Bussysteme sind in den verschiedensten technischen An- wendungen im Einsatz. Insbesondere Feldbusse, wie z. B. der PROFIBUS (PROcesFieldBUS) nach DIN 19245 (seit 1996 EN 50170) finden beispielsweise in der Automatisierungstechnik zur Obertragung von Daten uber längere Strecken verbreitet Anwendung. Im Gegensatz zu den meisten Systemen, die Daten auf parallele Weise übertragen, ist der PROFIBUS ein serielles Bussystem, bei dem Daten seriell übertragen werden.

Feldbusse finden breite Anwendungsgebiete, da sie mit einfachen und komplexen Bauelementen (Stationen) verbunden und betrieben werden können. Weiterhin sind sie vorteilhaft hinsichtlich der geringen Anschaltkosten und einem reduzierten Verkabelungsautwand. Zusätzlich von Vorteil sind kurze Reaktionszeiten und einfache Protokolle, die Feldbusse echtzeitfähig machen. Auberdem zu nennen sind die hohe Störsicherheit auch tber grole Entfernungen, eine einfache Integration im Bestehen der Systeme und eine einfache Herstellung unabhängiger Austauschbarkeit der jeweiligen Elemente.

Als Beispiel eines derartigen Feldbusses ist der PROFIBUS nach DIN 19245 zu nennen, der aufgrund unterschiedlicher

Funktionalitäten und Betriebsarten in verschiedene hierarchische Schichten einteilbar ist. Der Teil 1 der DIN 19245 definiert dabei die PROFIBUS Schichten 1 und 2, wo bei- spielsweise das Fieldbus Datalink (FDL) definiert ist. Ein Beispiel für ein Bussystem dieser Schichten ist in Fig. 1 dargestellt. Teil 2 der DIN 19245 definiert den PROFIBUS Schicht 7 und enthält die Fieldbus Message Specification (FMS). Teil 3 der DIN 19245 definiert den PROFIBUS DP (Dezentrale Peripherie), der den PROFIBUS FDL der Schichten 1 und 2 umfaßt und Dienstschnittstellen und Datenschnittstellen zum Datenaustausch mit externen Peripheriedaten definiert.

Ein Feldbus wie der PROFIBUS DP umfaßt üblicherweise eine oder mehrere aktive Stationen und mehrere passive Stationen.

Die aktiven und die passiven Stationen bzw. Bauelemente sind dabei in einer Master-Slave-Beziehung ausgestaltet. Das bedeutet, daß die aktiven Bauelemente die passiven Bau- elemente ansteuern und/oder Daten ein-bzw. auslesen. Die passiven Bauelemente arbeiten nur nach Ansteuerung durch die aktiven Bauelemente. Das Problem bei derartigen Feldbussen ist das Auslesen der aktuellen Daten an externe Peripherie- geräte, wie z. B. Computer. Bestehende Systeme sind langsam, uneffizient und kompliziert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, ein passives Bauelement für ein Bussystem, ein aktives Bauelement für ein Bussystem und ein Verfahren zum Auslesen und Einlesen von Daten in bzw. aus einem Bussystem bereit zu stellen, die ein schnelles, effizientes und zuverlässiges Auslesen bzw.

Einlesen von Daten zu einem bzw. von einem oder mehreren der zentralen Peripheriegeräten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein passives Bauelement für ein Bussystem gemäß Anspruch 1, mit einer Busschnittstelle zum AnschluB an einen Bus, einer seriellen Schnittstelle zum seriellen Auslesen und Einlesen von Daten, einem Daten- speicher mit einem Ausgangsbereich zum Speicher von über die

Busschnittstelle eingelesenen und die serielle Schnittstelle auszulesenden Daten und einen Eingangsbereich zum Speichern von über die serielle Schnittstelle eingelesenen und uber die Busschnittstelle auszulesenden Daten umfaßt, und einer Steuereinrichtung zum Steuern der Datenübertragung und- speicherung, wobei Erfassungsmittel zum Erfassen des Zustandes des Ausgangsbereiches und des Eingangsbereiches und Bereitstellen von entsprechenden Zustandsinformationen vor- gesehen sind, auf deren Basis bei angeschlossenen Bussystemen Daten über die Busschnittstelle über den Ausgangsbereich ein- gelesen und aus dem Eingangsbereich ausgelesen werden.

Die obige Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein aktives Bauelement zum Datenaustausch mit einem derartigen passiven Bauelement gemäß Anspruch 9, mit einer Busschnittstelle zum Anschluß an einen Bus, einem Datenspeicher mit einem Aus- gangsbereich zum Speichern von in dem Ausgangsbereich des passiven Bauelementes zu speichernden und über dessen serielle Schnittstelle auszulesenden Daten und einem Eingangsbereich von aus dem Eingangsbereich des passiven Bauelementes ausgelesenen Daten und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Datenübertragung und Speicherung, wobei Erfassungsmittel zum Erfassen des Zustandes des Ausgangsbereiches und des Eingangsbereiches und Bereitstellen von entsprechenden Zustandsinformationen vorgesehen sind, auf deren Basis das aktive Bauelement Daten von dem passiven Bauelement über die Busschnittstelle in den Eingangsbereich einliest und aus dem Ausgangsbereich zum passiven Bauelement hin überträgt.

