DE10306231A1

DE10306231A1 - Elektronische Zwischenbaugruppe

Info

Publication number: DE10306231A1
Application number: DE10306231A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Hahn; Udo Dipl.-Ing. Ollert (Fh); Michael Spingler; Erich Dipl.-Ing. Strasser (Fh)
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH; Siemens AG
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH; Siemens AG
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2004-08-26
Also published as: WO2004072923A2; US20060170544A1; EP1597714A2; ES2619842T3; WO2004072923A3; EP1597714B1; US7486182B2

Abstract

Es wird eine elektronische Zwischenbaugruppe angegeben, die zur Erfassung von Daten mindestens einer Peripherieeinheit und zur Übermittlung der erfassten Daten an eine Positionsmesseinrichtung geeignet ist. Die Zwischenbaugruppe umfasst hierzu mindestens eine Datenerfassungs-Schnittstelle für eine Datenübertragungsverbindung zu einer Peripherieeinheit, wobei über die Datenübertragungsverbindung die Übertragung von Daten in Richtung der Zwischenbaugruppe erfolgt. Ferner weist die Zwischenbaugruppe eine Kommunikations-Schnittstelle für eine Kommunikationsverbindung auf, die zur Übermittlung der Daten von der Zwischenbaugruppe zur Positionsmesseinrichtung geeignet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Zwischenbaugruppe zur Erfassung von Daten mindestens einer Peripherieeinheit und zur Übermittlung der erfassten Daten an eine Positionsmesseinrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung mit einer derartigen Zwischenbaugruppe.
Aus der JP 11-223558 ist bekannt, die Messwerte bzw. Daten eines Temperatursensors, der z.B. die Temperatur eines elektrischen Antriebes misst, zu einer Positionsmesseinrichtung zu übertragen und die Positionsdaten zusammen mit den Temperaturdaten in serieller Form über eine entsprechende Kommunikationsverbindung an eine nachgeordnete Steuereinheit zu übertragen. Die Messdaten des Temperatursensors werden hierzu in der Positionsmesseinrichtung A/D-gewandelt und für die serielle Übertragung geeignet aufbereitet. Als problematisch an einer derartigen Konfiguration ist anzusehen, dass darüber eventuell Störeinflüsse von Seiten des Tempera tursensors auf die Elektronik der Positionsmesseinrichtung und demzufolge fehlerhafte Positionsdaten resultieren.
Weitere Probleme ergeben sich, wenn außer den Daten des Temperatursensors noch weitere Daten anderer Peripherieeinheiten zur Positionsmesseinrichtung und anschließend über die serielle Kommunikationsverbindung an eine nachgeordnete Steuereinheit übertragen werden sollen, beispielsweise die Daten von Beschleunigungssensoren etc. So resultiert im Fall mehrerer derartiger Peripherieeinheiten das Problem, dass die jeweilige Positionsmesseinrichtung dann eine entsprechende Vielzahl von Schnittstellen, Steckverbindungen etc. für die weiteren Peripherieeinheiten aufweisen muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Lösung anzugeben, über die die Übertragung von Daten verschiedener Peripherieeinheiten über eine serielle Kommunikationsverbindung zwischen einer Positionsmesseinrichtung und einer Steuereinheit möglichst ungestört und mit wenig Aufwand zu bewerkstelligen ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Zwischenbaugruppe mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zwischenbaugruppe ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den von Anspruch 1 abhängigen Patentansprüchen aufgeführt sind.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, zwischen der Positionsmesseinrichtung und der mindestens einen Peripherieeinheit eine elektronische Zwischenbaugruppe anzuordnen, die in bestimmter Art und Weise ausgebildet ist. So umfasst die Zwischenbaugruppe ein oder mehrere Datenerfassungs-Schnittstellen, über die die Übertragung von Daten von ein oder mehreren Peripherieeinheiten in Richtung der Zwischenbaugruppe erfolgt. Des weiteren ist eine Kommunikations-Schnittstelle für eine Kommunikationsverbindung in der Zwischenbaugruppe vorgesehen, die zur vorzugsweise seriellen Übertragung der Daten von der Zwischenbaugruppe zur Positionsmesseinrichtung ausgebildet ist.
