Die Erfindung betrifft einen Automatisierungsverbund und ein Verfahren zu dessen Betrieb gemäß den Patentansprüchen.

Zur Gewährleistung des Betriebs eines Automatisierungsverbundes umfassend Steuerungen, Antriebsregler, Motoren sowie Sensoren und Aktoren ist es erforderlich, dass die zuvor genannten Komponenten mittels eines Feldbusnetzwerkes miteinander kommunizieren können. Diese Kommunikation erfolgt mittels individueller Adressen, welche in der Regel vom Betreiber des Automatisierungsverbundes den einzelnen Komponenten zugewiesen werden müssen.

Die Adressierung von Endgeräten in einem Netzwerk mittels sogenannter IP-Adressen ist bekannt. Einschlägigen Stand der Technik stellen beispielsweise die Schriften DE 10361 949 A1 und DE 10296293 T5 dar.

Der Konfigurationsaufwand für den Automatisierungsverbund von Seiten des Betreibers kann je nach Komplexität des Automatisierungsverbundes sehr aufwändig und auch fehleranfällig und wartungsintensiv sein

Es ist die Aufgabe der Erfindung die Konfiguration der Komponenten eines Automatisierungsverbundes zu verbessern, so dass sich die Inbetriebnahme und der spätere Betrieb einfacher gestalten.

l Diese Aufgabe löst die Erfindung durch einen Automatisierungsverbund, umfassend zumindest eine als Master konfigurierte Verbundkomponente als ersten Teilnehmer. Der Master umfasst eine echtzeitfähige Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation des Masters mit weiteren Verbundkomponenten des Automatisierungsverbundes, beispielsweise mit als Slave konfigurierten Verbundkomponenten.

Weiter umfasst ist zumindest eine als Slave konfigurierte Verbundkomponente als zweiter Teilnehmer mit echtzeitfähiger Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit dem zuvor genannten Master.

Zusätzlich ist ein erster echtzeitfähiger Feldbus zur Herstellung einer echtzeitfähigen und/oder einer nichtechtzeitfähigen Kommunikationsverbindung zwischen Master und Slave umfasst, wobei Master und Slave unter Verwendung des ersten Feldbusses miteinander physikalisch verbunden sind.

Den Kommunikationsschnittstellen der Verbundkomponenten sind eindeutige und voneinander verschiedene Echtzeit- Teilnehmeradressen zugewiesen. Die Adressierung der Verbundkomponenten im Rahmen einer Echtzeitkommunikation zwischen den Verbundkomponenten erfolgt mittels dieser Adressen, beispielsweise zur Übertragung von Soll- und Istwerten zur Positionierung von Antrieben, zwischen den Verbundkomponenten.

Die Erfindung sieht nun ein Mittel vor, welches zur Ermittlung von Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen dient. Diese dienen zur Adressierung der Kommunikationsschnittstellen der

Verbundkomponenten im Rahmen einer Nichtechtzeit- Kommunikation, d.h. zur Realisierung einer Datenkommunikation, die nicht in Echtzeit durchgeführt werden muss.

Das Mittel ist derart ausgebildet, dass es die Nichtechtzeit- Teilnehmeradressen einer Kommunikationsschnittstelle unter Verwendung der Echtzeit-Teilnehmeradressen derselben Kommunikationsschnittstelle ermittelt.

Jeder Kommunikationsschnittstelle einer Verbundkomponente sind somit zwei Adressen zugewiesen. Die Echtzeit-Teilnehmeradresse dient dabei der Kommunikation in Echtzeit zwischen den Verbundkomponenten und die Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse dient der Kommunikation in Nichtechtzeit zwischen den Teilnehmern.

Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass aus einer bereits vorhandenen Konfiguration für die Realisierung einer Echtzeitkommunikation zwischen den Teilnehmern automatisch eine Konfiguration für die Realisierung einer Nichtechtzeitkommunikation zwischen den Teilnehmern gewährleistet werden kann. Somit verringert sich der Konfigurationsaufwand für den Betreiber. Fehler bei der Konfiguration können weitestgehend vermieden werden.

