DE4342377A1 - Anordnung zur seriellen Datenübertragung einer Positionsmeßeinrichtung - Google Patents

Anordnung zur seriellen Datenübertragung einer Positionsmeßeinrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur seriellen Datenübertragung einer Positionsmeßeinrichtung ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der EP-0 171 579 31 ist eine derartige Anord­ nung bekannt. Die Positionsmeßwerte der Positions­ meßeinrichtung werden synchron zu einem von einer Verarbeitungseinheit vorgegebenen Takt an diese Verarbeitungseinheit übertragen.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist vor allem, daß die Verarbeitungseinheit vom Anwender aufwendig an die spezifischen Parameter der Positionsmeßeinrich­ tung angepaßt werden muß. So ist beispielsweise die Paktanzahl, die zur vollständigen Übertragung eines Positionsmeßwertes erforderlich ist, abhängig von der Auflösung der Positionsmeßeinrichtung. Bisher wurde von der Verarbeitungseinheit eine feste Takt­ anzahl (z. B. 13) vorgegeben. Wird nun eine Positionsmeßeinrichtung mit geringer Auflösung (z. B. 5 Bit) eingesetzt, dann werden trotzdem die 13 Takte zur Meßwertübertragung verwendet. Es ist ersichtlich, daß dabei unnötige Übertragungszeit verbraucht wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anpassung der Verarbeitungseinheit an spezifische Parameter der Positionsmeßeinrichtung zu optimieren und den Aufwand an Übertragungsleitungen zwischen der Positionsmeßeinrichtung und der Verarbeitungs­ einheit zu minimieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des An­ spruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.
Die besonderen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die spezifischen Parameter der Positionsmeßein­ richtung selbständig von der Verarbeitungseinheit übernommen werden können, wobei zur Übertragung dieser Parameter die gleichen Leitungen verwendet werden, die bereits zur Meßwertübertragung vorhan­ den sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert:
Es zeigen
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Anordnung zur seriellen Daten­ übertragung einer Winkelmeßein­ richtung,
Fig. 2 ein Übertragungsprotokoll zur Parameterübertragung,
Fig. 3 schematisch die Abfolge der synchron seriellen Datenüber­ tragung in einem Impuls-Zeit- Diagramm und
Fig. 4 eine Schaltung zur bidirektiona­ len Datenübertragung.
In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine absolute Winkelmeßeinrichtung 1 darge­ stellt, die die jeweilige Winkelstellung als Bi­ när-Datenwort, vorzugsweise im Gray-Code an eine Verarbeitungseinheit 4 überträgt. Durch bekannte lichtelektrische Abtastung einer Codescheibe werden von einer Abtasteinrichtung 10 analoge Abtastsigna­ le erzeugt, die einem Baustein 2 zugeführt werden. In diesem Baustein 2 werden die Abtastsignale ver­ stärkt und in Digitalsignale umgewandelt. Der Bau­ stein 2 kann auch zur Korrektur der Analog- oder Digitalsignale dienen, ebenso können Berechnungen durchgeführt werden, wie sie beispielsweise in der DE 27 58 525 31 oder der DE 29 38 318 C3 beschrie­ ben sind.
Die Positionsmeßeinrichtung 1 wird nachfolgend auch nur als Meßsystem bezeichnet.
Der digitalisierte Positionsmeßwert wird einem Pa­ rallel/Serien-Wandler 3 als Ausgabebaustein zuge­ führt, der gesteuert von einer Taktimpulsfolge der Verarbeitungseinheit 4 die einzelnen Bits des den Positionsmeßwert bestimmenden Datenwortes seriell über eine Datenleitung 5 an die Verarbeitungsein­ heit 4 sendet. Zur Übertragung der Taktimpulse ist eine Taktleitung 6 vorgesehen. Die Übertragung des Meßwertes erfolgt mittels einer retriggerbaren Zeitstufe 7, wie in der EP 0 171 579 B1 ausführlich erläutert ist.
Das Besondere an der neuen Anordnung gemäß der Er­ findung ist die bidirektionale Datenübertragung auf einer Datenleitung 5. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, werden von der Verarbeitungseinheit 4 Befehle einem Speicher 8 zugeführt, der den Befehl deko­ diert und die Positionsmeßeinrichtung 1 veranlaßt, den entsprechenden Befehl auszuführen. Dieser Be­ fehl ist im Beispiel ein Datenwort aus drei Status­ bits S0, S1 und S2. Im Beispiel sind acht Statusbe­ fehle A bis H angegeben. Nachfolgend werden diese Befehle und ihre Auswirkung beschrieben.
