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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Bussystems eines Automatisierungssystems.
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Ein Feldbus ist ein Bussystem, das in einer Anlage Feldgeräte wie Messfühler (Sensoren) und Stellglieder (Aktoren) zwecks Kommunikation mit einem Automatisierungsgerät verbindet. Für die Kommunikation gibt es normierte Protokolle. Es sind viele unterschiedliche Feldbussysteme mit unterschiedlichen Eigenschaften am Markt etabliert. Seit 1999 werden Feldbusse in der Norm IEC 61158 (Digital data communication for measurement and control - Fieldbus for use in industrial control systems) standardisiert. Die aktuelle Generation der Feldbustechnik basiert auf Echtzeit-Ethernet. Bekannte Feldbusse sind beispielsweise EtherNet/IP, SERCOS III, PROFINET oder EtherCAT.
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Eine physikalische Schnittstelle PHY (engl. PHYsical Layer) ist eine Schaltung in der Computer- und Nachrichtentechnik, die für die Kodierung und Dekodierung von Daten zwischen einer rein digitalen Schaltung und einem modulierten analogen System, beispielsweise einer Übertragung über das Twisted-Pair-Kabel, zuständig ist. Eine physikalische Schnittstelle ist beispielsweise in einem Feldbusteilnehmer implementiert und dient zur Kommunikation über den Feldbus. Die physikalische Schnittstelle dient dabei dem digitalen Zugriff auf den moduliert betriebenen Kanal (Kabel).
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Aus der
EP 1 590 927 B1 ist ein Koppler für ein Netzwerk mit Ringtopologie und ein Netzwerk (Feldbus) bekannt, das auf Ethernet basiert. Falls sich die Übertragungsphysik des Ethernet-Netzwerkes von dem des ringförmigen Übertragungsweges unterscheidet, ist im Koppler eine Verarbeitungseinrichtung notwendig, um ein Ethernet-Telegramm von der Übertragungsphysik des Ethernet-Netzwerkes auf die des ringförmigen Übertragungsweges umzusetzen. Diese Verarbeitungseinheit ist zwischen der externen Schnittstelle und internen Schnittstelle des Kopplers angeordnet. Weiterhin können von der Verarbeitungseinheit notwendige Änderungen am Ethernet-Telegramm vorgenommen werden, um den Ethernet-Standard für auf dem Übertragungswege ausgegebene, modifizierte Ethernet-Telegramme zu garantieren, z. B. durch Vertauschung von Quell- und Zieladresse und Neuberechnung einer Ethernet-Checksumme.
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Aus der
EP 2 274 655 B1 ist ein Verfahren und ein Buskoppler zum Austauschen von Daten zwischen einem überlagerten und einem unterlagerten Netzwerk vorgesehen. Der Buskoppler weist eine externe Schnittstelle zur Anbindung an ein externes Netzwerk (überlagertes Bussystem) auf, auf dem netzwerkspezifische Telegramme übertragen werden können. Der Buskoppler weist eine interne Schnittstelle zur Anbindung einer Mehrzahl von Busteilnehmern in Reihe an einen ringförmigen Übertragungsweg eines unterlagerten Bussystems auf. Der Buskoppler weist eine Umsetzungseinrichtung auf, welche derart ausgebildet ist, dass sie ein über die externe Schnittstelle empfangenes netzwerkspezifisches Telegramm in ein internes Datentelegramm zur Übertragung über den ringförmigen Übertragungsweg umsetzen kann. Dabei enthält das Datentelegramm keine Steuerdaten des netzwerkspezifischen Telegramms. Die Umsetzungseinrichtung entfernt den in den Steuerdaten enthaltenen Ethernet-Header aus jedem empfangenen Ethernet-Telegramm und schreibt nur die im Datenfeld übertragenen Nutzdaten in ein Datenfeld des internen Datentelegramms. Die Ethernet-Telegramme werden in gleich lange interne Datentelegramme umgesetzt. Die Datentelegramme werden über die Sendeeinrichtung des Buskopplers dem unterlagerten Bussystem übergeben und über die Busteilnehmer wieder zurück zur Empfangseinrichtung des Kopplers übertragen.
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Aus der
US 2014/0369179 A1 ist eine Datenvermittlungseinrichtung bekannt, welche dazu eingerichtet ist, eine von einem Quellknoten eines ersten Netzwerks an ein zweites Netzwerk gesendete Nachricht auf einem Pfad, über den die Nachricht in einem Netzwerksystem übermittelt wird, an einen Zielknoten zu vermitteln. Das Netzwerksystem ist mit einer Mehrzahl von Arten von Netzwerken aufgebaut, welche unterschiedliche Protokolle haben. Die Datenvermittlungseinrichtung weist einen ersten Port, an den das erste Netzwerk verbunden ist, und einen zweiten Port, an den das zweite Netzwerk verbunden ist, auf.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, das mehr Flexibilität aufweist. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
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Demzufolge ist ein Verfahren zum Betrieb eines Bussystems eines Automatisierungssystems vorgesehen. Das Bussystem weist ein Ethernet-basiertes Netzwerk und einen Koppler und einen Lokalbus und einen Lokalbusteilnehmer auf. Das Automatisierungssystem dient zur Steuerung eines Prozesses. Das Automatisierungssystem weist beispielsweise eine SPS (Speicher-Programmierbare Steuerung, engl. PLC - Programmable Logic Controller) auf. Die SPS ist vorteilhafterweise über das Ethernet-basierte Netzwerk (Feldbus) mit einer Vielzahl von Geräten zur Steuerung des Prozesses verbunden. Der Koppler verbindet das Ethernet-basierte Netzwerk mit dem Lokalbus.
