WO2007121984A1 - Schnittstelleneinheit und kommunikationssystem mit einer master-slave-struktur - Google Patents

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WO2007121984A1 PCT/EP2007/003591 EP2007003591W WO2007121984A1 WO 2007121984 A1 WO2007121984 A1 WO 2007121984A1 EP 2007003591 W EP2007003591 W EP 2007003591W WO 2007121984 A1 WO2007121984 A1 WO 2007121984A1
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Hans Beckhoff
Dirk Janssen
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Beckhoff Automation GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L12/423—Loop networks with centralised control, e.g. polling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L12/437—Ring fault isolation or reconfiguration

Definitions

  • the invention relates to an interface unit for a communication system with a master-slave structure, in which the interface unit connects a plurality of slave units via a counter-rotating double ring structure and such a communication system with a master-slave structure.
  • serial bus systems are increasingly being used in which the decentralized devices of a machine periphery such as I / O modules, transducers, drives, valves and operator terminals have an efficient real-time communication system with automation, engineering or visualization systems communicate. All subscribers are networked with each other via a serial bus, preferably via a field bus, wherein the data exchange over the bus is usually carried out on the basis of the master-slave principle.
  • the active bus users on the bus system usually the control units, are in possession of a bus access authorization and determine the data transfer on the bus.
  • the active bus subscribers are referred to as the master units in the serial bus system.
  • Passive bus users are usually machine peripherals. You do not receive bus access authorization, i. they may only acknowledge received information signals or transmit information signals to them on request of a master unit.
  • the passive bus users are referred to as slave units in the serial bus system.
  • Ring topology performed with all bus subscribers are connected to an annular transmission path.
  • One of the The information signal generated by the master unit is fed into the ring-shaped transmission path by the master unit and successively traverses the slave units serially connected to the ring-shaped transmission path, in order then to be received and evaluated again by the master unit.
  • Master-slave systems can also be designed as multi-master systems.
  • the information signals are usually organized by the master unit into data packets which are composed of control data and user data, wherein preferably the Ethernet standard is used, the data packets with a length of up to 1500 bytes at a high transmission speed of 100 Mbit / sec possible.
  • Each of the slave units connected to the ring-shaped transmission path exchanges the user data intended for it with the Ethernet telegram during the passage of the Ethernet telegram fed in by the master unit on the ring-shaped transmission path.
  • the master-slave communication systems with ring structure are usually constructed so that the master unit has a transmitting unit as a data input point and a receiving unit as a data extraction point.
  • the individual slave units are then joined together on the transmission path to a chain, each participant is connected to two neighbors, the first and the last participant in the chain while the master unit.
  • the transmission of the data packets takes place in one direction, starting from the master unit via the transmitting unit to the first connected
  • Each slave unit has an interface with a receiving unit for receiving the circulating data packets from the previous subscriber and an interface with a transmitting unit for passing on to the following subscriber, wherein between receive and transmit detician a processing unit is arranged to process the passing through the slave unit data packets, ie with the data packets to exchange the slave unit associated payload.
  • the annular communication systems with master-slave structure are often designed so that the master unit forms a physical line with the slave units arranged thereon, wherein the transmission medium is a double-line structure and each slave unit has two ports with a combined transmission Receiving unit, wherein in the output port of the last slave unit in the transmission chain transmitting and receiving unit are short-circuited.
  • the data packets coupled into the first line from the master unit via their receiving unit are processed by the slave units on the way and then, on the return path via the second line, are simply forwarded to the receiving unit of the master unit.
  • coupling units which can be activated are arranged in the subscribers in order to reconfigure the communication system in the event of a path error, eg breakage of a communication line, by signal monitoring of the signals on both transmission rings and corresponding switching, such that a failure of a larger section of the circuit due to the route error Communication system or even a total failure is avoided.
  • a path error eg breakage of a communication line
  • Fault-tolerant master-slave communication systems with a dual-ring structure in which the master unit has two transmitters and receivers with corresponding transmitters or receivers and associated controls to data packets have to spend on the two communication paths have, ensures a high hardware and switching costs of the master unit and thus significantly increases the cost.
  • This also applies to the slave units, which each contain two processing units for processing the passing data packets. In normal operation, each slave unit must also decide which of the two data packets passing through the two processing units is to be used for device control, which severely limits the use of such communication systems at the required high data transmission rates.
  • the known fault tolerant communication systems with Doppelringtopolo- technology gie required that the master unit reacts to each route error separately and switches from normal operation in a disturbance mode.
  • the object of the present invention is to provide an interface for a communication system with a master-slave structure for connecting a master unit in series with a plurality of slave units via a double-ring structure and a corresponding communication system characterized by a minimal hardware and Switching effort and the ability to reconfigure in real time when path errors occur in the double ring topology.
  • an interface for a communication system with a master-slave structure which connects a master unit in series with a plurality of slave units via a counter-rotating double-ring structure formed from a first communication path and a second communication path.
  • the interface unit in this case has a first switching unit whose input with a transmitting unit of the master unit whose first output is connected to the first communication path and whose second output is connected to the second communication path and which is designed to receive an information signal received from the transmitting unit of the master unit for the separate counter-propagating transmission to the first communication path and to output the second communication path.
  • a second switching unit is provided in the interface unit whose first input is connected to the first communication path, whose second input is connected to the second communication path and whose output is connected to a receiving unit of the master unit and which is designed, the two on the first communication path and to forward the information signal circulating counter to the second communication path to the receiving unit of the master unit.
  • the interface unit is intelligently designed such that it duplicates an information signal received separately from the transmitting unit of the master unit for the purpose of separate counter-propagating transmission on the first and second communication paths of the double-ring structure.
  • the first switching unit of the interface unit is designed so that an address information is evaluated in the information signal received from the transmitting unit of the master unit to send the information signal alternately on the first communication path and the second communication path ,
  • This design makes it possible to circulate two identical and thus redundant information signals in opposite directions over the double ring structure, which ensures a high fault tolerance.
  • the second switching unit of the interface unit is designed to evaluate the two information signals circulating in opposite directions in the first and second communication paths.
  • the second switching unit of the interface unit can also be designed such that the two data packets received on the first and the second communication path are forwarded in succession to the receiving unit of the master unit for evaluation.
  • the redundancy in the occurrence of the error case will then be achieved by evaluating in the master unit instead of by evaluating in the interface unit.
  • the second switching unit of the interface unit has a FIFO mechanism so as to prevent collisions of the information signals successively fed back to the master unit.
  • the communication with the master-slave structure is designed in such a way that the master unit has a transmission control unit which, via the transmission unit of the master unit, has two information signals with an identical data field which can have an associated data area for each connected slave unit , and sends with a different address field to the first switching unit of the interface unit.
  • the first switching unit of the interface unit is then further configured to output one information signal on the first communication path and the other information signal on the second communication path based on the contents of the address field.
  • an activatable coupling device which in normal operation connects the input of a processing unit to a first receiving device, the output of the processing unit to a first transmitting unit and a second receiving unit to a second transmitting unit.
  • the input of the processing unit is then connected to the first receiving unit and the output of the processing unit to the second receiving unit.
  • the input of the processing unit is connected to the second receiving unit and the output of the processing unit to the first transmitting unit.
  • each slave unit is further designed so that when processing the continuous information signal of the slave unit associated data area is processed.
  • the two information signals circulating in opposite directions are then successively forwarded to the receiving unit of the master unit, wherein a reception control unit of the master unit is designed to superimpose the data fields of the two information signals received by the receiving unit.
  • such an error tolerance in the communication system can also be achieved by using an intelligent interface which duplicates an information signal received from the transmitting unit of the master unit, in which case the two circulating data packets are superimposed after reception by the interface unit, thus in error operation the slave units reliably prevent loss of data.
  • the information signals In order to monitor the freedom from interference in the communication system, in particular also in the case of a reconfiguration of the communication system after the occurrence of a path error, the information signals have an additional counter field set to a predetermined value, which is output by the processing unit of the slave unit in each case Pass is changed by a predetermined value.
  • the second switching unit of the interface unit or, alternatively, the receive control unit of the master unit add up the value of the counter fields of the two information signals that have been bypassed in opposite directions. By evaluating this value can then be determined whether route errors have occurred in the communication system, or whether a slave unit has failed.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a communication system according to the invention with a master-slave structure, in which an interface unit between the master unit and the serially connected in a double ring structure SIave unit is provided, wherein
  • FIG. 1B shows a first communication system
  • Fig. IC shows a second communication system
  • Fig. 2 is a schematic representation of a slave unit according to the invention.
  • the fieldbus system usually has a serial bus, which may be, for example, an electrical line, a light guide or a radio cable. All bus subscribers are then connected to this field bus, whereby a distinction is made between active and passive bus subscribers.
  • the active bus users on the fieldbus system are the master units that determine the traffic on the bus. Such a master unit is, for example, an industrial PC which serves as the process control computer in a production process. This master unit has bus access authorization and can output data to the fieldbus without external request.
  • the passive bus users on the bus system are machine peripheral devices, such as I / O devices, valves, drives and transducers. They serve as slave units and receive none Bus access authorization, ie they may acknowledge only received information signals or transmit information signals to a master unit on request.
  • Ethernet communication systems the data to be transmitted are encapsulated in a predetermined format as information signals in data packets, also referred to as telegrams.
  • the Ethernet telegrams can have a data length of up to 1500 bytes, with control data containing an initial identifier, a destination and source address, the data packet type and an error mechanism being included in addition to the user data.
  • Ethernet communication systems with a master-slave structure are preferably designed so that the individual SIave units are connected to form a chain via the transmission medium, each slave unit with two neighbors, the first and the last participant in the chain is thereby connected to the master unit, so that there is a ring structure.
  • the data transmission takes place in one direction, starting from the master unit to the first adjacent slave unit and from there to the next to the last slave unit and then back to the master unit.
  • FIG. 1 shows a block diagram of such a fault-tolerant communication system of an embodiment according to the invention.
  • the communication system has a master unit 1, which is connected via an interface unit 4 with a double-ring structure 2, in which N slave units 3 are serially integrated.
  • the double ring structure 2 comprises two unidirectional communication paths 21, 22, which pass through the connected slave units 3 in opposite directions.
  • the interface unit 4 has a first switching unit 41 and a second switching unit 42.
  • the first switching unit 41 is connected to an input 411 with a transmitting unit TXI of the master unit 1.
  • a first output 412 of the first switching unit 41 is connected to the first communication path 21 and a second output 413 of the first switching unit 41 is connected to the second communication path 22.
  • the second switching unit 42 of the interface unit 41 is connected to the first communication path 21 via a first input 421 and to the second communication path 22 via a second input 422.
  • the output 423 of the second switching unit 42 of the interface unit 4 is connected to a receiving unit RX 12 of the master unit 1.
  • the transmission unit 11 of the master unit 1 is connected via a first control line 15 to a transmission control unit 16.
  • the receiving unit 12 is connected to a reception control unit 18 via a second control line 17.
  • Each slave unit 3 has to receive Ethernet telegrams from a previous subscriber via the first communication path 21 an interface with a first
  • each slave unit 3 for receiving a circulating Ethernet telegram via the second communication path 22 from a previous subscriber interface with a second receiver unit RX33 and for forwarding to the downstream following participants an interface with a second transmitting unit TX34.
  • a processing unit 35 and an activatable coupling device 37 are also connected in each slave unit 3.
  • the block diagram of a slave unit 3 is shown in more detail in FIG.
