DE10037164A1 - Datenlichtschranke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere in der automatisierten Lager- und Fördertechnik angewendete Datenlichtschranke mit einer Einrichtung zur Anpassung der Vollduplexübertragung an das Halbduplex-Protokoll eines Profibus. DOLLAR A Um ausschließlich profibus-konforme Zeichen und Telegramme übertragen zu können, wird als solche Einrichtung erfindungsgemäß ein aktiver Profibus-Repeater eingesetzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine insbesondere in der automatisierten Lager- und Fördertechnik angewendete Datenlichtschranke mit einer Einrichtung zur Anpassung der Vollduplexübertragung an das Halbduplex-Protokoll eines Profibus.

In der automatisierten Lager- und Fördertechnik müssen die Regalbediengeräte und Verschiebewagen mit den Bussystemen verbunden werden, damit Steuerinformationen und Daten ausgetauscht werden können. Für diese Verbindung werden zumeist Datenlichtschranken verwendet, die unter den Begriff "optische Freiraum-Datenübertragungssysteme" fallen. Zur Anpassung der Vollduplexübertragung an das Halbduplex-Protokoll des Profibus besitzen diese Datenlichtschranken jeweils ein Interface auf Basis der Kontrolle der Signalruhezeiten. Eine andere Bezeichnung für diese Geräte lautet "IR-Repeatert".

In diesen einfachen Repeatern werden die optisch empfangenen Signale direkt und ohne logische Prüfung in elektrische Signale rückverwandelt und auf den Datenbus gesendet. Es wird vorausgesetzt, daß der optische Empfänger der Datenlichtschranke nur profibus-konforme optische Signale erhält. Diese Einschränkungen wurden allerdings als behindernd für Installation und Wartung benannt. Im Falle optischer Störungen sinkt die Verfügbarkeit des Gesamtsystems. Trotzdem gilt dieses einfache Umsetzprinzip, das die Bussteuerung lediglich durch Zeitmessung der Telegrammlücken bewerkstelligt, als DIN 19245-konform.

Eine Besonderheit des Profibus ist das sog. Halbduplex-Protokoll (RS485, Multipoint Connection, Multi Drop Protocol). Über den gleichen Draht gehen zeitlich nacheinander in entgegengesetzter Richtung Frage- und Antworttelegramme. Dieser Zweirichtungsbetrieb wird im Interface der Datenlichtschranke in zwei getrennte Richtungskanäle transformiert und auf der Gegenseite wieder zurück. Die Lichtstrecke wird also vollduplex, d. h. über zwei ununterbrochen bestehende, sich nicht beeinflussende Datenkanäle betrieben. Da die Lichtstrahlen für die Hin- und Rückrichtung einen deutlichen mechanischen Abstand haben (den zwischen Sender- und Empfangslinse), wird bei einer Lichtstrahlunterbrechung fast immer erst der eine und dann der andere Kanal getrennt. Es kann auch vorkommen, daß dauerhaft nur ein Kanal unterbrochen wird und der andere betriebsfähig bleibt.

Während eine komplette zweiseitige Unterbrechung einem abgezogenen Teilnehmer-Buskabel entspricht und durch das Bussystem einer Fehlerkatagorie der Art: "Teilnehmer abwesend" zugeordnet wird, gibt es für eine einseitige Lichtstrahlunterbrechung (d. h., Datentelegramme gehen nur in eine Richtung) keine Entsprechung zu einem behebbaren Fehler, sondern die Interpretation als Hardwarefehler (Transceiver Circuit Defect, manuell quittierungspflichtig). In so einem Fall verhalten sich die halb abgetrennten Teilnehmer schwer kalkulierbar (entsprechend der eingebauten Fehlerlogik, für die es keine Vorschriften gibt): während einige Daten absenden, die ins Leere gehen, reagieren andere mit Timeouts, so daß sie nach Kontaktwiederherstellung erneut "in Betrieb" genommen werden müssen. Zwar tut das Profibus- System das problemlos, aber eben erst nach Quittierung dieser Fehlererscheinung durch einen menschlichen Bediener. Bis dahin bedient es nur die zweifelsfreien Teilnehmer weiter oder es steht gar still.

Damit nun nicht jede Lichtstrahlunterbrechung zu einem bestätigungspflichtigen Systemfehler führt, schalten die Datenlichtschranken nach Detektion einer unterbrochenen Lichtstrecke auch den Datenverkehr auf der verbliebenen Strecke ab, so daß - nach der Detektion, ca. 3 . . 10 ms - sich wieder der Zustand der scheinbaren völligen Unterbrechung einstellt. Allerdings werden innerhalb dieser Zeit, da der Lichtempfänger kein Eingangssignal hat, völlig undefinierte Daten auf den Bus gesendet. Bis diese von den übrigen Teilnehmern als unbrauchbar und nur vorübergehend disqualifiziert werden, vergeht weitere Systemzeit (Systemerholungszeit), in der der geregelte Datenverkehr unterbrochen ist. Je höher die Datenrate, desto mehr Telegramme gehen bei einer solchen Unterbrechung ins Leere.

