DE19808103A1 - Timersynchronisiervorrichtung und Initialisierungsverfahren zur Verwendung in einem ringförmigen Kommunikationspfad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Timersynchronisiervorrichtung und ein Initialisierungsverfahren zur Verwendung in einem Kommunikationssystem. Genauer gesagt, kann die erfindungsge­ mäße Timersynchronisiervorrichtung Timer von mit einem ringförmigen Kommunikationspfad verbundenen Unterstationen genau synchronisieren.

Herkömmlicherweise werden jeweilige, mit einem ringförmigen Kommunikationspfad verbundene Timer unter Verwendung eines speziellen Kommunikationsrahmens synchronisiert. Im folgen­ den wird ein derartiges Beispiel beschrieben. Bei diesem Beispiel werden Timer an einem ringförmigen Kommunikations­ pfad gemäß den SERCOS-Regelungen synchronisiert.

Fig. 6 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen ringförmigen Kommunikationspfads, der eine Hauptstation 64 und Untersta­ tionen 61, 62, 63 enthält. Die Hauptstation 64 gibt zur Ti­ mersynchronisierung einen speziellen, als Sync-Telegramm bezeichneten Kommunikationsrahmen aus. Der Rahmen wird als erstes durch die Unterstation 61 empfangen, die dann ihren eigenen Timer 66 entsprechend dem empfangenen Rahmen korri­ giert. Die Unterstation 61 gibt den empfangenen Rahmen auch an die folgende Station weiter, so daß die Unterstation 62 den verzögerten Rahmen empfängt und ihren eigenen Timer 67 entsprechend korrigiert.

Auf diese Weise empfangen jeweilige, mit dem ringförmigen Kommunikationspfad 65 verbundene Unterstationen aufeinander­ folgend den speziellen Rahmen, und sie korrigieren ihre Ti­ mer. Dieser gesamte Prozeß zur Timersynchronisierung ist dann abgeschlossen, wenn der Timerkorrekturvorgang durch die letzte angeschlossene Unterstation 63 abgeschlossen ist. Es ist zu beachten, daß der Zeitpunkt, zu dem die jeweiligen Unterstationen den speziellen Rahmen empfangen, immer mehr verzögert ist, wenn der Rahmen die weiter hinten angeschlos­ senen Stationen am Pfad erreicht, und zwar infolge des Wei­ terleitungsprozesses für den Rahmen an jeder Unterstation. Da die Verzögerung für jede Unterstation durch Einstellen einer Übertragungsverzögerung von 0,5 bis 1,5 Takten mini­ miert ist, kann die Fehlübereinstimmung zwischen den jewei­ ligen Timern unkorrigiert bleiben.

Als nächstes wird ein anderes Beispiel unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Bei diesem Beispiel wird Timersynchroni­ sierung dadurch mit verbesserter Übertragungsgenauigkeit er­ zielt, daß ein Verfahren verwendet wird, das einen Kommunikationsrahmen-Austauschprozeß beinhaltet. "Austauschen eines Kommunikationsrahmens" bezeichnet das Austauschen eines Teils eines Kommunikationsrahmens, oder des ganzen, wie über einen ringförmigen Kommunikationspfad 5 übertragen, durch Übertragungsdaten 55 an der Ziel-Unterstation.

Nachfolgend wird ein Ablauf beschrieben, durch den Untersta­ tionen einen Kommunikationsrahmen empfangen.