  • the first reception unit RX31 connected to the first communication path 21 and the second transmission unit TX34 connected to the second communication path 22 are grouped as port 0.
  • the second receiving unit RX33, which is connected to a second communication path 22, and the first transmitting unit TX32, which is connected to the first communication path 21, are organized as port 1.
  • the activatable coupling device 37 has a first change-over switch 38 and a second change-over switch 39, each of which is designed as a 2-1 multiplexer.
  • the receiving and transmitting units 31, 32, 33, 34, the multiplexers 38, 39 of the activatable coupling device 37 and the processing unit 35 are interconnected in the manner shown by arrows in Figure 2 via a line network 40 with each other.
  • the output of the first receiving unit RX31 is connected to the first input of the first multiplexer 38.
  • the second input of the first multiplexer 38 is connected to the second receiving unit RX33.
  • the output of the first multiplexer 38 is furthermore connected to the processing unit 35.
  • the second multiplexer 39 is in turn connected with its first input to the second receiving unit RX33 and with its second input to the output of the processing unit 35.
  • the output of the second multiplexer 39 is connected to the second transmission unit TX34.
  • the output of the processing unit 35 is still connected via the line network 40 to the first transmitting unit TX32.
  • the telegrams pass through the connected slave units 3 in opposite directions, wherein all activatable coupling means 37 are connected in the slave units 3 so that the input of the processing unit 35 with the first receiving unit RX31, the output of the processing unit 35 with the first transmitting unit TX32 and the second receiving unit RX33 are connected to the second transmitting unit TX34.
  • the activatable coupling device 37 ensures that the two identical telegrams circulating in opposite directions in the first communication path 21 and in the second communication path 22 always pass through the slave unit such that only those transmitted via the first communication path 21 Telegrams are processed by the processing unit 35.
  • the circulating on the second communication path 22 telegram is passed through in the slave units 3 only.
  • the activatable coupling device 37 consisting of the two 2-1 multiplexers 38, 39 is thus controlled so that of the two identical telegrams on the two communication paths 21, 22 simultaneously, but in the opposite direction only the partial program is routed on the first communication path 21 by the processing unit 35 of the slave units 3 for processing.
  • the circulating on the second communication path 22 telegram is used for redundancy and is fed back unchanged.
  • the communication system according to the invention with a master-slave structure in which the slave units in series with the Master unit are connected via an interface element and two counter-rotating double ring structures, with only a single processing unit 35 is provided in each slave unit 3, further has in case of failure, ie when a path error occurs, the ability to reconfigure the communication paths in the individual slave units in order to maintain the functionality of the overall communication system.
  • Figure IB shows a path error between the slave unit M and the slave unit M + 1.
  • Figure IC represents a complete failure of the slave unit M, which is equivalent to the occurrence of two path double failures between the slave unit M-I and the slave unit M and between the slave unit M + 1 and the slave unit M.
  • the activatable coupling device 37 of the slave units 3 is controlled in such a way that the telegram arriving on either the first communication path 21 or the second communication path 22 is fed back on the respectively different communication path, the telegram always being the processing unit 35 the slave unit 3 passes through.
  • the reconfiguration is preferably triggered by the two ports 0 and 1 in the slave units 3. These two ports 0 and 1 detect by a known detection method whether the slave unit is connected to an adjacent slave Unit can communicate. If a route error is detected by port 0 or port 1, a corresponding error operation is then performed and the activatable coupling device 34 of the slave unit is controlled in the desired manner.
  • the activatable coupling means 37 in the slave unit In error operation of the port 0 in the slave unit 3, i. when the first receiving unit RX31 and / or the second transmitting unit TX34 detects an interruption of the communication path to the adjacent slave unit, which in the case of the link double error shown in FIG. 1B in the slave M + 1 and in the case of the device failure in the slave M + shown in FIG 1 occurs, the activatable coupling means 37 in the slave unit
  • the procedure according to the invention makes it possible, in addition to the line error shown in FIGS. IB and IC, in which the two communication paths to the neighboring subscriber are interrupted, to also recognize route errors in which only one communication path is interrupted and by corresponding reconfiguration of the subscriber adjacent to the error location to maintain the functionality of the communication system.
  • the processing of the telegrams circulating in opposite directions on the first communication path 21 and the second communication path 22 is carried out in such a way that the processing during the fault-free Normal operation of the fault mode, in which the functionality of the Communication system is maintained at path errors by reconfiguration of individual slave units, not significantly different.
  • the slave unit can be designed in the manner according to the invention. However, there is also the possibility slave units with another
  • Switching that can be used in the context of a master-slave system with a double ring structure to use.
  • a master-slave unit 1 with only one transmitting unit TXI1 and one receiving unit RX12 for controlling the fault-tolerant double ring structure, as is also used when operating a single-ring structure.
  • the second switching unit 42 of the interface unit 4 is in turn designed so that the counter-rotating telegrams received via the first input 421 from the first communication path 21 and the second input 422 from the second communication path 22 via the output 423 to the receiving unit RX12 of the master unit. 1 to get redirected.
  • an identical telegram is output both on the first communication path 21 and the second communication path 22.
  • this is done by the transmission control unit 16 of the master unit 1 via the transmission unit TXlI two telegrams with an identical data field, which has an associated data area for each slave unit connected, and with a different address field to the first switching unit 41st the interface unit sends.
  • the first switching unit 41 of the interface unit 4 is then designed so that, based on the contents of the address field, the one telegram is output on the first communication path 21 and the other telegram on the second communication path 22.
  • the address field can be a 1-bit field, the two communication paths 21, 22 being identified by "0" or "1".
  • the processing units 35 of the slave units 3 then process the respective one during the passage of the telegram
  • the second switching unit 42 of the interface unit 4 is then designed so that the two on the first communication path and the second communication path 21 in opposite directions circulating telegrams are forwarded to the receiving unit RX12 the master unit 1.
  • the second switching unit 42 of the interface unit 4 preferably has a FIFO mechanism in that the telegrams received via the two inputs 421, 422 will feed in. From the FIFO mechanism, the two telegrams are then forwarded via the output 423 of the interface unit 4 to the receiving unit RX12 of the master unit 1. Through the use of the FIFO mechanism, a possible collision in the feedback of the telegrams to the master unit 1 is prevented.
  • the two received telegrams are forwarded to the receive control unit 18 and superimposed there, so as to produce a single telegram. This is preferably done by bit-wise ORing the payload data of the two telegrams.
  • one of the transmission control unit 16 doubles the telegram in the first switching unit 41 applied to the interface unit 4 via the transmission unit TX1 and then outputs the one telegram on the first communication path 21 and the other information signal on the second communication path 22.
  • the processing unit 35 in the slave units 3 then processes the associated data area in one of the two continuous telegrams.
  • the two telegrams are then received via the first and the second input 421, 422 of the second switching unit 42 of the interface unit 4 and superimposed. This is again preferably done by bit-wise ORing the payload data of the two telegrams.
  • the resulting telegram is forwarded by the second switching unit 42 via the output 423 to the receiving unit RX12 of the master unit 1, which in turn applies the telegram to the reception control unit 18 for evaluation.
  • the circulating telegrams In order to detect disturbances in the communication system, in particular also in a reconfiguration of the communication system by switching individual slave units to the error mode after the occurrence of a path error or a total failure of a slave unit, the circulating telegrams additionally have a counter field whose value is evaluated , is preferably added up to determine the operating state of the communication system.
  • the two circulating identical telegrams which are either generated, as explained above, by the transmission control unit 16 of the master unit 1 and provided with an address field, on the basis of which the first switching unit 41 of the interface unit 4 then transmits the one telegram to the first communication path 21 and the other telegram to the second communication path 22, or generated by the first switching unit 41 of the interface unit 4, by duplicating a received from the master unit telegram and for the separate counter-sending to the first communication path 21 and the second communication path 22 are output, have a predetermined value in the counter field.
  • the Processing unit 35 of the slave units 3 are further each designed so that the value of the counter field is changed by a predetermined value during the passage of the telegram.
  • the value of the counter field of the two telegrams is evaluated in the receive control unit 18 of the master unit 1 respectively.
  • the receive control unit 18 of the master unit 1 By simply adding up the two values, it can be determined whether all connected slave units are active.
  • it is also possible with an intelligent design of the interface unit 4 if the received messages are already ORed in the second switching unit 42, preferably to merge the counter fields of the two telegrams in the second switching unit 42 of the interface unit 4 by adding. The added value is then transmitted together with the modified telegram to the master unit 1 for evaluation.
  • the counter field of the two telegrams is set to the value 0 as the output value.
  • Each processing unit 35 then increases the value during the passage of the telegram by the slave unit 3 by the predetermined value z.
  • the value of the counter fields can be used to specify the number of active slave units, since only one telegram is processed by the processing unit 35 in the normal operation and in the error mode. It can thus be determined whether all connected slave units are active or whether a total failure of a slave unit has occurred, for example as a result of a double path error, as shown in FIG. 1C. Moreover, by comparing the values in the two counter fields, based on the known number of connected slave units, the exact position of the path error, eg the occurrence between the slave Unit M and the slave unit M + l are detected in Fig. IB.
  • a fault-tolerant operation of the communication system in particular in the case of reconfiguration of the communication system by changing the signal delay in the slave units 3 when a path error occurs, is further achieved by the two identical counter-rotating telegrams circulating on the first communication path 21 and the second communication path 22 are designed so that a separate data area can be assigned in the data field each slave unit connected 3.
  • the processing unit 35 of each slave unit 3 carries out a data exchange in the assigned data area with the continuous telegram.
  • the data fields of the two telegrams fed back via the first and the second communication path are then superimposed so that a common telegram results. This superimposed telegram is always the same, irrespective of whether the communication system is in normal operation or in error mode after the occurrence of a path error, as long as all slave units are still active.
  • the slave units 3 transmit data to the master unit 1, the entire data field of the two counter-rotating telegrams is set to the value 0 as the output value.
  • the processing units 35 of the slave units 3 write the desired data into the assigned data area.
  • the receive control unit 18 of the master unit 1 or the second switching unit 42 of the interface unit 4 then ORed the data fields of the two received telegrams to form a common telegram. Regardless of whether the communication system is in normal operation or in reconfiguration mode, the ORed telegram contains all data requested by the master unit 1 of the connected slave units 3.
  • the send control unit 16 of the master unit 1 transfers two identical telegrams with a data field containing the data to the
  • Slave units to be transmitted data contains, for opposite sending on the two communication paths.
  • the telegram is duplicated in an intelligent interface unit only in the first switching unit 41. Regardless of whether it is in normal operation or in the reconfiguration mode, the processing units 35 of the slave units 3 receive the assigned data from the telegram.
  • a Verodern the data fields of the two feedback telegrams is not required in principle. However, a solver rather Veroder process leads to a common telegram with a data field that corresponds to the data field of the sent telegram, so that this results in an additional control option for a successful write operation.
  • the inventive design of the master-slave communication system with intermediate interface unit is in any configuration of the individual slave units, but especially when the slave units are constructed and operated in the inventive manner, for the master unit in a simple way Possibility to determine the freedom from interference in the communication system, in particular during a reconfiguration of the signal course in the double ring structure after occurrence of a path error. Furthermore, in the communication system, even in the redundant case, that is to say when individual slave units have switched to error mode in the communication system, a reliable read operation is ensured by superimposing the data fields of the two fed back telegrams.
  • the use of the interface unit allows the use of conventional master units with only one transmission or Receiving unit, as they are also used in a single ring structure.

