FI115005B - Toimilaitteiden ohjausjärjestelmä ja menetelmä toimilaitteiden ohjaamiseksi - Google Patents

Description

! 115005

Toimilaitteiden ohjausjärjestelmä ja menetelmä toimilaitteiden ohjaamiseksi

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu oheisen patenttivaatimuksen 1 joh-5 danto-osassa esitettyyn järjestelmään toimilaitteiden ohjaamiseksi. Keksintö kohdistuu lisäksi oheisen patenttivaatimuksen 6 johdanto-osassa esitettyyn menetelmään toimilaitteiden ohjaamiseksi sekä oheisen patenttivaatimuksen 11 johdanto-osassa esitettyyn liitäntälait-teeseen.

10

Hajautetuissa ohjaus- ja säätöjärjestelmissä on hallittavaan prosessiin liitettyjen toimilaitteiden yhteyteen järjestetty ohjainyksikkö, joka ohjaa toimilaitetta. Lisäksi ohjainyksikkö on liitetty tiedonsiirtoyksikköön, jonka avulla suoritetaan tiedonsiirtoa toimilaitteen ja muun järjestelmän välil-15 lä. Lisäksi järjestelmään voi kuulua valvomo, jossa kerätään eri toimilaitteilta saatua informaatiota ja esitetään käyttöhenkilökunnalle. Prosessin ohjaamiseksi suoritetaan myös toimilaitteilta saadun informaation perusteella säätölaskentaa ja muodostetaan säätösuureita prosessia säätäville toimilaitteille. Toimilaitteita ovat esimerkiksi moottorit, 20 säätimet, pumput, mittalaitteet jne.

Olosuhteet erilaisissa teollisissa tuotantolaitoksissa ovat yleensä erit-täin häiriöllisiä ohjaus- ja säätöjärjestelmän kannalta. Toisaalta tällai-ί .·· sen ohjaus- ja säätöjärjestelmän mahdollisimman luotettavan toimin- :/25 nan varmistamiseksi on informaation siirto pyrittävä saamaan mahdolli- simman virheettömäksi. Mahdolliset siirtovirheet tulisi vielä pystyä ha-. · ·. vaitsemaan mahdollisimman hyvin, koska virheellisen informaation vai- kutus prosessiin voi olla erittäin vahingollista. Eräs erittäin häiriöaltis paikka säätö- ja ohjausjärjestelmässä liittyy toimilaitteisiin ja erityisesti . 30 toimilaitteiden väliseen siirtoväylään. Toimilaitteiden ohjainyksiköt ja siirtoväylä on sijoitettava lähelle prosessia, jossa prosessin toiminnan ' aikana voi muodostua mm. suuria häiriövirtoja esim. moottoreiden : Λ käynnistyessä. Myös muut ympäristöolosuhteet kuten korkeat lämpöti lat ja suuri kosteus asettavat omat vaatimuksensa ohjaus- ja säätöjär-;,35 jestelmälle.

Kansainvälinen patenttihakemus WO 91/01520 esittää järjestelmän ja menetelmän toimilaitteiden ohjaamiseksi. Tässä järjestelmässä master- 2 115005 laite voi ohjata useita master-laitteeseen liitettyjä slave-laitteita. Tämän suorittamiseksi on master-laitteeseen järjestetty yksi tai useampia sar-javäyliä, joihin ohjattavat laitteet kytketään. Tämä järjestelmä on tarkoitettu erityisesti servomoottoreiden ohjaamiseen, mutta myös muita toi-5 milaitteita tällä voidaan ohjata. Kullakin sarjaväylään liitetyllä laitteella on kaksi osoitetta: primääriosoite ja sekundääriosoite. Tämän tarkoituksena on se, että laitteet voidaan ryhmitellä tietyiksi ryhmiksi siten, että samaan ryhmään kuuluvat toimilaitteet voivat monitoroida jollekin muulle tähän ryhmään kuuluvalle toimilaitteelle lähetettyä dataa. Lisäk-10 si tässä järjestelmässä järjestelmää ohjaava tietokone lähettää väliajoin herätekomentoja väylille, jolloin kukin väylään liitetty toimilaite vastaanottaa tämän komennon ja lähettää oman vastauksensa siihen. Tällöin voidaan todeta se, mitkä toimilaitteet ovat toiminnassa. Julkaisussa on esitetty myös virheen käsittely sarjaväylällä siirrettävälle datalle. Tämä 15 virheentarkistus ei kuitenkaan ole täysin reaaliaikaista, vaan se suoritetaan aina mainittujen herätelähetysten yhteydessä. Tällöin virhetilanteen havaitsemiseen kuluva aika voi olla merkittävä prosessin häiriöttömän toiminnan kannalta.

20 Saksalainen patenttijulkaisu DE 4035459 esittää erään toisen sarja-väylään liittyvän ratkaisun. Tässä julkaisussa sarjaväylään liitettävä laite käsittää myös sekundäärisen sarjaväylän, johon voidaan liittää lisää sarjaväylän kautta ohjattavia laitteita. Tämä sekundäärinen sarja-I V väylä on järjestetty siten, että siihen liitetyt laitteet muodostavat erään- • |'25 laisen osoiteavaruuden tähän liitäntälaitteeseen nähden. Tällöin liitän- tälaite tunnistaa primäärisarjaväylän kautta tulevista komennoista osoitetiedot, jolloin mikäli osoitetieto täsmää sekundääriväylän osoite-.···. avaruuteen, kytkee liitäntälaite komennon primääriväylältä sekundääri-väylälle. Tällaisella liitäntälaitteella voidaan siis primääri väylän osoite-. 30 avaruutta tietyllä tavalla kasvattaa muodostamalla sekundääriväyliä. Sekundääriväylään kytketyt laitteet eivät kuitenkaan voi suoraan kommunikoida primääriväylän kautta järjestelmän muiden osien kanssa, vaan kaikki kommunikointi suoritetaan mainitun liitäntälaitteen välityk-: ‘ ‘ : sellä. Tällöin liitäntälaitteen mahdollisesti vioittuessa ei liitäntälaitteen ;,35 sekundääriväylään kytkettyjen laitteiden ja järjestelmän muiden osien • ! välillä voida välittää tietoa.

