DE19808230A1 - Fehlertoleranter Kommunikationsmonitor - Google Patents

Fehlertoleranter Kommunikationsmonitor

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Description

Die Verbindung von einer Anzahl elektrischer Geräte zur Überwachungssteuerung und Datengewinnung ist in der US-Patent­ anmeldung 08/628,533, eingereicht am 3. April 1996 mit dem Titel "Dynamic Data Exchange Server Simulator" angegeben. Die elektrischen Geräte sind in einem LAN verbunden, das ein Modbus-Protokoll verwendet, das ein Handelsname der New Medicon Inc. für das RS-485 Datenformat ist.
Das Modbus-Protokoll fordert eine Master-Slave- bzw. Haupt-Neben-Rangordnung für ein Kommunizieren mit dem PC oder der CPU als Master auf dem Kommunikationsbus und den zugeordne­ ten elektrischen Geräten oder Vorrichtungen als Slaves bzw. Ne­ benvorrichtungen. Der Master ist in der Lage, mit jeder der zu­ geordneten Vorrichtungen zu kommunizieren, die dann nur in der Lage sind, auf den Master zu antworten und mit diesem zu kommu­ nizieren. Eine gute Definition der Master-Slave-Rangordnung ist in dem US-Patent 4 817 037 mit der Bezeichnung "Data Processing System With Overlap Bus Cycle Operations" zu finden.
Falls bei derartigen Master-Slave-Rangordnungen der Ma­ ster nicht in der Lage ist, den entsprechenden Slave periodisch anzusprechen, würden elektrische Vorrichtungen ohne Befehle von dem Master unabhängig arbeiten. Alternativ könnte der Kommuni­ kationsbus abgeschaltet werden, während eine Entfernung und Re­ paratur des Masters vorgenommen wird.
Die US-Patentanmeldung der General Electric Company mit dem Anmelderzeichen 41PR-7389, eingereicht am 21. Februar 1997, mit der Bezeichnung "Interface Monitor for Communicating Bet­ ween Different Communications Protocols" gibt eine zusätzliche Monitoreinheit an, die mit dem Kommunikationsbus und auch mit einem PC verbunden ist, der zeitweise als ein Master arbeitet, damit der PC die zugeordneten elektrischen Vorrichtungen ohne eine Hardware-Verbindung zwischen dem PC und dem Kommunikati­ onsbus abfragen kann.
Es wurde gefunden, daß die gleiche Monitoreinheit auch verwendet werden kann, um als ein temporärer Master zu arbei­ ten, d. h. für eine "Fehlertoleranz" in dem Fall zu sorgen, daß der Master des Systems unfähig wird zu kommunizieren.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Monitoreinheit zu schaffen, die mit elektrischen Elementen oder Slaves, die mit einem Kommunikationsbus verbunden sind, kommunizieren kann, wenn der PC oder Master nicht länger für eine Übertragung fähig ist.
In einigen industriellen Anwendungen ist der Master entfernt von den zugeordneten elektrischen Vorrichtungen, und der Monitor ist einfacher zugänglich durch einen am Ort befind­ lichen Operator. Der Monitor wird dann abgefragt, um Daten von irgendwelchen elektrischen Vorrichtungen zu erhalten, und der Master adressiert die elektrischen Vorrichtungen, damit der Mo­ nitor die Daten von dem LAN erhalten kann. Gemäß dem Master- Slave-Protokoll ist der Monitor, als ein Slave bzw. eine Neben­ anordnung, nicht in der Lage, den Master direkt abzufragen, um die Daten zu erhalten.
Frühere Versuche, um dieses Problem zu verbessern, be­ inhalten die Verwendung von einem zusätzlichen Multiplexierge­ rät zum Umschalten zwischen dem Master und dem Monitor für eine Kommunikation auf dem LAN, wie es durch das Square D Power Lo­ gic Network Typ 8030 CRM 565 vorgeschlagen wird. Eine spätere Lösung für dieses Problem ist die Einfügung von einem Durchfüh­ rungsmodul, wie beispielsweise dem Cutler Hammer Typ AEM11.