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Abstract

Bei einer Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur, bei die der eine Master-Einheit seriell mit einer Mehrzahl von Slave-Einheiten über eine aus einem ersten Kommunikationspfad und einem zweiten Kommunikationspfad gebildete gegenläufig arbeitende Doppelringstruktur verbunden ist, ist eine Schnittstelleneinheit vorgesehen, die eine erste Schalteinheit aufweist, die ausgelegt ist, ein von einer Sendeeinheit der Master-Einheit empfangenes Informationssignal zum getrennten gegenläufigen Senden auf den ersten Kommunikationspfad und den zweiten Kommunikationspfad auszugeben. Femer ist eine zweite Schalteinheit in der Schnittstelleneinheit vorgesehen, die ausgelegt ist, die beiden auf dem ersten Kommunikationspfad und dem zweiten Kommunikationspfad gegenläufig umlaufenden Informationssignale an eine Empfangseinheit der Master-Einheit weiterzuleiten.

Description

Schnittstelleneinheit und Kommunikationssystem mit einer Mas- ter-Slave-Struktur
Die Erfindung betrifft eine Schnittstelleneinheit für ein Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur, bei der die Schnittstelleneinheit eine Mehrzahl von Slave-Einheiten über eine gegenläufig arbeitende Doppelringstruktur miteinander verbindet und ein solches Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur.
In der Fertigungs- und Automatisierungstechnik werden zunehmend serielle Bussysteme eingesetzt, bei denen die dezentral angeordneten Geräte einer Maschinenperipherie wie E/A-Module, Messumformer, Antriebe, Ventile und Bedienerterminals über ein leistungsfähiges Echtzeit-Kommunikationssystem mit Auto- matisierungs-, Engineering- oder Visualisierungssystemen kommunizieren. Alle Teilnehmer sind dabei über einen seriellen Bus, vorzugsweise über einen Feldbus miteinander vernetzt, wobei der Datenaustausch über den Bus in der Regel auf der Grundlage des Master-Slave-Prinzips ausgeführt wird.
Die aktiven Busteilnehmer am Bussystem, in der Regel die Steuergeräte, sind im Besitz einer Buszugriffsberechtigung und bestimmen den Datentransfer auf dem Bus. Die aktiven Bus- teilnehmer werden als die Master-Einheiten im seriellen Bussystem bezeichnet. Passive Busteilnehmer sind dagegen in der Regel Maschinenperipheriegeräte. Sie erhalten keine Buszugriffsberechtigung, d.h. sie dürfen nur empfangene Informationssignale quittieren oder auf Anfrage einer Master-Einheit Informationssignale an diese übermitteln. Die passiven Busteilnehmer werden als Slave-Einheiten im seriellen Bussystem bezeichnet.
Feldbussysteme mit einer Master-Slave-Struktur werden im AIl- gemeinen, um eine aufwändige Verkabelung zu vermeiden, in
Ringtopologie ausgeführt, wobei alle Busteilnehmer an einen ringförmigen Übertragungsweg angeschlossen sind. Ein von der Master-Einheit erzeugtes Informationssignal wird von der Master-Einheit in den ringförmigen Übertragungsweg eingespeist und durchläuft nacheinander die seriell an den ringförmigen Übertragungsweg angeschlossenen Slave-Einheiten, um dann wie- der von der Master-Einheit empfangen und ausgewertet zu werden. Master-Slave-Systeme können dabei auch als MuIti- Mastersysteme ausgelegt sein.
Die Informationssignale werden von der Master-Einheit in der Regel in Datenpakete organisiert, die sich aus Steuerdaten und Nutzdaten zusammensetzen, wobei vorzugsweise der Ether- net-Standard verwendet wird, der Datenpakete mit einer Länge von bis zu 1500 Byte bei einer gleichzeitig hohen Übertragungsgeschwindigkeit von 100 Mbit/sec ermöglicht. Jede der an den ringförmigen Übertragungsweg angeschlossenen Slave- Einheiten tauscht beim Durchlauf des von der Master-Einheit eingespeisten Ethernet-Telegramms auf dem ringförmigen Übertragungsweg die für ihn bestimmten Nutzdaten mit dem Ether- net-Telegramm aus.
Die Master-Slave-Kommunikationssysteme mit Ringstruktur sind in der Regel so aufgebaut, dass die Master-Einheit eine Sendeeinheit als Dateneinkoppelstelle und eine Empfangseinheit als Datenauskoppelstelle aufweist. Die einzelnen Slave- Einheiten sind dann am Übertragungsweg zu einer Kette zusammengeschlossen, wobei jeder Teilnehmer mit zwei Nachbarn, der erste und der letzte Teilnehmer in der Kette dabei mit der Master-Einheit verbunden ist. Die Übertragung der Datenpakete erfolgt dabei in eine Richtung ausgehend von der Master- Einheit über deren Sendeeinheit zur ersten angeschlossenen
Slave-Einheit und von dort zur nächsten, bis die letzte SIa- ve-Einheit in der Kette erreicht ist, und dann zurück zur Empfangseinheit der Master-Einheit. Jede Slave-Einheit weist zum Empfang der umlaufenden Datenpakete vom vorherigen Teil- nehmer eine Schnittstelle mit einer Empfangseinheit und zur Weitergabe an den nachfolgenden Teilnehmer eine Schnittstelle mit einer Sendeeinheit auf, wobei zwischen Empfangs- und Sen- deeinheit eine Verarbeitungseinheit angeordnet ist, um die durch die Slave-Einheit durchlaufenden Datenpakete zu verarbeiten, d.h. mit den Datenpaketen die der Slave-Einheit zugeordneten Nutzdaten auszutauschen.
Die ringförmigen Kommunikationssysteme mit Master-Slave- Struktur sind dabei oft so ausgelegt, dass die Master-Einheit mit den daran angeordneten Slave-Einheiten eine physikalische Linie bildet, wobei das Übertragungsmedium eine Doppellei- tungsstruktur und jede Slave-Einheit zwei Ports mit einer kombinierten Sende-Empfangseinheit aufweist, wobei im Ausgangsport der letzten Slave-Einheit in der Übertragungskette Sende- und Empfangseinheit kurzgeschlossen sind. Die von der Master-Einheit über deren Empfangseinheit in die erste Lei- tung eingekoppelten Datenpakete werden von den Slave- Einheiten auf dem Hinweg bearbeitet und auf dem Rückweg über die zweite Leitung dann einfach nur an die Empfangseinheit der Master-Einheit weitergeleitet.
Eine zentrale Anforderung an Master-Slave-Kommunikationssys- teme, insbesondere beim Einsatz in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung, ist eine hohe Fehlertoleranz, also die Fähigkeit des Kommunikationssystems, trotz des Auftretens von Fehlern die geforderte Funktion, d.h. zum Beispiel die Her- Stellung eines Werkstücks aufrecht zu erhalten. Fehler im
Kommunikationssystem, die ohne Beeinträchtigung des Prozesses überstanden werden müssen, sind dabei neben Fehlern in den Datenpaketen insbesondere auch der Ausfall ganzer Übertragungsstrecken, beispielsweise durch physikalisches Durchtren- nen des Übertragungsmediums.
Um ein fehlertolerantes Master-Slave-Kommunikationssystem, insbesondere bei Streckenfehlern, d.h. beim Ausfall ganzer Übertragungsabschnitte, zu erreichen, werden oft gegenläufig arbeitende Doppelringstrukturen eingesetzt. So ist in der US 4,663,748 ein Kommunikationssystem mit einer Master-Slave- Struktur beschrieben, bei dem die Master-Einheit mit einer Mehrzahl von Slave-Einheiten seriell über zwei gegenläufig arbeitende Koinmunikationspfade verbunden ist, wobei die Master-Einheit die Datenpakete gleichzeitig über beide Kommunikationspfade versendet. Die Slave-Einheit besitzt dann zwei Verarbeitungseinheiten, die jeweils zwischen die beiden Kommunikationspfade geschaltet sind, um die durchlaufenden Datentelegramme zu verarbeiten. Weiterhin sind in den Teilnehmern aktivierbare Kopplungseinheiten angeordnet, um bei Auftreten eines Streckenfehlers, z.B. dem Bruch einer Kommunika- tionsleitung, durch Signalüberwachung der Signale auf beiden Übertragungsringen und entsprechendes Umschalten das Kommunikationssystem so zu rekonfigurieren, dass ein durch den Streckenfehler bedingter Ausfall eines größeren Abschnitts des Kommunikationssystems oder sogar ein Gesamtausfall vermieden wird.
In der DE 103 12 907 Al ist weiterhin vorgeschlagen, die Slave-Einheit so auszubilden, dass in jedem Kommunikationspfad in Datenübertragungsrichtung zuerst eine Verarbeitungseinheit und dann ein Multiplexer mit zwei Eingängen und einem Ausgang angeordnet ist. Der Multiplexer ist dabei mit seinen Eingängen jeweils mit den beiden Verarbeitungseinheiten der Slave- Einheit verbunden und mit seinem Ausgang an den zugeordneten Kommunikationspfad angeschlossen. Im störungsfreien Normalbe- trieb schaltet jeder der beiden Multiplexer die im zugeordneten Kommunikationspfad angeordnete Verarbeitungseinheit durch. Im Störbetrieb, bei Auftreten eines Streckenfehlers im zugeordneten Kommunikationspfad, wird dann jedoch die Verarbeitungseinheit im anderen Kommunikationspfad durchgeschal- tet. Diese Auslegung der Slave-Einheit ermöglicht es, im
Störfall im Wesentlichen in Echtzeit das Kommunikationssystem zu rekonfigurieren.
Fehlertolerante Master-Slave-Kommunikationssysteme mit einer Doppelringstruktur, bei denen die Master-Einheit jeweils zwei Sende- und Empfangseinrichtungen mit entsprechenden Sendern bzw. Empfängern und zugehörigen Steuerungen, um Datenpakete auf die beiden Kommunikationspfade auszugeben, aufweisen, sorgt für einen hohen Hardware- und Schaltaufwand der Master- Einheit und erhöht somit wesentlich die Kosten. Dies gilt auch für die Slave-Einheiten, die jeweils zwei Verarbeitungs- einheiten zur Verarbeitung der durchlaufenden Datenpakete enthalten. Jede Slave-Einheit muss darüber hinaus im Normalbetrieb entscheiden, welche der beiden durch die zwei Verarbeitungseinheiten durchlaufenden Datenpakete zur Gerätesteuerung genutzt werden soll, was bei den geforderten hohen Da- tenübertragungsraten den Einsatz solcher Kommunikationssysteme stark beschränkt. Darüber hinaus ist es bei den bekannten fehlertoleranten Kommunikationssystemen mit Doppelringtopolo- gie erforderlich, dass die Master-Einheit auf jeden Streckenfehler gesondert reagiert und vom Normalbetrieb in einen Störmodus umschaltet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schnittstelle für ein Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur zum Verbinden einer Master-Einheit seriell mit einer Mehrzahl von Slave-Einheiten über eine Doppelringstruktur und ein entsprechendes Kommunikationssystem bereitzustellen, die sich durch einen minimalen Hardware- und Schaltaufwand und die Möglichkeit einer Rekonfiguration in Echtzeit bei Auftreten von Streckenfehlern in der Doppelringtopologie auszeichnen.
