DE10116285A1 - Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten und einer Basisstation gemäß TDMA - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten (S.1...S.n) und einer Basisstation (BS) gemäß TDMA( Time Division Multiple Access) vorgeschlagen, wobei zyklische TDMA-Datenübertragungsblöcke (FR.1...FR.m) übertragen werden und sich jeder TDMA-Datenübertragungsblock aus sukzessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen (TS.1...TS.n) zusammensetzt, wobei jeder Zeitschlitz (TS.1...TS.n) einem bestimmten Knoten (S.1...S.n) zugeordnet ist. Zu Beginn eines jeden Zeitschlitzes (TS.1...TS.n) wird der beim vorausgegangenen TDMA-Datenübertragungsblock für diesen Zeitschlitz eingestellte Verstärkungswert im Empfänger der Basisstation als Voreinstellwert übernommen und voreingestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten und einer Basisstation gemäß TDMA, wobei zyklische TDMA-Datenüber­ tragungsblöcke übertragen werden und sich jeder TDMA-Datenübertragungsblock aus sukzessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen zusammensetzt, wobei jeder Zeit­ schlitz einem bestimmten Knoten zugeordnet ist.

Die Erfindung kann beispielsweise bei einem System mit einer Vielzahl drahtloser Sen­ soren und/oder Aktoren (Knoten) und einer Basisstation verwendet werden, welches in einer Maschine oder Anlage, beispielsweise Industrieroboter, Herstellungsautomat oder Fertigungsautomat installiert ist. Als Sensoren bzw. Aktoren können Näherungsschal­ ter/Näherungssensoren, Temperaturmeßsensoren, Druckmeßsensoren, Strommeß­ sensoren oder Spannungsmeßsensoren bzw. mikromechanische, piezoelektrische, elektrochemische, magnetostriktive, elektrostatische oder elektromagnetische Aktoren verwendet werden.

In der DE 199 26 799 A1 wird ein System für eine eine Vielzahl von drahtlosen Nähe­ rungssensoren aufweisende Maschine, insbesondere Fertigungsautomat, vorgeschla­ gen, wobei

• - jeder Näherungssensor mindestens eine zur Energieaufnahme aus einem mittelfre­ quenten Magnetfeld geeignete Sekundärwicklung aufweist,
• - wobei mindestens eine von einem mittelfrequenten Oszillator gespeiste Primärwick­ lung zur drahtlosen Versorgung der Näherungssensoren mit elektrischer Energie vor­ gesehen ist,
• - und wobei jeder Näherungssensor mit einer Sendeeinrichtung ausgestattet ist, welche interessierende Sensor-Informationen beinhaltende Funksignale an eine zentrale, mit einem Prozeßrechner der Maschine verbundene Basisstation abgibt.

Bei diesem drahtlosen System entfällt im Vergleich zu konventionellen Lösungen mit Draht/Kabelanschluß zur elektrischen Energieversorgung und zur Kommunikation der durch Planung, Material, Installation, Dokumentation und Wartung bedingte relativ hohe Kostenfaktor der Draht/Kabelanschlüsse. Es können keine Ausfälle aufgrund von Ka­ belbrüchen oder schlechten, beispielsweise korrodierten Kontakten auftreten.

In der DE 199 26 562 A1 werden ein Verfahren und eine Anordnung zur drahtlosen Versorgung einer Vielzahl Aktoren mit elektrischer Energie, ein Aktor und eine Primär­ wicklung hierzu sowie ein System für eine eine Vielzahl von Aktoren aufweisende Ma­ schine vorgeschlagen, wobei die vorgeschlagene Technologie bezüglich Energiever­ sorgung und Kommunikation gleichartig der vorstehend für die DE 199 26 799 A1 an­ gegebenen Technologie ist.