Es würde bezüglich Zeit und Kosten vorteilhaft sein, daß einem Monitor gestattet ist, Vorrichtungsdaten von jeder der Vorrichtungen in Realzeit zu erhalten.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Betriebsprogramm in dem Master zu schaffen, das dem Monitor ge­ stattet, Daten von irgendeiner der Vorrichtungen zu erhalten, ohne daß ein zusätzliches Gerät erforderlich wird und ohne daß eine meßbare Zeitverzögerung auftritt.
Gemäß der Erfindung ist eine Monitoreinheit mit einem LAN verbunden, das mit einem Master-Slave-Rangordnungsprotokoll formatiert ist und das mit mehreren elektrischen Vorrichtungen in Verbindung steht. Ein alleinstehender PC, der als ein Master arbeitet, kann mit jeder der elektrischen Vorrichtungen als Slave kommunizieren, die nicht in der Lage sind, miteinander zu kommunizieren. Der Monitor enthält einen Prozessor, der pro­ grammiert ist, um eine Kommunikation zwischen der Monitorein­ heit und jeder der elektrischen Vorrichtungen zu kommunizieren, falls der Master ausgeschaltet wird. Wenn mehr als ein Monitor mit dem Kommunikationsbus verbunden ist, entscheidet ein ge­ trenntes Programm, welche der Vorrichtungen als der Master ar­ beiten kann. Der Monitor gestattet auch, daß ein Operator di­ rekt Daten von jeder elektrischen Vorrichtungen erhält.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vor­ teilen anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnung von Aus­ führungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von dem feh­ lertoleranten Kommunikationsbus, der einen Monitor gemäß der Erfindung verwendet,
Fig. 2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung von den Kommunikationskomponenten in dem Master, dem Monitor und der Vorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt sind,
Fig. 3 ist eine Fließbilddarstellung von den Algorith­ men, die in den Proxy- und Server-Einheiten gemäß Fig. 2 ent­ halten sind,
Fig. 4A und 4B sind Fließbilddarstellungen von den Algorithmen, die in den Monitoreinheiten gemäß den Fig. 1 und 2 enthalten sind.
Ein Überwachungs-Datengewinnungs- und Steuersystem 10, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, enthält eine Anzahl verteilter elektrischer Vorrichtungen 18, 20, 22, wie beispielsweise Re­ lais, Meßgeräte, Schalter und ähnliches, wie es in der eingangs genannten US-Patentanmeldung 08/628,533 beschrieben ist, die in dem LAN 11 durch Leiter 19, 21 und 23 miteinander verbunden sind, wobei in derartigen Master-Slave-Kommunikations-Rangan­ ordnungen (-Regimen) ein Master bzw. eine Hauptsteuerung 12, wie beispielsweise ein IBM 350-P75, erforderlich ist, um ir­ gendeine der Vorrichtungen zu adressieren, um den Status und andere Information abzufragen. Er ist mit dem LAN durch einen Leiter 13 verbunden. Ein gutes Beispiel für einen Schalter mit einem derartigen Kommunikationsvermögen ist in dem US-Patent 4 672 501 mit der Bezeichnung "Circuit Breaker and Protective Re­ lay Unit" zu finden. Gemäß der Erfindung sind Monitore 9, 14, 16 in der Form von einem Gehäuse, das einen Mikroprozessor, eine Tastatur und ein externes Sichtgerät (Display) enthält, mit dem LAN durch Leiter 8, 15, 17 verbunden. Die Monitore sind ähnlich denjenigen, die in der oben genannten US-Patentanmel­ dung mit der Bezeichnung "Interface Monitor for Communicating Between Different Communications Protocols" beschrieben sind und die mit dem LAN als Slaves bzw. Nebensteuerungen verbunden sind, um von dem Master bzw. der Hauptsteuerung 12 Befehle zu empfangen. Gemäß der Erfindung gestatten die Monitore einem Operator, zu jeder Zeit Daten von jeder der elektrischen Vor­ richtungen zu erhalten.