Diese Aufgabe wird durch eine Schnittstelleneinheit gemäß Anspruch 1, ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 7 und ein Kommunikationssystem gemäß Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Schnittstelle für ein Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur, die eine Master- Einheit seriell mit einer Mehrzahl von Slave-Einheiten über eine aus einem ersten Kommunikationspfad und einem zweiten Kommunikationspfad gebildete gegenläufig arbeitende Doppelringstruktur verbindet, vorgesehen. Die Schnittstelleneinheit weist dabei eine erste Schalteinheit auf, deren Eingang mit einer Sendeeinheit der Master-Einheit, deren erster Ausgang mit dem ersten Kommunikationspfad und deren zweiter Ausgang mit dem zweiten Kommunikationspfad verbunden ist und die ausgelegt ist, ein von der Sendeeinheit der Master-Einheit emp- fangenes Informationssignal zum getrennten gegenläufigen Senden auf den ersten Kommunikationspfad und den zweiten Kommunikationspfad auszugeben. Ferner ist eine zweite Schalteinheit in der Schnittstelleneinheit vorgesehen, deren erster Eingang mit dem ersten Kommunikationspfad, deren zweiter Ein- gang mit dem zweiten Kommunikationspfad und deren Ausgang mit einer Empfangseinheit der Master-Einheit verbunden ist und die ausgelegt ist, die beiden auf dem ersten Kommunikationspfad und dem zweiten Kommunikationspfad gegenläufig umlaufenden Informationssignale an die Empfangseinheit der Master- Einheit weiterzuleiten.
Mit dieser erfindungsgemäßen Auslegung der Schnittstelle zwischen der Master-Einheit und den Slave-Einheiten in einem fehlertoleranten Kommunikationssystem mit einer Doppelringto- pologie können der Hard- und Softwareaufwand und damit die Kosten wesentlich reduziert werden. Durch den Einsatz einer in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeten Schnittstelleneinheit ist es möglich, auch in einer Doppelringstruktur eine herkömmliche Master-Einheit zu verwenden, wie sie in einer Einfachringarchitektur eingesetzt wird und die nur eine Sende- und Empfangseinheit aufweist. Die erfindungsgemäße Schnittstelleneinheit sorgt dafür, dass auch mit einer für eine Einfachringstruktur konzipierten Master-Einheit Datenpakete auf den beiden gegenläufig arbeitenden Kommunikations- pfaden der Doppelringstruktur umlaufen können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelleneinheit dabei intelligent ausgelegt, und zwar so, dass sie ein von der Sendeeinheit der Master-Einheit empfangenes In- formationssignal zum getrennten gegenläufigen Senden auf den ersten und zweiten Kommunikationspfaden der Doppelringstruktur dupliziert. Durch das Senden zweier identischer Datenpa- kete auf den beiden gegenläufigen Kommunikationspfaden wird eine hohe Fehlertoleranz gegenüber Streckenfehlern in der Doppelringstruktur erreicht.
Dies gilt auch für eine zweite bevorzugte Ausführungsform, bei der die erste Schalteinheit der Schnittstelleneinheit so ausgelegt ist, dass eine Adresseninformation im von der Sendeeinheit der Master-Einheit empfangenen Informationssignal ausgewertet wird, um das Informationssignal wechselweise auf dem ersten Kommunikationspfad und dem zweiten Kommunikationspfad zu versenden. Diese Auslegung ermöglicht es, zwei identische und damit redundante Informationssignale gegenläufig über die Doppelringstruktur umlaufen zu lassen, was eine hohe Fehlertoleranz gewährleistet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Schalteinheit der Schnittstelleneinheit ausgelegt, die beiden im ersten und zweiten Kommunikationspfad gegenläufig umlaufenden Informationssignale auszuwerten. Hierdurch kann die Funktionsfähigkeit des Kommunikationssystems auf einfache Weise, insbesondere auch im redundanten Fall, also dann, wenn die Kommunikationssysteme aufgrund eines Streckenfehlers rekonfiguriert sind und einzelne Slave-Einheiten auf den Fehlerbetrieb umgeschaltet haben, gewährleistet werden.
Alternativ kann die zweite Schalteinheit der Schnittstelleneinheit aber auch so ausgelegt sein, dass die beiden auf dem ersten und dem zweiten Kommunikationspfad empfangenen Datenpakete nacheinander an die Empfangseinheit der Master-Einheit zum Auswerten weitergeleitet werden. Die Redundanz beim Auftreten des Fehlerfalls wird dann statt durch Auswerten in der Schnittstelleneinheit durch Auswerten in der Master-Einheit erreicht werden. Bevorzugt ist es dabei, dass die zweite Schalteinheit der Schnittstelleneinheit einen FIFO- Mechanismus aufweist, um so Kollisionen der nacheinander zur Master-Einheit rückgekoppelten Informationssignale zu verhindern. Erfindungsgemäß ist die Kommunikation mit der Master-Slave- Struktur so ausgelegt, dass die Master-Einheit eine Sendesteuereinheit aufweist, die über die Sendeeinheit der Master- Einheit zwei Informationssignale mit einem identischen Datenfeld, das für jede angeschlossene Slave-Einheit einen zugeordneten Datenbereich aufweisen kann, und mit einem unterschiedlichen Adressenfeld an die erste Schalteinheit der Schnittstelleneinheit sendet. Die erste Schalteinheit der Schnittstelleneinheit ist dann weiter so ausgelegt, dass auf der Grundlage des Inhalts des Adressenfeldes das eine Informationssignal auf dem ersten Kommunikationspfad und das andere Informationssignal auf dem zweiten Kommunikationspfad ausgegeben wird. In jeder in der Doppelringstruktur angeordneten Slave-Einheit ist eine aktivierbare Kopplungseinrichtung vorgesehen, die im Normalbetrieb den Eingang einer Verarbeitungseinheit mit einer ersten Empfangseinrichtung, den Ausgang der Verarbeitungseinheit mit einer ersten Sendeeinheit und eine zweite Empfangseinheit mit einer zweiten Sendeein- heit verbindet. Im Fehlerfall der ersten Sendeeinheit und/oder der zweiten Empfangseinheit wird dann der Eingang der Verarbeitungseinheit mit der ersten Empfangseinheit und der Ausgang der Verarbeitungseinheit mit der zweiten Empfangseinheit verbunden. Im Fehlerfall der ersten Empfangsein- heit und/oder der zweiten Sendeeinheit wird dagegen der Eingang der Verarbeitungseinheit mit der zweiten Empfangseinheit und der Ausgang der Verarbeitungseinheit mit der ersten Sendeeinheit verbunden. Die Verarbeitungseinheit jeder Slave- Einheit ist weiterhin so ausgelegt, dass beim Verarbeiten des durchlaufenden Informationssignals der der Slave-Einheit zugeordnete Datenbereich verarbeitet wird. In der zweiten Schalteinheit der Schnittstelleneinheit werden dann die beiden gegenläufig umlaufenden Informationssignale nacheinander an die Empfangseinheit der Master-Einheit weitergeleitet, wo- bei eine Empfangssteuereinheit der Master-Einheit ausgelegt ist, die Datenfelder der beiden von der Empfangseinheit empfangenen Informationssignale zu überlagern. Durch diese Aus- legung wird ein hoch fehlertolerantes KommunikationsSystem auf einfache Weise gebildet, da sich bei Streckenfehlern durch Verändern des Datenpaketweges in den angrenzenden SIa- ve-Einheiten das Kommunikationssystem schnell rekonfigurieren lässt, wobei die beiden redundant umlaufenden Datenpakete in der Empfangssteuereinheit der Master-Einheit überlagert werden, um zuverlässig einen Informationsverlust auch im Fehlerbetrieb zu vermeiden.
Alternativ kann eine solche Fehlertoleranz im Kommunikationssystem auch erreicht werden, indem eine intelligente Schnittstelle eingesetzt wird, die ein von der Sendeeinheit der Master-Einheit empfangenes Informationssignal dupliziert, wobei dann die beiden umlaufenden Datenpakete nach dem Empfang von der Schnittstelleneinheit überlagert werden, um so im Fehlerbetrieb der Slave-Einheiten zuverlässig einen Verlust von Daten zu verhindern.
Um die Störungsfreiheit im Kommunikationssystem zu überwa- chen, insbesondere auch bei einer Rekonfiguration des Kommunikationssystems nach Auftreten eines Streckenfehlers, weisen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Informationssignale ein zusätzliches, auf einen vorgegebenen Wert gesetztes Zählerfeld auf, das von der Verarbeitungseinheit der Slave- Einheit jeweils beim Durchlauf um einen vorgegebenen Wert verändert wird. Die zweite Schalteinheit der Schnittstelleneinheit oder alternativ die Empfangssteuereinheit der Master- Einheit addieren den Wert der Zählerfelder der beiden gegenläufig umgelaufenen Informationssignale auf. Durch Auswerten dieses Wertes kann dann festgestellt werden, ob Streckenfehler im Kommunikationssystem aufgetreten sind, bzw. ob eine Slave-Einheit ausgefallen ist.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems mit einer Master-Slave-Struktur, bei der eine Schnittstelleneinheit zwischen der Master-Einheit und dem seriell in einer Doppelringstruktur verbundenen SIa- ve-Einheit vorgesehen ist, wobei
Fig. IA den Normalbetrieb,
Fig. IB einen ersten Kommunikationssystem-
Rekonfigurationsbetrieb bei Auftreten eines Streckenfehlers,
Fig. IC einen zweiten Kommunikationssystem-
Rekonfigurationsbetrieb bei Ausfall einer Slave-Einheit dar- stellt; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Slave-Einheit gemäß der Erfindung.
In der Automatisierungstechnik werden zunehmend Feldbussysteme eingesetzt, bei denen verteilt angeordnete Geräte der Maschinenperipherie mit Automatisierungs-, Engineerings- und Visualisierungssystemen über einen Feldbus kommunizieren. Das Feldbussystem weist in der Regel einen seriellen Bus auf, welcher beispielsweise eine elektrische Leitung, ein Lichtleiter oder ein Radiokabel sein kann. An diesen Feldbus sind dann alle Busteilnehmer angeschlossen, wobei zwischen aktiven und passiven Busteilnehmern unterschieden wird. Die aktiven Busteilnehmer am Feldbussystem sind die Master-Einheiten, die den Datenverkehr auf dem Bus bestimmen. Eine solche Master- Einheit ist zum Beispiel ein Industrie-PC, der als Prozess- leitrechner in einem Fertigungsverfahren dient. Diese Master- Einheit besitzt eine Buszugriffsberechtigung und kann Daten ohne externe Aufforderung auf den Feldbus ausgeben. Die pas- siven Busteilnehmer am Bussystem sind Maschinenperipheriege- räte, beispielsweise E/A-Geräte, Ventile, Antriebe und Messumformer. Sie dienen als Slave-Einheiten und erhalten keine Buszugriffsberechtigung, d.h. sie dürfen nur empfangene Informationssignale quittieren oder auf Anfrage einer Master- Einheit Informationssignale an diese übermitteln.
Als Kommunikationsstandard zur Datenübertragung im Master- Slave-System wird vorzugsweise das Ethernet-Konzept eingesetzt. Bei Ethernet-Kommunikationssystemen werden die zu ü- bermittelnden Daten als Informationssignale in Datenpaketen, im weiteren auch als Telegramme bezeichnet, mit einem vorge- gebenen Format verkapselt. Die Ethernet-Telegramme können dabei eine Datenlänge von bis zu 1500 Bytes aufweisen, wobei zusätzlich zu den Nutzdaten Steuerdaten, die eine Anfangsken- nung, eine Ziel- und Quelladresse, den Datenpaket-Typ und einen Fehlermechanismus aufweisen, enthalten sind.
