WO2008131914A1 - Synchronisation bus system, communication units for a synchronisation bus system, and method for exchanging messages for temporal synchronisation - Google Patents

Synchronisation bus system, communication units for a synchronisation bus system, and method for exchanging messages for temporal synchronisation Download PDF

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WO2008131914A1
WO2008131914A1 PCT/EP2008/003338 EP2008003338W WO2008131914A1 WO 2008131914 A1 WO2008131914 A1 WO 2008131914A1 EP 2008003338 W EP2008003338 W EP 2008003338W WO 2008131914 A1 WO2008131914 A1 WO 2008131914A1
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ken
transmission
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PCT/EP2008/003338
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Anton Fuchs
Rudolf Kern
Frank Poxleitner
Otto Ruck
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Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
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    • H04L12/40143Bus networks involving priority mechanisms

Definitions

  • Synchronization bus system communication units for a synchronization bus system and method for exchanging messages for time synchronization
  • the invention relates to a synchronization bus system, communication units and a method for exchanging messages between components, in particular components of a mechatronic system, for example a coordinate measuring machine, for time synchronization.
  • mechatronic systems which comprise a plurality of components, depend on the individual components executing work or method steps synchronized in time.
  • Such mechatronic systems include, for example, coordinate measuring machines which have one or more sensor carriers and one or more sensors which are arranged on the sensor carrier (s).
  • a controller is provided, which is communicatively connected to the sensor carrier (s) and / or the sensor (s). All of these units are considered components of a coordinate measuring machine.
  • the individual sensor carriers and sensors must perform synchronized movements in time and / or detect measuring signals.
  • a known bus system is the CAN bus system (controller array network bus system), which is used for example frequently in the automotive industry.
  • CAN bus system different interconnected components can equally access a transmission medium.
  • the individual transmitted messages are each assigned an identifier comprising several bits, which specifies a priority of the individual transmitted messages.
  • identifier comprising several bits, which specifies a priority of the individual transmitted messages.
  • Over a CAN bus system can thus not synchronized by the individual components, ie asynchronously, to a possibly prevailing system time are exchanged.
  • a CAN bus is limited in its real-time capability in time-critical applications. Furthermore, synchronization to the time specified by a watch unit of one of the components is not provided in the protocol. Instead, the clock units of the individual communication units of the individual components are respectively resynchronized by means of a synchronization bit transmitted with the messages. In this case, a synchronization depends on which runtime differences the individual components have relative to one another. Since the synchronization is carried out by messages of different components, which usually have different runtime differences for a component, the synchronization fluctuates around these runtime differences.
  • a timer transmits a synchronization message to the other components of the system which synchronize their clock units according to the received synchronization message.
  • the clock units of the individual components are thus synchronized.
  • the individual clocks of the components can each differ from one another by a transit time which the synchronization message from the timer to the respective component requires.
  • this run time is constant, the synchronization does not vary relative to the clock of the timer. If such a temporal synchronization is to be implemented permanently on a clock unit of a component in a CAN bus system, this requires complex logic in order to trigger a transmission of a specific message synchronized with a clock unit of the component.
  • the invention is therefore based on the technical object of providing a synchronization bus system, communication units for this purpose and a method for exchanging messages for time synchronization of components, on the one hand synchronization to a predetermined by a Uhrech time signal and in addition a transmission of asynchronous messages of the individual Enable components linked via the bus system.
  • this synchronization bus system comprises communication units of the components for exchanging the messages via a transmission medium, the communication units comprising a clock for providing a time signal for their respective component and one of the communication units a transmitting unit for transmitting messages over the transmission medium and is operated as a transmitter unit which transmits a message called synchronization message via the transmission medium at regular time intervals synchronized with the time signal of their clock and the remaining communication units comprise a receiving unit for receiving messages and operated as synchronized units which, upon successful reception of the synchronization message, sets its clock with the clock of the Synchronize encoder unit
  • the transmitter unit comprises a receiving unit and the synchronized units comprise a transmitting unit and the communication units are adapted to send and receive asynchronous to a predetermined by the transmitted synchronization messages clock asynchronous messages on the transmission medium, wherein the transmission medium has a transmission state in which at least one of the messages is transmitted, or may take
  • a transmission As a transmission of a message synchronized with the time signal, a transmission is considered which accesses the transmission medium at a time determined on the basis of the time signal and the transmission of the message begins.