Dieses Merkmal wird am besten verständlich, indem nun auf Fig. 2 Bezug genommen wird, in der der Master 12 mit einem RS-485 Port 26 gezeigt ist, der auf seiner Rückfläche angeord­ net ist. Der eine Monitor 9 beispielsweise enthält sowohl einen RS-232 Port 29 zum Aufnehmen eines RS-232 Kabels (nicht ge­ zeigt) als auch einen RS-485 Port 27 zum Aufnehmen eines RS-485 Leiters 8, der mit dem LAN 11 verbunden ist. Die eine elektri­ sche Vorrichtung 18, die beispielsweise aus einem Schalter, Meßgerät oder ähnlichem besteht, ist mit dem LAN durch den RS-485 Leiter 19 und den RS-485 Port 28 verbunden. Eine Kommunikation zwischen dem RS-232 Port 29 und dem RS-485 Port 27 in dem Monitor 9 wird durch einen Konversions-Algorithmus durchgeführt, der in dem Monitor-Mikroprozessor resident ent­ halten ist, wie es in der oben genannten US-Patentanmeldung mit der Bezeichnung "Interface Monitor for Communicating Between Different Communications Protocols" beschrieben ist.
Eine Server-Einheit 24 ist in dem Master 12 angeordnet und ist intern zwischen dem RS-485 Port 26 und einer Proxy-Ein­ heit 25 verbunden. Eine gute Beschreibung von der Server-Ein­ heit, wie beispielsweise dem Modbus DDEVO Server ist in der oben genannten US-Patentanmeldung 08/628,533 zu finden. Die Proxy-Einheit ist ein Typ 02-222, die von der Wonderware Corp., Irvine, CA, erhältlich ist. Die Server- und Proxy-Einheiten stehen miteinander in Verbindung, damit ein Operator Daten von jeder der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Vorrichtungen 18, 20, 22 in der Art und Weise gewinnen kann, die am besten er­ sichtlich ist, indem auf das in Fig. 3 gezeigte Fließbild Be­ zug genommen wird.
Die Proxy-Einheit fordert eine Vorrichtungsdatenliste (DDRL) von dem Server auf einer periodischen Basis an (Schritt 30) und der Server fordert die Monitore auf zu ermitteln, ob eine Operator-Anfrage für die Vorrichtungsdaten vorliegt (Schritt 31). Wenn dies nicht der Fall ist, fährt der Server fort, die Monitore abzufragen, bis eine Feststellung getroffen wird, daß eine Operator-Anfrage aufgetreten ist (Schritt 32). Der Server fragt dann den Monitor nach der DDRL (Schritt 33) und der Monitor sendet die DDRL zum Server (Schritt 34). Der Server sendet die DDRL an die Proxy-Einheit (Schritt 35) und die Proxy-Einheit fragt den Server nach den Vorrichtungsdaten (Schritt 36). Der Server fragt die Vorrichtung nach den Daten (Schritt 37) und die Vorrichtung sendet die Daten an den Server (Schritt 38). Der Monitor erhält die Daten von dem LAN (Schritt 39) und stellt die Daten für eine Betrachtung durch den Opera­ tor dar (Schritt 40).
Gemäß der Erfindung sind die Monitore auch in der Lage, die Funktion von dem Master zu übernehmen, falls der Master ab­ getrennt oder auf andere Weise außer Betrieb gesetzt wird. Den Monitoren wird eine Priorität zugeordnet, so daß nur einer als der Master arbeitet, wenn der Master selbst nicht mehr mit dem LAN kommuniziert.
