專利名稱：用于數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê驮O(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在機床以及類似的電子系統(tǒng)中經(jīng)由具有多個絞合導(dǎo)體對的數(shù)據(jù)電纜進行數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê驮O(shè)備。
背景技術(shù)：
對于在短距離上，即在數(shù)米或數(shù)厘米的距離上進行(快速)數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸，導(dǎo)體常常以并行布置并且以不計其數(shù)的變型被使用。例如，ー種應(yīng)用涉及在個人計算機(PC)的主板上的并行總線(數(shù)據(jù)傳輸路徑)，多個子板能以并行方式連接到所述主板。這樣的總線通常具有小于300mm的長度并且可具有超過100個的并行導(dǎo)體，例如為ISA總線、PC104總線、PCI總線，或者是無強制性標準的眾 多專有總線。另ー示例涉及在數(shù)米的距離上進行數(shù)據(jù)傳輸。在現(xiàn)有技術(shù)中將多芯屏蔽電纜用于在諸如PC和打印機的裝置或測量裝置之間的快速并行數(shù)據(jù)傳輸。典型示例為PC并行端ロ、Centronics/IEEE-1284、IEEE-488/IEC-625儀器總線，或者是具有多芯帶狀電纜的所有エ業(yè)控制系統(tǒng)。這些并行數(shù)據(jù)傳輸操作的共同特征為傳送部分和接收部分的高度復(fù)雜性以及對于傳輸電纜所需要的大量并行線路。并行導(dǎo)體的典型特征為它們對由電磁場、并行導(dǎo)體之間的串擾和傳播時間差引起的故障的顯著的易感性。就與數(shù)據(jù)總線寬度、地址范圍和傳輸速率有關(guān)的擴展程度而言的不靈活性在某些情況下特別麻煩。由于這些原因，串行數(shù)據(jù)傳輸被廣泛使用。實際上，僅串行原理在經(jīng)由無線電或光波的無線傳輸期間或者在經(jīng)由電信線路的有線傳輸期間在許多應(yīng)用中是有可能的。諸如PCI-Express、以太網(wǎng)、EtherCAT> Powerlink、USB 或者例如為 Profibus、Device-Net或CANopen的エ業(yè)現(xiàn)場總線的許多串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議已在相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域中被確立并且在對應(yīng)的標準中被公開。串行數(shù)據(jù)傳輸簡化并且降低了數(shù)字數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的成本。不同的編碼和檢查方法保證了安全和健壯的鏈路。某些編碼方法，例如也包括下文提到的曼徹斯特編碼方法從數(shù)據(jù)流中提取時鐘信號的可能性解決了在任何期望的傳輸路徑和距離上的傳播時間問題?？偩€訂戶的數(shù)量、數(shù)據(jù)寬度、地址范圍、傳輸介質(zhì)、傳輸距離和傳輸方向的高度靈活性被提供給這些方法中的許多。但是，如果隨機發(fā)生的事件必須在機器的任意子組件中(幾乎)無時間延遲地被處理，則當在機床以及類似的電子系統(tǒng)中在短距離上使用串行數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸操作時特定問題會出現(xiàn)。 盡管有已知用于周期性地使例如驅(qū)動軸的不同模塊彼此同步的、例如EtherCat和Powerlink的解決方案，對于隨機操作沒有已知的可用方案。歐洲專利說明書EP I 749 609B1公開了在機床，特別是在放電加工機中的子組件的一致模塊化。起始于中心通信節(jié)點，各模塊經(jīng)由類以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路以星形配置連網(wǎng)并且還經(jīng)由數(shù)據(jù)電纜被供應(yīng)以高達50W電カ的DC電壓。電カ例如根據(jù)以太網(wǎng)供電標準(或簡稱為PoE)被供應(yīng)，其類似于IEEE 802. 3af標準。通信節(jié)點額外地具有根據(jù)IEEE 802. 3的至少ー個標準以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路，其允許到外部世界的任何期望的長距離鏈路。這樣的機床最終不再需要電氣柜并且能夠在任何時間被擴展或修改。遠程診斷、配置和軟件更新能夠經(jīng)由因特網(wǎng)方便地被執(zhí)行。模塊被直接安裝于它們在機床中的作用位置以便保持在傳送電力時產(chǎn)生的損失盡可能小。在EP I 749 609B1中提出了用于數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜齻€優(yōu)先級作為用于配置內(nèi)部的類以太網(wǎng)的鏈路LINK的進ー步的信息最高優(yōu)先級僅在模塊內(nèi)部的并行處理，
第二優(yōu)先級在模塊之間，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點并且優(yōu)選地為并行數(shù)據(jù)處理，第三優(yōu)先級在模塊與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間以及到外部的上級系統(tǒng)優(yōu)選順序的數(shù)據(jù)處理。如在ー開始所提到的那樣，對于實時應(yīng)用還另外公開了諸如EtherCAT、Powerlink、Profinet和Modbus TCP/IP的以太網(wǎng)衍生。這些衍生涉及在傳送方法中的特定預(yù)防措施以便保證最大可允許的滯后時間以得到確定性(可預(yù)測)的行為。為了這個目的，根據(jù)IEEE 1588的時間戳附隨地在數(shù)據(jù)包中被傳送，例如以便允許多個總線訂戶的精確的時間同步。但是，所有這些已知的解決方案具有以下的共同缺點它們不能立即對時間上隨機的操作作出反應(yīng)。數(shù)據(jù)包的傳輸必須總是被發(fā)起或等待以便傳送信息項，并且在每種情況下事件必須也與本地時鐘速率同步。對于具有根據(jù)EIA/TIA-568標準的Cat. 5電纜以及例如IOOMHz的最大帶寬的EtherCAT鏈路，這現(xiàn)在會導(dǎo)致至少10 u s的時間延遲和顯著的抖動(瞬時不清晰)。由于傳感器和致動器通常被包括在操作中并且同樣地導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理中的某些時間延遲，在有可能對隨機事件作出反應(yīng)之前的這個時間延遲可加倍為超過例如20 y S。盡管具有250MHz最大帶寬的、根據(jù)EN50288標準的更快的Cat. 6電纜或者根據(jù)IEEE 802. 3an的用于千兆比特以太網(wǎng)的處于500MHz的Cat. 6a鏈路能減小在對隨機事件作出反應(yīng)之前的這個時間延遲，但它們在這樣做的同時增加了系統(tǒng)成本和電カ損失。即使在500MHz帶寬和經(jīng)由四個導(dǎo)體對的并行傳輸?shù)那闆r下，對于傳感器/致動器的情況，仍能預(yù)期大約有2 y s的、在對隨機事件作出反應(yīng)之前的延遲時間。通常必須以小于大約IOOns被處理的隨機操作或事件一在系統(tǒng)中發(fā)生，例如上文所描述的同步串行數(shù)據(jù)傳輸操作一般就負擔過重。放電加工機特別地受到這種缺點影響，因為許多與過程有關(guān)的操作具有純隨機的行為，例如處理脈沖的點火延遲時間或者應(yīng)在處理脈沖期間被檢測并且應(yīng)通過即時措施來排除的過程故障。某些放電過程基于弱的、所謂的預(yù)備或探測脈沖，其掃描火花隙的狀態(tài)。取決于分析結(jié)果，例如用于打開微短路或用于經(jīng)由沖擊波進行清理的處理脈沖或各種其他脈沖被釋放。