DE3829739A1 - Redundanzanordnung fuer den informationstransfer in einem hierarchisch gegliederten sammelleitungsnetz - Google Patents

Description

Die Erfindungbetrifft eine Redundanzanordnung für den Informationstransfer in einem hierarchisch gegliederten Sammelleitungsnetz, bei dem an eine übergeordnete serielle Sammelleitung mehrere unmittelbar nachgeordnete serielle Sammelleitung über zwischengeschaltete Koppelstationen angeschlossen sind, und ist insbesondere in Automatisierungsanlagen mit einer Vielzahl dezentraler intelligenter Funktionseinheiten, die über ein solches hierarchisch gegliedertes Sammelleitungsnetz miteinander verbunden sind, einsetzbar.

Die informationelle Verbindung dezentraler intelligenter Funktionseinheiten in Automatisierungsanlagen wird üblicherweise über Sammelleitungen realisiert, bi denen der Informationstransfer im Zeitmultiplexbetrieb erfolgt. Mit steigender Anzahl der über eine Sammelleitung zu verbindenden Funktionseinheiten sind aus Zeit- und Zuverlässigkeitsgründen netzartige Sammelleitungsstrukturen entwickelt worden, bei denendie Verbindungen zwischen den Knoten des Netzes jeweils Sammelleitungen sind. Sammelleitungsnetze, bei denen zwischen jeweils zwei angeschlossenen Funktionseinheiten mehrere Wege für den Informationstransfer möglich sind, erfordern jedoch eine relativ aufwendige Netzwerksteuerung. Wesentlich einfacher, kostengünstiger und zuverlässige sind hierarchisch strukturierte Sammelleitungsnetze zu realisieren, bei denen an eine übergeordnete Sammelleitung mehrere nachgeordnete Sammelleitungen über jeweils eine Koppelstation angeschlossen sind und die Informationsflußrichtung im Sammelleitungsnetz eindeutig festgelegt ist.

Ein solches hierarchisch aufgebautes Sammelleitungsnetz, das aus ringförmigen Sammelleitungen besteht und bei welchem die Hierarchieebenen durch Koppel-, Speicher- und Leitstationen miteinander verbunden sind, ist in der DD-Patentschrift 2 48 447 beschrieben. Dabei arbeitet jede Koppel-, Speicher- und Leitstation als gleichberechtigter Teilnehmer gleichzeitig in zwei Sammelleitungen verschiedener Hierarchieebenen und ermöglicht über mehrere Zwischenspeicher den Informationstransfer zwischen diesen Ebenen.

Diese Lösung hat den Nachteil, daß die Zuverlässigkeit der infromationellen Verbindung zwischen den einzelnen durch eine gemeinsame Sammelleitung einer nachgeordneten Hierarchieebene verbundenen Funktionseinheiten und der hierarchisch unmittelbar übergeordneten Sammelleitung im wesentlichen durch die Zuverlässigkeit der Koppel-, Speicher- und Leitstation bestimmt wird. Bei Ausfall einer Koppel-, Speicher- und Leitstation ist die informationelle Verbindung zwischen allen Funktionseinheiten, die an die betreffende nachgeordnete Sammelleitung angeschlossen sind, und der übergeordneten Sammelleitung unterbrochen. In Automatisierungsanlage auf Basis eines hierarchisch gegliederten Sammelleitungsnetzes sind die Bedieneinrichtungen und andere zentrale Funktionsgruppen üblicherweise in höheren Hierarchieebenen angeordnet, so daß bei Ausfall einer Koppel-, Speicher- und Leitstation in Abhängigkeit von der Hierarchieebene mehr oder weniger große Teilbereiche informationell von den Bedieneinrichtungen und anderen zentralen Funktionsgruppen getrennt sind. Zwar können abgetrennte Teilbereiche in einen autonomen Inselbetrieb überführt werden, die Leistungsfähigkeit einer solchen Automatisierungsanlage wird jedoch in der Regel unter der bei vollständigem Anschluß der Funktionseinheiten an das Sammelleitungsnetz liegen. Eine naheliegende Möglichkeit der Erhöhung der Zuverlässigkeit würde in der doppelten Auslegung der Koppelstationen bestehen, wobei diese in kalter oder heißer Redundanz gleichberechtigt betrieben werden könte. Im Vergleich zu den verhältnismäßig hohen Kosten wäre jedoch der erreichbare Zuverlässigkeitsgewinn relativ gering. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die durch die Erfindung zu lösende technische Aufgabe besteht darin, eine Redundanzanordnung für den Informationstransfer bei infolge eines Defektes unterbrochener informationeller Verbindung zwischen einer übergeordneten und einer nachgeordneten Sammelleitung in einem hierarchisch gegliederten Sammelleitungsnetz zu schaffen, bei dem an die übergeordnete serielle Sammelleitung mehrere unmittelbar nachgeordnete Sammelleitungen über zwischengeschaltete Koppelstationen angeschlossen sind.