Ethernet-Kommunikationssysteme mit einer Master-Slave- Struktur sind bevorzugt so ausgelegt, dass die einzelnen SIa- ve-Einheiten über das Übertragungsmedium zu einer Kette zusammengeschlossen sind, wobei jede Slave-Einheit mit zwei Nachbarn, der erste und der letzte Teilnehmer in der Kette dabei mit der Master-Einheit verbunden ist, so dass sich eine Ringstruktur ergibt. Die Datenübertragung erfolgt dabei in eine Richtung ausgehend von der Master-Einheit zur ersten benachbarten Slave-Einheit und von dort zur nächsten bis zur letzten Slave-Einheit und dann zurück zur Master-Einheit.
Um eine hohe Fehlertoleranz insbesondere bei einem Streckenfehler im Kommunikationssystem, d.h. dem Ausfall ganzer Übertragungsabschnitte mit Slave-Einheiten, z.B. durch Kabel- bruch, zu gewährleisten, weisen die Kommunikationssysteme mit einer Master-Slave-Struktur oft zwei Kommunikationspfade auf, die gegenläufig zueinander arbeiten. Durch die gegenläufig arbeitende Doppelringstruktur besteht bei Streckenfehlern die Möglichkeit, Rekonfigurationsmaßnahmen im Kommunikationssys- tem auszuführen, um die Funktionsfähigkeit des Kommunikationssystems trotz Streckenfehler aufrecht zu erhalten. Fig. 1 zeigt in einem Prinzipschaltbild ein solches fehlertolerantes Kommunikationssystem einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Das Kommunikationssystem weist eine Master-Einheit 1 auf, die über eine Schnittstelleneinheit 4 mit einer Dop- pelringstruktur 2, in die N Slave-Einheiten 3 seriell eingebunden sind. Die Doppelringstruktur 2 umfasst zwei unidirek- tionale Kommunikationspfade 21, 22, die die angeschlossenen Slave-Einheiten 3 gegenläufig durchlaufen.
Die Schnittstelleneinheit 4 weist eine erste Schalteinheit 41 und eine zweite Schalteinheit 42 auf. Die erste Schalteinheit 41 ist mit einem Eingang 411 mit einer Sendeeinheit TXlI der Master-Einheit 1 verbunden. Ein erster Ausgang 412 der ersten Schalteinheit 41 ist an den ersten Kommunikationspfad 21 und ein zweiter Ausgang 413 der ersten Schalteinheit 41 an den zweiten Kommunikationspfad 22 angeschlossen. Die zweite Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 41 ist über einen ersten Eingang 421 mit dem ersten Kommunikationspfad 21 und über einen zweiten Eingang 422 mit dem zweiten Kommunikati- onspfad 22 verbunden. Der Ausgang 423 der zweiten Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 ist an eine Empfangseinheit RX 12 der Master-Einheit 1 angeschlossen. Die Sendeeinheit 11 der Master-Einheit 1 ist über eine erste Steuerleitung 15 mit einer Sendesteuereinheit 16 verbunden. Die Emp- fangseinheit 12 ist über eine zweite Steuerleitung 17 an eine Empfangssteuereinheit 18 angeschlossen.
Jede Slave-Einheit 3 weist zum Empfang von Ethernet- Telegrammen von einem vorherigen Teilnehmer über den ersten Kommunikationspfad 21 eine Schnittstelle mit einer ersten
Empfangseinheit RX31 und zur Weitergabe an den nächsten Teilnehmer über den ersten Kommunikationspfad 21 eine Schnittstelle mit einer ersten Sendeeinheit TX32 auf. Weiterhin weist jede Slave-Einheit 3 zum Empfang eines umlaufenden E- thernet-Telegramms über den zweiten Kommunikationspfad 22 von einem vorherigen Teilnehmer eine Schnittstelle mit einer zweiten Empfangseinheit RX33 und zur Weitergabe an den nach- folgenden Teilnehmer eine Schnittstelle mit einer zweiten Sendeeinheit TX34 auf. Zwischen die erste Empfangseinheit RX31, die zweite Empfangseinheit RX32, die erste Sendeeinheit TX33 und die zweite Sendeeinheit TX34 ist in jeder Slave- Einheit 3 weiterhin eine Verarbeitungseinheit 35 und eine aktivierbare Kopplungseinrichtung 37 geschaltet.
Das Prinzipschaltbild einer Slave-Einheit 3 ist in Figur 2 genauer dargestellt. In der Slave-Einheit 3 sind die erste Empfangseinheit RX31, die an den ersten Kommunikationspfad 21 angeschlossen ist, und die zweite Sendeeinheit TX34, die an den zweiten Kommunikationspfad 22 angeschlossen ist, als Port 0 gruppiert. Die zweite Empfangseinheit RX33, die an einen zweiten Kommunikationspfad 22 angeschlossen ist, und die ers- te Sendeeinheit TX32, die an den ersten Kommunikationspfad 21 angeschlossen ist, sind als Port 1 organisiert.
Die aktivierbare Kopplungseinrichtung 37 weist einen ersten Umschalter 38 und einen zweiten Umschalter 39 auf, die je- weils als 2-1-Multiplexer ausgelegt sind. Die Empfangs- und Sendeeinheiten 31, 32, 33, 34, die Multiplexer 38, 39 der aktivierbaren Kopplungseinrichtung 37 und die Verarbeitungseinheit 35 sind dabei in der durch Pfeile in Figur 2 gezeigten Weise über ein Leitungsnetz 40 miteinander verschaltet.
Der Ausgang der ersten Empfangseinheit RX31 ist mit dem ersten Eingang des ersten Multiplexers 38 verbunden. Der zweite Eingang des ersten Multiplexers 38 ist an die zweite Empfangseinheit RX33 angeschlossen. Der Ausgang des ersten MuI- tiplexers 38 ist weiterhin mit der Verarbeitungseinheit 35 verbunden. Der zweite Multiplexer 39 ist wiederum mit seinem ersten Eingang an die zweite Empfangseinheit RX33 und mit seinem zweiten Eingang an den Ausgang der Verarbeitungseinheit 35 angeschlossen. Der Ausgang des zweiten Multiplexers 39 ist mit der zweiten Sendeeinheit TX34 verbunden. Außerdem ist der Ausgang der Verarbeitungseinheit 35 noch über das Leitungsnetz 40 mit der ersten Sendeeinheit TX32 verbunden. Beim störungsfreien Normalbetrieb des Kommunikationssystems, wie er in Figur IA gezeigt ist, wird jeweils ein identisches Ethernet-Telegramm auf dem ersten Kommunikationspfad 21 und den zweiten Kommunikationspfad 22 ausgegeben. Die Telegramme durchlaufen dabei die angeschlossenen Slave-Einheiten 3 gegenläufig, wobei alle aktivierbaren Kopplungseinrichtungen 37 in den Slave-Einheiten 3 so geschaltet sind, dass der Eingang der Verarbeitungseinheit 35 mit der ersten Empfangseinheit RX31, der Ausgang der Verarbeitungseinheit 35 mit der ersten Sendeeinheit TX32 und die zweite Empfangseinheit RX33 mit der zweiten Sendeeinheit TX34 verbunden sind.
In diesem Betriebsmodus der Slave-Einheiten 3 sorgt die akti- vierbare Kopplungseinrichtung 37 dafür, dass die beiden gegenläufig im ersten Kommunikationspfad 21 und im zweiten Kommunikationspfad 22 zirkulierenden identischen Telegramme die Slave-Einheit immer so durchlaufen, dass nur die über den ersten Kommunikationspfad 21 übertragenen Telegramme durch die Verarbeitungseinheit 35 verarbeitet werden. Das auf dem zweiten Kommunikationspfad 22 umlaufende Telegramm wird dagegen in den Slave-Einheiten 3 nur durchgereicht.
Bei der erfindungsgemäßen Auslegung wird also beim störungs- freien Normalbetrieb die aus den beiden 2-1-Multiplexern 38, 39 bestehende aktivierbare Kopplungseinrichtung 37 so gesteuert, dass von den beiden identischen Telegrammen die auf den beiden Kommunikationspfaden 21, 22 gleichzeitig, jedoch in entgegengesetzte Richtung zirkulieren, immer nur das TeIe- gramm auf dem ersten Kommunikationspfad 21 durch die Verarbeitungseinheit 35 der Slave-Einheiten 3 zum Verarbeiten geleitet wird. Das auf dem zweiten Kommunikationspfad 22 umlaufende Telegramm dient zur Redundanz und wird unverändert rückgekoppelt .
Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem mit einer Master- Slave-Struktur, bei der die Slave-Einheiten seriell mit der Master-Einheit über ein Schnittstellenelement und zwei gegenläufig arbeitende Doppelringstrukturen verbunden sind, wobei nur eine einzelne Verarbeitungseinheit 35 in jeder Slave- Einheit 3 vorgesehen ist, besitzt weiterhin im Störfall, d.h. bei Auftreten eines Streckenfehlers, die Fähigkeit zur Rekon- figuration der Kommunikationspfade in den einzelnen Slave- Einheiten, um so die Funktionsfähigkeit des Gesamtkommunika- tionssystems aufrecht zu erhalten.
Figur IB zeigt einen Streckendoppelfehler zwischen der Slave- Einheit M und der Slave-Einheit M+l. Figur IC stellt einen Komplettausfall der Slave-Einheit M dar, was gleichbedeutend mit dem Auftreten von zwei Streckendoppelfehlern zwischen der Slave-Einheit M-I und der Slave-Einheit M und zwischen der Slave-Einheit M+l und der Slave-Einheit M ist. Beim Auftreten solcher Streckendoppelfehler wird die aktivierbare Kopplungseinrichtung 37 der Slave-Einheiten 3 so angesteuert, dass das entweder auf dem ersten Kommunikationspfad 21 oder dem zweiten Kommunikationspfad 22 eintreffende Telegramm auf dem je- weils anderen Kommunikationspfad rückgekoppelt wird, wobei das Telegramm vorher immer die Verarbeitungseinheit 35 der Slave-Einheit 3 durchläuft.
Bei dem in Figur IB gezeigten Streckendoppelfehler zwischen der Slave-Einheit M und der Slave-Einheit M+l erfolgt dies so, dass die Slave-Einheiten 1 bis M-I und M+2 bis M sich im Normalbetrieb befinden, die Slave-Einheiten M und M+l dagegen rekonfiguriert werden. Bei dem in Figur IC gezeigten Fehlerfall, bei dem Slave-Einheit M ausfällt, befinden sich die Slave-Einheiten 1 bis M-2 und die Slave-Einheiten M+2 bis M im Normalbetrieb. Die Slave-Einheiten M-I und M+l dagegen werden rekonfiguriert.
Die Rekonfiguration wird dabei vorzugsweise durch die beiden Ports 0 und 1 in den Slave-Einheiten 3 ausgelöst. Diese beiden Ports 0 und 1 erkennen durch ein bekanntes Erkennungsverfahren, ob die Slave-Einheit mit einer angrenzenden Slave- Einheit kommunizieren kann. Wenn ein Streckenfehler vom Port 0 oder Port 1 erkannt ist, wird dann ein entsprechender Fehlerbetrieb durchgeführt und die aktivierbare Kopplungseinrichtung 34 der Slave-Einheit in der gewünschten Weise ange- steuert.