但是，這種釋放必須以小于大約IOOns來執(zhí)行，否則該方法會變得無用，因為所測量的火花隙性質(zhì)早已不再是當前的(例如在IOOns之后)。類似的問題出現(xiàn)在具有線性馬達或壓電驅(qū)動的高度動態(tài)的伺服軸中。這樣的系統(tǒng)正越來越經(jīng)常地被用于在隨機干擾變量連續(xù)被檢測到之后使過程穩(wěn)定。示例為放電加工機中的驅(qū)動軸、車床中不圓的車削、高精度機床中的外部振動的主動阻尼以及切削機床中由切削工具的振動造成的振痕的主動抑制。對于這種類型的驅(qū)動而言，高達lOm/s的致動速度并不鮮見。但是，這意味著在這種情況下，位置在IOOns中改變I m。對于微米準確度而言，大約IOOns的限制因此在隨機事件發(fā)生時由于在采取對策之前的延遲時間而產(chǎn)生。對于2 y s的延遲時間應(yīng)相應(yīng)地預(yù)期高達20 y m的誤差，如上文所提到的那樣，該2 U s的延遲時間將在傳感器/致動器的情況下出現(xiàn)。發(fā)明目的與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于開發(fā)用于數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇蟹椒ê驮O(shè)備以使得隨機事件能以較少的工作量和較少的能量消耗來分析并且能以較少的能量消耗快速被傳送的目的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種經(jīng)由具有多個絞合導(dǎo)體對的數(shù)據(jù)電纜在機床中對隨機事件進行快速數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ龆鄠€絞合導(dǎo)體對中的至少ー個導(dǎo)體對旨在用于串行數(shù)據(jù)傳輸。另外的導(dǎo)體對_在用于傳送隨機事件。隨機事件由無時鐘地傳送的單個脈沖發(fā)信號通知，所述單個脈沖能夠是正脈沖或負脈沖，并且正脈沖發(fā)信號通知第一隨機事件，負脈沖發(fā)信號通知第二隨機事件并且不存在單個脈沖發(fā)信號通知無事件。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種經(jīng)由具有多個絞合導(dǎo)體對的數(shù)據(jù)電纜在機床中對隨機事件進行數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，所述多個絞合導(dǎo)體對中的至少ー個導(dǎo)體對g在用于串行數(shù)據(jù)傳輸。至少ー個另外的導(dǎo)體對_在用于傳送隨機事件。傳送裝置被提供并且耦接于所述數(shù)據(jù)電纜的至少一端，以及接收裝置被提供并且耦接于所述數(shù)據(jù)電纜的相對端，所述傳送裝置和接收裝置被連接到關(guān)聯(lián)的邏輯電路。為了發(fā)信號通知隨機事件，至少ー個傳送裝置被設(shè)計成使得其無時鐘地傳送單個脈沖，單個脈沖能夠是正脈沖或負脈沖，正脈沖發(fā)信號通知第一隨機事件，負脈沖發(fā)信號通知第二隨機事件并且不存在單個脈沖發(fā)信號通知無事件，而用于接收所述單個脈沖的至少ー個接收裝置被設(shè)計成使得其能檢測“正脈沖”、“負脈沖”和“無事件”這三個狀態(tài)。根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供了一種放電加工機，其包括中心節(jié)點；多個模塊，其被設(shè)計并且g在用于控制所述放電加工機；以及至少ー個數(shù)據(jù)電纜。所述數(shù)據(jù)電纜將至少ー個模塊連接到所述中心節(jié)點。所述放電加工機具有根據(jù)所述第二方面的設(shè)備和/或被設(shè)置為執(zhí)行根據(jù)所述第一方面的方法。將在從屬權(quán)利要求、附圖和以下說明中解釋本發(fā)明的另外方面。


將在下文中參照附圖更詳細地解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中圖I使用放電加工機的示例示出電子器件的典型的模塊化設(shè)計和模塊化布線。圖2示出從EP I 749 609B1中已知的、具有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路和可配置的串行數(shù)據(jù)信道LINK的中心節(jié)點。
圖3示出用于高達100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率的、已知的以太網(wǎng)Cat. 5電纜的標準化配置。圖4示出具有根據(jù)本發(fā)明的擴展和Cat. 5電纜的具有用于隨機事件的兩個雙向傳輸信道的配置的實施例。圖5示出具有用于控制和/或報告驅(qū)動軸位置的兩個離散事件的單個脈沖編碼的實施例。
圖6示出具有用于檢測放電加工機的火花隙狀態(tài)的兩個離散事件的單個脈沖編碼的實施例。圖7示出具有在節(jié)點與模塊之間的模塊化的串行數(shù)據(jù)傳輸鏈路的實施例。圖8示出具有隨機事件的快速和安全傳輸?shù)膶嵤├?。圖9示出具有隨機事件的快速和安全傳輸?shù)牧愆`實施例。
具體實施例方式圖I示出使用放電加工機4的示例具有電子器件的典型的模塊化設(shè)計和模塊化布線的實施例。放電加工機4經(jīng)由AC電カ網(wǎng)輸入I被供應(yīng)以能量。AC輸入AC、DC電壓調(diào)節(jié)器DC和數(shù)值控制器CNC的模塊2被容納于控制臺或電氣柜中。節(jié)點5(節(jié)點)作為用于經(jīng)由以星形配置布置的串行數(shù)據(jù)鏈路6(LINK)的機器內(nèi)數(shù)字通信業(yè)務(wù)的控制中心被設(shè)置。連接的模塊8能經(jīng)由被標注為“LINK”的串行數(shù)據(jù)鏈路6在每種情況下被直接供應(yīng)以典型地為48VDC、高達大約50W電カ的DC電壓。如上文所提到的那樣，在這種情況下例如經(jīng)由類似于IEEE 802. 3af標準的以太網(wǎng)供電(PoE)標準來供應(yīng)電力。在這種情況下，模塊8例如是被設(shè)計用于驅(qū)動馬達(“驅(qū)動”)、生成處理脈沖(“發(fā)生器”)、測量(“測量”)和控制的模塊。例如具有+/-280VDC的DC電壓的DC電壓電纜7 (" DC")被設(shè)置用于安裝在放電加工機4中的更高電力的模塊8 (驅(qū)動、發(fā)生器和控制)。DC電壓電纜7起始于DC電壓調(diào)節(jié)器DC并且同樣地經(jīng)由節(jié)點5以星形配置連接到將相應(yīng)地被供應(yīng)的模塊8。這種連接允許能量以不受阻礙的方式在連接的模塊8之間相互交換。用于測量目的的模塊8 (測量)通常不需要DC電壓電纜7而是經(jīng)由PoE被供應(yīng)以電能。還設(shè)置了標準化的以太網(wǎng)控制連接3，其使與外部世界，例如與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)(例如LAN或WLAN)通信或甚至經(jīng)由因特網(wǎng)進行通信成為可能。在一些實施例中，經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路6(LINK)的機器內(nèi)通信能以高度簡化的方式執(zhí)行，因為僅ー個總線訂戶一直被連接并且因此既不需要尋址操作也不需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)包管理。所謂的即插即用識別方法使靈活地連接任何期望的模塊8成為可能，在一些實施例中，這對于客戶特定的設(shè)計或隨后的擴展而言可能是重要的。數(shù)據(jù)鏈路6(LINK)是本發(fā)明的起始點。將在下文中更詳細地解釋其操作方法。圖2示出具有以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路3'和大量結(jié)構(gòu)上一致但可配置的串行數(shù)據(jù)鏈路6' (LINK)的中心節(jié)點，舉例來說如從EP I 749 609B1中已知的那樣。在一些實施例中，中心節(jié)點5在這種情況下可對應(yīng)于圖2所示并且在EP I 749 609B1中所公開的節(jié)點。