Die obige Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Auslesen und Einlesen von seriellen Daten in bzw. aus einem Bussystem gemäß Anspruch 16, wobei das Bussystem ein passives Bauelement mit einer seriellen Schnittstelle und einem Datenspeicher umfaßt, der einen Ausgangsbereich zum Auslesen von Daten über die serielle Schnittstelle und einen Eingangsbereich aufweist, und ein aktives Bauelement mit

einem einen Ausgangsbereich und einen Eingangsbereich auf- weisenden Datenspeicher umfaßt, wobei die Zustände der Aus- gangsbereiche und der Eingangsbereiche erfaßt und ent- sprechende Zustandsinformationen bereit gestellt werden, auf deren Basis der Ausgangsbereich des aktiven Bauelementes und der Ausgangsbereich des passiven Bauelementes und der Ein- gangsbereich des passiven Bauelementes und der Eingangs- bereich des aktiven Bauelementes abgeglichen werden.

Vorteilhafterweise weist dabei das passive Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung ein Vergleichsmittel zum periodischen Vergleichen der Zustandsinformationen mit ent- sprechenden Zustandsinformationen des aktiven Bauelementes auf, wobei die Steuereinrichtung das Einlesen und Auslesen von Daten auf der Basis dieses periodischen Vergleiches steuert. Beispielsweise in dem oben erwähnten PROFIBUS DP System, bei dem die Ausgangsbereiche und Eingangsbereiche der aktiven und passiven Bauelemente zyklisch abgeglichen werden, werden die Eingangsbereiche und Ausgangsbereiche des passiven Bauelementes gemäß der vorliegenden Erfindung und des aktiven Bauelementes gemäß der vorliegenden Erfindung nur dann ab- geglichen, das heißt die Daten werden kopiert, wenn die Zustandsinformationen anzeigen, daß der jeweilige Bereich einen entsprechenden vorgegebenen Zustand aufweist, der das Abgleichen der Daten ermöglicht bzw. erfordert. Beispiels- weise wird erst dann ein Datenpaket aus dem Ausgangsbereich des aktiven Bauelementes in den Ausgangsbereich des passiven Bauelementes eingelesen, wenn der Ausgangsbereich des passiven Bauelementes aufnahmebereit für dieses Datenpaket ist. Das bedeutet, daß das jeweilige Datenpaket erst aus dem Ausgangsbereich des passiven Bauelementes liber die serielle Schnittstelle zu einem dezentralen Peripheriegerät ausgelesen sein muB, bevor ein neues Datenpaket aufgenommen werden kann.

Dabei kann in dem passiven Bauelement ein Zwischenspeicher zum Zwischenspeichern eines aus dem Ausgangsbereich über die serielle Schnittstelle auszulesenden Datenpaketes vorgesehen sein, um ein möglichst schnelles Freimachen des Ausgangs-

bereiches des passiven Bauelementes zu ermöglichen, so daß ein neues Datenpaket aus dem aktiven Bauelement eingelesen werden kann.

Vorteilhafterweise wird weiterhin erst dann ein Datenpaket über die serielle Schnittstelle in den Eingangsbereich des passiven Bauelementes eingelesen, wenn der entsprechende Ein- gangsbereich des aktiven Bauelementes aufnahmebereit für dieses Datenpaket ist. Auch in diesem Fall kann ein Zwischen- speicher vorgesehen sein, der eine aber die serielle Schnitt- stelle in den Eingangsbereich einzulesendes Datenpaket zwischenspeichert, wenn der Eingangsbereich des aktiven Bau- elementes noch nicht aufnahmebereit ist.

Vorteilhafterweise umfassen die Erfassungsmittel zum Erfassen des Zustandes des Ausgangsbereiches und des Eingangsbereiches des passiven Bauelementes einen Quittungszähler zum Zählen von über die serielle Schnittstelle des passiven Bauelementes ausgelesenen Datenpaketen und einen Sequenzzähler zum Zählen von über die serielle Schnittstelle des passiven Bauelementes eingelesenen Datenpaketen, wobei die Zählwerte als die Zu- standsinformationen dienen.

Weiterhin ist bei dem passiven Bauelement gemäß der vor- liegenden Erfindung die maximale Größe des Eingangsbereiches und die des Ausgangsbereiches variabel einstellbar, wobei die darin zu speichernden Datenpakete eine beliebige Größe inner- halb der jeweils eingestellten maximalen Größe aufweisen können. Dadurch wird eine sehr flexible Ubertragung serieller Daten im Bussystem möglich.

Das oben beschriebene passive Bauelement gemäß der vor- liegenden Erfindung ist ausschließlich zum Ein-und Auslesen serieller Daten über eine entsprechende serielle Schnitt- stelle, wie beispielsweise eine V. 24 Schnittstelle ausgelegt.

Das aktive Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung steuert dabei dieses Ein-und Auslesen von Daten über die

serielle Schnittstelle des passiven Bauelementes. Der Daten- speicher des aktiven Bauelementes weist einen Ausgangsbereich auf, der mit dem Ausgangsbereich des passiven Bauelementes gemäß der vorliegenden Erfindung abgeglichen wird und weist weiterhin einen Eingangsbereich auf, der mit dem Eingangs- bereich des passiven Bauelementes gemäß der vorliegenden Erfindung abgeglichen wird. Das aktive Bauelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann aber auch eine eigene serielle Schnittstelle, beispielsweise eine V. 24 Schnittstelle, zum seriellen Einlesen von Daten in den entsprechenden Ausgangs- bereich zum seriellen Auslesen von Daten aus dem entsprechen- den Eingangsbereich aufweisen. Dabei kann erst dann ein Datenpaket über die serielle Schnittstelle in den Ausgangs- bereich des aktiven Bauelementes eingelesen werden, wenn der Ausgangsbereich des passiven Bauelementes aufnahmebereit für dieses Datenpaket ist. Andererseits kann erst dann ein uber die serielle Schnittstelle des aktiven Bauelementes aus- zulesendes Datenpaket von dem Eingangsbereich des passiven Bauelementes in den Eingangsbereich des aktiven Bauelementes eingelesen werden, wenn der Eingangsbereich des aktiven Bau- elementes aufnahmebereit für dieses Datenpaket ist. Ahnlich wie beim passiven Bauelement ist es auch beim aktiven Bau- element gemäß der vorliegenden Erfindung von Vorteil, wenn die Erfassungsmittel zum Erfassen des Zustandes des Ausgangs- bereiches und des Eingangsbereiches einen Quittungszähler zum Zählen von über die serielle Schnittstelle ausgelesenen Datenpaketen und einen Sequenzzähler zum Zählen von über die serielle Schnittstelle eingelesenen Datenpaketen umfassen, wobei die Zielwerte als die Zustandsinformationen dienen.