  • a synchronization bus system offers the advantage that, on the one hand, the clock units of the individual components are synchronized rigidly with one another. However, it is also possible to inform the other components asynchronously about a occurred event. This makes it possible to temporally synchronize different components in their actions. If an event occurring at one of the components is to be used to initiate work or method steps on another component, a timely transmission of this event occurring by means of an asynchronous message with the aid of the bus system according to the invention is possible. As a result, complex procedures and workflows can be easily realized.
  • a method according to the invention for exchanging messages between components, in particular components of a mechatronic system, for example a coordinate measuring machine, for temporal synchronization is created in which one of the components of a communication unit designated as a transmitter unit a transmission medium synchronized with a time signal of a clock of the transmitter unit, a message called synchronization message is sent, and the communication units of the remaining components are operated as synchronized units, receive the synchronization messages and upon successful receipt of the synchronization message their respective clock Synchronize the clock of the encoder unit, wherein at least one of the communication units asynchronous to ei Send nem asynchronous messages via the transmission medium and the other communication units receive the asynchronous message nem specified by the transmitted synchronization messages clock.
  • a largely collision-free transmission is achieved by starting a transmission only when the transmission medium is in the idle state.
  • a time signal is understood to be a signal which enables a subdivision of the time into time intervals. In this case it is not necessary for an absolute time to be coded in the time signal. Rather, a signal indicating a time-regular clock can be used as a time signal be used. Accordingly, clocks and clock units in the sense of what is described here are also oscillators which generate an oscillating signal. In general, watches or Uhröen comprise a quartz crystal, the high-frequency signal is reduced by a divider. The clock signal allows the components to divide the time between the synchronization messages.
  • the messages are each distinguished according to a content associated with them, wherein the content is encoded over a message transmission period.
  • the message transmission duration is considered to be the time required for a communication unit to send the message, which is identical to the time it takes for another component to receive the message. To distinguish this is a runtime, which requires the message to be transmitted on the transmission medium from one component to the other. If, for example, a copper line is used as the transmission medium, the transit time for a message transmission is determined by a propagation speed of an electrical signal on the copper line. By contrast, the message transmission duration depends on the time span in which the transmitting unit transmits the message to the transmission medium. Coding the message content over a period of time, the message transmission duration, has the advantage of being easy to implement. An internal structure of the message, if it exists, need not be analyzed by the receiving unit.
  • priorities are assigned to the messages, the priority being proportional to the message transmission duration assigned to the message.
  • High priority messages are thus encoded by a long message transmission time. This is to ensure that different messages that are reliably detected in the rare case that two components begin at the same time as sending a message, the higher priority message from all components.
  • the communication units are configured to each determine a time period in which the transmission medium is continuously in its transmission state and to identify the corresponding transmitted message based on this determined period of time.
  • the communication units check after transmission whether the transmission medium changes to a free state, and if this is not the case, then detect a collision and resend the message sent as soon as the transmission medium changes to the idle state. Excluded from this are synchronization messages, which are sent only synchronized in time with the clock signal of the encoder unit.
  • the communication unit which determines that the transmission medium does not go to the idle state after transmission, may also determine the amount of time that elapses before the transmission medium again changes to the idle state. This determined time span plus the amount of time that this communication unit used to send its own message, i. of the
  • Message transmission duration of the message sent by this communication unit results in the message transmission duration of the message sent by the other communication unit.
  • the communication unit that detected the collision can thus uniquely identify the message that has collided with its own sent message.
  • the remaining components or communication units of the synchronization bus system can not notice such a collision. Therefore, resending the shorter message having a lower priority is necessary.
  • the occurring here time delay must be accepted. It is usually far below the times that must be waited in known bus systems for access to submit an asynchronous message.
  • the individual communication units are each assigned two, preferably priority-adjacent, messages.
