CN104641306A - 用于使显示元件同步的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使控制系统(10)中的显示元件同步的方法，所述控制系统(10)具有通过总线(25)连接的订户，所述订户包括至少一个消息发送器(12)和许多消息接收器(18a、18b)。每个消息接收器(18a、18b)包括：相应的显示元件(15a、15b)，所述显示元件(15a、15b)可以被交替地设置成接通状态和断开状态；以及控制单元(20a、20b)，所述控制单元(20a、20b)用于产生使显示元件(15a、15b)在所述状态之间进行切换的控制信号。消息发送器(12)以所定义的重复的总线消息时间间隔(T总线)经由总线(25)发送当前总线消息。每个总线消息包括具有所定义的值范围(W)中的值(Z)的相应的总线消息计数器，其中，在当前总线消息被发送时，值(Z)以预定方式改变，并且其中，一旦到达值范围(W)的末端，则复位该值(Z)。每个消息接收器(18a、18b)经由总线(25)接收总线消息。每个控制单元(20a、20b)以相同的方式来评估当前总线消息中的总线消息计数器，并且基于此来生成控制信号，使得显示元件(15a、15b)彼此同步地并且以特定的通/断周期(Tea)交替地设置成接通状态和断开状态。

Description

用于使显示元件同步的方法
技术领域
本发明涉及一种用于使控制系统中的显示元件同步的方法，所述控制系统具有经由总线连接的订户，所述订户包括至少一个消息发送器和许多消息接收器。所述消息接收器均包括：相应的显示元件，所述相应的显示元件可以在接通状态和断开状态之间进行切换；以及控制单元，所述控制单元用于产生使所述显示元件在所述状态之间进行切换的控制信号。
本发明还涉及一种特别地用于技术装置的自动化控制的控制系统，该控制系统具有经由总线连接的订户，所述订户包括至少一个消息发送器和许多消息接收器。所述消息接收器均包括：相应的显示元件，所述相应的显示元件可以在接通状态和断开状态之间进行切换；以及控制单元，所述控制单元用于产生使所述显示元件在所述状态之间进行切换的控制信号。
背景技术
举例来说，这种类型的控制系统为例如可编程控制器，如由本发明的申请人以商标销售的、可从本申请人的“PSSuniversal，Programmable Control Systems System Description，No.21256-EN-04”中知晓的可编程控制器。
依据本发明的控制系统可以用于技术装置的自动化控制，特别地是用于控制需要故障安全操作以避免对人构成危险的安全攸关处理。例如，在WO 2004/097539A1中公开了这样的控制系统。特别地，其涉及对以自动化方式进行操作的、具有因操作而可能对人造成伤害的风险的装置进行监视和控制。通常，通过防护围栏、防护门、光栅、光网格、紧急情况断开按钮以及其他安全传感器来保护这样的装置。一旦防护门被打开，则光栅被中断或者紧急情况断开按钮被操作，该装置需要停止或者以另一种方式置于安全状态。这通常通过以下来实现：控制器以故障安全形式来评估来自防护门、光网格、紧急情况断开按钮等的、在所定义的重复的时间间隔中的状态信号，并且将这作为用于操作安全相关的执行器比如接触器的基础，其中所述执行器被布置在装置的电驱动器的电源路径中。通常，传感器和执行器在物理上远离控制器。在具有大量的传感器和执行器的相对大的装置的情况下，控制器可以经由所谓的现场总线系统来连接至传感器和执行器。该现场总线系统允许表示传感器和执行器的状态并且还控制来自控制器的命令的数字数据的交换。这样的现场总线系统的示例为SafetyBUS p或SafetyNET p。
依据本发明的控制系统可以为例如用于可配置或可编程控制器的模块化控制系统。该控制系统可以为可配置控制器，比如由本发明的申请人以商标销售的可配置控制器；或可编程控制器，比如由本发明的申请人以商标销售的可编程控制器；或者与其类似的。在这种情况下，可配置意在被理解为意指控制器的硬件部分(比如布线)的定制或设置。可编程在这种情况下意在被理解为意指例如通过编程语言进行的对控制器的软件部分的定制或设置。
特别地，提供了用于标准和安全任务的模块化可编程控制系统，如根据以上提及的描述“Pilz，PSSuniversal，ProgrammableControl SystemsSystem Description，No.21256-EN-04”已知的模块化可编程控制系统。PSSu系统包括确定PSSu系统的使用区域(比如用作本地I/O系统，耦接至各种现场总线系统，经由SafetyBUS p的安全通信，经由PROFINET使用PROFIsafe的安全通信等)的头部模块。另外，PSSu系统包括确定PSSu系统的功能的输入/输出模块。该模块布置为：输入/输出模块以串在一起的方式被布置至头部模块的右侧。根据多个不同的输入/输出模块，可以将输入/输出组件(还被称为I/O组件)与相应的应用高效地并且廉价地进行匹配。输入/输出模块或其电子模块经由模块总线(还被称为背板总线)与头部模块进行通信。PSSu系统提供了用于诊断的许多选择。举例来说，PSSu系统的诊断可以通过输入/输出模块和头部模块上的LED来实现。
模块上的这些LED可以例如以特定的节奏闪烁(twinkle)或闪光(flash)来指示状态。因此可以指示系统的特定操作状态。一个问题可能是所述模块与另一个模块没有同步闪烁或闪光。这可能会刺激用户或系统的观察者或者令用户或系统的观察者反感，尤其因为模块被布置成在物理上接近于彼此或者直接彼此相邻。另外，不同步的闪烁或闪光会造成简单的“第一级别”诊断对用户而言是困难的。
现有技术普遍公开了一种用于使网络中的订户同步特别是用于使时间同步的方法。举例来说，来自安全网络国际推广组织(www.safety-network.de)的手册“SafetyNET p，版本1.1，系统描述”公开了用于网络中的订户之间的同步的方法。所述方法在期望的时刻处开始整个网络的动作，即在网络范围基础上同步的事件。为了在网络范围的基础上建立这样的方法，每个网络订户要求与其他的订户同步的精确时钟。在这种情况下，时钟和同步的精确性决定了整个系统的精确性。用于精确性的测量是抖动，即与彼此相关的时钟的不精确性。在SafetyNET p的情况下，所使用的高精度主时钟使用同步机制来连续地调整其他订户的时钟。主时钟本身又可以被同步到世界时间原子钟。在精确同步的时钟的基础上，动作请求则可以提前被发送给订户，然后这些订户在所请求的时刻处执行该动作。因此，传输和执行在时间上分开。这允许同步整个网络的数据读入或读出。在SafetyNET p中，如果对于相应的应用是必要的，则所有的设备可以使设备时钟同步。实时帧网络(RTFN)中的SafetyNETp设备的同步涉及使用在IEEE 1588中标准化的精确时间协议(PTP)。另外，使用精确时钟同步协议(PCS)，其被优化以用于实时帧线路(RTFL)。举例来说，WO 2006/069691A1描述了这样的RTFL方法。
然而，用于使时间同步的这样的方法或时间控制方法是非常复杂的并且产生高的总线负荷。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供一种用于使控制系统中的显示元件同步的方法以及相应的控制系统。特别地，本发明的目的是提供一种以简单的和/或廉价的方式使显示元件同步的方法以及相应的控制系统。另外，本发明的目的是增加用户友好性和/或安全性。
根据本发明的一个方面，通过用于使控制系统中的显示元件同步的方法来实现此目的，其中所述控制系统具有经由总线连接的订户，所述订户包括至少一个消息发送器和许多消息接收器，其中所述消息接收器均包括：显示元件，所述显示元件可以在接通状态和断开状态之间进行切换；以及控制单元，所述控制单元用于产生使显示元件在状态之间进行切换的控制信号，其中，消息发送器以所定义的重复的总线消息时间间隔经由总线来发送相应的当前总线消息，其中，所述总线消息包括具有来自所定义的值范围的值的相应的总线消息计数器，其中，每当当前总线消息被发送时，该值以预定方式进行改变，并且其中，一旦到达值范围的末端，则复位该值，其中，消息接收器均经由总线来接收总线消息，并且其中，控制单元以相同的方式评估相应的当前总线消息中的相应的总线消息计数器，并且将此作为用于产生控制信号的基础，使得显示元件彼此同步地并且以所定义的通/断周期在接通状态和断开状态之间进行切换。