Die Datenerfassungs-Schnittstellen in der Zwischenbaugruppe können hierbei sowohl zur Übertragung von Analogdaten als auch zur seriellen Übertragung von Daten zwischen der Zwischenbaugruppe und den Peripherieeinheiten ausgebildet sein, je nachdem welche Art von Peripherieeinheiten vorgesehen sind.
Das Vorsehen einer derart ausgebildeten Zwischenbaugruppe bietet eine Reihe von Vorteilen. So ist zum einen eine Entkopplung zwischen der mindestens einen Peripherieeinheit und der Elektronik der Positionsmesseinrichtung gewährleistet, so dass insbesondere seitens der Elektronik keine Störeinflüsse mehr resultieren. Zum anderen muss auf Seiten der Positionsmesseinrichtung unabhängig von der Zahl und Art eventueller Peripherie-Einheiten nur noch eine Schnittstelle zur Kommunikation mit der Zwischenbaugruppe bereit gestellt werden; entsprechend geringer ist dementsprechend der Verkabelungsaufwand auch im Fall mehrerer eingesetzter Peripherieeinheiten, deren Daten in Richtung einer nachgeordneten Steuereinheit zu übertragen sind. Über die erfindungsgemäße Zwischenbaugruppe können des weiteren unterschiedlichste Peripherieeinheiten an die Positionsmesseinrichtung angebunden werden, die jeweils zeitunkritische Daten liefern, welche über die Zwischenbaugruppe und die Positionsmesseinrichtung letztlich an die nachgeordnete Steuereinheit übertragen werden. Neben verschiedensten Sensoren – beispielsweise geeignet zur Temperaturmessung – kann es sich bei derartigen Peripherieeinheiten des weiteren auch um Speicherbausteine etc. handeln, die z.B. anordnungsspezifische Daten beinhalten.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Figur.
Diese zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild einer Anordnung, bestehend aus einer Positionsmesseinrichtung 10, einer erfindungsgemäßen Zwischenbaugruppe 20, mehreren Peripherieeinheiten 31, 32, 33 und einer Steuereinheit 40. Eine derartige Anordnung kann etwa in einer Werkzeugmaschine vorgesehen sein, wobei mittels der Positionsmesseinrichtung 10 die Position eines beweglichen Teiles bestimmt werden, das über einen – nicht dargestellten – elektrischen Antrieb positioniert wird. Die derart ermittelten Positionsdaten werden zu Regelungszwecken an eine nachgeordnete Steuereinheit 40 in Form einer numerischen Werkzeugmaschinensteuerung übergeben.
Als Peripherieeinheiten 31, 32, 33 fungieren in einer derartigen Ausführungsvariante beispielsweise ein erster Temperatursensor 31, ein zweiter Temperatursensor 32 und ein Speicherbaustein 33. Über die Temperatursensoren 31, 32 werden unterschiedliche Temperaturen erfasst, etwa die Wicklungstemperatur des elektrischen Antriebs etc.; die über diese Peripherieeinheiten 31, 32 ermittelten Daten bzw. Messwerte werden nach der – noch zu erläuternden Übertragung – auf Seiten der Steuereinheit 40 zu Steuer- und Regelungszwecken in bekannter Art und Weise weiterverarbeitet.
Die in diesem Beispiel ferner vorgesehene dritte Peripherieeinheit 33 ist als Speicherbaustein ausgebildet, der z.B. entfernt von der Positionsmesseinrichtung 10 auf Seiten des Antriebes angeordnet ist und anordnungsspezifische Daten enthält, die ebenfalls von der Steuereinheit 40 weiterverarbeitet werden. Bei derartigen anordnungsspezifischen Daten kann es sich beispielsweise um Motorkenndaten etc. handeln, die zur automatisierten Inbetriebnahme des Gesamtsystems dienen.
Grundsätzlich kann es sich bei den verschiedenen Peripherieeinheiten demzufolge um Sensoren handeln, die i.w. zur Erfassung von zeitunkritischen Messgrößen ausgebildet sind, die dann in der Steuereinheit weiterverarbeitet werden. Alternativ ist an dieser Stelle wie erläutert auch der Einsatz von ein- und auslesbaren Speicherbausteinen als Peripherieeinheit möglich.
Selbstverständlich können darüber hinaus noch weitere Varianten von Peripherieeinheiten an dieser Stelle zum Einsatz kommen.
Anstelle wie bislang die Daten derartiger Peripherieeinheiten 31, 32, 33 unmittelbar der Positionsmesseinrichtung 10 zuzuführen und die Daten über die serielle Kommunikationsverbindung 50 an die Steuereinheit 40 zu übertragen, ist nunmehr der erfindungsgemäße Einsatz der elektronischen Zwischenbaugruppe 20 vorgesehen. Dieser werden wie aus der Figur ersichtlich zunächst die Daten der mindestens einen Peripherieeinheit 31, 32, 33 zugeführt, bevor diese Daten an die Positionsmesseinrichtung 10 übertragen werden.
Wie aus der Darstellung in der Figur ferner erkennbar, umfasst die erfindungsgemäße Zwischenbaugruppe 20 im vorliegenden Beispiel hierzu drei schematisiert angedeutete Datenerfassungs-Schnittstellen 21.1, 21.2, 21.3 bzw. Datenerfassungseingänge für drei Datenübertragungsverbindungen 60.1, 60.2, 60.3 zu den Peripherieeinheiten 31, 32, 33. Die Datenübertragungsverbindungen 60.1, 60.2, 60.3. sind hierbei jeweils zur Übertragung von Daten zwischen der jeweiligen Peripherieeinheit 31, 32, 33 und der Zwischenbaugruppe 20 ausgebildet. Je nach Art der Peripherieeinheit 31, 32, 33 kann die Datenübertragung zwischen der Peripherieeinheit 31, 32, 33 und Zwischenbaugruppe 20 variieren; dementsprechend unterschiedlich ist dann selbstverständlich auch die Datenerfassungs-Schnittstelle 21.1, 21.2, 21.3 der Zwischenbaugruppe 20 auszubilden. So werden etwa im Fall der als Temperatur- und Beschleunigungssensoren ausgebildeten Peripherieeinheiten 31, 32 die erzeugten Messwerte als Analogdaten an die Zwischenbaugruppe 20 übertragen; dementsprechend sind die zugehörigen Datenerfassungs-Schnittstellen 21.1, 21.2 so auszubilden, dass die Übertragung von Analogdaten zwischen den Peripherieeinheiten 31, 32 und der Zwischenbaugruppe 33 möglich ist. Im Fall der als Speicherbaustein ausgebildeten dritten Peripherieeinheit 33 dieses Beispiels ist hingegen eine serielle Übertragung von Daten zwischen dem Speicherbaustein 33 und der Zwischenbaugruppe 20 vorgesehen; entsprechend muss dann die Datenerfassungs-Schnittstelle 21.3 so ausgebildet sein, dass eine serielle Daten übertragung zwischen dem Speicherbaustein 33 und der Zwischenbaugruppe 20 möglich ist.
Die derart in die Zwischenbaugruppe 20 übertragenen Daten werden in der Zwischenbaugruppe 20 anschließend – in noch zu erläuternder Art und Weise – weiterverarbeitet und ausgangsseitig zur Übertragung über die erste serielle Kommunikationsverbindung 70 an die Positionsmesseinrichtung 10 bereit gestellt. Hierzu weist die erfindungsgemäße Zwischenbaugruppe 20 eine Kommunikations-Schnittstelle 22 für die erste Kommunikationsverbindung 70 auf, über die eine serielle Übertragung von Daten zwischen der Zwischenbaugruppe 20 und der Positionsmesseinrichtung 10 erfolgt.
Auf Seiten der Positionsmesseinrichtung 10 ist zu diesem Zweck eine erste Kommunikationsschnittstelle 12 für die erste, vorzugsweise serielle Kommunikationsverbindung 70 zur Zwischenbaugruppe 20 vorgesehen. Ferner weist die Positionsmesseinrichtung 10 eine zweite Kommunikationsschnittstelle 13 für eine zweite, ebenfalls vorzugsweise serielle Kommunikationsverbindung 50 auf, über der die Datenübertragung zwischen der Positionsmesseinrichtung 10 und der nachgeordneten Steuereinheit 40 abgewickelt wird.
