專利名稱：數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以使用在自動化系統(tǒng)中、例如在SPS控制器中的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，進一步地開發(fā)特別是用在自動化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)。
上述技術(shù)問題是通過這樣一種數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)來解決的其具有主控單元、第一從動單元以及至少另一個從動單元，其中，為了進行從動選擇，主控單元具有一個用于輸出一對一代碼的代碼輸出端；第一從動單元具有一個與主控單元的代碼輸出端連接的從動選擇輸入端；第一從動單元具有一個與至少另一個從動單元連接的從動選擇輸出端；第一從動單元具有一個將加載在從動選擇輸入端上的、一對一代碼的比特進行反轉(zhuǎn)并且輸出到該第一從動單元的從動選擇輸出端上的反轉(zhuǎn)器。
據(jù)此，為一個數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)配備了主控單元、第一從動單元以及至少另一個從動單元。這種類型的網(wǎng)絡(luò)具有一種線形的結(jié)構(gòu)。因為對于希望發(fā)送的從動單元的通道訪問是按照設(shè)置好的、可以預期的形式進行的，因此可以涉及確定的通道訪問方法。在這種情況下，集中的控制通過主控單元實現(xiàn)了對總線占有權(quán)限的授予。
為了進行從動選擇，主控單元具有一個用于輸出一對一代碼的代碼輸出端。一對一代碼(eineindeutiger Code)優(yōu)選為格雷碼(Graycode)。可選的，也可以將一對一代碼逐比特地向下或向上計數(shù)。這種一對一代碼可以具有兩個或者多個比特。在此，格雷碼所起的作用是，與其它比特值序列相比減小了干擾的易發(fā)性。因此，下面優(yōu)先描述格雷碼。
例如對于由兩個比特組成的信號來說，格雷碼是如下的值序列00 10 11 01。
第一從動單元具有一個與主控單元的代碼輸出端連接的從動選擇輸入端。該從動選擇輸入端用來根據(jù)一對一代碼選擇第一從動單元。優(yōu)選地，第一從動單元的從動選擇輸入端的接線數(shù)與主控單元的代碼輸出端的接線數(shù)一致。
此外，第一從動單元具有一個與至少另一個從動單元連接的從動選擇輸出端。為此，其它從動單元優(yōu)選地同樣具有一個既與第一從動單元、又與主控單元連接的從動選擇輸入端。
第一從動單元具有一個反轉(zhuǎn)器，后者將加載在從動選擇輸入端上的、一對一代碼的比特進行反轉(zhuǎn)，并且輸出到該第一從動單元的從動選擇輸出端。在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)變形中，這種反轉(zhuǎn)器或者是作為硬件、例如按照CMOS反轉(zhuǎn)器的形式構(gòu)成，或者是通過計算單元、特別是微控制器的軟件實現(xiàn)的。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴展中，每個從動單元具有一個與有關(guān)從動選擇輸入端以及有關(guān)從動選擇輸出端連接的反轉(zhuǎn)器。
優(yōu)選地，在本發(fā)明的一種擴展中，一對一代碼、特別是格雷碼的一個值對應于對用于發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的從動單元的選擇。該值優(yōu)選為固定，從而不必將引入的從動單元配置在一個偏差的值上。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴展中，從動單元具有用于數(shù)據(jù)通信的同樣的軟件和/或同樣的硬件。這點實現(xiàn)了所謂的“即插即用”，從而可以在不要求手動地賦予地址的條件下通過插入而引入從動單元。在此，對硬件和軟件的身份涉及數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的部件就足夠了。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的擴展中，主控單元為了傳送數(shù)據(jù)通過串行接口與每個從動單元并聯(lián)，其中，該串行接口優(yōu)選為三線的。這點實現(xiàn)了在兩個方向上——即從主控單元向所選擇的從動單元以及從所選擇的從動單元向主控單元——同時傳送數(shù)據(jù)。
為了簡化數(shù)據(jù)傳送的同步，以及采用盡可能簡單和因此不精確的時鐘發(fā)生器，在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，每個從動單元被構(gòu)造用來產(chǎn)生時鐘信號。在此，主控單元具有用于與所選擇的從動單元的時鐘信號進行同步(Aufsynchronisation)的裝置。在此優(yōu)選的是，每個從動單元被構(gòu)造用來根據(jù)在從動選擇輸入端上所施加的信號產(chǎn)生時鐘信號。