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In einem Schritt des Verfahrens wird ein Ethernet-Telegramm über das Ethernet-basierte Netzwerk an dem Koppler empfangen. Das Ethernet-Telegramm weist eine Kennung auf, die einem Feldbusprotokoll zugeordnet ist. Das Ethernet-Telegramm weist zum Feldbusprotokoll konforme Prozessdaten für den Lokalbusteilnehmer auf. Prozessdaten sind dabei Daten, die einem Prozess zugehörig sind, der durch das Automatisierungssystem gesteuert wird. Die Prozessdaten sind dabei vorteilhafterweise zumindest ein Teil der Nutzdaten, die in einem Nutzdatenbereich (engl. Payload) des Ethernet-Telegramms übertragen werden. Die Prozessdaten sind dabei vorteilhafterweise innerhalb eines Feldbusdatenpakets gemäß dem Feldbusprotokoll eingebettet. Das Feldbusprotokoll gibt dabei das Format der Prozessdaten, beispielweise deren Position innerhalb des Feldbusdatenpakets vor.
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Ein Ethernet-Telegramm ist dabei im Sinne von mindestens einem Ethernet-Telegramm zu verstehen, so dass der Koppler ein oder nacheinander mehrere Ethernet-Telegramme empfangen kann. Eine Kennung ist dabei im Sinne von mindestens einer Kennung zu verstehen, sodass an dem Koppler genau eine oder mehrere Kennungen in unterschiedlichen Ethernet-Telegrammen empfangen werden können.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden die Prozessdaten und die Kennung aus dem Ethernet-Telegramm durch den Koppler erfasst. Die Kennung wird dabei aus einem Kopf / Header des Ethernet-Telegramms erfasst. Die Kennung ist somit Bestandteil der Steuerdaten des Ethernet-Telegramms. Die Prozessdaten werden durch den Koppler aus einem Nutzdatenbereich des Ethernet-Telegramms erfasst. Der Nutzdatenbereich wird auch als Payload bezeichnet. Die empfangenen Prozessdaten sind vorzugsweise einem oder mehreren Lokalbusteilnehmern zugeordnet. Entsprechend sollen die empfangenen Prozessdaten an Lokalbusteilnehmer über den Lokalbus weitergeleitet werden. Das Erfassen der Kennung und/oder der Prozessdaten erfolgt beispielsweise indem das Ethernet-Telegramm in seine Datenbereiche zerlegt wird und die benötigen Datenbereiche kopiert werden.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird ein Lokalbustelegramm durch den Koppler erzeugt. Dabei weist das Lokalbustelegramm einen lokalbusspezifischen Lokalbus-Kopf und einen Lokalbus-Nutzdatenbereich auf. Ein Lokalbustelegramm ist dabei im Sinne von mindestens einem Lokalbustelegramm zu verstehen, so dass der Koppler ein oder vorzugsweise nacheinander mehrere Lokalbustelegramme erzeugen kann. Vorteilhafterweise unterscheidet sich ein mit dem Lokalbustelegramm verwendetes Lokalbusprotokoll von jedem auf dem Ethernet-basieren Netzwerk verwendeten Feldbusprotokoll. Vorzugsweise ist das Lokalbustelegramm kürzer als das Ethernet-Telegramm. Dabei ist der Lokalbus nicht Ethernet-basiert.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden durch den Koppler die Prozessdaten zusammen mit der Kennung in das Lokalbustelegramm eingefügt. Vorzugsweise werden die Prozessdaten in den Lokalbus-Nutzdatenbereich des Lokalbustelegramms eingefügt. Die Kennung wird vorteilhafterweise in den Lokalbus-Nutzdatenbereich oder in den Lokalbus-Kopf desselben Lokalbustelegramms eingefügt.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird das Lokalbustelegramm von dem Koppler an einen Lokalbusteilnehmer über den Lokalbus übertragen. Ein Lokalbusteilnehmer ist dabei im Sinne von mindestens einem Lokalbusteilnehmer zu verstehen, so dass der Koppler mit genau einem oder mehreren Lokalbusteilnehmern über den Lokalbus verbunden sein kann. Sind mehrere Lokalbusteilnehmer mit dem Lokalbus verbunden, wird das zumindest eine Lokalbustelegramm vorteilhafterweise an jeden übertragungs-aktiven Lokalbusteilnehmer übertragen. Bei einer ringförmigen Struktur des Lokalbusses wird das Lokalbustelegramm vorzugsweise nacheinander an jeden übertragungs-aktiven Lokalbusteilnehmer in der Ringstruktur übertragen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Kennung des übertragenen Lokalbustelegramms durch den Lokalbusteilnehmer ausgewertet. Sind mehrere Lokalbusteilnehmer am Lokalbus angeschlossen, wird vorteilhafterweise die Kennung im Lokalbustelegramm an jeden übertragungs-aktiven Lokalbusteilnehmer übertragen und von jedem übertragungs-aktiven Lokalbusteilnehmer