1. Statusbefehl A
Wird von der Verarbeitungseinheit 4 das Datenwort A an die Positionsmeßeinrichtung 1 über die Datenlei­ tung 5 gesendet, bedeutet dies, daß die Meßeinrich­ tung 1 damit aufgefordert wird, Meßwerte an die Verarbeitungseinheit 4 zu senden. Das Übertragungs­ protokoll hierzu ist in Fig. 3 dargestellt und wird später ausführlich beschrieben.
2. Statusbefehl B
Die Meßeinrichtung 1 beinhaltet einen Speicher 9, in dem Parameter der Meßeinrichtung 1 abgelegt wer­ den können. Weitere Speicher oder Speicherbereiche können für Korrekturwerte vorgesehen werden. Ebenso ist es möglich, im Speicher 9 einen Bereich vorzu­ sehen, in dem der Anwender spezifische Anwenderpa­ rameter, z. B. Motordaten ablegt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Speicher 9 derart auf­ geteilt ist, daß der Bereich mit den Parametern des Meßsystemes 1 nur vom Meßsystemhersteller beschrie­ ben werden kann, und ein weiterer Bereich für den Anwender frei zugänglich (beschreibbar und lesbar) ist. Der Bereich mit den Parametern des Meßsystem­ herstellers kann wiederum aufgeteilt sein, und zwar in einen Bereich der vom Anwender lesbar und einen Bereich, der ausschließlich vom Meßsystemhersteller lesbar ist.
Wie in Fig. 2 ersichtlich, wird nach dem Befehl B ein 16 Bit Datenwort von der Verarbeitungseinheit 4 zum Meßsystem 1 gesendet, um einen Bereich des Speichers 9 auszuwählen.
3. Statusbefehl C
Ist mit dem Befehl 3 ein bestimmter Speicherbereich angewählt, wird mit diesem Befehl C der Meßeinrich­ tung 1 mitgeteilt, daß nachfolgend unter einer be­ stimmten Adresse Parameter dem Meßsystem 1 zuge­ führt werden. Das heißt, daß nach diesem Statusbe­ fehl C zuerst die Adresseninformation, unter der die Parameter abzuspeichern sind, und nachher die Parameterinformation von der Verarbeitungseinheit 4 über die Datenleitung 5 der Meßeinrichtung 1 zuge­ führt werden.
4. Statusbefehl D
Ist mit dem Befehl B ein bestimmter Speicherbereich angewählt, wird mit diesem Befehl D der Meßeinrich­ tung 1 mitgeteilt, daß die Verarbeitungseinheit 4 das Senden von abgespeicherten Parametern der Meß­ einrichtung 1 erwartet. Von der Verarbeitungsein­ heit 1 wird zusätzlich die Adresse angegeben, wo diese Parameter in der Meßeinrichtung 1 abge­ speichert sind.
5. Statusbefehl E
Mit diesem Befehl E können vorgegebene Bereiche des Speichers 9 auf Veranlassung der Verarbeitungsein­ heit 4 gelöscht werden.
6. Statusbefehle F bis H
Diese Befehle sind vorteilhaft zum Testen der Meß­ einrichtung 1 reserviert. Somit ist es beispiels­ weise möglich, daß ein Meßsystem 1 mit Fehlerüber­ wachung über weite Entfernungen getestet und der Fehler diagnostiziert werden kann. Beispielsweise kann nach dem Befehl F der Verarbeitungseinheit 4 unter einer vorgegebenen Adresse eines Speicherbe­ reiches des Speichers 9 nachgesehen werden, ob dort eine Fehlermeldung abgespeichert ist. Diese Fehler­ meldung wird nachfolgend vom Meßsystem 1 zur Verar­ beitungseinheit 4 über die Datenleitung 5 gesendet.
In Fig. 2 ist das Übertragungsprotokoll der Para­ meterübertragung dargestellt. Es ist ersichtlich, daß in der Zeit, in der die Statusbits, die Adres­ sen sowie die Parameter von der Verarbeitungsein­ heit 4 gesendet werden, der Empfänger 11 im Meß­ system 1 aktiv und der Sender 12 im Meßsystem 1 inaktiv ist. Ebenso ist ersichtlich, daß die über­ tragenen Daten bei den Befehlen B und C durch zu­ rücksenden dieser Daten an die Verarbeitungseinheit 4 quittiert werden. Wird in der Verarbeitungsein­ heit 4 festgestellt, daß sich die gesendeten Daten von den empfangenen Daten unterscheiden, wird die Übertragung wiederholt. Vom Meßsystem 1 wird außer den Daten noch ein 8 bit CRC übertragen. CRC be­ deutet cyclic redundance check, dieses Datenwort wird durch eine bekannte Verknüpfung der Datenbits gewonnen. Diese Übertragung des CRC ermöglicht der Verarbeitungseinheit 4 eine Überprüfung, ob die Datenübertragung fehlerfrei erfolgt ist.