根据本发明的另一个方面，通过特别地用于技术装置的自动化控制的控制系统来实现该目的，该控制系统具有经由总线连接的订户，所述订户包括至少一个消息发送器和许多消息接收器，其中，所述消息接收器均包括：显示元件，所述显示元件可以在接通状态与断开状态之间进行切换；以及控制单元，所述控制单元用于产生使显示元件在所述状态之间进行切换的控制信号，其中，消息发送器被设计成以所定义的重复的总线消息时间间隔经由总线来发送相应的当前总线消息，其中，总线消息包括具有来自所定义的值范围的值的相应的总线消息计数器，其中消息发送器被设计成：每当当前总线消息被发送时以预定方式更改该值，并且一旦到达值范围的末端，则复位该值，其中，消息接收器均被设计成经由总线来接收总线消息，并且其中控制单元被设计成以相同的方式评估当前总线消息中的总线消息计数器，并且将此作为用于产生控制信号的基础，以便显示元件彼此同步地并且以所定义的通/断周期在接通状态和断开状态之间交替地切换。
根据本发明的另一个方面，通过在具有经由总线连接的订户的控制系统中的总线消息接收器来实现该目的，所述总线消息接收器具有存储介质，该存储介质存储了被设计成当总线消息接收器被连接至总线时执行用于使显示元件同步的方法的程序代码。
新方法和新控制系统因此使用了用于使显示元件(例如，LED)同步的总线消息计数器。特别地，例如为了保障数据传输的目的，总线消息计数器(还被称为总线循环计数器)已经被设置在控制系统中。因此，新方法和新控制系统用已经设置的机构或者使用现有的结构来进行管理。没有必要针对使显示元件(例如，LED)同步的这种相对“细琐”的任务来使用复杂的方法。因此，可以实现显示元件的同步，而无需修改现有的消息或电报结构并且无需大量的额外的实施参与。
通过控制单元以相同的方式评估总线消息计数器并且相应地激励其显示元件所实现的效果在于：各种消息接收器的显示元件彼此同步地被置于接通状态和断开状态，特别地是使用所定义的或恒定的通/断周期彼此同步地被置于接通状态和断开状态。换句话说，显示元件彼此同步地闪烁或闪光。所定义的通/断周期因此还被称为闪烁周期或闪光周期。特别地，在消息接收器被布置成在物理上接近于彼此的控制系统的情况下，对人眼或者用户的眼睛来说的“同步”闪烁是重要的。以相同的方式进行评估特别地意指控制单元或多个控制单元使用控制算法(还被称为控制逻辑或控制程序)来评估或者分别使用控制算法来评估总线消息计数器，所述控制算法是相同的。
特别地，可以使用至少第一消息接收器和第二消息接收器。第一消息接收器的控制单元接收当前总线消息中的总线消息计数器，同样地，第二消息接收器的控制单元特别地几乎同时接收当前总线消息中的总线消息计数器。第一消息接收器的控制单元和第二消息接收器的控制单元因此具有相同的输入变量：总线消息计数器。第一消息接收器的控制单元使用第一控制算法来评估总线消息计数器，并且第二消息接收器的控制单元使用第二控制算法来评估总线消息计数器。第一控制算法和第二控制算法在这种情况下是相同的。因此，控制单元以相同的方式评估总线消息计数器。基于该控制算法的评估的结果，然后产生用于控制显示元件的控制信号。
特别地，控制信号被理解为意指将显示元件从接通状态转换为断开状态或者从断开状态转换为接通状态的控制信号。所述控制信号因此将显示元件接通或断开。举例来说，在接通状态，显示元件可以运载电流或者被供电，而在断开状态，显示元件不运载电流或者不被供电。在这方面，举例来说，可以使用电流源或能量源以及连接到电流源或能量源的由控制信号控制的开关元件(例如，晶体管)。控制算法可以根据每次评估来产生特定信号，其中该特定信号指示显示元件的接通状态或断开状态。可以在信号改变时产生控制信号。
“同步”(Synchronous)或“以同步的方式”(in sync)特别地意在被理解为意指显示元件同时被置于相同的状态(接通状态或断开状态)。特别地，使用基本上相同的通/断周期(还被称为频率)和相位将显示元件置于接通状态和断开状态。通/断周期和相位明确地来源于总线消息计数器。换句话说，显示元件以同步的频率和相位进行闪烁或闪光。因此，闪烁频率和闪烁相位同步。相反，显示元件在“异步”闪烁的情况下将彼此相反地闪烁，即，一个显示元件处于接通状态而另一个显示元件处于断开状态，并且反之亦然。然而，可以使用新方法和新控制系统来避免这样的异步闪烁和任何可见相移。
用于实现同步的关键因素是总线消息计数器。第一，总线消息(还被称为数据包或电报)与总线消息计数器一起以所定义的重复的总线消息时间间隔经由总线被发送。因此存在总线消息或循环总线通信的“循环”发送。在循环总线通信的情况下，总线消息时间间隔为恒定的，特别地是在用于总线通信的操作的整个时间段期间。
第二，总线消息计数器具有来自所定义的值范围的并且每次针对发送(特别地是用于任何发送)以预定方式进行改变的值。因此，总线消息计数器为“确定性的”计数器或计数。在确定性的总线消息计数器的情况下，值范围为恒定的，特别是在用于总线通信的操作的整个时间段期间。纯粹从理论上讲，值范围可以为无穷大的。然而，实际上，值范围为有限的。当到达了所述值范围的末端时。总线消息计数器的值需要被再次复位，特别地是复位至其初始值，例如零。在到达值范围的末端时的这种复位还可以被称为“自动溢出”。
优选地，可以通过所提供的或所定义的总线消息中的总线消息计数器的量级(例如以位(bit)或字节(byte)计量)来规定值范围。如果针对总线消息计数器设置了n bit，则(最大的)值范围为2n。举例来说，对于8bit由此产生了256的(最大的)值范围、对于16bit产生了65536的(最大的)值范围或者对于32bit产生了4294967296的(最大的)值范围。然而，可替代地，值范围还可以被定制，或者可以小于由量级限定的最大值范围。
特别地，总线消息计数器针对发送每次递增规定的值(优选地为整数)，特别地是从零开始来递增。举例来说，总线消息计数器可以针对发送每次递增一。这是优选的并且可能最简单的实施。然而，纯粹从理论上讲，可以进行任何其他的整数实施。可替代地，总线消息计数器还可以针对发送每次递减规定的值(优选地为整数)，特别地是从值范围的最大值开始来递减。可替代地，总线消息计数器可以针对发送每次递增或者递减实数值或非整数值。重要的是总线消息计数器以预定的或确定性的方式改变，这对所有订户是已知的。
优选地，具有总线消息计数器的总线消息可以“几乎同时”(例如在几十μs至100μs之内)到达总线消息接收器。否则，总线消息计数器的消息延迟和相关联的延迟评估可能会导致在显示元件的闪烁中的可见相移。然而，特别地在消息接收器被布置成在物理上接近于彼此的控制系统的情况下，消息延迟通常不是问题。特别地，重要的是：发送具有总线消息计数器的总线消息直到该总线消息计数器被评估之间的时间对于每个总线消息接收器几乎是相同的。这意味着各个总线消息接收器中的评估几乎同时发生。举例来说，在(直通式)线性构形的情况下，在两个总线消息接收器之间本身已经存在一定的延迟或等待时间。可能影响闪烁或闪光中的相移的时间特别地可以为总线消息通过每个总线消息接收器时的延迟或等待时间。在所讨论的控制系统中，总线消息中的延迟或等待时间通常非常短以至于总线消息几乎同时到达每个总线消息接收器。
在上述具有确定性总线消息计数器和总线消息计数器以相同的方式进行的相应的评估以激励显示元件的循环总线通信的基础上，实现了显示元件的同步。即使新的消息接收器在总线通信的操作期间被连接至总线，所述新的总线消息接收器也可以使用总线消息计数器来明确地确定其何时需要将其显示元件置于接通状态或断开状态。换句话说，即使刚被连接的消息接收器也知道其显示元件可以如何与其他显示元件同时闪烁。