ausgewertet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Prozessdaten durch den Lokalbusteilnehmer verwendet, wenn die Kennung mit einer zum Lokalbusteilnehmer gespeicherten Vergleichskennung übereinstimmt. Vorteilhafterweise werden die Prozessdaten verworfen, wenn die Kennung mit keiner zum Lokalbusteilnehmer gespeicherten Vergleichskennung übereinstimmt. Vorteilhafterweise hat die gespeicherte Vergleichskennung dasselbe Format wie die Kennung, so dass ein bitweiser Vergleich durchgeführt werden kann. Alternativ zu einer externen Speicherung ist die Vergleichskennung vorzugsweise im Lokalbusteilnehmer selbst - beispielsweise in einem Halbleiterspeicher - gespeichert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Kennung des übertragenen Lokalbustelegramms durch den Lokalbusteilnehmer ausgewertet. Dabei werden die Prozessdaten mittels einer ersten Auswertungsvorschrift durch den Lokalbusteilnehmer verwendet, wenn die Kennung mit einer zum Lokalbusteilnehmer gespeicherten ersten Vergleichskennung übereinstimmt. Hingegen werden die Prozessdaten mittels einer zweiten Auswertungsvorschrift durch den Lokalbusteilnehmer verwendet, wenn die Kennung mit einer zum Lokalbusteilnehmer gespeicherten zweiten Vergleichskennung übereinstimmt. Vorzugsweise sind die erste Vergleichskennung und die zweite Vergleichskennung unterschiedlich. Vorzugsweise sind die erste Auswertungsvorschrift und die zweite Auswertungsvorschrift unterschiedlich. Jede Auswertungsvorschrift ist dabei einer Funktion des Lokalbusteilnehmers zugehörig. Beispielsweise kann mittels der Auswertungsvorschrift ein Ausgang des Lokalbusteilnehmers basierend auf den Prozessdaten angesteuert werden, um beispielsweise einen Aktor für den Prozess zu steuern.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Kennung des empfangenen Ethernet-Telegramms durch den Koppler ausgewertet. Vorteilhafterweise wird die Kennung durch den Koppler geändert, insbesondere komprimiert. Zur Komprimierung wird vorteilhafterweise die Bitanzahl der Kennung verkürzt. Werden in einem Ethernet-basierten Netzwerk beispielsweise vier Feldbusprotokolle verwendet, können die zugehörigen vier Ethernet-Type-Werte mit jeweils sechszehn Bit auf zwei Bit abgebildet werden. Vorteilhafterweise wird die Kennung in geänderter, insbesondere komprimierter Form zusammen mit den Prozessdaten in das Lokalbustelegramm durch den Koppler eingefügt. Vorzugsweise ist durch die Änderung nur das Format der Kennung, nicht jedoch Informationsinhalt der Kennung geändert.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung werden durch den Koppler weitere Prozessdaten zusätzlich zu den über das Ethernet-basierte Netzwerk empfangene Prozessdaten erzeugt. Vorteilhafterweise erzeugt der Koppler zudem die Kennung, die in diesem Fall zu den erzeugten Prozessdaten zugehörig ist. Vorteilhafterweise wird durch den Koppler ein weiteres Lokalbustelegramm erzeugt. Vorteilhafterweise werden die weiteren Prozessdaten zusammen mit der Kennung in das weitere Lokalbustelegramm durch den Koppler eingefügt. Vorteilhafterweise wird das weitere Lokalbustelegramms von dem Koppler an den Lokalbusteilnehmer übertragen. Bevorzugt wird das weitere Lokalbustelegramm dann übertragen, wenn kein Lokalbustelegramm mit aus dem Ethernet-Telegramm erfassten Prozessdaten vorliegt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird das weitere Lokalbustelegramm durch den Lokalbusteilnehmer empfangen. Vorteilhafterweise wird nach dem Empfang die Kennung durch den Lokalbusteilnehmer ausgewertet. Vorteilhafterweise werden die weiteren Prozessdaten mittels einer weiteren Auswertungsvorschrift durch den Lokalbusteilnehmer ausgewertet, wenn die Kennung mit einer zum Lokalbusteilnehmer gespeicherten weiteren Vergleichskennung übereinstimmt. Dabei unterscheidet sich die weitere Auswertungsvorschrift von jeder feldbusspezifischen Auswertungsvorschrift. Ebenfalls unterscheidet sich dabei die weitere Vergleichskennung von jeder feldbusspezifischen Vergleichskennung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird beim Einfügen der Kennung in das Lokalbustelegramm durch den Koppler, die Kennung den Prozessdaten im Lokalbustelegramm vorangestellt. Vorzugsweise wird die Kennung den Prozessdaten unmittelbar angrenzend vorangestellt. Dies ermöglicht die Prozessdaten ohne Zwischenspeicherung bereits beim Eingang der Prozessdaten mit der richtigen Auswertungsvorschrift zu nutzen.