3 115005

Patentissa US-5,163,056 on esitetty ohjausjärjestelmä, jossa käytetään sarjaväylää ohjauslaitteiden kytkemiseksi sarjaan. Virhetilanteessa virheen havainnut laite lisää sarjaväylässä siirrettävään informaatioon virhekoodin, jolloin tässä sarjaväylässä myöhemmin olevat laitteet 5 voivat tämän virhekoodin perusteella havaita virheen tapahtuneen. Eräänä epäkohtana tässä ratkaisussa on se, että käytetään tiettyä virhekenttää, johon virhekoodi virhetilanteessa lisätään ja myös se, että tämä virhetieto kulkeutuu vain yhteen suuntaan tässä sarjaväylässä. Lisäksi virheestä informoidaan vasta siinä yhteydessä, kun virhekenttä 10 on lähetysvuorossa.

Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada menetelmä toimilaitteiden ohjaamiseksi ja toimilaitteiden ohjausjärjestelmä, jonka häiriönsietokykyä ja luotettavuutta voidaan parantaa tunne-15 tun tekniikan mukaisiin järjestelmiin verrattuna. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että tiedonsiirtoväylään kytketään liitäntälaitteita sarjaan siten, että kukin vastaanottava liitäntälaite päästää tiedonsiirtoväylällä liikkuvan informaation eteenpäin seuraavalle toimilaitteelle, ja lähettävä toimilaite lähettää saman informaation samanaikaisesti mo-20 lempiin suuntiin tiedonsiirtoväylässä. Kaikki väylään liitetyt laitteet kuuntelevat muiden lähetyksiä ja ilmoittavat mahdollisesti havaitsemistaan siirtovirheistä. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle järjes-telmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen pa-j‘\: tenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön ! :'£5 mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä on • · · esitetty oheisen patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa. Nyt esillä .···. olevan keksinnön mukaiselle liitäntälaitteelle on vielä pääasiassa ,···. tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 11 • · tunnusmerkkiosassa.

. 30 ♦ * » / Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun • tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaista me- : netelmää käytettäessä voidaan järjestelmän häiriösietoisuutta parantaa : ··; ja virhetilanteisiin reagointia nopeuttaa. Keksinnön mukaista menetel- ,;,35 mää käyttävässä järjestelmässä voidaan väylään liitettävät laitteet kon- ' figuroida joustavasti mm. siitä syystä, että konfigurointitiedot eivät ole : : riippuvaisia väylään liitettyjen laitteiden keskinäisestä järjestyksestä ja sijainnista väylässä. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä käytettä- 4 115005 väliä koodausmenetelmällä saavutetaan vielä se etu, että paketin pi-tuustietoa ei virhetilanteissakaan tulkita liian suureksi, jolloin virhetilanne havaitaan viimeistään paketin päättyessä. Tällöin vastaanottava laite ei myöskään jää odottamaan paketin loppumista, vaikka laite olisi 5 vastaanottanut pituustiedon väärin.

Keksintöä selostetaan seuraavaksi viitaten samalla oheisiin piirustuksiin, joissa 10 kuva 1 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista järjestelmää, kuva 2 esittää pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa järjestelmässä käytettä-15 vää liitäntälaitetta, ja kuva 3 esittää erään edullisen tiedonsiirtopaketin rakennetta, jota keksinnön mukaisessa järjestelmässä voidaan soveltaa.

20 Kuvassa 1 on esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukainen järjestelmä. Se käsittää tiedonsiirtoväylän 1, johon on liitetty lii-täntälaitteita 2a—2e. Nämä liitäntälaitteet 2a—2e on muodostettu mm.

» prosessin toimilaitteiden 3a—3d yhteyteen, jolloin toimilaitteen 3a—3d • · · : V ja prosessin muiden osien välillä voidaan tietoa välittää tiedonsiirto-*.•*25 väylän 1 ja liitäntälaitteiden 2a—2e välityksellä. Toimilaitteet 3a—3d :\\ voivat olla sinänsä tunnettuja toimilaitteita. Tiedonsiirtosuunta voi olla :*·*: tiedonsiirtoväylältä 1 toimilaitteeseen 3a—3d (esim. moottorit), toimi- I I | .···. laitteesta 3a—3d tiedonsiirtoväylään 1 (esim. mittalaitteet), tai molempiin suuntiin (esim. säätimet). Lisäksi järjestelmään kuuluu tavallisesti . 30 valvomolaitteisto 4, jonka avulla voidaan prosessin tilaa seurata ja suo-’:..: rittaa tarvittaessa säätötoimenpiteitä.

: Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisessa järjestelmässä tiedonsiirtoväylä 1 on toteutettu kaksisuuntaisena väylänä siten, että se ‘. . 35 käsittää kahden liitäntälaitteen välillä yhden johtimen 1a, 1b kumpaakin ' ! tiedonsiirtosuuntaa varten. Tiedonsiirtoväylään 1 liitetyt liitäntälaitteet 2a—2e on ketjutettu sarjaan. Ketjussa kukin tiedonsiirtoväylään 1 liitetty liitäntälaite 2a—2e käsittää edullisesti kaksi kaksijohtimista liitän- 5 115005 tärajapintaa 5a, 5b (kuva 2). Kummassakin liitäntärajapinnassa 5a, 5b yksi johdin on liitäntälaitteen kannalta lähetysjohdin Txa, TXb ja yksi johdin on vastaanottojohdin RXa, RXb. Tällöin liitäntälaite voi kuunnella ketjua molempiin suuntiin ja vastaavasti voi lähettää kumpaankin 5 suuntaan ketjussa. Ketjun päihin kytketyissä liitäntälaitteissa (esitetty viitteillä 2a, 2e oheisessa kuvassa 1) käytetään näistä kahdesta liitän-tärajapinnasta 5a, 5b kuitenkin vain yhtä, jolloin nämä laitteet kuunte-levat ja lähettävät vain yhdessä suunnassa. Ketjussa välillä olevissa laitteissa (merkitty viitteillä 2b, 2c, 2d) käytetään sen sijaan molempia 10 liitäntärajapintoja 5a, 5b. Liitäntälaitteen 2a—2e ollessa vastaanottotilassa on liitäntärajapintojen 5a, 5b välille muodostettu tiedonsiirtoyhteys siten, että yhden liitäntärajapinnan vastaanottojohtimeen RXa saapuva informaatio siirretään toisen liitäntärajapinnan lähetysjoh-timeen TXa. Tällöin yhden liitäntälaitteen lähettämä informaatio pääsee 15 etenemään Iiitäntälaitteesta molempiin suuntiin koko ketjun läpi.

Kuvataan seuraavaksi keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen menetelmän toimintaa kuvan 1 mukaisessa esimerkkijärjestelmässä. Liitäntälaitteille 2a—2e on määritetty yksilöivät tunnukset ID1— 20 ID5, esim. 6-bittisenä binäärilukuna, jolloin tunnus voi olla välillä 0—63.

Osa tunnuksista voi olla varattu erilaisia erikoislähetyksiä varten. Esimerkiksi yksi tunnus voidaan varata kaikille liitäntälaitteille tarkoitettuja ··.·" lähetyksiä varten, jolloin tiedonsiirtoväylälle lähetettävään pakettiin : V asetetaan vastaanottajan tunnukseksi tämä erikoistunnus. Lisäksi lait-¢5 teitä voidaan tunnuksien perusteella jakaa ryhmiin, jolloin osa tunnuk-sista varataan ryhmätunnuksiksi. Tällöin tällaisella ryhmätunnuksella varustettu paketti käsitellään niissä laitteissa, joihin tämä ryhmätunnus

Ml on konfiguroitu. Näitä tilanteita on kuvattu tarkemmin jäljempänä tässä selityksessä, johon tässä yhteydessä viitataan.

• 30 » · »

Oletetaan, että järjestelmä on alustavasti konfiguroitu siten, että ketjun ensimmäiseen päähän kytketty liitäntälaite 2a on asetettu toimimaan isäntälaitteena (master), jolloin muut liitäntälaitteet 2b, 2c on asetettu toimimaan ns. orjalaitteina (slave). Tiedonsiirtoväylään kytketyt liitän-, [ 35 tälaitteet 2a—2e voidaan konfiguroida erilaisiin hierarkiatasoihin, kyt- ; . kennästä ja liitäntälaitteen 2a—2e sijainnista riippumattomasti. Tällöin korkeammalla hierarkiatasolla oleville laitteille voidaan esim. antaa lä-hetysvuoro useammin kuin hierarkiassa alemmalla tasolla oleville lii- 6 115005 täntälaitteille 2a—2e. Tällöin voidaan helposti huomioida järjestelmän kriittisten osien mahdollisesti tarvitsema suurempi tiedonsiirtokapasiteetti. Järjestelmän konfigurointia voidaan muuttaa tarvittaessa. Konfi-gurointitiedot voidaan välittää liitäntälaitteille 2a—2e esimerkiksi val-5 vomosta 4. Tällöin valvomosta 4 lähetetään yksi tai useampi konfigu-rointisanoma. Konfigurointisanoma voi olla liitäntälaitekohtainen, jolloin konfigurointisanomassa on kulloinkin konfiguroitavan liitäntälaitteen 2a—2e tunnus sekä konfigurointitiedot. Näitä konfigurointisanomia lähetetään tarvittava määrä. On kuitenkin selvää, että konfigurointi voi-10 daan suorittaa myös jollakin muulla, sinänsä tunnetulla menetelmällä.

