einem Prozeßsteuernetz, das eine Vielzahl von Einrichtungen hat, die über einen Bus in Kommunikationsverbindung stehen, wobei jede der Einrichtungen eine eindeutige Adresse hat und in der Lage ist, über den Bus zu kommunizieren, mindestens eine Einrichtung so programmiert ist, daß die auf dem Bus veröffentlichte Mitteilungen, welche eine virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, verarbeitet, wobei das redundante Einrichtungspaar aufweist:
eine redundante Haupteinrichtung (120) mit einer ersten eindeutigen Adresse, die mit dem Bus (110) kommunikativ verbunden ist und so programmiert ist, daß sie Mitteilungen auf dem Bus veröffentlicht, die die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen; und
eine redundante Sekundäreinrichtung (122) mit einer zweiten eindeutigen Adresse, die mit dem Bus kommunikativ verbunden ist und so programmiert ist, daß sie Mitteilungen auf dem Bus veröffentlicht, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen;
wobei die redundante Haupteinrichtung in einem aktiven Modus arbeitet, in dem die redundante Haupteinrichtung Mitteilungen für mindestens eine Empfangseinrichtung auf dem Bus überträgt, und die redundante Sekundäreinrichtung in einem Reservemodus arbeitet, in dem die Sekundäreinrichtung keine Mitteilungen auf dem Bus überträgt.

32. Redundantes Einrichtungpaar nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Sekundäreinrichtung in dem aktiven Modus arbeitet, wenn die redundante Haupteinrichtung funktionsunfähig ist.

33. Redundantes Einrichtungpaar nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Sekundäreinrichtung feststellt, daß die redundante Haupteinrichtung funktionsunfähig ist, wenn die redundante Haupteinrichtung keine Mitteilungen auf dem Bus überträgt, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen.

34. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 33, ferner aufweisend eine Steuereinrichtung, die mit der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung kommunikativ verbunden ist und so programmiert ist, daß sie Statusinformationen von der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung empfängt und bei Empfang von Statusinformationen, die anzeigen, daß die redundante Haupteinrichtung im Begriff ist, funktionsunfähig zu werden oder funktionsunfähig ist, die redundante Haupteinrichtung veranlasst, im Reservemodus zu arbeiten, und die redundante Sekundäreinrichtung, im aktiven Modus zu arbeiten.

35. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung durch eine Kommunikationsverbindung (140) außerhalb des Busses kommunikativ miteinander verbunden sind und die redundante Haupteinrichtung so programmiert ist, daß sie Statusinformationen, die angeben, daß die redundante Haupteinrichtung im Begriff ist, funktionsunfähig zu werden oder funktionsunfähig ist, an die redundante Sekundäreinrichtung über die Kommunikationsverbindung (140) überträgt.

36. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung jeweils einen Veröffentlichungspuffer (132, 136) zum Speichern von Mitteilungen, die von der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung auf dem Bus zu übertragen sind, sowie einen Teilnehmerpuffer (134, 138) zum Speichern von über den Bus empfangenen Mitteilungen haben, und dadurch, daß die redundante Sekundäreinrichtung so programmiert ist, daß sie Mitteilungen verarbeitet, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, auf dem Bus von der redundanten Haupteinrichtung übertragene Mitteilungen, welche die virtuelle Veröffentlichungsadresse aufweisen, empfängt, und die empfangenen Mitteilungen in dem Veröffentlichungspuffer (136) der redundanten Sekundäreinrichtung speichert.

37. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung so programmiert sind, daß sie Mitteilungen verarbeiten, die die eindeutige Adresse mindestens einer Einrichtung aufweisen, und die redundante Haupteinrichtung und die red- undante Sekundäreinrichtung Mitteilungen empfangen und verarbeiten, welche die eindeutige Adresse mindestens einer Einrichtung aufweisen, während sie in dem aktiven Modus und in dem Reservemodus arbeiten.

38. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Bus (110) einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthält, wobei der erste und der zweite Abschnitt jeweils mindestens eine mit diesen in Kommunikationsverbindung stehende Einrichtung aufweisen, wobei die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung parallel zueinander und in Reihe zwischen den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt des Busses (110) in Kommunikationsverbindung geschaltet sind.

39. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung durch eine Kommunikationsverbindung (140) außerhalb des Busses (110) kommunikativ miteinander verbunden sind.

40. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung so konfiguriert sind, daß sie die Anwesenheit jeweils der anderen redundanten Haupteinrichtung beziehungsweise red- undanten Sekundäreinrichtung erfassen und bestimmen, welche der redundanten Haupteinrichtung und der redundanten Sekundäreinrichtung in dem aktiven Modus arbeiten wird und welche in dem Reservemodus arbeiten wird.

41. Redundantes Einrichtungpaar nach einem der Ansprüche 31 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung (120) mit dem Bus (110) über einen ersten Slot (156) in Kommunikationsverbindung steht und die red- undante Sekundäreinrichtung (122) mit dem Bus (110) über einen zweiten Slot (157) in Kommunikationsverbindung steht, wobei die redundante Haupteinrichtung und die red- undante Sekundäreinrichtung so konfiguriert sind, daß sie basierend auf der Feststellung, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem ersten Slot (156) verbunden ist, bestimmen, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem ersten Slot (156) verbunden ist und in dem aktiven Modus arbeitet, und basierend auf der Feststellung, daß die redundante Sekundäreinrichtung (122) mit dem zweiten Slot (157) verbunden ist, bestimmen, daß die redundante Sekundäreinrichtung mit dem zweiten Slot (157) verbunden ist und in dem Reservemodus arbeitet.

42. Redundantes Einrichtungpaar nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Slot jeweils eine Vielzahl von Kontaktstiften aufweisen, die die erste und die zweite redundante Einrichtung jeweils mit dem ersten und dem zweiten Slot verbinden, wobei jeder Kontaktstift einen zugehörigen Spannungspegel hat, wodurch die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung bestimmen, daß die redundante Haupteinrichtung mit dem ersten Slot (156) verbunden ist und die red- undante Sekundäreinrichtung mit dem zweiten Slot (157) verbunden ist, und zwar auf der Basis der Spannungspegel der Kontaktstifte.

43. Redundantes Einrichtungpaar nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die virtuelle Veröffentlichungsadresse eine der ersten eindeutigen Adresse und der zweiten eindeutigen Adresse ist.

44. Redundantes Einrichtungpaar nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die redundante Haupteinrichtung und die redundante Sekundäreinrichtung I/O-Einrichtungen sind.