Auf Seiten der Positionsmesseinrichtung 10 werden demzufolge die von der Zwischenbaugruppe übertragenen zeitunkritischen Daten der verschiedenen Peripherieeinheiten 31, 32, 33 zusammen mit den über eine Positionssignalerzeugungseinheit 11 generierten Positionsdaten in einer Signalaufbereitungseinheit 14 derart aufbereitet, dass diese in einem geeigneten seriellen Protokoll über die zweite Kommunikationsverbindung 50 zur Steuereinheit 40 übertragbar sind.
In der erfindungsgemäßen Zwischenbaugruppe 20 sind zwischen den Datenerfassungs-Schnittstellen 21.1, 21.2, 21.3 und der Kommunikations-Schnittstelle 22 in schematisierter Form eine Reihe weiterer Komponenten angedeutet, deren prinzipielle Funktion nachfolgend erläutert sei. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Art, Anzahl und Ausgestaltung dieser Komponenten je nach anzuschließenden Peripherieeinheiten durchaus variieren kann.
So umfasst im vorliegenden Beispiel die Zwischenbaugruppe 20 ferner eine A/D-Wandlereinheit 23, die zur Digitalisierung der von den beiden Peripherieeinheiten 31, 32 gelieferten Analogdaten dient.
Zur Weiterverarbeitung der in diesem Beispiel jeweils digitalisiert vorliegenden Daten der Peripherieeinheiten 31, 32, 33 ist ferner eine Signalverarbeitungseinheit 24 in der Zwischenbaugruppe 20 vorgesehen. Darüber kann beispielsweise eine geeignete Verarbeitung der Messgrößen der beiden Peripherieeinheiten 31, 32 erfolgen; hierbei kann es sich etwa um eine geeignete Filterung der gelieferten Temperaturdaten handeln, eine Signalüberwachung incl. Alarmgenerierung etc.
Ebenfalls schematisiert ist in der Figur auf Seiten der Zwischenbaugruppe ferner noch eine Signalaufbereitungseinheit 25 angedeutet, die im wesentlichen für die Aufbereitung der von den Peripherieeinheiten 31, 32, 33 gelieferten bzw. übertragenen Daten zur seriellen Übertragung über die Kommunikations-Schnittstelle 22 sorgt.
Im Fall der ersten seriellen Kommunikationsverbindung 70 zwischen der erfindungsgemäßen Zwischenbaugruppe 20 und der Positionsmesseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine sog. I²C-Schnittstelle handeln. Die gleiche Schnittstellenarchitektur kann im übrigen auch vorteilhafterweise im Fall der seriellen Datenübertragungsverbindung 60.3 zwischen der Zwischenbaugruppe 20 und der als Speicherbaustein ausgebildeten Peripherieeinheit 33 vorgesehen werden. Grundsätzlich können an dieser Stelle jedoch auch weitere bekannte serielle Schnittstellenarchitekturen zum Einsatz kommen.
Bei der zweiten seriellen Kommunikationsverbindung 50 zwischen der Positionsmesseinrichtung 10 und der nachgeordneten Steuereinheit 40 kann es sich beispielsweise um eine Schnittstellenarchitektur auf Ethernet-Basis handeln, über die der Datentransfer abgewickelt wird. Grundsätzlich kommen an dieser Stelle jedoch auch andere bekannte serielle Schnittstellen-Architekturen in Betracht.
Alternativ zur in der Figur dargestellten Anordnung aus Positionsmesseinrichtung, Zwischenbaugruppe und Steuereinheit gibt es grundsätzlich auch andere Anordnungsvarianten. Beispielsweise wäre es auch möglich, die erfindungsgemäße Zwischenbaugruppe zwischen Steuereinheit und Positionsmesseinrichtung anzuordnen. Die von den Peripherieeinheiten gelieferten Daten werden über die Datenerfassungs-Schnittstellen der Zwischenbaugruppe zunächst in die Zwischenbaugruppe übertragen und dann über die Kommunikations-Schnittstelle in die Positionsmesseinrichtung. Dort werden diese Daten zusammen mit den Positionsdaten zur seriellen Übertragung an die Steuereinheit aufbereitet und über die Zwischenbaugruppe schließlich an die Steuerereinheit übertragen. In diesem Fall wäre es zudem denkbar, in der Zwischenbaugruppe eine Spannungsversorgung für die Positionsmesseinrichtung unterzubringen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung existieren somit neben dem erläuterten Ausführungsbeispiel vielfältige weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten.

