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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Übertragen von Daten in einem seriellen Bus mit einem Steuergerät, das eine Sende- und Empfangseinheit für zu einem Datenrahmen zusam- mengefasste Datenfelder aufweist, und mit Busteilnehmern, die eine Auswerteschaltung zum Ein- und Auslesen von Datenfeldern in Datenrahmen besitzen.
Um eine störungsfreie Datenübertragung in einem seriellen Bus bestehend aus einem Steuer- gerät und mehreren Busteilnehmern zu erreichen, ist es bekannt (EP 586715 A1 ), zur Überwa- chung der Datenübertragung zwischen dem Steuergerät und den Busteilnehmern zusätzliche Steuerleitungen vorzusehen. Nachteilig bei dieser bekannten Steuerung der Datenübertragung ist vor allem, dass eine Vielzahl an parallelen Leitungen erforderlich wird, was insbesondere bei grösse- ren örtlichen Entfernungen der Busteilnehmer zu einem hohen Verkabelungsaufwand führt. Hinzu kommt, dass mit dem Ansteigen der Anzahl der verlegten Leitungen einerseits das Risiko eines Leitungsdefektes zunimmt und anderseits eine Fehlersuche erschwert wird.
Zur Vermeidung einer Vielzahl von parallelen Leitungen ist es bekannt (DE 197 42 716 A1), einen seriellen Bus mit einer Hin- und einer Rückleitung in Form einer unidirektionalen Ringleitung vorzusehen. Von einem Steuergerät wird über eine Sende- und Empfangseinrichtung ein Daten- rahmen aus den einzelnen Busteilnehmern zugehörigen Datenfeldern gesendet, deren Grösse durch die maximal übertragbare Datenmenge zwischen dem Steuergerät und dem jeweiligen Busteilnehmer bestimmt wird.
Da den Busteilnehmern vom Steuergerät je ein Datenfeld zugewie- sen wurde und die Position der Datenfelder im Datenrahmen bekannt ist, sind die wesentlichen Voraussetzungen erfüllt, um über Auswertestufen Daten für die einzelnen Busteilnehmer aus den zugehörigen Datenfeldern des Datenrahmens auslesen und anschliessend Daten der Busteilneh- mer in diese Datenfelder einlesen zu können. Nachdem die Busteilnehmer nacheinander die Daten aus den zugehörigen Datenfeldern ausgelesen und gegebenenfalls durch eigene Daten ersetzt haben, wird der Datenrahmen mit den rückgemeldeten Daten über die Rückleitung dem Steuerge- rät zugeleitet. Fällt einer der Busteilnehmer in dieser unidirektionalen Ringleitung aus, so verliert der gesamte Bus seine Funktionalität, da dem Steuergerät keine Daten mehr von den Busteilneh- mern übermittelt werden können.
Ausserdem verringert die auf die maximal zu übertragende Da- tenmenge abgestimmte Grösse der einzelnen Datenfelder die Übertragungsrate, wenn sich erhebli- che Unterschiede zwischen den von den Busteilnehmem zu empfangenden und zu sendenden Datenmengen ergeben, weil durch die Vorgabe einer auf die jeweils grösste Datenmenge abge- stimmten Datenfeldgrösse die Datenfelder für die Übermittlung geringerer Datenmengen nur teil- weise genützt werden. Ist nun eine Datenübertragung in einer vorbestimmten Zeitspanne gefordert, was ja bei einer üblichen zyklischen Datenübertragung zum Steuern einer Anlage der Fall sein muss, so kann aufgrund der notwendigen Grösse der über den seriellen Bus zu versendenden Datenrahmen unter Umständen eine Beschränkung der Anzahl an Busteilnehmern erforderlich werden.
