-
Die
Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem mit einer Master-Slave-Struktur
und eine Mastereinheit für
ein solches Kommunikationssystem.
-
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 Automatisierungs-, Engineerings-
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 Steuergeräte, sind
im Besitz einer Buszugriffsberechtigung und bestimmen den Datentransfer auf
dem Bus. Die aktiven Busteilnehmer werden im Folgenden als die Mastereinheiten
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
Mastereinheit Informationssignale an diese übermitteln. Die passiven Busteilnehmer
werden im Folgenden als Slaveeinheiten im seriellen Bussystem bezeichnet.
-
Feldbussysteme
mit einer Master-Slave-Struktur werden im Allgemeinen, um eine aufwändige Verkabelung
zu vermeiden, in Ringtopologie ausgeführt, wobei alle Busteilnehmer
an einen ringförmigen Übertragungsweg
angeschlossen sind. Ein von der Mastereinheit erzeugtes Informationssignal wird
von der Mastereinheit in den ringförmigen Übertragungsweg eingespeist
und durchläuft
nacheinander die seriell an den ringförmigen Übertragungsweg angeschlossenen
Slaveeinheiten, um dann wie der von der Mastereinheit empfangen und
ausgewertet zu werden.
-
Die
Informationssignale werden von der Mastereinheit in der Regel in
Datenpaketen organisiert, die sich aus Steuerdaten und Nutzdaten
zusammensetzen, wobei vorzugsweise der Ethernet-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 Slaveeinheiten verarbeitet dann die für ihn bestimmten
Nutzdaten der von der Mastereinheit auf dem ringförmigen Übertragungsweg
eingespeisten Ethernet-Telegramme.
-
Die
Master-Slave-Kommunikationssysteme mit Ringstruktur sind in der
Regel so aufgebaut, dass die Mastereinheit eine Sendeeinheit als
Dateneinkoppelstelle und eine Empfangseinheit als Datenauskoppelstelle
aufweist. Die einzelnen Slaveeinheiten sind dann am Übertragungsweg
zu einem Ring zusammengeschlossen, wobei jeder Teilnehmer mit zwei
Nachbarn, der erste und der letzte Teilnehmer im Ring mit der Mastereinheit
verbunden ist. Die Übertragung
der Datenpakete erfolgt dabei in eine Richtung ausgehend von der
Mastereinheit über
deren Sendeeinheit zur ersten angeschlossenen Slaveeinheit und von
dort zur nächsten,
bis die in Datenübertragungsrichtung
letzte Slaveeinheit im Ring erreicht ist, und dann zurück zur Empfangseinheit
der Mastereinheit.
-
Jede
Slaveeinheit weist zum Empfang der umlaufenden Datenpakete vom vorherigen
Teilnehmer einen ersten Anschluss und zur Weitergabe an den nachfolgenden
Teilnehmer einen zweiten Anschluss auf, wobei zwischen den beiden
Anschlüssen
eine Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist, um die durch die Slaveeinheit
durchlaufenden Datenpakete zu verarbeiten.
-
Eine
Anforderung an Master-Slave-Kommunikationssysteme, insbesondere
beim Einsatz in der Fertigungs- und Prozessautoma tisierung, ist
eine hohe Fehlertoleranz, also die Fähigkeit des Kommunikationssystems,
trotz des Auftretens von Fehlern die geforderte Funktion, d.h. zum
Beispiel die Herstellung eines Werkstücks zu gewährleisten. Fehler im Kommunikationssystem,
die ohne Beeinträchtigung überstanden
werden müssen,
sind dabei neben Fehlern in den Datenpaketen auch der Ausfall eines Teilnehmers
insbesondere der Mastereinheit im Übertragungsweg bzw. eine Unterbrechung
des Übertragungsweges,
beispielsweise durch physikalisches Durchtrennen des Übertragungsmediums.
-
Ein
Master-Slave-Kommunikationssystem mit zwei Master-Knoten, um den
Ausfall eines Master-Knotens zu kompensieren, und einer Doppelleitungsstruktur,
um bei einer Unterbrechung zwischen den Leitungen umschalten zu
können,
ist aus der
US 2004/0008720
A1 bekannt. Ein ähnliches
System ist in der
US
2005/0129037 A1 beschrieben. In der
US 2003/0005368 A1 ist
ein Ringkommunikationssystem mit einer Doppelringstruktur, bei der
die Knoten eine Umschaltfunktion aufweisen, um bei einer Unterbrechung
der Leitungsstruktur die Kommunikation auf dem Ringnetz aufrecht
zu erhalten.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kommunikationssystem mit
einer Master-Slave-Struktur und eine Mastereinheit für ein solches Kommunikationssystem
bereitzustellen, die bei einem minimalen Hardware und Schaltaufwand
die Möglichkeit
einer Rekonfiguration der Master-Slave-Struktur in Echtzeit bei
einer Unterbrechung des Übertragungsweges,
insbesondere bei Ausfall der Mastereinheit ermöglichen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Kommunikationssystem nach Anspruch 1 und
eine Mastereinheit nach Anspruch 7 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind
in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
-
Erfindungsgemäß sind in
einem Kommunikationssystem eine erste und eine zweite Mastereinheit
und wenigstens eine Slaveein heit über eine Doppelleitungsstruktur
miteinander verbunden sind. Die erste und die zweite Mastereinheit
weisen jeweils eine Sendeeinheit zum Senden von Datensignalen, die über erste
Anschlüsse
mit der Doppelleitungsstruktur verbunden sind, jeweils eine Empfangseinheit
zum Empfangen von Datensignalen, die über zweite Anschlüsse mit
der Doppelleitungsstruktur verbunden sind, und jeweils eine Steuereinheit
zum Übertragen
von Datensignalen, die mit den Sendeeinheiten und den Empfangseinheiten
verbunden sind, auf. Die zweite Master-Einheit umfasst weiter eine
Master-Kopplungseinrichtung, die zwischen die Steuereinheit, die
Empfangseinheit und die Sendeeinheit geschaltet ist, um in einem
ersten Betriebsmodus bei Empfang von Datensignalen der ersten Mastereinheit
auf der Doppelleitungsstruktur die Steuereinheit von der Empfangseinheit
und der Sendeeinheit zu trennen und um in einem zweiten Betriebsmodus
bei Unterbrechung des Empfang von Datensignalen der ersten Mastereinheit
auf der Doppelleitungsstruktur die Steuereinheit mit der Empfangseinheit
und der Sendeeinheit zu verbinden, um eine Datenübertragung auf der Doppelleitungsstruktur
durchzuführen.
-
Erfindungsgemäß ist die
zweite Ersatz-Mastereinheit in die Datenübertragungskette von erster regulärer Mastereinheit
zu den Slaveeinheiten geschaltet, um bei Auftreten eines Streckenfehlers,
insbesondere bei Ausfall der ersten regulären Mastereinheit, die Datenübertragung
fortzuführen.