Eine Zielerkennungsschaltung 53 empfängt einen Kommunikati­ onsrahmen beginnend mit dessen führenden Bits. Dann ver­ gleicht die Schaltung 53 die Zieladresse des Rahmens mit der Adresse der eigenen Station, wie sie in einem Speicher 54 für die eigene Adresse abgespeichert ist, wenn die Schaltung 53 die Zieladresse liest, um zu erkennen, ob die empfangene Rahmenadresse diejenigen der eigenen Station als Zielstation ist oder nicht. Wenn der Rahmen diese Station adressiert, wird der Kommunikationsrahmen an eine Kommunikationsrahmen- Austauschschaltung 52 geliefert. Falls es nicht der Fall ist, wird der Rahmen an eine Weiterleitungsschaltung 51 ge­ liefert. Jeder Kommunikationsrahmen, einschließlich eines Rahmens zur Timersynchronisierung, wird diesem Zielerkennungsprozeß in jeder Unterstation, unabhängig vom Ziel, un­ terzogen. D. h., daß die Rahmenübertragung aufgrund dieses Prozesses immer verzögert ist (nachfolgend wird diese Verzö­ gerungszeit als Weiterleitungs-Verarbeitungszeit bezeich­ net). Die Weiterleitungs-Verarbeitungszeiten, wie sie in jeder Station verursacht werden summieren sich auf, wenn ein Rahmen durch die jeweiligen Unterstationen am Pfad läuft, die die Weiterleitungsverarbeitung ausführen.

Die aufsummierte Weiterleitungs-Verarbeitungszeit führt bei einem System wie einer Werkzeugmaschine, deren Motoren unter Verwendung dieses Verfahrens gesteuert werden, zu einem Pro­ blem. Es können nämlich die Bezugszeiten für die jeweiligen Motoren aufgrund der Weiterleitungs-Verarbeitungszeit nicht übereinstimmen, und zwar in der Größenordnung von einigen wenigen µs für jede Station, und dies kann ferner dazu füh­ ren, daß ein derartiges System einen ungenauen Nachlauf zeigt. Wenn z. B. eine Weiterleitungs-Verarbeitungszeit von 6 µs angenommen wird und die Vorschubgeschwindigkeit jedes Motors 20 m/Min. beträgt, summiert sich der Gesamteinfluß der Verzögerung über das System auf 2 µm auf.

Wie oben beschrieben, kann das herkömmliche Timersynchroni­ sierverfahren keine genaue Timersynchronisierung erzielen, da eine Verzögerung durch die Übertragungszeit vorhanden ist, und demgemäß kann es zwischen jeweiligen Unterstationen an einem ringförmigen Kommunikationspfad keine genaue zeit­ liche Synchronisierung erzielen. Daher werden Übertragungs­ inhalte zwischen der Hauptstation und den Unterstationen fehlerhaft, wenn eine Hauptstation und Unterstationen so miteinander verbunden sind, daß ein Kommunikationsrahmen zwischen den Stationen mit heikler zeitlicher Lage auf Grundlage von Timern übertragen wird, die unter Verwendung des herkömmlichen Verfahrens synchronisiert wurden. Darüber hinaus ist die zeitliche Verzögerung in weiter hinten ange­ schlossenen Unterstationen entlang dem Pfad um so größer, je größer die Anzahl der mit ihm verbundenen Unterstationen ist. Daraus ergibt sich, daß ein herkömmliches Timersyn­ chronisierverfahren, bei dem eine Verzögerung aufgrund der Übertragungszeit unkorrigiert bleibt, zur Verwendung bei einem ringförmigen Kommunikationspfad ungeeignet ist, der sorgfältige zeitliche Genauigkeit erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Timersynchro­ nisiervorrichtung und ein Initialisierungsverfahren zu schaffen, durch die jeweilige Timer einer Hauptstation und von Unterstationen, die durch einen ringförmigen Kommunika­ tionspfad miteinander verbunden sind, ohne Beeinflussung durch eine Verzögerung durch die Kommunikationszeit synchro­ nisiert werden können.

Diese Aufgabe ist hinsichtlich der Vorrichtung durch An­ spruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch Anspruch 2 gelöst. Anspruch 3 betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens.

Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind besonders bei einem System von Nutzen, das ein Verfahren un­ ter Verwendung eines Austauschprozesses von Kommunikations­ rahmen beinhaltet und demgemäß eine größere Rahmen-Übertra­ gungsverzögerung als andere Systeme verursacht, wie z. B. ein SERCOS-System, das keinen derartigen Prozeß verwendet.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsge­ mäße Verfahren können die Timer der Hauptstation und der Unterstationen, die über einen ringförmigen Kommunikations­ pfad verbunden sind, genau synchronisiert werden, wenn die Unterstationen einen speziellen Kommunikationsrahmen zur Timersynchronisierung empfangen. Dies läßt sich selbst dann realisieren, wenn die Rahmenübertragung zwischen der Haupt­ station und den Unterstationen Austauschprozesse für Kommu­ nikationsrahmen beinhaltet, da die Übertragungs-Verzöge­ rungszeit für jede Unterstation individuell definiert ist, so daß jede Unterstation ihren eigenen Timer entsprechend einem Ausmaß korrigieren kann, das auf der Übertragungs-Ver­ zögerungszeit beruht.

Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Timersynchronisiervorrichtung und eines Initialisierungsverfahrens zeigt;

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Ini­ tialisierungsverfahren;

Fig. 3 ist ein Flußdiagramm zum Betrieb einer Hauptstation gemäß dem erfindungsgemäßen Initialisierungsverfahren;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm zum Betrieb einer Unterstation gemäß dem erfindungsgemäßen Initialisierungsverfahren;

Fig. 5 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Kommunikati­ onssteuerung einer Unterstation zeigt; und

Fig. 6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines ringförmigen Kommunikationspfads zeigt, in dem ein herkömmliches Verfah­ ren verwendet wird.

Gemäß den Fig. 1 und 2 gibt eine Hauptstation 4 einen Kommu­ nikations-Rücksetzbefehl zum Rücksetzen von Kommunikations­ steuerungen 14, 15, 16 jeweiliger Unterstationen 1, 2, 3 aus (Schritt 1). Es ist zu beachten, daß dieser Befehl nicht zur Timersynchronisierung zwischen der Hauptstation 4 und den Unterstationen 14, 15, 16 dient. Wenn die mit dem ring­ förmigen Kommunikationspfad 5 verbundenen Unterstationen 1, 2, 3 den Befehl empfangen, erhalten sie dieselbe Anfangs- Kommunikationsadresse, die sie in ihrem jeweiligen Adressen­ speicher aufzeichnen.

Anschließend stellt die Hauptstation 4 eine Unterstations- Verbindungsnummer ein (Schritt 2) und beginnt mit dem Ini­ tialisieren der Unterstation (Schritt 3).

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 eine Entsprechung hinsichtlich der Initialisierung zwischen der Hauptstation und den Unterstationen im einzelnen beschrie­ ben.

Nach dem Einstellen einer anfänglichen Zieladresse gibt die Hauptstation 4 einen Kommunikationsrahmen aus, der Daten zu einer Timer-Korrekturzeit enthält (Schritt 11). Die erste am ringförmigen Kommunikationspfad 5 angeschlossene Unterstati­ on, also die Unterstation 1, empfängt den Kommunikationsrah­ men (12), und sie stellt die Timer-Korrekturzeit in ihrem eigenen Timer-Korrekturabschnitt 10 so ein, daß ihr eigener Timer 6 korrigiert wird, wenn sie einen speziellen Kommuni­ kationsrahmen zur Timersynchronisierung empfängt (Schritt 13). Dann gibt die Unterstation 1 einen Kommunikationsrahmen an die Hauptstation 4 aus, der Daten zu einer Übertragungs- Verzögerungszeit enthält, bestehend aus der Timer-Korrektur­ zeit und einer Verzögerungszeit, wie sie in der Unterstation 1 auf Grund eines Weiterleitungsprozesses für den Kommunika­ tionsrahmen an die folgende Station verursacht wird (Schritt 14).

