專利名稱:實現(xiàn)無主控裝置串行總線占有控制的方法和設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及一種多個處理機合用一傳輸(通信)總線時總線占有控制的方法，特別是涉及一種可適用于工廠設(shè)備過程控制的可編程序控制器(PC)的總線占有控制方法。
可編程序控制器接收裝置中的開關(guān)、接觸點和振蕩器的狀態(tài)并通過一個程序進行計算以便例如對繞組和馬達(dá)的通/斷以及閥門的開/關(guān)進行控制。這種程序具有高速和循環(huán)周期執(zhí)行的特點。在一個連接有多個可編程序控制器的系統(tǒng)中，有數(shù)據(jù)在可編程序控制器之間以與周期同步的高速度進行傳送。
此外，要求這種可編程序控制器是一個非常緊湊的單元。
為了達(dá)到上述目的，要求數(shù)據(jù)傳送設(shè)備包括一個串行總線而不是并行總線。
就控制串行總線的方法而言，采用處理機來對可編程序控制器的運行進行控制和對其數(shù)據(jù)傳送進行控制的方法從結(jié)構(gòu)的緊湊性這一方面來說是具有優(yōu)越性的。
在可編程序控制器中，程序是通過信號輸入、運算和運算結(jié)果輸出這樣一種處理流程來加以執(zhí)行的。為了以協(xié)同方式在可編程序控制器之間實行控制，在程序的序列中有必要執(zhí)行至少一次數(shù)據(jù)傳送并把運算結(jié)果通知其它的可編程序控制器和外部裝置。如果數(shù)據(jù)傳送得不到保證，可編程序控制器之間的協(xié)同動作就有可能會延遲，因此整個系統(tǒng)的可控性和響應(yīng)特征也就可能受到不良影響。
為了解決這個問題，可以考慮加快數(shù)據(jù)傳送的速度，從而在一個程序周期中可以執(zhí)行兩次或三次數(shù)據(jù)傳送以便確保協(xié)同運行。然而，如上所述，在為了使結(jié)構(gòu)緊湊而配備一個可對運行和數(shù)據(jù)傳送進行控制的處理器的可編程序控制器中，處理機被數(shù)據(jù)傳送處理占用，很難為運行控制留出時間裕量。因此，有必要通過使運行周期和數(shù)據(jù)傳送同步以確保在一個程序周期中進行數(shù)據(jù)傳送以及留出控制這種運行的時間。
迄今為止，控制串行總線占有的方法大都采用一種設(shè)備作為主控裝置來控制每一個受控(從動)單元中的總線占有權(quán)。還有另外一種通常的方法稱為碰撞檢測法，在這種方法中，不采用主控裝置，在總線占有要求出現(xiàn)時，單方面地把數(shù)據(jù)傳送到總線上去。在總線中發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞(沖突)時，在一個預(yù)定的間隔時間之后重新把數(shù)據(jù)傳送到總線上。
然而，前一方法帶來的問題是，當(dāng)主控裝置發(fā)生故障時，就會使數(shù)據(jù)傳送停止;而后一種方法的困難是總線上出現(xiàn)數(shù)據(jù)碰撞時重新傳送的處理頗為復(fù)雜，因此在運行控制周期和傳送周期之間的同步難以建立。
在日本專利JP-A-58-161061中描述了一個例子;在這個例子中以一種簡單的方法實現(xiàn)了不用主控裝置的總線占有控制。
在JP-A-58-161061所描述的方法中，其關(guān)鍵之點在于在接收結(jié)束和下一個傳送之間有一段最低限度的間隔時間，即為傳送等待時間計時器，置定一個最低限度的等待時間，從而實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送。然而，由于受傳送的數(shù)據(jù)量的影響和沒有安裝可編程序控制器而引起的傳送周期的變化仍是有待解決的問題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于實現(xiàn)不用主控裝置的串行總線占有控制的方法和設(shè)備，在不采用專門的優(yōu)先控制設(shè)備的情況下通過簡單的結(jié)構(gòu)就能防止總線上的數(shù)據(jù)碰撞，并且能夠以固定的傳送周期實行周期性的數(shù)據(jù)傳送，其中每一個可編程序控制器的總的運行控制時間和數(shù)據(jù)發(fā)送/接收時間都是相互同步的。