在這個節(jié)點的情況下，DC電壓連接7'確保了經(jīng)由DC電壓轉(zhuǎn)換器DC/48V通過48VDC的典型電壓對整個系統(tǒng)的基本供應(yīng)。這個電壓供應(yīng)所有的數(shù)據(jù)鏈路LINK和以太網(wǎng)以及電壓調(diào)節(jié)器48VDC/LVDC，該電壓調(diào)節(jié)器48VDC/LVDC向電子部件ii P、COM、IPO和SAFETY提供更低的電壓。塊COM負責通信，其通常具有可編程的邏輯電路并且對應(yīng)于邏輯電路(圖7中的11，F(xiàn)PGA_N)，如也在本發(fā)明的一些實施例中所使用的那樣。并行數(shù)據(jù)處理具有以下優(yōu)點處理速度始終相同，而不管復(fù)雜性如何 。塊ii P、IPO和SAFETY沒有在此做任何進ー步描述，因為它們對于本發(fā)明而言并非直接重要的并且在例如EP I 749 609B1中有詳細描述。圖3示出用于高達100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率的、已知的以太網(wǎng)Cat. 5電纜的標準化配置，如也在一些實施例中所使用的那樣。僅一起形成UP_LINK的導(dǎo)體對TX+、TX-以及ー起形成D0WN_LINK的導(dǎo)體對RX+、RX-通常始終被配置。在這個實施例中，UP_LINK的導(dǎo)體對TX+、TX-形成從節(jié)點5到模塊8的數(shù)據(jù)路徑，而D0WN_LINK的導(dǎo)體對RX+、RX-形成從模塊8回到節(jié)點5的數(shù)據(jù)路徑，其結(jié)果為雙向傳輸總體上是可能的。由于歷史原因(電話技術(shù))，用于導(dǎo)體對RX+、RX- (D0WN_LINK)的插頭連接“3”和“6”的選擇沒有按3和4的次序(并且因此不合邏輯)。但是，不遵守次序上的這種特殊特征以及例如以“I”至“8”的連接次序的配置在一些實施例中由于耦接的導(dǎo)體對而導(dǎo)致較差的傳輸質(zhì)量。表示為備用I ( “4”和“5”)以及備用2 ( “7”和“8”)的導(dǎo)體對通常不被配置。但是，存在例外。在例如根據(jù)IEEE 802. 3af的以太網(wǎng)供電(PoE)的變型中，DC電壓供應(yīng)PoEVDC+和PoE VDC-經(jīng)由這兩個導(dǎo)體對直接被傳導(dǎo)(conduct)。與正常的帯狀電纜相比，由于是絞合導(dǎo)體對，這種類型的數(shù)據(jù)電纜例如能提供對磁干擾場更好的補償，并且由于到插頭區(qū)域中的公共屏蔽(common screening),其還可提供對電干擾場更好的補償。經(jīng)由Cat. 5電纜的傳播速度相對較高。其通常達到光速的72%，或者216m/y S，這將使用圖8和圖9還要更詳細地來討論。圖4使用實施例來示出根據(jù)本發(fā)明的擴展的原理和Cat. 5電纜的具有兩個額外的異步傳輸信道9、10 ( “AL+”和“AL-”以及“BL+”和“BL-” )的配置，其也被稱作A_LINK和B_LINK并且g在用于傳送隨機事件或者傳送表示隨機事件的數(shù)據(jù)。這兩個傳輸信道9和10可動態(tài)地配置，也就是說，能使用串行數(shù)據(jù)信道UP_LINK和D0WN_LINK在任何時間重新定義傳輸?shù)膬?nèi)容和傳輸?shù)姆较?。與串行信道UP_LINK、D0WN_LINK相比，用于隨機事件9、10的每個信道，即A_LINK、B_LINK能交替地在兩個方向上操作(半-雙エ)。這在下文中使用圖8和圖9來解釋。對于這種擴展，所提到的在A_LINK和B_LINK信道上根據(jù)IEEE 802. 3af的DC電壓傳輸?shù)淖冃驮谝恍嵤├凶匀蛔兊檬?。圖5示出用于控制或報告驅(qū)動軸位置的兩個離散事件的單個脈沖編碼的原理，如在一些實施例中所使用的那樣。單個脈沖編碼基于已知的曼徹斯特編碼。因此，曼徹斯特編碼的原理對于ー些實施例而言是相關(guān)的，因為曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)流在原則上不具有DC電壓分量。因此，電感或電容耦合分量幾乎從不飽和。此外，能從數(shù)據(jù)流中重構(gòu)時鐘速率。在一些實施例中，第一性質(zhì)是特別相關(guān)的并且所使用的單個脈沖相應(yīng)地被編碼。但是，在一些實施例中，能以單個脈沖發(fā)信號通知三個狀態(tài)的事實也變得重要，即無信號，也就是說單個脈沖未被傳送(基本狀態(tài))；在起始處具有正半周期的信號(在下文中也被稱作正脈沖)(第一事件)；以及在起始處具有負半周期的信號(在下文中也被稱作負脈沖)(第二事件)。在例如用于驅(qū)動軸的ー些實施例中，這能被用于經(jīng)由導(dǎo)體對A_LINK和B_LINK以行進增量(travel increment)形式(向前、向后、停止)的期望值和實際值傳輸，如下文所描述的那樣。 例如由正單個脈沖(圖5頂部)發(fā)信號通知隨機事件“向前”。負脈沖直接跟在正脈沖之后以便防止(像在曼徹斯特編碼中那樣)產(chǎn)生DC電壓分量并且導(dǎo)致不合需要的充電。由負脈沖發(fā)信號通知隨機事件“向后”，在其之后為正單個脈沖，以便再次抑制DC電壓分量的產(chǎn)生?？山柚鷨蝹€脈沖未被傳送的事實來識別隨機事件“停止”。在這些實施例中，單個脈沖可具有限定的寬度和高度(幅度)使得它們能例如與干擾信號區(qū)分。與其中時鐘信號在無中斷的情況下運行的已知曼徹斯特編碼相比，沒有使用不停的連續(xù)時鐘信號來傳送單個脈沖，而是無時鐘地傳送單個脈沖。脈沖形成器使單個脈沖成形，例如響應(yīng)于隨機事件，該單個脈沖經(jīng)由關(guān)聯(lián)的線路立即被傳送。無時鐘的傳輸使避免對應(yīng)的延遲成為可能，該對應(yīng)的延遲在一開始就與典型的Cat. 5和Cat. 6電纜中的例如IOOMHz或甚至500MHz的帶寬相關(guān)地產(chǎn)生。在最簡單的情況下，使用固定基準+Ref、-Ref來檢測正脈沖和負脈沖并且以數(shù)字信號-ARl、+ARl、-AR2、+AR2、-BRl、+BRl、-BR2和+BR2的形式將正脈沖和負脈沖轉(zhuǎn)送到邏輯電路11、12，其在圖7中也被稱作FPGA_N、FPGA_M。在這種情況下，使用固定的基準，例如作為差分接收器的觸發(fā)閾值，這將在下文中結(jié)合圖7更詳細地解釋。在這種情況下，隨機事件形成以行進增量形式(向前、向后、停止)的期望值和實際值傳輸。為了更好地抵抗干擾脈沖，可以在ー些實施例中限定額外的電壓和時間基準測量窗ロ以便檢測不符合的信號。例如，可通過確定信號或單個脈沖是否就其幅度和/或持續(xù)時間而言對應(yīng)于預(yù)期的編碼單個脈沖來檢測錯誤接收的信號(單個脈沖)。圖6示出用于檢測放電加工機的火花隙的狀態(tài)的兩個離散事件的單個脈沖編碼的原理。如在ー開始所討論的那樣，這樣的火花隙的狀態(tài)檢測特別地是時間關(guān)鍵的，而且通常以模擬信號的形式被傳送到過程控制系統(tǒng)并僅在那里被量化和分析。根據(jù)本發(fā)明，在一些實施例中，就地(直接在火花隙處)量化的“放電”(放電有效(active))、“短路”(短路有效)和“開路”(閑置有效)這三個狀態(tài)現(xiàn)在經(jīng)由導(dǎo)體對八_LINK (9，圖4)或B_LINK(10，圖4)傳送。在這種情況下，“放電”、“短路”和“開路”這三個狀態(tài)作為隨機事件發(fā)生。在這種情況下，正脈沖發(fā)信號通知狀態(tài)“放電”，負脈沖發(fā)信號通知狀態(tài)“短路”，并且無單個脈沖發(fā)信號通知狀態(tài)“開路”。如結(jié)合圖5所解釋的那樣，在正/負單個脈沖之后為相反極性的對應(yīng)脈沖以便防止DC電壓分量的出現(xiàn)。在這種情況下，發(fā)生例如從對應(yīng)模塊8，例如“測量”模塊到中心節(jié)點5的傳輸。