Nachdem die Hauptstation 4 diesen Rahmen mit Daten zur Über­ tragungs-Verzögerungszeit empfangen hat (Schritt 15), spei­ chert sie die Daten zur Übertragungs-Verzögerungszeit in ih­ rem Abschnitt 13 für Initialisierungsdaten ein (Schritt 16). Dann gibt die Hauptstation 4 einen Kommunikationsrahmen aus, der eine Kommunikationsadresse für die Unterstation 1 ent­ hält, die verschieden vom anfänglichen Wert der Kommunikati­ onsadresse ist (Schritt 17). Nachdem die Unterstation 1 die­ sen Kommunikationsrahmen empfangen hat (Schritt 18), stellt sie die Kommunikationsadresse in ihrem Adressenspeicher 54 unter Bezugnahme auf den Inhalt des empfangenen Rahmens ein (Schritt 19), und sie sendet einen Kommunikationsrahmen an die Hauptstation 4, wobei sie die neu eingestellte Kommuni­ kationsadresse als Adresse der Quellenstation verwendet (Schritt 20).

Wenn die Hauptstation 4 diesen Kommunikationsrahmen empfängt (Schritt 21), prüft sie die Kommunikationsstationsadresse (Schritt 22), und dadurch ist eine Reihe von Initialisie­ rungsprozessen hinsichtlich der Unterstation 1 abgeschlossen (Schritt 24). Die Unterstation 1 verwendet beim nächsten Übertragungsvorgang die neu eingestellte Kommunikations­ adresse.

Es ist zu beachten, daß die Hauptstation 4 die Anschlußfolge kennt, die einer Folge von Anschlußnummern der Unter­ stationen entspricht, und daß sie die Kommunikationsadresse der Unterstation 1 unter Bezugnahme auf die Daten im Ab­ schnitt 13 für die Initialisierungsdaten erfährt. Wenn eine fehlerhafte Kommunikationsadresse erkannt wird, gibt die Hauptstation 4 Fehleranzeigedaten aus (Schritt 23).

Nachdem die Unterstation 1 initialisiert ist, startet die Hauptstation 4 das Initialisieren der Unterstation 2 unter Verwendung desselben Verfahrens, wie es oben angegeben ist. Bei dieser Initialisierung verwendet die Hauptstation 4 die durch die Unterstation 1 mitgeteilte und im Abschnitt 13 für Initialisierungsdaten abgespeicherte Übertragungs-Verzöge­ rungszeit als Timer-Korrekturzeit für die Unterstation 2. Ein von der Hauptstation 4 ausgegebener Kommunikationsrahmen wird nun nicht in die Unterstation 1, die zu diesem Zeit­ punkt initialisiert ist und eine Kommunikationsadresse er­ halten hat, aufgenommen, sondern nur weitergeleitet, und er wird statt dessen durch die Unterstation 2 empfangen. Nach­ dem die Unterstation 2 entsprechend initialisiert wurde, in­ formiert sie die Hauptstation 4 über die neue Übertragungs- Verzögerungszeit, die der Summenwert aus der von der Unter­ station 1 an die Hauptstation 4 mitgeteilten Übertragungs- Verzögerungszeit und der Verzögerungszeit ist, wie sie in der Unterstation 2 in Verbindung mit dem Weiterleiten des Kommunikationsrahmens auftritt.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, initialisiert die Haupt­ station 4 die restlichen Unterstationen auf dieselbe Weise wie oben angegeben in fortlaufender Weise, wobei der Anschlußreihenfolge gefolgt wird, bis die letzte angeschlos­ sene Station initialisiert ist. Nun weiß die Hauptstation 4 um den Abschluß des gesamten Initialisierungsprozesses (Schritt 5), wenn sie selbst einen Kommunikationsrahmen emp­ fängt, der Daten zu einer Timer-Korrekturzeit enthält, wie sie an die Hauptstation 4 zurückgeliefert wurde, ohne daß ein Empfang durch irgendeine der Unterstationen erfolgte.

Nachdem alle Unterstationen am ringförmigen Kommunikations­ pfad initialisiert sind (Schritt 7), kann die Hauptstation 4 die Anzahl der an den Pfad angeschlossenen Unterstationen wie auch deren Anschlußfolge und die Kommunikationsadressen unter Bezugnahme auf die Daten im Abschnitt 13 für Initiali­ sierungsdaten erkennen.