Ähnliches passiert, wenn eine Seite des Datenübertragungssystems von der Spannung genommen wird; infolge der dann immens erhöhten optischen Empfindlichkeit können schon geringfügige optische Störquellen, sogar das selbst abgestrahlte und diffus reflektierte Senderlicht, zu optisch ausreichendem Empfangspegel führen, dessen Umsetzung in Datensignale natürlich völlig unsinnige Ergebnisse erbringt.

Hierbei kann sogar der Fall eintreten, daß der Empfangspegel oberhalb der Abschaltschwelle bleibt und der Profibus wegen ständiger Fehlsignale dauerhaft zusammenbricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausschließlich profibus-konforme Zeichen und Telegramme übertragen zu können.

Erfindungsgemäß wird anstelle des bisherigen Interfaces ein aktiver Profibus-Repeater eingesetzt.

Mit der Erfindung werden die nachstehenden Vorteile erzielt:

Im Falle einer Störung wird unabhängig von der Ursache die Datenweiterleitung unterbrochen, bis wieder ein gültiger Telegrammanfang detektiert wird. Der Repeater kontrolliert zu diesem Zweck den Telegrammtyp und die dazugehörige Telegrammlänge entsprechend den Festlegungen der DIN 19245 Teil 1. Durch Fremdlicht, Kurzschlüsse, Datenkollisionen und EMV- Einspeisungen verursachte Datenfehler werden in gleicher Weise vom Empfänger ferngehalten. Dadurch ist es möglich, den Datenverkehr zwischen den anderen Teilnehmern des Systems ungestört fortzusetzen, auch wenn die Datenlichtstrecke durch Fremdeinwirkungen vorübergehend unbenutzbar ist.

Der Repeater benötigt für die Zeichenerkennung und das Wiederaussenden eine Zeitspanne von exakt einem Zeichen und einer geringfügigen Rechenzeit von 3 µs Da auf beiden Lichtempfangsseiten ein Repeater plaziert ist, tritt eine Antwortverzögerung von 2 Zeichen + ca. 6 µs auf, die ggf. zu berücksichtigen ist. Da im Profibus für die Reaktion eines Teilnehmers je nach Datenraten eine jeweils maximale Zeitspanne vorgeschrieben ist, ist die Verringerung dieser Dauer durch den Profibus-Repeater zu beachten.

Der Repeater greift durch seine Datenzensur in den Datenstrom ein, indem er ein als defekt erkanntes Telegramm abbricht, anstatt es zu Ende laufen zu lassen. Dieses Verhalten des Repeaters ist insofern profibus-konform, als im Profibus eine Wiederherstellung defekter Telegramme nicht möglich ist und die Abkürzung eines ohnehin defekten Telegramms keine weiteren Fehler gegenüber dessen vollständiger Übertragung verursacht. Es ist insofern verbessernd, als die zufällige Wiederaufnahme der Übertragung, bei der Telegrammfragmente auf den Bus gesendet werden, verhindert wird.

In der Zeichnung ist ein Blockschaltbild des Profibus-Repeaters dargestellt.

Das Blockschaltbild zeigt die Datenbearbeitungsstruktur einer Datenlichtschranke. Zu einer Strecke gehören zwei gleichartige Datenlichtschranken.

Das im optischen Empfänger (1) empfangene und verstärkte Signal durchläuft einen Datenempfänger (2), einen sog. UART (universal asynchron receiver transmitter), der aus 11 aufeinanderfolgenden Datenbits ein Zeichen zusammenstellt. Dieses wird von einer Prüfeinrichtung (3) auf Richtigkeit bewertet. Ist es richtig und zum Telegramm passend, veranlaßt diese die serielle Rückwandlung durch den UART-Sender (4) und das Senden auf den Bus mittels Steuerung des Bustreibers (5). Im Falle der Detektion eines Fehlers wird die Sendung durch Abschalten des Bustreibers (5) und des UART-Senders (4) unterbrochen. Die Prüfeinrichtung verbleibt in diesem Zustand, bis sie einen gültigen Telegrammbeginn erkennt. Die Senderichtung wird vom Repeater nicht datengeprüft. Eine Verknüpfungslogik (6) verhindert lediglich das Senden im Fehlerfall, d. h. die ungewollte Datenübertragung in nur einer Richtung.

Claims (2)

1. Datenlichtschranke mit einer Einrichtung zur Anpassung der Vollduplexübertragung an das Halbduplex-Protokoll eines Profibus, dadurch gekennzeichnet, daß als solche Einrichtung ein aktiver Profibus-Repeater vorgesehen ist.

2. Datenlichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Repeater auf beiden Lichtempfangsseiten vorgesehen ist.