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DE102011118046A1 - Synchronisationsgerät und -verfahren zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz - Google Patents

Synchronisationsgerät und -verfahren zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz Download PDF

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DE102011118046A1
DE102011118046A1 DE102011118046A DE102011118046A DE102011118046A1 DE 102011118046 A1 DE102011118046 A1 DE 102011118046A1 DE 102011118046 A DE102011118046 A DE 102011118046A DE 102011118046 A DE102011118046 A DE 102011118046A DE 102011118046 A1 DE102011118046 A1 DE 102011118046A1
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synchronization
master node
data packets
synchronization device
fieldbus
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Gunther May
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es ist ein Synchronisationsgerät (30; 45) und ein Synchronisationsverfahren zur Synchronisation von Datenpaketen (15) in einem Feldbusnetz (2) bereitgestellt Das Synchronisationsgerät (30; 45) umfasst eine Speichereinrichtung (32) zur Zwischenspeicherung von Datenpaketen (15), die von einem Master-Knoten (20) ausgesendet wurden, für eine vorbestimmte Verzögerungszeitdauer (T12), und eine Sendeeinrichtung (33) zum Senden eines in der Speichereinrichtung (32) zwischengespeicherten Datenpakets (15) nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeitdauer (T12), um eine Synchronisation von Datenpaketen (15) im Feldbusnetz (2) zu erzielen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Synchronisationsgerät und ein Synchronisationsverfahren zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz.
  • In der Automatisierungstechnik werden Feldbusse eingesetzt, um verschiedene Automatisierungskomponenten, wie etwa Steuerungseinrichtungen, Antriebseinrichtungen und Eingangs/Ausgangs-Module (EA-Module) miteinander zu vernetzen. Die einzelnen Automatisierungskomponenten werden auch als Feldbusknoten bezeichnet, da sie als Teil des jeweiligen Feldbusnetzes fungieren. Die Feldbusknoten umfassen Feldbusanschaltungen, welche die Automatisierungskomponenten mit dem Feldbus verbinden. Antriebseinrichtungen und Eingangs/Ausgangs-Module (EA-Module) im Feldbus werden üblicherweise auch als (Feldbus-)Slaves bezeichnet, da sie von einem Master gesteuert werden und untergeordnete Aufgaben, wie beispielsweise den Antrieb eines bestimmten Motors, die Erfassung von Sensorwerten usw erfüllen. Ein Master, auch Master-Knoten genannt, ist den Slaves übergeordnet und steuert diese.
  • Bei vielen Anwendungen der Automatisierungstechnik werden hohe Anforderungen an die zeitliche Synchronisation der einzelnen Automatisierungskomponenten (Master, Slaves) gestellt. Beispielsweise wird gefordert, dass sich Antriebseinrichtungen (Slaves) hochgenau synchron zueinander steuern lassen.
  • In der Vergangenheit wurden häufig speziell für Feldbusse physikalische Übertragungsverfahren entwickelt, die eine solche hochgenaue Synchronisation ermöglichten. Dies verursachte jedoch einen großen Aufwand und hohe Kosten und verteuerte die Feldbustechnik.
  • Seit einiger Zeit werden daher neue Feldbusse entwickelt, die auf den physikalischen Übertragungsverfahren des Ethernet, insbesondere denen des Fast Ethernet mit einer Rohdatenrate von 100 Mbit/s, basieren. Als Beispiele sind hier sercos III, das in den Normen IEC 61158, IEC 61784-1 und IEC 61784-2 genannt ist, EtherCAT, PROFINET und EtherNet/IP zu nennen. Häufig wird heute in diesem Zusammenhang allgemein auch der Begriff „Industrial Ethernet” genutzt. Der Vorteil der Verwendung des Ethernet-Standards für Feldbusse ist insbesondere der hohe Verbreitungsgrad von Ethernet, der zu einer besonders guten Verfügbarkeit von Komponenten geführt hat, die in dem Feldbus einsetzbar sind.