Auch beim aktiven Bauelement sind die maximale Größe des Eingangsbereiches und die des Ausgangsbereiches variabel ein- stellbar, wobei die darin zu speichernden Datenpakete eine beliebige Größe innerhalb der jeweils eingestellten maximalen Größe aufweisen können. Der jeweilige Eingangsbereich und der jeweilige Ausgangsbereich können dabei unterschiedliche Größen aufweisen. Die Größe der Eingangsbereiche und der Aus-

gangsbereiche werden dabei von dem aktiven Bauelement auch für das passive Bauelement vorgegeben.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die bei- gefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bussystems, auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Bussystems mit höherwertigen Diensten als das in Fig. 1 gezeigte Bus- system, das die Grundlage für die vorliegende Erfindung bildet und Fig. 3 eine schematische Darstellung eines aktiven Bau- elementes und eines passiven Bauelementes gemäß der vor- liegenden Erfindung.

Das in Fig. 1 gezeigte PROFIBUS FDL System der Schichten 1 und 2 umfaßt eine linienartige Busstruktur, bei der aktive Bauelemente (Stationen) la, lb und lc mit den Adressen 1,8 bzw. 25 über Stichleitungen mit einem Bus 4 verbunden sind.

Der Bus 4 hat eine Linienform und ist an beiden Enden durch einen Busabschluß 4 abgeschlossen. Passive Bauelemente (Stationen) 2a, 2b, 2c und 2d mit den Adressen 3,4,9 bzw.

39 sind ebenfalls mit Stichleitungen mit dem Bus 4 verbunden.

Die Adressenangaben sind selbstverständlich Beispiele.

Die Gesamtlänge des Busses 4 kann bis zu 1,2 km betragen, während die Stichleitungen zu den aktiven und passiven Bau- elementen höchstens 0,3 m lang sind. Die Gesamtteilnehmer- zahl, d. h. die Gesamtzahl der aktiven und passiven Bauelemente ist auf maximal 126 beschränkt. Die aktiven Bauelemente la, lb und lc sind durch einen logischen Tokenring verbunden, das heißt es findet ein dezentraler Buszugriff nach dem Token-Passing-Prinzip statt. Diesem

überlagerten dezentralen Buszugriff ist ein zentraler Buszugriff nach dem Master-Slave-Prinzip unterlagert. Die aktiven Bauelemente la, 1b und lc sind die Master-Stationen und bilden den logischen Tokenring. Jedes Bauelement, das den Token besitzt, darf entsprechende Nutzdatendienste ausführen.

Die passiven Bauelemente 2a, 2b, 2c und 2d sind Slave- Stationen, die auf den Zugriff durch die aktiven Bauelemente reagieren. Die aktiven Bauelemente tauschen Daten untereinander aus und die jeweilige aktive Station, die im Besitz des Tokens ist, darf die anderen aktiven und passiven Bauelemente ansteuern. Die passiven Bauelemente geben und nehmen Daten nur auf Anfrage durch die aktiven Stationen ab bzw. auf und nehmen nicht am aktiven Busbetrieb teil.

Jedes aktive Bauelement und jedes passive Bauelement weist eine elektrische Busschnittstelle auf, über die Daten mit anderen Bauelementen ausgetauscht werden. Beim PROFIBUS FDL wie auch bei PROFIBUS DP werden beispielsweise RS 485 Schnittstellen verwendet, die eine Datenkommunikation mit mehreren anderen Bauelementen auf der Basis von 11 Bit/ Zeichen (Startbit/Stopbit/Paritätsbit, 8 Nutzdatenbits) ermöglichen.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für einen PROFIBUS DP Monomaster- system mit einem aktiven Bauelement 1 (DP Master/Klasse 1) und mehreren passiven Bauelementen 2a, 2b, 2c und 2d (DP Slaves A, B, C und D) gemäß der vorliegenden Erfindung. Der PROFIBUS DP umfaßt die in Bezug auf die in Fig. 1 beschriebenen Dienste des PROFIBUS FDL und definiert weiter- hin höherwertige Dienste, nämlich Dienstschnittstellen bzw.

Datenschnittstellen zur Kommunikation mit dezentraler Peripherie, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Funktionalitäten des aktiven Bauelementes 1 im PROFIBUS DP System umfassen dabei den Datentransfer über eine Datenschnittstelle 5, über Eingangsdatenbereiche (Input Daten) 6 und Ausgangsdaten- bereiche (Output Daten) 7, sowie Konfiguration, Zustands- erkennung und Diagnose. Die passiven Stationen 2a, 2b, 2c und

2d weisen jeweils einen Eingangsbereich (Input) und einen Ausgangsbereich (Output) auf. Das passive Bauelement 2a um- faßt dabei einen Eingangsbereich 8a und einen Ausgangsbereich 9a, das passive Bauelement 2b umfaßt einen Eingangsbereich 8b und einen Ausgangsbereich 9b, das passive Bauelement 2c um- faßt einen Eingangsbereich 8c und einen Ausgangsbereich 9c und das passive Bauelement 2d umfaßt einen Eingangsbereich 8d und einen Ausgangsbereich 9d. Alle passiven Bauelemente 2a, 2b, 2c und 2d sind tuber kurze Stichleitungen mit dem linien- förmigen Bus 4 verbunden, ebenso wie das aktive Bauelement 1.

