CN102197281A

CN102197281A - 用于在位置测量设备与随动电子设备之间进行数据传输的装置和方法

Info

Publication number: CN102197281A
Application number: CN2009801421062A
Authority: CN
Inventors: A.科布勒; H.H.赫尔米希; M.瓦尔特; 林光清; R.肖普曼; 山本猛
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: DE102008053105A1; CN102197281B; WO2010046179A2; EP2340416A2; EP2340416B1; US9273984B2; US20110213586A1; ES2532466T3; JP2012506580A; JP5450636B2; WO2010046179A3

Abstract

本发明涉及用于通过数据传输通道（100）在位置测量设备（10）与随动电子设备（110）之间进行数据传输的装置以及方法。位置测量设备（10）包括接口单元（20）和处理单元（30），其中接口单元（20）一方面与数据传输通道（100）连接并且另一方面为了借助于询问通道（REQ）和应答通道（RSP）的内部数据交换的目的与处理单元（30）连接。接口单元（20）包括指令解释器（21），利用所述指令解释器（21）在使用转换规则（R0..Rn;Rn+1）的情况下，通过数据传输通道（100）到达的指令能够被转换成内部询问并且能够通过询问通道（REQ）被输送给处理单元（30），以及从处理单元（30）通过应答通道（RSP）到达的应答数据能够被转换成输出数据。接口单元（20）还包括用于存储转换规则（R0..Rn;Rn+1）的规则存储器（24），所述规则存储器（24）能够至少部分地被修改。

Description

用于在位置测量设备与随动电子设备之间进行数据传输的装置和方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1和8的用于在位置测量设备与随动电子设备（Folgeelektronik）之间进行数据传输的一种装置和一种方法。在这样的装置中或借助于根据本发明的方法，可以修改位置测量设备中的数据传输所基于的接口。

背景技术

在自动化技术中，越来越多地使用提供绝对位置值的位置测量设备。由此，所谓的增量位置测量设备的确定的缺点取消，例如在接通之后必须进行参考行驶以便找到参考位置的必要性，该参考位置用作用于通过对分度线计数来进行进一步位置测量的基准点。

对于绝对位置值的传输，主要使用串行数据接口，因为所述串行数据接口利用仅少量的数据传输线就足够了并且仍然具有高的数据传输速率。在这里特别有利的是所谓的同步串行接口，所述同步串行接口具有单或双向数据线和时钟线（Taktleitung）。通过数据线对数据分组的传输与时钟线上的时钟信号同步进行。

EP0660209B2描述一种具有双向数据线和单向时钟线的同步串行接口。在这里可以双向地传输数据（从随动电子设备到位置测量设备以及从位置测量设备到随动电子设备）。数据传输与时钟线上的时钟信号同步进行。该原理形成该申请人的以名称“EnDat”公知的接口的基础。

DE19701310B4描述一种用于在构造为位置测量系统的测量值接收器与处理单元之间进行数据传输的装置。通过在信号传输线之一上传输参考信号，可以将位置测量系统切换到不同的运行模式中，其中通过所述信号传输线进行测量值接收器与处理单元之间的数据传输。

由于在电工技术中进展的微型化，有可能在位置测量设备中集成越来越多的功能。因此，除了位置值以外，在这期间经常还产生附加信息、例如速度（即位置关于时间的变化）以及状态信息，该状态信息允许说明位置测量设备的运行状态。对于控制复杂的流程或者为执行耗费的计算，使用微处理器。因此，现代的数据接口除了纯粹的位置请求指令以外还具有其他指令，以便请求附加信息或者写或读出位置测量设备中的存储区域。

标准化接口所提供的优点是，可以将配备有这样的接口的测量设备直接连接到随动电子设备，例如机床控制器。只要两个设备都包含接口所基于的接口协议，进一步的匹配是不必要的。但是由此另一方面变得困难的是，扩展接口，例如用以提供新的指令，或者改变已有的指令，以便使其与特定情况和必要时位置测量设备的扩展了的功能范围相匹配。