對應(yīng)模塊8和中心節(jié)點5兩者都具有用于這個目的的可編程邏輯電路，這將在下文中結(jié)合圖7進ー步解釋。在一些實施例中，用于這三個狀態(tài)的基準水平和分析方法也可在任何時間使用串行傳輸UP_LINK來改變。在一些實施例中，這三個狀態(tài)可連續(xù)地被傳送(無時鐘)并且因此得到對火花隙中的操作的極快的、準確的并且無干擾的識別。在一些實施例中，經(jīng)由Cat. 5電纜的單個導(dǎo)體對A_LINK(9，圖4)或B_LINK(10，圖4)能有每秒高達I億個狀態(tài)的掃描速率。以對應(yīng)的方式，在一些實施例中，能經(jīng)由兩個導(dǎo)體對，例如經(jīng)由每個導(dǎo)體對有45ns的典型滯后時間的8m電纜傳送每秒2億個狀態(tài)。圖7示出在一個實施例中在節(jié)點5與模塊2或8之間的模塊化串行數(shù)據(jù)傳輸“LINK”的原理。中心節(jié)點5具有可編程的邏輯電路FPGA_N 11，其或多或少地對應(yīng)于圖2中的塊COM并且服務(wù)許多數(shù)據(jù)鏈路LINK 6，其中単獨的ー個數(shù)據(jù)鏈路在圖7中詳細地示出。提供以參考標記13至21的區(qū)域TX、RX表示根據(jù)IEEE 802. 3標準的、到可編程的邏輯電路FPGA_M 12的串行雙向數(shù)據(jù)鏈路，其一直到大約IOm之外，在放電加工機4中處于任何期望的模塊2中，例如在電氣柜中或者在模塊8中。可經(jīng)由差分線路驅(qū)動器13、經(jīng)由線路終端電阻器14、傳送變換器15、對應(yīng)于數(shù)據(jù)電纜“LINK”(圖I中的6)的Cat. 5電纜17、接收變換器19和帶有終端電阻器20的差分接收器21將待經(jīng)由UP_LINK傳送的數(shù)字信號TX以待接收的數(shù)字信號RX的形式供應(yīng)給模塊2或8的可編程邏輯電路FPGA_M 12。D0WN_LINK以對應(yīng)一致的方式被構(gòu)造為具有相同的部件13至21，但是在相反方向上。如上文結(jié)合圖4所提到的那樣，A_LINK 9和B_LINK 10能以半雙エ方法操作。為了這個目的，連續(xù)地準備接收的正差分接收器24和負差分接收器25被設(shè)置在用于傳送隨機事件的數(shù)據(jù)信道A_LINK 9和B_LINK 10的傳輸路徑的兩端。正差分接收器24能檢測正脈沖，如結(jié)合圖5和圖6所描述的那樣，而負差分接收器25能檢測負脈沖。在節(jié)點5中的可編程邏輯電路11 (FPGA_N)側(cè)上的正差分接收器24和在模塊2或8中的可編程邏輯電路12 (FPGA_M)側(cè)上的負差分接收器25傳送檢測到的數(shù)字信號-ARl (來自節(jié)點5中的A_LINK的負信號)至+BR2 (來自模塊2或8中的B_LINK的正信號)到對應(yīng)的可編程邏輯電路FPGA_N 11、FPGA_M 12。在這種情況下，接收器24和25可耦接于電阻器以便使接收器24、25的輸入電容和電抗(reaction)與信號隔離。如相對于圖5所解釋的那樣，由于“無信號”、“在起始處為正的信號”和“在起始處為負的信號”這三個狀態(tài)_在作為單個脈沖被傳送，來自對應(yīng)的可編程邏輯電路FPGA_N11、FPGA_M 12的兩個數(shù)字信號+ATU-ATl至+BT2，-BT2必須分別可用于正線路驅(qū)動器22和負線路驅(qū)動器23。第四可能狀態(tài)“正和負信號”被取消，因為所述狀態(tài)在接收器中不再能與“無信號”狀態(tài)區(qū)分。在一些實施例中，具有另外的“三狀態(tài)”狀態(tài)(高阻抗第三狀態(tài))的、類似于上述線路驅(qū)動器13的差分線路驅(qū)動器原則上能同樣地被用在此處。但是，在一些實施例中，這個第三狀態(tài)通常明顯更慢并且高阻抗線路終端也是完全不合需要的，即使對于短的線路而、H也是如此。線路匹配電阻器26和27分別耦接于變換器15和19與傳送器22和23之間。在一些實施例中，線路匹配電阻器26和27根據(jù)本發(fā)明在所有三個狀態(tài)期間保持接通并且因此保證連續(xù)的線路終端。在替代的實施例中，存在這樣的變型，其中使用所有四個導(dǎo)體對將通常施加至Cat. 5電纜中的信道備用I和備用2 (參看上文和圖3)的直流電傳遞到接收器，也就是說到例如模塊2或8，如圖7所示，在每種情況下均經(jīng)由傳送變換器15和接收變換器19的中心抽頭16、18和28、29。這額外地得到以下優(yōu)點將傳送變換器15連接到接收變換器19的所有導(dǎo)體對處于48VDC電源的電位并且因此不能夠以靜電方式充電。這在原則上對應(yīng)于未來的IEEE 802. 3at標準，其旨在在IOOm上提供高達最大30W的電力。此處不需要如所提到的IEEE 802. 3af的變型所提供的、通過接收器中的整流橋的極性校正，因為正確的極性在任何時間都被確保。這個實施例不僅免除了整流橋，而且也免 除了其大約2V的壓降，這有利地使額外的2W電カ可用。因此，甚至超過50W的電カ能被傳送而沒有任何問題，這取決于所選擇的電纜截面，因為電纜長度最多為10m。對于無監(jiān)瞀的半雙エ方法，在一些實施例中自然不能排除數(shù)據(jù)沖突。不用擔心對數(shù)據(jù)傳輸裝置的損壞，但由于不正確的信息而隨之發(fā)生的破壞可能是災(zāi)難性的。由于有限的信號傳播時間，數(shù)據(jù)沖突可能總是很晚才被檢測到，并且因此，在ー些實施例中，無監(jiān)瞀的半雙エ方法僅能被用在特殊情況下。有監(jiān)瞀的半雙エ方法通過限定允許哪個傳送器在何時傳送來防止數(shù)據(jù)沖突。在最簡單的情況下，這可能始終在ー個方向上，如在根據(jù)圖6的火花隙狀態(tài)的情況下。在那里，“放電”、“短路”和“開路”狀態(tài)僅從模塊8 “測量”起始被傳送到中心節(jié)點5。由于單個不正確的傳輸操作將對處理結(jié)果不會有任何影響或者僅有微小影響，對每個正確接收的脈沖的確認在這種情況下不是值得做的。盡管如此，在接收器中對統(tǒng)計數(shù)據(jù)、診斷和可靠性的檢查是可取的。速度和可靠性對彼此有負面影響必須對可靠性執(zhí)行檢查或過濾，這花費一定時間。在一些實施例中被使用的、用于減輕這種限制的合適方法因此將在下文中提出。圖8示出快速并且可靠地傳送隨機事件的第一原理的實施例，用于傳送隨機事件的關(guān)聯(lián)的設(shè)備大體上對應(yīng)于圖7所示的設(shè)備。假定FPGA_N 11旨在用于經(jīng)由信道ATl和長度為8m的Cat. 5電纜向FPGA_M 12以脈沖30的形式發(fā)信號通知狀態(tài)“正脈沖”，所述脈沖30由正單個脈沖30a和對應(yīng)的負單個脈沖30b形成。如上文所解釋的那樣，負單個脈沖30b被用于防止DC電壓分量的出現(xiàn)。為了使脈沖30成形，F(xiàn)PGA_N(11，圖7)暫時激活輸出+AT1，例如在IOns的持續(xù)時間內(nèi)，從而形成正單個脈沖30a，并且輸出-ATl進而立即被激活I(lǐng)Ons的持續(xù)時間，從而形成負單個脈沖30b。激活輸出+ATl產(chǎn)生單個脈沖30a的上升沿并且激活輸出-ATl產(chǎn)生單個脈沖30b的下降沿。對于216m/ ii s的信號傳播速度，組合脈沖30在由8m長的Cat. 5電纜引起的37ns延遲之后作為脈沖31 (圖8的底部)到達FPGA_M 12 (圖7)的輸入+/-AR2，并且能在那里立即，也就是說幾乎無任何時間延遲地被處理。脈沖31相應(yīng)地由正脈沖31a和負脈沖31b組成。