Beim Fehlerbetrieb des Ports 1, wie er beim in Figur IB gezeigten Streckendoppelfehler in der Slave-Einheit M bzw. beim in Figur IC gezeigten Geräteausfall in der Slave-Einheit M-I auftritt, wird die aktivierbare Kopplungseinrichtung 37 so angesteuert, dass der Eingang der Verarbeitungseinheit 35 mit der ersten Empfangseinheit RX31 und der Ausgang der Verarbeitungseinheit 35 mit der zweiten Sendeeinheit TX34 verbunden ist. Das auf dem ersten Kommunikationspfad 21 umlaufende Te- legramm wird so über die Verarbeitungseinheit 35 auf den zweiten Kommunikationspfad 22 rückgekoppelt. Bei der in Figur
2 gezeigten Auslegung der aktivierbaren Kopplungseinrichtung 37 in der Slave-Einheit 3 mit dem ersten Multiplexer 38 und dem zweiten Multiplexer 39 erfolgt dies so, dass der zweite Eingang des zweiten Multiplexers 39 auf seinen Ausgang geschaltet wird. Der erste Multiplexer 38 dagegen verbleibt im Normalbetrieb.
Beim Fehlerbetrieb des Ports 0 in der Slave-Einheit 3, d.h. dann, wenn die erste Empfangseinheit RX31 und/oder die zweite Sendeeinheit TX34 eine Unterbrechung des Kommunikationspfads zur benachbarten Slave-Einheit erkennt, was bei dem in Figur IB gezeigten Streckendoppelfehler im Slave M+l und bei dem in Figur IC gezeigten Geräteausfall im Slave M+l auftritt, wird die aktivierbare Kopplungseinrichtung 37 in der Slave-Einheit
3 so angesteuert, dass der Eingang der Verarbeitungseinheit 35 mit der zweiten Empfangseinheit RX33 und der Ausgang der Verarbeitungseinheit 35 mit der ersten Sendeeinheit TX32 verbunden wird, so dass das auf dem zweiten Kommunikationspfad 22 durchlaufende Telegramm nach Verarbeitung in der Verarbeitungseinheit 35 auf dem ersten Kommunikationspfad 21 rückgekoppelt wird. Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführung der ak- tivierbaren Kopplungseinrichtung 35 erfolgt dies so, dass der erste Multiplexer 38 seinen zweiten Eingang auf seinen Ausgang aufschaltet, wohingegen der zweite Multiplexer 39 im Normalbetrieb verbleibt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es somit möglich, auf einfache Weise bei einer Slave-Einheit mit nur einer Verarbeitungseinheit mithilfe einer Doppelringstruktur und einer aktivierbarer Kopplungseinrichtung Rekonfigurati- onsmaßnahmen im Kommunikationssystem vorzunehmen, um bei
Streckenfehler die Funktionsfähigkeit des Kommunikationssys- tems zu gewährleisten, wobei das Verhalten der Slave- Einheiten bezogen auf die Telegrammverarbeitung im Redundanzfall sich nicht von der im Normalbetrieb unterscheidet.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht es neben dem in den Figuren IB und IC gezeigten Streckendoppelfehler, bei dem die beiden Kommunikationspfade zum benachbarten Teilnehmer unterbrochen sind, auch Streckeneinfachfehler, bei dem nur ein Kommunikationspfad unterbrochen ist, zu erkennen und durch entsprechendes Rekonfigurieren der an die Fehlerstelle angrenzenden Teilnehmer die Funktionsfähigkeit des Kommunikationssystems aufrecht zu erhalten.
In den Slave-Einheiten 3 ist auch immer nur eine Verarbeitungseinheit 35 vorgesehen, so dass im Vergleich zu Slave- Einheiten mit zwei Verarbeitungseinheit keine Entscheidung getroffen werden muss, welche Verarbeitungseinheit für die Telegrammverarbeitung zuständig ist.
Um eine hohe Fehlertoleranz des Kommunikationssystems bei niedrigem Hardware-Aufwand insbesondere auch in der Master- Einheit 1 zu erreichen, wird die Verarbeitung der gegenläufig auf dem ersten Kommunikationspfad 21 und dem zweiten Kommuni- kationspfad 22 umlaufenden Telegramme so ausgeführt, dass sich die Verarbeitung beim störungsfreien Normalbetrieb von der beim Fehlerbetrieb, bei dem die Funktionsfähigkeit des Kommunikationssystems bei Streckenfehlern durch Rekonfigura- tion von einzelnen Slave-Einheiten aufrecht erhalten wird, nicht wesentlich unterscheidet. Die Slave-Einheit kann in der erfindungsgemäßen Weise ausgelegt sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit Slave-Einheiten mit einem anderen
Schaltaufbau, der sich im Rahmen eines Master-Slave-Systems mit einer Doppelringstruktur verwenden lässt, einzusetzen.
Weiterhin besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit zur Steue- rung der fehlertoleranten Doppelringstruktur eine Master- Slave-Einheit 1 mit nur einer Sendeeinheit TXIl und einer Empfangseinheit RX12 zu nutzen, wie sie auch beim Betrieb einer Einfachringstruktur eingesetzt wird. Dies wird durch Zwischenschaltung der erfindungsgemäßen Schnittstelleneinheit 4 erreicht, deren erste Schalteinheit 41 ausgelegt ist, ein ü- ber den Eingang 411 von der Sendeeinheit TXIl der Master- Einheit 1 empfangenes Telegramm gegenläufig über den ersten Ausgang 412 und den zweiten Ausgang 413 auf den ersten Kommunikationspfad 21 bzw. den zweiten Kommunikationspfad 22 aus- zugeben. Die zweite Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 ist wiederum so ausgelegt, dass die über den ersten Eingang 421 vom ersten Kommunikationspfad 21 und über den zweiten Eingang 422 vom zweiten Kommunikationspfad 22 empfangenen gegenläufig umlaufenden Telegramme über den Ausgang 423 an die Empfangseinheit RX12 der Master-Einheit 1 weitergeleitet werden.
Um eine hohe Fehlertoleranz zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein identisches Telegramm sowohl auf dem ersten Kommuni- kationspfad 21 und dem zweiten Kommunikationspfad 22 ausgegeben. Gemäß einer Ausführungsform erfolgt dies, indem die Sendesteuereinheit 16 der Master-Einheit 1 über die Sendeeinheit TXlI zwei Telegramme mit einem identischen Datenfeld, das für jeden angeschlossene Slave-Einheit einen zugeordneten Daten- bereich aufweist, und mit einem unterschiedlichen Adressenfeld an die erste Schalteinheit 41 der Schnittstelleneinheit sendet. Die erste Schalteinheit 41 der Schnittstelleneinheit 4 ist dann so ausgelegt, dass auf der Grundlage des Inhalts des Adressenfeldes das eine Telegramm auf dem ersten Kommunikationspfad 21 und das andere Telegramm auf dem zweiten Kommunikationspfad 22 ausgegeben wird. Das Adressenfeld kann da- bei im einfachsten Fall ein 1-Bit-Feld sein, wobei die beiden Kommunikationspfade 21, 22 durch „0" bzw. „1" gekennzeichnet sind.
Die Verarbeitungseinheiten 35 der Slave-Einheiten 3 verarbei- ten dann beim Durchlauf des Telegramms den der jeweiligen
Slave-Einheit zugeordneten Datenbereich, wobei die Verarbeitungseinheit 35 in der vorher beschriebenen erfindungsgemäßen Weise sowohl im Normal- als auch im Fehlerbetrieb immer nur den zugeordneten Datenbereich in einem der beiden gegenläufig umlaufenden identischen Telegramm verarbeitet.
Die zweite Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 ist dann so ausgelegt, dass die beiden auf dem ersten Kommunikationspfad und dem zweiten Kommunikationspfad 21 gegenläufig umlaufenden Telegramme an die Empfangseinheit RX12 der Master-Einheit 1 weitergeleitet werden. Hierzu weist die zweite Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 vorzugsweise einen FIFO-Mechanismus auf, indem die über die beiden Eingänge 421, 422 empfangenen Telegramme einspeisen werden. Aus dem FIFO-Mechanismus werden dann die beiden Telegramme über den Ausgang 423 der Schnittstelleneinheit 4 an die Empfangseinheit RX12 der Master-Einheit 1 weitergeleitet. Durch den Einsatz des FIFO-Mechanismus wird eine mögliche Kollision bei der Rückkopplung der Telegramme auf die Master-Einheit 1 ver- hindert. In der Master-Einheit 1 werden die beiden empfangenen Telegramme an die Empfangssteuereinheit 18 weitergeleitet und dort überlagert, um so ein einzelnes Telegramm herzustellen. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, dass die Nutzdaten der beiden Telegramme bitweise verodert werden.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Schnittstelleneinheit 4 intelligent auszulegen. In diesem Fall wird ein von der Sendesteuereinheit 16 über die Sendeeinheit TXlI an die Schnittstelleneinheit 4 angelegtes Telegramm in der ersten Schalteinheit 41 verdoppelt und dann das eine Telegramm auf dem ersten Kommunikationspfad 21 und das andere Informations- signal auf dem zweiten Kommunikationspfad 22 ausgegeben. Die Verarbeitungseinheit 35 in den Slave-Einheiten 3 verarbeitet dann den zugeordneten Datenbereich in einem der beiden durchlaufenden Telegramme. Die beiden Telegramme werden dann über den ersten und den zweiten Eingang 421, 422 der zweiten Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 empfangen und überlagert. Dies geschieht wiederum vorzugsweise, indem die Nutzdaten der beiden Telegramme bitweise verodert werden. Das sich dann ergebende Telegramm wird von der zweiten Schalteinheit 42 über den Ausgang 423 an die Empfangseinheit RX12 der Master-Einheit 1 weitergeleitet, die das Telegramm wiederum an die Empfangssteuereinheit 18 zum Auswerten anlegt.
Um Störungen im Kommunikationssystem, insbesondere auch bei einer Rekonfiguration des Kommunikationssystems durch Um- schalten einzelner Slave-Einheiten auf den Fehlerbetrieb nach Auftreten eines Streckenfehlers bzw. eines Totalausfalls einer Slave-Einheit, festzustellen, weisen die umlaufenden Telegramme zusätzlich ein Zählerfeld auf, dessen Wert ausgewertet, bevorzugt aufaddiert wird, um den Betriebszustand des Kommunikationssystems zu ermitteln. Die beiden umlaufenden identischen Telegramme, die entweder, wie vorstehend erläutert, von der Sendesteuereinheit 16 der Master-Einheit 1 erzeugt und mit einem Adressenfeld versehen werden, auf dessen Grundlage die erste Schalteinheit 41 der Schnittstellenein- heit 4 das eine Telegramm dann auf den ersten Kommunikationspfad 21 und das andere Telegramm auf den zweiten Kommunikationspfad 22 ausgibt, oder die von der ersten Schalteinheit 41 der Schnittstelleneinheit 4, durch Duplizieren eines von der Master-Einheit empfangenen Telegramms erzeugt und zum ge- trennten gegenläufigen Senden auf den ersten Kommunikationspfad 21 und den zweiten Kommunikationspfad 22 ausgegeben werden, weisen im Zählerfeld einen vorgegebenen Wert auf. Die Verarbeitungseinheit 35 der Slave-Einheiten 3 sind weiterhin jeweils so ausgelegt, dass beim Durchlauf des Telegramms der Wert des Zählerfeldes um einen vorgegebenen Wert verändert wird.