发明内容

因此，本发明的任务是说明一种装置以及一种方法，利用其可以修改集成在位置测量设备中的接口。

该任务通过根据权利要求1的装置以及根据权利要求8的方法来解决。由从属于权利要求1或8的权利要求得出有利的细节。

现在建议用于通过数据传输通道在位置测量设备与随动电子设备之间进行数据传输的装置和方法，其中位置测量设备包括接口单元和处理单元，并且接口单元一方面与数据传输通道连接并且另一方面为了借助于询问通道和应答通道的内部数据交换的目的与处理单元连接。接口单元包括指令解释器，利用该指令解释器在使用转换规则的情况下，通过数据传输通道到达的指令可以被转换成内部询问并且可以通过询问通道被输送给处理单元，以及从处理单元通过应答通道到达的应答数据可以被转换成输出数据。接口单元还包括用于存储转换规则的规则存储器，所述规则存储器根据本发明可以至少部分地被修改。

附图说明

本发明的其他优点以及细节从下面根据图的描述中得出。在此

图1示出根据本发明的装置的框图，

图2示出规则存储器的修改的示例。

具体实施方式

图1示出具有位置测量设备10的根据本发明的装置的框图，该位置测量设备10通过数据传输通道100与随动电子设备110、例如数字机床控制器（NC）连接。位置测量设备10和随动电子设备110通过数据传输通道100交换指令和数据。这样的系统大多数是主机从机（Master-Slave）连接，其中随动电子设备110承担主机的功能并且位置测量设备承担从机的功能，也就是说，每个数据传输均由随动电子设备110发起，而位置测量设备10只是根据请求向随动电子设备110传送数据。

数据传输通道100大多数被设计用于串行数据传输，也就是说，该数据传输通道100包括至少一个串行数据连接，该串行数据连接在传输差动地按照RS-485标准进行时由至少一个线路对组成并且在两侧用合适的驱动器/接收器组件端接。如果传输通过仅一个双向运行的差动线路对进行，则也称为2线接口（2-Draht-Schnittstelle）。而开头所提到的串行接口EnDat使用两个差动线路对并且因此被称为4线接口。差动数据传输是技术人员长久以来所公知的并且在这里不进一步描述。

数据传输通道100在位置测量设备10中与接口单元20连接，该接口单元20从随动电子设备110接收和解释指令和输入数据，并且通过询问通道REQ转发给处理单元30。所述处理单元30处理指令和输入数据并且如果输出数据（例如绝对位置值）被请求则将所述输出数据通过应答通道RSP发送给接口单元20，该接口单元20根据接口协议处理输出数据并且发送给随动电子设备110。

处理单元30包括位置测量单元40以及CPU 50。此外设置数据多路复用器60，61，所述数据多路复用器60，61能够实现位置测量单元40与CPU 50之间的直接数据交换。处理单元30还包括存储单元70，在该存储单元70中存储例如CPU 50的运行程序和由位置测量单元40所需的数据、例如校准值。除此之外，存储单元70还可以包含关于电机或者在其处运行位置测量设备10的机器的数据。就此而论也称为基本数据表（Typenschild）。存储单元70既可以包括非易失性存储区域（ROM，EEPROM），也可以包括易失性存储区域（RAM）。

不仅位置测量单元40而且CPU 50都与询问通道REQ和应答通道RSP连接。这意味着，通过数据传输通道100也可以访问CPU 50并且尤其是还可以访问与CPU 50连接的存储单元70。因此可以由随动电子设备110读取存储单元70的存储单元格（Speicherzelle），以及写易失性存储区域并且改变可重新编程的存储区域。因此通过该路径可以对例如CPU 50进行编程，或可以修改CPU 50的现有程序。

由于CPU 50通过数据多路复用器60，61也可以直接与位置测量单元40通信，也可以处理复杂的需要高计算耗费的询问。同样通过该路径可以实现例如诊断功能。

位置测量单元40通过扫描非指示性量具（Maßverkörperung）产生位置信号并且将所述位置信号转换成数字位置值，所述数字位置值说明涉及非指示性量具的扫描单元的绝对位置。扫描所基于的物理原理在此是不重要的，例如可以使用光学、磁性或者感应测量原理。除了位置值以外，在位置测量单元40中还可以产生其他数据。例如从在扫描单元与非指示性量具之间的相对运动得到的其他测量值（例如速度或者加速度）属于此。但是所述其他数据还可以是涉及环境条件的测量值，例如温度值。最后，作为其他数据还可以提供状态信息，例如以状态位或者状态字的形式，所述状态位或者状态字的位用信号通知警告或者故障状态。可以由位置测量单元40询问的数据例如存放在具有所定义的数据字宽（例如16位）的寄存器中，所述寄存器能够单独地被寻址。