為了實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，在一根公共總線上連接多個處理機的系統(tǒng)中，在每個處理機中都裝有一個計時器，在該計時器中置定了傳送間隔時間和傳送等待時間。傳送間隔時間與決定于系統(tǒng)組裝時每個處理機的串行數(shù)相對應(yīng)，而傳送等待時間決定于完成先前傳送的處理機的數(shù)目。
除了按照同步的傳送間隔時間進行數(shù)據(jù)發(fā)送/接收運行之外，還要由各個可編程序控制器高速周期地實現(xiàn)預(yù)定的運行控制;因此，作為實現(xiàn)以固定的傳送時間間隔執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送和作為在串行總線上防止發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞的手段，計時器中設(shè)置有與執(zhí)行先前的傳送的處理機的數(shù)目和固有的處理機的的數(shù)目相對應(yīng)的時間。傳送是由作為最佳的傳送等待時間的時間來實行的，因此時間用傳送數(shù)據(jù)量來進行校正，以便以恒定的傳送時間間隔進行傳送，從而達(dá)到上述目的。
本發(fā)明的上述或其它的目的，通過結(jié)合相應(yīng)的附圖所作的下列描述，將變得更加明顯，其中圖1是表示中央處理單元(CPU)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方框圖;
圖2是一個采用本發(fā)明的可編程序控制器的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)實例;
圖3是串行總線上傳送的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式;
圖4至圖5是在控制單元中進行傳送處理的流程圖;
圖6是表示決定傳送等待時間的方法的示意圖;
圖7是串行總線上各個可編程序控制器的處理時間圖。
下面將結(jié)合相應(yīng)的附圖對本發(fā)明的一個實施例加以描述。圖1表示由本發(fā)明所提供的可編程序控制器的結(jié)構(gòu)。圖2是采用這種可編程序控制器的一個控制系統(tǒng)的實例的方框圖。
整個結(jié)構(gòu)將結(jié)合圖2加以描述。一個可編程序控制器PC[1]包括一個主要用于執(zhí)行程序的中央處理單元CPU[2]和用于控制與過程有關(guān)的接口的過程輸入/輸出處理機PIO[3]。CPU[2]通過PIO[3]從限位開關(guān)[5]、振蕩器[8]和如圖2所示的單元周期性地接收過程數(shù)據(jù)，通過使用先前貯存在CPU[2]中的程序?qū)^程數(shù)據(jù)進行運算，并對圖2中的馬達(dá)[4]，電磁閥門[6]和調(diào)整閥[7]實行通/斷和開/關(guān)控制。此外，如圖2所示，PC[1]通過串行總線[9]與其它的PC[1a]和[1b]相連接并且將對每個PC的運行進行控制所必需的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果周期地加以傳送，據(jù)此，通過維持PC之間的協(xié)同控制來實現(xiàn)運行控制。
