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数据总线系统

阅读：294发布：2020-05-13

IPRDB可以提供数据总线系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种数据总线系统，具有主控单元(100)和第一从动单元(S11)以及至少另一个从动单元(S12，S13，S14)，其中为了进行从动选择，主控单元具有一个用于输出一对一代码、尤其是格雷码的代码输出端(M5，M6)；第一从动单元具有一个与所述主控单元的代码输出端(M5，M6)连接的从动选择输入端(S17，S16)；第一从动单元具有一个与至少另一个从动单元(S12，S13，S14)连接的从动选择输出端(S15)；第一从动单元具有一个将加载在从动选择输入端(S17)上的、一对一代码的比特进行反转并且输出到第一从动单元的从动选择输出端(S15)上的反转器。，下面是数据总线系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种数据总线系统，其具有主控单元(100)和第一从动单元(Sl1)以及至少另一个从动单元(Sl2，Sl3，Sl4)，其中，-为了进行从动选择，所述主控单元(100)具有一个用于输出一对一代码的代码输出端(M5，M6)，-所述第一从动单元(Sl1)具有一个从动选择输入端(S17，S16)，用于与所述主控单元(100)的代码输出端(M5，M6)连接的，-所述第一从动单元(Sl1)具有至少一个从动选择输出端(S15)，用于与所述至少另一个从动单元(Sl2，Sl3，Sl4)连接，-所述第一从动单元(Sl1)具有一个反转器，其将加载在从动选择输入端(S17)上的、一对一代码的比特进行反转并且输出到该第一从动单元(Sl1)的从动选择输出端(S15)上。

2.根据权利要求1所述的数据总线系统，其特征在于，所述一对一代码是格雷码。

3.根据权利要求1所述的数据总线系统，其特征在于，所述一对一代码、特别是格雷码的一个值(00，10，11，01)对应于对用于发送和/或接收数据的一个从动单元(Sl1，Sl2，Sl3，Sl4)的选择。

4.根据权利要求1所述的数据总线系统，其特征在于，所述从动单元(Sl1，Sl2，Sl3，Sl4)具有用于数据通信的同样的软件和/或同样的硬件。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的数据总线系统，其特征在于，所述主控单元(100)为了传送数据通过串行接口(D0，DI，Cl)与每个从动单元(Sl1，Sl2，Sl3，Sl4)并联，其中，所述串行接口(D0，DI，Cl)优选为三线的。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的数据总线系统，其特征在于，每个从动单元(Sl1，Sl2，Sl3，Sl4)被构造用来产生时钟信号(Cl)。

7.根据权利要求6所述的数据总线系统，其特征在于，每个从动单元(Sl1，Sl2，Sl3，Sl4)被构造用来根据在从动选择输入端(S17，S16，S27，S26，S37，S36，S47，S46)上所施加的信号产生所述时钟信号(Cl)。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的数据总线系统，其特征在于，所述从动单元(Sl1，Sl2，Sl3，Sl4)被构造为：在故障的情况下断开所述串行接口(D0，DI，Cl)的输出端。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的数据总线系统，其特征在于，所述主控单元(100)具有一个网关，用于发送和/或接收另一个总线(200)的数据。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的数据总线系统，其特征在于，所述主控单元(100)具有一个输入单元，用于手动地选择一个从动单元(Sl1，Sl2，Sl3，Sl4)。

11.一种根据权利要求1至10中任一项所述的数据总线系统的应用，用于操纵自动化系统的传感器-执行器-控制单元(SA1，SA2，SA3，SA4)、特别是SPS控制器。