迄今为止，总线消息计数器已经特别地被用于完全不同的目的，即保持对消息传输错误或消息延迟的控制。举例来说，这是网络的认证的先决条件，网络认证意在批准依据标准EN 954-1、IEC 61508和EN ISO13849-1来传输安全相关的消息。在由德国Hauptverband dergewerblichen Berufsgenossenschaften[主要商贸协会团体]的电气工程技术委员会根据标号GS-ET-26公布的文献für Bussystemefür diesicherheitsrelevanter Nachrichten”[针对用于安全相关的消息的传输的总线系统的测试原理]中举例描述了用于保持对这样的消息传输错误或消息延迟进行控制的措施。作为用于保持对错误的控制的措施，该文献描述了所谓的序列号等，其被附加到发送器和接收器所交换的每个消息。此序列号可以被定义为包含以预定方式根据各个消息而改变的数字的附加数据字段。
另外，在文献“PSS SW Ethernet Parameter Set-up,OperatingManual,Item No.20575-02”中描述了这种类型的序列号，例如用于以上提及的可编程控制器的序列号。在这种情况下，描述了来自INATGmbH公司的PLC头部的结构，其中为所谓的序列号保留了两个字节，该序列号在连接建立时具有值0，并且每当有用数据被发送时该序列号递增。此电报计数器还用于另外保障数据传输。
用于同步显示元件的新方法和新控制系统因此使用现有的结构或者具有总线消息计数器(也称为电报计数器)形式的已建立的机构。与以上提及的现有技术的用于使时间同步的方法或者时间控制方法相比，新方法较少涉及并且产生较少的、用于使显示元件同步的相对“细琐”的任务的总线负荷。另外，等待时间不可以意指：尽管总线订户的闪烁相位将是恒定的或固定的，但是它们相对于彼此将有明显的可见移位。
在实施微控制器形式的控制单元的情况下，例如，新方法可以进行管理而无需特定的外围设备(例如，无需脉冲宽度调制(PWM)、定时器等)和/或无需库功能(例如，浮点算法)。举例来说，可以尤其在循环处理数据交换和/或总线消息计数器的轮询都会发生的中断中使用标准浮点数操作，来实施新方法。
总体上，提供了用于使控制系统中的显示元件同步的方法和相应的控制系统，其中，特别地，因为使用了现有的结构或已建立的机构，所以显示元件以简单和/或廉价的方式同步。另外，同步闪烁或闪光对于系统的用户或观察者而言是适宜的并且不刺激系统的用户或观察者，这意味着用户友好性增加。用户还能够通过观察显示元件来执行简单的“第一级别”诊断。因此，以上提及的目的被完全实现。
在改进中，消息接收器分别存储所定义的总线消息时间间隔和/或所定义的值范围。
在此改进中，在消息接收器中固定地定义了总线消息时间间隔和/或所定义的值范围。这确保了至少在总线通信的操作期间，所有消息接收器已知总线消息时间间隔和/或所定义的值范围。还确保了至少在总线通信的操作期间，总线消息时间间隔和/或所定义的值范围保持恒定。特别地，消息接收器可以分别存储总线消息时间间隔和所定义的值范围二者。举例来说，所定义的总线消息时间间隔和/或所定义的值范围可以被存储在存储单元中。举例来说，所定义的总线消息时间间隔和/或所定义的值范围可以在消息接收器初始化时尤其在总线通信的操作之前被硬编码或者被存储。举例来说，可以从外部发送器比如消息发送器经由总线来接收所定义的总线消息时间间隔和/或所定义的值范围。
在另一改进中，控制单元每次在所定义的时间段中计数总线消息计数器的数值，并且使用此数值和所定义的时间段来确定总线消息时间间隔。
在此改进中，总线消息时间间隔不需要由外部源来指定，而是其消息接收器或控制单元每次可以确定总线消息时间间隔本身。这增加了控制系统的灵活性。当还没有存储总线消息时间间隔的新消息接收器被连接至总线时这是特别有利的。即使例如总线消息时间间隔改变，但是未必对每个消息接收器再次进行硬编码或初始化。
在另一改进中，消息接收器分别存储期望的通/断周期和/或期望的占空比。占空比特别地为接通状态的持续时间与通/断周期之比。
在此改进中，在消息接收器中固定地定义期望的通/断周期和/或期望的占空比。这确保了至少在总线通信的操作期间，所有消息接收器知晓期望的通/断周期和/或期望的占空比。还确保了至少在总线通信的操作期间，期望的通/断周期和/或期望的占空比保持恒定。举例来说，期望的通/断周期和/或期望的占空比可以被存储在存储单元中。举例来说，期望的通/断周期和/或期望的占空比可以在消息接收器初始化时尤其在总线通信操作之前被硬编码或被存储。举例来说，可以从外部发送器，比如消息发送器，经由总线来接收期望的通/断周期和/或期望的占空比。特别地，消息接收器可以分别存储期望的通/断周期和期望的占空比二者。在此改进中，可以获得期望的通/断周期和期望的占空比二者。占空比或者比率特别地小于或等于1。举例来说，闪烁具有1/2的占空比，即接通状态与断开状态的持续时间是相同的。举例来说，闪光具有小于1/2(例如，1/4或1/5)的占空比，即接通状态的持续时间比断开状态的持续时间短。
在另一改进中，作为值范围和期望的占空比的乘积的所定义的转换界限被用于评估。占空比特别地为接通状态的持续时间与通/断周期之比。
在另一改进中，控制单元每次通过简单的整除法来评估总线消息计数器。
在此改进中，可以以简单的方式来进行评估，并且以简单的方式来实施控制算法。优选地，控制单元借助于简单的“if/then”判断(还被称为“if/else”)来产生控制信号。优选地，控制算法从而使用简单的整除法和/或if/then判断。这是简单的实施并且因此提供了廉价的系统。
在另一改进中，作为值范围和总线消息时间间隔的乘积的值范围周期被用于评估。特别地，该值范围周期被所定义的通/断周期除尽而没有余数。
在此改进中，值范围周期决定以下时间段：在总线消息计数器的值被计数遍历或者通过其整个值范围一次之前花费了多长时间。特别地，控制单元可以每次确定值范围周期。值范围被确定的——即实际的——通/断周期除尽而没有余数所实现的效果在于：该通/断周期恰好适配于值范围周期并且因此没有剩余。当到达值范围的末端时，通/断周期或者闪烁或闪光则也结束。因此，显示元件绝不可能相对于彼此相反或异步地闪烁或闪光，或者绝不可能出现不期望的接通或断开时间。另外，被新连接至总线的消息接收器可以立刻确定其显示元件的状态，并且针对下一个控制信号显示元件与其他显示元件同步。如果整数为1，则总线消息计数器的值范围被一个通/断周期精确分割，或者值范围与通/断周期相同。如果该整数为大于1的数(即，大于1)，则总线消息计数器的值范围被分成多个通/断周期。
在另一改进中，值范围周期为所定义的通/断周期的整数倍。特别地，整数倍限定了比例因子。
在此改进中，总线消息计数器的值范围被分成多个通/断周期。换句话说，所定义的通/断周期与值范围周期成整数比。因此，值范围被多个通/断周期分割。这确保了通/断周期恰好适配于值范围周期并且因此没有剩余。当到达该值范围的末端时，则通/断周期或者闪烁或闪光也结束。在此改进中，可以至少近似地获得期望的占空比和期望的通/断周期两者。在值范围周期不是期望的通/断周期的整数倍的情况下，所确定的——即实际的——通/断周期可以与期望的通/断周期不同。期望的通/断周期被“人为地延长或缩短”或通/断周期被适配于值范围周期。
在另一改进中，控制单元每次将值范围周期确定为值范围和总线消息时间间隔的乘积。控制单元每次确定值范围周期与期望的通/断周期之商。控制单元每次对该商取整，该取整结果限定了比例因子。
在此改进中，提供了用于总线消息计数器的值范围可以如何被分成多个通/断周期或者所定义的通/断周期如何可以为值范围周期的整数个的简单实现。这确保了通/断周期恰好适配于值范围周期并且因此不存在剩余。当到达值范围的末端时，则通/断周期或者闪烁或闪光也结束。在此改进中，可以至少近似地获得期望的占空比和期望的通/断周期两者。在如果值范围周期不是期望的通/断周期的整数倍的情况下，所确定的——即实际的——通/断周期可以与期望的通/断周期不同。
在另一改进中，控制单元每次评估总线消息计数器，以便将总线消息计数器的值除以值范围和比例因子之商所获得的模与所定义的转换界限和比例因子之商进行比较。特别地，如果该模高于或低于所定义的转换界限与比例因子之商，则产生控制信号。