Vorteilhafterweise umfasst der Automatisierungsverbund zusätzliche Bedien- und/oder Anzeigenkomponenten mit echtzeitfähiger Kommunikationsschnittstelle. Diese Komponenten können mit dem Master verbunden sein. Der Master umfasst hierzu eine weitere echtzeitfähige Kommunikationsschnittstelle. Unter Verwendung eines zweiten echtzeitfähigen Feldbusses kann der Master mit diesen Komponenten verbunden werden und mit diesen Komponenten kommunizieren. Das Mittel ist derart ausgebildet, dass es auch für jede Kommunikationsschnittstelle dieser Komponenten eine eindeutige Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse erzeugt. Dies erfolgt unter Verwendung der Echtzeit- Teilnehmeradresse der Kommunikationsschnittstellen, welche jeder Komponente zugeordnet ist. Neben den prozessnahen Komponenten, wie Steuerungen und Antrieben können somit auch Anzeigekomponenten und Bedienkomponenten in die automatische Konfiguration mit einbezogen werden.

Weiter vorteilhaft sind Steuerungen mit jeweils zumindest einer echtzeitfähigen Kommunikationsschnittstelle vom erfindungsgemäßen Automationsverbund umfasst. Diese Steuerungen können sowohl als Master, als auch als Slave konfiguriert sein. Mittels eines dritten und echtzeitfähigen Feldbusses sind die Steuerungen untereinander verbunden. Der Feldbus ermöglicht somit eine Querkommunikation zwischen den Steuerungen. Diese Querkommunikation kann sich in Echtzeit oder in Nichtechtzeit abspielen. Auch können Daten gleichzeitig in Echtzeit und Nicht-Echtzeit zwischen den Steuerungen ausgetauscht werden. Zweck dieser Anordnung könnte beispielsweise die Realisierung von synchron zueinander laufenden unabhängigen Achsen sein, beispielsweise Leitachsen in Druckmaschinen. Die Steuerungen tauschen hierzu mittels der Querkommunikation für die Antriebe bestimmte Sollwerte aus und leiten diese gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Laufzeitkompensation an die ihnen zugeordneten und prozessnahen Antriebskomponenten weiter. Es können als Master konfigurierte Steuerungen mit als Slave konfigurierte Steuerungen verbunden sein. Das erfindungsgemäße Mittel ist derart ausgebildet, dass es auch für die Kommunikationsschnittstelle der Steuerungen eine eindeutige Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen unter Verwendung der Echtzeit-Teilnehmeradresse der Kommunikationsschnittstelle der Steuerungen ermittelt. Selbst ein sehr komplexer Automatisierungsverbund kann somit relativ einfach und sicher konfiguriert werden. Bevorzugt basiert der Feldbus auf der Ethernettechnologie. Das Feldbusprotokoll umfasst Datenfelder für eine Kommunikation in Echtzeit und gleichzeitig Datenfelder für eine Kommunikation in Nichtechtzeit. Somit ist es möglich eine Kommunikation zwischen den Teilnehmern zu realisieren, welche annähernd jeder Anforderung bezüglich der Übertragung von Daten im Rahmen einer Antriebslösung für Automatisierungszwecke gerecht wird.