Die Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen 1 oder 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Aufgabe wird also dadurch gelöst, daß die nachgeordneten Sammelleitungen mit Fehlerbeseitigungsvermögen zusätzlich durch steuerbare Schalter untereinander verbunden sind, daß den steuerbaren Schaltern Steuerrechner zugeordnet sind, und daß an jeden Steuerrechner mindestens zwei mit voneinander verschiedenen nachgeordneten Sammelleitungen in Verbindung stehende Empfangseinrichtungen angeschlossen sind. Um den Aufwand für die Redundanzanordnung und deren Steuerung möglichst gering zu halten, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, diese so zu strukturieren, daß jeweils zwei nachgeordnete Sammelleitungen einen gemeinsamen Steuerrechner aufweisen, der an diese über jeweils eine Empfangseinrichtung angeschlossen ist und über den die Schalter, welche die beiden nachgeordneten Sammelleitungen miteinander verbunden, steuerbar sind. In Sammelleitungsnetzen, welche Sammelleitungen mit passiver Ankopplung der einzelnen Funktinseinheiten enthalten, wird vorteilhafterweise nur jeweils ein steuerbarer Schalter zum Verbinden von zwei Sammelleitungen mit passiver Ankopplung benötigt.

In Sammelleitungsnetzen, welche Sammelleitungen mit aktiver Ankopplung der Funktionseinheiten enthalten, sind diese vorteilhafterweise jeweils durch zwei parallel angeordnete steuerbare Schalter miteinander verbunden, wobei die Reihenfolge der Anschlußpunkte der steuerbaren Schalter bezüglich der Informationsflußrichtungen in den beiden nachgeordneten Sammelleitungen entgegengesetzt ist. Außerdem sind in den Sammelleitungen zwischen den Anschlußpunkten der beiden steuerbaren Schalter steuerbare Sammelleitungsschalter angeordnet. Die steuerbaren Schalter und die Sammelleitungsschalter sind dabei vorzugsweise für jeweils zwei miteinander verbundene Sammelleitungen an den gleichen Steuerrechner angeschlossen.

Bei einer Unterbrechung der informationellen Verbindung zwischen einer übergeordneten und einer nachgeordneten Sammelleitung, z. B. infolge Ausfalls der Koppelstation, wird also dieser Fehler über ein entsprechendes, hier nicht näher erläutertes Diagnoseverfahren, durch ein zentrales Überwachungsgerät, z. B. einen Wartenrechner in einer dezentralen Automatisierungsanlage, festgestellt. Diese zentrale Instanz, die über den Gesamtzustand des Sammelleitungsnetzes, der angeschlossenen Funktionseinheiten und Koppelstationen informiert ist, veranlaßt daraufhin über eine noch intakte Koppelstation die physische Verbindung der informationell vom Sammelleitungsnetz abgetrennten Sammelleitung mit einer noch mit dem Sammelleitungsnetz in Verbindung stehenden Sammelleitung. Dazu erhält der Steuerrechner, durch welchen die betreffenden zusätzlichen Schalter zum Verbinden der nachgeordneten Sammelleitungen angesteuert werden, über die Sammelleitung und die mit dieser verbundene Empfangseinrichtung eine entsprechende Information. Gleichzeitig erhält auch die Koppelstation, welche die nachgeordnete Sammelleitung, über die hilfsweise der Informationstransfer erfolgt, mit der übergeordneten Sammelleitung verbindet, diese Information, welche diese Koppelstation, beispielsweise durch Programmwechsel, zum Empfang und zur Transferierung der umzuleitenden Informationen veranlaßt. Bei Sammelleitungen mit aktiver Ankopplung der Funktionseinheiten werden gleichzeitig mit dem Schließen der Schalter, die die intakte und die informationell vom Sammelleitungsnetz abgetrennte Sammelleitung miteinander verbinden, die beiden Sammelleitungen zwischen den Anschlußpunkten der Schalter durch Öffnen der über den zugeordneten Steuerrechner angesteuerten Sammelleitungsschalter unterbrochen, so daß die intakte Sammelleitung um die vom Sammelleitungsnetz abgetrennte Sammelleitung physisch verlängert wird.