Im aktiven Bauelement 1 ist ein großer Datenspeicher vor- gesehen, in dem jeweils die Eingangsbereiche und Ausgangs- bereiche der passiven Bauelemente gespiegelt, das heißt identisch vorhanden sind. Zu diesem Zweck aktualisiert das aktive Bauelement 1 seine Eingangsbereiche 6 bzw. Ausgangs- bereiche 7 zyklisch mit denen der passiven Bauelemente. Die Ausgangsbereiche 9a, 9b, 9c und 9d der passiven Bauelemente enthalten dabei die von den passiven Bauelementen zu jeweiligen dezentralen Peripheriegeräten auszulesenden Daten und die Eingangsbereiche 8a, 8b, 8c und 8d enthalten die von jeweiligen dezentralen Peripheriegeräten in die passiven Bau- elemente einzulesenden Daten. Der Eingangsbereich 6 des aktiven Bauelementes 1 enthält vom aktiven Bauelement 1 an ein dezentrales Peripheriegerät auszulesende Daten, während der Ausgangsbereich 7 des aktiven Bauelementes 1 von einem derartigen dezentralen Peripheriegerät einzulesende Daten enthält.

In Fig. 3 sind ein aktives Bauelement 10 gemäß der vor- liegenden Erfindung und ein passives Bauelement 11 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Das aktive Bauelement 10 und das passive Bauelement 11, wie sie in Fig.

3 dargestellt sind, können beispielsweise als aktives Bau- element 1 bzw. passives Bauelement 2a, 2b, 2c oder 2d in die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Bussysteme integriert sein.

Das in Fig. 3 gezeigte passive Bauelement 11 umfaßt eine Bus- schnittstelle 21 zum Anschluß des passiven Bauelementes 11 an einen Bus, wie z. B. einen Feldbus, wie er oben beschrieben wurde. Weiterhin umfaßt das passive Bauelement eine serielle Schnittstelle 22, z. B. eine V. 24 Schnittstelle zum seriellen Einlesen und Auslesen von Daten zu einem Peripheriegerät, wie z. B. einem Computer. Weiterhin ist ein Datenspeicher 24 mit einem Ausgangsbereich 25 zum Speichern von uber die Bus- schnittstelle 21 eingelesenen und über die serielle Schnitt- stelle 22 auszulesenden Daten und einem Eingangsbereich 26 zum Speichern von über die serielle Schnittstelle 22 ein- gelesenen und über die Busschnittstelle 21 auszulesenden Daten vorgesehen. Die Datenübertragung und-speicherung wird durch eine Steuereinrichtung 23 gesteuert, wobei ein Quittungszähler 27 zum Zählen von über die serielle Schnittstelle 22 ausgelesenen Datenpaketen und ein Sequenz- zähler 28 zum Zählen von über die serielle Schnittstelle 22 eingelesenen Datenpaketen vorgesehen sind. Die jeweiligen Zählwerte dienen als Zustandsinformationen bezüglich der im Ausgangsbereich 25 bzw. Eingangsbereich 26 gespeicherten Datenpakete. Der Quittungszähler 27 ist als Teil des Aus- gangsbereiches 25 ausgebildet, während der Sequenzzähler 28 als Teil des Eingangsbereiches 26 ausgebildet ist. Der Daten- speicher 24, der den Ausgangsbereich 25 und den Eingangs- bereich 26 umfaßt, ist beispielsweise ein RAM (Random Access Memory). Die Steuereinrichtung 23 des passiven Bauelementes 11 umfaßt ein Vergleichmittel 29 zum periodischen Vergleichen der Zustandsinformationen mit entsprechenden Zustandsinfor- mationen des aktiven Bauelementes 10, wobei die Steuerein- richtung 23 das Einlesen und Auslesen von Daten über den Aus- gangsbereich 25 und den Eingangsbereich 26 auf der Basis dieses periodischen Vergleiches steuert. Zwischen der Steuer- einrichtung 23 und der seriellen Schnittstelle 22 ist ein optionaler Zwischenspeicher 30 zum Zwischenspeichern von aus dem Ausgangsbereich über die serielle Schnittstelle 22 auszu- lesenden Datenpaketen vorgesehen. Der Zwischenspeicher 30 dient auch zum Zwischenspeichern eines über die serielle

Schnittstelle 22 in den Eingangsbereich 26 einzulesenden Datenpaketes. Die maximale Größe des Eingangsbereiches 26 und des Ausgangsbereiches 25 des passiven Bauelementes 11 sind variabel einstellbar, wobei die darin zu speichernden Daten- pakete eine beliebige Grdhe innerhalb der jeweils eingestell- ten maximalen GröBe aufweisen können, wie weiter unten im Detail erläutert wird.