-
Eine
erfindungsgemäße Mastereinheit
zum Einsatz als Ersatzmastereinheit weist eine Sendeeinheit zum
Senden von Datensignalen, die über
einen ersten Anschluss mit einem ersten Kommunikationspfad verbunden
werden kann, eine Empfangseinheit zum Empfangen von Datensignalen,
die über
einen zweiten Anschluss mit einem Kommunikationspfad verbunden werden
kann, und eine Steuereinheit zum Übertragen von Datensignalen
und eine Master-Kopplungseinrichtung auf. Die Master-Kopplungseinrichtung
ist dabei zwischen die Steuereinheit, die Sendeeinheit und die Empfangseinheit
geschaltet, um in einem ersten Betriebsmodus, d.h. im Normalbetrieb,
die Steuereinheit von der Empfangseinheit und der Sendeeinheit zu
trennen und um in einem zweiten Betriebsmodus, d.h. im Streckenfehlerbetrieb,
die Steuereinheit mit der Empfangseinheit und der Sendeeinheit zu
verbinden, um eine Datenübertragung
auf dem ersten und dem zweiten Kommunikationspfad durchzuführen.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Auslegung
eines Master-Slave-Kommunikationssystems
bzw. einer Ersatz-Mastereinheit ist es möglich, bei einem Streckenfehler,
insbesondere bei Ausfall der regulären Mastereinheit, auf einfache
Weise die Datenübertragung
durch die Ersatz-Mastereinheit fortzuführen. Erfindungsgemäß wird der
Datenübertragungsweg
automatisch so rekonfiguriert, dass die Ersatz-Mastereinheit die
Datenübertragung
in dem von der regulären
Mastereinheit abgetrennten Teil des Master-Slave-Kommunikationssystems übernimmt.
-
Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
sind in dem Kommunikationssystem die erste und die zweite Mastereinheit
vorgesehen, zwischen denen die wenigstens eine Slaveeinheit angeordnet
ist. Die Slaveeinheit weist eine Slave-Kopplungseinrichtung und einen ersten,
zweiten, dritten und vierten Anschluss auf. Der erste Anschluss
der Slaveeinheit ist mit der Sendeeinheit der ersten Mastereinheit
und der zweite Anschluss der Slaveeinheit mit der Empfangseinheit
der zweite Mastereinheit über
einen ersten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur verbunden.
Der dritte Anschluss der Slaveeinheit ist mit der Sendeeinheit der
zweiten Mastereinheit und der vierte Anschluss der Slaveeinheit
mit der Empfangseinheit der ersten Mastereinheit über einen
zweiten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur verbunden.
Im ersten Betriebsmodus, d.h. im Normalbetrieb, schließt die Master-Kopplungseinrichtung
der zweite Mastereinheit den ersten mit der Sendeeinheit verbundenen
Anschluss und den zweiten mit der Empfangseinheit verbundenen Anschluss
der zweite Mastereinheit kurz und die Datenübertragung erfolgt ausschließ lich durch
die erste Master-Einheit. Im zweiten Betriebsmodus, d.h. bei Auftreten
eines Streckenfehlers, schließt
die Slave-Kopplungseinrichtung der Slaveeinheit den ersten Anschluss
der Slaveeinheit mit dem vierten Anschluss der Slaveeinheit kurz.
Gleichzeitig öffnet
die Master-Kopplungseinrichtung
der zweite Mastereinheit zur Datenübertragung auf dem ersten und
zweiten Kommunikationspfad den Kurzschluss von erstem und zweitem
Anschluss der zweite Mastereinheit und verbindet die Steuereinheit
mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit zum Datenübertragungsbetrieb.
-
Gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Mastereinheit schließt
die Master-Kopplungseinrichtung im ersten Betriebsmodus den ersten
mit der Sendeeinheit verbundenen Anschluss und den zweiten mit der
Empfangseinheit verbundenen Anschluss kurz und hebt im zweiten Betriebsmodus
den Kurzschluss von erstem und zweitem Anschluss auf.
-
Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Kommunikationssystem weist die Slaveeinheit wenigstens einen
ersten, zweiten und dritten Anschluss auf, wobei der erste Anschluss der
Slaveeinheit mit der Sendeeinheit der ersten Mastereinheit und der
zweite Anschluss der Slaveeinheit mit der Empfangseinheit der zweite
Mastereinheit über
einen ersten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur verbunden
sind. Der dritte Anschluss der Slaveeinheit ist mit der Sendeeinheit
der zweiten Mastereinheit über
einen zweiten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur und
ein dritter Anschluss der zweiten Mastereinheit ist mit der Empfangseinheit
der ersten Mastereinheit über
einen dritten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur verbunden.
Im ersten Betriebsmodus, d.h. bei Normalbetrieb, schließt die Master-Kopplungseinrichtung
der zweite Mastereinheit den zweiten mit der Empfangseinheit verbundenen
Anschluss und den dritten Anschluss der zweite Mastereinheit kurz
und die Datenübertragung
erfolgt ausgehend von der ersten Mastereinheit über den ersten und dritten
Kommunikationspfad. Im zweiten Betriebsmo dus, d.h. bei Auftreten
eines Streckenfehler, schließt
die Slave-Kopplungseinrichtung der Slaveeinheit den ersten Anschluss
der Slaveeinheit mit dem vierten Anschluss der Slaveeinheit kurz
und die Master-Kopplungseinrichtung der zweite Mastereinheit hebt
zur Datenübertragung
auf dem ersten und zweiten Kommunikationspfad den Kurzschluss von
zweitem und drittem Anschluss der zweite Mastereinheit auf und verbindet
die Steuereinheit mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit zum
Datenübertragungsbetrieb.
-
Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Mastereinheit ist ein mit einem dritten Kommunikationspfad verbindbarer
dritter Anschluss vorgesehen. Die Master-Kopplungseinrichtung schließt dann
im ersten Betriebsmodus den zweiten mit der Empfangseinheit verbundenen
Anschluss und den dritten Anschluss kurz und hebt im zweiten Betriebsmodus
den Kurzschluss von zweitem und drittem Anschluss auf.