  • the priority lower message is sent if no collision has occurred.
  • the other, preferably priority adjacent, higher priority message is sent only in the case where a collision occurred while sending the lower priority message.
  • the synchronization bus system is usually designed such that the regular time intervals are dimensioned such that the individual clock units remain synchronized even if there is no synchronization message over a plurality of these time intervals. This means that the individual time signals of the clocks change only within a predetermined tolerance range relative to each other. Therefore, the individual communication units can detect an absence of a synchronization message if an asynchronous message is transmitted over the transmission medium in the corresponding time window for the synchronization message. In order to "destroy" any asynchronous message during synchronization, it is provided in a preferred embodiment of the invention that the synchronization message is assigned the shortest message transmission duration of the different messages.
  • the shortest message transmission duration is longer than the maximum signal propagation time on the transmission medium between two of the communication units.
  • the signal propagation time is considered to be the time that elapses between starting the transmission of a message to another of the components and the beginning of receiving the message by the other component.
  • the message transmission times of the various messages each differ by a time period which is greater than a maximum signal propagation time, preferably greater than a double of maximum signal transit time on which transmission medium is between two of the communication units.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a synchronization bus system with several components
  • Fig. 2-6 an occurrence of messages to be transmitted, plotted against time and a corresponding state diagram of a transmission medium plotted against time;
  • Fig. 7 is a schematic flow diagram of a method for communicating messages.
  • Fig. 8 is a schematic view of a coordinate measuring system.
  • a synchronization bus system 1 is shown schematically.
  • the synchronization bus system 1 comprises components designated as controllers S1, S2,..., Sn.
  • the control units SI-Sn may be any desired mechatronic components, for example probes, rotary swivel joints, control devices, evaluation units, display devices, operating devices, etc.
  • the control units SI-Sn each comprise an integrated transmitting and receiving unit SEI-SEn.
  • the illustrated transmitting and receiving units SEI-SEn are RS 485 transceivers.
  • the transmitting and receiving units SEI-SEn are connected to one another via a transmission medium 3, which comprises two lines 5, preferably made of copper and preferably twisted.
  • the transmitting and receiving units may be implemented separately in other embodiments.
  • the transmission medium can be configured differently. If an optical transmission is selected, the transmission medium can be, for example, an optical waveguide. Likewise, a fluid surrounding the components or even a vacuum may serve as a transmission medium.
  • a receiving unit may be a photosensitive electronic component, for example a phototransistor or a photosensitive resistor.
  • the transmitting unit may comprise a light emitting diode or laser diode.
  • the person skilled in various transmission and receiving units and corresponding transmission media are known. In the case of optical transmission, infrared, sound or radio transmission, the transmission medium does not necessarily have to be materialized separately.
  • a fluid or a vacuum can serve as a transmission medium.
  • the transmission medium can occupy at least two distinguishable states, wherein the one state, a transmission state, is assumed when a message is transmitted via the transmission medium.
  • the other state which is referred to as a free state is occupied by the transmission medium when no message is transmitted over the transmission medium.
  • the transmission state may have other distinguishable substates, which are not of interest here, however.
  • the term "occupying a state” is to be understood here in the sense that "one state can be assigned to the transmission medium" in each case.
  • the transmitting and receiving units SEI-SEn are components of communication units KEI-KEn.
  • the control units SEI-SEn can themselves be designed as communication units.
  • the communication units KEI-KEn each comprise a clock unit UEI-UEn, each of which provides a time signal for its control unit SEI-SEn.
  • the communication units KEI-KEn each comprise a logic unit LEI-LEn.
  • the logic units LEI-LEn control both the clock units UEI-UEn and the corresponding transmitting and receiving units SEI-SEn. They also process message transfer requests provided by control units StEI StEn of the respective controllers SEI-SEn for transmission. In addition, they prepare signals transmitted via the transmission medium 3 and make available received messages to the control units StEI-StEn.
  • the control units StEI-StEn and the logic units LEI-LEn can each also be integrated into a common integrated control unit.