在位置测量设备10中的在接口单元20与处理单元30之间通过询问通道REQ和应答通道RSP进行的内部通信很大程度地与确定在随动电子设备110与位置测量设备10之间通过数据传输通道100的通信的接口协议无关。为了能够实现在接口单元20与处理单元30之间通过询问通道REQ和应答通道RSP的尽可能快的数据交换，在这里优选使用并行数据传输。由此可以最小化在指令通过数据传输通道100的到达与所请求的数据（例如位置值）通过数据传输通道100的发送之间的时间间隔。在此处明确指明，询问通道REQ和应答通道RSP仅仅为了更好地理解而被绘制为分开的连接。在可替换的扩展方案中，在这里还可以使用双向并行数据接口。

由随动电子设备110通过数据传输通道100发送到位置测量设备10的指令在接口单元20中被输送给指令解释器21。该指令解释器21识别到达的指令，将所述指令借助于转换规则转换成内部询问，并且将所述内部询问通过询问通道REQ转发给处理单元30。同样地，该指令解释器21将由于内部询问而从处理单元30通过应答通道RSP到达接口单元20的应答数据在应用转换规则的情况下根据接口协议转换成输出数据，并且将所述输出数据通过数据传输通道100发送给随动电子设备110。如果与指令一起输入数据也到达，则在将所述输入数据必要时也借助于转换规则转换成内部格式之后将其同样通过询问通道REQ传输给处理单元30。

市场上存在大量用于位置测量设备10的专用数字的、大多数串行的数据接口。大众化的代表例如以名称Hiperface或者EnDat公知。为了简化位置测量设备10的电子设备与最大不同的接口的匹配，有利的是模块化地构造指令解释器21。因此在一种优选实施方式中，指令解释器21由专用接口模块22和一般接口模块23组成。

专用接口模块22将指令和必要时输入数据转换成标准化的指令格式并且将标准化的指令/输入数据传输给一般接口模块23，其中所述指令和必要时输入数据通过由专用接口（例如EnDat）组成的数据传输通道100从随动电子设备110到达。此外，专用接口模块22将以标准化的输出格式从一般接口模块23到达的输出数据转换成专用输出格式的输出数据并且将其发送给随动电子设备110。因为通过串行接口的数据传输大多数以数据分组的形式进行，所以例如从到达的数据分组中提取指令/输入数据以及为输出数据补充起始或停止位以及安全技术的附加信息（CRC）也属于专用接口模块22的任务。最后，专用接口模块22在双向数据传输时为位置测量设备10中的相应驱动器/接收器组件产生切换信号。

一般接口模块23根据上述转换规则将以标准化的指令格式到达的指令/输入数据转换成内部询问，并且将从处理单元30到达的应答数据转换成标准化的输出格式。专用接口模块22与一般接口模块23之间的数据交换通过标准接口25来进行，其中所述标准接口25又由于高的数据传输速度而优选地是并行接口。通过将指令解释器21划分成专用接口模块22和一般接口模块23，位置测量设备10可以通过使用不同的专用接口模块22以简单的方式与最大不同的专用数据接口、例如EnDat、Hiperface等等相匹配。

指令解释器21或者专用接口模块22和/或一般接口模块23例如可以被实施为状态机，其状态根据转换规则来控制。由此保证快速和有效的处理。

在接口单元20中还设置规则存储器24，在所述规则存储器24中存储既用于包括接口协议的指令又用于从在处理单元30中对指令的实施中得出的并且通过应答通道RSP到达的数据的转换规则。规则存储器24可以包含用于一般接口模块23和/或专用接口模块22的转换规则。

指令的示例是：

-请求位置/速度/加速度值

-请求附加的测量值（温度）

-请求附加信息（状态信息）

-选择存储单元70中的存储区域

-读访问存储区域/存储器地址

-写访问存储区域/存储器地址

-传输复位信号。

所述指令不仅可以涉及处理单元30而且可以涉及CPU 50或者存储单元70中的与这些单元相联系的存储器内容。尤其是还可以通过特定的转换规则透明地切换一般接口模块23并且由此能够实现CPU 50与专用接口模块22之间的直接通信。

根据本发明至少部分可修改地实施该规则存储器24。由此实现以下可能性，即改动指令的处理并且甚至实施新的指令。同样可以将由于处理单元30中的指令产生并且传输给接口单元20的应答数据转换成输出数据，所述输出数据的格式或者内容偏离原始的定义。