-
Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
weist die Slaveeinheit einen ersten und einen zweiten Anschluss
auf, wobei der erste Anschluss der Slaveeinheit mit der Empfangseinheit
der zweiten Mastereinheit über
einen ersten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur, der
zweite Anschluss der Slaveeinheit mit der Sendeeinheit der zweite
Mastereinheit über
einen zweiten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur, ein
dritter Anschluss der zweiten Mastereinheit mit der Empfangseinheit
der ersten Mastereinheit über
einen dritten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur und ein
vierter Anschluss der zweiten Mastereinheit mit der Sendeeinheit
der ersten Mastereinheit über
einen vierten Kommunikationspfad der Doppelleitungsstruktur verbunden
sind. Im ersten Betriebsmodus, d.h. im Normalbetrieb, schließt die Master-Kopplungseinrichtung
der zweiten Mastereinheit jeweils den ersten mit der Sendeeinheit
verbundenen Anschluss und den vierten Anschluss der zweiten Mastereinheit
und den zweiten mit der Empfangseinheit verbundenen Anschluss und
den dritten Anschluss der zweiten Mastereinheit kurz und die Datenüber tragung
erfolgt ausschließlich
durch die erste Master-Einheit.
Im zweiten Betriebsmodus, d.h. bei Auftreten eines Streckenfehlers,
hebt die Master-Kopplungseinrichtung der zweiten Mastereinheit zur
Datenübertragung
auf dem ersten und zweiten Kommunikationspfad den Kurzschluss von
erstem und viertem Anschluss der zweiten Mastereinheit und den Kurzschluss
von zweitem und drittem Anschluss der zweiten Mastereinheit auf
und verbindet die Steuereinheit mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit
zum Datenübertragungsbetrieb.
-
Gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
der Mastereinheit ist ein mit einem dritten Kommunikationspfad verbindbarer
dritter Anschluss und ein mit einem vierten Kommunikationspfad verbindbarer
vierter Anschluss vorgesehen. Die Master-Kopplungseinrichtung schließt im ersten
Betriebsmodus den zweiten und den dritten Anschluss sowie den ersten
und den vierten Anschluss kurz und hebt im zweiten Betriebsmodus
den Kurzschluss von zweitem und drittem Anschluss sowie von erstem und
viertem Anschluss auf.
-
Bei
der ersten erfindungsgemäßen Variante ist
der Übertragungsweg
als physikalische Linie mit einer Doppelleitungsstruktur ausgebildet,
wobei die Slaveeinheit jeweils zwei Ports mit jeweils zwei Anschlüssen, an
die die Doppelleitungsstruktur angeschlossen sind, umfasst. Die Übertragungskette
wird auf der einen Seite durch die reguläre Mastereinheit und auf der
anderen Seite durch die Ersatz-Mastereinheit abgeschlossen. Im Normalbetrieb
sendet und empfängt
die reguläre
Mastereinheit über
die Doppelleitungsstruktur, wobei die Ersatz-Mastereinheit als Leitungsabschluss
dient, über
den die Doppelleitung kurzgeschlossen ist, um die von der regulären Mastereinheit
auf der ersten Leitung eintreffenden Datenpakete auf der zweiten
Leitung zur regulären Mastereinheit
rückzukoppeln.
Bei Auftreten eines Streckenfehlers, insbesondere bei Ausfall der
regulären
Mastereinheit, schließt
die Slaveeinheit ihren an die reguläre Mastereinheit angekoppelten
Port kurz. Gleichzeitig öffnet
die Master- Kopplungseinrichtung der
Ersatz-Mastereinheit den internen Kurzschluss und verbindet eine
erste Steuerleitung der Steuereinheit mit der Sendeeinheit und eine
andere zweite Steuerleitung der Steuereinheit mit der Empfangseinheit,
um die Datenübertragung
aufzunehmen.
-
Bei
der zweiten erfindungsgemäßen Variante
ist das Master-Slave-Kommunikationssystem
als Ringstruktur ausgebildet, wobei die Ersatz-Mastereinheit im
Normalbetrieb in Datenübertragungsrichtung
vor der Empfangseinheit der regulären Mastereinheit angeordnet
ist, um die übertragenen
Datenpakete auf die reguläre
Mastereinheit rückzukoppeln. Im
Fehlerbetrieb bei Auftreten eines Streckenfehlers, insbesondere
bei Ausfall der reguläre
Mastereinheit, öffnet
die Master-Kopplungseinrichtung
diesen Kurzschluss und verbindet die Sendeeinheit und die Empfangseinheit
mit der Steuereinheit, um die Datenübertragung aufzunehmen.
-
Bei
der dritten erfindungsgemäßen Variante ist
das Master-Slave-Kommunikationssystem
als Ringstruktur ausgebildet, wobei die Ersatz-Mastereinheit im
Normalbetrieb in Datenübertragungsrichtung
zwischen den Slaveeinheiten und der regulären Mastereinheit angeordnet
ist, um die Datenpakete der regulären Mastereinheit durchzureichen.
Im Fehlerbetrieb bei Auftreten eines Streckenfehlers, insbesondere
bei Ausfall der regulären
Mastereinheit, öffnet
die Master-Kopplungseinrichtung
diese Kurzschlüsse
und verbindet die Steuereinheit mit der Sendeeinheit und der Empfangseinheit,
um die Datenübertragung
aufzunehmen.
-
Mit
diesen drei erfindungsgemäßen Auslegungen
eines Master-Slave-Kommunikationssystems
mit einer Ersatz-Mastereinheit ist es möglich, bei einem Streckenfehler,
insbesondere bei Ausfall der regulären Mastereinheit, auf einfache
Weise die Datenübertragung
durch die Ersatz-Mastereinheit fortzuführen. Erfindungsgemäß wird der
Datenübertragungsweg
automatisch so rekonfiguriert, dass die Ersatz-Mastereinheit die
Datenüber tragung
in dem von der regulären
Mastereinheit abgetrennten Teil des Master-Slave-Kommunikationssystems übernimmt.
-
Mit
diesen drei erfindungsgemäßen Auslegungen
eines Master-Slave-Kommunikationssystems
mit einer Ersatz-Mastereinheit ist es möglich, bei einem Streckenfehler,
insbesondere bei Ausfall der regulären Mastereinheit, auf einfache
Weise die Datenübertragung
durch die Ersatz-Mastereinheit fortzuführen. Erfindungsgemäß wird der
Datenübertragungsweg
automatisch so rekonfiguriert, dass die Ersatz-Mastereinheit die
Datenübertragung
in dem von der regulären
Mastereinheit abgetrennten Teil des Master-Slave-Kommunikationssystems übernimmt.
-
Die
Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems
mit einer Master-Slave-Struktur gemäß einer ersten Ausführung mit
einer Doppelleitungsstruktur, wobei 1A den
Normalbetrieb und 1B den Rekonfigurationsbetrieb
darstellen;
-
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems
mit Master-Slave-Struktur gemäß einer
zweiten Ausführungsform
mit einer Ersatzringstruktur, wobei 2A den
Normalbetrieb und 2B den Rekonfigurationsbetrieb
darstellen; und
-
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems
mit einer Master-Slave-Struktur gemäß einer dritten Ausführungsform,
wobei 3A den Normalbetrieb und 3B den
Rekonfigurationsbetrieb darstellen.