Für die Funkübertragung wird dabei vorzugsweise die TDMA-Technologie (Time Divisi­ on Multiple Access) eingesetzt, bei der die Informationen von/zu den Aktoren bzw. Sensoren (Knoten) in Form zyklischer TDMA-Datenübertragungsblöcke übermittelt wird, wobei jedem Sensor/Aktor ein bestimmter Zeitschlitz innerhalb eines Datenüber­ tragungsblockes zugeordnet ist. Aufgrund sehr unterschiedlicher Entfernungen der Sensoren bzw. Aktoren von der Basisstation ist prinzipiell die Gefahr gegeben, daß ein gerade während eines bestimmten Zeitschlitzes sendender Sender den Empfang der Nachricht des innerhalb des nachfolgenden Zeitschlitzes auszusenden Signals stört oder ganz verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten und einer Basisstation gemäß TDMA anzugeben, welches auch bei unterschiedlicher Entfernung der einzelnen Knoten von der Basisstation eine zu­ verlässige Kommunikation sicherstellt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs­ gemäß dadurch gelöst, daß zu Beginn eines jeden Zeitschlitzes der beim vorausge­ gangenen TDMA-Datenübertragungsblock für diesen Zeitschlitz im Empfänger der Ba­ sisstation eingestellte Verstärkungswert als Voreinstellwert übernommen und voreinge­ stellt wird.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sehr un­ terschiedliche Einstellwerte der automatischen Verstärkungsregelung bei unmittelbar benachbarten Zeitschlitzen eingestellt werden können, ohne daß dabei die während eines Zeitschlitzes übertragenen Signale gestört werden.

Mit anderen Worten verbessert die vorgeschlagene Maßnahme den Funk-Empfang und gestattet einen großen Variationsbereich hinsichtlich der Leistung der empfangenen Signale, ohne daß dabei die Gefahr gegeben ist, daß Nachrichten einzelnen Zeitschlit­ ze mangelhaft oder gar nicht empfangen werden.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen zyklischen TDMA-Datenübertragungsblock,

Fig. 2 eine Folge von sukzessive aufeinanderfolgenden Datenübertragungsblöc­ ken,

Fig. 3 ein System mit einer Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren und einer Ba­ sisstation.

In Fig. 3 ist ein System mit einer Vielzahl von Knoten, vorzugsweise Sensoren und/oder Aktoren (Knoten) und einer Basisstation dargestellt. Es ist eine Vielzahl von Sensoren und/oder Aktoren S.1, S.2, S.3 . . . S.n (n = beliebige ganze positive Zahl) vorgesehen, welche beispielsweise innerhalb einer Anlage installiert oder an einer Maschine, insbe­ sondere einem Fertigungsautomat befestigt sind. Es ist nachfolgend stets von Senso­ ren/Aktoren S.1 . . . S.n die Rede, wobei es sich beim einzelnen Bauteil wahlweise um einen Sensor oder um einen Aktor handeln kann. Im allgemeinen weisen die Sensoren einen die Sensor-Umgebung detektierenden Sensorkopf mit nachgeschalteter Signal­ auswertung sowie die Aktoren eine Aktoreinheit (beispielsweise ein Druckluftventil oder ein Schütz) sowie eine Ansteuereinheit hierfür auf.

Die Sensoren und/oder Aktoren S.1 . . . S.n weisen jeweils eine Kommunikationseinrich­ tung auf, welche den erforderlichen Funksender und/oder Funkempfänger enthält, um derart eine drahtlose Kommunikation zwischen der Basisstation BS und den Senso­ ren/Aktoren S.1 . . . S.n zu ermöglichen. Bei einem Sensor gelangt das aufbereitete Sen­ sorsignal zu einem Modulator/Codierer mit nachgeschaltetem Funksender und Anten­ ne, wo es an die Basisstation BS gesendet wird. Bei einem Aktor gelangt das von der Basisstation BS gesendete Ansteuersignal über eine Antenne, einen Funkempfänger und einen Demodulator/Decodierer zur Ansteuereinheit.