下面結(jié)合圖1對CPU的結(jié)構(gòu)加以描述。CPU包括一個用于貯存程序，數(shù)據(jù)和中間運算結(jié)果的存儲器[26]，一個用于執(zhí)行貯存在存儲器[26]中的程序的微處理單元MPU，一個用于對PIO[3]的接口進行控制以便把程序執(zhí)行的結(jié)果傳送給過程的輸入/輸出控制單元[28]，一個用于把由PIO[3]輸入的數(shù)據(jù)和MPU[24]的運算結(jié)果傳送給串行總線[9]的串行總線輸出電路[22]，一個用于接收傳送到串行總線[9]上的數(shù)據(jù)和運算結(jié)果的串行總線輸入電路[21]，一個用于控制串行總線的輸入/輸出電路[21]/[22]的串行總線輸入/輸出控制電路[23]，一個用于對PC[1]的PC數(shù)目和對被傳送到串行總線[9]上的數(shù)據(jù)傳送間隔進行置位的置位單元[27]以及計時器[25]，該計時器[25]用于對由置位單元[27]決定的PC數(shù)目和對由傳送間隔和傳送的PC數(shù)目獲得的傳送等待時間進行置位并對MPU[24]提供傳送時間。
現(xiàn)在請參閱圖1，下面將對CPU[2]的數(shù)據(jù)傳送控制操作進行描述。在一般情況下，MPU[24]執(zhí)行貯存在存儲器[26]中的程序以便對連接在過程輸入/輸出控制電路[28]上的過程裝置進行控制。在運行(操作)控制中，計時器單元[25]向MPU[24]提供一個傳送時間，從而使數(shù)據(jù)以恒定的傳送間隔時間傳送。在接收到傳送時間后，MPU[24]立即中斷正在執(zhí)行的運行控制而開始數(shù)據(jù)傳送控制。首先，MPU[24]將貯存在存儲器[26]中的輸出數(shù)據(jù)對串行總線輸入/輸出控制電路[23]中的寄存器進行置位，然后，經(jīng)過串行總線輸出電路[22]把數(shù)據(jù)傳送到串行總線[9]上。當(dāng)MPU[24]的CPU完成了上述傳送后，MPU[24]再次開始運行控制。當(dāng)另一個PC把數(shù)據(jù)發(fā)送到串行總線[9]上時，無條件地將傳送數(shù)據(jù)經(jīng)過串行總線輸入電路[21]對位于串行總線輸入/輸出控制電路[23]中的寄存器進行置位。數(shù)據(jù)在寄存器中置位后，串行總線輸入/輸出控制電路[23]通知MPU[24]接收數(shù)據(jù)已到。這樣就使MPU[24]立即中斷正在執(zhí)行的運行控制而開始接收數(shù)據(jù)。MPU[24]把置位于串行總線輸入/輸出控制電路[23]中的寄存器的數(shù)據(jù)傳送給存儲器[26]并且在數(shù)據(jù)接收完成之前一直重復(fù)這種操作。此后，MPU[24]再次開始運行控制。
圖3表示傳送到串行總線上的數(shù)據(jù)的格式。該傳送數(shù)據(jù)依次由傳送PC的數(shù)目(SA)、傳送數(shù)據(jù)量(DL)和被傳送的數(shù)據(jù)項(DATA)構(gòu)成。
圖4至圖5是表示MPU[24]的數(shù)據(jù)傳送處理的流程圖。在復(fù)位起動后，CPU[2]中的MPU[24]使系統(tǒng)起動。傳送控制也在復(fù)位起動后被起動。首先，MPU[24]讀出固有PC的數(shù)目，傳送時間間隔t和對置位單元預(yù)置的PC總數(shù)并把這些數(shù)據(jù)項貯存到存儲器[26]中。接著，MPU[24]在對其他PC的傳輸時間和控制處理時間進行考慮后而獲得的最大等待時間加以置定并輸入總線監(jiān)控器的狀態(tài)以便對另一個已經(jīng)在串行總線上執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的PC加以確認(rèn)。這些運行(操作)與圖4中所示的流程圖中的步驟F5，F(xiàn)10和F15相應(yīng)。如果在串行總線上不存在任何已執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的PC的話，在最大等待時間過后計時器[25]就把傳送時間提供給MPU[24]，接著就開始數(shù)據(jù)傳送。MPU執(zhí)行這種傳送，并且在這種傳送完成以后，MPU[24]再次以最大等待時間對計時器[25]進行置位并執(zhí)行運行(操作)控制。在這之后重復(fù)這些操作(圖4中的步驟F15至F30)。