優(yōu)選地，每個從動單元被構(gòu)造為在故障情況下斷開串行接口的輸出端。這點使得可以避免為了在起作用的、所選擇的從動單元與帶故障運行的從動單元之間進行數(shù)據(jù)傳送而在串行接口上發(fā)生的沖突，該帶故障運行的從動單元可能極大地干擾或者完全破壞至主控單元的數(shù)據(jù)通信。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式中，主控單元具有一個網(wǎng)關(guān)，用于發(fā)送和/或接收另一個總線的數(shù)據(jù)。這點允許通過一個與該主控單元連接的、例如對整個加工設(shè)備進行控制的中央計算機，對從動單元的功能進行遙控。作為替換或者與至其它單元的接口或總線連接相組合的，在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式中，主控單元具有一個用于手動選擇一個從動單元的輸入單元。該輸入單元可以是與按照顯示器形式的顯示單元連接的鍵盤。
本發(fā)明的另一個方面是，將上面所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)用于操縱自動化系統(tǒng)的傳感器-執(zhí)行器-控制單元、特別是SPS控制器。


下面對照附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步的說明。圖中圖1表示數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的示意性方框圖，圖2表示總線活動的時間片段的示意圖，并且圖3表示在一個時間片段內(nèi)借助于格雷碼對從動單元的選擇。
相互對應的功能元件在所有附圖中標有相同的參考標記。
具體實施例方式
圖1示出了按照本發(fā)明的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的示意性方框圖。發(fā)揮主控器100作用的是數(shù)據(jù)提供組件(Dateneinspeise-Baugruppe)。在圖1的實施方式中，主控器100作為所謂的網(wǎng)關(guān)起到的作用是，使得在數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)內(nèi)部的通信以及與其它功能組(例如中央計算機)的通信都通過另一個總線系統(tǒng)200(例如CAN，IQ-Sence或PROFI總線)進行。附加的或者作為替換，主控器100也可以用于手動輸入通過數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)。
為了傳送數(shù)據(jù)，主控器100與四個從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4連接。這些從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4優(yōu)選是緊湊分線系統(tǒng)的模塊，其中每一個模塊除了總線功能之外還包括具有用于控制執(zhí)行器、測量傳感器的硬件和軟件以及安全功能的部件SA1、SA2、SA3、SA4。為此部件SA1至SA4例如可以包括功率電子器件，如功率半導體。該功率電子部件是用于優(yōu)選4個電機的控制和保護裝置，并提供針對過載或過高溫度的保護。在此，這些從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4自動地識別出所連接的執(zhí)行器或傳感器，為它們分配一個標示并且配置控制軟件。
從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4由主控器100明確地分配其在總線中的位置。部件SA1，SA2，SA3或SA4可以額外地滿足不同的功能，如電機起動器“直接”、“轉(zhuǎn)向”、“緩和”等等。在此，對于從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4的分配不需要手動地賦予地址，而是由總線的協(xié)議來管理。例如，主控器100為與一個部件SA1，SA2，SA3或SA4連接的電動機發(fā)送控制數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)被構(gòu)造為用于最多四個從動單元Sl1至Sl4。數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)網(wǎng)是并行實現(xiàn)的，例外的是在主控器100輸出端M5和M6上的兩個導線。輸出端M5上的導線到達第一從動單元Sl1的輸入端S17。從動單元Sl1將在輸入端S17上施加的信號反轉(zhuǎn)，并且將反轉(zhuǎn)后的信號在輸出端S15上輸出。該反轉(zhuǎn)后的信號到達第二從動單元Sl2的輸入端S26以及第三從動單元Sl3的輸入端S37。在此，輸入端S17，S27，S37和S47將施加的信號反轉(zhuǎn)并且將反轉(zhuǎn)后的信號在輸出端S15，S25，S35和S45上輸出。
如果主控器100的兩個輸出端M5和M6處于低電平，則從動單元Sl1至Sl4通過布線而在其輸入端上分別得到格雷碼的一個值。按照所示出的情況，從動單元Sl1得到值“00”，從動單元Sl2得到值“10”，從動單元Sl3得到值“l(fā)1”以及從動單元Sl4得到值“01”。在圖1中值“00”對應于與主控器100進行通信的一種選擇，從而在示出的情況下從動單元Sl1可以通過輸入和輸出端“1”至“4”發(fā)送和接收。其它從動單元Sl2至Sl4斷開輸入和輸出端“1”至“4”。
