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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung des Datenaustauschs über
eine Datenfunkverbindung zwischen Feldbusgeräten, wobei
Daten über die Datenfunkverbindung von zumindest einem ersten
Feldbusgerät über eine erste Kabelverbindung auf
ein erstes Datenfunkmodem übertragen werden, über
die Datenfunkverbindung auf zumindest ein zweites Datenfunkmodem übertragen
und anschließend über eine zweite Kabelverbindung
zumindest einem zweiten Feldbusgerät zugeführt
werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Stabilisierung
des Datenaustauschs über eine Datenfunkverbindung zwischen
Feldbusgeräten, wobei ein erstes Feldbusgerät über
eine erste Kabelverbindung mit einem ersten Datenfunkmodem verbunden
ist und wobei zumindest ein zweites Datenfunkmodem über
eine zweite Kabelverbindung mit zumindest einem zweiten Feldbusgerät
verbunden ist.
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In
der Schrift
WO 03/023536 ist
beispielhaft für das technische Umfeld der Erfindung ein
Funkmodul für Feldgeräte bestehend aus einer Sende-
und Empfangseinheit S/E für Funksignale, einer Kommunikationseinheit
KE, die mit einem Feldgerät S1, S2, S3, A1, A2 verbindbar
ist und einer zwischengeschalteten Umsetzereinheit U, die die Funksignale
in Feldgerätesignale bzw. Feldgerätesignale in
Funksignale umwandelt, beschrieben. Feldgeräte, welche
keine eigene Funkeinrichtung aufweisen, können so einfach
per Funk bedient werden. Dabei erfolgt Verbindung der Feldbusgeräte
zu der Sende- und Empfangseinheit SE beispielsweise über
Feldbusleitungen.
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In
einer anderen Ausführungsform einer Feldbusanordnung nach
dem Stand der Technik wird ein Profinet-Server mit einem oder mehreren
Profinet-Clients über eine Ethernet-Kabelverbindung verbunden.
Die Ethernet-Kabelverbindung kann vorteilhaft durch eine Datenfunkverbindung
ersetzt werden wenn eines der Feldbusgeräte beweglich angeordnet ist.
Hier ersetzt die Datenfunkverbindung beispielhaft eine Schleifringverbindung
zu dem beweglichen Feldbusgerät, welche anfällig
für Verschmutzung und Verschleiß sein kann. Auf
diese Weise können autonome Transportfahrzeuge mit einer
zentralen Steuerung verbunden werden. Die Datenfunkverbindung kann
dabei vorteilhaft transparent ausgeführt sein, so dass
die Feldbusgeräte mit dem zugeordneten Datenfunkmodem über
eine Ethernetverbindung verbunden sind und die Daten über
die Funkstrecke in ein Funktelegramm verpackt, über Funk übertragen und
bei dem Empfänger wieder entpackt werden, ohne dass die
Funkübertragungsstrecke den Dateninhalt verstehen oder
interpretieren muss. Dies ist das gängige Verfahren, wie
es heute beispielsweise bei drahtlosen lokalen Netzwerken entsprechend dem
Standard IEEE 802.11x in Verbindung mit Ethernetkabelschnittstellen
eingesetzt wird. Die Datenfunkverbindung kann als eine Punkt zu
Punkt Verbindung ausgeführt sein, bei der ein Feldbus-Server
einen einzigen Feldbus-Client bedient oder sie kann als Multipoint-Verbindung
sein, bei der ein Feldbus-Server mehrere Feldbus-Clients reihum
bedient.
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Die
Verbindung kann als eine zyklische Verbindung ausgelegt sein, bei
der in einem Takt von beispielhaft zwischen 1 und 100 Millisekunden
der Feldbus-Server Daten versendet und über eine Rückmeldung
von dem oder den Clients bestimmt, ob die Datenverbindung korrekt
abläuft oder gestört ist.
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Bei
solchen Datenfunkverbindungen mit kabelgebundenen Feldbusschnittstellen
wie Ethernet, Profinet, Profibus und anderen Standards können bereits
sehr kurze Funkunterbrechungen zum kompletten Abbau der Funkkommunikationsstrecke
führen. Kurze Funkunterbrechungen, verursacht durch Störungen
des Funkübertragungsweges wie Funksignale anderer Dienste,
führen zu Verzögerungen des Datenaustauschs bei
den angeschlossenen kabelgebundenen Feldbusgeräten. Bei
diesen kann es sich beispielsweise um Profibus Master und Profibus
Slave oder Profinet Server und Profinet Client oder TCP/IP Master
und TCP/IP Slave handeln. Konzeptbedingt geht die übergeordnete
Softwareschicht davon aus, dass die Verbindung nicht mehr besteht, wenn
eine bestimmte Zeit kein Datenaustausch mehr erfolgt, und baut den
Kommunikationskanal ab. Der Wiederaufbau einer Profinet- oder einer
Profibus-Verbindung benötigt beispielhaft 10 bis 20 Sekunden.