  • Eine Schwierigkeit bei der Nutzung von Ethernet als physikalischer Basistechnologie eines Feldbusses ist es, weiterhin eine hohe Synchronisation der einzelnen Feldbusknoten eines Ethernet-basierten Feldbusses zu gewährleisten. Ethernet selbst definiert nämlich keine entsprechenden Synchronisationsverfahren. Zudem sind auf Ethernet aufsetzende Mechanismen je nach Applikation zu ungenau in Bezug auf die resultierende Exaktheit der Synchronisation.
  • Aus diesem Grund wurden bei verschiedenen Ethernet-basierten Feldbussen entsprechende Synchronisationsverfahren entwickelt. Hierbei dominieren derzeit zwei Lösungen: das beispielsweise beim Feldbus EtherCAT genutzte Verfahren der verteilten Uhren nach IEEE1588, und die paketbasierte Synchronisation von sercos III. Die beiden Verfahren haben jedoch jeweils Vor- und Nachteile.
  • Ein Nachteil des bei sercos III verwendeten Verfahrens ist, dass die Genauigkeit der Synchronisation der Feldbusknoten eines sercos-III-Netzes direkt von der Genauigkeit der Zeitpunkte abhängt, zu denen Datenpakete von einem sercos-III-Master-Knoten ausgesendet und von den Slaves empfangen werden. Damit werden hohe Anforderungen an den Master-Knoten bezüglich des genauen Zeitverhaltens bei der Ausstrahlung von Datenpaketen gestellt.
  • Im Allgemeinen hat dies zur Folge, dass im Master-Knoten eine spezielle Hardware, z. B. in Form einer sercos-III-Einsteckkarte, erforderlich ist, um eine hochgenaue Synchronisation zu ermöglichen. Dies verteuert ein auf einer solchen Technologie basierende Feldbusnetz und somit eine das Feldbusnetz verwendende Automatisierungsanlage.
  • Zur Senkung der Kosten wäre es vorteilhaft, einen Master-Knoten zu schaffen, bei welchem die sercos-III-Synchronisationsmechanismen nicht in einer speziellen Hardware implementiert sind, sondern in Software emuliert sind. Als solcher Master-Knoten kann ein Standard-PC mit Standard-Ethernet-Schnittstelle, der als sercos-Master-Knoten konfiguriert wurde, zum Einsatz kommen. Ein solcher Master-Knoten wird auch als „Soft Master” oder „Soft-Master-Knoten” bezeichnet.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine genaue Synchronisation mit einem Standard-PC mit Standard-Ethernet-Schnittstelle, der als sercos-Master-Knoten konfiguriert wurde, nur sehr begrenzt möglich ist. Das zeitliche Verhalten eines solchen Master-Knotens ist zu ungenau. Anders ausgedrückt, der zeitliche „Jitter” bei der Ausstrahlung bzw. Aussendung der Datenpakete ist zu hoch. Als Jitter wird im Allgemeinen die Wahrscheinlichkeit (Dichtefunktion) der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets über der Zeit, und damit die Abweichung vom gewünschten Aussendezeitpunkt, verstanden.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Synchronisationsgerät und ein verbessertes Synchronisationsverfahren zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz zu schaffen, bei welchen insbesondere der Jitter reduziert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Synchronisationsgerät zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz nach Patentanspruch 1 gelöst. Das Synchronisationsgerät umfasst eine Speichereinrichtung zur Zwischenspeicherung von Datenpaketen, die von einem Master-Knoten ausgesendet wurden, für eine vorbestimmte Verzögerungszeitdauer, und eine Sendeeinrichtung zum Senden eines in der Speichereinrichtung zwischengespeicherten Datenpakets nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeitdauer.
  • Auf diese Weise können zwar mit einem Master-Knoten bereits synchronisierte Datenpakete, die jedoch mit einem großen Jitter ausgesendet wurden, wieder synchronisiert ausgesendet werden. Durch die Zwischenspeicherung ist es dabei möglich, den Jitter zu reduzieren, um wiederum die Synchronisation zwischen Feldbusknoten zu verbessern.
  • Mit dem beschriebenen Synchronisationsgerät ist es demzufolge möglich, eine größere Genauigkeit bei der Übertragung im Feldbusnetz zu erzielen. Da die Datenpakete bereits mit dem Master-Knoten synchronisiert werden, kann bei dem beschriebenen Synchronisationsgerät auch von einem Resynchronisationsgerät gesprochen werden.
  • Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Synchronisationsgeräts sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Vorzugsweise ist ein Jitter des Synchronisationsgeräts geringer als ein Zehntel des Jitters des Master-Knotens. Damit kann eine große Reduktion des Jitters im Feldbusnetz realisiert werden.
  • Es ist möglich, dass die vorbestimmte Verzögerungszeitdauer zu einem vorbestimmten Zeitpunkt endet, der gegenüber einem spezifikationsgemäßen Zeitpunkt der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets durch den Master-Knoten verzögert ist.
  • Vorzugsweise ist die vorbestimmte Verzögerungszeitdauer gleich der Summe von dem halbem Jitter des Master-Knotens und halbem Jitter des Synchronisationsgeräts. Dadurch liegt der Zeitpunkt, zu welchem das Synchronisationsgerät frühestens ein Datenpaket aussendet, sicher hinter dem Zeitpunkt, zu welchem der Master-Knoten spätestens ein Datenpaket aussendet. Auf diese Weise kommt es nicht zu Überschneidungen.
  • Das Synchronisationsgerät kann ein Feldbusknoten des Feldbusnetzes sein. Alternativ kann das Synchronisationsgerät in einen Feldbusknoten des Feldbusnetzes integrierbar sein.
  • Es ist von Vorteil, wenn das Synchronisationsgerät für ein Ethernet-basiertes Feldbusnetz ausgestaltet ist. Damit kann eine herkömmliche Ethernet-Schnittstelle als Master-Knoten dienen.
  • Das zuvor beschriebene Synchronisationsgerät kann auch Teil eines Feldbusnetzes sein, welches zudem umfasst einen Master-Knoten zur Steuerung der Übertragung von Daten in dem Feldbusnetz über einen Feldbus, und mindestens einen Feldbusknoten, mit welchem eine Automatisierungskomponente einer Automatisierungsanlage verbindbar ist, wobei das Synchronisationsgerät zwischen dem Master-Knoten und der Automatisierungskomponente angeordnet ist. Hierbei ist der Master-Knoten bevorzugt als Standard-PC mit Standard-Ethernet-Schnittstelle ausgestaltet, wobei der Standard-PC als sercos-Master-Knoten konfiguriert wurde.
  • Die zuvor genannte Aufgabe wird zudem durch ein Synchronisationsverfahren zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Synchronisationsverfahren hat die Schritte: Zwischenspeichern von Datenpaketen, die von einem Master-Knoten ausgesendet wurden, für eine vorbestimmte Verzögerungszeitdauer in einer Speichereinrichtung, und Senden eines in der Speichereinrichtung zwischengespeicherten Datenpakets nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeitdauer.
  • Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
  • Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer Automatisierungsanlage mit einem Feldbusnetz, welches ein Synchronisationsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aufweist;
  • 2 eine Darstellung eines Beispiels der Wahrscheinlichkeit (Dichtefunktion) der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets über der Zeit für einen Master-Knoten des Feldbusnetzes von 1;
  • 3 ein Blockschaltbild des Synchronisationsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine Darstellung eines Beispiels der Wahrscheinlichkeit (Dichtefunktion) der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets über der Zeit bei einer Automatisierungsanlage mit dem Synchronisationsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 5 ein Flussdiagramm eines Synchronisationsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
  • 6 ein Blockschaltbild einer Automatisierungsanlage mit einem Feldbusnetz, welches ein Synchronisationsgerät gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel aufweist.
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Automatisierungsanlage 1 mit einem Feldbusnetz 2. Das Feldbusnetz 2 umfasst einen Feldbus 10 zur bidirektionalen Übertragung von Datenpaketen 15. Zudem umfasst das Feldbusnetz 2 einen Master-Knoten 20, ein Synchronisationsgerät 30 und eine Vielzahl von Feldbusknoten 40 mit Feldbusanschaltungen 41. Der Master-Knoten 20 und das Synchronisationsgerät 30 sind jeweils mit dem Feldbus 10 verbunden. Die Feldbusknoten 40 sind Automatisierungskomponenten, die beispielsweise Steuerungseinrichtungen, Antriebseinrichtungen und Eingangs/Ausgangs-Module (EA-Module) usw. sein können. Die Automatisierungskomponenten, Feldbusknoten 40, der Master-Knoten 20 und das Synchronisationsgerät 30 sind nicht direkt in den Feldbus 10 geschaltet, sondern sie sind jeweils über die Feldbusanschaltungen 41 mit dem Feldbus 10 verbunden.
