[發明專利]具有短延遲時間的可編程控制裝置

有效

• 申請號: 201380075613.5
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN105122158B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 勒內·格拉夫;米夏埃爾·維喬雷克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05;G06F9/44
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術領域

本發明涉及一種用于過程設備和/或生產設備、或簡稱為設備的可編程控制裝置。該控制裝置能夠經由現場總線與設備的外圍設備連接，即與設備的例如流水線和自動系統的傳感器和/或執行機構連接。屬于本發明的還有一種用于運行可編程控制裝置的方法。最后，屬于本發明的還有一種太陽能熱學設備和計算機程序產品。

背景技術

與用于個人計算機(PC)的程序相反，用于可編程控制裝置的程序具有精確確定的結構。其根據圖1在下面闡述。圖1示出了流程圖，在該流程圖中示出的是，現場總線10如何關于時間t地在各個現場總線循環Zf中分別將設備的(未示出的)外圍設備的當前輸入數據組傳遞給可編程控制裝置、或簡稱為控制裝置12?？刂蒲b置12實施對于設備的調節算法的控制程序SPS。循環地執行控制程序SPS、即一個接一個地執行，其中，圖1中表示了控制程序SPS在其關于時間t的運行中的兩個連續的程序循環Zp。

每個程序循環Zp隨著經由現場總線讀取連接的外圍設備的輸入數據開始。對此，控制裝置12將現場總線10的相應的當前的輸入數據組14復制到用于當前的輸入過程映射PAE的輸入存儲器中。隨后對該數據進行處理，并且在最后將算出的輸出數據再次寫入到輸出存儲器上，現場總線從那里讀取該輸出數據并且將其再次傳遞到外圍設備。用于輸入數據和輸出數據的存儲器被稱為過程映射(PA)。用于輸入數據的部分也簡稱為PAE，用于輸出數據的部分類似地簡稱為PAA。根據調節算法，在程序循環Zp期間通過控制程序SPS從輸入過程映射PAE計算用于輸出過程映射PAA的輸出數據組。在循環結束Ze時，將輸出過程映射PAA、即具有用于外圍設備的調節數據的數據組再次傳遞給現場總線，其將輸出數據組傳遞給外圍設備的調節單元，該調節單元隨后驅控各個設備元件的執行機構。在循環結束到下個循環開始之間的過渡被稱為循環控制點(ZKP)，其最重要的特征在于，因為完成了全部的計算，所以在輸出存儲器PAA中存在完全的數據一致性。

用于向外圍設備詢問其當前的輸入數據的或者用于為其傳遞現存的、由控制裝置計算的輸出數據的現場總線循環與控制裝置12的程序循環Zp無關?，F場總線循環時間Tf是以下時間，系統需要該時間以便將由外圍設備傳遞給現場總線的所有當前的輸入值作為當前的輸入數據組復制到控制設備的存儲器中作為當前的輸入過程映射PAE，并且將那里的當前的輸出過程映射PAA作為輸出數據組再次寫入到外圍設備。

程序Zp持續了確定的程序循環時間Tz。該程序循環時間長于現場總線循環時間Tf，現場總線10以該現場總線循環時間更新控制裝置12的數據輸入端處的當前的輸入數據組。一般而言在此適用，Tf<<Tz。在此，常見的SPS程序和配置的數量級為Tf<50ms并且Tz<1000ms，從而直到對改變作出反應為止經過了不期望的長時間。

在中央的外圍設備中作為現場總線的替代，采用所謂的背板總線，其一般工作地比現場總線更快。接下來參考這兩種總線類型，即背板總線和現場總線以及另外的、一般作為通訊總線的能用于SPS的總線。

利用不同方法所嘗試的是，如下地改變顯存現存的SPS程序，以使得能夠并行地執行該程序的各個部分，從而在應用多核或許多核處理器的情況下特別快速地運行控制程序，而不必由程序員將其詳盡地編程出。

然而在此產生了重要的問題，因為控制程序的迄今為止的依序處理允許了一種結構，其在并行地實施時導致不可預見的結果。作為實例，在此要提及一種局部變量(記憶器)的應用，其在不同程序段中總是重復用作為用于不同計算的中間存儲器。在連續的控制程序中這沒有問題。在并行地實施該控制程序的各個部分時，在這些各個部分之間存在有隱含的通訊，因為并行實施的控制程序的一個程序部分寫入了該變量，而其他部分正好讀取該變量并且因此得到錯誤值。這也被稱為數據競爭(Data-Race)。

發明內容

本發明的目的在于，縮短控制裝置對外圍設備元件的輸入值的改變作出反應的延遲時間。