专利名称：用于控制对系统总线的存取时间的方法和通信模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制对一个监测和/或控制设备的系统总线的存取时间的方法，该监测和/或控制设备具有至少一个通信模块和至少一个通过用于传输测量和/或者控制信号的系统总线连接到该通信模块上的、用于向现场应用输入和/或者输出测量和/或者控制信号的输入/输出模块，其中，该至少一个通信模块具有时间控制单元，用于控制一个具有为被连接到系统总线上的通信和输入/输出模块确定的通信时间的、不断地被重复执行的传输周期。
本发明还涉及一种用于监测和/或控制设备的通信模块，该通信模块具有用于连接下级输入/输出模块的系统总线接口和用于控制具有为这些被连接到系统总线上的通信和/或输入/输出模块确定的通信时间的、不断地被重复执行的传输周期的时间控制单元。
背景技术：
为控制监测和/或控制设备的系统总线上的通信过程，需要精确地同步和确定连接到系统总线上的各个通信和输入/输出模块的存取时间，以避免存取冲突。
DE 101 43 972 A1描述了一种用于过程控制系统通信总线的通信控制，它在使用通信时间计划的情况下控制在通信总线上出现的通信。通信时间计划预先规定何时允许这些被耦连到总线上的装置的每一个在总线上进行通信。利用检验算法测定被连接到通信总线上的装置的存在。
在自动化控制技术以太网(EtherCAT)中实时以太网的Beckhoff解决方案在SPS杂志2003/5+6版第42至45页中公开了一种方法，用于同步具有通过以太网场总线相互连接的输入/输出模块的控制设备。每个输入/输出模块具有时钟，以控制对以太网场总线的存取时间。母钟确定相对于分布的控制设备的单个子时钟的传输时间偏差。基于各个传输时间差依次执行分布的时钟，从而其高精度的网络宽度时基可供使用。
这种监测和/或控制设备的问题在于，为保证可靠运行，借助于其确定连接到系统总线上的这些单个的通信模块和输入/输出模块的通信时间的传输周期或宏周期必须预先针对监测和控制设备所允许的最大扩展级来设计。
发明内容
为了优化系统总线负荷，本发明的任务在于提供一种用于控制对监测和/或控制设备的系统总线的存取时间的、改进的方法以及改进的通信模块。
该任务通过用于控制对一个监测和/或控制设备的系统总线的存取时间的方法这样来解决，该监测和/或控制设备具有至少一个通信模块和至少一个通过用于传输一些测量和/或控制信号的系统总线连接到通信模块上的、用于向现场应用输入和/或输出测量和/或控制信号的输入/输出模块和用于控制一个具有为被连接到系统总线上的通信和输入/输出模块确定的通信时间的、不断地被重复执行的传输周期的通信模块时间控制单元，即优选在监测和/或控制设备的引导阶段测定系统总线上的信号传输时间(Signallaufzeiten)并且根据所测量的最长信号传输时间确定用于该系统总线上一个传输周期的周期时间(Zykluszeit)。
传输周期的周期时间因此不像以往在考虑到监测和/或控制设备所允许的最大扩展级情况下那样固定地预先给定，而是根据所测定的信号传输时间可变地调节。这样具有的优点是，系统总线的传输周期可灵活地与监测/控制设备的实际信号传输状况相匹配。
该方法优选具有以下步骤a)测量系统总线上的信号传输时间和确定最长的信号传输时间；b)根据最长的信号传输时间确定最大的数据传输速率；c)根据最大的数据传输速率确定一个传输周期的最小周期时间；以及d)将最小的周期时间传送到所有被连接到系统总线上的通信模块和输入/输出模块上，用于控制对系统总线的存取时间。
信号传输时间的测量优选通过包括时间控制单元的上级通信模块实现，其中，确定该通信模块与下级输入/输出模块以及必要时并列的通信模块之间的所有的信号传输时间。信号传输时间测量本身已足够地被公知。通过传输周期的周期时间现在与所测量的最长信号传输时间或与此相联系所允许的最大数据传输速率的可变匹配，可以优化系统总线的利用。
周期时间的确定可以在具有当前配置的监测和/或控制设备的首次投入运行时进行。例如手动启动方法的结果在检验和必要时优化之后持久地被存储，从而在以后的运行中这些通信模块和下级的输入/输出模块因此可以存取以上结果，而无需再次执行该方法。周期时间的存储例如可以在EPROM存储器(Erasable Programmable Read OnlyMemory)上实现。
周期时间的确定优选在用于监测和/或控制设备的初始化和配置的每个引导阶段进行，从而如果监测/控制设备在接通或者改变时被重新初始化和配置，可以每次重新调节周期时间并与实际存在的系统环境相匹配。因此确保所调节出的传输周期实际上始终与实际存在的系统环境相匹配。
可以将对于最小周期时间的这些值优选确定为连续的数值。这样所具有的优点是，可以可变地调节周期时间无需限制于数据传输速率的预先给定的级。但最小存取时间的值也可以选择按级地确定。
该任务此外利用开始所述类型的通信模块由此得以解决，即这些通信模块被安排用于实施上述方法。为此仅需以本身公知的方式在硬件或者软件上实施用于确定信号传输时间的方式。确定用于优化传输周期的周期时间优选通过与在通信模块中存储的数学算法或者表格相结合的程序算法实现。
下面借助附图对本发明举例进行详细说明。其中图1示出用于控制对系统总线的存取时间的方法的流程图。
具体实施例方式