对此示例：

在安全相关应用的标准接口协议中，位置测量设备10作为对从随动电子设备110通过数据传输通道100发送给位置测量设备10的位置请求指令的结果发送具有24位分辨率的第一位置值，之后是具有16位分辨率的第二位置值，所述第二位置值出于安全原因与第一位置值无关地被形成。对此，在位置测量设备10中需要以下的流程：

指令解释器21识别到达的指令并且将其根据用于该指令的转换规则而转换成询问，其中指令解释器21将所述询问通过询问通道REQ转发给位置测量单元40。在这种情况下，对于两个位置值需要两个询问。位置测量单元40确定分别所询问的位置值并且将所述位置值通过应答通道RSP输送给指令解释器21。该指令解释器21将位置值根据分配给位置请求指令的转换规则拼合成结果数据字，并且将该结果数据字通过数据传输通道100发送给随动电子设备110。

现在将假设，在特定应用中需要对位置测量设备10的运行温度进行精确监控。在标准接口协议中虽然包含用于请求温度值的特定指令，但是对于交替地请求位置和温度值的附加时间需求不利地影响该应用中所包含的传动装置（Antrieb）的调节特性。另一方面在该特定应用中，具有24位分辨率的第一位置值是足够的，因此传输具有16位分辨率的第二位置值是不必要的。通过改变为处理位置请求指令而存放在规则存储器24中的转换规则，现在可以如此修改位置请求指令，使得位置测量设备10产生组合的数据字，而不是两个相互无关地产生的位置值，该组合的数据字由具有24位分辨率的第一位置值以及具有16位分辨率的温度值组成。

为此，为位置请求指令存放在规则存储器24中的转换规则如下被改变，使得指令解释器21根据位置请求指令现在利用第一询问（如迄今为止那样）从位置测量单元40请求具有24位分辨率的位置值，而然后利用第二询问请求具有16位的温度值。根据温度值是由位置测量单元40还是由CPU 50产生，第二询问可以对准这两个单元之一。指令解释器21现在根据用于应答数据的转换规则从通过应答通道RSP到达的值中形成结果数据字，该结果数据字包括位置值和温度值。

替代于改变用于位置请求指令的转换规则，还可以为规则存储器24扩展新的特定位置请求指令。

在图2中示出两个变型方案。在规则存储器24中存放用于n个不同指令的转换规则R0至Rn。在假设第二转换规则R1是分配给位置请求指令的转换规则的情况下，该第二转换规则R1在其应按照上面的示例改变时通过相应改变了的第二转换规则R1’替换。如果应该保持原始的位置请求指令，则可以替代地为转换规则R0至Rn补充新的转换规则Rn+1。

如在图2中表明的那样，也可以将用于指令的转换规则R0至Rn分开地针对从指令中得到的询问和应答来存储。在该情况下，在改变的情况下仅仅替换转换规则R0至Rn的由该改变所涉及的部分就足够了。

规则存储器24中的改变/补充可能对位置测量设备10的功能具有巨大影响。因此有利的是，可以不直接通过数据传输通道100来访问规则存储器24，而是通过CPU 50来进行编程，其中给所述CPU 50输送相应的数据。为了在任何情况下防止基本指令、例如对存储区域/存储器地址的选择/写或者读取访问被改变，涉及所述指令的转换规则R0至Rn有利地不可改变，也即例如存放在规则存储器24的写保护区域中。除此之外合理的是，实施用于指令的不可改变的转换规则，所述指令重建规则存储器24的原始的状态。相应转换规则的为此所需的数据例如可以被存放在存储单元70中，并且根据相应指令而从CPU 50被传输到规则存储器24中。

作为另外的保险，可以将规则存储器24中的改变限制到位置测量设备10的特定模式。到这样的编程模式的切换可以或者通过特定接口指令或者通过与原来的接口协议无关的机制来进行。在此，例如如在DE19701310B4中所建议的那样，切换可以通过参考信号来发起，该参考信号在数据传输通道100的信号传输线上从随动电子设备110传输给位置测量设备10。

如果接口单元20作为模块在高度集成的专用组件（ASIC）中实现，则本发明尤其是有利的，因为于是接口指令的修改或扩展是可能的，而不必对组件进行耗费的并且尤其是成本高的重新设计。