在此改进中，针对特别地当值范围被分成多个通/断周期时可以如何产生控制信号，提供了简单实现。特别地，当或者在模小于所定义的转换界限与比例因子之商时，显示元件可能已经被置于接通状态；和/或当或者在模大于所定义的转换界限与比例因子之商时，显示元件可能已经被置于断开状态。该模是来自除法的余数。
在另一改进中，控制单元每次评估总线消息计数器，以便将总线消息计数器的值除以值范围所获得的模与所定义的转换界限进行比较。当该模高于或低于所定义的转换界限时产生控制信号。
特别地，当总线消息计数器的值范围被精确地分成一个通/断周期或者值范围与该通/断周期相等时使用这种改进。当到达值范围的末端时，则通/断周期或者闪烁或闪光也结束。在这种情况下，比例因子为1。因此，该比例因子未必被考虑用于评估。这提供了用于实现同步闪烁或闪光的非常简单的形式。在此改进中，可以至少近似地获得期望的占空比。然而，所确定的——即实际的——通/断周期取决于所定义的值范围和总线消息时间间隔。举例来说，如果总线消息计数器的模或值高于严格定义的转换界限，则可以产生将显示元件从接通状态变为断开状态的控制信号，和/或可以在不晚于总线消息计数器的值被复位时产生将显示元件从断开状态变回到接通状态的控制信号。
在另一改进中，值范围与总线消息时间间隔和/或通/断周期匹配。
在此改进中，可以防止值范围的最后的值被“遗留”或者存在有剩余。举例来说，可以选择值范围使得值范围周期大于或至少等于通/断周期。即使原始值范围通过总线消息中所提供的或所定义的总线消息计数器的量级来规定，但是可以定制值范围。特别地，新的值范围可以小于由量级定义的最大值范围。
在另一改进中，用于在接通状态与断开状态之间切换显示元件的所定义的通/断周期指示控制系统中的当前操作状态，特别地控制系统中的错误状态。
在此改进中，所定义的通/断周期为控制系统中的所确定的操作状态的指示器。因此，诊断是可能的。举例来说，用户可以通过观察显示元件与彼此同步闪烁或闪光来执行简单的“第一级别”诊断。
在另一改进中，针对第一组消息接收器，使用所定义的第一通/断周期将显示元件彼此同步地交替地置于接通状态和断开状态，并且针对第二组消息接收器，使用所定义的第二通/断周期将显示元件彼此同步地交替地置于接通状态和断开状态。
在此改进中，可以指示多个操作模式。这增加了用于控制系统的诊断选择。特别地，控制单元可以针对每个所定义的通/断周期来执行适当的评估或计算。举例来说，第一通/断周期可以为闪烁周期并且第二通/断周期可以为闪光周期。举例来说，所定义的第一通/断周期和所定义的第二通/断周期可以交替地为各种闪烁周期或各种闪光周期。
在另一改进中，总线消息时间间隔短于10ms，特别地短于1000μs，特别地短于100μs，特别地短于70μs。
不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，以上所阐述的特征和将在下面说明的特征不但可以用在分别指示的组合中，而且还可以用在其他的组合中或独立使用。
附图说明
本发明的示例性实施方式示出在附图中并在随后描述中进行更详细的说明。在附图中：
图1示出了用于技术装置的自动化或安全相关控制的控制系统的简化视图，其中，使用了新方法和新总线消息接收器的示例性实施方式；
图2示出了用于总线消息接收器的示例性实施方式的壳体的前视图；
图3示出了用于根据该方法的第一示例性实施方式的显示元件的状态的时间分布；
图4示出了用于根据该方法的第二示例性实施方式的显示元件的状态的时间分布；
图5示出了用于根据该方法的第二示例性实施方式的显示元件的状态的时间分布；以及
图6示出了用于根据该方法的第二示例性实施方式的显示元件的状态的时间分布。
具体实施方式
图1示出了用于技术装置的自动化或安全相关控制的控制系统10的简化视图，其中，使用了新方法和新总线消息接收器的示例性实施方式。
在这种情况下，控制系统10为用于技术装置的自动化控制的模块化控制系统。举例来说，技术装置为汽车制造厂的生产线、机场的传送带或其操作在装置的环境中会对人引起危险的另外的装置。在优选的示例性实施方式中，控制系统能够控制安全相关功能和标准功能。标准功能是涉及装置的正常操作循环的功能。安全相关功能是主要用于避免因装置操作而引起的事故和伤害的功能。然而，原则上，新方法和相应的总线消息接收器还可以用在其他控制系统中，特别地是用在专门控制装置的正常操作的功能的控制器中或用在专门控制安全功能的纯安全控制器中。
控制系统10包括经由总线25连接的多个订户。订户包括至少一个消息发送器12和许多消息接收器18a、18b、...、18n。为了简化问题，将仅描述第一消息接收器18a和第二消息接收器18b。每个消息接收器18a、18b包括可以在接通状态和断开状态之间进行切换的显示元件15a、15b。换句话说，第一消息接收器包括第一显示元件15a并且第二消息接收器18b包括第二显示元件15b。每个消息接收器18a、18b另外包括用于产生使显示元件15a、15b在所述状态之间进行切换的控制信号的控制单元20a、20b。换句话说，第一消息接收器18a包括第一控制单元20a并且第二消息接收器18b包括第二控制单元20b。由控制单元产生的控制信号将显示元件15从接通状态切换到断开状态或者从断开状态切换到接通状态。此控制信号因此将显示元件15a、15b接通或断开。举例来说，可以使用电流源或能量源以及连接至电流源或能量源的由控制信号控制的开关元件(例如，晶体管)。在接通状态，显示元件则运载电流并且发光，而在断开状态，显示元件不运载电流并且因此不发光。然而，还可以使用用于显示元件的任何其他已知的并且合适类型的激励。
在优选的示例性实施方式中，显示元件15a、15b为发光二极管(LED)。这允许简单并且廉价的诊断选择。可替代地，显示元件还可以为可以被置于接通状态和断开状态的或者可以在交替时间点处闪烁和/或闪光的任何其他类型的显示元件，例如另一种类型的光源。
用于在接通状态和断开状态之间切换每个显示元件15的被定义的通/断周期Tea指示控制系统10中的现有操作状态，特别地是控制系统中的错误状态。因此，所定义的通/断周期为控制系统10中的被确定的操作状态的指示器。举例来说，用户可以通过观察彼此同步地闪烁或闪光的显示元件15来执行简单的“第一级别”诊断。当然还可以同时指示多个操作模式。举例来说，第一通/断周期可以为闪烁周期和第二通/断周期可以为闪光周期。举例来说，一组消息接收器可以使用所定义的第一通/断周期来闪烁或闪光并且第二组信息接收器可以使用所定义的第二通/断周期来闪烁或闪光。第一通/断周期和第二通/断周期在这种情况下指示不同的操作模式。
图2示出了针对总线消息接收器18(例如图1所示的总线消息接收器18a、18b、...、18n)的示例性实施方式的壳体的前视图。显示元件为图2所示的示例中的发光二极管。显示元件或发光二极管被布置在消息接收器18的壳体19的相应切口中。发光二极管可以每次使用一个或更多个通/断周期在接通状态和断开状态进行切换，即闪烁和/或闪光之间。可替代地，发光二极管还可以永久地处于接通状态，即可以永久地或连续地发光。第一发光二极管和第二发光二极管均示出了控制系统的操作状态，图2中由针对标准部分的“RUN ST”和针对故障安全部分的“RUN FS”表示。第三发光二极管在施加了电源电压时永久地处于接通状态(即，发光)，图2中由“POWER”表示。
返回至图1，在此示例性实施方式中，消息发送器此处为头部部分12(还被称为头部模块)，在这种情况下，该头部部分12具有故障安全评估和控制单元14。在优选的示例性实施方式中，评估和控制单元14具有相对于彼此冗余地执行控制程序并且监视彼此的至少两个处理器16a、处理器16b。这在图1中通过双箭头17以简化形式示出。在这种情况下，故障安全意味着头部部分12至少满足国际IEC61508标准的SIL2要求和/或EN ISO 13849-1标准的要求PL d或可比较的要求。
在图1的示例性实施方式中，消息接收器在这种情况下为一系列的I/O单元18a、18b、...、18n(还被称为输入/输出模块)。I/O单元18被用于接收和输出由控制系统10用于影响装置的操作的信号。