當(dāng)在串行總線上存在一個已經(jīng)執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的PC時，表明在MPU[24]上數(shù)據(jù)接收已經(jīng)在計時器[25]提供傳送時間之前發(fā)生這一狀況的數(shù)據(jù)，經(jīng)過圖1中的信號線[100]從串行總線輸入/輸出控制電路[23]輸出到MPU[24]，接著MPU[24]開始接收處理。當(dāng)完成最后的數(shù)據(jù)接收時，對接收是否已正常完成作出判斷。因為數(shù)據(jù)的最后一段通常含有一個諸如CRC的錯誤檢查碼，所以這種判斷是能夠?qū)崿F(xiàn)的。當(dāng)發(fā)生不正常的數(shù)據(jù)接收時，如果所置的傳送等待時間是基于這一錯誤的數(shù)據(jù)之上的，則極有可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)的碰撞。此時，用從倒數(shù)第二個已確認(rèn)為正常的接收數(shù)據(jù)起算的傳送等待時間來對計時器[25]進行置位。如果接收到的數(shù)據(jù)是不正常的，對計時器[25]置位的時間由從倒數(shù)第二個正常的數(shù)據(jù)接收起算的傳送等待時間決定。
因為是在接收完成以后將傳送等待時間對計時器[25]置位的，所以，如果象通常的實例子中那樣，在數(shù)據(jù)接收之后加一個恒定的等待時間，則傳送周期隨著數(shù)據(jù)量的改變而改變。為了保持傳送周期的恒定，采用先前從其它的PC上接收到的數(shù)據(jù)量來對傳送等待時間加以糾正。
圖6表示對傳送等待時間T進行設(shè)定(置位)的一個例子。T是由固有的PC數(shù)目決定的，而傳送等待時間間隔t是由置位電路[27]、所接收到的數(shù)據(jù)量和由接收數(shù)據(jù)獲得的傳送PC數(shù)目來加以確定的。當(dāng)固有的PC數(shù)目大于先前接收到的數(shù)據(jù)的PC數(shù)目時，傳送等待時間是從下式獲得的T＝(固有PC數(shù)-固有處理機先前已從從中接收到數(shù)據(jù)的PC數(shù))xt-τi其中，τi表示在串行總線上傳送的并被用來作為達(dá)到以恒定的傳送間隔Tt進行數(shù)據(jù)傳送的校正時間的時間;t是PC起動傳送的傳送時間間隔。τi的值是按下式獲得的τi＝(傳送的數(shù)據(jù)量)÷(傳送速度)順便說一下，可以把τi的平均值作為τ，從而可以用τ來對傳送等待時間進行校正。
然而，在這種情況中，存在著一種可能性，即傳送周期Tt也許會略有變化。
當(dāng)固有的PC數(shù)目少于接受到數(shù)據(jù)的PC的數(shù)目時，傳送等待時間T是從下式獲得的T＝(總的PC數(shù)+固有的PC數(shù)-固有處理機中先前已從中接接收到數(shù)據(jù)的PC數(shù))×t-τi。該式意味著傳送等待時間T始終為正。在固有的PC進行傳送之后的傳送等待時間T是用經(jīng)過校正的最大等待時間來計算的。
在以通過上文中所描述的方法獲得的傳送等待時間對圖1中的計時器[25]置位以后，在步驟F61至F63中執(zhí)行遺漏(缺失)PC檢查。每個把先前接收的PC數(shù)目貯存起來，然后將目前接收的PC數(shù)目和貯存起來的PC數(shù)目進行比較。如果這兩個PC數(shù)目之間的差值不是1，則表明在先前的接收和目前的接收之間存在遺漏(缺失)的PC。這一點可以是這樣引起的原來正常運行的PC發(fā)生故障而停止傳送。這種遺漏的PC數(shù)目是從目前接收的PC數(shù)目，先前接收的PC數(shù)目和兩者之間的差值計算出來的。根據(jù)這種遺漏的PC數(shù)目的信息，過程控制可以被停止，或者固有的PC的過程控制可以在與這種遺漏的PC相關(guān)的傳送時間間隔的這段時間內(nèi)加以完成。
接著，把接收到的數(shù)據(jù)貯存到圖1中的存儲器[26]中的工作區(qū)域中。至此接收處理即告完成并且對傳送等待狀態(tài)進行置位。接著，重新起動被中斷的運行控制(圖4中的步驟F40至F65)。對PC中這種處理的流程圖進行描述之后，下面的段落將結(jié)合圖7來描述用于控制整個系統(tǒng)的方法。假定PC＃2由于電源故障而停止工作。