Bevorzugt handelt es sich bei den Slave - Komponenten um Komponenten zum Antrieb von Maschinen und/oder um Antriebsregelgeräte für elektrische Motoren und/oder um elektrische Motoren und/oder um Eingabeeinheiten zur Weiterleitung elektrischer Peripheriesignale an den Master oder u, eine Steuerung und/oder um Ausgabeeinheiten zur Weiterleitung elektrischer Signale von dem Master oder von einer Steuerung an die Peripherie und/oder um Sensoren und/oder um Aktoren. Somit sind alle für eine Antriebslösung erforderlichen Komponenten automatisch und leicht für die Kommunikation in Nichtechtzeit innerhalb eines Automatisierungsverbundes konfigurierbar. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls gelöst mittels eines Verfahren zur Adressierung der Master/Slave-Teilnehmer eines Automatisierungsverbundes wie zuvor beschrieben. Zur Kommunikation der Teilnehmer mittels des Feldbusses untereinander wird ein Feldbusprotokoll verwendet, welches eine gleichzeitige Kommunikation zwischen den Teilnehmern in Echtzeit und in Nichtechtzeit ermöglicht. Jeder Teilnehmer- Kommunikationsschnittstelle wird für den Austausch von Daten in Echtzeit eine eindeutige Echtzeit-Teilnehmeradresse zugewiesen. Zusätzlich wird jeder Teilnehmer-Kommunikationsschnittstelle für den Austausch von Daten in Nichtechtzeit eine eindeutige Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse zugewiesen. Die Nichtechtzeit- Teilnehmeradresse wird dabei unter Verwendung der Echtzeit- Teilnehmadresse ermittelt. Die sich hieraus ergebenden Vorteile wurden bereits erläutert.

Bevorzugt wird die vom Master automatisch ermittelte Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse unter Verwendung des Feldbusprotokolls und mittels der Echtzeit-Teilnehmeradresse in Echtzeit von dem Master an zumindest einen Slave übermittelt. Der bereits konfigurierte und bestehende Echtzeitkanal wird somit genutzt, um die Komponenten im Antriebsverbund für die Kommunikation in Nichtechtzeit mittels ihrer Nichtechtzeit- Teilnehmeradresse zu konfigurieren. Keine zusätzliche Hardware ist hierzu erforderlich. Die Firmware der Teilnehmer umfasst Funktionen, welche es ermöglichen, dass die Teilnehmer ihre Kommunikationsschnittstelle derart selbst konfigurieren, dass diese unter Verwendung der Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen in Nichtechtzeit untereinander kommunizieren können. Es erübrigt sich in diesem Falle, dass ein Betreiber des Automatisierungsverbundes manuell die Konfiguration zeitaufwändig und manuell selbst durchführt. Für die erste Kommunikationsschnittstelle des Masters wird unter Verwendung ihrer Echtzeit-Teilnehmeradresse somit vollautomatisch eine Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse ermittelt.

Gleiches gilt für weitere Kommunikationsschnittstellen des Masters, wobei für zumindest eine zweite Kommunikationsschnittstelle unter Verwendung einer Echtzeit-Teilnehmeradresse für diese Kommunikationsschnittstelle eine Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse ermittelt wird. Für eine dritte und weitere Kommunikationsschnittstelle(n) des Masters gilt dasselbe unter Verwendung einer dritten und weiterer Echtzeit- Teilnehmeradresse(n) für diese dritte und weitere Kommunikationsschnittstelle(n) des Masters. Es kann somit eine dritte und weitere Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen ermittelt werden.

Vorteihafterweise u mfasst eine Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse insgesamt wenigstens vier Byte. Somit kann auf das I nternetprotokoll aufgesetzt werden, um bezüglich Echtzeit unkritischer Daten diese in Nichtechtzeit zwischen den Komponenten des Antriebsverbundes zu übertragen . Das I nternet Protocol ist ein in Computernetzen weit verbreitetes Netzwerkprotokoll . Es implementiert die Internetschicht des TCP/I P-Modells I P bildet d ie erste vom Übertragu ngsmedium unabhängige Schicht der I nternetprotokoll-Familie. Das bedeutet, dass mittels einer sogenannten IP-Adresse und einer Subnetzmaske, Komponenten innerhalb eines Netzwerkes in logische Einheiten, so genannte Subnetze, gruppiert werden können . Auf dieser Basis ist es möglich, Komponenten in größeren Netzwerken zu adressieren und Verbindungen zu ihnen aufzubauen.