Das in Fig. 3 dargestellte passive Bauelement 11 ist über seine Busschnittstelle 21 mit einem Bussystem, beispielsweise einem Feldbus wie dem PROFIBUS DP mit einem entsprechend zu- geordneten aktiven Bauelement 10 verbunden. Das aktive Bau- element 10 umfaßt entsprechend eine Busschnittstelle 13, mit dem es an das Bussystem angeschlossen ist. Weiterhin umfaßt das aktive Bauelement einen Datenspeicher 15, z. B. ein RAM, mit einem Ausgangsbereich 16 zum Speichern von in dem Aus- gangsbereich 25 des passiven Bauelementes 11 zu speichernden und über dessen serielle Schnittstelle 22 auszulesenden Daten und einem Eingangsbereich 17 von aus dem Eingangsbereich 26 des passiven Bauelementes 11 ausgelesenen Daten Wie weiter oben erläutert wurde, werden die Daten des Ausgangsbereiches 16 des aktiven Bauelementes 10 und des Ausgangsbereiches 25 des passiven Bauelementes 11 ebenso wie die Daten des Ein- gangsbereiches 17 des aktiven Bauelementes 10 und des Ein- gangsbereiches 26 des passiven Bauelementes 11 zyklisch gespiegelt bzw. abgeglichen. Dabei werden die Daten des Aus- gangsbereiches 16 des aktiven Bauelementes 10 in den Aus- gangsbereich 25 des passiven Bauelementes 11 übernommen und die Daten des Eingangsbereiches 26 des passiven Bauelementes 11 werden in den Eingangsbereich 17 des aktiven Bauelementes 10 übernommen. Das aktive Bauelement 10 umfaßt weiterhin eine optionale serielle Schnittstelle 12 zum seriellen Einlesen von Daten in den Ausgangsbereich 16 und zum seriellen Aus- lesen von Daten aus dem Eingangsbereich 17. Weiterhin sind ein Quittungszähler 19 zum Zählen von über die serielle Schnittstelle 12 ausgelesenen Datenpaketen und ein Sequenz- zähler 19 zum Zählen von über die serielle Schnittstelle 12

ausgelesenen Datenpaketen und ein Sequenzzähler 18 zum Zählen von über die serielle Schnittstelle 12 eingelesenen Daten- paketen vorgesehen, wobei die Zählwerte als Zustandsinforma- tionen dienen, auf deren Basis Daten von dem passiven Bauele- ment 11 uber die Busschnittstelle 13 in den Eingangsbereich 17 eingelesen und aus dem Ausgangsbereich 18 zum passiven Bauelement 11 ausgelesen werden. Die Datenübertragung wird dabei von der Steuereinrichtung 14 gesteuert, die ein Ver- gleichmittel 20 zum periodischen Vergleichen der Zustandsin- formationen mit entsprechenden Zustandsinformationen des passiven Bauelementes 11 umfaßt, wobei die Steuereinrichtung 14 das Einlesen und Auslesen von Daten auf der Basis dieses periodischen Vergleiches steuert. Der Quittungszähler 19 ist als Teil des Eingangsbereiches 17 ausgebildet und der Se- quenzzähler 18 ist als Teil des Ausgangsbereiches 16 ausge- bildet.

Ebenso wie der Eingangsbereich 26 und der Ausgangsbereich 25 des passiven Bauelementes 11 sind auch der Eingangsbereich 17 und der Ausgangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 in bezug auf die maximale Größe einstellbar, wobei die in ihnen zu speichernden Datenpakete eine beliebige Größe innerhalb der jeweils eingestellten maximalen Größe aufweisen können.

Die maximale Größe der Eingangsbereiche 17 bzw. 26 und der Ausgangsbereiche 16 bzw. 25 wird bei der Initialisierung des Bussystems durch das aktive Bauelement 10 eingestellt. Hierzu baut das aktive Bauelement 10 bei der Aufnahme des Betriebes die Datenkommunikation zum passiven Bauelement 11 ent- sprechend der EN 50 170 bzw. DIN 19 245 auf und schickt eine Diagnosenachricht zum passiven Bauelement 11. Das passive Bauelement 11, d. h. die Steuereinrichtung 23 empfängt die Diagnosenachricht und meldet die entsprechenden Diagnose- parameter zurück zum aktiven Bauelement 10, d. h. dessen Steuereinrichtung 14. Danach übersendet die Steuereinrichtung 14 des aktiven Bauelementes 10 die einzustellenden Parameter an die Steuereinrichtung 23 des passiven Bauelementes 11, wodurch dieses parametrisiert und konfiguriert wird. Die Ein-

stellung der Parameter wird durch das passive Bauelement 11 entsprechend quittiert, woraufhin das aktive Bauelement 10 eine Konfigurationsmeldung an das passive Bauelement 11 über- sendet. Aus der Konfigurationsmeldung erkennt das passive Bauelement 11 die Datenbereichsgröße für den Eingangsbereich 26 und den Ausgangsbereich 25 und stellt deren Größen ent- sprechend ein. Dabei können die Größen beispielsweise in den Grenzen 7 Byte bis 244 Byte definiert werden. Die ein- gestellten Datenbereichsgrößen werden daraufhin vom passiven Bauelement 11 quittiert. Während des Betriebes werden dann im weiteren Verlauf die Daten in den Eingangsbereichen 17 bzw.

26 und den Ausgangsbereichen 16 bzw. 25 zyklisch aktualisiert. Die oben erwähnte variable Einstellung der Größen der Ausgangsbereiche und der Eingangsbereiche wird durch entsprechende Algorithmen in den Steuereinrichtungen 14 bzw. 23 in entsprechender Weise unterstützt.

Es ist hervorzuheben, daß das passive Bauelement 11 gemäß der vorliegenden Erfindung ausschließlich zur Datenkommunikation zwischen dem Bussystem und einem oder mehreren Peripherie- geräten mittels der seriellen Schnittstelle 22 dient und keine weiteren Funktionen hat. Es ist allerdings auch denk- bar, daß das aktive Bauelement 11 gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzliche Steuerungs-oder Sensorfunktionen im Bussystem wahrnimmt. In jedem Fall stellen die aus dem Aus- gangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 zum Ausgangs- bereich 25 des passiven Bauelementes 11 und dann über die serielle Schnittstelle 22 des passiven Bauelementes 11 aus- zulesenden Daten üblicherweise Daten dar, die zur Ansteuerung passiver Bauelemente des Bussystems dienen, die Steuerungs-, Sensor-, Aktorfunktionen und dergleichen wahrnehmen. Die über die serielle Schnittstelle 22 des passiven Bauelementes in den Eingangsbereich 26 und von dort in den Eingangsbereich 17 des aktiven Bauelementes 11 eingelesenen Daten stellen Daten dar, die Meldungen des entsprechenden an die serielle Schnittstelle 22 angeschlossenen Peripheriegerätes an das aktive Bauelement 10 umfassen, wobei diese Meldungen wiederum

beispielsweise zur Ansteuerung anderer passiver Bauelemente des Bussystems dienen können.