通過觀察PC＃3來給出說明，在執(zhí)行運行控制的過程中，從PC＃0接收到數(shù)據(jù)之后，PC＃3起動數(shù)據(jù)接收過程。在確定了接收正常之后，以(3-0)×t-τ0＝3t-τ。對計時器[25]進行置位，接著該系統(tǒng)進入傳送等待狀態(tài)，從而重新起動運行控制。接著，當(dāng)時間t-τ。過去以后，PC＃1開始傳送過程，而PC＃3再次開始數(shù)據(jù)接收處理。在數(shù)據(jù)正常接收之后，以傳送時間T＝(3-1)xt-τ1＝2t-τ1對計時器[25]置位以便對計時器中的內(nèi)容進行更新，系數(shù)進入傳送等待狀態(tài)，從而重新起動運行控制。此處，因為PC＃2因電源故障而停止工作，當(dāng)時間2t-τi過去以后，PC＃3接收到來自計時器[25]的傳送時間并開始傳送處理。當(dāng)傳送完成之后，以最大等待時間對計時器[25]置位。
如上所述，把其它的PC的傳送時間τ加上去以便對傳送等待時間進行校正而獲得恒定的傳送周期。該傳送周期是由PC的數(shù)目和傳送間隔時間t確定的，其中傳送時間Tt＝總的PC數(shù)×t＝常數(shù)。通過使用置位單元[27]能夠靈活設(shè)置總的PC數(shù)和傳送時間間隔t，這能夠按照任何一種系統(tǒng)來形成傳送系統(tǒng)。作為一種例子，假定有一種含有五個PC的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，是采用0或2秒的傳送周期Tt完成傳送和控制的。如果假定總的PC數(shù)和傳送時間間隔分別是5和0.04秒，則能很方便地將傳送周期Tt相應(yīng)地置為0.2秒。順便說一句，該系統(tǒng)安排成每一個傳送周期實行一次控制。此外，如果有可能在將來增加三個PC的話，則分別用10和0.02秒的裕量來確定總的PC數(shù)和傳送間隔t。這樣就使該系統(tǒng)可以允增加PC數(shù)，同時，在不改變對其它的PC的置位的情況下能以同一傳送周期運行，直到總的PC數(shù)達(dá)到10為止。
按照本發(fā)明，最佳的傳送等待時間是從以傳送數(shù)據(jù)格式傳送的PC數(shù)目，由置位單元確定的傳送時間間隔和以傳送數(shù)據(jù)格傳送的數(shù)據(jù)量獲得的，并以該最佳傳送等待時間對每一個PC的計時器置位，它導(dǎo)致的效果是串行總線占有控制在總線上不會發(fā)生數(shù)據(jù)碰撞的情況下以一個恒定的傳送周期實現(xiàn)。
雖然本發(fā)明是結(jié)合具體的實施例加以描述的，但本發(fā)明并不受這些實施例的限制，而只是受到下列權(quán)利要求
的限制。應(yīng)該理解，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域：
的人員能夠?qū)@些實施例加以更改或修改，但它們?nèi)月湓诒景l(fā)明的范圍和精神實質(zhì)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在一個系統(tǒng)中實現(xiàn)不用主控裝置的串行總線占有控制的方法，系統(tǒng)中有多個處理機連接在一根公共總線之上，這些處理機周期地對公共總線發(fā)送數(shù)據(jù)，本發(fā)明的特征在于包括下述步驟對上述各個處理機賦予一個數(shù)字；決定一個與處理機的數(shù)字相對應(yīng)的傳送間隔時間；在一個等待時間后，把來自固有的處理機的數(shù)據(jù)發(fā)送到公共總線上，該等待時間由傳送間隔時間與固有的處理機的數(shù)目和固有處理機中先前已從中接收到數(shù)據(jù)的那些處理機的數(shù)目的差值的乘積決定，從而使處理機的周期數(shù)據(jù)傳送能在一個固定的傳送周期中完成。