Das Vorhandensein des Masters ist ein integraler Be­ standteil von der Master-Slave-Rangordnung auf dem LAN und ist ungedingt notwendig, damit der Operator zu allen Zeiten Vor­ richtungsdaten erhalten kann. Eine weitere Funktion der Moni­ tore besteht darin, anstelle von einem Master zu arbeiten, falls der Master außer Betrieb gesetzt wird, um fehlertolerante Kommunikationen zu gestatten. Wenn mehr als ein Monitor mit dem LAN verbunden ist, stellt die folgende Anordnung sicher, daß nur ein Monitor zur Zeit als Master arbeitet.
Das Betriebsprogramm, das in den Monitoren 9, 14, 16 gemäß Fig. 1 gespeichert ist, ist in den Fig. 4A und 4B in Fließbildformat gezeigt und arbeitet in der folgenden Weise. Beim Start der Monitore 9, 14, 16 gemäß Fig. 1 wird eine Stan­ dard-Einstellung zum Slave-Mode vorgenommen (Schritt 41), ein 5-Sekunden-Timer wird initialisiert (Schritt 42) und die Moni­ tore beginnen das LAN für eine Kommunikationsaktivität zu über­ wachen (Schritt 43).
Es wird eine Abfrage gemacht bezüglich des Auftretens von Kommunikation auf dem LAN bevor die Zeitsteuerung (Timer) abläuft (Schritt 44), und wenn es eine Kommunikation gibt (Schritt 45), bleibt der Monitor im Slave-Mode und der Timer wird wieder initialisiert (Schritt 42).
Wenn auf dem LAN keine Kommunikation ermittelt wird (Schritt 44), werden die Monitore in einen Master-Mode versetzt (Schritt 46) und es wird ermittelt, ob zusätzliche Monitore auf dem LAN vorhanden sind (Schritt 47). Wenn dies der Fall ist (Schritt 48), wird jeder Monitor abgefragt (Schritt 49), wobei die niedrigste Adresse als der Master gewählt wird (Schritt 50) und dieser Monitor führt die Master-Rolle aus (Schritt 51).
Wenn kein anderer Monitor auf dem LAN vorhanden ist (Schritt 47), führt der einzige Monitor die Masterfunktionen aus (Schritt 51), und es wird dann eine Ermittlung gemacht, ob ein Kommunikations- oder Prüfsummenfehler aufgetreten ist oder ob eine unerwartete Nachricht empfangen worden ist. Wenn keine aufgetreten ist (Schritt 53), fährt der einzige Monitor fort, die Master-Rolle zu übernehmen (Schritt 51).
Wenn irgendeiner der obigen Zustände auftritt (Schritt 52), hemmt jeder Monitor eine Kommunikation für eine vorbe­ stimmte Zeitperiode, um sicherzustellen, daß zu einer Zeit nur ein Monitor auf dem LAN kommuniziert (Schritt 54). Der Monitor mit der niedrigsten Adresse verzögert fünf Sekunden, der Moni­ tor mit der nächst niedrigsten Adresse verzögert 10 Sekunden, der Monitor mit der nächst niedrigsten Adresse verzögert 15 Se­ kunden usw. Für den Fall, daß der Monitor mit der niedrigsten Adresse innerhalb der vorgeschriebenen Zeitperiode nicht kommu­ niziert (Schritt 55), beginnt der Monitor mit der nächst nied­ rigsten Adresse eine Kommunikation (Schritt 56). Dies stellt sicher, daß zu allen Zeiten ein "Master" zur Verfügung steht, um die erforderlichen Kommunikationsfunktionen auszuführen, um die zugeordneten elektrischen Vorrichtungen in Betrieb zu hal­ ten.
Wenn eine Kommunikation stattfindet (Schritt 56), wird der Monitor mit der höheren Adresse in den Slave-Mode versetzt (Schritt 57) und der Monitor mit der nächst niedrigsten Adresse übernimmt wieder die Master-Rolle (Schritt 58).
Diese fehlertolerante Kommunikationsfacette ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung und unterscheidet sich von der­ jenigen, die in dem US-Patent 4 817 037 beschrieben ist, da­ durch, daß keine zusätzliche Schiedsrichtervorrichtung erfor­ derlich ist, um den neuen Master zu ermitteln.