在优选的示例性实施方式中，I/O单元18电连接至和机械连接至头部部分12，如图1中以简化形式所示的。在这种情况下，I/O单元的显示元件15被布置成在物理上接近于彼此，使得对人眼或者用户的眼睛来说“同步”闪烁是重要的。然而，在其他示例性实施方式中，I/O单元18还可以与头部部分12分开地布置或与头部部分12所对应的控制器分开地布置，并且仅经由通信链路与头部部分12进行通信，这将在下面更详细的说明。
每个I/O单元18具有例如通过微控制器来实现的上述控制单元20。代替微控制器，控制单元20可以实现为使用功能更强大的微处理器或使用其他逻辑芯片(例如CPLD)的ASIC、FPGA。
控制单元20被设计成评估当前总线消息中的总线消息计数器，并且将此作为用于产生控制信号的基础。换句话说，第一控制单元20a被设计成评估当前总线消息中的总线消息计数器，并且将此作为产生用于第一显示元件15a的第一控制信号的基础，并且第二控制单元20a被设计成评估当前总线消息中的总线消息计数器，并且将此作为产生用于第二显示单元15b的第二控制信号的基础。该评估在这种情况下以相同的方式来执行。
特别地，每个控制单元20a、20b具有在其中实施的控制算法(还被称为控制逻辑或控制程序)。此控制算法被用于评估总线消息计数器。控制单元20a、20b中的每个中的控制算法是相同的。换句话说，第一消息接收器18a的第一控制单元20a使用第一控制算法来评估总线消息计数器，并且第二消息接收器18b的控制单元20b使用第二控制算法来评估总线消息计数器，第一控制算法和第二控制算法是相同的。在评估结果或控制算法的结果的基础上，然后产生用于控制相关显示元件15a、15b的控制信号。几乎同时产生用于控制第一显示元件15a的控制信号和用于控制第二显示单元15b的控制信号。因此，第一显示元件15a和第二显示单元15b被同时置于相同的状态(接通状态或断开状态)。第一显示元件15a和第二显示单元15b因此使用所定义的通/断周期Tea彼此同步地在接通状态和断开状态之间进行切换。换句话说，显示元件15a、15b闪烁或闪光。这将参照图3至图6在下面更加详细地说明。
为了实施多个操作模式，第一消息接收器15a和第二消息接收器15b，即第一组消息接收器，可以存储有期望的第一通/断周期和/或期望的第一占空比并且使用相同的第一控制算法；而第三消息接收器和第四消息接收器，即第二组消息接收器，可以存储有期望的第二通/断周期和/或第二占空比。为了实现第一通/断周期和不同的第二通/断周期，例如，第一消息接收器和第二消息接收器可以存储期望的第一通/断周期并且使用相同的第一控制算法，而第三消息接收器和第四消息接收器可以存储期望的第二通/断周期并且使用相同的第二控制算法。
此外，在本示例性实施方式中，每个I/O单元18另外具有通信单元22(还被称为总线接口)。举例来说，该通信单元可以被实施为FPGA。可替代地，通信单元可以实现为微控制器，实现为使用功能更强大的微处理器或使用其他逻辑芯片(如CPLD)的ASIC。原则上，通信单元22和控制单元20可以被集成以形成共同的通信和控制单元，和/或通信单元22的功能可以通过微控制器的合适编程来实现。
头部部分12和I/O单元18经由以上提及的总线25被连接至彼此。消息发送器或头部部分12被设计成以所定义的重复的总线消息时间间隔T总线经由总线25来发送相应的当前总线消息。因此在总线消息时间间隔恒定的情况下，存在总线消息的“循环”发送或循环总线通信。
每个总线消息包括总线消息计数器。举例来说，每个总线消息可以包括报头数据(还被称为报头)和处理数据。举例来说，总线消息计数器可以为报头数据的一部分。总线消息计数器具有来自所定义的值范围W的值Z。每当当前总线消息被发送时，消息发送器或头部部分12以预定方式更改值Z。当到达该值范围的末端时，值Z被复位。
每个消息接收器或I/O单元18a、18b经由总线25接收所发送的总线消息。第一消息接收器20a的控制单元20a和第二消息接收器18b的控制单元20b几乎同时接收当前总线消息中的总线消息计数器。在图1的示例性实施方式中，通信单元22a、22b具有与第一数据线26连接的相应输入24a、24b。输入24a、24b由I/O单元18a、18b使用来接收总线消息。通信单元22a、22b可以分别评估或了解当前总线消息并且向控制单元20a、20b转发适当的信息比如总线消息计数器。第一消息接收器18a和第二消息接收器18b的控制单元20a、20b因此具有用于控制算法的相同的输入变量，即相同的总线消息计数器。
在图1所示的示例性实施方式中，通信单元22a、22b另外具有与第二数据线30a、30b连接的相应输出28a、28b(在图1中使用I/O单元18n的示例示出)。在优选的示例性实施方式中，第一数据线26a、26b和第二数据线30a、30b一起形成被路由通过I/O单元18的所有通信芯片22的串行数据线。在所示的示例性实施方式中，串行数据线将I/O单元18连接至头部部分12。从该串中的最后的通信芯片22，另一数据线32被路由返回至头部部分12的评估和控制单元14，使得得到整体的环形总线25，该环形总线25可以由头部部分12的评估和控制单元14用来与I/O单元18进行通信。
新方法或新控制系统不限于本文所示的环形总线。同样可以与其他的总线拓扑一起使用，例如与简单的点对点连接、星型拓扑、树形拓扑或线性拓扑一起使用。
每个消息接收器18可以具有存储所定义的总线消息时间间隔T总线和所定义的值范围W的参数。消息接收器的存储器还可以存储期望的通/断周期T* ea和/或期望的占空比V*(特别地低于或等于1)的参数。占空比V*为与通/断周期相关的接通状态的持续时间。参数可以在消息接收器18被初始化时尤其在总线通信操作之前被硬编码或者被存储。举例来说，可以经由总线25从消息发送器12接收所定义的总线消息时间间隔T总线和所定义的值范围W。然而，可替代地，通过控制单元20在所定义的时间段中计数总线消息计数器的数值并且然后使用所述数值和所定义的时间段来确定总线消息时间间隔T总线，每个消息接收器18或其控制单元20还可以自己确定总线消息时间间隔T总线。
在这种情况下，每个通信单元22具有通信单元22提供数据给控制单元20的另一输出34。特别地，通信单元22从而可以向控制单元20提供具有总线消息计数器的总线消息。如果通信单元22被集成到控制单元20中，则输出34可以为寄存器或存储区域或者调度(schedule)中的逻辑数据传输点。
控制单元20不但可以用于产生用于显示元件的控制信号。控制单元20另外可以将数据发送至通信单元22。通信单元22可以接收来自控制单元20的数据，并且将数据集成到经由通信单元的下一个输出28发送的串行数据流中。因此，输出34可以为双向输入和输出接口。
每个I/O单元18具有可以与传感器和/或执行器连接的多个端口38。举例来说，在这种情况下示出了防护门开关40、光栅42、紧急切断按钮开关44以及两个接触器46a、46b。例如，如果防护门传感器40用信号通知防护门已经被打开，则接触器46a、46b可以经由控制系统10来中断至电动机48的电力供应。举例来说，在这种情况下，示出了传感器40、42、44和执行器46、48。实际上，另外的传感器和/或执行器可以被连接至控制系统10，例如，旋转速度传感器、温度传感器、位置传感器或电磁阀。控制单元20可以被连接至端口38，以便产生表示传感器和/或执行器的相应的当前状态的数据。
头部部分12的评估和控制单元14可以以循环重复的总线消息时间间隔经由I/O单元18来收集表示传感器和执行器的相应的当前状态的数据。评估和控制单元14然后可以处理所收集的数据，并且将此作为用于产生被传输至I/O单元18的控制单元20的其他数据的基础。举例来说，该其他数据可以包含导致对电动机48的电力供应由接触器46中断的控制命令。此外，该数据可以包含与I/O单元自身的当前状态有关的信息，特别地为诊断信息和/或配置信息。
除了至I/O单元18的“内部”通信链路，控制系统10还可以具有外部通信链路，其在图1中通过双头箭头50以简化形式示出。外部通信链路可以为头部部分12用来与其他单元例如与另一个控制器52或控制系统进行通信的现场总线。新方法特别地适合于通过具有I/O单元18的头部部分12(或者其评估和控制单元14)进行循环通信。可替代地，新方法可以用在所述现场总线中。