Konfiguroinnin jälkeen voidaan järjestelmässä siirtää tietoa liitäntälait-teiden 2a—2e välillä. Tiedonsiirtotarve voi muodostua esimerkiksi jonkin toimilaitteen 3a—3d tilanmuutoksesta, valvomossa 4 tehdystä pro-15 sessiparametrien muuttamisesta, tai vastaavasta. Tiedonsiirron suorittamiseksi edullisesti liitäntälaitteessa 2a muodostetaan yksi tai useampi tiedonsiirtopaketti, josta eräs esimerkki on esitetty kuvassa 3. Paketin 6 otsikkokenttä H sisältää edullisesti tiedon paketin tyypistä T, seu-raavaksi lähetysvuoroon tulevan laitteen tunnuksen N, paketin pituus-20 tiedon L, ja maskibitit M. Lisäksi paketissa 6 on datakenttä D hyötyin-formaation (payload) lähetystä varten ja virheentarkistustietoa E mahdollisten siirtovirheiden havaitsemiseksi. Paketin tyyppitiedolla voidaan ···:* ilmaista mm. se, että sisältääkö paketti välitettävää dataa vai onko ky-! V seessä lähetysvuoron siirtäminen toiselle laitteelle. Pelkkä lähetysvuo-·.· £5 ron siirtopaketti voi tulla kyseeseen mm. silloin, kun jollakin liitäntälait-teella 2a—2e on lähetysvuoro, mutta ei lähetettävää dataa. Tällöin tämä liitäntälaite 2a—2e lähettää paketin, jossa tyyppitiedolla T ilmais- * · * .···. taan lähetysvuoron siirto, ja seuraavaksi lähetysvuoroon tuleva laite vastaavalla laitetunnuksella N. Tällaisen paketin pituus asetetaan sopi-,,30 vimmin mahdollisimman lyhyeksi, jotta tarpeettomilta viiveiltä lähetys-vuoron siirrossa vältyttäisiin. Maskibittejä voidaan käyttää vastaanottajan määrittämiseen ja jo aikaisemmin tässä selityksessä mainittuun ',0 vastaanottajaryhmän ja yleislähetysten määrittämiseen. Maskibiteissä :tietyt bitit varataan tällöin ryhmän ilmaisemiseen. Jos liitäntälaitteet on , J 35 jaettu esim. neljään ryhmään, tarvitaan tällöin kaksi bittiä eri ryhmien ' . osoittamiseen. Lisäksi tarvitaan yksi bitti sen osoittamiseen, että ky seessä on jollekin ryhmälle tarkoitettu lähetys. Kaikille liitäntälaitteille 2a—2e tarkoitetun yleislähetyksen ilmaisu voidaan suorittaa yhdellä 7 115005 maskibitillä. Muita maskibittejä voidaan vielä käyttää vastaanottajan yksilöimiseen silloin, kun kyseessä ei ole yleis- tai ryhmälähetys. Joissakin sovelluksissa vastaanottaja voidaan yksilöidä edellä mainitulla seuraavaksi lähetysvuoroon tulevan laitteen tunnuksella N, mutta täl-5 löin hierarkkisuutta ei saada samalla tavoin toteutettua kuin käyttämällä vastaanottajan identifioimiseen erillistä tietoa.

Jos esimerkiksi kuvan 1 järjestelmässä valvomossa 4 muutetaan säätimen 3e toimintapistettä, välitetään uudet parametrit valvomoon 4 kyt-10 ketylle liitäntälaitteelle 2c lähetettäväksi tiedonsiirtoväylälle 1. Liitäntä-laitteen 2a—2e lähetyslohkossa 7 parametritietojen perusteella muodostetaan tiedonsiirtopaketti, joka tallennetaan lähetyspuskuriin 8 (kuva 2). Tiedonsiirtopaketissa tyyppitiedoksi asetetaan esim. parametridatan välitys ja uudet parametrit asetetaan paketin datakenttään. Paketin pi-15 tuustieto määräytyy mm. välitettävän datan perusteella. Mikäli paketin muiden kenttien pituus on vakio, ei pituustiedossa välttämättä tarvitse ilmaista näiden kenttien pituuksia, vaan vastaanottavat liitäntälaitteet 2a, 2b, 2c, 2d huomioivat nämä automaattisesti. Maskibiteissä tietona on, että kyseessä ei ole yleis- eikä ryhmälähetys, vaan tietylle liitäntä-20 laitteelle 2e tarkoitettu lähetys. Tämä vastaanottava liitäntälaite on myös identifioitu edullisesti maskibiteissä. Lisäksi lähetyslohkon ohjain 9 laskee virheentarkistustietoa, esim. CRC-summan (Cyclic Redun- ···:* dancy Check) ja asettaa sen paketin virheentarkistustietokenttään E.

♦ * · ! Sen jälkeen kun paketti on valmis lähetettäväksi, odottaa liitäntälaite 2c ·,: 25 omaa lähetysvuoroaan. Tällöin liitäntälaitteen vastaanotinlohko 10 :\j kuuntelee molempien liitäntärajapintojen 5a, 5b vastaanottojohtimia :"': havaitakseen mahdollisia tiedonsiirtopaketteja.

• · * « · « *

Siinä vaiheessa kun paketti havaitaan, suorittaa liitäntälaitteen vas-. 30 taanottolohko 10 paketin dekoodauksen dekoodauslohkossa 11 ja tal-lennuksen vastaanottopuskuriin 12. Tämän jälkeen vastaanottolohkon ohjain 13 tutkii maskibittejä saapuneen paketin käsittelytarpeen mää-rittämiseksi. Lisäksi vastaanottolohkon ohjain 13 tutkii paketista sen, :’t": vastaako paketissa oleva tieto seuraavaksi lähetysvuoroon tulevan lii- , ;. 35 täntälaitteen tunnuksesta N kyseisen liitäntälaitteen 2c tunnusta. Jos ; . tunnukset täsmäävät, voi liitäntälaite 2c aloittaa lähetyksen. Muussa tapauksessa liitäntälaite 2c suorittaa vastaanotetun paketin mahdollisesti edellyttämät toimenpiteet ja jatkaa vastaanottoa.

