DE19906695A1 - Automatic decentralization of programs in control devices and distribution of intelligence involves replacing existing computer system with decentrally organized computer system - Google Patents

Automatic decentralization of programs in control devices and distribution of intelligence involves replacing existing computer system with decentrally organized computer system

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DE19906695A1 DE1999106695 DE19906695A DE19906695A1 DE 19906695 A1 DE19906695 A1 DE 19906695A1 DE 1999106695 DE1999106695 DE 1999106695 DE 19906695 A DE19906695 A DE 19906695A DE 19906695 A1 DE19906695 A1 DE 19906695A1
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Abstract

The method involves replacing an existing computer system with distributed units by a decentrally organized computer system and converting the corresponding process program for the functions of the computer system for controlling or regulating a machine into parallel structures (2-6). Program parts (9-12) are sorted according to logical and arithmetic combinations using the physical associations of the outputs within the distributed units. The required data transportation to adjacent units is reduced to the necessary (global) parameters of the inputs and parallel synchronous processing is achieved.

Description

Beschreibung des Verfahrens und Darstellung des Stands der TechnikDescription of the method and representation of the prior art

Speicherprogrammierbare Steuerungen oder Mikrocomputer werden heute überall dort eingesetzt, wo man Prozesse oder Maschinen mittels Computer oder ähnlichen Verarbeitungssystemen in ihrer Funktion flexibel programmieren möchte.Programmable logic controllers or microcomputers are used everywhere today wherever processes or machines are used by means of computers or similar Would like to program processing systems flexibly in their function.

Obwohl sich die Strukturen derartiger Steuerungseinrichtungen in den letzten 20 Jahren deutlich verändert haben, sind die Verarbeitungsalgorithmen nahezu gleich geblieben.Although the structures of such control devices have changed in the last 20 Years have changed significantly, the processing algorithms are almost the same remained.

Moderne Steuerungseinrichtungen zeichnen sich durch schnelle Zentraleinheiten, dezentrale Bussystem, und große Speichermedien aus. Mittlerweile ist man jedoch an physikalische Grenzen gestoßen, da noch schnellere Zentraleinheiten extreme Kosten mit sich bringen und im Zusammenspiel mit Speicher, internen Bussen und anderen digitalen Komponenten leicht störanfällig werden. Zusätzlich ist man beim Datentransport über Lokale Netze bereits jetzt bei der Transportgeschwindigkeit des Lichtes angekommen, so daß lange Wegstrecken mit kurzer Transportzeit technologisch kollidieren (vergl.: Wolf-Dieter Haaß: Handbuch der Kommunikationsnetze, Springer 1997, ISBN 3-540-61831-6).Modern control devices are characterized by fast central units, decentralized bus system, and large storage media. In the meantime, however, one is reached physical limits because even faster central processing units are extreme Bring costs and in interaction with storage, internal buses and other digital components are easily prone to failure. In addition, you are at Data transport via local networks already at the transport speed of the Light arrived so that long distances with short transport time technologically collide (see: Wolf-Dieter Haaß: Handbuch der Communication networks, Springer 1997, ISBN 3-540-61831-6).

Dem gegenüber gilt es, alle Prozesse in der Industrie schneller zu machen und vielfach auch redundant zu überwachen. Die gestiegene Funktionalität mit dem Bedürfnis der erhöhten Kommunikation und Diagnose hat zusätzlich dazu geführt, daß Programme immer länger werden und damit zur Bearbeitung eine höhere Bearbeitungszeit gehört.In contrast, it is important to make all processes in industry faster and often redundant to monitor. The increased functionality with the Need for increased communication and diagnosis has also resulted in that programs are getting longer and longer and therefore higher for editing Processing time belongs.

Bereits vor einem Jahrzehnt hat man sich daher intensiv damit beschäftigt, wie man Programme parallelisieren kann und damit in einem vernetzten System nur noch die absolut notwendigen Daten austauscht. Diese Dezentralisierung von Programmen sollte der erste Schritt verteilter Intelligenz sein, so daß die notwendigen Programme genau dort ablaufen, wo sie ihre Funktion erfüllen. Die Kommunikation und der Datenaustausch beschränkt sich dann nur noch auf globale Größen, die übergeordnet gebraucht werden.That is why a decade ago, people were intensely concerned with how to do it Can parallelize programs and thus only in a networked system exchanges absolutely necessary data. This decentralization of programs The first step should be distributed intelligence so that the necessary programs run exactly where they fulfill their function. The communication and the Data exchange is then only limited to global sizes superordinate.

Das Verteilen von Intelligenz ist vielfach nicht daran gescheitert, daß man die Hardwarestrukturen nicht zur Verfügung stellen konnte. Vielmehr ist es nicht gelungen, ein bestehendes Programm aufzuteilen, wenn man es nicht bereits während des Entwurfs als "Programm verteilter Intelligenz" schreibt.The distribution of intelligence has often not failed because of the fact that Could not provide hardware structures. Rather, it is not managed to split up an existing program if you haven't already writes during the design as a "distributed intelligence program".