Hinzu kommt, dass die Zykluszeit zusätzlich durch die Übertragung von Prüfungsdaten belastet wird, die gesondert von den Datenrahmen übertragen werden müssen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Datenübertragung in einem seriellen Bus der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass der Verkabelungsaufwand gering gehalten werden kann, dass ein Teilbetrieb auch bei Ausfall eines Busteilnehmers möglich ist und dass eine vergleichsweise hohe Übertragungsrate sichergestellt wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass zumindest der Busteilnehmer am dem Steuergerät gegenüberliegenden Ende des bidirektionalen Busses eine in Abhängigkeit von einem Steuersignal des Steuergeräts ansteuerbare Sendeeinrichtung für einen von den Busteilnehmern einzulesende Datenfelder aufnehmenden Datenrahmen aufweist und dass die Auswerteschaltung der übrigen Busteilnehmer Steuerstufen zur Erweiterung des vom endseitigen Busteilnehmer gesendeten Datenrahmens um die jeweils in den Datenrahmen einzulesenden Datenfelder bildet.
Mit dem Vorsehen eines bidirektionalen seriellen Busses kann auf eine von der Hinleitung gesonderte Rückleitung und damit auf einen grösseren Verkabelungsaufwand verzichtet werden, was einerseits die Betriebssicherheit verbessert und anderseits eine Fehlersuche erleichtert. Zur Synchronisation der Datenübertragungen können in einfacher Weise vom Steuergerät Steuersig- nale, beispielsweise Steuerimpulse oder Steuerimpulsfolgen, über den Bus an alle Busteilnehmer versandt werden.
Diese Steuersignale veranlassen die Sendeeinheit des Busteilnehmers am dem Steuergerät gegenüberliegenden Ende des Busses jeweils einen Datenrahmen zu erstellen, in den die Datenfelder der einzelnen Busteilnehmem nacheinander eingelesen werden, so dass sich der
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Datenrahmen von Busteilnehmer zu Busteilnehmer stufenweise vergrössert, wenn der jeweils vorgelagerte Busteilnehmer sein Datenfeld in den Datenrahmen einliest. Nach dem Einlesen des Datenfeldes des dem Steuergerät nächsten Busteilnehmers liegt der vollständige, die Datenfelder aller Busteilnehmer beinhaltende Datenrahmen vor.
Weist jeder Busteilnehmer eine Sendeeinrichtung für einen Datenrahmen zur Aufnahme der eigenen und vorzugsweise der Datenfelder der vorgeordneten Busteilnehmer auf, so kann ein Busteilnehmer ausfallen und trotzdem eine beschränkte Datenübermittlung aufrecht erhalten werden. Über den jeweils dem ausgefallenen Busteilnehmer unmittelbar vorgeordneten Busteil- nehmer kann ja in einem solchen Fall ein Datenrahmen für die auf die vorgelagerten Busteilnehmer bezogenen Datenfelder erstellt und abgesandt werden. Somit eröffnet sich dem Steuergerät die Möglichkeit, einerseits einen Teilbetrieb des seriellen Busses bis zum ausgefallenen Busteilnehmer aufrecht zu erhalten und andererseits den ausgefallenen Busteilnehmer zu erkennen und anzuzei- gen.
Das Steuergerät kann je einen mit einer Initialisierungseinrichtung verbundenen Speicher für die Grössen der ein- und auszulesenden Datenfelder der jeweiligen Busteilnehmer aufweisen.
Aufgrund der bekannten Reihenfolge der an das Steuergerät angeschlossenen Busteilnehmer wird die vorteilhafte Voraussetzung geschaffen, sowohl Datenrahmen zum Versenden an die Busteil- nehmer zu erstellen als auch die Datenfelder aus den empfangenen Datenrahmen den jeweiligen Busteilnehmern zuzuordnen. Werden die Datenrahmen nur aus den ein- oder den auszulesenden Datenfeldern der Busteilnehmer gebildet, so ergeben sich besonders günstige Übertragungsbedin- gungen für Busteilnehmer mit einem vergleichsweise ungünstigen Grössenverhältnis von ein- und auszulesenden Datenfeldern. Die Zykluszeiten eine Datenübertragung können somit klein gehalten werden, was unter anderem eine hohe Datenübertragungsrate erlaubt.
Ist die Zyklusperiode für eine Datenübertragung vorbestimmt, so bietet der serielle Bus auch bei ungünstigen Grössenver- hältnissen von ein- und auszulesenden Datenfeldern die Möglichkeit, eine vergleichsweise hohe Anzahl an Busteilnehmern anzuschliessen.