Im passiven Bauelement 11 gemäß der vorliegenden Erfindung werden somit die innerhalb des Bussystems verwendeten Daten in Ausgangsdaten umgewandelt, die über die serielle Schnitt- stelle 22 zu einem oder mehreren dezentralen Peripherie- geräten ausgelesen werden, wobei die serielle Schnittstelle 22 beispielsweise eine V. 24 oder eine RS 232 Schnittstelle sein kann. Andererseits wandelt das passive Bauelement 11 gemäß der vorliegenden Erfindung von einem oder mehreren dezentralen Peripheriegeräten in das Bussystem Daten von seriellen Daten in Daten um, die das für das Bussystem notwendige Datenformat aufweisen.

Um eine Datenübertragung zwischen dem Bussystem und einem oder mehreren dezentralen Peripheriegeräten über die serielle Schnittstelle 22 des passiven Bauelementes 11 bzw. über die serielle Schnittstelle 12 des aktiven Bauelementes 10 realisieren zu können, wird gemäß der vorliegenden Erfindung den Eingangsbereichen 17 bzw. 25 und den Ausgangsbereichen 16 bzw. 24 ein weiteres Kommunikationsprotokoll überlagert, das beispielsweise wie in den folgenden Tabellen 1 und 2 definiert ist. Die seriellen Schnittstellen 12 bzw. 22 sind in diesem Beispiel als V. 24 Schnittstellen angegeben.

Die Tabelle 1 stellt das Kommunikationsprotokoll für die Aus- gangsbereiche 16 bzw. 24, das heißt die Datenübertragungs- einrichtung vom aktiven Bauelement 10 zum passiven Bauelement 11 zum Auslesen der Daten über die serielle Schnittstelle 22 (V. 24 Schnittstelle) des passiven Bauelementes 11 dar. Byte Nr. Bezeichnung Funktion o-l ts seq Sequenzzähler Senden eines V. 24 Telegramms o-2 rx seq ack Quittungszähler fiir Empfang eines V. 24 Telegramms o-3 Command Bit 0 0 keine Bedeutung 1 Reset des Emofanssuffers DP-Slave bevor das neue Telegramm gesendet wird. Bits 1.. 7 reserviert 0-4 Reserviert 00 o-5 rx_pref len Voreingestellte maximale Byteanzahl eines empfangenen Telegramms, wird hier der Wert 00 eingetragen, so wird die Empfangslinge vom DP-Slave eigenständig ermittelt. lenLängenangabe[Byte]deszuübertragendenTelegramms0-6tx o-7 Data 1 Erstes via V. 24 zu sendendes Octet o-8 Data 2 Zweites via V. 24 zu sendendes Octet Data... o- Data [tx_len] letztes via V. 24 zu sendendes Octet (tlen + 6)

Die Tabelle 2 stellt das Kommunikationsprotokoll für die Ein- gangsbereiche 17 bzw. 26, d. h. die DatenGbertragungseinrich- tung vom passiven Bauelement 11 zum aktiven Bauelement 10 für Uber die serielle Schnittstelle 22 (V. 24 Schnittstelle) des passiven Bauelementes 11 eingegangene Datenpakete (Telegramme) dar. BezeichnungFunktionByteNr. i-1 tx se ack Quittungszähler für Sendedaten V. 24 i-2 rx seq Sequenzzähler für Empfen eines V. 24 Telegramms i-3 rx tx fail Fehlermeldung DP-Slave, Format siehe unten. i-4 Reserviert 00 i-5 Reserviert 00 i-6 rx, len Längenangabe [Byte] des empfangenen Telegramms, die im Bereich o-5 angegebenen Maximallange (sofern < > 0) wird nicht überschritten. i-7 Data 1 Empfangsdaten 1 i-8 Data 2 Em fan sdaten 2 i-Data [rx_len] Letztes Octet empfangene Daten rx len+6

Der Empfangspuffer des passiven Bauelementes 11 ist der Zwischenspeicher 30 zum Zwischenspeichern von einzulesenden bzw. auszulesenden Datenpaketen.

Die folgende Tabelle 3 stellt ein Beispiel fUr die Anzeige von Fehlermeldungen des passiven Bauelementes 11 in der Komponente i-3 des Kommunikationsprotokolls für die Eingangs- bereiche dar. Bitposition Bedeutung 0 Überlauf Empfangspuffer 1 Empfangsfehler, Frame error 2 Parity Error 3 Sonstige Empfangsfehler 4 Reserviert (=0) 5 Reserviert (=0) 6 Reserviert =0 7 Interner PROFIBUS DP-Slave Fehler I Im Falle einer fehlerfreien Ubertragung, d. h. einem fehler- freien Einlesen vom Datenpaketen tuber die serielle Schnitt- stelle 22 in den Empfangs-bzw. Zwischenspeicher (Empfangspuffer) 30 in den Eingangsbereich 26 ist das Byte i-3 gleich 0. Im Fehlerfall, d. h. wenn i-3 ungleich 0, sollen die empfangenen Daten trotzdem über den Zwischenspeicher 30 in den Eingangsbereich 26 eingelesen und somit durch das zyklische Auslesen via dem Bussystem in den Eingangsbereich 17 des aktiven Bauelementes 11 eingelesen werden.