Die seit vielen Jahren bekannten Programmiersprachen (Speicherprogrammierbare Steuerungen: Anweisungsliste, Kontaktplan, Funktionsbausteinsprache, usw., Mikrorechner: Assembler, Pascal, Basic, C++, usw.) lassen kaum eine Verteilung von Intelligenz zu. Selbst die neuen Techniken, die in der IEC 1131-3 beschrieben sind, machen keine genauen Angaben zur Dezentralisierung von Programmteilen (vergl.: Bernhard Plagemann: Methoden der Programmierung von SPS, Vogel-Verlag 1990, ISBN3-8023-0272-9) Darüber hinaus existieren bereits zahlreiche Programme in Automatisierungseinrichtungen, die seit Jahren optimal funktionieren, aber kaum dezentralisierbar sind (vergl.: Neumann, Grötsch, Libkoll, Simon: SPS-Standard IEC 1131, Oldenburg 1995, ISBN 3-486-23348-3 und Peter Wratil: Moderne Programmiertechnik für Automatisierungssysteme, Vogel-Verlag 1996, ISBN 3-8023-1575-8 und Karl-Heinz John, Micheal Tiegelkamp: SPS-Programmierung mit IEC 1131-3, Springer 1995, ISBN 3-540-58635-0 und DIN-Verlag: DIN IEC 1131 Teil 3).The programming languages known for many years (programmable logic Controls: instruction list, ladder diagram, function block language, etc., Microcomputers: Assembler, Pascal, Basic, C ++, etc.) hardly allow a distribution of Intelligence too. Even the new techniques described in IEC 1131-3 do not provide precise information on the decentralization of program parts (see: Bernhard Plagemann: Methods of PLC programming, Vogel Verlag 1990, ISBN3-8023-0272-9) In addition, numerous programs already exist in Automation devices that have been working optimally for years, but hardly can be decentralized (see: Neumann, Grötsch, Libkoll, Simon: PLC standard IEC 1131, Oldenburg 1995, ISBN 3-486-23348-3 and Peter Wratil: Moderne Programming technology for automation systems, Vogel Verlag 1996, ISBN 3-8023-1575-8 and Karl-Heinz John, Micheal Tiegelkamp: PLC programming with IEC 1131-3, Springer 1995, ISBN 3-540-58635-0 and DIN publishing house: DIN IEC 1131 part 3).

Die Aufgabe der vorgestellten Erfindung besteht daher darin, aus beliebigen Programmen (Ausgangsprogramm), dezentralisierbare Software-Module zu erzeugen, die in intelligente Einheiten geladen werden und dann mit extrem kurzer Verarbeitungszeit parallel ablaufen. Hierbei bleibt die Funktion des Ausgangsprogramms gleich. Lediglich die Verarbeitungszeit und der Aufwand für den Datentransport wird erheblich reduziert.The object of the presented invention is therefore any Programs (initial program), decentralizable software modules too generate, which are loaded into intelligent units and then with extremely short Processing time should run in parallel. The function of the  Initial program the same. Only the processing time and the effort for data transport is significantly reduced.

Fig. 1 zeigt den typischen Aufbau eines heute üblichen Automatisierungssystems. Die Speicherprogrammierbare Steuerung (1) steuert über das Lokale Netzwerk (Bussystem, 2) die dezentralen Einheiten (3, 4, 5, 6, 7) an. Dabei werden die Eingangsgrößen des Prozesses oder der Maschine von der dezentralen Einheit (7) und den möglichen kombinierten Einheiten (3, 4) über das Bussystem (2) in die Steuerung (1) geholt. Danach verarbeitet die Steuerung (1) diese Eingangsgrößen mittels des Programms (8) und berechnet die Werte für die Ausgangsgrößen. Über das Bussystem (2) transportiert sie dann diese Ausgabewerte an die Ausgabeeinheiten (5, 6) oder an die kombinierten Einheiten (3, 4). Sobald die Ausgaben ihre Information (analoge oder digitale Werte) an die Peripherie (Prozeß oder Maschine) weitergegeben haben, beginnt der Vorgang erneut, so daß eventuelle Änderungen der Eingangsgrößen den gesamten Ablauf dynamisieren. Fig. 1 shows the typical structure of an automation system common today. The programmable logic controller ( 1 ) controls the decentralized units ( 3 , 4 , 5 , 6 , 7 ) via the local network (bus system, 2 ). The input variables of the process or the machine are fetched from the decentralized unit ( 7 ) and the possible combined units ( 3 , 4 ) via the bus system ( 2 ) into the controller ( 1 ). The controller ( 1 ) then processes these input variables using the program ( 8 ) and calculates the values for the output variables. It then transports these output values to the output units ( 5 , 6 ) or to the combined units ( 3 , 4 ) via the bus system ( 2 ). As soon as the outputs have passed on their information (analog or digital values) to the periphery (process or machine), the process begins again, so that any changes in the input variables make the entire process dynamic.