對于216m/ii s的傳播速度，在長度為8m的電纜上的傳輸因此將產(chǎn)生僅37ns的時間延遲。除此以外，對于傳送器22、23和接收器24、25還有數(shù)納秒的時間延遲，傳送器22、23也即上文所描述的正線路驅(qū)動器22和負線路驅(qū)動器23，而接收器24、25也即上文所描述的正差分接收器24和負差分接收器25，其結(jié)果為產(chǎn)生通常為45ns的穩(wěn)定的滯后時間dly，如在圖8中所指示的那樣。這個滯后時間對應(yīng)于由在8m長的電纜上的傳輸引起的37ns的延遲時間和用于在傳送器22、23和接收器24、25中進行處理的額外的8ns。為了使這個第一原理可靠，在一些實施例中檢查信號完整性，如在上文中使用圖5所討論的那樣。使用脈沖的幅度和持續(xù)時間對信號完整性的檢查持續(xù)例如10ns。對于肯定的測試結(jié)果，可在所接收(組合)的脈沖31結(jié)束之后從FPGA_M 12往回向中心節(jié)點5或其FPGA_N 11傳送確認脈沖32。該確認脈沖32由正脈沖32a和負脈沖32b組成。這個確認脈沖32在另外的滯后時間dly之后作為確認脈沖33到達FPGA_N 11。確認脈沖同樣地由正脈沖33a和負脈沖33b組成。精確地，在所傳送的脈沖30的末尾與所接收的確認脈沖33的起始之間有2*dly的時間，也就是說2*45ns = 90ns的時間。這個滯后時間可額外地 被用于檢查傳輸路徑的完整性。對于否定的測試結(jié)果，無確認脈沖32被返回。在替代的實施例中，相反極性的確認脈沖被返回以便發(fā)信號通知否定的測試結(jié)果并且因此發(fā)信號通知傳輸錯誤。在這種情況下，已發(fā)生的對事件的處理必須自然地被撤銷或校正。因此，如果假定驗證需要10ns，則包括驗證在內(nèi)的這種可靠傳輸持續(xù)2*45ns+4*10ns = 130ns。進而能發(fā)信號通知新事件,這允許姆秒最多總共769萬個事件。這例如對應(yīng)于對以7. 69m/s的最大速度和I U m的行進分辨率的驅(qū)動軸的控制。這個第一原理的另外的變型規(guī)定進一歩的處理僅在成功的測試之后啟動。盡管滯后時間由此被增加至45ns+2*10ns = 65ns,但是免除了在錯誤情況下的校正。傳輸持續(xù)時間自然地保持在130ns不變。圖9示出隨機事件的還要更快的傳輸?shù)牡诙淼膶嵤├?。這個第二原理相對于速度而言在一定程度上更加優(yōu)化而在可靠性方面僅有微小的降低。僅第一正單個脈沖34由傳送器ATl傳送。在滯后時間dly之后，正單個脈沖34作為正單個脈沖35到達接收器AR2，其被檢查并且在肯定結(jié)果的情況下，由傳送器AT2以負確認脈沖37確認并且在另外的滯后時間dly之后，由接收器ARl作為負單個脈沖36接收。在這種情況下，DC電壓分量的產(chǎn)生因此通過傳送具有與所接收的脈沖相反的極性的確認脈沖被抑制。滯后時間dly自然地與第一原理的滯后時間相同45ns,但包括驗證在內(nèi)的傳輸持續(xù)時間為2*45ns+2*10ns = 110ns,其允許姆秒最多909萬個事件或者對于驅(qū)動軸允許具有Ium分辨率的9. 09m/s的最大速度。也就是說，第二原理比第一原理快大約18%。此處同樣應(yīng)清楚的是在長度為8m的電纜上進行安全傳輸?shù)那闆r下的90ns的總信號傳播時間是主導(dǎo)的并且因此在純物理方面限制了最大線路長度。Cat. 6或Cat. 6a電纜在這種情況下將僅提供微小的改進，因為它們具有與Cat. 5電纜類似的傳播速度。在傳輸錯誤的情況下，傳送器ATl必須還傳送第二(負)單個脈沖37以便恢復(fù)信號電壓的平衡。這至少導(dǎo)致額外的IOns的時間延遲。此外，接收器AR2對第二脈沖37的接收不應(yīng)被歸類為新事件。
因此，這個方法更適合于低干擾的傳輸路徑，并且錯誤處理應(yīng)形成對這種實施例的例外，否則與第一原理相比，可靠性損失將是不值得的。在一些實施例中，也可檢測到單個脈沖的沖突，例如借助單個脈沖已在接收器24、25中的接收器側(cè)上被接收，即使處于數(shù)據(jù)電纜的相同端的關(guān)聯(lián)的傳送器22、23沒有傳送單個脈沖的事實。在這樣的檢測到的沖突的情況下，從技術(shù)觀點而言，在一些實施例中重新傳送是沒有意義的。因此，為了也防止不正確的處理，在一些實施例中，傳送器22、23相應(yīng)地立即被切換到“無事件”的基本狀態(tài)。在正常情況下，確認消息不被傳送，因為所接收的數(shù)據(jù)也是不可靠的。失敗的傳輸嘗試可以一定的時間延遲第二次被傳送，視需要而定。替換地，可簡單地省略該傳輸。在一些實施例中，經(jīng)由不止一個站來傳送隨機事件的報告。舉例來說，單個脈沖可經(jīng)由節(jié)點5從模塊8 “驅(qū)動”(圖I)被繼續(xù)傳送到控制模塊2 “CNC”。為了保持延遲時間盡可能短，在一些實施例中，不是直接g在用于第一接收器并且因此經(jīng)由不止一個站運行的那些單個脈沖由第一接收器經(jīng)由邏輯電路11 (FPGA_N)直接重定向至下ー傳送器。單個脈沖的這種直接重定向由節(jié)點5本身中的控制系統(tǒng)或者由上級系統(tǒng)經(jīng)由以太網(wǎng)連接3'來組織。更精確地說，那些控制系統(tǒng)在這種情況下使得邏輯電路FPGA_N 11將差分接收器24、 25的輸入+/-ARl和+/-BRl直接連接到至線路驅(qū)動器22、23的對應(yīng)輸出+/-ATl和+/-BTl。這僅在邏輯電路FPGA_N 11的輸入和輸出塊中造成非常小的時間損失。在具有星型布線的本實施例中，直接重定向在原則上僅能在節(jié)點5中使用。盡管如此，在某些情況下，直接重定向可用在模塊2或8中以便經(jīng)由輸出+/-BT2和+/-AT2直接返回經(jīng)由邏輯電路FPGA_M 12的輸入+/-AR2和+/-BR2所接收的報告。換句話說，在一些實施例中，從A_LINK接收的傳輸經(jīng)由B_LINK立即被返回并且沒有修改，而相反地，從B_LINK接收的傳輸以對應(yīng)的方式經(jīng)由A_LINK返回。盡管在一些實施例中這需要許多資源，但是其提供兩個優(yōu)點1)數(shù)據(jù)沖突被排除；2)傳送器在傳輸電纜的兩個信號傳播時間之后已能確定傳輸已到達。在根據(jù)圖8的實施例中，這將允許最大傳輸速率從669萬個事件提高到1110萬個事件，也就是說有大約61%的改進，但這花費100%更多的資源。在這點上，再次對用于驅(qū)動技術(shù)的ー些實施例中的快速數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點進行參考，因為對于期望值和實際值位置的這樣的高更新速率允許對于特別地為諸如放電加工機的機床的控制方法的全新方案。越來越面向彈道學和預(yù)測學原理的控制方法被認為是有前景的。還沒有對于這樣的方法已知的術(shù)語并且它們在下面對實施例的討論中被稱作“彈道驅(qū)動(ballisticdrive)”。弾道驅(qū)動不再基干與計算得到的路徑幾何形狀的過時的偏差以盲目的方式移動，而是基于未來位置移動，該未來位置將剛剛觀察到并且由除其他以外諸如質(zhì)量、摩擦、加工力、熱影響的干擾變量造成的偏差考慮在內(nèi)。對未來位置的可能影響被計算并且被補償。路徑校正也不再按定時時鐘周期來執(zhí)行而是在最佳時間異步地并且以精確量化的脈沖來執(zhí)行。必要的是，為了這個目的需要期望值和實際值的實時的異步位置數(shù)據(jù)。太空旅行始終基于彈道學，并且路徑測量以及精確地計量并且在時間上精確地確定的路徑校正的原理至少從阿波羅登月開始就為公眾所知。在這個方向上的初始方案從放電線切割中獲知。EP 801 341B1公開了路徑校正以便排除由加工力在有重度路徑彎曲的區(qū)域中造成的誤差。使用加工電カ(machiningpower)實時地計算所述路徑校正。EP 578 018B1公開了用于精確加工的、類似的路徑校正，已被準確地預(yù)先切割至有限范圍的エ件實時地被測量并且路徑校正從其中得到。這也實現(xiàn)了對于大的エ件在整個輪廓上的高度的表面質(zhì)量。EP 920 943B1公開了ー種精確加工方法以避免由作用于線電極的靜電カ造成的誤差。實時地檢測線電極的偏轉(zhuǎn)并且經(jīng)由路徑速度和發(fā)生器電カ來對其進行補償。這樣的系統(tǒng)在機械工程中有各種用途。舉例來說，如果防沖突系統(tǒng)能基于快速的位置信息項而不僅基于與下級電流控制電路的期望值的異常偏差，它們將變得更有效。在一些實施例中，本發(fā)明實現(xiàn)以小于大約I U s的可靠的沖突檢測。以lOm/s的速度，僅10 m的距離在這個時間期間被覆蓋。如果緊急制動成功地保持機器的結(jié)構(gòu)部分在弾性范圍中的形變，則有可能防止相當可觀的損壞。在沖突之后，能使用緊急制動操作的概況(profile)并且使用經(jīng)驗值立即輸出損壞的臨時估計。 僅每IOii s或IOOii s被報告的位置的影響例如可能因此是相當可觀的并且可能