Im folgenden wird das Prinzip des Sendemechanismuses zum Ubertragen von Datenpaketen aus dem Ausgangsbereich 16 in den Ausgangsbereich 25 und über die serielle Schnittstelle 22 zu einem oder mehreren Peripheriegeräten auszulesenden Daten- paketen erläutert werden. Der Sendemechanismus beruht dabei auf einem Vergleich der Bytes o-1 und i-1 der Ubertragungs- protokolle, wie sie beispielsweise in den Tabelle 1 und 2

dargestellt sind, in der Vergleichseinrichtung 20 der Steuer- einrichtung 14 des aktiven Bauelementes 10 bzw. der Ver- gleichseinrichtung 29 der Steuereinrichtung 23 des passiven Bauelementes 11. Das bedeutet, daß der Zustand bzw. der aktuelle Zählerstand des Sequenzzählers 18 des Ausgangs- bereiches 16 und des Quittungszählers 27 des Ausgangs- bereiches 25 verglichen werden. Die beiden Zählerstände sind jeweils im Byte o-1 bzw. i-1 enthalten. Prinzipiell wird erst dann ein Datenpaket aus dem Ausgangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 in den Ausgangsbereich 25 des passiven Bau- elementes 11 eingelesen, wenn der Ausgangsbereich 25 auf- nahmebereit für dieses Datenpaket ist, d. h. der Ausgangs- bereich 25 leer ist. Um das Auslesen von Datenpaketen aus dem Ausgangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 in den Aus- gangsbereich 25 des passiven Bauelementes 11 zu beschleunigen, werden die aus dem Ausgangsbereich 25 über die serielle Schnittstelle 22 auszulesenden Daten in dem Zwischenspeicher 30 zwischengespeichert.

Beim Auslesen der Daten prüft die Steuereinrichtung 14 des aktiven Bauelementes 10 zuerst die Bytes o-1 und i-1 auf Gleichheit. Bei Gleichheit durfen auszulesende Datenpakete in den Ausgangsspeicher 16 des aktiven Bauelementes 10 ein- getragen werden und die Daten werden dann beim zyklischen Auslesen in den Ausgangsbereich 25 des passiven Bauelementes 11 kopiert, aus dem sie dann über die serielle Schnittstelle 22 ausgelesen werden. Bei Ungleichheit der Bytes o-1 und i-1 ist der Sendemechanismus noch belegt, d. h. das Auslesen von Daten aus dem Ausgangsbereich 25 über die serielle Schnitt- stelle 22 ist noch nicht beendet, so daß keine neuen Daten- pakete in den Ausgangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 eingetragen werden dürfen. Bei Gleichheit der beiden Bytes werden somit auszulesende Datenpakete ab dem Byte o-7 in den Ausgangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 eingetragen.

Die Gesamtlänge der Daten wird im Byte o-6 eingetragen.

Anschließend wird das Byte o-1 um den Wert + 1 incrementiert, wodurch sich die Bytes o-1 und i-1 unterscheiden. Solange

dieser Unterschied besteht, dürfen keine neuen Daten in den Ausgangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 eingetragen werden.

Das passive Bauelement 11, d. h. die Vergleichseinrichtung 29 der Steuereinrichtung 23 vergleicht ebenfalls die Bytes o-1 und i-1 und sendet bei Feststellen eines Unterschiedes zwischen diesen beiden Bytes Ausgangsdaten aus dem Ausgangs- bereich 25 über den Zwischenpuffer 30 zur seriellen Schnitt- stelle 22. Ist der Auslesevorgang aus dem Ausgangsbereich 25 beendet, wird das Byte i-1 um dem Wert + 1 incrementiert, so daß die Bytes i-1 und o-1 wiederum den gleichen Wert auf- weisen, so daß neue Datenpakete in den Ausgangsbereich 16 des aktiven Bauelementes 10 eingelesen werden dürfen.

Der Empfangsmechanismus zum Empfangen von Daten über die serielle Schnittstelle 22 des passiven Bauelementes 11 ist äquivalent. Hierbei werden die Bytes i-2 und o-2 jeweils im passiven Bauelement 11 und im aktiven Bauelement 10 ver- glichen. Prinzipiell werden erst dann Datenpakete über die serielle Schnittstelle 22 in den Eingangsbereich 26 des passiven Bauelementes 11 eingelesen, wenn der Eingangsbereich 17 des aktiven Bauelementes 10 aufnahmebereit für diese Datenpakete ist. Der Zustand des Eingangsbereiches 26 wird über den Sequenzzähler 28 erfaßt, während der Zustand des Eingangsbereiches 17 durch den Quittungszähler 19 erfaßt wird. Die beiden Bytes i-2 und o-2 (vergleiche Tabelle 1 und 2) stellen jeweils den aktuellen Zustand bzw. Zählerstand des Sequenzzählers 28 bzw. Quittungszählers 19 dar. Beim Ankommen neuer Datenpakete an der seriellen Schnittstelle 22 des passiven Bauelementes 11 prtft die Vergleichseinrichtung 29 der Steuereinrichtung 23 die Gleichheit der Bytes i-2 und o- 2. Bei Gleichheit dürfen die ankommenden Datenpakete im Ein- gangsbereich 26 eingetragen werden. Bei Ungleichheit müssen die ankommenden Datenpakete im Zwischenspeicher 30 zwischen- gespeichert werden. Es ist anzumerken, daß der Zwischen- speicher auch Teil des Speichers 24 sein kann, insbesondere

wenn dieser als RAM ausgebildet ist. Beim Speichern ankommender Datenpakete im Eingangsbereich 26 werden die Empfangsdaten ab dem Byte i-7 (vergleiche Tabelle 2) in den Eingangsbereich 26 eingetragen. Die Gesamtlänge der empfangenen Datenpakete wird dabei unter Berücksichtigung der Längenvorgabe, die im Byte o-5 voreingestellt ist, im Byte i-6 eingetragen. Anschließend wird das Byte i-2 durch den Sequenzzähler 28 um + 1 incrementiert wodurch sich das Byte i-2 und o-2 unterscheiden.