Der gesamte Programmablauf (8) besteht dabei im Detail aus 3 Schritten. Zuerst erfolgt ein Datentransport aller Eingangsgrößen der dezentralen Einheiten über das Bussystem (2) und die Werte werden in dem Speicher der SPS abgelegt. Dieser erste Vorgang erfordert bereits eine nicht zu vernachlässigende Zeit, die durch den Datentransport und die Ablage im Speicher zustande kommt. Im rechten Teil von Fig. 1 ist dieser Vorgang mit dem Verarbeitungsblock der Informationsaufnahme der Eingänge (9) bezeichnet.The entire program sequence ( 8 ) consists of 3 steps in detail. First of all, all input variables of the decentralized units are transported via the bus system ( 2 ) and the values are stored in the memory of the PLC. This first process already requires a not insignificant time, which is due to the data transport and the storage in the memory. In the right part of Fig. 1, this process is referred to the processing block of the information reception of the inputs ( 9 ).

Sobald die Werte dieser Eingänge im Speicher der SPS liegen beginnt die Verarbeitung des Programms (10), das der Programmierer zur Erreichung der Funktion in die Steuerung geladen hat.As soon as the values of these inputs are in the memory of the PLC, the processing of the program ( 10 ) that the programmer has loaded into the controller to achieve the function begins.

Nach Berechnung aller Ausgänge und weiterer Funktionen überträgt die SPS alle Ausgabedaten zu den dezentralen Ausgängen. Dieser Vorgang ist im rechten Teil von Fig. 1 mit (11) bezeichnet. Auch für diesen Vorgang braucht das System eine Ablaufzeit, die von der Datenmenge und von der Datentransportgeschwindigkeit abhängt.After calculating all outputs and other functions, the PLC transfers all output data to the decentralized outputs. This process is denoted by ( 11 ) in the right part of FIG. 1. The system also needs an expiry time for this process, which depends on the amount of data and the data transport speed.

Bei modernen Steuerungen kann der Datentransport von den Eingängen und zu den Ausgängen auch unsynchronisiert zum Programmablauf (10) erfolgen. Der Programmablauf (10) stellt in der Regel den längsten Zeitaufwand dar, wenn man komplexe Funktionen berechnen muß. Kalkuliert man die Einzelzeiten für die Datentransfer- und Berechnungsprogramme, so ergibt sich folgende Aussage:
In modern control systems, the data transport from the inputs and to the outputs can also take place unsynchronized to the program sequence ( 10 ). The program sequence ( 10 ) usually represents the longest time expenditure when one has to calculate complex functions. If you calculate the individual times for the data transfer and calculation programs, the following statement results:

(2.(Tein + Tprog + Taus)) < T < (Tein + Tprog + Taus)
(2 (T prog a + T + T off)) <T <(T prog a + T + T off)

Dabei ist:
Tein Zeit für das Einlesen der Eingänge incl. Datentransport und Ablage im Speicher
Tprog: Zeit für die Bearbeitung des Programm in der SPS
Tein: Zeit für das Auslesen der Ausgänge incl. Datentransport und Ablage in den dezentralen Einheiten
T: Gesamte Zykluszeit incl. Test- und sonstiger interner Funktionen (vergl.: Peter Wratil: Speicherprogrammierbare Steuerung in der Automatisierungstechnik, Vogel-Verlag 1989, ISBN 3-8023-0235-4).
Here is:
T is a time for reading the inputs incl. Data transport and storage in memory
T prog : time for processing the program in the PLC
T a: Time for reading the outputs including data transport and storage in the decentralized units.
T: Total cycle time including test and other internal functions (see: Peter Wratil: Programmable logic controller in automation technology, Vogel Verlag 1989, ISBN 3-8023-0235-4).

Im schlimmsten Fall vergeht etwa die zweifache gesamte Zykluszeit als Reaktionszeit, bis die Änderung einer Eingangsgröße zur gewünschten Veränderung eines Ausgangs führt. In the worst case, about twice the total cycle time passes Response time until the change of an input variable to the desired change of an exit leads.  

Damit man ein Programm auf dezentrale Module verteilen kann, muß man diese dazu befähigen, selbst Programme abarbeiten zu können. In der Regel enthalten dezentrale Einheiten bereits heute alle notwendigen Komponenten, da sie zum Datentransport und zur Zwischenspeicherung über einen Mikroprozessor, einen Speicher und eine Bus-Interface verfügen. Normalerweise ist die Verarbeitung von Programmen jedoch nicht vorgesehen, da (wie vorher bereits beschrieben) ein Algorithmus zur optimalen Aufteilung fehlt. Der Programmablauf einer Eingabeeinheit beschränkt sich daher heute nur auf die simple Datenablage der Eingangsgrößen und dem Datentransport über das Bussystem zur SPS. Manchmal enthält das interne Programm dieser dezentralen Einheiten auch noch Kontrolleinrichtungen oder Sicherheitsfunktionen, die entweder direkt im Programm vorgesehen oder später ladbar sind.To be able to distribute a program to decentralized modules, you have to do this enable them to work through programs themselves. Usually included decentralized units already have all the necessary components today, as they Data transport and temporary storage via a microprocessor, one Memory and a bus interface. Usually the processing of However, programs are not provided as (as previously described) Algorithm for optimal division is missing. The program flow of an input unit Therefore, today it is limited to the simple data storage of the input variables and data transport via the bus system to the PLC. Sometimes the internal contains Program of these decentralized units also control devices or Safety functions either provided directly in the program or later are loadable.