Claims

1.用于通过数据传输通道（100）在位置测量设备（10）与随动电子设备（110）之间进行数据传输的装置，其中位置测量设备（10）包括接口单元（20）和处理单元（30），接口单元（20）一方面与数据传输通道（100）连接并且另一方面为了借助于询问通道（REQ）和应答通道（RSP）的内部数据交换的目的与处理单元（30）连接，其中接口单元（20）包括指令解释器（21），利用所述指令解释器（21）在使用转换规则（R0..Rn;Rn+1）的情况下，通过数据传输通道（100）到达的指令能够被转换成内部询问并且能够通过询问通道（REQ）被输送给处理单元（30），以及从处理单元（30）通过应答通道（RSP）到达的应答数据能够被转换成输出数据，并且接口单元（20）还包括用于存储转换规则（R0..Rn;Rn+1）的规则存储器（24）并且所述规则存储器（24）能够至少部分地被修改。

2.根据权利要求1所述的装置，其中处理单元（30）包括位置测量单元（40），所述位置测量单元（40）与询问通道（REQ）和应答通道（RSP）连接并且在所述位置测量单元（40）中能够产生位置数据和其他数据。

3.根据权利要求1或2之一所述的装置，其中处理单元（30）还包括CPU（50），所述CPU（50）同样与询问通道（REQ）和应答通道（RSP）连接。

4.根据权利要求之一所述的装置，其中规则存储器（24）能够通过数据传输通道（100）由随动电子设备（110）修改。

5.根据权利要求3所述的装置，其中规则存储器（24）能够由CPU（50）修改。

6.根据前述权利要求之一所述的装置，其中指令解释器（21）包括专用接口模块（22）和一般接口模块（23），其中利用专用接口模块（22），通过数据传输通道（100）到达的指令能够被转换成标准化的指令并且标准化的应答数据能够被转换成专用的输出数据以通过数据传输通道（100）输出，并且利用一般接口模块（23），从专用接口模块（22）到达的标准化的指令能够被转换成内部询问并且通过应答通道（RSP）到达的应答数据能够被转换成标准化的应答数据。

7.根据前述权利要求之一所述的装置，其中能够切换位置测量设备（10）以将规则存储器（24）修改成编程模式。

8.用于通过数据传输通道（100）在位置测量设备（10）与随动电子设备（110）之间进行数据传输的方法，其中位置测量设备（10）包括接口单元（20）和处理单元（30），接口单元（20）一方面与数据传输通道（100）连接并且另一方面为了借助于询问通道（REQ）和应答通道（RSP）的内部数据交换的目的与处理单元（30）连接，其中接口单元（20）包括指令解释器（21），所述指令解释器（21）在使用转换规则（R0..Rn;Rn+1）的情况下将通过数据传输通道（100）到达的指令转换成内部询问并且通过询问通道（REQ）输送给处理单元（30），以及将从处理单元（30）通过应答通道（RSP）到达的应答数据转换成输出数据并且发送给随动电子设备，并且接口单元（20）还包括用于存储转换规则（R0..Rn;Rn+1）的规则存储器（24）并且所述规则存储器（24）能够至少部分地被修改。

9.根据权利要求8所述的方法，其中处理单元（30）包括位置测量单元（40），其中从所述位置测量单元（40），通过询问通道（REQ）请求位置数据和/或其他数据，并且作为应答数据通过应答通道（RSP）传输给接口单元（20）。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中处理单元（30）还包括CPU （50），从所述CPU（50），通过询问通道（REQ）请求数据并且通过应答通道（RSP）传输给接口单元（20）。

11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其中规则存储器（24）通过数据传输通道（100）由随动电子设备（110）修改。

12.根据权利要求8至10之一所述的方法，其中规则存储器（24）由CPU（50）修改。

13.根据权利要求8至12之一所述的方法，其中指令解释器（21）包括专用接口模块（22）和一般接口模块（23），其中专用接口模块（22）将通过数据传输通道（100）到达的指令转换成标准化的指令并且将标准化的应答数据转换成专用的输出数据以通过数据传输通道（100）输出，并且一般接口模块（23）将从专用接口模块（22）到达的标准化的指令转换成内部询问并且将通过应答通道（RSP）到达的应答数据转换成标准化的应答数据。

14.根据权利要求8至13之一所述的方法，其中切换位置测量设备（10）以将规则存储器（24）修改成编程模式。