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Vorteilhafterweise werden die Prozessdaten in den Lokalbus-Nutzdatenbereich. des Lokalbustelegramms eingefügt. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Kennung ebenfalls in den Lokalbus-Nutzdatenbereich des Lokalbustelegramms durch den Koppler eingefügt. Zwar ist es grundsätzlich möglich, die Kennung dabei den Prozessdaten im Lokalbus-Nutzdatenbereich nachfolgend einzufügen, bevorzugt wird die Kennung dabei den Prozessdaten im Lokalbus-Nutzdatenbereich vorangestellt eingefügt. Gemäß einer anderen Weiterbildung werden die Prozessdaten in den Lokalbus-Nutzdatenbereich eingefügt und die Kennung wird in den lokalbusspezifischen Lokalbus-Kopf des Lokalbustelegramms durch den Koppler eingefügt. Hierdurch kann der Lokalbus-Kopf des Lokalbustelegramms besser ausgenutzt werden.
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Ein Aspekt der Erfindung ist zudem ein Bussystem für ein Automatisierungssystem. Das Bussystem weist ein Ethernet-basiertes Netzwerk und einen Koppler und einen Lokalbus und einen Lokalbusteilnehmer auf. Der Koppler ist eingerichtet,
- - ein Ethernet-Telegramm über das Ethernet-basierte Netzwerk zu empfangen, wobei das Ethernet-Telegramm eine Kennung aufweist, die einem Feldbusprotokoll zugeordnet ist, wobei das Ethernet-Telegramm zum Feldbusprotokoll konforme Prozessdaten für den Lokalbusteilnehmer aufweist,
- - die Prozessdaten und die Kennung aus dem Ethernet-Telegramm zu erfassen,
- - ein Lokalbustelegramm zu erzeugen, wobei das Lokalbustelegramm einen lokalbusspezifischen Lokalbus-Kopf und einen Lokalbus-Nutzdatenbereich aufweist,
- - die Prozessdaten zusammen mit der Kennung in das Lokalbustelegramm einzufügen, und
- - das Lokalbustelegramm an den Lokalbusteilnehmer zu übertragen.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die zuvor erläuterten Weiterbildungen beschränkt. So können die erläuterten Merkmale oder Teilmerkmale auch in anderer Zusammenstellung kombiniert werden. Mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Figurenbeschreibung erläutert. Dabei zeigen
- 1 einen schematischen Blockschaltplan eines Ausführungsbeispiels eines Automatisierungssystems mit einem Koppler;
- 2 eine schematische Liste mit einer Kennung;
- 3 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels mit einem Ethernet-Telegramm und einem Lokalbus-Telegramm;
- 4 ein schematisches Diagramm eines anderen Ausführungsbeispiels mit einem Ethernet-Telegramm und einem Lokalbus-Telegramm; und
- 5 ein schematisches Flussdiagramm.
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1 zeigt einen schematischen Blockschaltplan eines Automatisierungssystems 50. Das Automatisierungssystem 50 weist ein Ethernet-basiertes Netzwerk 20 als Feldbus auf, an dem ein Koppler 40 angeschlossen ist. Das Ethernet-basierte Netzwerk 20 kann beispielsweise als EtherCAT-Feldbus oder PROFINET-Feldbus ausgebildet sein. Als physikalisches Übertragungsmedium kann ein Twisted-Pair-Kabel mit RJ45-Steckern/Buchsen dienen. Für einen geringen Verkabelungsaufwand sind die am Ethernet-basierten Netzwerk 20 angeschlossenen Geräte 21, 40, 22, 23 vorzugsweise in Linie geschaltet. Das Ethernet-basierte Netzwerk 20 kann jedoch auch jede andere geeignete Topologie aufweisen. Das Ethernet-basierte Netzwerk 20 ist ausgebildet, Ethernet-Telegramme zu übertragen für eine Kommunikation von Teilnehmern 40, 21, 22, 23 untereinander. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist eine SPS 21 mit dem Ethernet-basierten Netzwerk 20 verbunden, wobei die SPS 21 mit den Knoten 40, 22, 23 im Automatisierungssystem 50 über das Ethernet-basierte Netzwerk 20 kommuniziert. Die SPS 21 kann beispielsweise als Leitstelle ausgebildet sein.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist ein Koppler 40 dargestellt, der an das Ethernet-basierte Netzwerk 20 und an einen Lokalbus 30 angeschlossen ist. Unter einem Lokalbus 30 ist dabei ein Bus zu verstehen, der vom Ethernet-basierten Netzwerk 20 getrennt ist. Der Lokalbus 30 weist im Ausführungsbeispiel der 1 eine vom Ethernet-basierten Netzwerk 20 verschiedene Übertragungsart auf. Im Ausführungsbeispiel der 1 unterscheiden sich die auf dem Ethernet-basierten Netzwerk 20 und dem Lokalbus 30 verwendeten Protokolle. Ebenfalls können sich die Übertragungsphysik des Ethernet-basierten Netzwerks 20 und die des Lokalbusses 30 unterscheiden. Im Ausführungsbeispiel der 1 kommunizieren die Geräte 21, 22, 23 mit Lokalbus-Teilnehmern 31, 32, 33, 34 ausschließlich über den Koppler 40. Der Koppler 40 kann auch als Buskoppler bezeichnet werden. Die Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 können dabei voneinander und vom Koppler 40 örtlich entfernt angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 jedoch in unmittelbarer Nähe zum Koppler 40 angeordnet. Bevorzugt weisen die Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 eine mechanische Befestigung