-
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 diesem Feldbus
sind alle Busteilnehmer angeschlossen, wobei zwischen aktiven und
passiven Busteilnehmern unterschieden wird.
-
Die
aktiven Busteilnehmer am Feldbussystem sind die Mastereinheiten,
die den Datenverkehr auf dem Bus regeln. Eine solche Mastereinheit
ist z.B. ein Industrie-PC, der als Prozessleitrechner in einer Fertigungsstraße dient.
Die Mastereinheit besitzt eine Buszugriffsberechtigung und kann
Daten ohne externe Aufforderung auf dem Feldbus ausgeben. Die passiven
Busteilnehmer am Bussystem sind die Maschinenperipheriegeräte wie z.B.
E/A-Geräte, Ventile,
Antriebe und Messumformer. Sie dienen als Slaveeinheiten und besitzen
keine Buszugriffsberechtigung, d.h. sie dürfen nur empfangene Datensignale
quittieren oder auf Anfrage einer Mastereinheit Datensignale über diese übermitteln.
-
Als
Kommunikationsstandard zur Datenübertragung
in Master-Slave-Kommunikationssystemen
wird vorzugsweise das Ethernet-Konzept
eingesetzt. Bei Ethernet-Kommunikationssystem werden die zu übermittelnden
Daten in Form von Datenpaketen, im Weiteren auch als Telegramme
bezeichnet, mit einem vorgegebenen Format verkapselt. Die Ethernet-Telegramm
können
dabei eine Datenlänge von
bis zu 1000 Bytes aufweisen, wobei zusätzlich zu den Nutzdaten Steuerdaten,
die eine Anfangskennung, eine Ziel- und Quelladresse und einen Datenpaket-Typ
und einen Fehlermechanismus aufweisen, enthalten sind.
-
Ethernet-Kommunikationssysteme
mit einer Master-Slave-Struktur
sind vorzugsweise so ausgelegt, dass die einzelnen Mastereinheiten über das Übertragungsmedium
zu einer Kette zusammengeschlossen sind, wobei jede Slaveeinheit
mit zwei Nachbarn, die erste und die letzte Slaveeinheit in der Kette
dabei mit der Mastereinheit verbunden sind, so dass sich eine Ringstruktur
ergibt. Die Datenübertragung
erfolgt in eine Richtung ausgehend von der Mastereinheit zur ersten
benachbarten Slaveeinheit und von dort zur nächsten bis zur letzten Slaveeinheit und
dann zurück
zur Mastereinheit.
-
Um
eine Aufrechterhaltung der Datenkommunikation bei Auftreten eines
Streckenfehlers auf dem Übertragungsweg,
insbesondere bei Ausfall der Mastereinheit zu ermöglichen,
ist erfindungsgemäß zusätzlich zur
regulären
Mastereinheit eine Ersatz-Mastereinheit im Master-Slave-Kommunikationssystem
vorgesehen.
-
1 zeigt im Prinzipschaltbild eine erste Ausführungsform
eines solchen fehlertoleranten Master-Slave-Kommunikationssystems, wobei 1A den
Normalbetrieb, bei dem der Datenaustausch durch die reguläre Mastereinheit
erfolgt, und 1B einen Rekonfigurationsbetrieb
bei Ausfall der regulären
Mastereinheit und Datenübertragung durch
die Ersatz-Mastereinheit darstellen. Das Master-Slave-Kommunikationssystem
weist eine erste Mastereinheit 1, im Weiteren auch als
Haupt-Mastereinheit bezeichnet, und eine zweite Mastereinheit 2, im
Weiteren auch als Ersatz-Mastereinheit
bezeichnet, auf, zwischen denen N Slaveeinheiten 3 geschaltet
sind. Die Haupt-Mastereinheit 1 und die Ersatz-Mastereinheit 2 sind
dabei über
eine Doppelleitungsstruktur 4 mit den N Slaveeinheiten 3 verbunden.
Die Doppelleitungsstruktur umfasst zwei getrennte Übertragungswege,
die jeweils einen eigenständigen
Kommunikationspfad 41, 42 bilden. Als Übertragungsweg
kann dabei eine elektrische Leitung, ein Lichtfaserkabel oder ein
Radiokabel dienen.
-
Die
Haupt-Mastereinheit 1 weist eine Sendeeinheit TX 11 und
eine Empfangseinheit RX 12 auf. Die Sendeeinheit TX 11 ist über einen
ersten Anschluss 111 mit dem einen Ende des ersten Kommunikationspfads 41 und
die Empfangseinheit RX 12 über einen zweiten Anschluss 112 mit
dem einen Ende des zweiten Kommunikationspfads 42 verbunden.
Ferner enthält
die Mastereinheit 1 eine Steuereinheit 13, die über Steuerleitungen 14 an die
Sendeeinheit TX 11 und die Empfangseinheit RX 12 angeschlossen
ist.
-
Die
Ersatz-Mastereinheit 2 weist eine Empfangseinheit RX 21 und
eine Sendeeinheit TX 22 auf. Die Empfangseinheit RX 21 ist über einen
ersten Anschluss 221 mit dem zweiten Ende des ersten Kommunikationspfads 41 und
die Sendeeinheit TX 22 über
einen zweiten Anschluss 222 mit dem zweiten Ende des zweiten
Kommunikationspfads 42 verbunden. Die Ersatz-Mastereinheit 2 umfasst
ferner eine Master-Kopplungseinrichtung 23, die zwischen
eine Steuereinheit 24 und deren Steuerleitungen 25 und die
Empfangseinheit RX 21 und die Sendeeinheit TX 22 geschaltet
ist.
-
Jede
Slaveeinheit 3 weist zum Empfang der Datenpakete von einem
vorherigen Teilnehmer über den
ersten Kommunikationspfad 41 einen ersten Anschluss mit
einer ersten Empfangseinheit RX 31 und zur Weitergabe an
den nächsten
Teilnehmer über den
ersten Kommunikationspfad 41 einen zweiten Anschluss mit
einer ersten Sendeeinheit TX 32 auf. Ferner weist jede
Slaveeinheit 3 zum Empfang der Datenpakete über den
zweiten Kommunikationspfad 42 von einem vorherigen Teilnehmer
einen dritten Anschluss mit einer zweiten Empfangseinheit RX 33 und
zur Weitergabe über
den zweiten Kommunikationspfad 42 an den folgenden Teilnehmer
einen vierten Anschluss mit einer zweiten Sendeeinheit TX 34 auf.