图3至图6均示出了根据方法的各种示例性实施方式的显示元件15a、15b的状态的时间分布。图3a、图4a、图5a以及图6a均绘制出了总线消息计数器随着时间变化的值Z。图3b、图4b、图5b以及图6b均示出了第一消息接收器18a的显示元件15a的状态的时间分布，并且图3c、图4c、图5c以及图6c均示出了第二消息接收器18b的显示元件15b的状态的时间分布。在这种情况下，用E表示相关显示元件15a、15b的接通状态并且用A表示断开状态。用Te表示接通状态的持续时间并且Ta表示断开状态的持续时间。持续时间Te和持续时间Ta一起产生被确定的或实际的通/断周期。
如图3a、图4a、图5a或图6a中可以看到的，总线消息计数器具有来自所定义的值范围W的值Z，即，总线消息计数器可以假设W个不同的值。在这些示例性实施方式中，值Z的范围为从0到W-1。举例来说，在16bit的情况下，针对总线消息计数器得到了65536的(最大)值范围W。每当发生发送时，即在每个总线消息时间间隔T总线之后(或在该间隔处)，值Z以预定方式改变。在所示的示例性实施方式中，每当(在间隔T总线处)发生发送时，值Z从零开始递增整数值1。因此，值Z与0、1、2、3、...、W-1对应，即，直到到达(最大)值范围W为止。当到达该值范围W的末端时，总线消息计数器的值Z被复位，在这种情况下复位为初始值零。值范围周期TW(还被称为溢出周期)指示在总线消息计数器的值Z计数遍历或者通过其整个值范围W一次之前将花费多长时间的时间段。值范围周期TW被获得为值范围W和总线消息时间间隔T总线的乘积。如图3a、图4a、图5a或图6a中可以看到的，值范围W进而值范围周期TW是恒定的。
如可以从图3b与3c、图4b与4c图、图5b与图5c或图6b与图6c的比较可以看出，第一消息接收器18a的显示元件15a和第二信息接收器18b的显示元件15b使用所定义的通/断周期Tea彼此同步地在接通状态E和断开状态A之间进行切换。显示元件15a、显示元件15b从而被同时，即彼此同步地置于相同的状态(接通状态E或断开状态A)。显示元件15a、显示元件15b使用本质上相同的通/断周期Tea(或频率)和相位在接通状态E和断开状态A之间进行切换。因此显示元件使用同步的频率和相位进行闪烁或闪光。
在图3的示例性实施方式和图5的示例性实施方式中，占空比V即接通状态Te的持续时间与通/断周期Tea之比每次为1/2。因此，接通状态Te的持续时间和断开状态Ta的持续时间在这种情况下是相同的。因此，在这些示例性实施方式中的每个实施方式中显示元件进行闪烁。
在图4的示例性实施方式和图6的示例性实施方式中，占空比V即接通状态Te的持续时间与通/断周期Tea之比每次低于1/2，例如在这种情况下为1/5。因此，接通状态Te的持续时间在这种情况下短于断开状态Ta的持续时间。因此，在这些示例性实施方式中的每个实施方式中，显示元件进行闪光。
在图3至图6的示例性实施方式的每个示例性实施方式中，值范围周期TW可以被通/断周期Tea整除。值范围周期TW能够被所确定的即实际的通/断周期Tea整除的效果在于：通/断周期Tea在整数的基础上适配于值范围周期W内，因此不存在剩余。当到达该值范围W的末端时，则通/断周期Tea或者闪烁或闪光也结束。
在图3的示例性实施方式和图4的示例性实施方式中，值范围周期TW恰好可以被通/断周期Tea一次分割(没有剩余)。在这种情况下，整数因此为一。总线消息计数器的值范围W被精确地分成一个通/断周期Tea或者值范围W等于通/断周期Tea。因此，一个通/断周期Tea恰好适配于值范围W。当到达值范围W的末端时，通/断周期Tea或者闪烁或闪光因此也结束。在图3的示例性实施方式和图4的示例性实施方式中，实际占空比V可以至少近似地与期望的占空比V*对应。换句话说，可以至少近似地获得期望的占空比V*。然而，所确定的——即实际的——通/断周期Tea取决于所定义的值范围W和总线消息时间间隔T总线。
如果值范围周期TW恰好可以被通/断周期Tea一次分割(没有剩余)，如图3的示例性实施方式和图4的示例性实施方式所示，则评估或控制算法可以优选地如下进行：将总线消息计数器的值除以值范围所获得的模与所定义的转换界限U进行比较。如果模到达或者高于或低于所定义的转换界限，则产生控制信号。模(由运算符％表示)为来自除法的余数。在这种情况下，转换界限为值范围W和期望的占空比V*的乘积：U＝W·V*。
举例来说，可以通过以下伪代码来描述这种评估或控制算法：
可替代地，还可以将总线消息计数器简单地与所定义的转换界限U进行比较，并且如果总线消息计数器到达或者高于或低于所定义的转换界限U，则产生控制信号。
在图3的示例性实施方式中，转换界限U因此为1/2·W。这意指显示元件或LED闪烁。然而，在图4的示例性实施方式中，转换界限U为1/5·W。这意指显示元件或LED闪光。
在图3或图4的示例性实施方式中，每个通/断周期Tea开始于接通状态E。在这种情况下，如果总线消息计数器的值Z高于转换界限U，则产生使显示元件15从接通状态E变为断开状态A的控制信号Sea。当总线消息计数器的值Z被复位时产生使显示元件15从断开状态A变回到接通状态E的控制信号Sae。
为了更好地理解，接下来参照图3(闪烁)和图4(闪光)的示例给出总线消息计数器或控制算法的评估的具体示例。在这种情况下，假设总线消息计数器的值范围W为65536，因此得到以下参数：
W＝65536
V* 闪烁＝1/2
V* 闪光＝1/5。
为了在使用和不使用浮点运算的控制单元或处理器中实施，将执行以下计算：
U闪烁＝W·V* 闪烁＝65536·1/2＝32768
U闪光＝W·V* 闪光＝65536·1/5＝13107.2(使用浮点运算)或者13107(不使用浮点运算)。
值Z的范围为从0到W-1(即，在这种情况下为65535)，并且每次递增1。因此，在以上所示出的伪代码的基础上，模Z％W的结果的范围也为从0至65535。当Z％W(即，Z％65536)低于U(即，在这种情况下，针对闪烁为32768)时，显示元件或LED被接通。这在伪代码中由指示接通状态的信号“LED＝接通”来表示。一旦模Z％W等于或高于转换界限U(即，在这种情况下，针对闪烁为32768)，则显示元件或LED被断开。这在伪代码中由指示断开状态的信号“LED＝断开”来表示。因此，在这种情况下当信号改变(从“LED＝接通”到“LED＝断开”)时产生将显示元件从接通状态变为断开状态的控制信号Sea。
与图3和图4相比，在图5的示例性实施方式和图6的示例性实施方式中，值范围周期TW不等于通/断周期Tea，而是可以被通/断周期Tea多次分割(没有剩余)。在这种情况下，整数因此为大于1的数(即，高于1)。值范围周期TW因此为所定义的通/断周期Tea的整数倍。因此，所定义的通/断周期Tea为值范围周期TW的整数个部分。总线消息计数器的值范围W因此被分成多个通/断周期Tea。在图5或图6的示例性实施方式中，整数为4。然而，应该理解的是，这取决于相应的实施。
如图5的示例性实施方式和图6的示例性实施方式所示，如果值范围周期TW可以被通/断周期Tea分割多次(没有剩余)，则评估或控制算法可以优选地如下进行：整数倍数限定了比例因子F。优选地通过确定值范围周期TW与期望的通/断周期T* ea之商来确定地比例因子，并且然后对该商执行取整，取整(round)结果限定比例因子F：
TW＝W·T总线
F＝round(TW/T* ea)针对使用浮点运算的处理器，或者
F＝(TW+T* ea/2)/T* ea针对不使用浮点运算的处理器。
如前面所提到的，转换界限还被确定为值范围W与期望的占空比V*的乘积：
U＝W·V*。
然后总线消息计数器中的值Z除以值范围W与比例因子F之商所获得的模与所定义的转换界限U和比例因子F之商进行比较。如果模达到或者高于或低于所定义的转换界限U与比例因子F之商，则产生控制信号。
举例来说，可以使用以下伪代码来描述此评估或控制算法：