auf, zur Fixierung aneinander und insbesondere am Koppler 40. So kann eine kompakte Einheit erzeugt werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 weisen die Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 eine geringe Bandbreite auf, so dass nur wenige Daten geschrieben oder gelesen werden. Daher wird für die Daten der Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 ein gemeinsames Ethernet-Telegramm genutzt, das die Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 mit Prozessdaten versorgt. Der Koppler 40 weist eine Netzwerk-Schnittstelle 42 zum Anschluss an das Ethernet-basierte Netzwerk 20 auf. Über die Netzwerk-Schnittstelle 42 ist ein Ethernet-Telegramm mit Prozessdaten des Prozesses empfangbar. Weiterhin weist der Koppler 40 eine Lokalbus-Schnittstelle 43 zum Anschluss an den Lokalbus 30 auf. Über die Lokalbus-Schnittstelle 43 ist ein Lokalbus-Telegramm übertragbar. Der Koppler 40 wirkt also als Bindeglied zwischen dem Ethernet-basierten Netzwerk 20 und dem Lokalbus 30. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Koppler 40 im Lokalbussystem als Master (Meister) eingerichtet und die anderen Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 sind als Slaves (Sklaven) ausgebildet.
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In der Ausbildung des Ausführungsbeispiels der 1 kann das Ethernet-basierte Netzwerk 20 auch als übergeordneter Bus oder überlagerter Bus und der Lokalbus 30 als untergeordneter oder unterlagerter Bus bezeichnet werden. Vorteilhafterweise ist der Lokalbus 30 als logische Ringbusstruktur ausgebildet, wobei ein Lokalbus-Telegramm die Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 der Reihe nach in Abwärtsrichtung (Downstream) und/oder in Aufwärtsrichtung (Upstream) durchläuft und anschließend zum Koppler 40 zurückgelangt.
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Die Netzwerk-Schnittstelle 42 des Kopplers 10 weist Kontakte, im Ausführungsbeispiel der 1, beispielsweise eine Buchse zum Anschluss an das Ethernet-basierte Netzwerk 20, auf. Zudem kann die Netzwerk-Schnittstelle 42 eine Schnittstellenschaltung (z. B. Transceiver TRX - nicht dargestellt) zur Kommunikation aufweisen. Die Lokalbus-Schnittstelle 43 des Kopplers 40 weist Kontakte zum Anschluss an den Lokalbus 30 auf. Zudem weist die Lokalbus-Schnittstelle 43 im Ausführungsbeispiel der 1 eine Schnittstellenschaltung - nicht dargestellt - zum Senden und zum Empfangen von Lokalbus-Telegrammen über den Lokalbus 30 auf. Aufgrund der im Ausführungsbeispiel der 1 unterschiedlichen Übertragungsphysik des Ethernet-basierten Netzwerks 20 und des Lokalbusses 30, ist der Koppler 40 vorzugsweise eingerichtet, das Ethernet-Telegramm von der Übertragungsphysik des Ethernet-basierten Netzwerks 20 auf die Übertragungsphysik des Lokalbusses 30 umzusetzen. Die Lokalbus-Schnittstelle 43 weist in dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Anschlussmechanik, z. B. in Form von metallischen Kontakten auf.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 können über das Ethernet-Netzwerk 20 Ethernet-Telegramm übertragen werden, wobei in unterschiedlichen Nutzdatenbereichen / Payloads mehrerer Ethernet-Telegramme Feldbuspakete mit unterschiedlichem Protokoll, beispielweise für PROFINET oder EtherCAT enthalten sein können. Der Koppler 40 ist im Ausführungsbeispiel der 1 eingerichtet, Prozessdaten für unterschiedliche Feldbus-Protokolle auf dem Lokalbus 30 zu übertragen.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist der Koppler 40 eingerichtet, ein Ethernet-Telegramm über das Ethernet-basierte Netzwerk 20 zu empfangen. Das Ethernet-Telegramm weist eine Kennung auf. Die Kennung ist einem Feldbusprotokoll zugeordnet. Das Ethernet-Telegramm weist zum Feldbusprotokoll konforme Prozessdaten für den Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 auf. Der Koppler ist eingerichtet, die Prozessdaten und die Kennung aus dem Ethernet-Telegramm zu erfassen. Zudem ist der Koppler 40 Ausführungsbeispiel der 1 eingerichtet, ein Lokalbustelegramm zu erzeugen, wobei das Lokalbustelegramm einen lokalbusspezifischen Lokalbus-Kopf und einen Lokalbus-Nutzdatenbereich aufweist. Vorteilhafterweise ist der Koppler 40 eingerichtet, über die Lokalbus-Schnittstelle 43 die Prozessdaten des Prozesses an einen oder an mehrere an den Lokalbus 30 angeschlossenen Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 zu senden und/oder Prozessdaten von zumindest einem Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 zu empfangen. Der Koppler 40 ist weiterhin eingerichtet, die Prozessdaten zusammen mit der Kennung in das Lokalbustelegramm einzufügen und das Lokalbustelegramm mit Prozessdaten und Kennung an den oder die Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 zu übertragen. Zur Durchführung der zuvor erläuterten Funktionen weist der Koppler 40 vorzugsweise eine elektrische Schaltung - nicht dargestellt - auf.