  • the logic units are preferably designed such that the individual communication units KEI-KEn can each be operated selectively either as a transmitter unit or as a synchronized unit. What is meant by this is explained in more detail below.
  • a corresponding selection can be made, for example, via a switch (not shown) arranged in the logic unit. If the logic is executed programmatically, a selection can advantageously be made via a software-supported configuration.
  • synchronization messages SN are plotted on a time axis 11 in an upper part.
  • Left edges 13 of the synchronization messages SN specify the so-called synchronization times tj and t i + 1 at which a synchronization of the clock units of a synchronization bus system should take place. (A definition would also be possible in which the right edges 14 are defined as synchronization times.)
  • a component formed as a transmitter unit ie, for example, control unit S1 according to FIG
  • a state of the transmission medium in the form of a state diagram 15 is plotted against time.
  • the state diagram corresponds to a voltage difference diagram of the lines 5 of the transmission medium 3 according to FIG. 1.
  • the transmission medium Before the synchronization time tj, the transmission medium is in the idle state. This means that no message is transmitted over the transmission medium.
  • the transmission of the synchronization message SN begins.
  • the transmission medium changes to the transmission state.
  • the transmission medium remains in the transmission state for a transmission duration ⁇ ts N of the synchronization message SN.
  • the transmission medium changes back to the idle state.
  • the synchronization message SN is sent again via the transmission medium. Accordingly, the transmission medium again changes to the transmission state at time t i + i for a transmission duration ⁇ tsN.
  • asynchronous messages may be sent from the transmitter unit or other communication units (controllers) via the transmission medium.
  • asynchronous messages aN2 and aN3 are sent, for example, from a controller 2 and a controller 3.
  • Left edges 13 indicate the respective times t aN2 and t aN3 to which a message transmission is requested accordingly.
  • the different messages SN, aN2, aN3 each have a different hatching. This is maintained by all figures.
  • the synchronization messages SN have an obliquely hatching from top left to bottom right.
  • the asynchronous message aN2 of the control unit 2 has a horizontal hatching and the asynchronous message aN3 of the control unit 3 has a vertical hatching.
  • An extension along the time axis 11 indicates in each case a message transmission duration ⁇ t S N, ⁇ t a N2, ⁇ t a N 3 assigned to the corresponding message.
  • the corresponding state diagram of the transmission medium is plotted against time. It will be appreciated that all messages, both the synchronization message SN and the asynchronous messages aN2 and aN3, can be transmitted without interference. Based on the length of time in which the transmission medium remains in the transmission state, each communication unit, which is connected to the transmission medium, identify the respective message.
  • FIG. 4 shows a case in which the asynchronous message aN2 of the control unit 2 is to be transmitted at a time t aN2 'whose time from the synchronization time tj is less than the transmission time ⁇ t aN2 of the asynchronous message aN2 of the second control unit.
  • the transmission medium is in the transmission state when the control unit 1 wants to transmit a synchronization message SN. If the control unit 1 were to send this message to the transmission medium, the other communication units of the other control units would not be able to recognize this. However, since the other communication units all have a clock unit, they can independently recognize the time at which the synchronization message should be transmitted. Therefore, even in this case, the synchronization event is not lost.
  • the clock units are designed such that the once synchronized time signals of the various clock units remain synchronous for a plurality of predetermined time periods ⁇ T (synchronization cycles), even if no synchronization message SN (synchronization pulse) has been received from the synchronized communication units.
  • the synchronization bus system can thus handle well individual asynchronous messages, such as the asynchronous message aN2 of the control unit 2 in the example of FIG. 4, which are transmitted during a synchronization time tj, t i + 1 .
  • FIG. 5 shows a case in which a request for the transmission of an asynchronous message aN3 of the control device 3 takes place at a time t 3N3 'at which a message transmission of an asynchronous message aN2 of the control device 2 still lasts.
  • the communication unit of the controller 3 notices that the transmission medium is not in the idle state. It waits for the reception of the asynchronous message, ie the asynchronous message aN2 of the control unit 2, and then transmits, after the transmission medium has returned to the idle state, its asynchronous message aN3.