Eine kurze Funkstörung, beispielhaft in der Größenordnung
von 200 ms, kann somit zu einer sehr langen Unterbrechung der Datenkommunikation führen.
Da Funkstörungen, die zu einem Abbau des Kommunikationskanals
führen, häufig vorkommen, können diese
zu einer beträchtlichen Unterbrechungszeit der gesamten
Kommunikation und damit einem Stillstand der von der Einrichtung
gesteuerten Produktionsanlage führen.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, welches
die Unterbrechungsdauer der Datenkommunikation auf Grund von Funkstörungen
reduziert. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende
Vorrichtung bereit zu stellen.
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Die
das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst,
dass im Falle einer Unterbrechung des Datenaustauschs die Datenfunkverbindung über
eine Softwarefunktion und/oder eine Hardwarefunktion offen gehalten
wird. Nach einer Unterbrechung der Datenaustauschs, beispielhaft durch
eine Funkstörung, muss die Feldbusverbindung nicht erneut
aufgebaut werden, was im Fall einer Profinet- oder einer Profibus-Verbindung
bis zu 20 Sekunden dauern kann, sondern der Datentransfer kann innerhalb
weniger 100 ms wieder aufgenommen werden. Dies führt zu
einer drastischen Reduzierung der Ausfallzeiten der Datenübertragung,
was zu einer deutlichen Erhöhung der Verfügbarkeit
beispielsweise über die Datenfunkverbindung gesteuerter
Anlagen und Maschinen führt. Die Aufrechterhaltung des
Datenkanals kann dabei über eine Hardwarefunktion und/oder
eine Softwarefunktion bewirkt werden, die trotz der Störung
der Funkverbindung weiter Datenpakete an die per Kabelverbindung
angeschlossenen Feldbusgeräte senden und so die übergeordnete
Software am Abbau der Feldbusverbindung hindern. Das Verfahren ist
sowohl bei Datenfunkverbindungen zwischen zwei Feldbusgeräten
als auch bei Verbindungen von einem Sender zu mehreren Empfängern
vorteilhaft anwendbar.
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Wird
im Falle einer Unterbrechung des Datenaustauschs von dem ersten
Datenfunkmodem und/oder von dem zweiten Datenfunkmodem der von der
Unterbrechung betroffene Dateninhalt erneut gesendet, wenn die Unterbrechung
des Datenaustauschs noch besteht, kann der Datenaustausch nach Wiederherstellung
der Datenfunkverbindung fortgesetzt werden ohne dass Daten verloren
gehen oder die Feldbusverbindung zeitintensiv erneut aufgebaut werden
muss. In den Datenfunkmodems können hierzu Speichermodule
vorgesehen sein, in denen die zu sendenden Daten gespeichert werden können
und aus denen die Daten für eine erneute Sendung entnommen
oder kopiert werden können.
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Eine
Verringerung der Unterbrechungsdauer von Feldbusverbindungen mit
Datentransfer über Funkstrecken bei einer gleichzeitigen
Erkennung von länger andauernden Störungen kann
erreicht werden, indem im Falle einer Unterbrechung des Datenaustauschs
von dem ersten Datenfunkmodem und/oder von dem zweiten Datenfunkmodem
für eine vorbestimmte Dauer der von der Unterbrechung betroffene
Dateninhalt erneut gesendet wird, wenn die Unterbrechung des Datenaustauschs
noch besteht. Nach der vorbestimmten Dauer der Aufrechterhaltung,
die auf den Anlagentyp abgestimmt sein kann, kann die Datenübertragung
beendet werden und die Feldbusverbindung von der übergeordneten
Software abgebaut werden.
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Werden
im Falle einer Unterbrechung des Datenaustauschs die letzten versendeten
Daten oder ein vorbestimmter Datensatz von dem ersten Datenfunkmodem über
die erste Kabelverbindung auf das erste Feldbusgerät und/oder
von dem zweiten Datenfunkmodem über die zweite Kabelverbindung
auf das zweite Feldbusgerät übertragen, kann die übergeordnete
Software die Feldbusverbindung offen halten und bei einer Wiederaufnahme
des Datenaustauschs ohne einen zeitaufwändigen erneuten
Aufbau der Feldbusverbindung den Datenaustausch fortsetzen. Dem
kabelgebundenen Feldbusgerät wird somit eine intakte Datenverbindung
vorgetäuscht, der Kommunikationskanal wird auch innerhalb
der bestehenden Programmierung der eingebundenen Feldbusgeräte nicht
abgebaut. Wird im Fall einer Unterbrechung des Datenaustauschs ein
vorbestimmter Datensatz gesendet, können die im Störungsfall
gesendeten Daten im Vorfeld festgelegt werden. Es kann so beispielsweise
verhindert werden, dass ein adressiertes Feldbusgerät,
beispielsweise eine Maschine, einen kritischen Zustand einnimmt.