8 115005

Saatuaan lähetysvuoron liitäntälaitteen lähetyslohkon ohjain 9 siirtää lähetettävän paketin koodauslohkoon 14, jossa suoritetaan paketin koodaus tiedonsiirtoväylälle lähetystä varten. Koodausmenetelmänä 5 käytetään edullisesti mm. TSFO-koodausta, mutta myös muita koodausmenetelmiä voidaan käyttää. TSFO-koodauksen etuna on mm. se, että siirtovirheet eivät suurenna paketin pituustietoa, jolloin vastaanottavat laitteet eivät turhaan jää odottamaan paketin loppumista. Koodaus suoritetaan siten, että tiedonsiirtoväylälle normaalitoiminnan aika-10 na lähetetään korkeintaan tietty maksimimäärä peräkkäisiä bittejä, joilla on sama arvo. Tämä voidaan järjestää esimerkiksi siten, että laaditaan koodaustaulukko, jonka perusteella koodattava bittijono korvataan tietyllä toisella bittijonolla. Taulukossa 1 on esitetty eräs esimerkki tällaisesta koodaustaulukosta, jossa jokaista mahdollista koodattavaa 15 neljän bitin bittijonoa varten on laadittu yksi kuuden bitin bittijono. Nämä kuuden bitin bittijonot, jotka siis lähetetään tiedonsiirtoväylälle, on valittu siten, että mikään näiden kuuden bitin bittijonon yhdistelmä ei tuota sellaista bittijonoa, jossa olisi peräkkäin enemmän kuin neljä samaa bittiä. Tällöin voi koodattava bittijono olla mikä tahansa ja silti 20 mainittu peräkkäisten samojen bittien ehto täyttyy. On selvää, että taulukko 1 on vain eräs mahdollinen toteutusesimerkki väyläkoodauk-sesta, mutta käytännön sovelluksissa voidaan käyttää muitakin taulu-koita, joissa mainittu ehto toteutuu. Lisäksi eri sovelluksissa voi olla • t t • V erilaiset vaatimukset sille, kuinka monta peräkkäistä bittiä saa tiedon- 25 siirtoväylälle lähetettävässä bittijonossa olla samoja. Vastaanottavassa laitteessa suoritetaan lähetykseen nähden käänteiset toimenpiteet.

·***. Tällöin vastaanottavassa laitteessa tarkastellaan taulukon 1 mukai- • < 1 .··. sessa esimerkkitilanteessa kuuden bitin bittijonoja. Taulukon 1 mukaisesti nämä kuuden bitin bittijonot muunnetaan neljän bitin bittijonoiksi, . 30 jotka siis virheettömässä tiedonsiirrossa vastaavat koodattavaa bitti-jonoa. Tällaisella koodauksella saavutetaan mm. se etu, että mikä • 1 ·;·’ tahansa binäärimuodossa koodattava informaatio aikaansaa vakiomit-: täisen tiedonsiirtoväylälle lähetettävän bittijonon, jolloin lähetyksessä : ’''; voidaan käyttää vakiomittaisia paketteja.

35 t i I • 1 · imi • i 9 115005

Koodattava bittijono _Lähetettävä bittijono_

Heksalukuna Binäärilukuna__ 0 0000__011010_ 1 0001___101001_ 2 0010__011001_ 3 __0011__110001_ 4 0100__001101_ 5 __0101__101100_ 6 __CM10__011100_ 7 __0111 110100_ 8 __1000__001011_ 9__1001__100011_ A__1010__010011_ B__1011__110010_ C__1100__001110_ D__1101__100110_ E__1110__010110_ F 1111 100101 TAULUKKO 1

Koodattava informaatio voidaan johtaa koodauslohkoon joko sarja- tai 5 rinnakkaismuodossa, mikä on sinänsä tunnettua. Mikäli koodattava informaatio on sarjamuodossa, koodauslohkossa 14 on edullisesti väli-neet (ei esitetty) informaation muuntamiseksi määrämittaisiksi (esim. 4 » · v bittisiksi) bittijonoiksi, joille koodaus suoritetaan. Tiedonsiirtoväylälle informaatio lähetetään sarjamuodossa, jolloin koodauslohko 14 muun-10 taa koodatun informaation sarjamuotoon esim. siirtorekistereiden tai vastaavien avulla.

t I * « Lähetyksen ajaksi lähetyslohkon ohjain 9 vaihtaa lähetysmultiplekserin ,...t 15 tilaan, jossa molempien liitäntärajapintojen 5a, 5b lähetysjohtimiin 15 lähetetään koodattu paketti. Tällöin koodauslohkon 14 lähtölinja 17b on kytketty lähetysmultiplekserin 15 kautta liitäntärajapinnan 5a, 5b lähe- tysjohtimiin TXa, TXb. Muulloin lähetysmultiplekseri 15 on asetettu ti- ·;··: laan, jossa liitäntärajapinnan 5a, 5b lähetysjohtimien ja liitäntärajapin- > » f» r t | > il 10 1 1 5005 nan 5a, 5b vastaanottojohtimien välille on muodostettu tiedonsiirtoyhteys.