Bevorzugt umfasst die Nichtechtzeit-Teilnehmerad resse für die erste Schnittstelle eines Teilnehmers mindestens folgende Bytesequenz:

(1 Byte).( 1 Byte).<Echtzeit-Teilnehmeradresse>.< 1 Byte>

Die Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse für die zweite Schnittstelle desselben Teilnehmers umfasst mindestens folgende Bytesequenz:

( 1 Byte).(1 Byte).< Echtzeit-Teilnehmeradresse > Die Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse für die dritte oder weitere Sch nittstellen desselben Teilnehmers umfasst m indestens folgende Bytesequenz: (1Byte). <Schnittstellennurnmer>.<Echtzeit-Teilnehmeradresse >.

(1 Byte)

Die Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse für einen als Slave konfigurierten zweiten Teilnehmer umfasst mindestens folgende Bytesequenz:

(1Byte).(1 Byte).<Echtzeit-Teilnehmeradresse des ersten

Teilnehmers>.

<Teilnehmeradresse des zweiten Teilnehmers>

Dieser Adressaufbau der Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen ermöglicht die Verwendung des Internetprotokolls in der Version IPv4 als auch in der Version IPv6. Derzeit ist fast ausschließlich die Version IPv4 im Einsatz. Die Nachfolgeversion IPv6 wird bereits von zahlreichen Betriebssystemen sowie einer Reihe von Endanwendungen unterstützt und gilt als genügend ausgereift für einen umfassenden Einsatz. Beide Versionen können gleichzeitig auf derselben Infrastruktur betrieben werden. Vorzugsweise entspricht die' Echtzeit-Teilnehmeradresse einer SERCOS Adresse gemäß SERCOS III - Standard. Alternativ kann die Echtzeit-Teilnehmeradresse einer Ethercat Adresse gemäß Ethercat - Standard entsprechen. Auch auf den Profinet - Standard ist die Erfindung übertragbar. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich somit in vielfältiger Weise und in Zusammenhang mit unterschiedlichsten Feldbussen auch bei bereits bestehenden Lösungen einsetzen bzw. nachrüsten, solange eine funktionierende Echtzeit-Kommunikation vorhanden ist. Unter Verwendung der N ichtechtzeit-Teilneh meradresse könnten beispielsweise folgende Anwendungsfälle realisiert werden:

- Gezielter Firmwaredownload für eine Verbundkomponente.

- Gezielte Fernwartung fü r eine Verbu nd komponente.

- Gezielte Verschleißanalyse für eine Verbundkom ponente.

- Gezielte Beeinflussung und/oder Steuerung beziehungsweise Überwachung des vom Automatisierungsverbund auszuführenden Automatisierungsprozesses.

Durchführung einer Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung.

Durchführung einer Ressourcenplanung bezüglich der Automatisierungskomponenten.

- Gezielte Parametrierung einzelner Verbundkomponenten.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Automatisierungsverbund

Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des im Rahmen der Erfindung verwendeten Protokolls

Der in Figur 1 gezeigte Automatisierungsverbund umfasst drei Steuerungen S1 , S2, S3, wovon Steuerung S1 als Master- Steuerung konfiguriert ist. Jede der Steueru ngen umfasst eine echtzeitfähige Kommunikationsschnittstelle S 12 , S22, S32 zur Kommu nikation der Steueru ng mit zu mindest jeweils einem von dieser Steuerung anzusteuernden Antrieb D1 , D2 , D3, D4, D5, D6. Ein solcher Antrieb u mfasst einen Antriebsregler und einen elektrischen Motor, welcher mittels Sollvorgaben von der Steuerung ein vordefiniertes Bewegungsprofil abfahren kan n, wobei der Antriebsreglers für die genaue Einhaltung der Sollvorgaben der Steuerung verantwortlich ist.

Der in Figur 1 gezeigte Automatisierungsverbund umfasst außerdem sechs Antriebe D1, D2, D3, D4, D5, D6 mit echtzeitfähiger Kommunikationsschnittstelle D11, D21, D31, D41, D51, D61 zur Kommunikation mit den jeweiligen übergeordneten Steuerungen S1, S2, S3.