Nach der vorgenommenen Zusammenschaltung der Sammelleitungen erfolgt der Informationstransfer aller angeschlossenen Funktionseinheiten mit den weiteren Funktionseinheiten des Sammelleitungsnetzes über die intakte Koppelstation. Es ist dabei notwendig, daß die Adressierung der Funktionseinheiten im gesamten Netz eindeutig ist, d. h. daß jede Adresse nur einer Funktionseinheit zugeordnet ist. Es ist sinnvoll, jede Sammelleitung in der beschriebenen Weise mit mindestens zwei benachbarten Sammelleitungen zu beschalten, so daß drei verschiedene Verbindungsmöglichkeiten mit der übergeordneten Sammelleitung bestehen.

Die Aufgabe kann auch erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß an jede nachgeordnete Sammelleitung mit Fehlerbeseitigungsvermögen mindestens eine weitere Sende- und Empfangseinrichtung angeschlossen ist, daß jeweils mindestens zwei mit voneinander verschiedenen nachgeordneten Sammelleitungen in Verbindung stehenden Sende- und Empfangseinrichtungen ein gemeinsamer Koppelspeicher zugeordnet ist, und daß jeder Koppelspeicher und jede an diesen angeschlossene Sende- und Empfangseinrichtung mit einem Steuerrechner verbunden sind.

Die bereits beschriebene zentrale Instanz veranlaßt auch hier im Fehlerfall die hilfsweise Herstellung der informationellen Verbindung zwischen der betreffenden nachgeordneten und der übergeordneten Sammelleitung über eine andere, informationell intakte, nachgeordnete Sammelleitung (Horizontalkopplung). Dazu erhält der Steuerrechner über die intakte nachgeordnete Sammelleitung und die daran angeschlossene Sende- und Empfangseinrichtung eine entsprechende Information, woraufhin dieser entsprechend seiner Programmierung über die beiden an die nachgeordneten Sammelleitungen angeschlossenen Sende- und Empfangseinrichtungen den Informationstransfer zwischen diesen nachgeordneten Sammelleitungen angeschlossenen Sende- und Empfangseinrichtungen den Informationstransfer zwischen diesen nachgeordneten Sammelleitungen organisiert. Die zu transferierenden Informationen werden in einem Koppelspeicher zwischengespeichert, wobei der Steuerrechner die Speicherorganisation übernimmt. Jede der beiden Sende- und Empfangseinrichtungen arbeitet im Zusammenwirken mit dem Steuerrechner und dem Koppelspeicher als selbständiger Teilnehmer in der jeweiligen nachgeordneten Sammelleitung und ist über das im Steuerrechner enthaltene Programm der Organisation des Informationstransfers auf den Sammelleitungen, u. a. auch dem Verfahren für die Zugriffssteuerung, angepaßt.

Gleichzeitig mit der beschriebenen Aktivierung der Horizontalkopplung erhält die Koppelstation, welche die nachgeordnete Sammelleitung, über die hilfsweise der Informationstransfer erfolgt, mit der übergeordneten Sammelleitung verbindet, eine entsprechende Information, welche diese Koppelstation, beispielsweise durch Programmwechsel, zum Empfang und zur Transferierung der umgeleiteten Informationen veranlaßt.

Die Erfindung wird nachfolgend an drei Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Redundanzanordnung in einem Sammelleitungsnetz mit passiver Ankopplung der Funktionseinheiten,

Fig. 2 die Redundanzanordnung in einem Sammelleitungsnetz mit aktiver Ankopplung der Funktionseinheiten und

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Redundanzanordnung mit aktiver Ankopplung der Funktionseinheiten.

Wie die Fig. 1 zeigt, sind an eine übergeordnete serielle Sammelleitung 1 zwei nachgeordnete serielle Sammelleitungen 2, 3 über Koppelstationen 4, 5 angeschlossen. Die nachgeordneten Sammelleitungen 2, 3 sind durch einen steuerbaren Schalter 6 miteinander verbunden, der über einen Steuerrechner 8 ansteuerbar ist. Der Steuerrechner 8 ist über Empfangseinrichtungen 9, 10 an die beiden Sammelleitungen 2, 3 angeschlossen.

Bei intakter informationeller Verbindung beider nachgeordneter Sammelleitungen 2, 3 mit der übergeordneten Sammelleitung 1 ist der steuerbare Schalter 6 geöffnet. Bei Unterbrechung der informationellen Verbindung zwischen der übergeordneten Sammelleitung 1 und der nachgeordneten Sammelleitung 2, beispielsweise infolge Ausfall der Koppelstation 4, wird dieser Fehler in einer zentralen Überwachungseinheit registriert und über die Sammelleitung 1, die Koppelstation 5, die Sammelleitung 3 und die Empfangseinrichtung 10 an den Steuerrechner 8 eine Information gesendet, deren Empfang den Steuerrechner 8 zum Schließen des Schalters 6 veranlaßt. Damit ist die informationselle Verbindung der an die Sammelleitung 2 angeschlossenen Funktionseinheiten mit der übergeordneten Sammelleitung über die intakte Sammelleitung 3 und Koppelstation 5 gegeben. Nach Behebung des Fehlers wird in gleicher Weise der Ausgangszustand wieder hergestellt.

Fig. 2 zeigt die Redundanzanordnung in einem Sammelleitungsnetz mit aktiver Ankopplung der Funktionseinheiten. An die übergeordnete serielle Sammelleitung 1 sind über die Koppelstationen 4, 5 die beiden nachgeordneten seriellen Sammelleitungen 2, 3 angeschlossen, die ringförmig oder als gegenläufige Linienstruktur die Funktionseinheiten der nachgeordneten Hierarchieebene miteinander verbinden. Die nachgeordneten Sammelleitungen 2, 3 sind durch parallel angeordnete Schalter 6, 7 miteinander verbunden, wobei der erste steuerbare Schalter 6 an die nachgeordnete Sammelleitung 2 bezüglicher der Informationsflußrichtung vor dem zweiten steuerbaren Schalter 7 und an die nachgeordnete Sammelleitung 3 bezüglich der Informationsflußrichtung nach dem zwiten steuerbaren Schalter 7 angeschlossen ist. Zwischen den Anschlußpunkten der Schalter 6, 7 ist in der nachgeordneten Sammelleitung 2 ein steuerbarer Sammelleitungsschalter 11 und in der nachgeordneten Sammelleitung 3 ein steuerbarer Sammelleitungsschalter 12 angeordnet. Die Schalter 6, 7 und die Sammelleitungsschalter 11, 12 sind über den Steuerrechner 8 ansteuerbar. Der Steuerrechner 8 ist über die Empfangseinrichtungen 9, 10 an die beiden nachgeordneten Sammelleitungen 2, 3 angeschlossen.