Yhden liitäntälaitteen lähettäessä muut liitäntälaitteet on kytketty vas-5 taanottotilaan. Tällöin vastaanottavissa liitäntälaitteissa suoritetaan vastaanotetusta paketista edullisesti virheentarkistus, jolloin vastaan-ottolohkon ohjaimessa lasketaan paketissa 6 vastaanotetun informaation perusteella tarkistussumma ja verrataan sitä paketissa vastaanotettuun virheentarkistustietoon (tarkistussummaan). Jos tarkistus-10 summat täsmäävät, voidaan olettaa, että paketti on vastaanotettu virheettömästi ja paketin käsittelyä voidaan jatkaa. Tämän jälkeen suoritetaan ainakin sen osan dekoodaus, jossa on tietoa paketin vastaanottajasta. Käytännössä dekoodaus suoritetaan edullisesti koko otsikkokentälle H. Kukin paketin vastaanottanut liitäntälaite tutkii edullisesti 15 maskibittien M perusteella sen, onko paketti osoitettu kyseiselle liitän-tälaitteelle. Jos paketti on tarkoitettu kyseisen liitäntälaitteen vastaanotettavaksi, suoritetaan myös datakentän D dekoodaus. Joissakin sovelluksissa on ennen virheentarkistusta suoritettava paketin sisältämän informaation dekoodaus, jotta tarvittavat tarkistussummat 20 voidaan laskea ja verrata paketin sisältämään virheentarkistustietoon. Lisäksi virheentarkistus voidaan toteuttaa siten, että virheentarkistus-tieto muodostetaan lähetysvaiheessa vain osasta lähetettävää pakettia, jolloin vastaanottovaiheessa suoritettavassa virheentarkistuksessa käytetään vain näitä virheentarkistustiedon muodostuksessa käytettyjä ;:· 25 paketin osia.

• · : .·. Siinä tapauksessa, että virheentarkistussummien vertailussa havaitaan !·! j lasketun ja vastaanotetun tarkistussumman poikkeavan toisistaan, » <1 oletetaan, että pakettia ei saatu virheettömästi vastaanotettua. Tällöin 30 keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisessa liitäntälaitteessa 2a— 2e toimitaan seuraavasti. Lähetyslohkon ohjain 9 vaihtaa lähetysmulti-plekserin 15 tilaan, jossa yhteys ensimmäisen liitäntärajapinnan 5a vastaanottojohtimen RXa ja toisen liitäntärajapinnan lähetysjohtimen TXb, ja vastaavasti toisen liitäntärajapinnan 5b vastaanottojohtimen 35 RXb ja ensimmäisen liitäntärajapinnan lähetysjohtimen TXa väliltä kat-kaistaan. Lähetysjohtimet TXa, TXb asetetaan edullisesti loogiseen 1- • · tilaan ennalta määrätyksi ajaksi. Tämä aika on suurempi kuin koodauk-. sen yhteydessä mainittu, tietyn maksimimäärän samoja bittejä lähettä- 11 1 1 5005 miseen tarvittava aika. Tällöin muut ketjussa olevien liitäntälaitteiden vastaanottolohkot vastaanottavat maksimimäärän ylittävän määrän samoja bittejä. Tämän seurauksena liitäntälaitteet havaitsevat virhetilanteen ja hylkäävät tämän virheellisen paketin. Myös pakettia lähettä-5 neen liitäntälaitteen vastaanotinlohko vastaanottaa lähetyksenkin aikana vastaanottojohtimen kautta tulevaa signaalia, tai aloittaa vastaanoton olennaisesti välittömästi paketin lähetyksen päätyttyä, ja havaitsee virhetilanteen näiden peräkkäisten bittien perusteella. Tällöin paketin lähetys aloitetaan uudelleen alusta. Paketin lähettänyt liitäntälaite ei 10 siis aloita uuden paketin lähetystä välittömästi edellisen paketin lähetyksen jälkeen, vaan odottaa hetken, jotta vastaanottaneet liitäntälaitteet voivat havaita ja ilmoittaa mahdollisista siirtovirheistä. Tällä tavalla voidaan siis virheellisesti vastaanotetun paketin uudelleenlähetys aloittaa mahdollisimman nopeasti ja erillisiä kuittaussanomia ei välttä-15 mättä tarvita. Koska paketin lähettänyt liitäntälaite tietää, mihin pakettiin virhekuittaus liittyy, ei paketteja ja kuittauksia tarvitse numeroida, mikä myös osaltaan vähentää tiedonsiirtotarvetta väylällä.

Tilanteessa, jossa lähetysvuorossa oleva liitäntälaite on lähettämässä 20 viimeistä sillä hetkellä lähetettävänä olevaa pakettia, asettaa liitäntälaite pakettiin seuraavaksi lähetysvuoroon tulevan liitäntälaitteen tunnuksen tätä tarkoitusta varten varattuun kenttään N. Tällöin kyseinen liitäntälaite tietää aloittaa pakettien lähetyksen tarvittaessa. Virhetilanteessa myös seuraavaksi lähetysvuoroon tuleva liitäntälaite havaitsee _ 25 virhetilanteen, jolloin toimitaan edullisesti seuraavasti. Seuraavaksi lä- hetysvuorossa oleva liitäntälaite ei aloita omien pakettien lähetystä, ; :·; vaan jää odottamaan sen liitäntälaitteen lähetystä, jonka lähettämässä !·! : paketissa virhetilanne syntyi. Vasta sen jälkeen kun paketti on saatu .···! virheettömästi välitettyä, aloittaa seuraavaksi lähetysvuoroon tuleva ::: 30 liitäntälaite lähetyksen.

a · • · ·

Nyt esillä olevan keksinnön mukaisessa järjestelmässä voidaan liitän-tälaitteiden 2a—-2e konfigurointi järjestää joustavaksi. Kullekin liitäntä-’...· laitteelle 2a—2e voidaan tunnus valita vapaana olevista tunnuksista, 35 riippumatta siitä, mihin kohtaan väylää liitäntälaite on tarkoitus kytkeä.