2.據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制方法，共特征在于，上述等待時間是通過減去一個校正時間，即從等待時間中減去完成先前的傳送的處理機的數(shù)據(jù)傳送時間來加以校正的。
3.據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)處理機的數(shù)目改變時，通過對處理機的數(shù)目和校正時間的考慮在任何情況下總是能獲得固定的傳送周期。
4.據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)固有的處理機先前接收到的數(shù)據(jù)中包括一個錯誤時，數(shù)據(jù)按照等待時間傳送到公共總線上去，然后在上述恒定周期之后對數(shù)據(jù)進行傳送。
5.據(jù)權(quán)利要求
1所述的控制方法，其特征在于，當(dāng)固有的處理機的數(shù)目少于固有的處理機先前已從中接收到數(shù)據(jù)的處理機的數(shù)目時，等待時間是根據(jù)下式加以計算的傳送等待時間＝(處理機的數(shù)目+固有的處理機的數(shù)目-固有處理機先前已從中接受到數(shù)據(jù)的處理機的數(shù)目)×傳送間隔時間-先前數(shù)據(jù)接收的時間。
6.一種用于在系統(tǒng)中實現(xiàn)不用主控裝置進行串行總線占有控制的設(shè)備，系統(tǒng)中多個處理機連接在一公共總線上，這些處理機對公共總線周期地發(fā)送數(shù)據(jù)，本發(fā)明的特征在于，上述每一處理機包括用于貯存處理程序和數(shù)據(jù)的存儲器;用于讀出和執(zhí)行貯存在上述存儲器中的處理程序的微處理機單元MPU;用于把上述MPU的執(zhí)行結(jié)果傳送給裝置加以處理和使上述MPU接收來自該裝置的信息以便加以處理的過程輸入/輸出控制電路;連接在公共總線上的串行總線輸入/輸出電路，該電路用于接收來自其它的處理機的數(shù)據(jù)，用于把接收到的數(shù)據(jù)傳送給上述MPU，用于接收來自于上述MPU的發(fā)送數(shù)據(jù)和用于把該發(fā)送數(shù)據(jù)傳送到公共總線;用于提供一固有處理機的數(shù)字，提供處理機之間的傳送間隔時間和把發(fā)送數(shù)據(jù)傳送到公共總線上去的傳送時間的計時器;用于置位的置位單位，在上述MPU完成對來自其它的處理機的接收數(shù)據(jù)的接收之后，該置位單元置定一個上述MPU傳送一個發(fā)送數(shù)據(jù)必須等待的等待時間。
7.據(jù)權(quán)種要求6所述的設(shè)備，共特征在于，上述MPU把傳送間隔時間與固有的處理機的數(shù)目和固有處理機中先前已從中接收到數(shù)據(jù)的處理機的數(shù)目的差值相乘，據(jù)此來計算等待時間。
8.據(jù)權(quán)利要求
7所述的設(shè)備，其特征在于，對上述等待時間進行減法運算，在減法運算中，從上述等待時間中減去作為校正時間的與先前的傳送相關(guān)的處理機的數(shù)據(jù)傳送時間。
專利摘要
多個處理機連接到一根公共的串行總線上并將數(shù)據(jù)周期地傳送到上述串行總線上。在每一個處理機中，當(dāng)與固有處理機的數(shù)目和先前傳送數(shù)據(jù)的處理機的數(shù)目的差值相對應(yīng)的等待時間過去以后，要傳送的數(shù)據(jù)即被送至公共總線，這樣就使處理機執(zhí)行的周期數(shù)據(jù)傳送能在一固定的傳送周期中完成而不會引起數(shù)據(jù)之間的碰撞。
文檔編號G06F13/36GK87100279SQ87100279
公開日1987年8月12日 申請日期1987年1月13日
發(fā)明者山岡弘昌, 脇田章弘, 藤純壽, 天日康博, 下山和彥 申請人:株式會社日立制作所, 日立工程株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan