DE102010046152B3

DE102010046152B3 - Anlage mit n - mechanisch miteinander verbundenen Einrichtungen

Info

Publication number: DE102010046152B3
Application number: DE102010046152A
Authority: DE
Inventors: Gerd Igelmann; Sven Hartmann
Original assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Current assignee: Rheinmetall Landsysteme GmbH
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-09-22
Also published as: WO2012038051A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (1; 1') mit n mechanisch miteinander verbundenen Einchtungen (2–5), wobei jede der Einrichtungen (2–5) mindestens ein digitales Steuergerät (6) umfasst, und wobei die Steuergeräte (6) über einen gemeinsamen Daten-Bus (7) miteinander vernetzt sind. Um zu erreichen, dass bei einer Beschädigung oder Zerstörung des Daten-Busses (7) ein weiterer Betrieb derjenigen Einrichtungen (2–5) der Anlage (1; 1') möglich ist, die sich vor der beschädigten Stelle bzw. der Bruchstelle des Daten-Busses (7) befinden, schlägt die Erfindung vor, dass jede der n Einrichtungen (2–5) einen ihr zugeordneten Daten-Bus-Abschnitt (70–73) enthält, wobei der Daten-Bus-Abschnitt (73) der n'ten Einrichtung (5) mit einem ersten Abschlusswiderstand (8) verbunden ist. Die verbleibenden n-1 Einrichtungen (2–4) enthalten jeweils ein Umschaltelement (9; 9'), das die Verbindung ihres Daten-Bus-Abschnittes (70–72) mit dem Daten-Bus-Abschnitt (71–73) der nachfolgenden Einrichtung (3–5) nur dann herstellt, wenn zwischen der jeweiligen Einrichtung (2–4) und der nachfolgenden Einrichtung (3–5) eine Kontrollverbindung (14; 15) vorhanden ist. Anderenfalls verbindet das Umschaltelement (9; 9') den entsprechenden Daten-Bus-Abschnitt (70–72) automatisch mit einem zweiten Abschlusswiderstand (13).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage mit n – mechanisch miteinander verbundenen Einrichtungen, wobei jede Einrichtung mindestens ein digitales Steuergerät umfasst, und wobei die Steuergeräte über einen gemeinsamen Daten-Bus miteinander vernetzt sind (Daten-Bus-Segmentierung). Anstelle von digitalen Steuergeräten können auch Aktoren und/oder Sensoren eingesetzt werden.
Bei einer derartigen Anlage kann es sich beispielsweise um einen Baggerarm oder einen Roboter handeln, bei dem die einzelnen Einrichtungen über Gelenke miteinander verbunden sind und unabhängig voneinander bewegt werden sollen.
Üblicherweise werden bei bekannten derartigen Anlagen sowohl Leitungen zur Energieversorgung als auch zur Datenübertragung mittels eines Daten-Busses (z. B. für die Übertragung von Steuersignalen zur Steuerung der Bewegung der Gelenke) über die Verbindungsstellen der Einrichtungen geführt. Sofern der Daten-Bus im Bereich einer Verbindungsstelle (z. B. eines Gelenkes) zwischen zwei benachbarten Einrichtungen beschädigt wird, etwa weil das entsprechende Kabel bricht oder reißt, sind häufig alle Einrichtungen der Anlage nicht mehr bestimmungsgemäß steuerbar, da ein ordnungsgemäßer Abschluss des Daten-Busses fehlt. Dieses kann z. B. dazu führen, dass der entsprechende Baggerarm oder der Roboter nicht mehr in eine definierte Position (etwa seine Transportstellung) gebracht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zu offenbaren, die bei einer Beschädigung oder Zerstörung des Daten-Busses – insbesondere im Bereich der Verbindungsstellen zwischen den Einrichtungen der Anlage – einen weiteren Betrieb derjenigen Einrichtungen der Anlage zulässt, die sich vor der beschädigten Stelle bzw. der Bruchstelle des Daten-Busses befinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, benachbarte Einrichtungen der Anlage zusätzlich über eine außerhalb eines Daten-Busses geführte Kontrollverbindung miteinander zu verbinden. Sofern die Kontrollverbindung zwischen zwei benachbarten Einrichtungen unterbrochen ist, wird angenommen, dass auch der Daten-Bus in diesem Bereich schadhaft ist. Der Daten-Bus wird in einem derartigen Fall dann automatisch mit einem Abschlusswiderstand abgeschlossen, der sich in der vor der schadhaften Kontrollleitung befindlichen Einrichtung befindet.
Aus der DE 197 33 760 C2 ist eine Daten-Bus-Leitung mit Sende- und Empfangskomponenten bekannt, bei welchem an jedem Knoten ein Abschlusswiderstand in die Busleitung schaltbar ist. Beidseitig des Widerstandes sind jeweils ein unabhängig betätigbarer erster bzw. zweiter Schalter eingebunden, mit dem die Busleitung beiderseits des Widerstandes unterbrochen werden kann.
Eine Vorrichtung für einen Powerring beschreibt die DE 199 16 452 C2 . Eine Fehlererkennung für einen Powerring wird in der DE 103 29 914 B4 offenbart.
Die EP 1 069 733 A2 betrifft einen CAN für den Einsatz in Echtzeit-Steuerung, Diagnose und Fertigung unterstützen Anwendungen in Kraftfahrzeugen, wie Traktoren, Mähdreschern, Feldhäckslern und der Bauindustrie. Jede der Einrichtungen umfasst mindestens ein digitales Steuergerät, wobei diese über den gemeinsamen Daten-Bus miteinander vernetzt sind. Jeder Knoten ist mit einem ersten Abschlusswiderstand verbunden. In den Knoten sind Umschaltelemente eingebunden, welches derart ansteuerbar ist, dass der Knoten der jeweiligen Einrichtung mit dem Knoten der nachfolgenden Einrichtung hergestellt wird, wenn zwischen der jeweiligen Einrichtung und der nachfolgenden Einrichtung eine Kontrollverbindung vorhanden ist. Bei Unterbrechung der Kontrollverbindung verbinden die Umschaltelemente den entsprechenden Knoten automatisch mit einem anderen Abschlusswiderstand.
Die WO 98/30961 A1 beschreibt ein elektronisches Bussystem, wobei der Busdraht in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist, die mittels verbindender Schaltungen miteinander verbunden sind, und der Bus eine ringförmige Einheit bildet. Jede Verbindungsschaltung enthält eine linke Relaisschaltung, die so eingerichtet ist, dass sie einen linken Anschluss jedes Drahtes jeweils mit einem Knoten oder mit einem ersten Abschlusswiderstand verbindet und eine rechte Relaisschaltung, die ihrerseits so eingerichtet ist, dass sie einen rechten Anschluss jedes Drahtes mit einem der Knotern oder mit einem zweiten Abschlusswiderstand verbindet. Eine zentrale Relaiseinrichtung ist so eingerichtet, dass sie, wenn der erste oder zweite Abschlusswiderstand verbunden ist, einen dritten Abschlusswiderstand mit den zwei anderen Knoten verbindet.
Die DE 30 12 438 A1 offenbart ein Daten-Übertragungs-System im Bankverkehr. Um die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Datennetze sicherzustellen ist vorgesehen, dass die Stationen eines Netzes über ein Leiterbündel oder entsprechende Mikrowellenstrecken in einer ringförmigen Konfiguration verbunden werden. In der Fehlersuch-Betriebsart wird ein Leistungstreiber einmal mit einem ersten Abschlusswiderstand verbunden und danach mit einem Abschlusswiderstand in der vorher nicht abgeschlossenen Richtung der Leitung.
Auch die WO 95/24087 A1 beschäftigt sich mit einem Kommunikationsnetz mit mehreren Stationen und einem Verfahren zu dessen Betrieb. Dieses Netz enthält einen Bus, der in der Art eines an beliebiger Stelle auftrennbaren und mit Widerständen abschließbaren Ringes verdrahtet ist.
Zur Realisierung der vorliegenden Erfindung enthält jede der „n” Einrichtungen einen ihr zugeordneten Daten-Bus-Abschnitt, wobei der Daten-Bus-Abschnitt der n'ten Einrichtung mit einem ersten Abschlusswiderstand verbunden ist. Die verbleibenden n-1 Einrichtungen enthalten jeweils ein Umschaltelement, das die Verbindung ihres Daten-Bus-Abschnittes mit dem Daten-Bus-Abschnitt der nachfolgenden Einrichtung nur dann herstellt, wenn zwischen der jeweiligen Einrichtung und der nachfolgenden Einrichtung die Kontrollverbindung vorhanden ist. Anderenfalls verbindet das Umschaltelement den entsprechenden Daten-Bus-Abschnitt automatisch mit einem in der entsprechenden Einrichtung befindlichen zweiten Abschlusswiderstand.
Vorzugsweise sollte sich die Kontrollverbindung möglichst in der Nähe des die Einrichtungen verbindenden Daten-Busses befinden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Umschaltelemente der n-1 Einrichtungen jeweils ein bewegliches Kontaktstück und mindestens zwei feste Kontaktstücke. Dabei sind das bewegliche Kontaktstück mit dem der jeweiligen Einrichtung zugeordneten Daten-Bus-Abschnitt, das erste feste Kontaktstück mit dem Daten-Bus-Abschnitt der jeweils nachfolgenden Einrichtung und das zweite feste Kontaktstück mit dem der entsprechenden Einrichtung zugeordneten zweiten Abschlusswiderstand des Daten-Busses verbunden.
Bei den Umschaltelementen handelt es sich vorzugsweise um elektrische oder elektronische Schaltelemente, wobei als Kontrollverbindung eine Steuerleitung dient, über welche das jeweilige Schaltelement mit dem Steuergerät der nachfolgenden Einrichtung verbindbar und derart aktivierbar ist, dass bei einer fehlerfreien Verbindung des Schaltelementes mit dem Steuergerät die Daten-Bus-Abschnitte der beiden Einrichtungen miteinander verbunden sind. Im Falle einer Zerstörung oder Entfernung der Steuerleitung oder auch bei einer nicht funktionsfähigen nachfolgenden Einrichtung verbindet das elektronische Schaltelement den entsprechenden Daten-Bus-Abschnitt automatisch mit dem zweiten Abschlusswiderstand.
Bei der Kontrollverbindung zwischen der entsprechenden Einrichtung und der nachfolgenden Einrichtung kann es sich auch um die Energie-Versorgungsleitung des jeweiligen elektrischen oder elektronischen Schaltelementes handeln, wobei die Versorgungsleitung mechanisch mit der der Einrichtung nachfolgenden Einrichtung verbunden ist, so dass bei einer Zerstörung der Versorgungsleitung das Schaltelement ohne Strom ist und eine Schaltstellung einnimmt, bei welcher der entsprechende Daten-Bus-Abschnitt automatisch mit dem Abschlusswiderstand verbunden wird.
Dabei kann die Energieversorgung des Schaltelementes sowohl von der Einrichtung erfolgen, dem das Schaltelement zugeordnet ist, so dass die Versorgungsleitung einen schleifenförmig, über die nachfolgende Einrichtung geführten Verlauf aufweist, oder die Energieversorgung des Schaltelementes kann durch die nachfolgende Einrichtung erfolgen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 eine aus vier Einrichtungen bestehende Anlage, bei denen das Umschaltelement der jeweiligen Einrichtung über eine Steuerleitung mit dem Steuergerät der nachfolgenden Einrichtung verbunden ist und
2 eine 1 entsprechende Einrichtung, bei denen das Umschaltelement der jeweiligen Einrichtung mit einer Energieversorgungsleitung verbunden ist, welche einen schleifenförmigen, über die benachbarte Einrichtung geführten Verlauf aufweist.
In 1 ist mit 1 eine schematisch dargestellte Anlage mit vier mechanisch miteinander verbundenen Einrichtungen 2–5 wiedergegeben, wobei jede der Einrichtungen 2–5 mindestens ein digitales Steuergerät 6 umfasst, und wobei die Steuergeräte 6 über einen Daten-Bus 7 miteinander vernetzbar sind.
Jede der vier Einrichtungen 2–5 umfasst einen ihr zugeordneten Daten-Bus-Abschnitt 70–73, wobei der Daten-Bus-Abschnitt 73 der Einrichtung 5 mit einem ersten Abschlusswiderstand 8 verbunden ist;
Die verbleibenden 3 Einrichtungen 2–4 weisen jeweils ein Umschaltelement 9 auf. Dieses umfasst jeweils ein bewegliches Kontaktstück 10 und zwei feste Kontaktstücke 11 und 12. Dabei sind das bewegliche Kontaktstück 10 jeweils mit dem der entsprechenden Einrichtung 2–4 zugeordneten Daten-Bus-Abschnitt 70–72, das erste feste Kontaktstück 11 mit dem Daten-Bus-Abschnitt 71–73 der jeweils nachfolgenden Einrichtung 3–5 und das zweite feste Kontaktstück 12 mit einem der entsprechenden Einrichtung 2–4 zugeordneten zweiten Abschlusswiderstand 13 des Daten-Busses 7 verbunden (bei der in 1 dargestellten Anlage sind alle beweglichen Kontaktstücke 10 der Umschaltelemente 9 mit den zweiten festen Kontaktstücken 12 verbunden, sodass lediglich die Einrichtung 2 über den Daten-Bus 7 ansteuerbar ist).
Bei den Umschaltelementen 9 handelt es sich um ein elektronisches Schaltelement, welches über eine Steuerleitung 14 mit dem Steuergerät 6 der nachfolgenden Einrichtung 3–5 verbunden und durch dieses aktivierbar ist. Solange daher entsprechende Steuersignale über die Steuerleitung 14 übertragen werden, verbindet das Umschaltelement 9 die Daten-Bus-Abschnitte 70–73 der benachbarten Einrichtungen 2–5 miteinander.
Bei einer Zerstörung oder Entfernung der Steuerleitung 14 sowie einer Fehlermeldung über die Steuerleitung 14 verbindet das Umschaltelement 9 automatisch den der Einrichtung 2–4 zugeordneten Daten-Bus-Abschnitt 70–72 mit dem der Einrichtung 2–4 zugeordneten zweiten Abschlusswiderstand 13, so dass auch alle Daten-Bus-Abschnitte, der vor dieser Einrichtung liegenden Einrichtungen mit dem zweiten Abschlusswiderstand 13 abgeschlossen sind und über den Daten-Bus 7 Steuersignale empfangen.
2 zeigt eine gegenüber 1 etwas abgewandelte Anlage 1'. Dabei handelt es sich bei dem Umschaltelement 9' der jeweiligen Einrichtung um ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement, dessen Energie-Versorgungsleitung 15 mechanisch mit der nachfolgenden Einrichtung verbunden ist, so dass bei einer Zerstörung oder Entfernung der Versorgungsleitung 15 das entsprechende elektronische Schaltelement automatisch durch ein nicht dargestelltes Rückstellelement (Feder) in seine Ruhestellung gelangt und den Daten-Bus-Abschnitt dieser Einrichtung mit dem zweiten Abschlusswiderstand 13 verbindet.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann die Kontrollverbindung zwischen der jeweiligen Einrichtung und der nachfolgenden Einrichtung beispielsweise auch aus einer drahtlosen Verbindung bestehen.
Um die Anlage auf einfache Weise modular aufzubauen, kann die n'te Einrichtung ebenfalls mit einem Schaltelement versehen sein. Da dieser Einrichtung keine weitere Einrichtung folgt, würde das Schaltelement automatisch den entsprechenden Daten-Bus-Abschnitt mit dem ersten Abschlusswiderstand verbinden.
Aus der Tatsache, dass die Daten-Bus-Abschnitte über die Schaltelemente seriell miteinander verbindbar sind, folgt allerdings nicht, dass auch die Einrichtungen alle seriell miteinander verbunden sein müssen.
Es versteht sich, dass im Rahmen der erfinderischen Idee weitere Ausführungsformen sich für den Fachmann ergeben. So können anstelle der digitalen Steuergeräte auch Aktoren und/oder Sensoren eingesetzt bzw. eingebunden sein.