Da Busteilnehmer in einem seriellen Bus meist unterschiedliche Dringlichkeiten für die Daten- übertragung aufweisen, muss die Zykluszeit für eine Datenübertragung so ausgelegt werden, dass auch Busteilnehmer mit dringlich benötigten Datenfeldern rechtzeitig versorgt werden können. Mit dem Vorgeben von Adressen für die einzelnen Busteilnehmer ist es dem Steuergerät möglich, besondere Datenrahmen zu erstellen, die nicht notwendigerweise für alle Busteilnehmer Datenfel- der beinhalten. Diese besonderen mit Adressen versehenen Datenrahmen können vom Steuerge- rät in einer durch den üblichen Übertragungszyklus nicht benötigten Zeitfenster versandt werden, so dass die adressierten Busteilnehmer bevorzugt mit Daten versorgt werden können.
Somit sind die Übertragungszyklen für alle Busteilnehmer nicht notwendigerweise nach den höchsten Über- tragungsraten auszulegen.
Mit dem Erstellen von Prüfungsdaten aus den Datenrahmen können auf einfache Weise Fehler in der Datenübertragung erkannt werden. Zu diesem Zweck kann eine Kodiereinrichtung zu den entweder vom Steuergerät oder vom Busteilnehmer erstellten Datenrahmen Prüfungsdaten ermit- teln, die mit dem jeweiligen Datenrahmen versandt werden. Um nun auch die von den Busteilneh- mern um je ein Datenfeld erweiterten Datenrahmen auf Korrektheit überprüfen zu können, ersetzt die Kodiereinrichtung der einzelnen Busteilnehmer die jeweils vom vorhergehenden Busteilnehmer erstellten Prüfungsdaten durch Prüfungsdaten, die aus dem mit dem eigenen Datenfeld erweiterten Datenrahmen gebildet werden.
Eine in jedem Busteilnehmer vorgesehene Überprüfungseinrich- tung steuert die zugehörige Auswertestufe an, um nur bei erfolgreicher Überprüfung das Ein- und Auslesen der Datenfelder der empfangenen Datenrahmen zu erlauben, so dass keine fehlerhaft übertragen Daten übernommen werden. Da die Prüfungsdaten an die Grössen der Datenrahmen gebundenen sind und auch stets mit den Datenrahmen versandt werden, wird die Grösse der Zykluszeiten für eine Datenübertragung nur vergleichsweise wenig beeinflusst. Tritt ein Fehler in der Datenübertragung auf, so kann beispielsweise eine erneute Sendung des Datenrahmens oder auch eine Überprüfung des seriellen Busses erfolgen.
Fehler in der Datenübertragung können nicht nur mit Prüfungsdaten, sondern auch mit der am Steuergerät vorhanden Recheneinheit über eine Vollständigkeitsüberprüfung der empfangenen Datenrahmen erkannt werden. Fehlen beispielsweise Datenfelder in Datenrahmen, was unter anderem bei Fehlverhalten von Busteilnehmern der Fall sein kann, so ist dies von dem Steuergerät
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ohne weiteres erkennbar.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Anlage zur Datenübertragung in einem seriellen Bus in einem
Blockschaltbild und
Fig. 2 den zeitlichen Ablauf einer Datenübertragung im Bus nach der Fig.1.
Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der serielle Bus ein Steuergerät 1 und drei Busteilnehmer 2, 3, und 4, die über eine bidirektionale Leitung 5 miteinander verbunden sind.
Eine Sende- und Empfangseinheit 6 des Steuergeräts 1 sendet an die Busteilnehmer 2,3, 4 ent- sprechend der Fig. 2 ein Steuersignal 7, das zeitlich versetzt von den Busteilnehmern 2,3, 4 empfangen wird und eine Auswertestufe 8 des Busteilnehmers 4 am Ende der Leitung 5 veranlasst, einen Datenrahmen 9 über eine Sendeeinrichtung 10 in Richtung des Steuergeräts 1 zu senden, wobei die an das Steuergerät 1 zu übertragenden, zu einem Datenfeld 11 zusammengefassten Daten mit Hilfe einer Steuerstufe 12 aus entsprechenden Datenspeichern 13 ausgelesen und dem Datenrahmen 9 hinzugefügt werden.