Einen typischen Aufbau, wie man ein Automatisierungssystem (Fig. 1) in ein flexibles System mit dezentraler Intelligenz und mit verteilten Programmen überführt ist in Fig. 2 dargestellt.A typical structure of how to convert an automation system ( FIG. 1) into a flexible system with decentralized intelligence and with distributed programs is shown in FIG. 2.

Da das Programm in einer noch zu beschreibenden Technik auf die dezentralen Module verteilt werden, entfällt die SPS. Es existieren nur noch dezentrale Einheiten (2, 3, 4, 5, 6), die sich über das Bussystem (1) unterhalten. Im Gegensatz zu den normalen dezentralen Einheiten, sind diese Einheiten jedoch in der Lage, Programmteile des sonst in der SPS befindlichen Gesamtprogramms aufzunehmen. Da das gesamte Programm (der nun nicht mehr vorhandenen SPS) auf viele Module verteilt wird, kann deren Speicher auch erheblich kleiner ausfallen.Since the program is distributed to the decentralized modules using a technology to be described, the PLC is not required. There are only decentralized units ( 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) that communicate via the bus system ( 1 ). In contrast to the normal decentralized units, these units are, however, able to accommodate program parts of the overall program otherwise located in the PLC. Since the entire program (the PLC that is no longer available) is distributed to many modules, their memory can also be considerably smaller.

Die Einzelprogramme werden nun derart verteilt, daß sich die Programmteile danach orientieren, wo ihre Ausgänge physikalisch vorliegen. Damit enthält das erste Modul (2) genau das Programm, das die Berechnung der Ausgänge desgleichen Moduls bewirkt. Für alle anderen Module gilt das ebenfalls. Damit braucht ein Eingangsmodul (6) nicht intelligent zu sein, da es selbst nicht über Ausgänge verfügt.The individual programs are now distributed in such a way that the program parts are based on where their outputs are physically present. The first module ( 2 ) thus contains exactly the program that effects the calculation of the outputs of the same module. This also applies to all other modules. This means that an input module ( 6 ) need not be intelligent, since it does not have any outputs itself.

Nach (einer noch zu beschreibenden Anweisung) erhalten nun alle Module ihr spezielles Programm (9, 10, 11, 12), das je nach Komplexität länger oder kürzer zu seiner Ausführung braucht. Die notwendigen Eingangsgrößen zur Berechnung der Einzelprogramme (9, 10, 11, 12) werden vor der Verarbeitung in jedes Modul eingelesen. Hierzu dient das Bussystem (1). Die Datentransportzeit reduziert sich jedoch ganz beträchtlich, da nur diejenigen Eingangsgrößen übertragen werden, die in dem speziellen Modul nicht schon lokal vorliegen. Diese nicht lokalen Eingangsgrößen werden auch globale Eingabegrößen genannt. Weiterhin braucht man keine Übertragung der Ausgangsgrößen, da diese immer lokal vorliegen und direkt vom Modul aus an die Peripherie gelangen.After (an instruction yet to be described) all modules now receive their special program ( 9 , 10 , 11 , 12 ), which depending on the complexity may take longer or shorter to execute. The input variables required for calculating the individual programs ( 9 , 10 , 11 , 12 ) are read into each module before processing. The bus system ( 1 ) serves this purpose. However, the data transport time is reduced considerably since only those input variables are transmitted that are not already available locally in the special module. These non-local input variables are also called global input variables. Furthermore, there is no need to transfer the output variables, since these are always available locally and reach the periphery directly from the module.

Da die Programme in den einzelnen Modulen erheblich kürzer sind als das Gesamtprogramm (Fig. 1, 8) ist auch hier die Ablaufzeit deutlich reduziert. Das System wird damit schneller und kostengünstiger, da man keine SPS mehr braucht.Since the programs in the individual modules are considerably shorter than the overall program ( FIGS. 1, 8), the execution time is also significantly reduced here. This makes the system faster and cheaper, since you no longer need a PLC.