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Eine
Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass im Falle einer Unterbrechung
des Datenaustauschs die letzten versendeten Daten oder ein vorbestimmter
Datensatz über eine vorbestimmte Dauer von dem ersten Datenfunkmodem über
die erste Kabelverbindung auf das erste Feldbusgerät und/oder von
dem zweiten Datenfunkmodem über die zweite Kabelverbindung
auf das zweite Feldbusgerät übertragen werden.
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Nach
der vorbestimmten Dauer der Aufrechterhaltung, die auf den Anlagentyp
abgestimmt sein kann, kann die Datenübertragung beendet
werden und die Feldbusverbindung von der übergeordneten Software
abgebaut werden. In dieser Ausgestaltung führen kurze Störung
der Funkübertragung nur zu einem geringen Verlust an Verfügbarkeit
der Anlage, schwerwiegende Störungen werden aber erkannt und
die Feldbusverbindung beendet.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass im Falle
einer Unterbrechung des Datenaustauschs von dem ersten Datenfunkmodem über
die erste Kabelverbindung auf einer ersten Kabelschnittstelle ablaufenden
Datenaustauschprotokolle mit dem ersten Feldbusgerät weitergeführt
und bearbeitet werden und/oder von dem zweiten Datenfunkmodem über
die zweite Kabelverbindung auf einer zweiten Kabelschnittstelle
ablaufenden Datenaustauschprotokolle mit dem zweiten Feldbusgerät weitergeführt
und bearbeitet werden. Statt einer rein passiven transparenten Funktion
bedienen das erste und/oder das zweite Datenfunkmodem in diesem
Betriebszustand selbstständig aktiv die angeschlossenen
Steuerungskomponenten. In den Datenfunkmodems können hierzu
Speichermodule vorgesehen sein, in denen die Datenaustauschprotokolle
abgelegt sind.
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Eine
Einbindung einer Datenfunkverbindung unter Verwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in eine Feldbusanordnung sieht vor, dass zwischen dem
ersten Datenfunkmodem und dem zumindest einen zweiten Datenfunkmodem
eine transparente und/oder zyklische Datenfunkverbindung abgewickelt
wird. Bei einer solchen Datenverbindung werden die Daten in dem
ersten Datenfunkmodem in ein Funktelegramm verpackt und über
einen Funkkanal auf zumindest ein zweites Datenfunkmodem übertragen,
dort wieder entpackt und an das angeschlossene Feldbusgerät
weitergeleitet. In einer Ausführungsvariante können
mehrere Feldbusgeräte von dem zweiten Datenfunkmodem zyklisch
bedient werden.
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Die
die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird gelöst, indem
in dem ersten Datenfunkmodem und/oder dem zweiten Datenfunkmodem
eine Softwarefunktion und/oder eine Hardwarefunktion zur Offenhaltung
der Datenfunkverbindung vorgesehen ist. Hierdurch kann ohne eine Änderung
der Feldbuskomponenten oder deren Programmierung die Verfügbarkeit
der Verbindung erhöht werden. Die in dem Datenfunkmodem
vorgesehene Funktion hält die Datenverbindung bei kurzen
Unterbrechungen der Funkverbindung offen, indem den kabelgebundenen Feldbusgeräten
wird so eine intakte Datenverbindung vorgetäuscht wird,
und verhindert einen Abbau der Feldbusverbindung nachdem diese zeitaufwändig
wieder aufgebaut werden müßte. Bei längeren Unterbrechungen
der Funkverbindung kann die übergeordnete Software der
Feldbusanordnung die Datenverbindung unterbrechen. Insbesondere
die Realisierung der Maßnahmen über eine Softwareerweiterung
ermöglicht eine kostengünstige, flexible und schnell
umzusetzende Lösung.
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Eine
alternative Ausführungsform sieht vor, dass in dem ersten
Feldbusgerät und/oder dem zweiten Feldbusgerät
eine Softwarefunktion und/oder eine Hardwarefunktion zur Offenhaltung
der Datenfunkverbindung vorgesehen ist.
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Eine
Einbindung einer Datenfunkverbindung in eine Feldbusanordnung mit
Master-Slave-Funktion wird ermöglicht, indem das erste
Feldbusgerät als Profibus Master oder Profinet Server oder
TCP/IP Master ausgeführt ist und dass das zweite Feldbusgerät
als Profibus Slave oder Profinet Client oder TCP/IP Client ausgeführt
ist und/oder indem die Datenfunkverbindung als Wireless LAN 802.11x
oder als Bluetooth oder als DECT Funkverbindung ausgeführt
ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Datenfunkverbindung zwischen Feldbusgeräten
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1 zeigt
eine Feldbusanordnung mit einer Datenfunkverbindung zwischen zwei
Feldbusgeräten. Ein erstes Feldbusgerät 10 ist über
ein erstes Datenkabel 11 mit einem ersten Datenfunkmodem 13 verbunden.