造成大量損壞。另ー示例為高分辨率和高度動態(tài)的驅(qū)動軸，在它們g在被保持在精確的位置上而不管干擾的情況下。對于已知系統(tǒng)，這變成挑戰(zhàn)，因為高精確度需要高的環(huán)路增益，而高的環(huán)路增益常常導(dǎo)致不合需要的振蕩?？赡苡腥舾稍蛟斐蛇@種情況變化的摩擦值，變化的質(zhì)量，變化的加工力，但通常是失效的實際值。弾道驅(qū)動完全沒有這些問題。在一些實施例中，如果保證所產(chǎn)生的脈沖定量(pulse quanta)具有充分的準確度和穩(wěn)定性，可甚至將致動器置于位置控制電路之外。高度動態(tài)的弾道驅(qū)動仍處于早期開發(fā)階段。本發(fā)明可對它們的商業(yè)化做出有價值的貢獻。所有引用的示例僅被用于對本發(fā)明更好的理解。不應(yīng)將純示意性的細節(jié)理解為具有限制意義。下文是本發(fā)明的實施例的ー些一般的解釋。從上文對實施例的討論中得出在一些實施例中，例如在IEEE 802. 3中所公開的以太網(wǎng)的已知串行數(shù)據(jù)鏈路為了直接傳送隨機事件而無須執(zhí)行與時鐘信號的同步或者無須等待周期性傳輸時間的目的被擴展。在這種情況下，例如兩個不同的隨機事件可使用兩個不同編碼的單個脈沖來表示并且能以事件控制的方式并且無時鐘地被傳送。由于沒有時鐘，在一些實施例中免除了同步并且也免除了直到數(shù)據(jù)包能被傳送之前的延遲，所述延遲可能由于時鐘速率的原因而發(fā)生。在這種情況下，隨機事件與其接收之間有45ns的無抖動滯后時間在例如8m的線路長度上是有可能的。因此，一些實施例特別適合于節(jié)點與多個模塊之間的短的數(shù)字數(shù)據(jù)鏈路，如在現(xiàn)代放電加工機、機床以及類似的電子系統(tǒng)中所需要的那樣。如在ー開始所提到的那樣，一些實施例涉及用于隨機事件的數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸、特別是隨機事件的快速數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?。在這種情況下，術(shù)語“快速”涉及基于數(shù)據(jù)電纜中的高傳播速度的數(shù)據(jù)傳輸操作，所述高傳播速度典型地能用當前的電纜類型來實現(xiàn)，諸如Cat. 5或更新的類型,也就是說例如216m/ u s的傳播速度。
在這種情況下，傳輸速度處于物理上調(diào)節(jié)的信號傳播時間的極限，其能在機床，特別是放電加工機或者類似的電子系統(tǒng)內(nèi)部的高達大約IOm的距離上被傳送。在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的解決方案大體上基于具有多個絞合導(dǎo)體對的串行數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，但優(yōu)選地基于已知的以太網(wǎng)標準IEEE 802. 3。在一些實施例中，本發(fā)明允許使用閑置資源以及已知的曼徹斯特編碼方法的新應(yīng)用和修改在高達大約IOm的預(yù)先限定的距離上對隨機事件進行高度動態(tài)的傳輸。在一些實施例中，數(shù)據(jù)在這種情況下在機床中，特別是在放電加工機或者類似的電子系統(tǒng)中經(jīng)由例如上文所提到的Cat. 5電纜的數(shù)據(jù)電纜在有限的或預(yù)先限定的距離上被傳送。在這種情況下，預(yù)先限定的距離例如涉及數(shù)據(jù)經(jīng)由其被傳送的數(shù)據(jù)電纜的長度。在一些實施例中，數(shù)據(jù)電纜的典型長度為數(shù)米，并且如所提到的那樣，在一些實施例中小于10米，例如為8米。
在這種情況下，數(shù)據(jù)電纜可(部分地)被布置在機床內(nèi)部或者(部分地)被布置在機床的機體之外。在一些實施例中，數(shù)據(jù)電纜具有多個絞合導(dǎo)體對，至少ー個導(dǎo)體對g在用于串行數(shù)據(jù)傳輸。在一些實施例中，經(jīng)由導(dǎo)體對的數(shù)據(jù)傳輸也是雙向的。至少ー個另外的導(dǎo)體對旨在用于傳送隨機事件，其結(jié)果為在一些實施例中，數(shù)據(jù)傳輸與隨機事件的傳輸并行地進行是有可能的。在一些實施例中，隨機事件也可以雙向方式被傳送。如上文所提到的那樣，隨機事件在這種情況下例如是可在放電過程期間發(fā)生的隨機事件。由于高加工速度和數(shù)微米的高處理準確度，在一些實施例中，隨機事件必須能夠在數(shù)百納秒內(nèi)被處理，因為否則就不能實現(xiàn)上文所提到的數(shù)微米的高處理準確度。在一些實施例中，隨機事件在這種情況下可由例如表示任一特定(隨機)狀態(tài)或僅表示隨機事件存在與否的數(shù)據(jù)來表示。在一些實施例中，數(shù)據(jù)的傳輸由于隨機事件的發(fā)生而幾乎無延遲地被觸發(fā)。也就是說，在一些實施例中，在隨機事件的數(shù)據(jù)傳輸被觸發(fā)之前的時間延遲僅由于在可編程的邏輯布置內(nèi)部的處理而產(chǎn)生。
在一些實施例中，隨機事件在這種情況下由單個脈沖發(fā)信號通知并且無時鐘地被傳送。以類似于在已知的曼徹斯特編碼中那樣的方式，獨立的時鐘信號因此無需在使用單個脈沖編碼的情況下被傳送并且與這樣的時鐘信號的同步在ー些實施例中也相應(yīng)地被免除。此外，在一些實施例中，單個脈沖編碼無DC電壓分量，也就是說DC電壓分量等于零。與常規(guī)的曼徹斯特編碼相比，在一些實施例中不傳送連續(xù)的數(shù)據(jù)流和連續(xù)的時鐘信號，而是傳送單個脈沖，例如由于隨機事件的發(fā)生而傳送單個脈沖。為了發(fā)信號通知隨機事件，單個脈沖編碼被編碼成使它們能發(fā)信號通知至少兩個狀態(tài)。為了這個目的，單個脈沖可以例如是發(fā)信號通知第一隨機事件的正脈沖，并且單個脈沖可以是發(fā)信號通知第二隨機事件的負脈沖。不存在單個脈沖發(fā)信號通知基本狀態(tài)。在一些實施例中，在第一單個脈沖之后，極性與第一單個脈沖的極性相反的第二單個脈沖直接被傳送。這使防止DC電壓分量的發(fā)生成為可能，如上文所討論的那樣。在一些實施例中，經(jīng)由用于兩個方向的一個導(dǎo)體對或者獨立地經(jīng)由兩個導(dǎo)體對傳送隨機事件。在一些實施例中，可經(jīng)由正常的串行(可能是雙向的)數(shù)據(jù)傳輸來動態(tài)地確定操作模式和/或事件類型，所述正常的串行數(shù)據(jù)傳輸經(jīng)由g在用于正常的串行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的、數(shù)據(jù)電纜的導(dǎo)體對被傳送。在一些實施例中，存在隨機事件被驗證。為了這個目的，在收到單個脈沖時，能例如通過檢查單個脈沖的幅度和持續(xù)時間來檢查信號完整性。這是可能的，因為在ー些實施例中，有效單個脈沖的幅度和持續(xù)時間是已知的。在這種情況下，單個脈沖也可以是在第一單個脈沖之后所傳送的單個脈沖，以便抑制DC電壓分量。事件在肯定結(jié)果的情況下被處理，也就是說，在隨機事件存在，并且通過返回的單個脈沖被確認的情況下。相比而言，在否定結(jié)果的情況下，在一些實施例中不發(fā)信號通知或處理隨機事件，并且無確認被傳送。但是，在一些實施例中，可在統(tǒng)計上檢測并且進ー步處理該傳輸錯誤。舉例來說，在一些實施例中，例如基于故障數(shù)據(jù)電纜的不正確傳輸可從傳輸錯誤的統(tǒng)計評估中推斷出來。