Liitäntälaitteiden 2a—2e ei siis tarvitse sijaita tunnusten mukaisessa järjestyksessä. Liitäntälaitteet voidaan priorisoida asettamalla korke-ämmällä prioriteetilla oleville liitäntälaitteille tiheämpi lähetysväli kuin » * 12 1 1 5005 alemmalla tasolla oleville liitäntälaitteille. Tämä voidaan järjestää edullisesti siten, että kuhunkin liitäntälaitteeseen 2a—2e muodostetaan taulukko tai vastaava, jossa eri liitäntälaitteiden prioriteetti, lähetysväli tai muu vastaava tieto on tallennettuna. Tällöin kukin liitäntälaite tark-5 kailee vastaanottamiansa pakettien lähetysvuorotiedon perusteella sitä, mikä laite kulloinkin lähettää. Kun jollakin liitäntälaitteella 2a—2e on lähetysvuoro, tutkii se esim. ajastinten avulla sitä, mille liitäntälaitteelle 2a—2e on seuraava lähetysvuoro annettava. Lähettävä liitäntälaite merkitsee lähetettävään pakettiin tämän seuraavaksi lähetysvuoroon 10 tulevan liitäntälaitteen tunnuksen.

Keksinnön mukaisen menetelmän toiminnot voidaan suurelta osin toteuttaa liitäntälaitteen vastaanottolohkon ohjaimessa 13 ja lähetysloh-kon ohjaimessa 9. Vaikka nämä ohjaimet 9, 13 on tässä selityksessä ja 15 oheisissa kuvissa esitetty erillisinä, on selvää, että käytännön sovelluksissa ne voidaan toteuttaa myös yhdessä ohjaimessa, kuten mikroprosessorissa, mikro-ohjaimessa tai vastaavassa. Lisäksi vastaanottolohkon ja lähetyslohkon eri toiminnallisten osien toteutuksessa voidaan käyttää esim. sovelluskohtaisesti ohjelmoitavia integroituja piirejä 20 (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), erillisiä logiikkapiirejä tai vastaavia.

Vaikka edellä keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen järjestelmän kuvauksessa on esitetty viisi liitäntälaitetta 2a—2e, on 25 selvä, että väylään 1 liitettävien liitäntälaitteiden määrä voi olla myös suurempi tai pienempi kuin viisi. Myös toimilaitteiden määrä voi vaih-I della eri sovelluksissa.

• · · .·’··! Keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että liitäntälaitteissa 2a—2e on y.'.' 30 kahden liitäntärajapinnan 5a, 5b sijasta vain yksi liitäntärajapinta 5a.

Tällöin liitäntälaitteet 2a—2e voidaan kytkeä sarjaan esim. renkaaksi, jolloin tietoa voidaan siirtää kaikkien liitäntälaitteiden välillä.

Lisäksi keksintöä voidaan soveltaa sellaisissakin järjestelmissä, joissa 35 vain yksi liitäntälaite lähettää informaatiota muille liitäntälaitteille. Nämä vastaanottavat liitäntälaitteet lähettävät tällaisessa sovelluksessa lähinnä virhetilanteista ilmoittamiseksi asettamalla väylän tietyksi ajaksi • i tiettyyn tilaan, kuten edellä tässä selityksessä on esitetty.

5 13 115005

On selvää, että nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (12)

14 115005

1. Toimilaitteiden ohjausjärjestelmä, joka käsittää kaksisuuntaisen tiedonsiirtoväylän (1) informaation siirtämiseksi tiedonsiirtoväylään liitet- 5 tyjen liitäntälaitteiden (2a—2e) välillä, ja jossa järjestelmässä on välineet ainakin yhden liitäntälaitteen (2a—2e) yhdistämiseksi tiedonsiirtoyhteyteen ainakin yhden toimilaitteen (3a—3d, 4) kanssa, ainakin yksi liitäntälaite (2a—2e) käsittää ainakin ensimmäisen liitäntäraja-pinnan (5a), välineet (11) tiedonsiirtoväylällä siirrettävän informaation 10 vastaanottamiseksi, välineet (8, 9,14,15) informaation lähettämiseksi ainakin ensimmäisen liitäntärajapinnan (5a) kautta tiedonsiirtoväylälle (1), välineet (13) siirtovirheiden havaitsemiseksi, ja välineet (8, 9,14,15) siirtovirheistä informoimiseksi tiedonsiirtoväylän (1) kautta muille tiedonsiirtoväylään liitetyille liitäntälaitteille (2a—2e), 15 tunnettu siitä, että informaatiota on järjestetty siirrettäväksi bitteinä, että järjestelmässä on määritetty suurin sallittu peräkkäisten, samanarvoisten bittien lukumäärä, ja että siirtovirheistä ilmoittaminen on järjestetty suoritettavaksi asettamalla siirtovirheen havainneessa liitäntälaitteessa (2a—2e) tiedonsiirtoväylä (1) tiettyyn arvoon 20 pidemmäksi ajaksi kuin mainitun suurimman sallitun lukumäärän samanarvoisia bittejä lähettämiseen käytettävä aika.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että f V ainakin yksi liitäntälaite (2a—2e) käsittää lisäksi ainakin toisen liitäntä-!/: rajapinnan (5b), ja välineet (9,15) tiedonsiirtoväylällä siirrettävän in- :’ *, <25 formaation välittämiseksi mainittujen ensimmäisen (5a) ja toisen liitän- • I . . tärajapinnan (5b) välillä. I t

· :···; 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että informaatio on järjestetty siirrettäväksi yhdessä tai useammassa paketissa (6), joka käsittää ainakin otsikkokentän (H), datakentän (D) ja ’ ^30 virheentarkistuskentän (E). :,i.:

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että välineet siirtovirheiden havaitsemiseksi käsittävät välineet (13) vir-heentarkistustiedon määrittämiseksi paketin (6) sisältämän informaati-on perusteella ja välineet (13) mainitun virheentarkistustiedon ja vir-35 heentarkistuskentän sisältämän informaation vertaamiseksi mahdollisten siirtovirheiden havaitsemiseksi, ja että siirtovirheistä informoiminen 15 1 1 5005 on järjestetty suoritettavaksi olennaisesti välittömästi siirtovirheiden havaitsemisen jälkeen.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että liitäntälaitteet (2a—2e) on kytketty tiedonsiirtoväylässä 5 sarjaan.