In diesem Beispiel sind einer ersten Steuerung S1 die Antriebe D1 und D2, einer zweiten Steuerung S2 die Antriebe D3 und D4 sowie einer dritten Steuerung S3 die Antriebe D5 und D6 zugeordnet.

Mittels des echtzeitfähigen Feldbusses 1a, 1b, 1c kann eine echtzeitfähige und/oder einer nichtechtzeitfähige

Kommunikationsverbindung zwischen den Steuerungen S1, S2, S3 und den Antrieben D1, D2, D3, D4, D5, D6, hergestellt werden. Die Steuerungen S1, S2, S3 und die Antriebe D1, D2, D3, D4, D5, D6 sind entsprechend ihrer Zuordnungen unter Verwendung voneinander unabhängiger Feldbusse 1a, 1b, 1c miteinander verbunden.

Den Kommunikationsschnittstellen S12, S22, S32 der Steuerungen S1, S2, S3 und den Kommunikationsschnittstellen D11, D21, D31, D41, D51, D61 der Antriebe D1, D2, D3, D4, D5, D6 werden den Teilnehmern zur Realisierung einer Echtzeit-Kommunikation eindeutige und voneinander verschiedene sogenannte Echtzeit- Teilnehmeradressen zugewiesen.

Ein Mittel (nicht gezeigt) zur Ermittlung von Nichtechtzeit- Teilnehmeradressen für die Adressierung der Kommunikationsschnittstellen der Steuerungen und Antriebe zur Realisierung einer Kommunikation in Nichtechtzeit ist ebenfalls vorgesehen. Dieses Mittel ist derart ausgebildet, dass es die Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse einer Kommunikationsschnittstelle unter Verwendung der Echtzeit- Teilnehmeradresse derselben Kommunikationsschnittstelle ermittelt. Das Mittel kann als eine den Steuerungen und Antrieben übergeordnete zusätzliche Verbundkomponente (z.B. in den Verbund integrierter Industrie PC) realisiert weiden, es kann aber in eine oder mehrere der Steuerungen und/oder Antriebe integriert sein.

Die Steuerungen könnten beispielsweise als SPS oder als Bewegungssteuerungen oder als eine Kombination von beiden Lösungen realisiert sein, um beispielsweise

Mehrachsanwendungen zu realisieren.

Das erfindungsgemäße Mittel könnte als Softwaremodul realisiert sein, welches als Anwendungsprogramm oder als Teil einer Firmware auf einer Hardwareplattform einer oder mehrerer der Verbundkomponenten abläuft.

An eine weitere von den Steuerungen S1, S2, S3 umfasste echtzeitfähige Kommunikationsschnittstelle S13, S23, S33 können unter Verwendung eines zweiten echtzeitfähigen Feldbusses 2a, 2b, 2c Bedien- und/oder Anzeigenkomponenten (nicht gezeigt) angeschlossen werden. Mittels des erfindungsgemäßen Mittels werden auch für diese Kommunikationsschnittstellen S13, S23, S33 eindeutige Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen unter Verwendung der Echtzeit-Teilnehmeradresse der Kommunikationsschnittstellen S13, S23, S33 ermittelt.

Die Steuerungen S1, S2, S3 sind jeweils mit einer echtzeitfähigen Kommunikationsschnittstelle S11, S21, S31 ausgerüstet, wobei die Steuerung S1 hier beispielsweise als Master und die Steuerung S2 und S3 als Slave konfiguriert sind.

Mittels eines weiteren echtzeitfähigen Feldbusses 3 wird hier eine redundante Querkommunikation zwischen den Steuerungen realisiert, so dass die den Steuerungen S1, S2, S3 jeweils zugeordneten Antriebe D1, D2, D3, D4, D5, D6 mittels der Master- Steuerung S1 synchronisierbar sind, obgleich die Steuerungen S1, S2, S3 auch voneinander unabhängig arbeiten können. Die Steuerungen S1, S2, S3 haben zusätzlich eine sogenannte

Wartungsschnittstelle S14, S24, S3, mittels derer beispielsweise eine Fernwartung möglich ist. Ferner ist damit eine Programmierung und Konfiguration der Steuerung durchführbar.