In Fig. 1 ist mit 13 der Sender und mit 14 der Empfänger der Verarbeitungseinheit 4 bezeichnet. Ebenso ist ersichtlich, daß der Taktgeber 15 in der Verarbeitungseinheit 4 untergebracht ist. Die Ver­ arbeitungseinheit 4 ist vorzugsweise eine NC-Steue­ rung. Zum besseren Verständnis sind in Fig. 1 für die Datenleitung 5 zwei Wege eingezeichnet. Gemäß der Erfindung werden die Daten in beiden Richtungen aber auf der gleichen Leitung 5 übertragen, wie auch in Fig. 4 im Detail dargestellt ist.
In Fig. 3 ist das Impulsdiagramm zur Übertragung des Meßwertes der Meßeinrichtung 1 dargestellt. Während des Ruhezustandes ist die Datenleitung 5 auf LOW. Von der Verarbeitungseinheit 4 ist daher erkennbar, daß es sich bei der angeschlossenen Po­ sitionsmeßeinrichtung 1 um die erfindungsgemäße Anordnung handelt, da die Datenleitung im Ruhezu­ stand bei einer Anordnung gemäß der EP 0 171 579 B1 auf HIGH ist.
Bei der ersten negativen Taktflanke werden die Ana­ logwerte der Abtasteinrichtung 10 in den Baustein 2 abgespeichert. Wenn die erforderlichen Berechnungen im Baustein 2 abgeschlossen sind, was durch die Rechenzeit tc angegeben ist, wird von der Meßeinrichtung 1 ein Startsignal in Form eines Startbits an die Verarbeitungseinheit 4 gegeben, und zwar synchron zu einer positiven Taktflanke. Die Zeit tc ist variabel und abhängig vom Umfang der Berechnungen.
Nach dem Startbit wird ein Alarmbit übertragen. Das Alarmbit meldet eine Fehlfunktion der Meßeinrich­ tung 1 an die Verarbeitungseinheit 4. Eine Fehler­ meldung wird dann abgegeben, wenn im Speicher 9 eine Fehlermeldung abgespeichert ist.
Mit der nachfolgenden positiven Taktflanke werden die am Parallel-Serien-Wandler 3 anstehenden Daten­ bits des Meßwertes seriell vom Sender 12 zur Daten­ leitung 5 zur Verarbeitungseinheit 4 übertragen. Die Länge des Meßwertes, das heißt, die notwendige Taktanzahl wurde der Verarbeitungseinheit 4 vor der Übertragung als Parameter aus dem Speicher 9 mitge­ teilt. Zur Überprüfung der Meßwertübertragung wird zusätzlich ein CRC (cyclic redundance check) über­ tragen. Die Bildung eines CRC ist aus der Datenver­ arbeitung bekannt.
Nach einer bestimmten Zeit tm erfolgt erneut eine Meßwertspeicherung und Übertragung. Dabei wird wieder während der Rechenzeit tc die Statusinforma­ tion von der Verarbeitungseinheit 4 an die Meßein­ richtung 1 gesendet.
Soll in möglichst kurzer Zeit wieder ein Meßwert übertragen werden, ist es auch möglich die Be­ triebsweise nach dem unteren Diagramm "durchlaufen­ der Takt" zu wählen. Dabei wird die Wartezeit tm sowie die Zeit zur Übertragung der Statusinforma­ tion eingespart. Die zuletzt übertragene Statusinformation wird in der Verarbeitungseinheit 4 als aktuelle Statusinformation herangezogen.
Damit die Anordnung zur seriellen Übertragung für möglichst viele Meßeinrichtungen einsetzbar ist, sind zusätzlich zu der Datenleitung 5 und Taktlei­ tung 6 noch weitere Leitungen 16 zur Übertragung von analogen oder binären Zählsignalen einer inkre­ mentalen Positionsmeßeinrichtung vorgesehen (Fig. 4). Somit ist es möglich, parallel zu der absoluten Meßwertübertragung auf der Datenleitung 5 auch die Zählsignale auf der Leitung 16 zur Verarbeitungs­ einheit 4 zu senden. In Fig. 4 ist auch ersicht­ lich, daß die bidirektionale Übertragung von Daten (Meßwerte und Parameter) zwischen der Meßeinrich­ tung 1 und der Verarbeitungseinheit 4 mit Signal­ pegeln nach RS485 (Differenzsignale) synchron zu einem von der Verarbeitungseinheit 4 vorgegebenen Taktsignal (CLOCK) erfolgt. Die Taktfrequenz liegt dabei zwischen 100 KHz und 1 MHz.