Die automatische Verteilung des Gesamtprogramm erfolgt in mehreren Schritten:
The automatic distribution of the entire program takes place in several steps:

  • 1. In der Zuordnungsliste befindet sich eine tabellarische Darstellung, welcher Name oder welche Bezeichnung mit einem Ausgang verknüpft ist und wo sich dieser Ausgang physisch befindet. Als erster Schritt wird nun diese Zuordnungsliste nach den physischen Ausgängen sortiert und den entsprechenden Modulen, welche über die Ausgänge verfügen, zugeordnet. 1. The assignment list contains a tabular representation of which name or which name is associated with an output and where it is located Exit physically located. The first step is this assignment list sorted by the physical outputs and the corresponding modules, which have the outputs assigned.  
  • 2. Alle Programmteile, die sich auf die Ausgänge eines Moduls beziehen, werden separiert und als Modulprogramm erstellt. Dabei enthalten diese Programmteile (Modulprogramm) in der Regel logische oder arithmetische Verknüpfungen, die selbst wieder Eingänge oder Ausgänge beinhalten können. Alle nicht im Modul vorliegenden Ein- oder Ausgangsgrößen werden danach in eine globale Übertragungsliste eingetragen. Die Ausgangsgrößen werden daraufhin soweit heruntergebrochen, daß nur noch Eingänge als globale Größen übrigbleiben. Man kann dann auf die Übertragung von Ausgangsgrößen verzichten und diese wieder aus der Übertragungsliste streichen.2. All program parts that relate to the outputs of a module are separated and created as a module program. These contain program parts (Module program) usually logical or arithmetic operations that can again contain inputs or outputs. All not in the module existing input or output variables are then converted into a global one Transfer list entered. The output variables are then so far broken down that only inputs remain as global quantities. You can then do without the transmission of output variables and these delete from the transfer list again.
  • 3. Die Programmiereinheit speichert zu Beginn der Verarbeitung alle Modulprogramme in die dafür vorgesehen Module. Diese Programmübertragung ist jedoch nicht nur von einem Programmiergerät möglich, sondern kann auch von einem der dezentralen Module aus geschehen. Diese Option erlaubt es auch, während des Ablaufs des Programms Module neu zu programmieren oder Programme zu verändern.3. The programming unit saves all at the start of processing Module programs in the designated modules. This program broadcast is not only possible from a programming device, but also from one of the decentralized modules. This option also allows to reprogram modules while the program is running or Change programs.
  • 4. Die Übertragungsliste wird allen Modulen mitgeteilt und stellt diejenigen Größen dar, die zu Beginn jedes Zyklus zu transportieren sind.4. The transmission list is communicated to all modules and represents those sizes that must be transported at the beginning of each cycle.
  • 5. Eines der Module übernimmt die Datentransportfunktion und synchronisiert den gesamten Ablauf. Hierbei stellt jedes Modul in sequentieller Folge seine Eingangsgrößen für den Bustransport zur Verfügung, die global gebraucht werden.5. One of the modules takes over the data transport function and synchronizes it entire process. Each module puts its own in sequential order Input variables available for bus transportation that are used globally become.
  • 6. Nach dem Ende der Übertragung erfolgt die Programmverarbeitung und die Ausgaben aller Module werden durch die Buszyklen synchronisiert.6. After the end of the transmission, the program processing and Outputs from all modules are synchronized by the bus cycles.

Fig. 3 stellt eine mögliche Ausprägung der notwendigen Module und ein Verfahren zum Datentransport dar. Das Bussystem (1) übermittelt alle globalen Eingangsgrößen und synchronisiert den Ablauf innerhalb jedes Moduls (2, 3, 4). Ein Modul besteht aus einem Mikroprozessor mit Speicher und Kontrolle, so daß eine Programmbearbeitung möglich wird (5). Dieser erhält sein spezielles Modulprogramm vor dem Ablauf über das Bussystem (1). Hierzu wird auch das Businterface (6) verwendet, das während des Programmablaufs auch die Eingangsgrößen anderer Module entgegennimmt oder seine Eingangsgrößen (sofern man diese global braucht) zur Verfügung stellt: Fig. 3 illustrates a possible embodiment of necessary modules and a method for data transport. The bus system (1) transmits all the global inputs and synchronizes the flow within each module (2, 3, 4). A module consists of a microprocessor with memory and control, so that program processing is possible ( 5 ). This receives its special module program before it expires via the bus system ( 1 ). The bus interface ( 6 ) is also used for this purpose, which also accepts the input variables of other modules during the program run or provides its input variables (if these are needed globally):

Die Ein- /Ausgabe-Logik (7) bildet die Anpassung zur Peripherie und ist letztlich für die Handhabung des Prozesses verantwortlich.The input / output logic ( 7 ) forms the adaptation to the periphery and is ultimately responsible for handling the process.

Im unteren Teil von Fig. 3 ist ein mögliches Bustransportverfahren dargestellt, das sich besonders gut für einen schnellen Datenaustausch aller globalen Eingangsgrößen eignet. Nach einem Startsignal legt jedes Modul seine gewünschten globalen Eingangsdaten sequentiell auf den Bus, so daß eine Kette von Eingangsdaten entsteht. Nachdem das letzte Modul seine Daten zur Verfügung gestellt hat, beschließt eine Ende-Kennung den Datentransport und die Module können mit der Verarbeitung ihres internen Modulprogramms beginnen.In the lower part of FIG. 3, a possible bus transport method is shown, which is particularly well suited for fast data exchange of all global input variables. After a start signal, each module sequentially places its desired global input data on the bus, creating a chain of input data. After the last module has made its data available, an end identifier decides the data transport and the modules can begin processing their internal module program.