  • Der Master-Knoten 20 ist dem Synchronisationsgerät 30 und den Feldbusknoten 40 übergeordnet. Daher können das Synchronisationsgerät 30 und die Feldbusknoten 40 auch als Slaves bezeichnet werden. Der Master-Knoten 20 steuert das Synchronisationsgerät 30 und die Feldbusknoten 40 und fordert deren Daten an. Hierzu sendet der Master-Knoten 20 ein oder mehrere Datenpaket(e) 15 über den Feldbus 10.
  • In 2 ist die Wahrscheinlichkeit (Dichtefunktion) W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 über der Zeit t für den Master-Knoten 20 des Feldbusnetzes 1 veranschaulicht. Demgemäß ist in diesem Beispiel die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 symmetrisch um einen Zeitpunkt t1 verteilt, welcher der spezifikationsgemäße Zeitpunkt der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 ist. Zum Zeitpunkt t1 ist die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 am größten, also maximal. Vor und nach dem Zeitpunkt t1 nimmt die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 jeweils ab. Insgesamt verteilt sich die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 über eine mögliche Aussendezeitdauer T1. Das heißt, der Master-Knoten 20 sendet tatsächlich frühestens zu einem Zeitpunkt t1 – T1/2 ein Datenpaket 15. Und der Master-Knoten 20 sendet tatsächlich spätestens zu einem Zeitpunkt t1 + T1/2 ein Datenpaket 15. Die Zeitdauer T1 ist der Jitter T1 des Master-Knotens 20, also die zeitliche Ungenauigkeit seiner tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15.
  • 3 stellt das Synchronisationsgerät 30 genauer dar. Das Synchronisationsgerät 30 hat eine Empfangseinrichtung 31, eine Speichereinrichtung 32 und eine Sendeeinrichtung 33. Die Empfangseinrichtung 31 dient zum Empfangen von von dem Master-Knoten 20 über den Feldbus 10 gesendeten Datenpaketen 15. Die Speichereinrichtung 32 kann die von der Empfangseinrichtung 31 empfangenen Datenpakete 15 für eine vorbestimmte Verzögerungszeitdauer zwischenspeichern. Nach Ablauf der vorbestimmten Verzügerungszeitdauer sendet die Sendeeinrichtung 33 die in der Speichereinrichtung 32 zwischengespeicherten Datenpakete 15 über den Feldbus 10 an einen Feldbusknoten 40. Diese Verzögerung durch Zwischenspeicherung der Datenpakete 15 ist unter Bezugnahme auf 4 genauer beschrieben.
  • Gemäß 4 ist der gewünschte Zeitpunkt der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 durch die Sendeeinrichtung 33 des Synchronisationsgeräts 30 gleich dem Zeitpunkt t2. Der Zeitpunkt t2 ist um die Verzögerungszeitdauer T12 gegenüber dem Zeitpunkt t1 verzögert, welcher der spezifikationsgemäße Zeitpunkt der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 durch den Master-Knoten 20 ist. Die Sendeeinrichtung 33 des Synchronisationsgeräts 30 sendet ein Datenpaket 15 tatsächlich mit einer Wahrscheinlichkeit W in der in 4 angegebenen Dichte um den Zeitpunkt t2 herum. Das heißt, auch bei dem Synchronisationsgerät 30 ist die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 in dem dargestellten Beispiel symmetrisch um einen vorbestimmten Zeitpunkt, hier den Zeitpunkt t2, verteilt. Zum Zeitpunkt t2 ist die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 am größten. Vor und nach dem Zeitpunkt t2 nimmt die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 jeweils ab. Insgesamt verteilt sich die Wahrscheinlichkeit W der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets 15 über einen Zeitraum T2. Das heißt, das Synchronisationsgerät 30, genauer gesagt seine Sendeeinrichtung 33, sendet tatsächlich frühestens zu einem Zeitpunkt t2 – T2/2 ein Datenpaket 15. Und das Synchronisationsgerät 30, genauer gesagt seine Sendeeinrichtung 33, sendet tatsächlich spätestens zu einem Zeitpunkt t2 + T2/2 ein Datenpaket 15. Der Zeitraum T2 ist der Jitter T2 des Synchronisationsgeräts 30.
  • Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion W bezüglich des Zeitpunkts t2 für das Synchronisationsgeräts 30 ist deutlich ,schmaler' als für den Master-Knoten 20, entsprechend ergibt sich also ein geringerer Jitter. Die breite Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion bezüglich des Zeitpunkts t1 für den Master-Knoten 20 ist in 4 gestrichelt dargestellt. Somit sind auch der Zeitraum T2 und damit der Wert für den Jitter des Synchronisationsgeräts 30 wesentlich geringer als der Jitter T1 des Master-Knotens 20. In 4 ist der Jitter T2 des Synchronisationsgeräts 30 weniger als halb so breit wie die der Jitter T1 des Master-Knotens 20.
  • Zusammengefasst bedeutet dies, dass die vom Synchronisationsgerät 30 gesendeten Datenpakete 15 zu genaueren Aussendezeitpunkten gesendet werden als sie vom Master-Knoten 20 generiert und ausgesendet werden. Das Synchronisationsgerät 30 kann auch als Resynchronisationsgerät bezeichnet werden, da es die bereits vom Master-Knoten 20 synchronisierten Datenpakete 15 erneut synchronisiert. Jedoch synchronisiert das Synchronisationsgerät 30 die Datenpakete 15 mit einem geringeren Jitter als der Master-Knoten 20.
  • In 4 berechnet sich die gezielte Verzögerung T12 der Aussendung eines Datenpakets 15, also die vorbestimmte Verzögerungszeitdauer T12, durch das Synchronisationsgerät 20 als T12 = T1/2 + T2/2. Die Verzögerung T12 der Aussendung eines Datenpakets 15 durch das Synchronisationsgerät 30 kann auch als dt_ReSync bezeichnet werden. Wie auch in 4 dargestellt, speichert die Speichereinrichtung 32 des Synchronisationsgeräts 30 die Datenpakete 15, die von dem Master-Knoten 20 ausgesendet wurden, für die vorbestimmte Verzögerungszeitdauer T12 gegenüber dem spezifikationsgemäßen Aussendezeitpunkt t1 des Master-Knotens 20 zwischen.
  • Bei dem zuvor beschriebenen Feldbusnetz 2 wird also akzeptiert, dass die Genauigkeit der Aussendezeitpunkte der Datenpakete 15 entsprechend dem Feldbus-Protokoll bei Verwendung eines Master-Knotens 20, insbesondere eines Soft Masters, geringer ist als die Genauigkeit bei Verwendung einer speziellen Hardware. Die entstehenden, zeitlich varianten Ungenauigkeiten (Jitter) T1, T2 werden durch ein im Feldbusnetz 2 nachgeschaltetes spezielles Gerät, nämlich das Synchronisationsgerät 30 verringert und bestenfalls kompensiert.
  • In 5 ist ein Flussdiagramm eines Synchronisationsverfahrens gezeigt, welches in dem Feldbusnetz 2 ausgeführt wird. Nach dem Start des Synchronisationsverfahrens wird bei Schritt S1 ein Datenpaket 15 durch den Master-Knoten 20 generiert und an das Synchronisationsgerät 30 gesandt. Bei Schritt S2 empfängt das Synchronisationsgerät 30, genauer gesagt seine Empfangseinrichtung 31, das Datenpaket 15 und speichert es in seiner Speichereinrichtung 32 zwischen. Bei Schritt S3 sendet das Synchronisationsgerät 30, genauer gesagt seine Sendeeinrichtung 33, nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeitdauer T12 nach dem spezifikationsgemäßen Aussendezeitpunkt t1 des Master-Knotens 20, das Datenpaket 15. Danach ist das Synchronisationsverfahren beendet.