Die erste Empfangseinheit RX 31 der Slaveeinheit 3,
die an den ersten Kommunikationspfad 41 angeschlossen ist,
und die zweite Sendeeinheit TX 34, die an den zweiten Kommunikationspfad 42 angeschlossen
ist, sind dabei zu einem gemeinsamen Port 0 zusammengefasst. Die
zweite Empfangseinheit RX 33, die an den zweiten Kommunikationspfad 42 angeschlossen
ist, und die Sendeeinheit TX 32, die an den ersten Kommunikationspfad 41 angeschlossen
sind, sind zu einem gemeinsamen Port 1 zusammengefasst. Zwischen
die erste Empfangseinheit RX 31 und die erste Sendeeinheit
TX 32 ist eine Verarbeitungseinheit 35 in den
ersten Kommunikationspfad 41 geschaltet. Der zweite Kommunikationspfad 42 wird
durch die Slaveeinheit 3 von der Empfangseinheit RX 33 zur
Sendeeinheit TX 34 durchgeschleift. Die der Haupt-Mastereinheit 1 benachbarte Slaveeinheit
weist im an die Haupt-Mastereinheit 1 angeschlossenen Port
0 darüber
hinaus eine Kopplungseinrichtung 36 auf, die zwischen die
erste Empfangseinheit RX 31 und die zweite Sendeeinheit
TX 34 geschaltet ist.
-
1A zeigt
den störungsfreien
Normalbetrieb des Master-Slave-Kommunikationssystems.
Die Richtung der Datenübertragung
auf den Leitungen 14, 25 in den Master- bzw. Slaveeinheiten
sowie auf den Kommunikationspfaden 41, 42 ist
als Pfeil angezeigt, wobei die jeweils für die Datenübertragung genutzten Leitungen
und Übertragungswege
hervorgehoben sind. Beim störungsfreien
Normalbetrieb wird ein von der zentralen Steuereinheit 13 der Haupt-Mastereinheit 1 erzeugtes
Datenpaket über die
Sendeeinheit TX 11 und den ersten Anschluss 111 auf
den ersten Kommunikationspfad 41 ausgegeben. Das Telegramm
wird dann von der ersten angeschlossenen Slaveeinheit 3 durch
die erste Empfangseinheit RX 31 im Port 0 empfangen und über die in
der Slaveeinheit 3 enthaltene Verarbeitungseinrichtung 35 an
die erste Sendeeinheit TX 32 im Port 1 weitergeleitet,
wobei das Datenpaket von der Verarbeitungseinheit 35 der
Slaveeinheit 3 im Durchlauf verarbeitet wird. Die erste
Sendeeinheit TX 32 im Port 1 der Slaveeinheit 3 sendet
das Datenpaket dann auf den ersten Kommunikationspfad 41 an
die in Datenübertragungsrichtung
nächste
Slaveeinheit 3.
-
Das
Datenpaket durchläuft
auf diese Weise nacheinander alle auf dem ersten Kommunikationspfad 41 angeschlossenen
Slaveeinheiten 3 und wird von der letzten Slaveeinheit 3 auf
den ersten Kommunikationspfad 41 über den ersten Anschluss 221 zur
Empfangseinheit RX 21 der Ersatz-Mastereinheit 2 übertragen.
Im Normalbetrieb schließt
die Master-Kopplungseinrichtung 23 der
Ersatz-Mastereinheit 2 die Empfangseinheit RX 21 und
die Sendeeinheit TX 22 über
die Steuerleitungen 25 kurz und die Sendeeinheit TX 22 der
Ersatz-Mastereinheit 2 koppelt
das Datenpaket über
den Anschluss 222 auf den zweiten Kommunikationspfad 42 zurück. Das
Datenpaket durchläuft
dann, wie auf dem Hinweg, auch auf dem Rückweg in Datenübertragungsrichtung
nacheinander die an den zweiten Kommunikationspfad 42 angeschlossenen
Slaveeinheiten 3, ausgehend von der Slaveeinheit N bis
zur Slaveeinheit 1, wobei das Datenpaket unverarbeitet
durch die Slaveeinheiten 3 durchgeschleift wird.
-
Die
in Datenübertragungsrichtung
letzte Slaveeinheit am zweiten Kommunikationspfad 42 sendet
dann das Datenpaket durch die zweite Sendeeinheit TX 34 im
Port 0 über
den zweiten Anschluss 112 der Haupt-Mastereinheit 1 an
deren Empfangseinheit RX 12, von wo aus das Datenpaket
dann zur zentralen Steuereinheit 13 weitergeleitet wird.
-
1B zeigt
den Verlauf der Datenübertragung
im Master-Slave-Kommunikationssystem
bei Ausfall der Haupt-Mastereinheit 1.
Die Rekonfiguration der Datenübertragung
bei Ausfall der Haupt-Mastereinheit 1 wird durch den Port
0 der ersten an die ausgefallene Haupt-Mastereinheit 1 angrenzenden Slaveeinheit 3 sowie
die Master-Kopplungseinrichtung 23 der Ersatz-Mastereinheit 2 ausgelöst. Der Port
0 der an die Haupt-Mastereinheit angrenzenden Slaveeinheit 3 kann
mithilfe eines Erkennungsverfahrens feststellen, ob über die
beiden Kommunikationspfade 41, 42 mit der Haupt-Mastereinheit 1 kommuniziert
werden kann. Wenn eine Unterbrechung der Kommunikation vom Port
0 der Slaveeinheit 3 erkannt wird, wird von der Slave-Kopplungseinrichtung 36 der
Streckenfehlerbetrieb der Slaveeinheit 3 angestoßen. Die
Slave-Kopplungseinrichtung 36 schließt dann den Anschluss der ersten
Empfangseinheit RX 31 an den ersten Kommunikationspfad 41 und
den Anschluss der zweiten Sendeeinheit TX 34 an den zweiten
Kommunikationspfad 42. Gleichzeitig verbindet die Slave-Kopplungseinrichtung 36 den ersten
Kommunikationspfad 41 mit dem zweiten Kommunikationspfad 42.
-
Parallel
mit der Aufnahme des Streckenfehlerbetriebs durch die an die Haupt-Mastereinheit 1 angrenzende
Slaveeinheit 3 beginnt die Ersatz-Mastereinheit 2 mit
der Datenübertragung.
Die Aufnahme des Streckenfehlerbetriebs der Ersatz-Mastereinheit 2 wird
durch die Master-Kopplungseinrichtung 23 ausgelöst, die
aufgrund des Ausfalls der Haupt-Mastereinheit 1 einen Timeout
der Datenübertragung
auf dem ersten Kommunikationspfad 41 feststellt. Die Master-Kopplungseinrichtung 23 hebt
dann den Kurzschluss zwischen der Sendeeinheit TX 22 und der
Empfangseinheit RX 21 auf und öffnet die Leitungsverbindung
zwischen der zentralen Steuereinheit 24 und der Sendeeinheit
TX 22 und der Empfangseinheit RX 21 über die
Steuerleitungen 25.