Ein derartiges Bussystem ist bereits unter dem Namen "Interbus-S" bekannt (vergl.:Such a bus system is already known under the name "Interbus-S" (see:

Alfredo Baginski, Martin Müller: Interbus-S. Hüthig 1994, ISBN 3-7785-2293-0). Es ist nicht Gegenstand dieses Verfahrens. Insbesondere funktioniert diese Technik auch mit anderen Bussystemen oder anderen Topologien, wenngleich die Reaktionszeit etwas erhöht wird.Alfredo Baginski, Martin Müller: Interbus-S. Hüthig 1994, ISBN 3-7785-2293-0). It is not the subject of this procedure. In particular, this technique also works with other bus systems or other topologies, although the response time something is increased.

Es ist bei diesem Verfahren schnell ersichtlich, daß man eine Optimierung erreicht, wenn man alle notwendigen Eingänge genau dort findet, wo auch die Ausgänge liegen. Der Programmverteilungsprozeß, der aus dem Gesamtprogramm einzelne Module erstellt und die globale Übertragungsliste verwaltet, kann daher sofort auch Hinweise zur Optimierung geben, so daß es dem Anwender überlassen bleibt, selbst physisch festgelegte Ein- oder Ausgänge in den Modulen zu verschieben. Alleine durch die Mehrfachanwendung innerhalb der Zuordnung der Zuordnungsliste kann eine Simulation geschehen, die ein Minimum der Zykluszeit garantiert.With this method it is quickly apparent that an optimization is achieved if you find all the necessary inputs exactly where the outputs  lie. The program distribution process, which is individual from the overall program Modules created and the global transmission list can be managed immediately Give advice on optimization so that it is up to the user, himself to move physically defined inputs or outputs in the modules. Alone through multiple use within the assignment of the assignment list a simulation is done that guarantees a minimum of cycle time.

Diese automatische Verteilung eines Gesamtprogramms bringt aber auch noch weitere Vorteile mit sich:
This automatic distribution of an overall program also has other advantages:

  • - Es besteht die Möglichkeit, Module zu verdoppeln und identische Programmteile in parallele Module zu laden. Damit kann man Module gegenseitig überwachen und Fehler unterdrücken. Durch Hinzufügen einer übergeordneten Überwachungseinheit entsteht so ein Sicherheitssystem, das für Sicherheitsfunktionen eingesetzt werden kann (vergl.: Patentanmeldung: Peter Wratil: Akt. Nr.: 198 57 683.8).- It is possible to double modules and identical program parts to load in parallel modules. This allows you to monitor modules mutually and suppress errors. By adding a parent Monitoring unit thus creates a security system that is suitable for Security functions can be used (see: patent application: Peter Wratil: Act.No .: 198 57 683.8).
  • - Weiterhin kann man Programmteile einzelner Module auf zwei oder mehrere Module aufteilen, so daß eine Beschleunigung der Verarbeitung ermöglicht wird.- Furthermore, you can program parts of individual modules on two or more Split modules so that processing can be accelerated.
  • - Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, zwei Module identischer Ein- und Ausgabe mit identischen Modulprogrammen parallel laufen zu lassen, so daß eine Redundanz entsteht. Im Falle eines Ausfalls übernimmt die noch intakte Einheit den weiteren Ablauf, ohne daß eine Unterbrechung entsteht.- There is also the option of two modules of identical input and To let output run in parallel with identical module programs, so that redundancy arises. In the event of a failure, it is still intact Unity the further process without an interruption.

Das vorgestellte Verfahren eignet sich ganz besonders für die Zusammenschaltung unterschiedlicher Anbieter. Die Module können Einheiten dezentraler Komponenten speicherprogrammierbarer Steuerungen, Ventile, Antriebe, Displays, Tastaturen, Bedieneinheiten, Personal Computer oder andere Verarbeitungseinheiten sein. Mit diesem Verfahren erhält man eine weitgehende Herstellerunabhängigkeit, die eine optimale Anpassung an den Prozeß erlaubt.The method presented is particularly suitable for interconnection different providers. The modules can be units of decentralized components programmable logic controllers, valves, drives, displays, keyboards, Operating units, personal computers or other processing units. With This procedure gives you extensive manufacturer independence, the one allows optimal adaptation to the process.