Wie bereits erwähnt, ermöglicht der Speicher 9 in der Meßeinrichtung 1 sowohl dem Kunden als auch dem Hersteller der Meßeinrichtung 1, Parameter abzu­ speichern und auszulesen. Vorteilhaft ist es, wenn der Speicher 9 in drei Bereiche aufgeteilt ist:
  • I. Speicherbereich für Parameter des Kunden
  • II. Speicherbereich für Parameter des Meßsystem- Herstellers
  • III. Speicherbereich für Korrekturwerte.
Der Speicherbereich des Meßsystem-Herstellers ist schreibgeschützt. Die einzelnen Speicherbereiche werden durch den Code "memory range select" unter­ schieden.
Die Speicher können folgendermaßen belegt werden:
I. Speicherbelegung Parameter des Kunden 1. Nullpunkts-Verschiebung
Der Wert wird vom Nullpunkt des Meßsyste­ mes 1 subtrahiert.
II. Speicherbelegung Parameter des Meßsystem-Herstellers 1. Version
Gibt die Version an, nach welcher der Speicher 9 aufgeteilt ist.
2. Speichergröße
Angabe der Größe der einzelnen Bereiche des Speichers 9.
3. Übertragungsformat
Gibt die Anzahl der Takte zur Übertragung eines Meßwertes (Datenwort) an.
4. Meßsystem-Typ
Gibt an, ob ein inkrementales Längen- oder Winkelmeßsystem mit oder ohne abstandsco­ dierten Referenzmarken bzw. ob ein Single­ turn- oder Multiturn-Codedrehgeber verwen­ det wird.
5. Signalperiode bzw. Signalperioden pro Um­ drehung
Gibt die Breite einer Signalperiode bei Längenmeßsystemen bzw. die Anzahl der Signalperioden pro Umdrehung bei Winkel­ meßsystemen an.
6. Anzahl unterscheidbarer Umdrehungen
Bei Multiturn-Codewinkelmeßsystemen er­ folgt die Angabe der unterscheidbaren Um­ drehungen.
7. Grundabstand bei abstandscodierten Refe­ renzmarken oder Abstand zweier benachbar­ ter Referenzmarken
Bei Meßsystemen mit abstandscodierten Re­ ferenzmarken erfolgt hiermit die Angabe des Grundabstandes der zusammengehörigen Referenzmarken. Bei Meßsystemen ohne ab­ standscodierten Referenzmarken erfolgt hiermit die Angabe des Abstandes zwischen zwei benachbarten Referenzmarken.
8. Lage der ersten Referenzmarke
Gibt die Position der ersten Referenzmarke bezogen auf die Endlage an.
9. Meßschritt oder Meßschritte
Gibt bei Längenmeßsystemen den Meßschritt an, der bei der seriellen Datenübertragung vom Meßsystem ausgegeben wird. Bei Winkel­ meßsystemen wird die Anzahl an Meßschrit­ ten pro Umdrehung angegeben.
10. Nullpunkt-Verschiebung des Meßsystem-Her­ stellers 11. Drehrichtung und Codeausgabe bei Codewin­ kelmeßsystemen 12. Identnummer des Meßsystemes 13. Seriennummer des Meßsystemes 14. Alarme
Aufgetretene Fehler werden abgespeichert. Ist ein Bit beispielsweise ungleich Null, so wird bei der Übertragung von Meßwerten nach Fig. 3 das Alarm-Bit gesetzt.
15. Warnungen
Werden Fehlfunktionen vom Meßsystem er­ kannt, die zum Ausfall des Meßsystemes führen können, so werden diese in Form von Warnmeldungen abgespeichert und können auf Anforderung ausgelesen werden. Bei bat­ teriebetriebenen Meßsystemen kann eine Warnmeldung beispielsweise das Wort "Bat­ teriewechsel" sein.
III. Speicherbelegung Korrekturwerte
  • 1. Anzahl der Korrekturwerte bezogen auf die Meßlänge
  • 2. Anzahl der Korrekturwerte für Signal-Ab­ weichungen wie Signalamplituden, Phasenver­ satz sowie Nullpunkt-Abweichungen.
  • 3. Anzahl der Korrekturwerte für Oberwellen.
  • 4. Anzahl der zu korrigierenden Oberwellen.
  • 5. Korrekturwerte zu 1.