说明书全文

技术领域

本发明涉及一种可以使用在自动化系统中、例如在SPS控制器中的数据总线系统。

背景技术

由DE 199 35 192 A1公知一种用于寻址总线用户的方法和一种总线系统。此处的总线系统的从动用户具有一个逻辑单元，一个地址线路输入端和一个地址线路输出端。在此，按照线性序列由主控器出发到在第一位置设置的从动器，通过由主控器到其地址线路输入端的单一地址的地址线路，利用一个激活信号得到控制，并因此在寻址准备好的情况下被连接。完成寻址之后，所述第一从动设备的逻辑单元将寻址信号连接到其寻址线路输出端，并因此继续连接到后续从动设备的地址线路输入端，从而完成对所述从动设备的串行寻址。
文献DE 195 45 566 A1同样公开了一种用于机动车的、在一个总线系统的用户之间传输数据的方法。一个用户处于主运行模式下，该用户向位于从运行模式下的另一个用户发出一条消息。为了减少总线系统中寻址方面的编程费用，所述由主控器发出的消息包涵一个识别部分，该识别部分由一个从动用户传递到另一个从动用户，其中每个从动用户改变上述消息的识别部分，并且其中被改变的消息被传递到主控器上。识别该识别部分预定信息的从动用户对命令部分进行求值。
由EP 1 503 262 A2可公知一种用于动态地分配地址到主从总线系统的从动单元的方法。一条总线导线的起始端与一个主控单元相连，并通过从动单元向前接通。从动单元取决于地址分配信号而断开所述总线导线，并且接收移位寄存器的运行状态。同时，引入的地址被插入各自随后的单元。主控单元连续将要分配的地址传输到与主控单元相连的从动单元，并且所述从动单元取决于地址接受信号而各自接受其将要分配的地址作为当前地址，从内部断开总线导线并接受总线运行状态。
由公开的国际申请WO 2004/095300已知一种用于寻址通过一个总线系统彼此连接的模块的方法。在该方法中，地址值在模块之间传递，并在每一次转发时在与每一个模块匹配的算法或逻辑计算单元中被改变。每一个计算模块具有一个极限值输出端，通过其可寻址与该计算单元相关联的模块。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，进一步地开发特别是用在自动化系统中的数据总线系统。
上述技术问题是通过这样一种数据总线系统来解决的：其具有主控单元、第一从动单元以及至少另一个从动单元，其中，为了进行从动选择，主控单元具有一个用于输出一对一代码的代码输出端；第一从动单元具有一个与主控单元的代码输出端连接的从动选择输入端；第一从动单元具有一个与至少另一个从动单元连接的从动选择输出端；第一从动单元具有一个将加载在从动选择输入端上的、一对一代码的比特进行反转并且输出到该第一从动单元的从动选择输出端上的反转器。
据此，为一个数据总线系统配备了主控单元、第一从动单元以及至少另一个从动单元。这种类型的网络具有一种线形的结构。因为对于希望发送的从动单元的通道访问是按照设置好的、可以预期的形式进行的，因此可以涉及确定的通道访问方法。在这种情况下，集中的控制通过主控单元实现了对总线占有权限的授予。
为了进行从动选择，主控单元具有一个用于输出一对一代码的代码输出端。一对一代码(eineindeutiger Code)优选为格雷码(Graycode)。可选的，也可以将一对一代码逐比特地向下或向上计数。这种一对一代码可以具有两个或者多个比特。在此，格雷码所起的作用是，与其它比特值序列相比减小了干扰的易发性。因此，下面优先描述格雷码。
例如对于由两个比特组成的信号来说，格雷码是如下的值序列：
00101101。
第一从动单元具有一个与主控单元的代码输出端连接的从动选择输入端。该从动选择输入端用来根据一对一代码选择第一从动单元。优选地，第一从动单元的从动选择输入端的接线数与主控单元的代码输出端的接线数一致。
此外，第一从动单元具有一个与至少另一个从动单元连接的从动选择输出端。为此，其它从动单元优选地同样具有一个既与第一从动单元、又与主控单元连接的从动选择输入端。
第一从动单元具有一个反转器，后者将加载在从动选择输入端上的、一对一代码的比特进行反转，并且输出到该第一从动单元的从动选择输出端。在本发明的结构变形中，这种反转器或者是作为硬件、例如按照CMOS反转器的形式构成，或者是通过计算单元、特别是微控制器的软件实现的。
在本发明的一种优选的扩展中，每个从动单元具有一个与有关从动选择输入端以及有关从动选择输出端连接的反转器。
优选地，在本发明的一种扩展中，一对一代码、特别是格雷码的一个值对应于对用于发送和/或接收数据的从动单元的选择。该值优选为固定，从而不必将引入的从动单元配置在一个偏差的值上。
在本发明的一种优选的扩展中，从动单元具有用于数据通信的同样的软件和/或同样的硬件。这点实现了所谓的“即插即用”，从而可以在不要求手动地赋予地址的条件下通过插入而引入从动单元。在此，对硬件和软件的身份涉及数据总线系统的部件就足够了。
在本发明的一种优选的扩展中，主控单元为了传送数据通过串行接口与每个从动单元并联，其中，该串行接口优选为三线的。这点实现了在两个方向上一一即从主控单元向所选择的从动单元以及从所选择的从动单元向主控单元一一同时传送数据。
为了简化数据传送的同步，以及采用尽可能简单和因此不精确的时钟发生器，在本发明的一种优选的实施方式中，每个从动单元被构造用来产生时钟信号。在此，主控单元具有用于与所选择的从动单元的时钟信号进行同步(Aufsynchronisation)的装置。在此优选的是，每个从动单元被构造用来根据在从动选择输入端上所施加的信号产生时钟信号。
优选地，每个从动单元被构造为：在故障情况下断开串行接口的输出端。这点使得可以避免为了在起作用的、所选择的从动单元与带故障运行的从动单元之间进行数据传送而在串行接口上发生的冲突，该带故障运行的从动单元可能极大地干扰或者完全破坏至主控单元的数据通信。
在本发明的一种优选的实施方式中，主控单元具有一个网关，用于发送和/或接收另一个总线的数据。这点允许通过一个与该主控单元连接的、例如对整个加工设备进行控制的中央计算机，对从动单元的功能进行遥控。作为替换或者与至其它单元的接口或总线连接相组合的，在本发明的优选的实施方式中，主控单元具有一个用于手动选择一个从动单元的输入单元。该输入单元可以是与按照显示器形式的显示单元连接的键盘。
本发明的另一个方面是，将上面所述的数据总线系统用于操纵自动化系统的传感器-执行器-控制单元、特别是SPS控制器。