為了選擇從動單元Sl2，主控器100在輸出端M5上施加高電平而在輸出端M6上施加低電平。由于從動單元Sl1中的反轉(zhuǎn)在第二從動單元Sl2的輸入端S26，S27上分別施加低電平，這對應于格雷碼值“00”。在該時刻第二從動單元Sl2被選擇來發(fā)送和接收。該方法的結(jié)果是，通過格雷碼可以順序地唯一調(diào)用模塊Sl1，Sl2，Sl3，Sl4。通過格雷碼的應可以顯著減小不同從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4發(fā)生數(shù)據(jù)沖突的可能性。
按照這種方式，主控器100可以通過施加相互跟隨的格雷碼值而依次地選擇單個的從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4用于通信。在此，格雷碼具有這樣特別的特性相鄰二進制組合僅僅在一個位置上不同。這種碼也被稱為單步的或者周期的。其用來簡化地確定錯誤的臨時組合。此外，通過采用格雷碼不要求在數(shù)據(jù)總線上進行明白的地址賦予。
為了進行通信，被選擇的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4發(fā)送時鐘信號Cl，主控器100與該時鐘信號進行同步。主控器100通過數(shù)據(jù)線DO向被選擇的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4發(fā)送數(shù)據(jù)，而被選擇的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4通過另一條數(shù)據(jù)線DI向主控器100發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交換僅僅在可以被稱為路由器的主控器100與連接的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4之間進行。為此，利用了通過三芯線Cl、DO和DI的串行數(shù)據(jù)傳送。通過復位線R可以對被選擇的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4復位。
為了能夠?qū)膭訂卧猄l1，Sl2，Sl3或Sl4簡單地連接到數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)上，提供了機械上標準的插接連接(Steckverbingdung)AS1，AS2，AS3和AS4，這些插接連接保證了從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4的簡單安裝。從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4具有同樣的硬件以及同樣的配置，使得它們可以插接到任意的插座AS1，AS2，AS3和AS4上。這些插座可以是可安裝的后壁總線印刷電路板的一部分，該總線印刷電路板保證了在一個機殼中安排整個數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)。如果從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4有故障或者不在插接位置AS1，AS2，AS3和AS4上，則主控器100識別這點并且可以通過改變格雷碼值來選擇另一個從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4。
圖2示意性地示出了總線活動的一個時間片段。為了保證在從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4中的技術(shù)花費盡可能的小，在由主控器100選擇之后，從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4產(chǎn)生一個時鐘信號并且發(fā)送一個定義好的電報。按照相同的過程，被選擇的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4從主控器100接收一個由該時鐘信號啟動的(getaktetes)電報。
在圖2中示意性地示出了針對被選擇的從動單元Sl1的電報。該電報由三部分組成。在第一字節(jié)中傳送了部件SA1的標識SA1 ID，其向主控器100提供了關(guān)于所連接設(shè)備的功能的明確信息。例如，可以是關(guān)于所連接的、可以被測量或操縱的傳感器和執(zhí)行器的信息。第二部分(數(shù)據(jù)字節(jié))被保留用于在主控器100和被選擇的從動單元Sl1之間的數(shù)據(jù)傳送。在此，第二部分的大小取決于部件SA1的標識SA1 ID，因為不同的功能需要不同大小的數(shù)據(jù)。在正常情況下，為了控制例如電機起動器的標準功能，一個字節(jié)就足夠了。第三部分用于數(shù)據(jù)安全的XOR檢查。形成對前兩部分的異或檢驗和。
根據(jù)圖3示意地示出了在主控器100和從動單元Sl1，Sl2，Sl3和Sl4之間的連接結(jié)構(gòu)。在上面區(qū)域記錄了在主控器100的輸出端M5和M6上輸出的格雷碼值M00，M10等。在一個完整的序列之后重復這些值。通過信號M00，M10等對有關(guān)的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4進行初始化。被分別選擇的從動單元Sl1至Sl4利用時鐘信號開始傳送，并且在由主控器100進行的初始化之后發(fā)送電報。在成功的電報傳送之后主控器100轉(zhuǎn)動格雷碼信號，以便順序地依次輪詢所有從動單元Sl1至Sl4。如果通信中斷，則該錯誤被從動單元Sl1，Sl2，Sl3，Sl4識別并且提示。在出現(xiàn)有故障的從動單元Sl1，Sl2，Sl3或Sl4時將輸出端可靠地斷開。