Bezugszeichenliste

1, 1': Anlage
2–5: Einrichtungen
6: Steuergerät
7: Daten-Bus
70–73: Daten-Bus-Abschnitte
8: erster Abschlusswiderstand
9, 9': Umschaltelemente
10: bewegliches Kontaktstück
11: (erstes) festes Kontaktstück
12: (zweites) festes Kontaktstück
13: zweiter Abschlusswiderstand
14: Steuerleitung, Kontrollverbindung
15: (Energie-)Versorgungsleitung, Kontrollverbindung

Claims

Anlage (1, 1') mit n mechanisch miteinander verbundenen Einrichtungen (2–5), wobei jede der Einrichtungen (2–5) mindestens ein digitales Steuergerät (6) umfasst und die Steuergeräte (6) über einen gemeinsamen Daten-Bus (7) miteinander vernetzt sind, jede der n Einrichtungen (2–5) einen Daten-Bus-Abschnitt (70–73) umfasst und der Daten-Bus-Abschnitt (73) der n'ten Einrichtung (5) mit einem ersten Abschlusswiderstand (8) verbunden ist, die verbleibenden n-1 Einrichtungen (2–4) jeweils ein Umschaltelement (9; 9') aufweisen, welches derart ansteuerbar ist, dass es eine Verbindung des Daten-Bus-Abschnittes (70–72) der jeweiligen Einrichtung (2–4) mit dem Daten-Bus-Abschnitt (71–73) der nachfolgenden Einrichtung (3–5) herstellt, wenn zwischen der jeweiligen Einrichtung (2–4) und der nachfolgenden Einrichtung (3–5) eine Kontrollverbindung (14, 15) vorhanden ist, aber bei Unterbrechung der Kontrollverbindung (14, 15) den entsprechenden Daten-Bus-Abschnitt (70–72) automatisch mit einem zweiten Abschlusswiderstand (13) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrollverbindung (14, 15) als eine außerhalb des Daten-Busses (7) getrennt geführte Kontrollverbindung (14. 15) ausgelegt ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltelemente (9) der n-1 Einrichtungen (2–4) jeweils ein bewegliches Kontaktstück (10) und mindestens zwei feste Kontaktstücke (11, 12) umfassen, wobei das bewegliche Kontaktstück (10) mit dem der jeweiligen Einrichtung (2–4) zugeordneten Daten-Bus-Abschnitt (70–72), das erste feste Kontaktstück (11) mit dem Daten-Bus-Abschnitt (71–73) der jeweils nachfolgenden Einrichtung (3–5) und das zweite feste Kontaktstück (12) mit dem der entsprechenden Einrichtung (2–4) zugeordneten zweiten Abschlusswiderstand (13) des Daten-Busses (7) verbunden sind.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Umschaltelementen (9) um ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement handelt, wobei das jeweilige Umschaltelement (9) über die als Steuerleitung (14) ausgebildete, außerhalb des Daten-Busses (7) getrennt geführte Kontrollverbindung mit dem Steuergerät (6) der nachfolgenden Einrichtung (3–5) verbindbar und durch dieses aktivierbar ist, derart, dass bei einer Verbindung des Umschaltelementes (9) mit dem Steuergerät (6) die Daten-Bus-Abschnitte (70–73) der benachbarten Einrichtungen (2–5) miteinander verbunden sind und dass bei einer Zerstörung oder Entfernung der Steuerleitung (14) das Umschaltelement (9) automatisch mit dem zweiten Abschlusswiderstand (13) der dem Umschaltelement (9) zugeordneten Einrichtung (2–4) verbunden ist.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Umschaltelement (9') der jeweiligen Einrichtung (2–4) um ein elektrisches oder elektronisches Schaltelement mit der als Energie-Versorgungsleitung (15) ausgebildeten, außerhalb des Daten-Busses (7) getrennt geführte Kontrollverbindung handelt, wobei die Energie-Versorgungsleitung (15) mechanisch mit der der jeweiligen Einrichtung (2–4) nachfolgenden Einrichtung (3–5) verbindbar ist, derart, dass bei einer Zerstörung oder Entfernung der Versorgungsleitung (15) das Umschaltelement (9') automatisch mit dem zweiten Abschlusswiderstand (13) verbunden wird.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der n-1 Einrichtungen (2–4) einen eigenen zweiten Abschlusswiderstand (13) enthält.