Aus Figur 2 wird die Arbeitsweise der Erfindung auf Protokollebene deutlich. Das verwendete Feldbus-Protokoll umfasst einen echtzeitfähigen Bereich (RT-Bereich) 103 und in einen Nichtechtzeitfähigen Bereich (NRT-Bereich) 104. Beide Bereiche sind in den Kommunikationszyklus 105 eingebettet. Zur Datenübertragung dient zum einen das bekannte IP-Protokoll 102 und zum anderen ein Servicekanal 100 und ein Datenaustauschtelegramm 101. Für die Trennung zwischen RT- und NRT-Bereich kommen verschieden aus dem Stand der Technik bekannte Methoden, z.B. Time Division Multiplex (TDM), in Frage. Im RT-Bereich werden Daten zyklisch und bei Bedarf auch azklisch zwischen den Teilnehmern übertragen. Im Falle des Sercos III - Standards wird der zyklische Teil Master Daten Telegram (MDT) und Antriebs Telegram (AT) und der azyklische Teil Service Channel (SVC) genannt. Im NRT-Bereich werden Daten zumeist über das IP- Protokoll übertragen. Für diese zuletzt genannte Übertragung werden die erfindungsgemäß ermittelten Nichtechtzeit- Teilnehmeradressen benötigt. Für die zuerst genannte Echtzeit- Übertragung werden die Echtzeit-Teilnehmeradressen benötigt.

Unter Verwendung des in Figur 2 gezeigten Protokolls und mittels der Echtzeit-Teilnemeradressen wird zwischen den Verbundteilnehmern zunächst eine Echtzeit-Kommunikation aufgebaut. Beispielsweise kommuniziert so der aus Figur 1 bekannte Master mit den ihm zugeordneten Slaves. Mittels des RT-Kanals werden die Nichtechtzeit- Teilnehmeradressen und eine Subnetzmaske sowie optional auch ein Default-Gateway von dem erfindungsgemäßen Mittel an diejenigen für eine Kommunikation in Nichtechtzeit zu konfigurierenden Verbundteilnehmer gesendet, für welche vom erfindungsgemäßen Mittel eine Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse ermittelt wurde. Die Verbundteilnehmer konfigurieren ihre Kommunikationsschnittstellen anschließend für die

Nichtechtzeitkommunikation wie schon zuvor beschrieben selbsttätig. Das Default-Gateway dient den Verbundteilnehmern zur Kommunikation mit dem Master oder derjenigen Komponente, welche das erfindungsgemäße Mittel umfasst, denn der Default- Gateway entspricht der Nichtechtzeit-Teilnehmeradresse dieser Komponente. Beispielsweise könnte das erfindungsgemäße Mittel von der Steuerung S1 umfasst sein. Die Steuerung S1 ist als Master für diejenigen Verbundkomponenten konfiguriert, welche an Feldbus 1a und 3 angeschlossen sind. Das Mittel berechnet die Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen für die Verbundkomponenten S2, S3 (Slave-Steuerungen ) und D1, D2, D3, D4, D5, D6 (die Slave- Antriebe). Der Steuerung S1 sind aufgrund einer initialen Konfiguration bekannt, welche Verbundkomponenten am Feldbus vorzufinden sein müssten. Die Steuerung vergleicht diese Sollkonfiguration mit dem was tatsächlich am Feldbus vorgefunden wird. Initial könnte auch die vorgefunden Konfiguration, als Sollkonfiguration verwendet werden.

Die Steuerung S1 sendet den vorgefundenen Verbundkomponenten mittels des RT-Bereiches des Feldbusprotokolls, beispielsweise unter Verwendung des Service-Kanals, die vom Mittel ermittelten Nichtechtzeit-Teilnehmeradressen und Daten wie oben beschrieben.