為了實現(xiàn)圖1至3的這種數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，僅僅需要三條用于數(shù)據(jù)傳送的導線以及兩條用于選擇進行通信的從動單元Sl1，Sl2，Sl3，Sl4的導線。輸出由一個(沒有示出的)微控制器進行處理，這點使得對于昂貴的硬件解決方案以及ASIC的開發(fā)成為多余。因為軟件僅僅需要非常少的資源(MIPS)，也可以將該技術(shù)問題由現(xiàn)有的處理器一并承擔。
所描述的實現(xiàn)保證了啟動識別(Anlauferkennung)。這意味著，在重新啟動時主控器100識別出，連接了何種類型的部件SA1至SA4。在此，地址對應于在結(jié)構(gòu)中的位置，即插接位置AS1至AS4。因此，根據(jù)圖1至圖3的低成本的解決方案提供了這樣的可能性操縱既可以集中進行也可以“在現(xiàn)場”進行，其中保持了簡單安裝和投入運行。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其具有主控單元(100)和第一從動單元(S11)以及至少另一個從動單元(S12，S13，S14)，其中，-為了進行從動選擇，所述主控單元(100)具有一個用于輸出一對一代碼的代碼輸出端(M5，M6)，-所述第一從動單元(S11)具有一個與所述主控單元(100)的代碼輸出端(M5，M6)連接的從動選擇輸入端(S17，S16)，-所述第一從動單元(S11)具有一個與所述至少另一個從動單元(S12，S13，S14)連接的從動選擇輸出端(S15)，-所述第一從動單元(S11)具有一個將加載在從動選擇輸入端(S17)上的、一對一代碼的比特進行反轉(zhuǎn)并且輸出到該第一從動單元(S11)的從動選擇輸出端(S15)上的反轉(zhuǎn)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述一對一代碼是格雷碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述一對一代碼、特別是格雷碼的一個值(00，10，11，01)對應于對用于發(fā)送和/或接收數(shù)據(jù)的一個從動單元(S11，S12，S13，S14)的選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述從動單元(S11，S12，S13，S14)具有用于數(shù)據(jù)通信的同樣的軟件和/或同樣的硬件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單元(100)為了傳送數(shù)據(jù)通過串行接口(D0，DI，Cl)與每個從動單元(S11，S12，S13，S14)并聯(lián)，其中，所述串行接口(D0，DI，Cl)優(yōu)選為三線的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，每個從動單元(S11，S12，S13，S14)被構(gòu)造用來產(chǎn)生時鐘信號(Cl)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，每個從動單元(S11，S12，S13，S14)被構(gòu)造用來根據(jù)在從動選擇輸入端(S17，S16，S27，S26，S37，S36，S47，S46)上所施加的信號產(chǎn)生所述時鐘信號(Cl)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述從動單元(S11，S12，S13，S14)被構(gòu)造為在故障的情況下斷開所述串行接口(D0，DI，Cl)的輸出端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單元(100)具有一個網(wǎng)關(guān)，用于發(fā)送和/或接收另一個總線(200)的數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單元(100)具有一個輸入單元，用于手動地選擇一個從動單元(S11，S12，S13，S14)。
11.一種根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的應用，用于操縱自動化系統(tǒng)的傳感器-執(zhí)行器-控制單元(SA1，SA2，SA3，SA4)、特別是SPS控制器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，具有主控單元(100)和第一從動單元(S11)以及至少另一個從動單元(S12，S13，S14)，其中為了進行從動選擇，主控單元具有一個用于輸出一對一代碼、尤其是格雷碼的代碼輸出端(M5，M6)；第一從動單元具有一個與所述主控單元的代碼輸出端(M5，M6)連接的從動選擇輸入端(S17，S16)；第一從動單元具有一個與至少另一個從動單元(S12，S13，S14)連接的從動選擇輸出端(S15)；第一從動單元具有一個將加載在從動選擇輸入端(S17)上的、一對一代碼的比特進行反轉(zhuǎn)并且輸出到第一從動單元的從動選擇輸出端(S15)上的反轉(zhuǎn)器。
文檔編號G05B19/05GK1881198SQ20061009254
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者斯蒂芬·貝耶, 彼得·豪塞爾特, 馬賽厄斯·邁耶 申請人:西門子公司