  • Letztendlich ergeben sich durch dieses Verfahren ein geringerer Jitter des Feldbusnetzes 2, nämlich der Jitter T2, und zusätzlich eine konstante Verzögerung um den Wert T12 bzw. die vorbestimmte Verzögerungszeitdauer T12. Diese konstante Verzögerung T12 gegenüber dem spezifikationsgemäßen Aussendezeitpunkt des Master-Knotens kann bei der Auslegung des Feldbusnetzes 2 für die Automatisierungsanlage 1 berücksichtigt werden und verursacht im Allgemeinen erheblich weniger Probleme als ein großer Jitter.
  • Auf die zuvor beschriebene Weise ist die Nutzung eines Synchronisationsgeräts (,Resynchronisationsgerät') 30 in einem Feldbusnetz 10 möglich, das zwischen dem Master-Knoten 20 und weiteren Feldbusknoten 40 eingefügt ist, um den zeitlichen Paket-Jitter T1 auf den zeitlichen Paket-Jitter T2 zu reduzieren, um wiederum die Synchronisation zwischen Feldbusknoten 40 zu verbessern.
  • 6 zeigt eine Automatisierungsanlage 5 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Automatisierungsanlage 5 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen wie die Automatisierungsanlage 5 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist das Synchronisationsgerät 45 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel jedoch kein separates Feldbusgerät sondern es ist in einen Feldbusknoten 40 integriert, wie in 6 dargestellt. Dadurch ist das Synchronisationsgerät 30 zwischen dem Master-Knoten 20 und der Automatisierungskomponente 3 angeordnet.
  • Das Synchronisationsgerät 45 ist vorzugsweise in den Feldbusknoten 40 integriert, welcher dem Master-Knoten 20 am nächsten liegt. Auf diese Weise ist das Synchronisationsgerät 45 zwischen dem Master-Knoten 20 und allen Automatisierungskomponenten 3 des Feldbusnetzes 2 angeordnet.
  • Ansonsten ist der Aufbau und die Funktion der Automatisierungsanlage 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleich dem Aufbau und der Funktion des ersten Ausführungsbeispiels. Daher wird deren Beschreibung hier nicht noch einmal wiederholt.
  • Beim zweiten Ausführungsbeispiel ergeben sich dieselben Vorteile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Synchronisationsgerät und des Synchronisationsverfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
  • Der Feldbus 2 ist vorzugsweise ein Ethernet-basierter Feldbus. Insbesondere verwendet der Feldbus das sercos-III-Protokoll.
  • Der Master-Knoten 20 kann als Standard-PC mit Standard-Ethernet-Schnittstelle ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist der Standard-PC als sercos-Master-Knoten konfiguriert.
  • Die gezielte Verzögerungszeitdauer T12 der Aussendung eines Datenpakets 15 durch das Synchronisationsgerät 30 kann auch geringer oder größer als die zuvor genannte Verzögerungszeitdauer von T12 = T1/2 + T2/2 sein. Die Verzögerung mit einer Verzögerungszeitdauer T12 = T1/2 + T2/2 ist jedoch besonders vorteilhaft, da hier der zuvor beschriebene Effekt erzielt wird und darüber hinaus nicht mehr Verzögerung des Datenverkehrs im Feldbus 10 stattfindet als für eine gute Synchronisation der Datenpakete 15 erforderlich.
  • In 4 ist gezeigt, dass der Jitter T2 des Synchronisationsgeräts 30 geringer als die Hälfte des Jitters T1 des Master-Knotens 20 ist. Der Jitter T2 des Synchronisationsgeräts 30 kann jedoch auch gleich oder kleiner als ein Zehntel des Jitters T1 des Master-Knotens 20 sein.
  • Bevorzugt ist der Jitter T2 des Synchronisationsgeräts 30 gleich oder kleiner als ein Hundertstel des Jitters T1 des Master-Knotens 20. Noch bevorzugter ist der Jitter T2 des Synchronisationsgeräts 30 gleich oder kleiner als ein Tausendstel des Jitters T1 des Master-Knotens 20.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • IEC 61158 [0005]
    • IEC 61784-1 [0005]
    • IEC 61784-2 [0005]
    • IEEE1588 [0007]

Claims (10)

  1. Synchronisationsgerät (30; 45) zur Synchronisation von Datenpaketen (15) in einem Feldbusnetz (2), mit einer Speichereinrichtung (32) zur Zwischenspeicherung von Datenpaketen (15), die von einem Master-Knoten (20) ausgesendet wurden, für eine vorbestimmte Verzögerungszeitdauer (T12), und einer Sendeeinrichtung (33) zum Senden eines in der Speichereinrichtung (32) zwischengespeicherten Datenpakets (15) nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeitdauer (T12).