Die vorgelagerten Busteilnehmer 2, 3 weisen ebenfalls Aus- wertestufen 8 auf, die über Steuerstufen 12 entsprechende Datenfelder 14,15 aus Datenspeichern 13 in den Datenrahmen 9 einlesen, der somit durch die Datenfelder 14 und 15 stufenweise erwei- tert wird, so dass das Steuergerät 1 alle Datenfelder 15,14, 11 der Busteilnehmer 2, 3, 4 empfängt.
Die vom Steuergerät 1 an alle Busteilnehmer 2,3, 4 zu übertragenden Datenfelder 16,17, 18 werden ebenfalls in einen Datenrahmen 19 zusammengefasst und über die Sende- und Empfangs- einheit 6 versandt. Da den Busteilnehmem 2,3, 4 die Position des ihnen zugehörigen Datenfeldes 16, 17, 18 im Datenrahmen 19 bekannt ist, können diese Datenfelder 16,17, 18 über die Auswer- testufen 8 zur Weiterverarbeitung ausgelesen werden. Mit dem erneuten Senden des Steuersigna- les 7 beginnt ein neuer Übertragungszyklus in der bereits beschriebenen Art.
Gemäss dem Ausführungsbeispiel sind alle Busteilnehmer 2, 3, 4 mit einer Sendeeinrichtung 10 für einen Datenrahmen 9 zur Aufnahme der eigenen und vorzugsweise der Datenfelder 14,15 der bezüglich des Steuergeräts 1 vorgeordneten Busteilnehmer ausgerüstet. Fällt z. B. der letzte Busteilnehmer 4 aus, so kann zufolge dieser Massnahmen der unmittelbar vorgeordnete Busteil- nehmer 3 als jeweils endseitiger Busteilnehmer für eine Erstellung eines entsprechenden Daten- rahmens sorgen.
Eine Initialisierungseinrichtung 20 des Steuergeräts 1 erkennt auf bekannte Weise die Reihen- folge der an das Steuergerät 1 angeschlossenen Busteilnehmer 2,3, 4 und schreibt in weiterer Folge die aus den Busteilnehmern 2,3, 4 über Erkennungsdaten ausgelesene Grössen der ein- und auszulesenden Datenfelder 15,14, 11, 16, 17,18 in einen Speicher 21 des Steuergeräts 1. Auf- grund der bekannten Reihenfolge sowie der Grösse der Datenfelder 16, 17, 18 ist es einer Rechen- einheit 22 des Steuergeräts 1 möglich, Datenrahmen 19 für alle Busteilnehmer 2, 3, 4 zu erstellen.
Empfängt das Steuergerät 1 einen Datenrahmen 9, so kann über die gespeicherten Grössen der auszulesenden Datenfelder 11,14, 15 sowie die Reihenfolge der Busteilnehmer 2,3, 4 im Bus jedes Datenfeld 11, 14, 15 einem Busteilnehmer 2,3, 4 zugeordnet werden. Die Initialisierungsein- richtung 20 übermittelt den Busteilnehmern 2, 3, 4 jeweils die Position ihres Datenfeldes 16,17,18 im Datenrahmen 19, beispielsweise während einer Startphase, so dass jeder Busteilnehmer 2, 3, 4 aus dem empfangenen Datenrahmen 19 sein Datenfeld 16, 17, 18 entnehmen kann.
Das Steuergerät 1 weist einen mit der Recheneinheit 22 verbundenen Adressenspeicher 23 für Adressen 24 der Busteilnehmer 2,3, 4 auf. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Steuer- gerät 1 Datenfelder 16a, 17a, die in der Zeitspanne zwischen der Übertragung der Datenrahmen 9 und 19 asynchron innerhalb eines Übertragungszyklus gesendet werden können, mit den zugehö- rigen Adressen 24 der jeweiligen Busteilnehmer 2,3 versehen, um die Busteilnehmer 2,3 mit zusätzlichen Daten zu versorgen bzw. von diesen Busteilnehmern 2,3 zusätzlich Daten abfragen zu können. Die Datenrahmen für diese asynchron übermittelbaren Datenfelder 16a, 17a, 14a, 15a sind in der Fig. 2 mit 9a und 19a bezeichnet. Eine Erkennungsschaltung 25 jedes Busteilnehmers 2, 3, 4 erlaubt seiner jeweiligen Auswertestufe 8 ein Auslesen des Datenfeldes 16a, 17a bei über- einstimmender Adresse 24.