附图说明

下面对照附图对本发明的实施方式作进一步的说明。图中：
图1表示数据总线系统的示意性方框图，
图2表示总线活动的时间片段的示意图，并且
图3表示在一个时间片段内借助于格雷码对从动单元的选择。
相互对应的功能元件在所有附图中标有相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的数据总线系统的示意性方框图。发挥主控器100作用的是数据提供组件(Dateneinspeise-Baugruppe)。在图1的实施方式中，主控器100作为所谓的网关起到的作用是，使得在数据总线系统内部的通信以及与其它功能组(例如中央计算机)的通信都通过另一个总线系统200(例如CAN，IQ-Sence或PROFI总线)进行。附加的或者作为替换，主控器100也可以用于手动输入通过数据总线系统传送的数据。
为了传送数据，主控器100与四个从动单元S11，S12，S13和S14连接。这些从动单元S11，S12，S13和S14优选是紧凑分线系统的模块，其中每一个模块除了总线功能之外还包括具有用于控制执行器、测量传感器的硬件和软件以及安全功能的部件SA1、SA2、SA3、SA4。为此部件SA1至SA4例如可以包括功率电子器件，如功率半导体。该功率电子部件是用于优选4个电机的控制和保护装置，并提供针对过载或过高温度的保护。在此，这些从动单元S11，S12，S13和S14自动地识别出所连接的执行器或传感器，为它们分配一个标示并且配置控制软件。
从动单元S11，S12，S13和S14由主控器100明确地分配其在总线中的位置。部件SA1，SA2，SA3或SA4可以额外地满足不同的功能，如电机起动器“直接”、“转向”、“缓和”等等。在此，对于从动单元S11，S12，S13和S14的分配不需要手动地赋予地址，而是由总线的协议来管理。例如，主控器100为与一个部件SA1，SA2，SA3或SA4连接的电动机发送控制数据。
数据总线系统被构造为用于最多四个从动单元S11至S14。数据总线系统内部的联网是并行实现的，例外的是在主控器100输出端M5和M6上的两个导线。输出端M5上的导线到达第一从动单元S11的输入端S17。从动单元S11将在输入端S17上施加的信号反转，并且将反转后的信号在输出端S15上输出。该反转后的信号到达第二从动单元S12的输入端S26以及第三从动单元S13的输入端S37。在此，输入端S17，S27，S37和S47将施加的信号反转并且将反转后的信号在输出端S 15，S25，S35和S45上输出。
如果主控器100的两个输出端M5和M6处于低电平，则从动单元S11至S14通过布线而在其输入端上分别得到格雷码的一个值。按照所示出的情况，从动单元S11得到值“00”，从动单元S12得到值“10”，从动单元S13得到值“11”以及从动单元S14得到值“01”。在图1中值“00”对应于与主控器100进行通信的一种选择，从而在示出的情况下从动单元S11可以通过输入和输出端“1”至“4”发送和接收。其它从动单元S12至S14断开输入和输出端“1”至“4”。
为了选择从动单元S12，主控器100在输出端M5上施加高电平而在输出端M6上施加低电平。由于从动单元S11中的反转在第二从动单元S12的输入端S26，S27上分别施加低电平，这对应于格雷码值“00”。在该时刻第二从动单元S12被选择来发送和接收。该方法的结果是，通过格雷码可以顺序地唯一调用模块S11，S12，S13，S14。通过格雷码的应用可以显著减小不同从动单元S11，S12，S13或S14发生数据冲突的可能性。
按照这种方式，主控器100可以通过施加相互跟随的格雷码值而依次地选择单个的从动单元S11，S12，S13和S14用于通信。在此，格雷码具有这样特别的特性：相邻二进制组合仅仅在一个位置上不同。这种码也被称为单步的或者周期的。其用来简化地确定错误的临时组合。此外，通过采用格雷码不要求在数据总线上进行明白的地址赋予。
为了进行通信，被选择的从动单元S11，S12，S13或S14发送时钟信号C1，主控器100与该时钟信号进行同步。主控器100通过数据线DO向被选择的从动单元S11，S12，S13或S14发送数据，而被选择的从动单元S11，S12，S13或S14通过另一条数据线DI向主控器100发送数据。数据交换仅仅在可以被称为路由器的主控器100与连接的从动单元S11，S12，S13或S14之间进行。为此，利用了通过三芯线C1、DO和DI的串行数据传送。通过复位线R可以对被选择的从动单元S11，S12，S13或S14复位。