  2. Synchronisationsgerät (30; 45) nach Anspruch 1, wobei ein Jitter (T2) des Synchronisationsgeräts (10) gleich oder kleiner als ein Zehntel des Jitters (T1) des Master-Knotens (20) ist.
  3. Synchronisationsgerät (30; 45) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorbestimmte Verzögerungszeitdauer (T12) zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (t2) endet, der gegenüber einem spezifikationsgemäßen Zeitpunkt (t1) der tatsächlichen Aussendung eines Datenpakets (15) durch den Master-Knoten (20) verzögert ist.
  4. Synchronisationsgerät (30; 45) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Verzögerungszeitdauer (T12) gleich der Summe des halben Jitters (T1) des Master-Knotens und des halben Jitter (T2) des Synchronisationsgeräts ist.
  5. Synchronisationsgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Synchronisationsgerät (30) ein Feldbusgerät des Feldbusnetzes (2) ist oder das Synchronisationsgerät (45) in einen Feldbusknoten (40) des Feldbusnetzes (2) integrierbar ist.
  6. Synchronisationsgerät (30; 45) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Synchronisationsgerät (30; 45) für ein Ethernet-basiertes Feldbusnetz (2) ausgestaltet ist.
  7. Feldbusknoten (40) eines Feldbusses (10), mit einem Synchronisationsgerät (45) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
  8. Feldbusnetz (2), mit einem Master-Knoten (20) zur Steuerung der Übertragung von Daten in dem Feldbusnetz (2) über einen Feldbus (10), einem Synchronisationsgerät (30; 45) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und mindestens einem Feldbusknoten (40), mit welchem eine Automatisierungskomponente (3) einer Automatisierungsanlage (1) verbindbar ist, wobei das Synchronisationsgerät (30; 45) zwischen dem Master-Knoten (20) und der Automatisierungskomponente (3) angeordnet ist.
  9. Feldbusnetz (2) nach Anspruch 8, wobei der Master-Knoten (20) als Standard-PC mit Standard-Ethernet-Schnittstelle ausgestaltet ist, und wobei der Standard-PC als sercos-Master-Knoten konfiguriert wurde.
  10. Synchronisationsverfahren zur Synchronisation von Datenpaketen (15) in einem Feldbusnetz (2), mit den Schritten Zwischenspeichern (S2) von Datenpaketen (15), die von einem Master-Knoten ausgesendet wurden (S1), für eine vorbestimmte Verzögerungszeitdauer in einer Speichereinrichtung, und Senden (S4) eines in der Speichereinrichtung zwischengespeicherten Datenpakets nach Ablauf der vorbestimmten Verzögerungszeitdauer (S3).
DE102011118046A 2011-11-05 2011-11-05 Synchronisationsgerät und -verfahren zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz Withdrawn DE102011118046A1 (de)

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DE102011118046A Withdrawn DE102011118046A1 (de) 2011-11-05 2011-11-05 Synchronisationsgerät und -verfahren zur Synchronisation von Datenpaketen in einem Feldbusnetz

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Citations (3)

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DE10113261A1 (de) * 2001-03-16 2002-09-26 Siemens Ag Synchrones, getaktetes Kommunikationssystem mit dezentralen Ein-/Ausgabe-Baugruppen und Verfahren zur Einbindung dezentraler Ein-/Ausgabe-Baugruppen in ein solches System
US20070201491A1 (en) * 2006-02-28 2007-08-30 Ron Kapon System and method for synchronizing serial digital interfaces over packet data networks
DE102010064123B3 (de) * 2010-12-23 2012-02-16 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Ansteuern von Peripheriegeräten eines taktsynchron arbeitenden Bussystems und von Fremdperipheriegeräten eines Fremdbussystems sowie zugehöriger Busumsetzer

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Title
IEC 61158
IEC 61784-1
IEC 61784-2
IEEE1588

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