如可以在此伪代码中看到的，任何评估提示产生指示显示元件的接通状态或断开状态的信号(LED＝接通或LED＝断开)。控制信号Sea或Sae将在信号改变时产生。如可以在图5a和图6a中所看到的，值Z的范围为从0到W-1并且每次递增1。当Z％(W/F)低于U/F，显示元件或LED被接通。这在伪代码中由指示接通状态的信号“LED＝接通”来表示。一旦模Z％(W/F)等于或高于U/F，则显示元件或LED被断开。这在伪代码中由指示断开状态的信号“LED＝断开”来表示。因此在这种情况下当信号从“LED＝接通”改变成“LED＝断开”时产生将显示元件从接通状态变为断开状态的控制信号Sea。当信号从“LED＝断开”变回至“LED＝接通”时产生将显示元件从断开状态变为接通状态的控制信号Sae。
在图5或图6的示例性实施方式中，每个通/断周期Tea开始于接通状态E。在这种情况下，每当值Z除以值范围W与比例因子F之商所获得的模高于所定义的转换界限U与比例因子F之商时，产生将显示元件15从接通状态E变为断开状态A的控制信号Sea。当模低于所定义的转换界限U与比例因子F之商时，显示元件15被置于接通状态E，并且当模等于或大于所定义的转换界限U与比例因子F之商时，显示元件15被置于断开状态。
在图5或图6的示例性实施方式中，可以至少近似地获得期望的占空比V*和期望的通/断周期T* ea二者。在这种情况下，如果值范围周期不是期望的通/断周期的整数倍，则所确定的——即实际的——通/断周期Tea可以与期望的通/断周期T* ea不同。整除因此可以导致期望的通/断周期T* ea与实际指示的通/断周期Tea的差异。这特别地取决于值范围周期TW，进而取决于所选择的总线循环时间T总线和/或值范围W。此差异通常达几个百分点的量，然而，这对用户是不可察觉的(例如，1100ms的通/断周期而不是1000ms的通/断周期)。这同样适用于所期望的占空比V*与实际占空比V的差异。
作为整除结果而产生的实际的通/断周期Tea与期望的通/断周期T* ea的百分比差异Δ(以百分数％来指示)可以如下来计算：
Δ＝[((TW/F)-T* ea)·100]/T* ea。
此差异可以通过相对复杂的方法被最小化。这可以通过对值范围进行定制来实现，例如，如果超过总线消息计数器的特定值，则借助于手动归零来实现。特别地，新的值范围可以小于由总线消息中的总线消息计数器的量级规定的值范围。在这种情况下，可以选择新的值范围，使得：针对比例因子F，如果被计算为浮点数，则总是得到无除法余数的值。在这种情况下，新的值范围或溢出值需要被明确地传送给消息接收器。纯粹举例来说，总线消息计数器的量级可以为16bit，这意指得到了65536的值范围，其中总线消息计数器的范围为从0到65535，即，如果值65535递增，则值被设置为0。手动归零则可以借助于值范围仅为10000例如即10000个不同的值来实现。在这种情况下，当值9999递增时该值被手动设置为0。
值范围W可以与总线消息时间间隔T总线匹配。举例来说，总线消息计数器的量级或值范围可以增加或减小。举例来说，对于很短的总线消息时间间隔T总线和/或相对长的通/断周期Tea，可以增加总线消息计数器的量级(例如，从16bit到32bit)，特别地不晚于当通/断周期Tea变得长于值范围周期TW的时候。
举例来说，可以选择值范围使得值范围周期TW大于或至少等于通/断周期Tea。特别地，为了覆盖针对总线消息时间间隔所确定的时间范围(例如，63μs和10ms之间)，可以选择值范围W使得值范围周期TW总是大于或至少等于通/断周期Tea。举例来说，在32μs的总线消息时间间隔时间T总线的情况下，为了实施1s(1000000μs)的通/断周期Tea，值范围将需要为至少31250，即总线消息计数器的量级必须为至少15bit(与32768的值范围对应)。
为了更好地理解，接下来参照图5(闪烁)和图6(闪光)的示例给出总线消息计数器或控制算法的评估的具体示例。在这种情况下，假设总线消息计数器的值范围W为65536。
示例1：
以下是具有很短的总线消息时间间隔T总线的第一示例。假设以下参数值：
W＝65536
T总线＝63μs
V* 闪烁＝1/2
V* 闪光＝1/5
T* ea＝1000000μs＝1s
使用浮点运算的处理器则执行以下计算：
TW＝W·T总线＝65536·63μs＝4128768μs
F＝round(TW/T* ea)＝round(4128768μs/1000000μs)＝round(4128768)＝4
U闪烁＝round(W·V* 闪烁)＝round(65536·1/2)＝32768
U闪光＝round(W·V* 闪光)＝round(65536·1/5)＝13107
相比之下，不使用浮点运算的处理器则执行以下计算：
TW＝W·T总线＝65536·63μs＝4128768μs
F＝(TW+T* ea/2)/T* ea＝(4128768μs+1000000μs/2)/1000000μs＝(4128768μs+500000μs)/1000000μs＝4628768μs/1000000μs＝4
U闪烁＝W·V* 闪烁＝65536/2＝32768
U闪光＝W·V* 闪光＝65536/5＝13107
针对第一示例得到以下伪代码：
针对此第一示例，由此得到针对百分比差异差的以下结果：
Δ％＝[((4128768μs/4)–1000000μs)*100]/1000000μs＝3.2％
由于除法余数被分布在很多总线消息时间间隔或总线循环上，所以实际的闪烁/闪光与期望的闪烁/闪光的差异在这种情况下很小。
示例2：
以下是具有很长的总线消息时间间隔T总线的第二示例，假设以下参数值：
W＝65536
T总线＝10000μs
T* 闪烁＝1/2
T* 闪光＝1/5
T* ea＝1000000μs＝1s
不使用浮点运算的处理器执行以下计算：
TW＝W·T总线＝65536·10000μs＝655360000μs
F＝(TW+T* ea/2)/T* ea＝(655360000μs+500000μs)/1000000μs＝655
U闪烁＝W·V* 闪烁＝65536/2＝32768
U闪光＝W·V* 闪光＝65536/5＝13107
得到以下伪代码：
针对此第二示例，由此得到针对百分比差异的以下结果：
Δ％＝[((655360000μs/655)–1000000μs)*100]/1000000μs＝0.055％
由于因很慢或很长的总线消息时间间隔，除法余数被分布在很多总线消息时间间隔或总线循环上，所以实际的闪烁/闪光与期望的闪烁/闪光的差异在这种情况下很小。
在本示例中，问题变得清楚，值范围的最后一些值会被“剩下”或者会存在剩余。在此示例中，655的通/断周期适配于值范围周期，然而在末端存在36个值或不能被分配的总线周期“剩下”。如从伪代码中明显看出的，显示元件或LED将在36·10ms内被接通并且在新的值范围周期开始时将保持接通。这在所有的显示元件或LED中在大约10分钟之后可能导致“同步停顿”。可以通过将值范围匹配至65500来避免此问题。
示例3：
下面第三示例示出了最大可能的差异。举例来说，为以下情况：如果针对值范围周期Tw除以期望的通/断周期T* ea或其之商得到1/2·T* ea的余数。在本具体示例中，当值范围周期TW针对1s的期望通/断周期在约4.5s的范围内时，将得到最大可能差异。这将是以下情况：在恒定值范围中，总线消息时间间隔T总线为大约69μs。因此，假设以下参数值：
W＝65536
T总线＝69μs
T* 闪烁＝1/2
T* 闪光＝1/5
T* ea＝1000000μs＝1s
不使用浮点运算的处理器则执行以下计算：
TW＝W·T总线＝65536·69μs＝4521984μs
F＝(TW+T* ea/2)/T* ea＝(4521984μs+500000μs)/1000000μs＝5U闪烁＝W·V* 闪烁＝65536/2＝32768
U闪光＝W·V* 闪光＝65536/5＝13107
得到以下伪代码：
针对以上示例，因此针对百分比差异得到以下结果：
Δ％＝[((4521984μs/5)–1000000μs)*100]/1000000μs＝-9.56％
在这种情况下，实际的通/断周期Tea因此为大约904ms而不是期望的通/断周期T* ea的值1000ms。然而，这样小的差异实际上不会造成任何后果。
示例4：
为了再次对差异的实质问题进行澄清，仍要从底部接近值范围周期TW的界限，在这种具体的情况下为4.5s的界限。假设以下参数值：
W＝65536
T总线＝68μs