Bei intakter informationeller Verbindung beider nachgeordneter Sammelleitungen 2, 3 mit der übergeordneten Sammelleitung 1 sind die steuerbaren Schalter 6, 7 geöffnet und die Sammelleitungsschalter 11, 12 geschlossen. Bei Unterbrechung der informationellen Verbindung zwischen der übergeordneten Sammelleitung 1 und der nachgeordneten Sammelleitung 2, beispielsweise infolge Ausfalls der Koppelstation 4, wird dieser Fehler in der zentralen Überwachungseinheit registriert und über die Sammelleitung 1, die Koppelstation 5, die nachgeordnete Sammelleitung 3 und die Empfangseinrichtung 10 an den Steuerrechner 8 eine Information gesendet, deren Empfang den Steuerrechner 8 zum Schließen der beiden Schalter 6 und 7 und gleichzeitig zum Öffnen der beiden Sammelleitungsschalter 11 und 12 veranlaßt. Durch diesen Umschaltvorgang wird die nachgeordnete Sammelleitung 3 um die Sammelleitung 2 und die daran angeschlossenen Funktionseinheiten physisch verlängert und die informationelle Verbindung ist über die Koppelstation 5 gegeben. Nach Behebung des Fehlers wird durch Umschalten der Schalter 6, 7, 11, 12 über den Steuerrechner 8 der Ausgangszustand wieder hergestellt.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Redundanzanordnung entsprechend der Erfindung in einem hierarchisch gegliederten Sammelleitungsnetz bestehend aus der übergeordneten seriellen Sammelleitung 1 und den beiden nachgeordneten seriellen Sammelleitungen 2, 3 mit aktiver Ankopplung der Funktionseinheiten, wobei die nachgeordneten seriellen Sammelleitungen 2, 3 über die Koppelstationen 4, 5 an die übergeordnete Sammelleitung 1 angeschlossen sind. Die nachgeordneten Sammelleitungen 2, 3 enthalten jeweils eine zusätzliche Sende- und Empfangseinrichtung 13, 14, die mit einem Koppelspeicher 16 und einem Steuerrechner 15 verbunden sind. Der Koppelspeicher 16 ist über den Steuerrechner 15 steuerbar.

Bei intakter informationeller Verbindung beider nachgeordneter Sammelleitungen 2, 3 mit der übergeordneten Sammelleitung 1 erfolgt der Informationstransfer jeweils über die Koppelstationen 4 und 5 analog Fig. 1 oder 2.

Bei Unterbrechung der informationellen Verbindung zwischen der übergeordneten Sammelleitung 1 und der nachgeordneten Sammelleitung 2, beispielsweise infolge Ausfalls der Koppelstation 4, wird dieser Fehler ebenfalls in der zentralen Überwachungseinheit registriert und über die Sammelleitung 1, die Koppelstation 5, die Sammelleitung 3 und die Sende- und Empfangseinrichtung 14 an den Steuerrechner 15 eine Information gesendet, deren Empfang die hilfsweise informationelle Verbindung der beiden nachgeordneten Sammelleitungen 2 und 3 über die beiden Sende- und Empfangseinrichtungen 13, 13 und den Koppelspeicher 16 aktiviert. Außerdem wird die Koppelstation 5 für den zusätzlichen Transfer der zwischen der Sammelleitung 2 und der übergeordneten Sammelleitung 1 auszutauschenden Informationen umprogrammiert. Der Informationstransfer zwischen der übergeordneten Sammelleitung 1 und der nachgeordneten Sammelleitung 2 geht danach folgendermaßen vonstatten. Die von der übergeordneten Sammelleitung 1 für die Sammelleitung 2 bestimmten Informationen werden zusätzlich zu den die Sammelleitung 3 betreffenden Informationen über die Koppelstation 5 auf die Sammelleitung 3 gesendet, von der Sende- und Empfangseinrichtung 14 empfangen und im durch den Steuerrechner 15 gesteuerten Koppelspeicher 16 zwischengespeichert. Nach Erhalt des Senderechts durch die Sende- und Empfangseinrichtung 13 werden die zwischengespeicherten Informationen bestimmungsgemäß auf die Sammelleitung 2 gesendet. Die von der Sammelleitung 2 für die übergeordnete Sammelleitung 1 bestimmten Informationen werden von der Sende- und Empfangseinrichtung 13 empfangen, im Koppelspeicher 16 zwischengespeichert und nach Erhalt des Senderechts durch die Sende- und Empfangseinrichtung 14 zunächst auf die Sammelleitung 3 gesendet und dann über die Koppelstation 5 der übergeordneten Sammelleitung 1 zugeführt.