Die Sendeeinrichtung 10 des in der Teilnehmerfolge zuletzt adressier- ten Busteilnehmers 3, sendet einen Datenrahmen 9a für sein eigenes Datenfeld 14a und das Datenfeld 15a des vorgeordneten, adressierten Busteilnehmers 2 in Richtung des Steuergeräts 1 zurück. Die Erkennungsschaltung 25 des anderen adressierten Busteilnehmers 2 erlaubt seiner Auswertestufe 8 das Erweitern dieses Datenrahmens 9a um das auszulesende Datenfeld 15a.
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Somit kann, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Übertragung von Datenfeldern 16a und 17a nur an zwei Busteilnehmer 2 und 3 erfolgen. Da das Steuergerät 1 jeweils das Datenfeld 14a des zuletzt adressierten Busteilnehmers 3 im Datenrahmen 19a zuerst sendet, ist der zuletzt im Bus ange- sprochene Busteilnehmer 3 auf einfache Weise bestimmbar, so dass dieser Busteilnehmer 3 den asynchron empfangenen Datenrahmen 19a nicht weitersendet.
Um Fehler in der Datenübertragung zu erkennen, erstellt eine Kodiereinrichtung 26 des Steu- ergeräts 1 von jedem zu versendenden Datenrahmen 19,19a Prüfungsdaten 27, die mit dem Datenrahmen 19,19a versandt werden. Eine Überprüfungseinrichtung 28 der Busteilnehmer 2, 3, 4 erlaubt der Auswertestufe 8 ein Ein- und Auslesen der jeweiligen Datenfelder, falls diese fehler- frei übertragen wurden. Werden Datenrahmen 9,9a mit von den Busteilnehmern 2,3, 4 einzule- senden Datenfeldern 15,14, 11,15a, 14a erweitert, so ersetzt die Kodiereinrichtung 26 des jewei- ligen Busteilnehmers die empfangenen Prüfungsdaten durch neue Prüfungsdaten 27, die aus dem erweiterten Datenrahmen gebildet werden. Die neuen Prüfungsdaten 27 werden beispielsweise am Ende des Datenrahmens 9,9a angehängt.
Zusätzlich weist auch das Steuergerät 1 eine Überprü- fungseinrichtung 28 auf, um der Recheneinheit 22 ein Auslesen der empfangenen Datenrahmen 9, 9a nur nach erfolgreicher Überprüfung der empfangenen Prüfungsdaten 27 zu ermöglichen.
Über eine mit der Recheneinheit 22 verbundene Schnittstelle 29 kann die Anlage zur Daten- übertragung beispielsweise mit einer Eingabeeinrichtung verbunden oder auch an einen vom seriellen Bus getrennten Bus angeschlossen werden.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Anlage zum Übertragen von Daten in einem seriellen Bus mit einem Steuergerät, das eine
Sende- und Empfangseinheit für zu einem Datenrahmen zusammengefasste Datenfelder aufweist, und mit Busteilnehmern, die eine Auswerteschaltung zum Ein- und Auslesen von
Datenfeldern in Datenrahmen besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der
Busteilnehmer (4) am dem Steuergerät (1 ) gegenüberliegenden Ende des bidirektionalen
Busses eine in Abhängigkeit von einem Steuersignal (7) des Steuergeräts (1) ansteuerba- re Sendeeinrichtung (10) für einen von den Busteilnehmem (2, 3, 4) einzulesende Daten- felder (15,14, 11) aufnehmenden Datenrahmen (9) aufweist und dass die Auswerteschal- tung (8) der übrigen Busteilnehmer (2,3) Steuerstufen (12) zur Erweiterung des vom end- seitigen Busteilnehmer (4) gesendeten Datenrahmens (9)
um die jeweils in den Datenrah- men (9) einzulesenden Datenfelder (15, 14) bildet.