-
Die
Steuereinheit 24 stellt das Öffnen der Steuerleitungen 25 fest
und beginnt dann automatisch mit dem Sendebetrieb, indem die Steuereinheit 24 ein
von ihr erzeugtes Datenpaket über
die Sendeeinheit TX 22 und den zweiten Anschluss 222 auf
den zweiten Kommunikationspfad 42 ausgibt. Das Datenpaket
durchläuft
dann auf dem zweiten Kommunikationspfad 42 alle daran angeschlossenen
Slaveeinheiten 3 nacheinander. Wenn das Datenpaket die
an die ausgefallene Haupt-Mastereinheit 1 angrenzende,
sich im Streckenfehlerbetrieb befindende Slaveeinheit 3 erreicht
hat, wird es über
den in der Slaveeinheit 3 von der Slave-Kopplungseinrichtung 36 erzeugten
Kurzschluss vom zweiten Kommunikationspfad 42 auf den ersten
Kommunikationspfad 41 umgeleitet, wobei auf dem Rückweg die
Verarbeitungseinheit 35 in der sich im Streckenfehlerbetrieb befindenden
Slaveeinheit 3 durchlaufen wird. Das Datenpaket wird dann
von der sich im Streckenfehlerbetrieb befindenden Slaveeinheit 3 zu
der auf dem ersten Kommunikationspfad 41 in Datenübertragungsrichtung
benachbarten Slaveeinheit 3 weitergeleitet und von dort
zur nächsten
Slaveeinheit 3 bis das Datenpaket über den Anschluss 221 auf
die Empfangseinheit RX 21 der Ersatz-Mastereinheit 2 rückgekoppelt
ist, die das empfangene Datenpaket über die Steuerleitung 25 an
die Steuereinheit 24 zur Auswertung weiterreicht. Der rekonfigurierte
Da tenübertragungsweg
ist in 1B hervorgehoben und die Datenübertragungsrichtung
mithilfe von Pfeilen gekennzeichnet.
-
Alternativ
zu einer einzelnen Slaveeinheit mit einer Slave-Kopplungseinrichtung besteht auch die Möglichkeit,
dass alle Slaveeinheiten eine solche Slave-Kopplungseinrichtung
aufweisen. Bei Auftreten von Streckenfehlern, d.h. Unterbrechung
des Übertragungsweges
zwischen den Slaveeinheiten bzw. bei Ausfall einer Slaveeinheit
können
die benachbarten Slaveeinheiten dann jeweils den an den Streckenfehler
angrenzenden Port schließen
und den ersten Kommunikationspfad 41 mit dem zweiten Kommunikationspfad 42 verbinden.
Die Datenübertragung
kann dann zweigeteilt durchgeführt
werden, wobei die Slaveeinheiten 3 auf der einen Seite
bis zur der an den Streckenfehler angrenzenden Slaveeinheit über die
Haupt-Mastereinheit 1 mit
Datenpaketen versorgt werden. Auf der bezogen auf den Streckenfehler
anderen Datenübertragungsseite
dagegen sendet und empfängt
die Ersatz-Mastereinheit 2. Es ist so möglich, die Datenübertragung
nicht nur beim Ausfall der Haupt-Mastereinheit, sondern auch bei
Auftreten eines Streckenfehlers durch Rekonfiguration der Datenübertragungswege
unter Einsatz beider Mastereinheiten aufrechtzuerhalten.
-
2 zeigt eine zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Master-Slave-Kommunikationssystems,
das einen Rekonfigurationsbetrieb bei Ausfall der Haupt-Mastereinheit
durchführt.
Bei den Prinzipschaltbilder in 2 sind
dabei für
gleichartige Bauteile dieselben Bezugszeichen wie bei in 1 gezeigten Ausführungsform verwendet sind. Die
Haupt-Mastereinheit 1 und
die Slaveeinheiten 3 entsprechend mit ihrem Aufbau den
in 1 dargestellten Einheiten. Die
Ersatz-Mastereinheit 200 weist
zusätzlich
zu den in 1 gezeigten Bauelementen
einen dritten Anschluss 223 mit einer daran angeordneten
zweiten Sendeeinheit TX 26 auf, wobei eine Master-Kopplungseinrichtung 230 zwischen Steuerleitungen 250 der
Steuereinheit 24, die Empfangseinheit RX 21, die
erste Sendeeinheit TX 22 und die zweite Sendeeinheit TX 26 geschaltet ist.
Die zweite Sendeeinheit TX 26 ist über einen separaten dritten
Master-Kommunikationspfad 43 mit der Empfangseinheit RX 12 der
Haupt-Mastereinheit 1 verbunden.
-
2A zeigt
den Normalbetrieb bei Datenübertragung
durch die Haupt-Mastereinheit 1 und 2B den
Rekonfigurationsbetrieb bei Ausfall der Haupt-Mastereinheit 1 und
Sendebetrieb durch die Ersatz-Mastereinheit 200. Beim störungsfreien
Normalbetrieb, wie er in 2A dargestellt
ist, erfolgt die Datenübertragung
ausgehend von der Sende-Einheit TX 11 der Haupt-Mastereinheit 1 über den
ersten Slave-Kommunikationspfad 41,
wobei alle seriell angeschlossenen Slaveeinheiten 3 mit
ihren Verarbeitungseinheiten 35 durchlaufen werden. Das
Datenpaket wird dann von der letzten Slaveeinheit über den
ersten Anschluss 221 an die Empfangseinheit RX 21 der
Ersatz-Mastereinheit 200 weitergeleitet. Im Normalbetrieb
hat die Master-Kopplungseinrichtung 230 der Ersatz-Mastereinheit
die Empfangseinheit RX 21 mit der zweiten Sendeeinheit
TX 26 kurzgeschlossen, so dass das Datenpaket von der zweiten
Sendeeinheit TX 26 über
den dritten Anschluss 223 und die dritte Master-Kommunikationsleitung 43 auf
den zweiten Anschluss 112 und die Empfangseinheit RX 12 der
Haupt-Mastereinheit 1 rückgekoppelt wird.
-
Der
zweite Slave-Kommunikationspfad 42 wird im Normalbetrieb
nicht benutzt und dient nur als Ersatzkommunikationspfad bei Auftreten
eines Streckenfehlers, insbesondere bei Ausfall der Haupt-Mastereinheit 1,
wie er in 2B dargestellt ist.