在一些實施例中，在收到單個脈沖時，立即處理事件。僅在這個處理之后，通過檢查單個脈沖的幅度和持續(xù)時間來驗證隨機事件是否存在。在肯定結(jié)果的情況下，進而通過返回的單個脈沖來確認隨機事件實際存在。在否定結(jié)果的情況下，無確認被傳送。如所提到的那樣，在一些實施例中，傳輸錯誤在否定結(jié)果的情況下被確定。此外，事件的處理被撤銷或校正和/或該傳輸錯誤在統(tǒng)計上被檢測。如上文所提到的那樣，統(tǒng)計的傳輸錯誤能被用于進ー步的處理并且例如被用于檢測故障數(shù)據(jù)電纜。在一些實施例中，僅第一單個脈沖由傳送器傳送。在檢查信號完整性之后并且在信號完整性的肯定結(jié)果的情況下，也就是說在傳輸錯誤不存在的情況下，由接收器返回極性與第一單個脈沖的極性相反的第二單個脈沖作為接收確認。如果傳輸錯誤在驗證信號完整性時被確定，則無接收確認被傳送。在預(yù)先限定的時間到期之后，傳送器傳送極性與第一單個脈沖的極性相反的第二單個脈沖，以便再次補償DC電壓電位并且防止充電。在ー些實施例中，隨機事件的處理被撤銷或校正和/或在統(tǒng)計上被檢測。在這些實施例中，滯后時間總體上更短，因為僅ー個單個脈沖首先被傳送并且通過傳送極性與第一單個脈沖的極性相反的對應(yīng)單個脈沖作為確認信號來補償DC電壓信號。在一些實施例中，由信號傳播時間造成的、所傳送的單個脈沖的末尾與所接收的確認脈沖的起始之間的間隙同樣地在傳送器中被測量。信號傳播時間可作為數(shù)據(jù)完整性的額外標準和/或為了診斷目的而作為傳輸路徑質(zhì)量的度量被評估。在一些實施例中，g在經(jīng)由不止一個傳輸路徑或不止ー個站傳送的、隨機事件的報告由第一接收器經(jīng)由邏輯電路直接重定向至下ー傳送器。這使快速地傳送報告成為可能，因為該報告在第一接收站中沒有被進ー步處理，而是僅在該報告計劃被送至的站中被進ー步處理。一些實施例涉及用于隨機事件的(快速)數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，該設(shè)備被設(shè)置為至少部分地執(zhí)行上文所討論的方法。在機床或者類似的電子系統(tǒng)中經(jīng)由數(shù)據(jù)電纜例如在有限的或預(yù)先限定的距離上傳送隨機事件。在這種情況下，預(yù)先限定的距離由例如數(shù)據(jù)電纜的長度來預(yù)先限定。如上文所提到的那樣，數(shù)據(jù)電纜具有多個絞合導(dǎo)體對，其中至少ー個絞合導(dǎo)體對旨在用于串行數(shù)據(jù)傳輸(在一些實施例中為雙向數(shù)據(jù)傳輸)，并且至少ー個另外的導(dǎo)體對旨在用于傳送隨機事件。該設(shè)備還具有各自耦接于數(shù)據(jù)電纜一端的至少ー個傳送裝置和至少ー個接收裝置。在這種情況下，傳送裝置和接收裝置處于數(shù)據(jù)電纜的相對端，其結(jié)果為接收裝置能從傳送裝置接收信號。傳送裝置和接收裝置兩者各自耦接于邏輯電路，在一些實施例中，該邏輯電路是可編程的。至少ー個傳送裝置被設(shè)計成使得其能無時鐘地傳送單個脈沖，如上文所描述的那樣。在這種情況下，如上文所描述的那樣，單個脈沖可以是“正脈沖”或“負脈沖”。舉例來說，正脈沖發(fā)信號通知第一隨機事件，負脈沖發(fā)信號通知第二隨機事件并且不存在單個脈沖發(fā)信號通知無隨機事件(如上文所描述的那樣)。在這種情況下，為了接收隨機事件的目的，接收裝置被設(shè)計成使得其能通過接收或不接收對應(yīng)的單個脈沖來檢測“正脈沖”、“負脈沖”和“無事件”這三個狀態(tài)。在一些實施例中，至少ー個傳送裝置耦接于對應(yīng)的導(dǎo)體對以用于經(jīng)由至少ー個線 路終端電阻器來傳送隨機事件。在一些實施例中，傳送裝置保持耦接于數(shù)據(jù)電纜的導(dǎo)體對，所述數(shù)據(jù)電纜的導(dǎo)體對被用于經(jīng)由用于所有三個狀態(tài)的線路終端電阻器傳送隨機事件。在一些實施例中，用于隨機事件的至少ー個傳送裝置和至少ー個接收裝置被設(shè)計用于雙向數(shù)據(jù)傳輸。在一些實施例中，傳送裝置和接收器裝置也在數(shù)據(jù)電纜的兩端結(jié)構(gòu)上一致，從而實現(xiàn)設(shè)備的有成本效益并且簡單的設(shè)計。在一些實施例中，至少ー個傳送裝置和一個接收裝置被設(shè)置在數(shù)據(jù)電纜的兩端以用于雙向數(shù)據(jù)相互交換。在一些實施例中，用于隨機事件的至少ー個接收裝置被設(shè)計用于隨機事件的連續(xù)接收。在一些實施例中，該至少一個接收裝置也經(jīng)由(可編程的)邏輯電路耦接或連接到用于隨機事件的至少ー個傳送裝置。在一些實施例中，在收到隨機事件時，如果在接收裝置側(cè)上的傳送裝置已同時傳送單個脈沖并且因此在由接收裝置接收的單個脈沖與由傳送裝置傳送的單個脈沖之間可能有沖突，則邏輯電路立即將關(guān)聯(lián)的傳送裝置切換到“無事件”狀態(tài)。在一些實施例中，所述設(shè)備根據(jù)IEEE 802. 3和/或IEEE 802. 3at標準設(shè)計。此夕卜，在根據(jù)上述標準的一些實施例中，標準化的傳輸路徑的Cat. 5數(shù)據(jù)電纜的未被使用的導(dǎo)體對g在用于傳送隨機事件。在一些實施例中，該設(shè)備具有至少ー個傳送變換器和至少ー個接收變換器。用于經(jīng)由傳送變換器的中心抽頭和接收變換器的中心抽頭向接收器側(cè)供應(yīng)能量的DC電壓傳輸操作經(jīng)由Cat. 5數(shù)據(jù)電纜的所有四個導(dǎo)體對來進行。此外，在一些實施例中，無整流橋被設(shè)置在接收器側(cè)上用于極性校正。在一些實施例中，放電加工機具有至少部分地如上文所描述的那樣被配置的設(shè)備，并且在一些實施例中，放電加工機(額外地)被設(shè)計用于至少部分地執(zhí)行上文所描述的方法。在這種情況下，放電加工機具有本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的放電加工機的部分。所述放電加工機還具有中心節(jié)點、g在并且被設(shè)計用于控制放電加工機的多個模塊以及如上文所描述的那樣的至少ー個數(shù)據(jù)電纜，其將至少一個模塊連接到中心節(jié)點。在一些實施例中，如上文所述，隨機事件表示火花隙的狀態(tài)(例如放電、短路、開路)和/或放電加工機的驅(qū)動軸的以行進增量形式(向前、向后、停止)的期望值和實際值傳輸。應(yīng)用領(lǐng)域所描述的方法和設(shè)備特別適合于在機床中，特別是在放電加工機或者類似的電子系統(tǒng)中(但不限于此)隨機發(fā)生的事件在小于大約IOm的短距離上的高度動態(tài)的傳輸。因此，主要應(yīng)用領(lǐng)域為機床 構(gòu)造以及類似的、空間上有限的電子系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種經(jīng)由具有多個絞合導(dǎo)體對(UP_LINK，DOWN_LINK)的數(shù)據(jù)電纜(6，LINK)在機床中對隨機事件進行數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，所述多個絞合導(dǎo)體對中的至少一個導(dǎo)體對旨在用于串行數(shù)據(jù)傳輸，其特征在于，至少一個另外的導(dǎo)體對(A_LINK，B_LINK)旨在用于傳送隨機事件，并且隨機事件由無時鐘地傳送的單個脈沖(30)發(fā)信號通知，所述單個脈沖能夠是正脈沖或負脈沖，并且正脈沖發(fā)信號通知第一隨機事件，負脈沖發(fā)信號通知第二隨機事件并且不存在單個脈沖發(fā)信號通知無事件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在第一單個脈沖之后，直接傳送極性與所述第一單個脈沖的極性相反的第二單個脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中，經(jīng)由用于兩個方向的一個導(dǎo)體對(A_LINK，B_LINK)或者獨立地經(jīng)由兩個導(dǎo)體對(A_LINK，B_LINK)傳送隨機事件，并且其中經(jīng)由正常的串行雙向數(shù)據(jù)傳輸動態(tài)地確定操作模式和/或事件類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的方法，其中，在收到所述單個脈沖(30)時，通過檢查所述單個脈沖的幅度和持續(xù)時間來驗證信號完整性，所述事件在得到肯定結(jié)果之后被處理并且由返回的單個脈沖(32)確認，并且其中，在否定結(jié)果的情況下，所述事件不被處理并且無確認被傳送，但該傳輸錯誤在統(tǒng)計上被檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的方法，其中，在收到所述單個脈沖(30)時，所述事件立即被處理并且進而僅通過檢查第一單個脈沖和/或第二單個脈沖的幅度和持續(xù)時間來驗證信號完整性，并且在肯定結(jié)果的情況下，由返回的單個脈沖(32)確認，而在否定結(jié)果的情況下，無確認被傳送并且對所述事件的處理被撤銷或校正和/或該錯誤在統(tǒng)計上被檢測。