Claims

Elektronische Zwischenbaugruppe (20) zur Erfassung von Daten mindestens einer Peripherieeinheit (31, 32, 33) und zur Übermittlung der erfassten Daten an eine Positionsmesseinrichtung (10), wobei die Zwischenbaugruppe (20) – mindestens eine Datenerfassungs-Schnittstelle (21.1, 21.2, 21.3) für eine Datenübertragungsverbindung (60.1, 60.2, 60.3) umfasst, die zur Übertragung von Daten von der Peripherieeinheit (31, 32, 33) in Richtung der Zwischenbaugruppe (20) ausgebildet ist und ferner – eine Kommunikations-Schnittstelle (22) für eine erste Kommunikationsverbindung (70) umfasst, die zur Übertragung der Daten von der Zwischenbaugruppe (20) zur Positionsmesseinrichtung (10) ausgebildet ist.
Elektronische Zwischenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Datenerfassungs-Schnittstelle (21.1, 21.2) zur Übertragung von Analogdaten zwischen der Peripherieeinheit (31, 32) und der Zwischenbaugruppe (20) ausgebildet ist.
Elektronische Zwischenbaugruppe nach Anspruch 2, die ferner eine A/D-Wandlereinheit (23) zur Digitalisierung der von der Peripherieeinheit (31, 32) übertragenen Analogdaten umfasst.
Elektronische Zwischenbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner eine Signalverarbeitungs-Einheit (24) zur Verarbeitung der von der Peripherieeinheit (31, 32, 33) übertragenen Daten umfasst.
Elektronische Zwischenbaugruppe nach Anspruch 1, die ferner eine Signalaufbereitungs-Einheit (25) umfasst, die für Aufbereitung der von den Peripherieeinheiten (31, 32, 33) übertragenen Daten zur seriellen Übertragung über die Kommunikations-Schnittstelle (22) geeignet ist.
Elektronische Zwischenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Datenerfassungs-Schnittstelle (21.3) zur seriellen Übertragung von Daten zwischen der Peripherieeinheit (33) und der Zwischenbaugruppe (20) ausgebildet ist.
Elektronische Zwischenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschnittstelle (22) zur seriellen Übertragung von Daten über die erste Kommunikationsverbindung (70) ausgebildet ist.
Anordnung, bestehend aus einer elektronischen Zwischenbaugruppe (20) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, einer Positionsmesseinrichtung (10) und mindestens einer Peripherieeinheit (31, 32, 33), wobei die Zwischenbaugruppe (20) und die Peripherieeinheit (31, 32, 33) über die Datenübertragungsverbindung (60.1, 60.2, 60.3) miteinander verbunden sind und die Zwischenbaugruppe (20) und die Positionsmesseinrichtung (10) über die erste Kommunikationsverbindung (70) miteinander verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Peripherieeinheit (31, 32) als Sensor zur Erfassung von zeitunkritischen Messgrößen ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Peripherieeinheit (31) als Temperatursensor ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Peripherieeinheit (33) als Speicherbaustein ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 11, wobei im Speicherbaustein spezifische Daten der Anordnung abgelegt sind.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Positionsmesseinrichtung (10) über eine zweite serielle Kommunikationsverbindung (50) mit einer Steuereinheit (40) verbunden ist.
Positionsmesseinrichtung, geeignet für eine Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Positionsmesseinrichtung (10) eine erste Kommunikations-Schnittstelle (12) für die erste Kommunikationsverbindung (70) zur Zwischenbaugruppe aufweist.
Positionsmesseinrichtung nach Anspruch 14, wobei die Positionsmesseinrichtung ferner eine zweite Kommunikations-Schnittstelle (13) für die zweite Kommunikationsverbindung (50) zur Steuereinheit (40) aufweist.