  • the small time lag between the time to which the message transmission is requested, and the time t aN3 R , to which the transmission actually begins, is usually so minimal that it does not further affect the functioning of the overall system. If, for example, a coordinate measuring machine is realized by means of the components (control devices) of the synchronization bus system 1 according to FIG.
  • synchronization inaccuracies in the range of a few microseconds ( ⁇ s) cause location inaccuracies of the actuating elements in the range of micrometers ( ⁇ m) or less.
  • Control units at the same time try to transmit a message.
  • the control unit 2 and the control unit 3 each attempt to transmit the asynchronous messages aN2 and aN3 corresponding to them. Both begin the transmission at the same time.
  • the transmission medium remains in the transmission state as long as one of the two messages is sent. This means that the message aN3 with the longer message transmission duration determines the retention of the transmission medium in the transmission state.
  • the communication units connected to the transmission medium it is merely detected that the message aN3 has been transmitted with the longer message transmission duration.
  • a message with a longer message transmission duration thus has a higher priority than a message which has a shorter message transmission duration.
  • the controller 2 may determine the collision that it checks after the end of the transmission of its asynchronous message aN2, whether the transmission medium changes to the idle state. If this is not the case, then a collision can be detected. If the control unit 2 now determines the period of time ⁇ tciz in which the transmission medium remains in the transmission state after the transmission of its own asynchronous message aN2 has ended, this time interval ⁇ toz can be used to determine the message transmission duration of the collision message. For this purpose, the determined time interval ⁇ tüz is added to the message transmission duration ⁇ t aN2 of the message itself sent.
  • the time is up taN2 R the asynchronous message aN2 slightly delayed with respect to the request time t aN2 sent.
  • two different messages are provided for each transmitted information.
  • One of the messages is sent if, at the time of the message transfer request, the transmission medium is idle and a message transfer is started immediately.
  • the other of the messages is sent when the message transmission medium is not idle at the time the request for transmission of the message is made, or at the end of the message transmission that a message has been found to have collided with a message of higher priority from another communication unit.
  • FIG. 7 a schematic flow diagram of a method for communicating messages for time synchronization purposes 100 is shown. Illustrated by way of example are both the method steps which are carried out in a transmitter unit as well as in a synchronized unit. At the appropriate point, it is pointed out which method steps are executed only in one or the other unit.
  • the transmission medium is monitored 103, a transmission request is monitored 105 and a time signal 107 is generated by a clock unit.
  • the generated time signal can be provided to other components, for example a control device, of its own component.
  • In the encoder unit is additionally checked whether the regular predetermined time .DELTA.T has passed, after which a new synchronization message is to be sent 109.
  • a synchronization message 111 is defined as a message to be sent.
  • the asynchronous messages have a higher priority than the synchronization message. Therefore, it is queried whether there is an asynchronous message to be sent 113. If this is the case, then the Synchronization message are not transmitted and the generation of the time signal is continued until the next time the period of time .DELTA.T has passed.
  • the query 113 has shown that there is no asynchronous message to be sent, it is next checked whether the transmission medium is in the transmission state 115. If this is not the case, then the right no branch 117 is followed. The procedures associated with sending a message are connected by dashed lines in FIG. Since the transmission medium is not in the transmission state, it must be in the idle state. Now the message to be sent is sent to the transmission medium 119.
  • the transmission medium After the transmission of the message has ended, it is checked whether the transmission medium has changed to the idle state 121. If this is the case, then the transmitted message has been transmitted successfully. On the other hand, if the transmission medium has not changed to the idle state, then a collision is detected 123. The time span ⁇ tciz in which the transmission medium remains in the transmission state 125 is then determined.
  • the message transmission duration At 3Nk of the collision message aNk is determined 127, which can subsequently be identified 129.
  • the identified message can not be a synchronization message if the synchronization message has the lowest priority. As a result, the issuing of the identified received message is continued 131.
  • step 115 is continued, in which it is checked whether the transmission medium is in the transmission state. The further procedure is similar to the procedure described so far from step 115, unless the transmission medium is in the transmission state.