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項所述的方法，其中，僅第一單個脈沖(34)由傳送器(22，23)傳送，并且如果在驗證信號完整性時無傳輸錯誤被確定，則由接收器(24，25)返回極性與所述第一單個脈沖(34)的極性相反的第二單個脈沖(36)作為接收確認，并且如果在驗證信號完整性時傳輸錯誤被確定，則無接收確認被返回，所述傳送器(22，23)在預(yù)先限定的時間到期之后傳送極性與所述第一單個脈沖(34)的極性相反的第二單個脈沖(36)，在所述預(yù)先限定的時間中所述傳送器在發(fā)出所述第一單個脈沖(34)之后沒有檢測到接收確認，而該傳輸錯誤在統(tǒng)計上被檢測。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項所述的方法，其中，由信號傳播時間造成的、在所傳送的脈沖(30)的末尾與所接收的確認脈沖(32)的起始之間的間隙在所述傳送器中同樣地被測量，并且作為信號完整性的額外標準和/或為了診斷目的而作為傳輸路徑質(zhì)量的度量被評估。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的方法，其中，旨在經(jīng)由不止一個站被傳送的、隨機事件的報告被第一接收器經(jīng)由邏輯電路(11，F(xiàn)PGA_N)直接重定向至下一傳送器。
9.一種經(jīng)由具有多個絞合導(dǎo)體對的數(shù)據(jù)電纜(6)在機床中對隨機事件進行數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O(shè)備，所述多個絞合導(dǎo)體對中的至少一個導(dǎo)體對(UP_LINK，DOWN_LINK)旨在用于串行數(shù)據(jù)傳輸，其特征在于，至少一個另外的導(dǎo)體對(A_LINK，B_LINK)旨在用于傳送隨機事件，傳送裝置(22，23)被提供并且耦接于所述數(shù)據(jù)電纜的至少一端，以及接收裝置(24，25)被提供并且耦接于所述數(shù)據(jù)電纜￠)的相對端，所述傳送裝置和接收裝置被連接到關(guān)聯(lián)的邏輯電路(11，F(xiàn)PGA_N，12，F(xiàn)PGA_M)，并且為了發(fā)信號通知隨機事件，至少一個傳送裝置(22，23)被設(shè)計成使得其無時鐘地傳送單個脈沖，單個脈沖能夠是正脈沖或負脈沖，正脈沖發(fā)信號通知第一隨機事件，負脈沖發(fā)信號通知第二隨機事件并且不存在單個脈沖發(fā)信號通知無事件，而用于接收所述單個脈沖的至少一個接收裝置(24，25)被設(shè)計成使得其能檢測“正脈沖”、“負脈沖”和“無事件”這三個狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述至少一個傳送裝置(22，23)耦接于對應(yīng)的導(dǎo)體對(A_LINK，B_LINK)以用于經(jīng)由至少一個線路終端電阻器(26，27)來傳送隨機事件。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的設(shè)備，其中，用于傳送隨機事件的至少一個傳送裝置(22，23)和至少一個接收裝置(24，25)被提供并且耦接于所述數(shù)字電纜的兩端以便允許經(jīng)由所述數(shù)據(jù)電纜(6)進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，并且所述至少一個傳送裝置(22，23)和所述至少一個接收裝置(24，25)在所述數(shù)據(jù)電纜￠)的兩端結(jié)構(gòu)上一致。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，用于隨機事件的所述至少一個接收裝置(24，25)被設(shè)計用于連續(xù)接收并且經(jīng)由所述邏輯電路(11，F(xiàn)PGA_N，12，F(xiàn)PGA_M)連接到用于隨 機事件的所述至少一個傳送裝置(22，23)，并且在收到隨機事件時，如果在所述接收裝置(24，25)側(cè)的傳送裝置(22，23)已同時傳送單個脈沖并且因此在由所述接收裝置(24，25)接收的單個脈沖與由所述傳送裝置(22，23)傳送的單個脈沖之間可能存在沖突，則所述邏輯電路(11，F(xiàn)PGA_N，12，F(xiàn)PGA_M)立即將關(guān)聯(lián)的傳送裝置(22，23)切換到“無事件”狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的設(shè)備，所述設(shè)備根據(jù)IEEE802. 3和IEEE802. 3at標準中的任一個設(shè)計，所述數(shù)據(jù)電纜(6)為Cat. 5數(shù)據(jù)電纜并且標準化的傳輸路徑的Cat. 5數(shù)據(jù)電纜的未被使用的導(dǎo)體對旨在用于傳送所述隨機事件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，所述設(shè)備具有至少一個傳送變換器(15)和至少一個接收變換器(19)，用于經(jīng)由所述至少一個傳送變換器(15)和所述至少一個接收變換器(19)的中心抽頭(16，18，28，29)向所述接收器側(cè)供應(yīng)電力的DC電壓傳輸操作經(jīng)由所述Cat. 5數(shù)據(jù)電纜的所有四個導(dǎo)體對來進行并且無整流橋被設(shè)置在所述接收器側(cè)以用于極性校正。
15.—種放電加工機,其包括 中心節(jié)點(5)， 旨在并且被設(shè)計用于控制所述放電加工機的多個模塊(2，8)，以及 至少一個數(shù)據(jù)電纜￠)，其將至少一個模塊(2，8)連接到所述中心節(jié)點(5)，所述放電加工機具有根據(jù)前述權(quán)利要求9至14中任一項所述的設(shè)備和/或被設(shè)置為執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項所述的方法。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的放電加工機，所述隨機事件表示火花隙的狀態(tài)(放電、短路、開路)和/或表示所述放電加工機的驅(qū)動軸的以行進增量形式(向前、向后、停止)的期望值或?qū)嶋H值傳輸。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為用于數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ê驮O(shè)備。本發(fā)明涉及例如在IEEE 802.3中所公開的以太網(wǎng)的、已知串行數(shù)據(jù)鏈路的擴展，用于直接傳送隨機事件而無須執(zhí)行與時鐘信號的同步或者無須等待周期性的傳輸時間。使用兩個不同編碼的單個脈沖來表示兩個不同的隨機事件并且以事件控制的方式來傳送所述兩個不同的隨機事件。在例如8m的線路長度上，在事件與其接收之間有45ns的無抖動滯后時間是有可能的。所述擴展特別適合于節(jié)點與多個模塊之間的短的數(shù)字數(shù)據(jù)鏈路，如在現(xiàn)代放電加工機、機床以及類似的電子系統(tǒng)中所需要的那樣。
文檔編號G05B19/418GK102739288SQ201210090490
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者E·布勒, R·克納克, R·達馬里奧 申請人:阿杰·查米萊斯股份有限公司