-
Bei
dem in 2B gezeigten Rekonfiguration
des Datenübertragungsweges,
der sich nach Ausfall der Haupt-Mastereinheit 1 einstellt,
schließt ähnlich wie
bei der in 1 dargestellten Datenübertragungsweg-Rekonfiguration
die an die Haupt-Mastereinheit 1 angrenzende Slaveeinheit 1 den
Port 0 zur Haupt-Mastereinheit 1. Weiterhin verbindet die
Slave-Kopplungseinrichtung 36 der
Slaveeinheit 1 den ersten Kommunikationspfad 41 mit
dem zweiten Kommunikationspfad 42.
-
Gleichzeitig
stellt die Master-Kopplungseinrichtung 230 der Ersatz-Mastereinheit 200 eine
Verbindung der zentralen Steuereinheit 24 mit der ersten Sendeeinheit
TX 22 und der ersten Empfangseinheit RX 21 her,
unterbricht die im Normalbetrieb vorhandene Verbindung zwischen
der ersten Empfangseinheit RX 21 und der zweiten Sendeeinheit
TX 26 und schließt
den dritten Anschluss 223 zum dritten Master-Kommunikationspfad 43.
-
Der
Sendebetrieb durch die Ersatz-Mastereinheit 200 erfolgt
dann analog dem in 1B dargestellten Sendebetrieb,
bei dem das Datenpaket ausgehend von der Ersatz-Mastereinheit 200 über den zweiten
Kommunikationspfad 42 bis zur an die Haupt-Mastereinheit 1 angrenzenden
Slaveeinheit 3 weitergeleitet und dann über den ersten Kommunikationspfad 41 auf
die Empfangseinheit RX 21 der Ersatz-Mastereinheit 200 rückgekoppelt
wird.
-
Ferner
besteht wie auch bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
die Möglichkeit,
dass nicht nur die an die Haupt-Mastereinheit 1 angrenzende erste
Slaveeinheit 3 eine Slave-Kopplungseinrichtung 36 zur
Ausführung
eines Fehlerbetriebs enthält, sondern
auch die übrigen
Slaveeinheiten 3, um gegebenenfalls einen zusätzlichen
Rekonfigurationsbetrieb bei Auftreten eines Streckenfehlers ausführen zu
können.
Es besteht dann wiederum die Möglichkeit,
dass die Datenübertragung
zweigeteilt durchgeführt
wird, wobei die Slaveeinheiten 3 auf der einen Seite bis
zur der an den Streckenfehler angrenzenden Slaveeinheit 3 über die
Haupt-Mastereinheit 1 mit Datenpaketen versorgt werden,
auf der bezogen auf den Streckenfehler anderen Datenübertragungsseite
dagegen die Ersatz-Mastereinheit 200 sendet und
empfängt.
Die Datenübertragung
wird also nicht nur beim Ausfall der Haupt-Mastereinheit, sondern auch
bei Auftreten eines Streckenfehlers durch Rekonfiguration der Datenübertragungswege
unter Einsatz beider Mastereinheiten aufrecht erhalten.
-
3 zeigt im Prinzipbild eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen fehlertoleranten
Master-Slave-Kommunikationssystems,
wobei 3A den Normalbetrieb und 3B einen
Rekonfigurationsbetrieb bei Ausfall der Haupt-Mastereinheit durchführt. Bei den Darstellungen
in den 3A und 3B sind
dabei wieder gleichartige Bauteile mit denselben Bezugszeichen wie
in 1 und 2 bezeichnet.
Das Kommunikationssystem weist eine Haupt-Mastereinheit 110 auf,
deren Empfangseinheit RX 12 über den zweiten Anschluss 112 mit
einem ersten Master-Kommunikationspfad 43 und deren Sendeeinheit
TX 11 über
den Anschluss 111 mit einem zweiten Master-Kommunikationspfad 44 verbunden
ist. Ferner ist eine zweite Sendeeinheit TX 16 und eine
zweite Empfangseinheit RX 15 vorgesehen. Die zweite Sendeeinheit
TX 16 ist über
einen dritten Anschluss 114 mit dem ersten Kommunikationspfad 41 verbunden.
Die zweite Empfangseinheit RX 15 ist über einen vierten Anschluss 113 mit
dem zweiten Kommunikationspfad 42 verbunden.
-
Zwischen
die erste Sendeeinheit TX 11, die erste Empfangseinheit
RX 12, die zweite Sendeeinheit TX 16 und die zweite
Empfangseinheit RX 15 und die Steuereinheit 13 der
Haupt-Mastereinheit 110 ist
eine Master-Kopplungseinrichtung 130 geschaltet, die Steuerleitungen 140 zwischen
der zentralen Steuereinheit 13 und den Sende- bzw. Empfangseinheiten
entsprechend dem jeweiligen Betriebsmodus, d.h. Normalbetrieb und
Rekonfigurationsbetrieb durchschaltet.
-
Eine
Ersatz-Mastereinheit 210 ist symmetrisch zur Hauptmastereinheit
aufgebaut und weist, wie bei der in 3 gezeigten
Ausführungsform
zwei Sendeeinheiten TX 22, TX 26 auf, die über den
ersten Anschluss 222 und den dritten Anschluss 223 mit dem
zweiten Kommunikationspfad 42 bzw. dem ersten Masterkommunikationspfad 43 verbunden
sind. Neben der Empfangseinheit RX 21, die über den zweiten
Anschluss 221 mit dem ersten Kommunikationspfad 41 verbunden
ist, ist eine weitere zweite Empfangseinheit RX 27 vorgesehen,
die über
einen vierten Anschluss 224 mit dem zweiten Master-Kommunikationspfad 44 ver bunden
ist. Zwischen die Steuereinheit 24 und den Sende- bzw.
Empfangseinheiten RX 21, TX 22, TX 26,
RX 27 ist in der Ersatz-Mastereinheit 210 eine
Master-Kopplungseinrichtung 231 geschaltet, die Steuerleitungen 251 zwischen
der zentralen Steuereinheit 24 und den Sende- bzw. Empfangseinheiten
entsprechend dem jeweiligen Betriebszustand d.h. Normalbetrieb und
Rekonfigurationsbetrieb durchschaltet.
-
Die
Slaveeinheiten sind dabei analog den in 1 und 2 gezeigten Slaveeinheiten aufgebaut, mit einem
Port 0 und einem Port 1, die jeweils eine Kombination aus einer
Sendeeinheit und einer Empfangseinheit aufweisen. Es kann dabei
jedoch in der der Haupt-Mastereinheit 110 benachbarten
Slaveeinheit 1 auf eine Kopplungseinrichtung, die im Port
0 die erste Empfangseinheit RX 31 und die zweite Sendeeinheit
TX 34 verbindet, verzichtet werden.
-
3A zeigt
den störungsfreien
Normalbetrieb im Master-Slave-Kommunikationssystem.