Es ist zu beachten, daß dann, wenn während des Initialisie­ rungsprozesses ein Fehler auftritt, derselbe nach Abschluß des gesamten Initialisierungsprozesses angezeigt wird (Schritt 8), anstatt daß der Prozeß zum Anzeigen jedes auftretenden Fehlers unterbrochen wird.

Wenn alle Unterstationen am Pfad anschließend einen speziel­ len Rahmen zur Timersynchronisierung empfangen, wird eine Fehlübereinstimmung zwischen den jeweiligen Timern 6, 7, 8 unter Verwendung der jeweiligen Timer-Korrekturzeiten korri­ giert, wie sie beim Initialisierungsvorgang in die Timer- Korrekturabschnitte 10, 11, 12 eingetragen wurden, wodurch diese Timer 6, 7, 8 synchronisiert sind.

Wie oben beschrieben, können durch die erfindungsgemäße Ti­ mersynchronisiervorrichtung und das erfindungsgemäße Initia­ lisierungsverfahren die Timer von einer Hauptstation und von Unterstationen, die alle an einen ringförmigen Kommunikati­ onspfad angeschlossen sind, trotz einer Übertragungs-Verzö­ gerungszeit synchronisiert werden, und die Timer können selbst bei Verwendung eines Übertragungsverfahrens genau synchronisiert werden, was einen Austauschprozeß für Kommu­ nikationsrahmen umfaßt.

Claims (3)

1. Timersynchronisiervorrichtung zum Synchronisieren von Timern jeweiliger Unterstationen (1, 2, 3), die mit einem ringförmigen Kommunikationspfad (5) verbunden sind, unter Verwendung eines speziellen Kommunikationsrahmens, gekenn­ zeichnet durch:

• - eine Erkennungseinrichtung (17), die in einer Hauptstation (4) vorhanden ist, um die Anzahl der mit dem ringförmigen Kommunikationspfad verbundenen Unterstationen und ihre Anschlußreihenfolge zu erkennen;
• - eine Mitteilungseinrichtung (17), die in der Hauptstation untergebracht ist, um den Unterstationen Übertragungs-Verzö­ gerungszeiten abhängig von der Anschlußreihenfolge mitzu­ teilen; und
• - eine Korrektureinrichtung (10, 11, 12), die in den Unter­ stationen vorhanden ist, um eine Zeitdifferenz in Zusammen­ hang mit der Timersynchronisierung zwischen dem Timer der Hauptstation und dem jeweiligen Timer einer Unterstation zu korrigieren.

2. Verfahren, gekennzeichnet durch das Initialisieren von Kommunikationsadressen von mit einem ringförmigen Kommunika­ tionspfad verbundenen Unterstationen, um Timer der Untersta­ tionen unter Verwendung eines speziellen Kommunikationsrah­ mens zu synchronisieren, mit:

• - einem Schritt, in dem eine Hauptstation die Anzahl von mit dem ringförmigen Kommunikationspfad verbundenen Unterstatio­ nen und deren Anschlußreihenfolge erkennt;
• - einem Schritt, in dem die Hauptstation den Unterstationen Übertragungs-Zeitverzögerungen abhängig von der Anschlußreihenfolge mitteilt; und
• - einem Schritt, in dem die Unterstationen eine Zeitdiffe­ renz korrigieren, wie sie hinsichtlich der Synchronisierung zwischen dem Timer der Hauptstation und dem jeweiligen Timer einer Unterstation besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Schritt, in dem die Hauptstation die Übertragungs-Verzöge­ rungszeiten berechnet, um diese den Unterstationen mitzutei­ len, und zwar auf Grundlage eines Summenwerts jeweiliger Übertragungs-Verzögerungszeiten, über die die Unterstationen die Hauptstation bei der Initialisierung einzeln informie­ ren.