Die Basisstation BS ist zweckmäßig an einen Zentralrechner (Prozeßrechner, Spei­ cherprogrammierbare Steuerung) angeschlossen und weist eine Kommunikationsein­ richtung auf, welche Sensorsignale der Sensoren und Meldesignale betreffend den ak­ tuellen Zustand von Aktoren (uplink, von den Sensoren/Aktoren zur Basisstation) emp­ fängt, Ansteuersignale zur Aktivierung/Deaktivierung der Aktoren abgibt und Signale zur Einstellung von spezifischen Parametern der Aktoren und Sensoren abgibt (downlink, von der Basisstation zu den Sensoren/Aktoren). Die Kommunikationseinrichtung der Basisstation BS weist eine Antenne auf, an welche ein Funkempfänger und ein Funk­ sender angeschlossen sind. Die Signale des Funkempfängers werden einem Demo­ dulator/Decodierer zugeführt und dem Funksender ist ein Modulator/Codierer vorge­ schaltet.

In Fig. 1 ist ein zyklischer TDMA-Datenübertragungsblock dargestellt, wie er beim vor­ geschlagenen System verwendet wird. Ein derartiger Datenübertragungsblock oder Rahmen FR.1 setzt sich aus n sukzessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen TS.1, TS.2 . . . TS.n zusammen. Jeder Zeitschlitz TS.1 . . . TS.n ist einem bestimmten Sensor oder Aktor S.1 . . . S.n zugeordnet. Obwohl beispielsweise die Sensoren ihre Nachrichten in zufälligen Augenblicken generieren, erfolgt eine an den zugeordneten Zeitschlitz TS.1 . . . TS.n angepaßte Übertragung. Um sicherzustellen, daß die in einem Zeitschlitz TS.1 . . . TS.n enthaltene Information auch dem richtigen Aktor zugeordnet wird, bzw. um sicherzustellen, daß ein Sensor die der Basisstation zu übermittelnde Information wäh­ rend des richtigen Zeitschlitzes absendet, enthält jeder Zeitschlitz TS.1 . . . TS.n ein typi­ sches Synchronisationswort zur exakten Synchronisation zwischen Basisstation BS einerseits und Sensoren/Aktoren S.1 . . . S.n andererseits.

In Fig. 2 ist in diesem Zusammenhang eine Folge von sukzessive aufeinanderfolgen­ den Datenübertragungsblöcken bzw. Rahmen FR.1, FR.2, FR.3 . . . FR.m (m = beliebige ganze positive Zahl) dargestellt.

Für die Basisstation BS ist es an sich wünschenswert, daß die Signale der unterschied­ lichen Sensoren/Aktoren mit etwa gleicher Signalintensität empfangen werden. Wenn zwei in verschiedenen Zeitschlitzen - beispielsweise TS.2 und TS.3 - eines Datenüber­ tragungsblockes bzw. Rahmens - beispielsweise FR.1 - sendende Sender von Senso­ ren/Aktoren (Knoten) jedoch unterschiedlichen Abstand zum Empfänger der Basisstati­ on BS aufweisen, ergeben sich zwangsläufig unterschiedliche Signalabschwächungen (Fading, Schwund) und die am Ort der Basisstation BS meßbaren Signalintensitäten sind unterschiedlich.

Die Basisstation BS weist eine automatische Verstärkungsregelung auf, um derartige unerwünschte Signalintensitäts-Unterschiede auszugleichen und um damit eine gleich­ bleibende Signal-Qualität zu erzielen. Kritisch wird es, wenn zwei in direkt benachbar­ ten Zeitschlitzen TS.1 . . . TS.n sendende Sensoren/Aktoren S.1 . . . S.n sehr unterschiedli­ chen Abstand zur Basisstation haben, denn dann werden unmittelbar aufeinanderfol­ gend sehr unterschiedliche Einstellwerte der automatischen Verstärkungsregelung beim Empfänger der Basisstation BS erforderlich. Die Einstellung sehr unterschiedli­ cher Einstellwerte der automatischen Verstärkungsregelung erfordert jedoch eine ge­ wisse Zeitspanne, um die Einstellung vom Wert für den gerade aktuellen Zeitschlitz auf den Wert für den nachfolgenden Zeitschlitz zu ändern.