Die sammelleitungsinterne Organisation des Informationstransfers, die sich auf den einzelnen Sammelleitungen 1, 2, 3 unterscheiden kann, wird durch die Erfindung und deren Wirkung nicht verändert.

Diese Redundanzanordnung ist in gleicher Weise auch anwendbar in Sammelleitungsnetzen mit passiver Ankopplung der Funktionseinheiten bzw. in solchen Sammelleitungsnetzen, die sowohl nachgeordnete Sammelleitungen mit aktiver als auch solche mit passiver Ankopplung der Funktionseinheiten aufweisen. Dazu sind lediglich die zusätzlichen Sende- und Empfangseinrichtungen in bekannter Weise passiv anzukoppeln.

Claims (6)

1. Redundanzanordnung für den Informationstransfer in einem hierarchisch gegliederten Sammelleitungsnetz, bei dem an eine übergeordnete serielle Sammelleitung mehrere unmittelbar nachgeordnete serielle Sammelleitungen über zwischengeschaltete Koppelstationen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeordneten Sammelleitungen (2, 3) mit fehlerbeseitigungsvermögen zusätzlich durch steuerbare Schalter (6, 7) untereinander verbunden sind, daß den steuerbaren Schaltern (6, 7) Steuerrechner (8) zugeordnet sind, und daß an jeden Steuerrechner (8) zumindest zwei mit voneinander verschiedenen nachgeordneten Sammelleitungen (2, 3) in Verbindung stehende Empfangseinrichtungen (9, 10) angeschlossen sind.

2. Redundanzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei nachgeordnete Sammelleitungen (2, 3) einen gemeinsamen Steuerrechner (8) aufweisen, der an diese über jeweils eine Empfangseinrichtung (9, 10) angeschlossen ist und über den die Schalter 66, 7), welche die beiden nachgeordneten Sammelleitungen (2, 3) miteinander verbinden, steuerbar sind.

3. Redundanzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei nachgeordnete Sammelleitungen (2, 3) mit passiver Ankopplung der Funktionseinheiten durch nur einen steuerbaren Schalter (6) miteinander verbunden sind.

4. Redundanzanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei nachgeordnete Sammelleitungen (2, 3) mit aktiver Ankopplung der Funktionseinheiten durch zwei parallel angeordnete steuerbare Schalter (6, 7) miteinander verbunden sind, wobei die Reihenfolge der Anschlußpunkte der steuerbaren Schalter (6, 7) bezüglich der Informationsflußrichtungen in den beiden nachgeordneten Sammelleitungen (2, 3) entgegengesetzt ist, und daß die nachgeordneten Sammelleitungen (2, 3) zwischen den Anschlußpunkten der Schalter (6, 7) steuerbare Sammelleitungsschalter (11, 12) enthalten.

5. Redundanzanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Schalter (6, 7) und die steuerbaren Sammelleitungsschalter (11, 12) an den gleichen Steuerrechner (8) angeschlossen sind.

6. Redundanzanordnung für den Informationstransfer in einem hierarchisch gegliederten Sammelleitungsnetz, bei dem an eine übergeordnete serielle Sammelleitung mehrere unmittelbar nachgeordnete serielle Sammelleitungen über zwischengeschaltete Koppelstationen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an jede nachgeordnete Sammelleitung (2, 3) mit Fehlerbeseitigungsvermögen mindestens eine weitere Sende- und Empfangseinrichtung (13, 14) angeschlossen ist, daß jeweils mindestens zwei mit voneinander verschiedenen nachgeordneten Sammelleitungen (2, 3) in Verbindung stehenden Sende- und Empfangseinrichtung (13, 14) ein gemeinsamer Koppelspeicher (16) zugeordnet ist, und daß jeder Koppelspeicher (16) und jede an diesen angeschlossene Sende- und Empfangseinrichtung (13, 14) mit einem Steuerrechner (15) verbunden sind.