Vorstehend wurde ein Überwachungs-Steuer- und Datenge­ winnungssystem beschrieben, das wenigstens eine Monitor-Einheit im Slave-Mode zusammen mit den elektrischen Slave-Vorrichtungen enthält. Ein Programm in dem Monitor gestattet einen fehlerto­ leranten Betrieb des Systems bei einem Versagen des Masters, in Betrieb zu bleiben. Ein Programm in dem Master gestattet, den Monitor bezüglich Daten abzufragen, die mit irgendeiner der elektrischen Vorrichtungen in Beziehung stehen, wobei der Moni­ tor in der Lage ist, in Realzeit zu antworten.

Claims (23)

1. Kommunikationssystem enthaltend:
einen Kommunikationsbus (11),
mehrere mit dem Bus verbundene elektrische Vorrichtun­ gen (18, 20, 22), die mit dem Bus in einem Slave-Mode kommuni­ zieren,
einen Haupt- bzw. Master-Prozessor (12), der mit dem Bus (11) verbunden ist und in einem Master-Mode arbeitet, wo­ durch die Vorrichtungen (18, 20, 22) auf Befehl mit dem Master-Pro­ zessor (12) kommunizieren,
einen ersten Monitor-Prozessor (9), der mit dem Bus (11) verbunden ist und mit dem Bus in einem Slave-Mode kommuni­ ziert, wenn der Master-Prozessor (12) in Betrieb ist, und wobei der erste Monitor-Prozessor mit dem Bus (11) in einem Master-Mode kommuniziert, wenn der Master-Prozessor (12) nicht in Be­ trieb ist.
2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei ein zweiter mit dem Bus (11) verbundener Monitor-Prozessor (14) vorgesehen ist, der mit dem Bus (11) in einem Slave-Mode kommu­ niziert, wenn der Master-Prozessor (12) oder der Monitor-Pro­ zessor in Betrieb ist, und der mit dem Bus (11) in einem Ma­ ster-Mode kommuniziert, wenn der Master-Prozessor und der Moni­ tor-Prozessor nicht in Betrieb sind.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei fer­ ner ein mit dem Kommunikationsbus verbundener dritter Monitor-Pro­ zessor (16) vorgesehen ist, der in dem Bus (11) in einem Slave-Mode kommuniziert, wenn der Master-Prozessor und der er­ ste Monitor-Prozessor und der zweite Monitor-Prozessor in Be­ trieb sind, wobei der dritte Monitor-Prozessor in einem Master-Mode arbeitet, wenn der Master-Prozessor, der erste Monitor-Pro­ zessor und der zweite Monitor-Prozessor nicht in Betrieb sind.
4. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Vorrichtungen (18, 20, 22) Meßgeräte, Schalter und/oder Relais sind.
5. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der Kommunikationsbus ein RS-485 Format aufweist.
6. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Monitor-Prozessor (9) einer niedrigeren Kommunikations­ adresse in dem Bus (11) zugeordnet ist als der zweite Monitor-Pro­ zessor (14) und der zweite Monitor-Prozessor ist einer nied­ rigeren Adresse in dem Bus (11) zugeordnet als der dritte Moni­ tor-Prozessor (16).
7. Kommunikationssystem enthaltend:
einen Kommunikationsbus (11),
mehrere mit dem Bus (11) verbundene elektrische Vor­ richtungen (18, 20, 22), die in dem Bus (11) in einem Slave-Mode kommunizieren,
einen Master-Prozessor (12), der mit dem Bus (11) ver­ bunden ist und in einem Master-Mode arbeitet, wobei die Vor­ richtungen auf Befehl mit dem Master-Prozessor kommunizieren, wobei der Master-Prozessor einen Kommunikationsport aufweist, der mit einer Server-Einheit (24) verbunden ist, und der Ma­ ster-Prozessor ferner eine Proxy-Einheit (25) aufweist, die mit der Server-Einheit verbunden ist, und
mit dem Bus (11) wenigstens ein Monitor-Prozessor (9) verbunden ist, der in dem Bus (11) in einen Slave-Mode kommuni­ ziert.
8. Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei die Proxy-Einheit (25) mit der Server-Einheit (24) kommuniziert und die Server-Einheit mit dem Monitor-Prozessor (9) kommuniziert.
9. Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei der Monitor-Prozessor nahe den elektrischen Vorrichtungen ist und der Master-Prozessor entfernt von dem Monitor-Prozessor ist.
10. Kommunikationssystem nach Anspruch 9, wobei der Monitor-Prozessor in der Lage ist, Datenanforderungen von einem Operator zu empfangen.
11. Kommunikationssystem nach Anspruch 10, wobei die Server-Einheit in der Lage ist, eine Vorrichtungsdatenliste von dem Monitor-Prozessor anzufordern.
12. Kommunikationssystem nach Anspruch 11, wobei der Monitor-Prozessor in der Lage ist, die Vorrichtungsdatenliste an die Server-Einheit zu senden.
13. Kommunikationssystem nach Anspruch 12, wobei die Server-Einheit in der Lage ist, die Vorrichtungsdatenliste an die Proxy-Einheit zu senden.
14. Kommunikationssystem nach Anspruch 13, wobei die Proxy-Einheit in der Lage ist, gewählte Daten von der Vorrich­ tungsdatenliste von der Server-Einheit anzufordern.
15. Kommunikationssystem nach Anspruch 14, wobei die Server-Einheit in der Lage ist, die gewählten Daten von einer gewählten elektrischen Vorrichtung anzufordern.
16. Kommunikationssystem nach Anspruch 15, wobei die gewählte Vorrichtung in der Lage ist, die gewählten Daten an die Server-Einheit zu senden.
17. Kommunikationssystem nach Anspruch 16, wobei der Monitor-Prozessor in der Lage ist, die gewählten Daten von dem Bus zu erhalten und die gewählten Daten für eine Betrachtung durch den Operator anzuzeigen.
18. Verfahren zum Bereitstellen einer fehlertoleran­ ten Kommunikation in einem Kommunikationsbus, enthaltend die Schritte:
Verbinden eines Master-Prozessors in dem Kommunikati­ onsbus für ein Arbeiten in einem Master-Mode,
Verbinden mehrerer elektrischer Vorrichtungen mit dem Kommunikationsbus zum Arbeiten in einem Slave-Mode und
Verbinden eines ersten Monitor-Prozessors mit dem Kam­ munikationsbus zum Arbeiten in einem Slave-Mode, wenn der Ma­ ster-Prozessor in Betrieb ist, und zum Arbeiten in einem Ma­ ster-Mode, wenn der Master-Prozessor nicht in Betrieb ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Kommunika­ tionsbus zum Arbeiten in einem RS-485 Format konfiguriert ist.
20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein zweiter Monitor-Prozessor mit dem Kommunikationsbus verbunden wird zum Arbeiten in einem Slave-Mode, wenn der Master-Prozessor oder der erste Monitor-Prozessor in einem Master-Mode arbeitet.
21. Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein dritter Monitor-Prozessor mit dem Kommunikationsbus verbunden wird zum Arbeiten in einem Slave-Mode, wenn der Master-Prozessor oder der erste Monitor-Prozessor oder der zweite Monitor-Prozessor in Betrieb ist, und zum Arbeiten in einem Master-Mode, wenn der Master-Prozessor, der erste Monitor-Prozessor und der zweite Monitor-Prozessor nicht in Betrieb sind.
22. Verfahren nach Anspruch 18, wobei dem ersten Mo­ nitor-Prozessor eine niedrigere Adresse zugeordnet wird als den zweiten und dritten Monitor-Prozessoren.
23. Verfahren nach Anspruch 18, wobei dem zweiten Monitor-Prozessor eine niedrigere Adresse zugeordnet wird als dem dritten Monitor-Prozessor.
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