Dann, wenn die zweite Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 die beiden empfangenen Telegramme nur zur Master- Einheit 1 durchleitet, wird in der Empfangssteuereinheit 18 der Master-Einheit 1 jeweils der Wert des Zählerfeldes der beiden Telegramme ausgewertet. Durch einfaches Aufaddieren der beiden Werte kann festgestellt werden, ob alle angeschlossenen Slave-Einheiten aktiv sind. Alternativ besteht auch die Möglichkeit bei einer intelligenten Auslegung der Schnittstelleneinheit 4, dann wenn die empfangenen Telegramme bereits in der zweiten Schalteinheit 42 verodert werden, die Zusammenführung der Zählerfelder der beiden Telegramme in der zweiten Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 vorzugsweise durch Aufaddieren vorzunehmen. Der aufaddierte Wert wird dann zusammen mit dem veroderten Telegramm zur Master- Einheit 1 zur Auswertung übertragen.
Bevorzugt wird dabei das Zählerfeld der beiden Telegramme auf den Wert 0 als Ausgangswert gesetzt. Jede Verarbeitungseinheit 35 erhöht dann den Wert beim Durchlauf des Telegramms durch die Slave-Einheit 3 um den vorgebenen Wert z. B. den Wert 1. Da durch die erfindungsgemäße Auslegung der Slave- Einheiten sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerbetrieb immer nur ein Telegramm durch die Verarbeitungseinheit 35 verarbeitet wird, kann der addierte Wert der Zählerfelder die Anzahl der aktiven Slave-Einheiten angeben. Es kann somit ermittelt werden, ob alle angeschlossenen Slave-Einheiten aktiv sind oder ob ein Totalausfall einer Slave-Einheit z.B. durch zweifachen Streckendoppelfehler, wie in Fig. IC gezeigt, aufgetreten ist. Außerdem kann durch Vergleich der Werte in den beiden Zählerfeldern unter Zugrundelegen der bekannten Anzahl der angeschlossenen Slave-Einheiten die genaue Position des Streckenfehlers, z.B. das Auftreten zwischen der Slave- Einheit M und der Slave-Einheit M+l in Fig. IB festgestellt werden.
Ein fehlertoleranter Betrieb des Kommunikationssystems insbe- sondere bei Rekonfiguration des KommunikationsSystems durch Verändern des Signallaufes in den Slave-Einheiten 3 bei Auftreten eines Streckenfehlers wird weiterhin dadurch erreicht, dass die beiden identischen, gegenläufigen auf dem ersten Kommunikationspfad 21 und dem zweiten Kommunikationspfad 22 umlaufenden Telegramme so ausgelegt sind, dass im Datenfeld jeder angeschlossenen Slave-Einheit 3 ein eigener Datenbereich zugeordnet sein kann. Die Verarbeitungseinheit 35 jeder Slave-Einheit 3 führt mit dem durchlaufenden Telegramm einen Datenaustausch in dem zugeordneten Datenbereich durch. In der zweiten Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 oder in der Empfangssteuereinheit 18 der Master-Einheit 1 werden dann die Datenfelder der beiden über den ersten und den zweiten Kommunikationspfad rückgekoppelten Telegramme überlagert, so dass sich ein gemeinsames Telegramm ergibt. Dieses überlager- te Telegramm ist immer gleich, unbesehen davon, ob das Kommunikationssystem sich im Normalbetrieb oder im Fehlerbetrieb nach Auftreten eines Streckenfehlers befindet, solange noch alle Slave-Einheiten aktiv sind.
Beim Lesebetrieb, dann, wenn die Slave-Einheiten 3 Daten zur Master-Einheit 1 übertragen, wird das gesamte Datenfeld der beiden gegenläufig umlaufenden Telegramme auf den Wert 0 als Ausgangswert gesetzt. Die Verarbeitungseinheiten 35 der Slave-Einheiten 3 schreiben in den zugeordneten Datenbereich die gewünschten Daten ein. Die Empfangssteuereinheit 18 der Master-Einheit 1 oder die zweite Schalteinheit 42 der Schnittstelleneinheit 4 verodert anschließend die Datenfelder der beiden empfangenen Telegramme, um ein gemeinsames Telegramm zu bilden. Unbesehen davon, ob das Kommunikationssystem sich im Normalbetrieb oder im Rekonfigurationsbetrieb befindet, enthält das veroderte Telegramm alle von der Master-Einheit 1 angeforderten Daten der angeschlossenen Slave-Einheiten 3. Beim Schreibbetrieb dagegen, dann, wenn die Master-Einheit 1 Steuerbefehle auf die Slave-Einheiten 3 übertragen möchte, übergibt die Sendesteuereinheit 16 der Master-Einheit 1 zwei identische Telegramme mit einem Datenfeld, das die zu den
Slave-Einheiten zu übertragenden Daten enthält, zum gegenläufigen Senden auf den beiden Kommunikationspfaden. Alternativ wird das Telegramm bei einer intelligenten Schnittstelleneinheit auch erst in der ersten Schalteinheit 41 dupliziert. Die Verarbeitungseinheiten 35 der Slave-Einheiten 3 entnehmen gleichgültig, ob sie sich im Normalbetrieb oder im Rekonfigu- rationsbetrieb befindet, die zugeordneten Daten aus dem Telegramm. Ein Verodern der Datenfelder der beiden rückgekoppelten Telegramme ist prinzipiell nicht erforderlich. Ein sol- eher Veroder-Vorgang führt aber zu einem gemeinsamen Telegramm mit einem Datenfeld, das dem Datenfeld des gesendeten Telegramms entspricht, so dass sich hierdurch eine zusätzliche Kontrollmöglichkeit für einen erfolgreichen Schreibbetrieb ergibt.
Mit der erfindungsgemäßen Auslegung des Master-Slave- Kommunikationssystems mit zwischengeschalteter Schnittstelleneinheit besteht bei beliebiger Ausgestaltung der einzelnen Slave-Einheiten, insbesondere jedoch dann, wenn die Slave- Einheiten auf die erfindungsgemäße Weise aufgebaut und betrieben werden, für die Master-Einheit auf einfache Weise die Möglichkeit, die Störfreiheit im Kommunikationssystem, insbesondere bei einer Rekonfiguration des Signalverlaufes in der Doppelringstruktur nach Auftreten eines Streckenfehlers fest- zustellen. Weiterhin ist im Kommunikationssystem auch im redundanten Fall, also dann, wenn im Kommunikationssystem einzelne Slave-Einheiten auf Fehlerbetrieb umgeschaltet haben, ein zuverlässiger Lesebetrieb durch Überlagern der Datenfelder der beiden rückgekoppelten Telegramme gewährleistet. Der Einsatz der Schnittstelleneinheit ermöglicht dabei den Einsatz herkömmlicher Master-Einheiten mit nur einer Sende- bzw. Empfangseinheit, wie sie auch in einer Einfachringstruktur genutzt werden.

Claims

5 Ansprüche
1. Schnittstelleneinheit (4) für ein Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur zum Verbinden einer Mas- ter-Einheit (1) seriell mit einer Mehrzahl von Slave-
Einheiten (3) über eine aus einem ersten Kommunikationspfad (21) und einem zweiten Kommunikationspfad (22) gebildete gegenläufig arbeitende Doppelringstruktur (2), mit einer ersten Schalteinheit (41), deren Eingang (411) mit einer Sendeeinheit (11) der Master-Einheit (1), deren erster Ausgang (412) mit dem ersten Kommunikations- pfad (21) und deren zweiter Ausgang (423) mit dem zweiten Kommunikationspfad (22) verbunden ist und die ausgelegt ist, ein von der Sendeeinheit (11) der Master- Einheit (1) empfangenes Informationssignal zum getrennten gegenläufigen Senden auf den ersten Kommunikationspfad (21) und den zweiten Kommunikationspfad (22) auszugeben, und mit einer zweiten Schalteinheit (42), deren erster Ein- gang (421) mit dem ersten Kommunikationspfad (21) , deren zweiter Eingang (422) mit dem zweiten Kommunikationspfad (22) und deren Ausgang (423) mit einer Empfangseinheit (12) der Master-Einheit (1) verbunden ist und die ausgelegt ist, die beiden auf dem ersten Kommunikationspfad (21) und dem zweiten Kommunikationspfad (22) gegenläufig umlaufenden Informationssignale an die Empfangseinheit (12) der Master-Einheit (1) weiterzuleiten.
2. Schnittstelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Schalteinheit (41) ausgelegt ist, ein von der Sendeeinheit (11) der Master-Einheit (1) empfangenes Informationssignal zum getrennten gegenläufigen Senden auf dem ersten Kommunikationspfad (21) und dem zweiten Kommunikationspfad (22) zu duplizieren.
3. Schnittstelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Schalteinheit (41) ausgelegt ist, eine Adresseninformation im von der Sendeeinheit (11) der Master-Einheit (1) empfangenen Informationssignal zum Senden des Informationssignals auf dem ersten Kommunikationspfad (21) oder dem zweiten Kommunikationspfad (22) auszuwerten.
4. Schnittstelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Schalteinheit (42) ausgelegt ist, die beiden auf dem ersten Kommunikationspfad (31) und dem zweiten Kommunikationspfad (22) gegenläufig umlaufende Informationssignale auszuwerten.
5. Schnittstelleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Schalteinheit (42) ausgelegt ist, die beiden auf dem ersten Kommunikationspfad (21) und dem zweiten Kommunikationspfad (22) gegenläufig umlaufenden Informationssignale nacheinander an die Empfangseinheit (12) der Master-Einheit (1) weiterzuleiten.