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In 2 ist eine Liste mit einer Kennung ET und zugehörigen Feldbusprotokoll P gemäß einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Beispielsweise ist zur Kennung ET der EtherType mit dem Wert 0x88A4 dargestellt. Um eine Bitanzahl für die Kennung ET zu verringern, ist im Ausführungsbeispiel der 2 zusätzlich die Kennung ET' nach einer Änderung dargestellt. Im Ausführungsbeispiel der 2 weist die geänderte Kennung ET nur noch vier Bit gegenüber dem EtherType mit sechszehn Bit auf. Mit der Komprimierung auf die vier Bit Kennung ET können immer noch sechszehn mögliche Feldbusprotokolle P unterschieden werden. Dem Fachmann ist bewusst, dass abhängig von der Anzahl der verwendeten Feldbusprotokolle P auch die Kennung ET so komprimiert werden kann, dass lediglich ein oder zwei Bit als Kennung ET über den Lokalbus 30 übertragen werden müssen.
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In 3 ist ein schematisches Diagramm dargestellt, das ein Ethernet-Telegramm 25 und ein Lokalbus-Telegramm 35 schematisch zeigt. Das Ethernet-Telegramm 25 des Ausführungsbeispiels der 3 weist einen Kopf (Header) H, einen Nutzdatenbereich (Payload) 2.5 mit Prozessdaten PD und einen Trailer 2.6 auf. Der Trailer 2.6 kann beispielweise Prüfwerte (CRC) beinhalten. Die empfangenen Prozessdaten PD sind individuelle Daten für eine Mehrzahl der Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 (gezeigt u.a. im Ausführungsbeispiel der 1). Der Kopf H des Ethernet-Telegramms 25 weist Steuerdaten CD und beispielsweise ein Feld 2.1 für eine Präambel auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der 3 ist die Präambel 2.1 acht Byte lang. Für die Steuerdaten CD sind im Ausführungsbeispiel der 3 mehrere Felder, die sogenannte Destination MAC 2.2, die sogenannte Source MAC 2.3 und der EtherType 2.4 im Ethernet-Telegramm 25 vorgesehen. Der EtherType ist eine Kennung ET, die in einem Automatisierungssystem 50 wie in 2 erläutert einem Feldbusprotokoll P zugeordnet ist. Die Kennung ET ist ein 2 Byte langer Typ des Ethernet-Telegramms - EtherType.
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Die für die Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 bestimmten Prozessdaten PD werden dem Ethernet-Telegramm 25 durch den Koppler 40 entnommen. Die entnommenen Prozessdaten PD werden dann geändert oder ungeändert in das Lokalbus-Telegramm 35 eingefügt. Der Koppler ist zudem zum Erfassen der Kennung ET aus dem einem Nutzdatenbereich 2.5 vorangestellten Kopf/Header H des Ethernet-Telegramms 25 eingerichtet.
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In 3 ist ebenfalls ein Lokalbus-Telegramm 35 schematisch dargestellt. Das Lokalbus-Telegramm 35 weist einen Lokalbus-Kopf (Header) 3.1 und einen lokalbusspezifischen Lokalbus-Nutzdatenbereich (Payload) 3.5 und einen Trailer 3.6 auf. Der Trailer 3.6 kann beispielweise einen Prüfwert (CRC) beinhalten. Die Prozessdaten PD werden in den Nutzdatenbereich 3.5 des Lokalbus-Telegramms 35 eingefügt. Jeder Lokalbus-Teilnehmer 31, 32, 33, 34 ist eingerichtet, die ihm zugeordneten individuellen (Prozess-)Daten aus dem Lokalbus-Telegramm 35 zu entnehmen (Summenrahmenprotokoll).