Das aktive Bauelement 10, d. h. Vergleichseinrichtung 20 der Steuereinrichtung 14 erkennt den Unterschied zwischen den Bytes o-2 und i-2 und liest die Eingangsdaten aus dem Ein- gangsbereich 26 in den Eingangsbereich 17 aus. Dabei kann der Fehlerstatus dem Byte i-3 entnommen werden. Ist der Fehler- status ungleich 0, so wurde beim Empfang der Datenpakete ber die serielle Schnittstelle 22 ein serieller Fehler erkannt.

Die in den Eingangsbereich 17 des aktiven Bauelementes 10 eingelesenen neuen Datenpakete werden darauf hin aus dem Ein- gangsbereich 17 zur weiteren Verwendung beispielsweise in andere passive Bauelemente des Bussystems zu deren Ansteuerung ausgelesen. Das Freiwerden des Eingangsbereiches 17 zeigt das aktive Bauelement 10 an, in dem der Quittungs- zähler 19 das Byte o-2 um den Wert + 1 incrementiert, so daß die Bytes o-2 und i-2 wieder den gleichen Wert aufweisen. Die Gleichheit zwischen i-2 und o-2, die durch die Vergleichs- einrichtung 29 im passiven Bauelement 11 festgestellt wird, zeigt diesen wiederum an, daß neue Datenpakete in den Ein- gangsbereich 26 eingetragen werden können.

Das in der Tabelle 1 gezeigte Byte o-3 (Command Byte) hat, wenn es den Wert 0 aufweist, keine Bedeutung. Wird jedoch der Wert 1 gesetzt, so wird vor jeweils neuen über die serielle Schnittstelle 22 auszulesenden Datenpaketen aus dem Ausgangs- bereich 16 des aktiven Bauelementes 10 der Eingangsbereich 26 des passiven Bauelementes 11 gelöscht. Die Steuereinrichtung 23 des passiven Bauelementes 11 setzt in diesem Fall das Byte

i-2, d. h. den Sequenzzähler 28, auf den Wert des Bytes o-2, d. h. den Wert des Sequenzzählers 18.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß eine Zwischenspeicherung der Daten im passiven Bauelement 11 im Zwischenspeicher 30 beim Auslesen von Daten liber die serielle Schnittstelle 22 nicht zwingend vorgesehen sein muß. Die Zwischenspeicherung kann in diesem Fall jedoch von Nutzen sein, da aus der Sicht des passiven Bauelementes 11 der Ausgangsbereich 25 möglichst schnell wieder aufnahmebereit ist, damit durch das aktive Bauelement 10 neue Datenpakete aus dem Ausgangsbereich 16 in den Ausgangsbereich 25 des passiven Bauelementes 11 übertragen werden können. Beim Einlesen von Daten tuber die serielle Schnittstelle 22 des passiven Bauelementes 11 ist jedoch eine Zwischenspeicherung der ankommenden Datenpakete im Zwischenspeicher 30 wichtig, damit ankommende Daten ohne Verzögerung eingelesen werden können. Ein Uberlauf des Zwischenspeichers 30 in diesem Fall wird in dem Fehlerbyte i-3 (vergleiche Tabellen 2 und 3) angezeigt.

Beim Ausfall des aktiven Bauelementes 10 muß vom passiven Bauelement 11 ein durch die entsprechende Norm, beispiels- weise die PROFIBUS Norm, vorgeschriebener Watch Dog erkannt werden. Dabei wird das letzte noch vollständig erhaltenen Datenpaket des aktiven Bauelementes 10 aus dem Ausgangs- bereich 25 des passiven Bauelementes 11 über die serielle Schnittstelle 22 ausgelesen. Bei einem Netzwerkausfall werden keine weiteren Datenpakete über die serielle Schnittstelle 22 des passiven Bauelementes 11 empfangen. Etwaige Daten im Zwischenspeicher 30 werden vom passiven Bauelement verworfen.

Bei bzw. nach einem Netzwerkausfall wird der gesamte Ein- gangsbereich des passiven Bauelementes 11 auf 0 gesetzt.

Implizit erfolgt hierdurch die Ubertragung eines über die serielle Schnittstelle 22 empfangenen Datenpaketes der Länge 0 plus Fehlerstatus im Byte i-3 = 0, das entspricht einer Synchronisationsmeldung. Kann das passive Bauelement 11 über

das Bussytem nicht mehr angesprochen werden, beispielsweise infolge eines Neztwerkfehlers, so wird der gesamte Ausgangs- bereich 16 des aktiven Bauelementes 10 auf 0 gesetzt.

Implizit erfolgt hierdurch eine Ubertragung eines oder mehrerer Datenpakete mit der Lange 0 zum passiven Bauelement, d. h. eine Synchronisationsmeldung.

Bei Aktivierung des passiven Bauelementes 11 durch das Bus- system und Einbindung in das Bussystem ist eine Synchronisation erforderlich. Hierbei werden vom aktiven Bau- element 10 im Ausgangsbereich 16 bis auf das Byte o-3 alle Ausgangsdaten auf 0 gesetzt. Das Byte o-3 wird auf 1 gesetzt und zeigt damit an, daR das passive Bauelement 11 seinen Ein- gangsbereich rücksetzen, d. h. auf 0 setzen soll.

Das bedeutet, daß im Eingangsbereich 26 des passiven Bau- elementes 11 alle Daten gelöscht werden.