  • the monitoring of the transmission medium 103 is followed by the query as to whether the transmission medium is in the transmission state 115. If the transmission medium is in the transmission state, the time span in which the transmission medium remains in the transmission state is determined according to process block 125. Subsequently, the received message can be identified on the basis of the determined message transmission duration 129. A query 135 checks whether the identified message is a synchronization message 135 in a synchronized unit. If this is the case, the clock (for example an oscillator) becomes the own clock unit synchronized 137. Subsequently, the monitoring of the transmission medium 103 is continued.
  • the clock for example an oscillator
  • the identified message is not a synchronization message
  • the identified received message is output 131 and then the monitoring of the transmission medium 103 and the other simultaneously ongoing process actions, monitoring of the send request 105 and the generation of the time signal 107, are continued.
  • both the logic unit and the control unit can be implemented both by hardware and software.
  • the communication units are designed such that they can be operated both as a transmitter unit and as a synchronized unit.
  • embodiments of synchronization bus systems are also conceivable in which communication units are used which can only be operated either as a transmitter unit or as a synchronized unit, as well as synchronization bus systems in which additionally units are used which can be operated either as transmitter units or as synchronized units are.
  • the synchronization message has been assigned the lowest priority.
  • Other embodiments are conceivable in which the synchronization message is assigned an average or even the highest priority.
  • the shortest message transmission time should be greater than a maximum signal propagation time between two communication units over the transmission medium. Further, the message transmission times of different messages should be different from each other by more than twice the maximum signal propagation time.
  • FIG. 8 schematically shows an exemplary coordinate measuring machine 50.
  • the coordinate measuring machine 50 comprises a control unit 52 and mechanically coupled to each other an x-actuator 54, a y-actuator 56 and a z-actuator 58.
  • the control unit 52 and the actuators 54-58 are components of the coordinate measuring machine 50.
  • a probe 60 is connected, which can be positioned three-dimensionally in space about the actuators 54-58 to scan an object 62 in terms of its dimensions.
  • Each actuator may effect a displacement of the probe along a direction of a coordinate system 61.
  • the z-actuator comprises a measuring sensor (not shown).
  • the control unit 52 is connected to the actuators 54-58 via a first bus 64, on which, for example, messages are exchanged by means of the CAN protocol, and a synchronization bus 66.
  • the synchronization bus 66 serves to synchronize clocks of the controller 52 and the actuators 54-58. Furthermore, motion sequences are triggered via asynchronous messages and events, for example a start of movement, a reaching of a predetermined position, a detection of a measured value, etc., are signaled promptly to their occurrence.
  • individual events associated with individual messages that differ by their message transmission duration.
  • a message is sent only from one of the components (controller 52 or one of the actuators 54-58).
  • the asynchronous messages enable a synchronized execution of movements of the actuators 54-58 and a synchronized acquisition of status information and measurement data.
  • the synchronization message as a message to be sent

Abstract

The invention relates to a synchronisation bus system (1) for enabling an exchange of messages (SN, aNj) between components. Said system comprises communication units (KE1-KEn) for the components for exchanging the messages (SN, aNj) by means of a transmission medium (3), the communication units (KE1-KEn) comprising a clock for providing a time signal for the respective components thereof. One of the communication units (KE1-KEn) comprises an emission unit for emitting messages (SN, aNj) via the transmission medium (3) and is operated as a transmitter unit which emits a synchronisation message (SN) in regular time intervals ΔT in such a way that it is synchronised with the time signal of the clock thereof. The remaining communication units (KE1-KEn) comprise a receiving unit for receiving messages (SN, aNj) and are operated as synchronised units which synchronise their clock with the clock of the transmitter unit for a successful reception of the synchronisation message (SN). The transmitter unit comprises a receiving unit and the synchronised units comprise an emission unit, and the communication units (KE1-KEn) are designed in such a way as to send and receive asynchronous messages (SN, aNj) via the transmission medium (3), asynchronously in relation to a clock pulse pre-defined by the transmitted synchronisation messages. The invention also relates to communication units and a method for the exchange of messages for temporal synchronisation.