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In der Darstellung der 3 sind unterschiedliche Varianten dargestellt, wie die Kennung ET, ET, ET" in das Lokalbus-Telegramm 35 eingefügt wird. Dies wird durch die Funktionen der Zuordnungstabelle (engl. LUT - Look Up Table) und des Multiplexers MUX schematisch dargestellt. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Kennung ET aus dem Ethernet-Telegramm 25 erfasst und unverändert als Kennung ET in den Kopf 3.1 des Lokalbus-Telegramms 35 eingefügt. In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Kennung ET aus dem Ethernet-Telegramm 25 erfasst und unverändert als Kennung ET in den Nutzdatenbereich 3.5 des Lokalbus-Telegramms 35 eingefügt. In einem dritten Ausführungsbeispiel wird die Kennung ET aus dem Ethernet-Telegramm 25 erfasst und mittels der Zuordnungstabelle LUT geändert, beispielsweise umformatiert und als geänderte Kennung ET' in den Kopf 3.1 des Lokalbus-Telegramms 35 eingefügt. In einem vierten Ausführungsbeispiel wird die Kennung ET aus dem Ethernet-Telegramm 25 erfasst und mittels der Zuordnungstabelle LUT geändert, beispielsweise komprimiert und als geänderte Kennung ET in den Nutzdatenbereich 3.5 des Lokalbus-Telegramms 35 eingefügt. In einem fünften Ausführungsbeispiel wird die Kennung ET" durch den Koppler selbst erzeugt, wobei die erzeugte Kennung ET" zum vom Koppler 40 erzeugten Prozessdaten - nicht dargestellt - zugehörig ist. Die vom Koppler 40 erzeugte Kennung ET" wird in den Kopf 3.1 des Lokalbus-Telegramms 35 eingefügt. In einem sechsten Ausführungsbeispiel wird die vom Koppler 40 erzeugte Kennung ET" in den Nutzdatenbereich 3.5 des Lokalbustelegramms 35 eingefügt. Dem Fachmann ist bewusst, dass auch deutlich komplexere Lokalbus-Telegramme 35 vorgesehen sein können.
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In 4 ist eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt. Dargestellt sind ein Ethernet-Telegramm 25 und zwei Lokalbus-Telegramme 35, 35'. Dabei wurde eins der Lokalbustelegramme 35 basierend auf dem Ethernet-Telegramm 25 erzeugt, hingegen wurde das andere Lokalbustelegramm 35' von dem Koppler 40, jedoch unabhängig vom Ethernet-Telegramm 25 erzeugt. Unterhalb der gestrichelt dargestellten Linie werden die Funktionen von einem Lokalbusteilnehmer 31 schematisch dargestellt, wobei der Lokalbusteilnehmer 31 beide Lokalbustelegramme 35, 35' nacheinander empfängt. Mittels einer Auswertungsfunktion wird die jeweilige Kennung ET', ET" des jeweiligen Lokalbus-Telegramms 35, 35' ausgewertet. Es ist dem Fachmann natürlich klar, dass in einem Lokalbus 30 darüber hinaus eine Vielzahl weiterer Lokalbus-Telegramme - nicht dargestellt - übertragen werden können.
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Der Lokalbusteilnehmer 31 ist eingerichtet, das Lokalbustelegramm 35 und das weitere Lokalbustelegramm 35' über den Lokalbus 30 zu empfangen. Der Lokalbusteilnehmer 31 des Ausführungsbeispiels der 4 ist eingerichtet, die jeweilige Kennung ET', ET" des Lokalbustelegramms 35 und des weiteren Lokalbustelegramms 35' auszuwerten. Um die Prozessdaten PD und weiteren Prozessdaten PD' auszuwerten führt der Lokalbusteilnehmer eine Fallunterscheidung aus:
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Der Lokalbusteilnehmer 31 ist eingerichtet, die Prozessdaten PD mittels einer ersten Auswertungsvorschrift A1 zu verwenden, wenn die Kennung ET' mit einer zum Lokalbusteilnehmer 31 gespeicherten ersten Vergleichskennung - nicht dargestellt - übereinstimmt. Mittels der ersten Auswertungsvorschrift werden die Prozessdaten beispielsweise verwendet, um einen Aktor innerhalb des Gesamtprozesses prozesskonform anzusteuern.