图1示出用于确定在监测/控制设备、特别是SPS-控制器的系统总线上的传输周期的周期时间的方法的流程图。至少一个通信模块被设置有一个系统总线接口，在该系统总线接口上连接至少另一个输入/输出模块，用于向现场应用、如传感器、马达控制装置等输入和/或输出测量信号和/或控制信号。系统总线上的通信利用上级的通信模块的时间控制单元这样被控制，即确定在不断地重复进行的传输周期中为在系统总线上所连接的通信和输入/输出模块所定义的通信时间。也就是说，通信和/或输入/输出模块的这些读写周期在所述传输周期中被固定地预先给定。
系统总线上的通信根据系统总线的线路长度通过传输时间差被限制，必须预先规定传输周期的最大数据传输速率和与此相联系的最小周期时间。这种周期时间通常被固定地调节出或者在系统总线的用户之间协商确定。
按照本发明，用于一个传输周期的周期时间主要通过包括时间控制单元的通信模块来确定，其方式是在用于监测/控制设备的初始化和配置的引导阶段启动优化程序(步骤A)。在此，在步骤B)中测定对于监测/控制设备最长的信号传输时间，其方式是将在一个通信模块中的数据发送给被连接的输入/输出模块中的每一个和必要时并列的通信模块中的每一个或从它们接收这些数据，并且以本身公知的方式测量通信模块与输入/输出模块或并列通信模块之间的信号传输时间。在为传输周期确定周期时间的通信模块的存储器中，存储数学算法或者表格，利用它们可以由在步骤B)中确定的最长信号传输时间计算(步骤D)用于监测/控制设备的最大数据传输速率。由在系统总线上进行信号传输可以利用的最大数据传输速率然后确定最小周期时间。这取决于对于每个传输周期预先规定的通信过程。
必要时也可以根据在系统总线上所连接的通信和输入/输出模块的数量来确定最小周期时间(步骤D)。
接着在步骤E)中将对于所有用户有效的周期时间传输到所有用户，从而基于具体的监测/控制设备允许的最大数据传输速率可变地预先规定普遍有效的传输周期。
然后在步骤F)中通过所有用户调节出新的周期时间并在步骤G)中结束优化和调节程序。接着可继续进行引导过程并将监测/控制设备投入运行。
权利要求
1.用于确定在一个监测和/或控制设备的系统总线上的一个传输周期的一个周期时间的方法，该监测和/或控制设备具有至少一个通信模块和至少一个通过该用于传输一些测量和/或控制信号的系统总线连接到该通信模块上的、用于向现场应用输入和/或输出测量和/或控制信号的输入/输出模块，其中，所述至少一个通信模块具有一个时间控制单元，用于控制一个具有为这些被连接到该系统总线上的通信和输入/输出模块确定的通信时间的、不断地被重复执行的传输周期，其特征在于，测定该系统总线上的信号传输时间并且根据所测量的最长信号传输时间确定用于该系统总线上一个传输周期的该周期时间。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，具有步骤a)测量该系统总线上的信号传输时间并且确定该最长的信号传输时间；b)根据该最长的信号传输时间确定最大的数据传输速率；c)由该最大的数据传输速率确定一个传输周期的最小周期时间；以及d)将该最小的周期时间传送到所有被连接到该系统总线上的通信和输入/输出模块上，用于控制对该系统总线的存取时间。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过该系统总线测量从一个上级通信模块分别向这些下级的输入/输出模块的信号传输时间。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在该监测和/或控制设备首次投入运行时进行这些周期时间的确定并且持久地存储所述周期时间。
5.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在用于该监测和/或控制设备的初始化及配置的每个引导阶段中进行所述周期时间的确定。
6.按前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，可以将对于该最小周期时间的这些值确定为连续的值。
7.按权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，可以按级地确定该最小周期时间的这些值。
8.用于一个监测和/或控制设备的通信模块，该通信模块具有一个用于连接下级的输入/输出模块的系统总线接口和一个用于控制具有为这些被连接到该系统总线上的通信和/或者输入/输出模块确定的通信时间的、不断地被重复执行的传输周期的时间控制单元，其特征在于，该通信模块被设置用于实施按前述权利要求之一所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定在监测和/或控制设备的系统总线上的一个传输周期的周期时间的方法，该监测和/或控制设备具有至少一个通信模块和至少一个通过用于传输测量和/或控制信号的系统总线连接到通信模块上的、用于向现场应用输入和/或输出测量和/或控制信号的输入/输出模块，其中，至少一个通信模块具有时间控制单元，用于控制一个具有为被连接到系统总线上的通信和输入/输出模块确定的通信时间的、不断地被重复执行的传输周期，包括测定系统总线上的信号传输时间和根据所测量的最长信号传输时间确定系统总线上一个传输周期的周期时间。
文档编号H04L12/26GK1946048SQ20061014869
公开日2007年4月11日 申请日期2006年6月2日 优先权日2005年6月3日
发明者托马斯·阿尔贝斯 申请人:Wago管理有限公司