  • 6. Korrekturwerte zu 2.
  • 7. Korrekturwerte zu 3.
Selbstverständlich liegt es im Rahmen der Erfin­ dung, auch andere Parameter im Speicher 9 für die Verarbeitungseinheit 4 zur Verfügung zu stellen. Bei der Inbetriebnahme erfolgt eine Anpassung der Verarbeitungseinheit 4 durch Übernahme der not­ wendigen Parameter vom Meßsystem 1 über die Daten­ leitung 5.
Die Bereiche des Speichers 9 können softwaremäßig aufgeteilt sein, es ist aber auch möglich, daß der Speicher 9 aus mehreren einzelnen Speicherbauein­ heiten besteht.

Claims (16)

1. Anordnung zur seriellen Datenübertragung einer Positionsmeßeinrichtung mit einem der Positions­ meßeinrichtung zugeordneten Ausgabebaustein, an welchem die Positionsmeßwerte anliegen, mit einem Taktimpulsgenerator, der Taktimpulsfolgen dem Takteingang des Ausgabebausteins zuführt, mit einer den Serien-Ausgang des Ausgabebau­ steins mit einer Verarbeitungseinheit verbinden­ den Datenleitung, wobei die Positionsmeßwerte taktsynchron zur Taktimpulsfolge seriell auf dieser Datenleitung zu der Verarbeitungseinheit übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Positionsmeßeinrichtung (1) ein Speicher (9) vorgesehen ist, in dem spezifische Parameter der Positionsmeßeinrichtung (1) abgespeichert sind, welche über die genannte Datenleitung (5) seriell und taktsynchron zu der Verarbeitungs­ einheit (4) übertragbar sind, wodurch die Ver­ arbeitungseinheit (4) an diese spezifischen Pa­ rameter angepaßt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Speicher (9) mehrere Bereiche auf­ weist, wobei in einem Speicherbereich Parameter der Positionsmeßeinrichtung (1) vom Hersteller eingespeichert sind und dieser Bereich vom An­ wender nicht beschreibbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zumindest ein weiterer Bereich zum Ab­ speichern von Parametern vom Anwender frei be­ schreibbar ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß über die Datenleitung (5) von der Verarbeitungseinheit (4) zur Posi­ tionsmeßeinrichtung (1) Befehle (Status) über­ tragen werden, wodurch die Positionsmeßeinrich­ tung (1) veranlaßt wird, diese Befehle auszufüh­ ren.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß aufgrund eines Befehles (Status) der anstehende Positionsmeßwert zur Verarbeitungs­ einheit (4) übertragen wird.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß aufgrund eines Befehles (Status) Para­ meter aus dem Speicher (9) zur Verarbeitungsein­ heit (4) übertragen werden.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß aufgrund eines Befehles (Status) die Positionsmeßeinrichtung (1) veranlaßt wird, Pa­ rameter von der Verarbeitungseinheit (4) zu empfangen und im Speicher (9) abzuspeichern.
8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß ein bestimmter Speicherbereich des Speichers (9) aufgrund des Befehles (Status) ausgewählt wird, aus dem Parameter zur Verarbeitungseinheit (4) oder in den Parameter von der Verarbeitungseinheit (4) übertragen wer­ den.
9. Anordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (9) die zur Übertragung des Positionsmeßwertes notwendige Information über die Taktanzahl abge­ speichert ist, daß diese Information von der Verarbeitungseinheit (4) lesbar ist und die an­ gegebene Anzahl der Takte bei der Meßwertüber­ tragung von der Verarbeitungseinheit (4) zur Verfügung gestellt wird.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß bei der ersten Taktflanke der Taktim­ pulsfolge der Positionsmeßwert der Positionsmeß­ einrichtung (1) in einem Baustein (2) abge­ speichert wird.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, daß nach einer variablen Rechenzeit (tc) von der Positionsmeßeinrichtung (1) eine Start­ information (Start) an die Verarbeitungseinheit (4) übertragen wird.
12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß nach der Startinformation (Start) eine Alarminformation (Alarm) an die Verarbeitungs­ einheit (4) übertragen wird.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß nachfolgend das Datenwort des Posi­ tionsmeßwertes an die Verarbeitungseinheit (4) übertragen wird.
14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß nach der Übertragung des Positionsmeß­ wertes ein Datenwort (CRC) zur Kontrolle des übertragenen Positionsmeßwertes an die Verarbei­ tungseinheit (4) übertragen wird.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten­ leitung (5) im Ruhezustand auf dem Pegel LOW liegt.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (9) zusätzlich Korrekturwerte abgespeichert sind.
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