Claims (17)

1. Verfahren zur automatischen Dezentralisierung von Programmen in Steuerungseinrichtungen und zur Verteilung von Intelligenz, dadurch gekennzeichnet, daß man ein bestehendes Rechnersystem mit dezentralen Einheiten (Fig. 1: 3, 4, 5, 6, 7) durch ein dezentral organisiertes Rechnersystem (Fig. 2) ersetzt und das entsprechende Ablaufprogramm (Fig. 1: 8), das die Funktion des Rechnersystem für die Steuerung oder Regelung der Maschine oder Anlage in parallele Strukturen (Fig. 2: 2, 3, 4, 5, 6) übersetzt, so daß das ursprüngliche Ablaufprogramm (Fig. 1: 8) in die dezentralen Einheiten aufgeteilt wird, so daß die Funktion für die zu steuernde oder zu regelnde Maschine oder Anlage identisch bleibt, aber ohne übergeordnete Steuerung (Fig. 1: 1) auskommt und damit die Funktion in einer kürzeren Zeit verarbeitet und damit auch preisgünstiger wird, dadurch gekennzeichnet, daß man anhand der physikalischen Zuordnung der Ausgänge innerhalb der dezentralen Einheiten die Programmteile (Fig. 2: 9, 10, 11, 12) nach ihren logischen und arithmetischen Verknüpfungen sortiert und den notwendigen Datentransport (Fig. 2: 8) zu den benachbarten Einheiten auf die notwendigen (globalen) Größen der Eingänge reduziert und so eine Übertragungsliste zur Kommunikation und parallele Programmteile (Fig. 2: 9, 10, 11, 12) erhält, die vor der Bearbeitung in die entsprechenden Einheiten (Fig. 2: 2, 3, 4, 5, 6) geladen werden und während der Programmverarbeitung über ein Netzwerk (Fig. 2: 1) nur noch globale Daten austauschen, so daß in Abhängigkeit des Buszyklus eine parallele und synchrone Verarbeitung aller Einheiten als Ersatz des ursprünglichen Ablaufprogramms entsteht.1. A method for the automatic decentralization of programs in control devices and for the distribution of intelligence, characterized in that an existing computer system with decentralized units ( Fig. 1: 3 , 4 , 5 , 6 , 7 ) by a decentrally organized computer system ( Fig. 2) replaced and the corresponding sequence program ( Fig. 1: 8 ), which translates the function of the computer system for the control or regulation of the machine or system into parallel structures ( Fig. 2: 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ), so that the original sequence program ( Fig. 1: 8 ) is divided into the decentralized units, so that the function for the machine or system to be controlled or regulated remains identical, but does not require a higher-level control ( Fig. 1: 1 ) and thus the Function processed in a shorter time and thus also cheaper, characterized in that one uses the physical assignment of the outputs within the decentralized units di e program parts ( Fig. 2: 9 , 10 , 11 , 12 ) sorted according to their logical and arithmetic links and the necessary data transport ( Fig. 2: 8 ) to the neighboring units reduced to the necessary (global) sizes of the inputs and so one Transmission list for communication and parallel program parts ( Fig. 2: 9 , 10 , 11 , 12 ), which are loaded into the corresponding units ( Fig. 2: 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) before processing and during program processing Only exchange global data via a network ( Fig. 2: 1 ), so that depending on the bus cycle, parallel and synchronous processing of all units is created as a replacement for the original sequence program. 2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung von einem Ausgangsprogramm, daß nicht für parallele Strukturen oder für verteilte Intelligenz geschrieben wurde, unabhängig von der verwendeten Sprache erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the translation from an output program that is not for parallel structures or for distributed intelligence was written, regardless of the one used Language takes place. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Übersetzung sowohl für Sprachen Speicherprogrammierbarer Steuerungen (Anweisungsliste, Kontaktplan, Ablaufsprache, Strukturierter Text, Logik oder graphischen Sprachen sowie der IEC 1131-3 genormten Sprachen) als auch für die Sprachen der Mikrorechner (Assembler, Pascal, Basic, Visual-Basic, C++, usw.) geeignet ist.3. The method according to claims 1 to 2, characterized in that the Translation for both languages programmable logic controllers (Instruction list, ladder diagram, process language, structured text, logic or graphic languages and the IEC 1131-3 standardized languages) as well as for the languages of the microcomputers (Assembler, Pascal, Basic, Visual-Basic, C ++, etc.) is suitable. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der übliche Programmzyklus (Fig. 1: 9, 10, 11) ohne den Datentransport zu den Ausgängen (Fig. 1: 11) auskommen kann und der Hauptprogrammteil (Fig. 1: 10) durch die Verteilung insgesamt in kürzerer Zeit bearbeitet werden kann.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the usual program cycle ( Fig. 1: 9 , 10 , 11 ) can do without the data transport to the outputs ( Fig. 1: 11 ) and the main program part ( Fig. 1st : 10 ) can be processed in a shorter time due to the overall distribution. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dezentralen Einheiten zur Erfüllung der Funktion innerhalb der verteilten Intelligenz von unterschiedlichen Herstellern stammen können und für unterschiedliche Funktionen vorgesehen sein können (Steuerungen, Ventilinseln, Antriebe, Bedien- und Visualisierungseinheiten, PCs, usw.)5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that the decentralized units to perform the function within the distributed Intelligence can come from and for different manufacturers different functions can be provided (controls, valve terminals, Drives, operating and visualization units, PCs, etc.) 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ein lokales Netz (Fig. 3: 8) verwenden kann, das alle globalen Eingangsdaten als kontinuierliche Sequenz transportiert, so daß alle dezentralen Einheiten als Leseinformation über den Zustand der notwendigen Größen der Eingänge informiert werden. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that one can use a local area network ( Fig. 3: 8 ) that transports all global input data as a continuous sequence, so that all decentralized units as reading information about the state of the necessary quantities of the inputs are informed. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgestellte Verfahren bei beliebigen Netzwerken funktioniert, so daß man eine Anpassung an bestehende Strukturen erreicht.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the presented method works with any network, so that one Adaptation to existing structures achieved. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine dezentrale Einheit als Bus-Master herausstellt, die den Datentransport während der Verarbeitung übernimmt.8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that a decentralized unit as bus master, which during data transfer processing. 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede beliebige Einheit die Bus-Master-Funktion übernehmen kann, so daß ein Ausfall einer Master-Funktion nicht einen Gesamtausfall des Systems zur Folge hat.9. The method according to claims 1 to 8, characterized in that each any unit can take over the bus master function, so that a failure a master function does not result in a total failure of the system. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man neben den globalen Eingangsgrößen auch noch weitere Informationen übertragen kann, so daß während des Ablaufs auch mögliche Ausgangsgrößen, Diagnosefunktionen oder Berechnungsergebnisse global abgefragt werden können.10. The method according to claims 1 to 9, characterized in that one in addition to the global input variables also further information can be transmitted so that possible output variables, Diagnostic functions or calculation results can be queried globally can. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Vorgang der automatischen Parallelisierung auch Vorschläge zur Optimierung entstehen, so daß ein manueller Eingriff bei der Programmverteilung eine bessere Anpassung oder einen zusätzlichen Zeitvorteil ermöglicht.11. The method according to claims 1 to 10, characterized in that by the process of automatic parallelization also suggestions for Optimization arise, so that a manual intervention in the program distribution allows a better adjustment or an additional time advantage. 12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Parallelisierung und die Verteilung von Programmen auch dazu nutzen kann redundante Strukturen zu erzeugen, die entweder zur Erhöhung der Verfügbarkeit oder zur Verbesserung der Sicherheit im System beitragen.12. The method according to claims 1 to 11, characterized in that the Parallelization and the distribution of programs can also use this Generate redundant structures that either increase availability or help improve system security. 13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man durch parallele Strukturen im Zusammenspiel mit einer Überwachungseinheit ein System entsteht, das fehlertolerant arbeitet.13. The method according to claims 1 to 12, characterized in that through parallel structures in interaction with a monitoring unit System is created that works fault-tolerant. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nicht alle dezentralen Einheiten eigene Programme übernehmen müssen, so daß auch ein Zusammenspiel zwischen intelligenten und unintelligenten Einheiten möglich ist.14. The method according to claims 1 to 13, characterized in that not all decentralized units must adopt their own programs, so that a Interaction between intelligent and unintelligent units is possible. 15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des ursprünglichen Ablaufprogramms sowohl von einer der dezentralen Einheiten als auch von dem Programmiergerät oder einem Personal Computer erfolgen kann.15. The method according to claims 1 to 14, characterized in that the Distribution of the original sequence program from one of the decentralized units as well as from the programming device or personnel Computer can be done. 16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die dezentralen Einheiten zur Verarbeitung der beschriebenen verteilten Programme selbst aus einem Mikroprozessor, Speicher und einer Kontrolle bestehen (Fig. 3: 5), ein Businterface (Fig. 3: 6) beinhalten, das den gesamten Datentransport und die Programm-Lade-Funktion übernimmt und einen Ein-/Ausgabe-Logik (Fig. 3: 7) (die jedoch je nach Funktion nicht unbedingt notwendig ist, wenn keine oder eine anders geartete Kommunikation mit der Peripherie erfüllt wird) haben, das den peripheren Prozeß bedient.16. The method according to claims 1 to 15, characterized in that the decentralized units for processing the described distributed programs themselves consist of a microprocessor, memory and a control ( Fig. 3: 5 ), a bus interface ( Fig. 3: 6 ) include, which takes over the entire data transport and the program loading function and an input / output logic ( Fig. 3: 7 ) (which, however, depending on the function, is not absolutely necessary if there is no or a different type of communication with the periphery is fulfilled) that serves the peripheral process. 17. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dezentralen intelligenten Einheiten auch neben den im Anspruch 16 beschrieben Grundfunktionen weitere Bausteine beinhalten können, die eine Erweiterung der Funktionalität für die entsprechende Anwendung bringen.17. The method according to claims 1 to 16, characterized in that the decentralized intelligent units in addition to those described in claim 16 Basic functions may include other building blocks that extend the Bring functionality for the corresponding application.
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