Benötigt der gerade aktuelle Zeitschlitz beispielsweise einen relativ niedrigen Verstär­ kungswert und der nachfolgende Zeitschlitz einen relativ hohen Verstärkungswert, so besteht die Gefahr, daß ein Teil der Nachricht des nachfolgenden Zeitschlitzes bereits gesendet wird, während sich der Verstärkungswert noch vom niedrigen zum ge­ wünschten hohen Wert hin ändert. Somit geht dieser Teil der Nachricht aufgrund zu geringer Verstärkung verloren. Benötigt umgekehrt hierzu der gerade aktuelle Zeit­ schütz beispielsweise einen relativ hohen Verstärkungswert und der nachfolgende Zeit­ schlitz einen relativ niedrigen Verstärkungswert, so besteht die Gefahr, daß ein Teil der Nachricht des nachfolgenden Zeitschlitzes bereits gesendet wird, während sich der Verstärkungswert noch vom hohen zum gewünschten niedrigen Wert hin ändert. Somit geht dieser Teil der Nachricht aufgrund von "Übersteuerung" verloren.

Der Empfänger der Basisstation BS kann aus der jedem Zeitschlitzes zugeordneten Nummer unverwechselbar den jeweiligen Sender, d. h. den relevanten Sensor/Aktor (Knoten) bestimmen. Die Entfernung zwischen Sender (Sensor/Aktor) und Empfänger (Basisstation) verändert sich nicht. Demzufolge ist es dem Empfänger möglich, zu Be­ ginn eines jeden Zeitschlitzes den beim vorausgegangenen Datenübertragungsblock bzw. Rahmen für diesen Zeitschlitz eingestellten Verstärkungswert als Voreinstellwert zu übernehmen und voreinzustellen. Da der Regelvorgang entfällt, erfolgt diese Vorein­ stellung sehr schnell. Der voreingestellte Verstärkungswert wird während des Empfangs der Nachricht des aktuellen Zeitschlitzes entsprechend den aktuellen Gegebenheiten mittels der Verstärkungsregelung korrigiert, um derart den optimalen Verstärkungswert einzustellen. Diese Korrektur ist in Relation zur erfolgten Voreinstellung relativ gering und verursacht deshalb keine Störungen mehr.

Alternativ kann zu Beginn eines jeden Zeitschlitzes auch ein gemittelter Verstärkungs­ wert voreingestellt werden, welcher als Mittelwert mehrerer Verstärkungswerte (für die­ sen Zeitschlitz) der vorausgegangenen Datenübertragungsblöcke bzw. Rahmen be­ rechnet wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum Betrieb eines Systems mit mehreren Knoten (S.1 . . . S.n) und einer Basisstation (BS) gemäß TDMA (Time Division Multiple Access), wobei zykli­ sche TDMA-Datenübertragungsblöcke (FR.1 . . . FR.m) übertragen werden und sich jeder TDMA-Datenübertragungsblock aus sukzessive nacheinander folgenden Zeitschlitzen (TS.1 . . . TS.n) zusammensetzt, wobei jeder Zeitschlitz (TS.1 . . . TS.n) einem bestimmten Knoten (S.1 . . . S.n) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger der Ba­ sisstation zu Beginn eines jeden Zeitschlitzes (TS.1 . . . TS.n) der beim vorausgegange­ nen TDMA-Datenübertragungsblock für diesen Zeitschlitz eingestellte Verstärkungswert als Voreinstellwert übernommen und voreingestellt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfän­ ger der Basisstation zu Beginn eines jeden Zeitschlitzes (TS.1 . . . TS.n) ein gemittelter Verstärkungswert voreingestellt wird, welcher als Mittelwert mehrerer Verstärkungs­ werte für diesen Zeitschlitz vorausgegangenen Datenübertragungsblöcke bzw. Rahmen berechnet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der voreingestellte Verstärkungswert während des Empfangs der Nachricht des aktuel­ len Zeitschlitzes entsprechend den aktuellen Gegebenheiten korrigiert wird, um derart den optimalen Verstärkungswert einzustellen.