为了能够将从动单元S11，S12，S13或S14简单地连接到数据总线系统上，提供了机械上标准的插接连接(Steckverbingdung)AS1，AS2，AS3和AS4，这些插接连接保证了从动单元S11，S12，S13和S14的简单安装。从动单元S11，S12，S13和S14具有同样的硬件以及同样的配置，使得它们可以插接到任意的插座AS1，AS2，AS3和AS4上。这些插座可以是可安装的后壁总线印刷电路板的一部分，该总线印刷电路板保证了在一个机壳中安排整个数据总线系统。如果从动单元S11，S12，S13或S14有故障或者不在插接位置AS1，AS2，AS3和AS4上，则主控器100识别这点并且可以通过改变格雷码值来选择另一个从动单元S11，S12，S13或S14。
图2示意性地示出了总线活动的一个时间片段。为了保证在从动单元S11，S12，S13和S14中的技术花费尽可能的小，在由主控器100选择之后，从动单元S11，S12，S13和S14产生一个时钟信号并且发送一个定义好的电报。按照相同的过程，被选择的从动单元S11，S12，S13或S14从主控器100接收一个由该时钟信号启动的(getaktetes)电报。
在图2中示意性地示出了针对被选择的从动单元S11的电报。该电报由三部分组成。在第一字节中传送了部件SA1的标识SA1 ID，其向主控器100提供了关于所连接设备的功能的明确信息。例如，可以是关于所连接的、可以被测量或操纵的传感器和执行器的信息。第二部分(数据字节)被保留用于在主控器100和被选择的从动单元S11之间的数据传送。在此，第二部分的大小取决于部件SA1的标识SA1ID，因为不同的功能需要不同大小的数据。在正常情况下，为了控制例如电机起动器的标准功能，一个字节就足够了。第三部分用于数据安全的XOR检查。形成对前两部分的异或检验和。
根据图3示意地示出了在主控器100和从动单元S11，S12，S13和S14之间的连接结构。在上面区域记录了在主控器100的输出端M5和M6上输出的格雷码值M00，M10等。在一个完整的序列之后重复这些值。通过信号M00，M10等对有关的从动单元S11，S12，S13或S14进行初始化。被分别选择的从动单元S11至S14利用时钟信号开始传送，并且在由主控器100进行的初始化之后发送电报。在成功的电报传送之后主控器100转动格雷码信号，以便顺序地依次轮询所有从动单元S11至S14。如果通信中断，则该错误被从动单元S11，S12，S13，S14识别并且提示。在出现有故障的从动单元S11，S12，S13或S14时将输出端可靠地断开。
为了实现图1至3的这种数据总线系统，仅仅需要三条用于数据传送的导线以及两条用于选择进行通信的从动单元S11，S12，S13，S14的导线。输出由一个(没有示出的)微控制器进行处理，这点使得对于昂贵的硬件解决方案以及ASIC的开发成为多余。因为软件仅仅需要非常少的资源(MIPS)，也可以将该技术问题由现有的处理器一并承担。
所描述的实现保证了启动识别(Anlauferkennung)。这意味着，在重新启动时主控器100识别出，连接了何种类型的部件SA1至SA4。在此，地址对应于在结构中的位置，即插接位置AS1至AS4。因此，根据图1至图3的低成本的解决方案提供了这样的可能性：操纵既可以集中进行也可以“在现场”进行，其中保持了简单安装和投入运行。

标题	发布/更新时间	阅读量
数据总线模块-专利编号CN105283815A	2020-05-12	499
数据总线系统-专利编号CN1881198B	2020-05-13	294
数据总线-专利编号CN1474972A	2020-05-11	540
数据总线-专利编号CN1209604A	2020-05-11	1046
数据总线发送器-专利编号CN1205787C	2020-05-13	310
数据总线-专利编号CN1129481A	2020-05-11	772
数据总线-专利编号CN1218257C	2020-05-11	358
数据总线-专利编号CN1120429C	2020-05-12	219
数据总线发送器-专利编号CN1281305A	2020-05-13	800
数据总线-专利编号CN1040703C	2020-05-12	183

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