Die Datenübertragung erfolgt dabei nach den für
kabelgebundene Feldbusgeräte vorgesehenen Protokollen.
Das erste Datenfunkmodem 13 steht über eine Funkstrecke 14 mit
einem zweiten Datenfunkmodem 15 in Verbindung, welches über ein
zweites Datenkabel 16 mit einem zweiten Feldbusgerät 17 verbunden
ist. Das erste Datenfunkmodem 13 und das zweite Datenfunkmodem 15 beinhalten
je eine Softwarefunktion 12a, 12b zur Bereitstellung
von Daten.
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Im
Betrieb werden Daten von dem ersten Feldbusgerät 10 beispielsweise
einer Steuereinheit, zu dem zweiten Feldbusgerät 17,
beispielsweise einer zu steuernden Maschine, übertragen.
Von dem ersten Feldbusgerät 10 werden Daten über
ein kabelgebundenes Bussystem mit dem ersten Datenkabel 11 an
das erste Datenfunkmodem 13 gesendet. Die Daten werden
in dem ersten Datenfunkmodem 13 in ein Funktelegramm verpackt
und beispielhaft entsprechend dem IEEE 802.11x-Standard an das zweite
Datenfunkmodem 15 gesendet. Im zweiten Datenfunkmodem 15 werden
die Daten wieder entpackt und über das zweite Datenkabel 16 an
das zweite Feldbusgerät 17 weiter geleitet. Das
erste Feldbusgerät 10 kann dabei als Profibus-Master,
Profinet-Server oder TCP/IP-Master ausgebildet sein. Abhängig
vom verwendeten Protokoll kann das zweite Feldbusgerät 17 als
Profibus-Slave, Profinet-Client oder TCP/IP-Client ausgebildet sein.
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Erfolgt
kein Datenaustausch mehr, wird der Kommunikationskanal zwischen
dem ersten Feldbusgerät 10 und dem zweiten Feldbusgerät 17 von einer übergeordneten
Softwareschicht, wie sie beispielsweise im OSI-Referenzmodell vorgegeben
ist, abgebaut. Dies geschieht bei bekannten Systemen auch, wenn
der Datenaustausch fehlerhaft durch eine Störung der Funkstrecke 14 kurzzeitig
unterbrochen wird. Der Wiederaufbau des Kommunikationskanals kann
abhängig von dem verwendeten Busstandard bis zu 20 Sekunden
dauern. Bedingt durch eine kurzzeitige Funkstörung von
beispielsweise 200 ms, wie sie bei WLAN-Anwendungen häufig
vorkommt, kann somit die Datenkommunikation um die zwanzig- bis
hundertfache Zeit unterbrochen bleiben, was zu teils beträchtlichen
Unterbrechungszeiten der gesamten Kommunikation und zum Stillstand
der gesteuerten Anlage führen kann.
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Erfindungsgemäß ist
daher innerhalb des ersten Datenfunkmodems 13 und des zweiten
Datenfunkmodems 15 je eine Softwarefunktion 12a, 12b vorgesehen.
Im Falle einer Unterbrechung des Datentransfers auf Grund einer
Störung der Funkstrecke 14 bewirken die Softwarefunktionen 12a, 12b, dass
die vor der Funkunterbrechung zuletzt gesendeten Dateninhalte an
die jeweils kabelgebunden angeschlossenen Feldbusgeräte 10, 17 gesendet
werden, bis die Funkstörung beendet oder eine von dem Anwender
einstellbare Zeit abgelaufen ist. Den kabelgebundenen Feldbusgeräten 10, 17 wird
so vorgetäuscht, dass aktuell ein regulärer Datenaustausch erfolgt,
der Kommunikationskanal wird entsprechend offen gehalten. Erst wenn
die Datenfunkmodems 13, 15 feststellen, dass die
Funkverbindung länger als eine vorgebbare Dauer gestört
ist, wird der Kommunikationskanal tatsächlich unterbrochen.
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Um
den Datenkanal geöffnet zu halten, können erfindungsgemäß im
Falle einer Störung der Funkstrecke 14 die Datenfunkmodems 13, 15 selbständig
die Protokolle einer kabelgebundenen Verbindung zweier Feldbusgeräte
weiterführen und bearbeiten. Statt einer passiven transparenten
Funktion bedient das Funksystem in diesem Betriebsfall selbstständig
aktiv die angeschlossenen Steuerungskomponenten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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