T* 闪烁＝1/2
T* 闪光＝1/5
T* ea＝1000000μs＝1s
不使用浮点运算的处理器则执行以下计算：
TW＝W·T总线＝65536*68μs＝4456380μs
F＝(TW+T* ea/2)/T* ea＝(4456380μs+500000μs)/1000000μs＝4
U闪烁＝W·V* 闪烁＝65536/2＝32768
U闪光＝W·V* 闪光＝65536/5＝13107
得到以下伪代码：
针对以上示例，由此得到针对百分比差异的以下结果：
Δ％＝[((4456380μs/4)–1000000μs)*100]/1000000μs＝11.41％
在这种情况下，实际的通/断周期Tea因此为近似1114ms而不是期望的通/断周期T* ea的值1000ms。
应当注意的是，对于在这种情况下在具体示例1至4中示出的在63μs与10ms之间的总线消息时间间隔，差异决不会大于12.5％，并且对于总线消息时间间隔68.66μs达到最大。在较长的总线消息时间间隔的情况下，百分比差异以“之字形”方式变得越来越小。

Claims (15)

1.一种用于使控制系统(10)中的显示元件同步的方法，所述控制系统(10)具有经由总线(25)连接的订户，所述订户包括至少一个消息发送器(12)以及至少第一消息接收器和第二消息接收器(18a、18b)，其中，所述第一消息接收器和第二消息接收器(18a、18b)均包括：显示元件(15a、15b)，所述显示元件(15a、15b)能够在接通状态和断开状态之间进行切换；以及控制单元(20a、20b)，所述控制单元(20a、20b)用于产生使所述显示元件(15a、15b)从一个状态切换到另一个状态的控制信号，其中，所述消息发送器(12)以所定义的重复的总线消息时间间隔(T总线)经由所述总线(25)发送相应的当前总线消息，其中，相应的总线消息包括具有来自所定义的值范围(W)的值(Z)的相应的总线消息计数器，其中，每当相应的当前总线消息被发送时，所述值(Z)以预定方式改变，并且其中，一旦到达所述值范围(W)的末端，则对所述值(Z)进行复位，其中，所述消息接收器(18a、18b)均经由所述总线(25)接收所述相应的总线消息，并且其中，所述控制单元(20a、20b)以相同的方式评估在所述相应的当前总线消息中的相应的总线消息计数器，并且将所述评估作为用于同时产生所述控制信号的基础，使得所述显示元件(15a、15b)彼此同步地并且以所定义的通/断周期(Tea)来在所述接通状态和所述断开状态之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一消息接收器和第二消息接收器(18a、18b)均存储所定义的总线消息时间间隔(T总线)和/或所定义的值范围(W)和/或期望的通/断周期(T* ea)和/或期望的占空比(V*)。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中，所述控制单元(20a、20b)在所定义的时间段中计数总线消息计数器的相应数值，并且使用此数值和所定义的时间段来确定所述总线消息时间间隔(T总线)。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其中，所述第一消息接收器(18a)的控制单元(20a)使用第一控制算法来评估所述总线消息计数器，并且所述第二消息接收器(18b)的控制单元(20b)使用第二控制算法来评估所述总线消息计数器，所述第一控制算法和所述第二控制算法相同。
5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其中，作为所述值范围(W)和所述期望的占空比(V*)的乘积的、所定义的转换界限(U)被用于所述评估。
6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其中，所述控制单元(20a、20b)通过简单的整数除法来评估所述相应的总线消息计数器。
7.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其中，作为值范围(W)和总线消息时间间隔(T总线)的乘积的值范围周期(TW)被用于所述评估，并且其中，所述值范围周期(TW)被所定义的通/断周期(Tea)除尽而没有余数。
8.根据权利要求1至7中的一项所述的方法，其中，所述值范围周期(TW)为所定义的通/断周期(Tea)的整数倍，并且其中，所述整数倍数限定比例因子。
9.根据权利要求1至8中的一项所述的方法，其中，所述控制单元(20a、20b)确定所述值范围周期(TW)作为值范围(W)和总线消息时间间隔(T总线)的乘积，确定值范围周期(TW)与期望的通/断周期(T* ea)之商，并且对所述商执行取整，取整结果限定了比例因子(F)。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的方法，其中，所述控制单元(20a、20b)评估所述相应的总线消息计数器，以便将由所述消息计数器的值(Z)除以值范围(W)和比例因子(F)之商而获得的模与所定义的转换界限(U)和比例因子(F)之商进行比较，并且其中，如果所述模高于或低于所定义的转换界限(U)与比例因子(F)之商，则产生所述控制信号。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的方法，其中，所述值范围(W)与所述总线消息时间间隔(T总线)和/或所述通/断周期匹配。
12.根据权利要求1至11中的一项所述的方法，其中，用于分别在所述接通状态与所述断开状态之间切换所述显示元件(15a、15b)的、所定义的通/断周期(Tea)指示所述控制系统(10)中的当前操作状态，尤其指示所述控制系统(10)中的错误状态。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的方法，其中，针对第一组消息接收器，使用所定义的第一通/断周期(Tea)将所述显示元件彼此同步地在所述接通状态与所述断开状态之间进行切换，并且其中，针对第二组消息接收器，使用所定义的第二通/断周期(Tea)将所述显示元件彼此同步地在所述接通状态与所述断开状态之间进行切换。
14.一种特别地用于技术装置的自动化控制的控制系统(10)，所述控制系统(10)包括经由总线(25)连接的订户，所述订户包括：至少一个消息发送器(12)和许多消息接收器(18a、18b)，其中，所述消息接收器(18a、18b)包括相应的显示元件(15a、15b)，所述相应的显示元件(15a、15b)能够在接通状态与断开状态之间进行切换；以及控制单元(201、20b)，所述控制单元(201、20b)用于产生使所述显示元件(15a、15b)在状态之间进行切换的控制信号，其中，所述消息发送器(12)被设计成以所定义的重复的总线消息时间间隔(T总线)经由所述总线(25)发送相应的当前总线消息，其中，所述总线消息包括具有来自所定义的值范围(W)的值(Z)的相应的总线消息计数器，其中，所述消息发送器还被设计成每当相应的当前总线消息被发送时以预定方式更改所述值(Z)，并且一旦到达所述值范围的末端，则对所述值(Z)进行复位，其中，所述消息接收器(18a、18b)分别被设计成经由所述总线(25)接收所述总线消息，并且其中，所述控制单元(20a、20b)被设计成以相同的方式来评估所述相应的当前总线消息中的相应的总线消息计数器，并且将所述评估作为用于产生所述控制信号的基础，以便所述显示元件(15a、15b)彼此同步地并且以所定义的通/断周期(Tea)来在所述接通状态与所述断开状态之间进行切换。
15.一种在控制系统(10)中的总线消息接收器(18a、18b)，所述控制系统(10)具有经由总线(25)连接的订户，所述总线消息接收器具有存储介质，该存储介质存储了被设计成当所述总线消息接收器(18a、18b)被连接至所述总线(25)时执行权利要求1至13中的任一项所述的方法的程序代码。
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