6. Schnittstelleneinheit nach Anspruch 5, wobei die zweite Schalteinheit (42) einen FIFO-Mechanismus aufweist.
7. Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur, das eine Master-Einheit (1) , eine Mehrzahl von Slave- Einheiten (3), eine aus einem ersten Kommunikationspfad (21) und einem zweiten Kommunikationspfad (22) gebildete gegenläufig arbeitende Doppelringstruktur (2) und eine Schnittstelleneinheit (4) zum Verbinden der Master- Einheit seriell mit der Mehrzahl von Slave-Einheiten (3) über die Doppelringstruktur (2) aufweist, wobei die Master-Einheit (1) eine Sendeeinheit (11) zum Senden von Informationssignalen, eine Empfangseinheit (12) zum Empfangen von Informationssignalen, eine mit der Sendeeinheit verbundene Sendesteuereinheit (16) und eine mit der Empfangseinheit verbundene Empfangssteuereinheit (18) aufweist, wobei die Schnittstelleneinheit (4) eine erste Schalt- einheit (41), deren Eingang (411) mit der Sendeeinheit (11) der Master-Einheit (1), deren erster Ausgang (421) mit dem ersten Kommunikationspfad (21) und deren zweiter Ausgang (412) mit dem zweiten Kommunikationspfad (22) verbunden ist, und eine zweite Schalteinheit (42), deren erster Eingang (421) mit dem ersten Kommunikationspfad (21), deren zweiter Eingang (422) mit dem zweiten Kommunikationspfad (22) und deren Ausgang (423) mit der Empfangseinheit (12) der Master-Einheit (1) verbunden ist, aufweist, wobei jede Slave-Einheit (3) eine erste mit dem ersten Kommunikationspfad verbundene Empfangseinheit (31) zum Empfang von Informationssignalen auf dem ersten Kommunikationspfad (21) , eine erste mit dem ersten Kommunikati- onspfad (21) verbundene Sendeeinheit (32) zum Senden von Informationssignalen auf dem ersten Kommunikationspfad, eine zweite mit dem zweiten Kommunikationspfad (22) verbundene Empfangseinheit (33) zum Empfang von Informationssignalen auf dem zweiten Kommunikationspfad (22) und eine zweite mit dem zweiten Kommunikationspfad verbundene Sendeeinheit (34) zum Senden von Informationssignalen auf dem zweiten Kommunikationspfad (22) , eine einen Eingang und einen Ausgang aufweisende Verarbeitungseinheit (35) zum Verarbeiten von Informationssignalen und eine aktivierbare Kopplungseinrichtung (37) aufweist, wobei die Sendesteuereinheit (16) der Master-Einheit (1) ausgelegt ist, über die Sendeeinheit (11) zwei Informationssignale mit einem identischen Datenfeld, das für jede angeschlossene Slave-Einheit einen zugeordneten Da- tenbereich aufweisen kann, und mit einem unterschiedlichen Adressenfeld an die erste Schalteinheit (41) der Schnittstelleneinheit (4) zu senden, wobei die erste Schalteinheit (41) der Schnittstelleneinheit (4) ausgelegt ist, auf der Grundlage des Inhalts des Adressenfeldes das eine Informationssignal auf dem ersten Kommunikationspfad (21) und das andere Informationssignal auf dem zweiten Kommunikationspfad (22) aus- zugeben, wobei die aktivierbare Kopplungseinrichtung (32) jeder Slave-Einheit ausgelegt ist, im Normalbetrieb den Eingang der Verarbeitungseinheit (35) mit der ersten Emp- fangseinheit (31) , den Ausgang der Verarbeitungseinheit (35) mit der ersten Sendeeinheit (32) und die zweite Empfangseinheit (33) mit der zweiten Sendeeinheit (34) zu verbinden, im Fehlerbetrieb der ersten Sendeeinheit (32) und/oder der zweiten Empfangseinheit (33) den Ein- gang der Verarbeitungseinheit (35) mit der ersten Empfangseinheit (31) und den Ausgang der Verarbeitungseinheit mit der zweiten Sendeeinheit (34) zu verbinden, und im Fehlerbetrieb der ersten Empfangseinheit (31) und/oder der zweiten Sendeeinheit (34) den Eingang der Verarbeitungseinheit (35) mit der zweiten Empfangseinheit (33) und den Ausgang der Verarbeitungseinheit (35) mit der ersten Sendeeinheit (32) zu verbinden, wobei die Verarbeitungseinheit (35) jeder Slave-Einheit (3) ausgelegt ist, beim Verarbeiten des durchlaufenden Informationssignals den zugeordneten Datenbereich zu verarbeiten, wobei die zweite Schalteinheit (42) der Schnittstelleneinheit (4) ausgelegt ist, die beiden auf dem ersten Kommunikationspfad (21) und dem zweiten Kommunikations- pfad (22) gegenläufig umlaufenden Informationssignale nacheinander an die Empfangseinheit (12) der Master- Einheit (1) weiterzuleiten, und wobei die Empfangssteuereinheit (18) der Master-Einheit (1) ausgelegt ist, die Datenfelder der beiden von der Empfangseinheit empfangenen Informationssignale zu überlagern.
8. KommunikationsSystem nach Anspruch 7, wobei die Sendesteuereinheit (16) der Master-Einheit (1) ausgelegt ist, die zwei Informationssignale zusätzlich mit einem auf einen vorgebenden Wert gesetzten Zählerfeld zu versehen, wobei die Verarbeitungseinheit (35) der Slave-Einheit (3) ausgelegt ist, beim Durchlauf des Informationssignals den Wert des Zählerfeldes um einen vorgebenden Wert zu verändern, und wobei die Empfangssteuereinheit (18) der Master-Einheit
(I) ausgelegt ist, jeweils den Wert der Zählerfelder der beiden von der ersten Empfangseinheit empfangenen Informationssignale auszuwerten.
9. Kommunikationssystem nach Anspruch 8, wobei die Empfangssteuereinheit (18) der Master-Einheit ausgelegt ist, den Wert der Zählerfelder empfangenen Informationssignale aufzuaddieren.
10. Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur, das eine Master-Einheit (1), eine Mehrzahl von Slave- Einheiten (3) , eine aus einem ersten Kommunikationspfad (21) und einem zweiten Kommunikationspfad (22) gebildete gegenläufig arbeitende Doppelringstruktur (2) und eine Schnittstelleneinheit (41) zum Verbinden der Master- Einheit (1) seriell mit der Mehrzahl von Slave-Einheiten (3) über die Doppelringstruktur (2) aufweist, wobei die Master-Einheit (1) eine Sendeeinheit (11) zum Senden von Informationssignalen, eine Empfangseinheit (12) zum Empfangen von Informationssignalen, eine mit der Sendeeinheit verbundene Sendesteuereinheit (16) und eine mit der Empfangseinheit verbundene Empfangssteuereinheit (18) aufweist, wobei die Schnittstelleneinheit (4) eine ersten Schalt- einheit (41) , deren Eingang (411) mit der Sendeeinheit
(II) der Master-Einheit (1), deren erster Ausgang (412) mit dem ersten Kommunikationspfad (21) und deren zweiter Ausgang (422) mit dem zweiten Kommunikationspfad (21) verbunden ist, und eine zweiten Schalteinheit (42), de- ren erster Eingang (421) mit dem ersten Kommunikationspfad (21), deren zweiter Eingang (422) mit dem zweiten Kommunikationspfad (22) und deren Ausgang (423) mit der Empfangseinheit (12) der Master-Einheit (1) verbunden ist, aufweist, wobei jede Slave-Einheit (3) eine erste mit dem ersten Kommunikationspfad verbundene Empfangseinheit (31) zum Empfang von Informationssignalen auf dem ersten Kommunikationspfad (21), eine erste mit dem ersten Kommunikationspfad (21) verbundene Sendeeinheit (32) zum Senden von Informationssignalen auf dem ersten Kommunikationspfad, eine zweite mit dem zweiten Kommunikationspfad (22) ver- bundene Empfangseinheit (33) zum Empfang von Informationssignalen auf dem zweiten Kommunikationspfad und eine zweite mit dem zweiten Kommunikationspfad verbundene Sendeeinheit (34) zum Senden von Informationssignalen auf dem zweiten Kommunikationspfad, eine einen Eingang und einen Ausgang aufweisende Verarbeitungseinheit (35) zum Verarbeiten von Informationssignalen und eine aktivierbare Kopplungseinrichtung (37) aufweist, wobei die Sendesteuereinheit (16) der Master-Einheit (1) ausgelegt ist, über die Sendeeinheit (11) ein Informati- onssignal mit einem Datenfeld, das für jede angeschlossene Slave-Einheit einen zugeordneten Datenbereich aufweist, an die erste Schalteinheit (41) der Schnittstelleneinheit (4) zu senden, wobei die erste Schalteinheit (41) der Schnittstellen- einheit (4) ausgelegt ist, das von der Sendeeinheit (11) der Master-Einheit (1) empfangene Informationssignal zu duplizieren und das eine Informationssignal auf dem ersten Kommunikationspfad (21) und das andere Informationssignal auf dem zweiten Kommunikationspfad (22) aus- zugeben, wobei die aktivierbare Kopplungseinrichtung (37) jeder Slave-Einheit (3) ausgelegt ist, um im Normalbetrieb den Eingang der Verarbeitungseinheit (35) mit der ersten Empfangseinheit (31) , den Ausgang der Verarbeitungsein- heit (35) mit der ersten Sendeeinheit (32) und die zweite Empfangseinheit (33) mit der zweiten Sendeeinheit (34) zu verbinden, im Fehlerbetrieb der ersten Sendeein- heit (32) und/oder der zweiten Empfangseinheit (33) den Eingang der Verarbeitungseinheit (35) mit der ersten Empfangseinheit (31) und den Ausgang der Verarbeitungseinheit mit der zweiten Sendeeinheit (34) zu verbinden, und im Fehlerbetrieb der ersten Empfangseinheit (31) und/oder der zweiten Sendeeinheit (34) den Eingang der Verarbeitungseinheit (35) mit der zweiten Empfangseinheit (33) und den Ausgang der Verarbeitungseinheit (35) mit der ersten Sendeeinheit (32) zu verbinden, wobei die Verarbeitungseinheit (35) jeder Slave-Einheit (3) ausgelegt ist, beim Verarbeiten des durchlaufenden Informationssignals den zugeordneten Datenbereich zu verarbeiten, wobei die zweite Schalteinheit (42) der Schnittstellen- einheit (4) ausgelegt ist, die Datenfelder der beiden auf dem ersten Kommunikationspfad (21) und dem zweiten Kommunikationspfad (22) gegenläufig umlaufenden Informationssignale zu überlagern und an die Empfangseinheit (12) der Master-Einheit (1) weiterzuleiten, und wobei die Empfangssteuereinheit (18) der Master-Einheit (1) ausgelegt ist, das von der Empfangseinheit empfangene Informationssignal auszuwerten.
11. Kommunikationssystem nach Anspruch 9, wobei die Sendesteuereinheit (16) der Master-Einheit (1) ausgelegt ist, das Informationssignals zusätzlich mit einem auf einen vorgebenden Wert gesetzten Zählerfeld zu versehen, wobei die Verarbeitungseinheit (35) der Slave-Einheit (3) ausgelegt ist, beim Durchlauf des Informationssignals den Wert des Zählerfeldes um einen vorgebenden Wert zu verändern, wobei die zweite Schalteinheit (42) der Schnittstelleneinheit (4) ausgelegt ist, den Wert der Zählerfelder empfangenen Informationssignale beim Überlagern der Informationssignale aufzuaddieren, und wobei die Empfangssteuereinheit (18) der Master-Einheit (1) ausgelegt ist, den Wert des Zählerfeldes des von der Empfangseinheit empfangenen Informationssignals auszuwerten.
12. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die zweite Schalteinheit (42) einen FIFO- Mechanismus aufweist.
13. KommunikationsSystem nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die aktivierbare Kopplungseinrichtung (37) der
Slave-Einheit (3) einen ersten Multiplexer (38) , dessen erster Eingang mit der ersten Empfangseinheit (31) , dessen zweiter Eingang mit der zweiten Empfangseinheit (33) und dessen Ausgang mit dem Eingang der Verarbeitungsein- heit (35) verbunden ist und einen zweiten Multiplexer
(39) , dessen erster Eingang mit der zweiten Empfangseinheit (33) , dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang der Verarbeitungseinheit (35) und dessen Ausgang mit der zweiten Sendeeinheit (34) verbunden ist, aufweist, wobei der erste Multiplexer (38) ausgelegt ist, um im Normalbetrieb seinen ersten Eingang auf seinen Ausgang und im Fehlerbetrieb der ersten Empfangseinheit (31) und/oder der zweiten Sendeeinheit (34) seinen zweiten Eingang auf seinen Ausgang aufzuschalten, und wobei der zweite MuI- tiplexer (39) ausgelegt ist, um im Normalbetrieb seinen ersten Eingang auf seinen Ausgang und im Fehlerbetrieb der ersten Sendeeinheit (32) und/oder der zweiten Empfangseinheit (33) seinen zweiten Eingang auf seinen Ausgang aufzuschalten.
14. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei die erste Sendeeinheit (32) und die zweite Sendeeinheit (34) und/oder die erste Empfangseinheit (31) und die zweite Empfangseinheit (33) der Slave-Einheit (3) ausgelegt sind, einen Streckenfehler im angeschlossenen Kommunikationspfad festzustellen und einen entsprechenden Fehlerbetrieb anzustoßen.
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