6. Menetelmä toimilaitteiden (3a—3d, 4) ohjaamiseksi, jossa siirretään informaatiota kaksisuuntaisesti tiedonsiirtoväylään (1) liitettyjen liitäntälaitteiden (2a—2e) välillä, ja jossa menetelmässä ainakin yksi lii-täntälaite (2a—2e) yhdistetään tiedonsiirtoyhteyteen ainakin yhden 10 toimilaitteen (3a—3d, 4) kanssa, liitäntälaitteiden (2a—2e) ja tiedonsiirtoväylän (1) välillä informaatiota välitetään ainakin ensimmäisen liitäntärajapinnan (5a) kautta, väylällä siirrettävää informaatiota vastaanotetaan liitäntälaitteissa (2a—2e), lähettävässä liitäntälaitteessa (2a—2e) informaatiota lähetetään ainakin ensim-15 mäisen liitäntärajapinnan (5a) kautta tiedonsiirtoväylälle (1), tutkitaan vastaanotetun informaation perusteella mahdollisia siirtovirheitä, ja informoidaan havaituista siirtovirheistä tiedonsiirtoväylän (1) kautta muille tiedonsiirtoväylään (1) liitetyille liitäntälaitteille (2a—2e), tunnettu siitä, että menetelmässä informaatiota siirretään bitteinä, että 20 määritetään suurin sallittu peräkkäisten, samanarvoisten bittien luku-määrä, ja että siirtovirheistä ilmoittaminen suoritetaan asettamalla •v. siirtovirheen havainneessa liitäntälaitteessa (2a—2e) tiedonsiirto- väylä (1) tiettyyn arvoon pidemmäksi ajaksi kuin mainitun suurimman • * · / : sallitun lukumäärän samanarvoisia bittejä lähettämiseen käytettävä :,/25 aika. 4 t

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yhteen liitäntälaitteeseen (2a—2e) muodostetaan lisäksi aina-kin toinen liitäntärajapinta (5b), ja että mainitussa liitäntälait- . ··’ teessä (2a—2e) tiedonsiirtoväylällä (1) siirrettävää informaatiota väli kö tetään mainittujen ensimmäisen (5a) ja toisen liitäntärajapinnan (5b) : i.: välillä. ! t

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että informaatiota siirretään yhdessä tai useammassa paketissa (6), joka käsittää ainakin otsikkokentän (H), datakentän (D) ja virheentar- 35 kistuskentän (E). 16 1 1 5005

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paketin (6) sisältämän informaation perusteella määritetään virheentar-kistustieto ja verrataan mainittua virheentarkistustietoa ja virheentar-kistuskentän (E) sisältämää informaatiota mahdollisten siirtovirheiden 5 havaitsemiseksi, ja että siirtovirheistä informoidaan olennaisesti välittömästi siirtovirheiden havaitsemisen jälkeen.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6—10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liitäntälaitteet (2a—2e) kytketään tiedonsiirtoväylässä sarjaan.

11. Liitäntälaite (2a—2e) käytettäväksi toimilaitteiden ohjausjär jestelmässä, joka käsittää kaksisuuntaisen tiedonsiirtoväylän (1) informaation siirtämiseksi tiedonsiirtoväylään liitettyjen liitäntälait-teiden (2a—2e) välillä, ja jossa liitäntälaitteessa (2a—2e) on välineet liitäntälaitteen (2a—2e) yhdistämiseksi tiedonsiirtoyhteyteen ainakin 15 yhden toimilaitteen (3a—3d, 4) kanssa, liitäntälaite (2a—2e) käsittää ainakin ensimmäisen liitäntärajapinnan (5a), välineet (11) tiedonsiirtoväylällä siirrettävän informaation vastaanottamiseksi, välineet (8, 9, 14,15) informaation lähettämiseksi ainakin ensimmäisen liitäntärajapinnan (5a) kautta tiedonsiirtoväylälle (1), välineet (13) 20 siirtovirheiden havaitsemiseksi, ja välineet (8, 9,14,15) siirtovirheistä informoimiseksi tiedonsiirtoväylän (1) kautta muille tiedonsiirtoväylään : v. liitetyille liitäntälaitteille (2a—2e), tunnettu siitä, että järjestelmässä • .·. informaatiota on järjestetty siirrettäväksi bitteinä, ja että järjestelmässä ; on määritetty suurin sallittu peräkkäisten, samanarvoisten bittien luku-:..:25 määrä, jolloin mainitut välineet (8,9,14,15) siirtovirheistä informoimiseksi käsittävät välineet tiedonsiirtoväylän (1) asettamiseksi tiettyyn arvoon pidemmäksi ajaksi kuin mainitun suurimman sallitun lukumäärän samanarvoisia bittejä lähettämiseen käytettävä aika. I I · f i f

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen liitäntälaite, tunnettu siitä, että ‘30 se käsittää lisäksi ainakin toisen liitäntärajapinnan (5b), ja i.: välineet (9,15) tiedonsiirtoväylällä siirrettävän informaation välittämi- seksi mainittujen ensimmäisen (5a) ja toisen liitäntärajapinnan (5b) välillä. uin 115005 17