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Der Lokalbusteilnehmer 31 ist eingerichtet, die weiteren Prozessdaten PD' mittels einer weiteren Auswertungsvorschrift An zu verwenden, wenn die Kennung ET" mit einer zum Lokalbusteilnehmer 31 gespeicherten weiteren Vergleichskennung - nicht dargestellt - übereinstimmt. Mittels der weiteren Auswertungsvorschrift werden die weiteren Prozessdaten beispielsweise verwendet, um einen Aktor außerhalb des Gesamtprozesses in einem Testmodus anzusteuern.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 ist zudem dargestellt, dass eine zweite Auswertungsvorschrift A2, z. B. für Prozessdaten eines anderen Feldbusprotokolls vorgesehen ist. Dem Fachmann ist bewusst, dass es in Anblick von einer größeren Anzahl von genutzten Feldbusprotokollen auch eine an die Bedürfnisse des Automatisierungssystems 50 angepasste Anzahl von Auswertungsvorschriften A1, A2, An, usw. vorgesehen sein können. In 4 ist dies entsprechend angedeutet. Dabei unterscheiden sich die erste, zweite und jede weitere Auswertungsvorschrift A1, A2, An untereinander. Ebenso sind die Vergleichskennungen unterschiedlich.
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In 5 ist ein Ablauf eines Verfahrens eines Ausführungsbeispiels der Erfindung als Flussdiagramm schematisch dargestellt. Dem Fachmann ist dabei bewusst, dass in das Flussdiagramm noch weitere Schritte eingefügt werden können oder Schritte zusammengefasst oder Schritte weggelassen werden können, wenn diese Schritte für das Automatisierungssystem nicht erforderlich sind.
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In einem ersten Schritt 1 wird ein Ethernet-Telegramm 25 über ein Ethernet-basiertes Netzwerk 20 an einem Koppler 40 empfangen. Im folgenden Schritt 2 werden aus dem Ethernet-Telegramm 25 Prozessdaten PD und eine Kennung erfasst. Entsprechend weist das Ethernet-Telegramm 25 die Kennung ET auf. Die Kennung ET ist einem Feldbusprotokoll P zugeordnet. Das Ethernet-Telegramm 25 weist die Prozessdaten PD für einen oder mehrere Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 auf. Dabei sind die Prozessdaten PD zum Feldbusprotokoll P konform. In einem nachfolgenden Schritt 3 kann die Kennung beispielsweise ausgewertet werden, um beispielsweise Funktionen des Kopplers 40 zu steuern.
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In einem nachfolgenden Schritt 4 ist es möglich, das Format der Kennung ET zu ändern. Beispielsweise kann die Kennung in ein zum Lokalbusprotokoll konformes Format geändert werden. Auch ist es möglich, die Kennung ET zu komprimieren. In einem nachfolgenden Schritt 5 wird ein Lokalbustelegramm 35 durch den Koppler 40 erzeugt. Das Lokalbustelegramm 35 kann entsprechend einem Lokalbusprotokoll einen lokalbusspezifischen Lokalbus-Kopf 3.1 und einen Lokalbus-Nutzdatenbereich 3.5 aufweisen. In einem nachfolgenden Schritt 6 werden die Prozessdaten PD zusammen mit der Kennung ET, ET', ET" in das Lokalbustelegramm 35 durch den Koppler 40 eingefügt und im nachfolgenden Schritt 7 vom Koppler 40 über den Lokalbus 3,0 an einen oder mehrere Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 übertragen.
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In einem nachfolgenden Schritt 8 wird die über den Lokalbus 30 übertragene Kennung ET, ET, ET" vom Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 aus dem Lokalbustelegramm 35 eingelesen. In den nachfolgenden Schritten 9, 11, 13 vergleicht der Lokalbusteilnehmer 31, 32, 33, 34 die Kennung mit einer oder mehreren Vergleichskennungen CP1, CP2, CPn. Im positiven Vergleichsfall wird die zugehörige Auswertungsvorschrift A1, A2, An in einem der nachfolgenden Schritte 10, 12 oder 14 durchgeführt, um die empfangenen Prozessdaten PD zu verarbeiten. Im negativen Vergleichsfall wird der Ablauf im Schritt 15 beendet. Dem Fachmann ist bewusst, dass für die gleiche Funktionalität der Ablauf des Ausführungsbeispiels der 5 geändert, ergänzt, gekürzt oder modifiziert werden kann, beispielweise können die Vergleiche der Schritte 9, 11 und 13 auch zeitgleich durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
- Verfahrensschritt
- 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6
- Bereich des Ethernet-Telegramms
- 3.1, 3.5, 3.6
- Bereich des Lokalbus-Telegramms
- 20
- Ethernet-basiertes Netzwerk, Feldbus
- 21, 22, 23
- Ethernet-Netzwerk-Teilnehmer, Knoten
- 25
- Ethernet-Telegramm
- 30
- Lokalbus
- 31, 32, 33, 34
- Lokalbusteilnehmer
- 35
- Lokalbus-Telegramm
- 40
- Koppler, Buskoppler
- 42
- Netzwerk-Schnittstelle
- 43
- Lokalbus-Schnittstelle
- A1, A2, An
- Auswertungsvorschrift
- CP1, CP2, CPn
- Vergleichskennung
- H
- Header, Kopf
- LUT
- Zuordnungstabelle
- MUX
- Multiplexer
- CD
- Steuerdaten
- ET, ET', ET"
- Kennung
- P
- Feldbusprotokoll
- PD, PD'
- Prozessdaten