Die Richtung der Datenübertragung
ist dabei als Pfeil angezeigt, wobei die jeweils für die Datenübertragung genutzten
Leitungen und Übertragungswege
hervorgehoben sind. Beim störungsfreien
Normalbetrieb des Master-Slave-Kommunikationssystems wird ein von
der zentralen Steuereinheit 13 der Haupt-Mastereinheit 110 über die
Master-Kopplungseinrichtung 130 an
die erste Sendeeinheit TX 11 weitergeleitet, die das Datenpaket
auf den zweiten Master-Kommunikationspfad 44 ausgibt.
Das Telegramm wird dann von der an diesem zweiten Master-Kommunikationspfad 44 angeschlossenen
zweiten Empfangseinheit RX 27 der Ersatz-Mastereinheit 210 empfangen
und durch Kurzschlussschaltung der Steuerleitung 251 durch
die Master-Kopplungseinrichtung 321 auf die erste Sendeeinheit
TX 22 gekoppelt, die das Datenpaket über den zweiten Kommunikationspfad 42 auf die
daran angeschlossene Slaveeinheit N ausgibt.
-
Das
Datenpaket wird dann durch alle seriell am zweiten Kommunikationspfad 42 angeschlossenen
Salveeinheiten durchschleift und von der der Haupt-Mastereinheit 110 benachbarten
Slaveeinheit 1 auf die zweite Empfangseinheit RX 15 der Haupt-Mastereinheit 110 übertragen.
In der Haupt-Mastereinheit 110 schaltet im Normalbetrieb die
Master-Kopplungseinrichtung 130 die zweite Empfangseinheit
RX 15 auf die zweite Sendeeinheit TX 16 auf, die
das empfangene Datenpaket dann auf den ersten Kommunikationspfad 41 aufgibt.
Das Datenpaket durchläuft
dann wiederum alle seriell an diesen ersten Kommunikationspfad 41 angeordnete Slaveeinheiten,
wobei das Datenpaket im Durchlauf durch die jeweils im Datenpfad
angeordnete Verarbeitungseinrichtung 35 verarbeitet wird.
Von der letzten Slaveeinheit N wird das Datenpaket dann auf die erste
Empfangseinheit RX 21 der Ersatz-Mastereinheit 210 rückgekoppelt,
die über
die Master-Kopplungseinrichtung 231 mit der zweiten Sendeeinheit TX
26 kurzgeschaltet ist. Die zweite Sendeeinheit TX 26 sendet
das Datenpaket dann über
den ersten Master-Kommunikationspfad 43 zur ersten Empfangseinheit
RX 12 der Haupt-Mastereinheit 110 zurück, die
das Datenpaket zur Auswertung an die Steuereinheit 13 weiterleitet.
-
Bei
Ausfall der Hauptmastereinheit geht das Master-Slave-Kommunikationssystem
in den in 3B gezeigten Strecken-Fehlerbetrieb über. Die Master-Kopplungseinrichtung 231 in
der Ersatz-Mastereinheit 210 stellt einen Timeout bei der
Datenübertragung
von der Haupt-Mastereinheit 110 auf dem zweiten Master-Kommunikationspfad 44 fest,
hebt die Kurzschlüsse
zwischen der ersten Empfangseinheit RX 21 und der zweiten
Sendeeinheit TX 26 bzw. der zweiten Empfangseinheit RX 27 und
der ersten Sendeeinheit TX 22 auf. Die Steuereinheit 24 der
Ersatz-Mastereinheit 210 stellt das Öffnen der Kurzschlüsse fest
und beginnt automatisch mit dem Sendebetrieb, indem ein von der
zentralen Steuereinheit 24 erzeugtes Datenpaket über die
erste Sendeeinheit TX 22 und den zweiten Anschluss 222 auf
den zweiten Kommunikationspfad 42 ausgegeben wird. Das
Datenpaket durchläuft
dann die an den zweiten Kommunikationspfad 42 angeschlossenen
Slaveeinheiten und die Haupt-Mastereinheit
analog zum Normalbetrieb, wobei die Haupt- Mastereinheit den ersten und den zweiten
Kommunikationspfad über
die Kopplungseinrichtung 130 kurzschließt. Das anschließend auf
dem Rückweg über den
ersten Kommunikationspfad 41 durch die Slaveeinheiten verarbeitete
Datenpaket wird dann von der ersten Empfangseinheit RX 21 der
Ersatz-Mastereinheit 210 empfangen und an die Steuereinheit 24 zur
Auswertung weitergeleitet.
-
Mit
der in 3 gezeigten Ausführungsform besteht
die Möglichkeit,
die Haupt-Mastereinheit und die Ersatz-Mastereinheit identisch aufzubauen.
In der Haupt-Mastereinheit
kann alternativ aber auch auf die Kopplungseinrichtung und den zweiten
Port mit der zweiten Sendeeinheit TX 16 und der zweiten Empfangseinheit
RX 15 verzichten werden. In diesem Fall muss dann die Rückkopplung
des Datenpaketes vom zweiten Kommunikationspfad 42 auf
den ersten Kommunikationspfad 41 in der letzten Slaveeinheit 1 vor
der Master-Einheit über eine
zusätzliche
Kopplungseinrichtung 36, wie sie in den 1 und 2 gezeigten Slaveeinheit im Port 0 enthalten
ist, rückgekoppelt
werden.
-
Alternativ
besteht auch die Möglichkeit, dass,
wenn statt des Ausfalls der Haupt-Mastereinheit die Datenkommunikationsleitung
zwischen den Slaveeinheiten unterbrochen ist bzw. eine Slaveeinheit
ausgefallen ist und die Slaveeinheiten jeweils Kopplungseinrichtungen
zwischen dem ersten und dem zweiten Kommunikationspfad aufweisen,
die Datenübertragung
zweiteilig ausgeführt
wird, wobei die Slaveeinheiten auf der einen Seite des Streckenfehlers
von der Haupt-Mastereinheit 110 mit Datenpaketen versorgt
werden. Auf der bezogen auf den Streckenfehler anderen Datenübertragungsseite
dagegen überträgt die Ersatz-Mastereinheit 210 die
Datenpakete. Die Haupt-Mastereinheit 110 sendet
dabei über
die zweite Sendeeinheit TX 16 und empfängt über die zweite Empfangseinheit
RX 15, die entsprechend von der Kopplungseinrichtung 130 auf
die Steuereinheit 13 durchgeschaltet werden. In der Ersatz-Mastereinheit 210 sendet
die erste Sendeeinheit TX 22 und empfängt über die erste Empfangseinheit
RX 21, die von der Kopplungseinrichtung 231 hierfür mit der
zentralen Steuereinheit 24 verbunden werden. Mit der in 3 gezeigten Ausführungsform ist somit eine maximale
Fehlertoleranz im Master-Slave-Kommunikationssystem
möglich.