Description

Synchronisationsbussystem, Kommunikationseinheiten für ein Synchronisationsbussystem und Verfahren zum Austauschen von Nachrichten zur zeitlichen Synchronisation Synchronization bus system, communication units for a synchronization bus system and method for exchanging messages for time synchronization
Die Erfindung betrifft ein Synchronisationsbussystem, Kommunikationseinheiten sowie ein Verfahren zum Austauschen von Nachrichten zwischen Komponenten, insbesondere Komponenten eines mechatronischen Systems beispielsweise eines Koordinatenmessgerätes, zur zeitlichen Synchronisation.The invention relates to a synchronization bus system, communication units and a method for exchanging messages between components, in particular components of a mechatronic system, for example a coordinate measuring machine, for time synchronization.
Eine Vielzahl von Systemen, beispielsweise mechatronische Systeme, die mehrere Komponenten umfassen, sind darauf angewiesen, dass die einzelnen Komponenten zeitlich synchronisiert Arbeits- oder Verfahrensschritte ausführen. Zu solchen mechatronischen Systemen gehören beispielsweise Koordinatenmessgeräte, die über einen oder mehrere Sensorträger und einen oder mehrere Sensoren verfügen, der oder die auf dem oder den Sensorträgern angeordnet sind. Ferner ist eine Steuerung vorgesehen, die mit dem oder den Sensorträgern und dem oder den Sensoren kommunikationstechnisch verbunden ist. Alle diese Einheiten werden als Komponenten eines Koordinatenmessgerätes betrachtet. Um eine Koordinatenmessung auszuführen, müssen die einzelnen Sensorträger und Sensoren zeitlich synchronisiert Bewegungen ausführen und/oder Messsignale erfassen.A large number of systems, for example mechatronic systems which comprise a plurality of components, depend on the individual components executing work or method steps synchronized in time. Such mechatronic systems include, for example, coordinate measuring machines which have one or more sensor carriers and one or more sensors which are arranged on the sensor carrier (s). Furthermore, a controller is provided, which is communicatively connected to the sensor carrier (s) and / or the sensor (s). All of these units are considered components of a coordinate measuring machine. In order to carry out a coordinate measurement, the individual sensor carriers and sensors must perform synchronized movements in time and / or detect measuring signals.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Komponenten solcher mechatronischer Systeme mittels eines Bussystems kommunikationstechnisch zu verknüpfen. Ein bekanntes Bussystem ist das CAN-Bussystem (Controller Array Network-Bussystem), welches beispielsweise häufig in der Kraftfahrzeugindustrie eingesetzt wird. Bei dem CAN-Bussystem können unterschiedliche miteinander verknüpfte Komponenten gleichberechtigt auf ein Übertragungsmedium zugreifen. Den einzelnen übertragenen Nachrichten ist jeweils eine mehrere Bits umfassende Kennung zugeordnet, die eine Priorität der einzelnen übertragenen Nachrichten festlegt. Bei einem zeitgleichen Zugriff zweier Komponenten wird diejenige Nachricht übertragen, deren Kennung eine höhere Priorität aufweist. Über ein CAN-Bussystem können somit von den einzelnen Komponenten zeitlich nicht synchronisiert, d.h. asynchron, zu einer gegebenenfalls vorherrschenden Systemzeit ausgetauscht werden. Da jedoch eine größere Anzahl von Bit, d.h. Informationseinheiten, bei jedem Sendevorgang ausgetauscht werden müssen, ist ein CAN-Bus hinsichtlich seiner Echtzeitfähigkeit bei zeitkritischen Anwendungen begrenzt. Ferner ist eine Synchronisation auf die Zeit, die von einer Uhreinheit einer der Komponenten vorgegeben ist, nicht im Protokoll vorgesehen. Vielmehr werden die Uhreinheiten der einzelnen Kommunikationseinheiten der einzelnen Komponenten mittels eines mit den Nachrichten übertragenen Synchronisationsbits jeweils neu synchronisiert. Hierbei hängt eine Synchronisation davon ab, welche Laufzeitunterschiede die einzelnen Komponenten zueinander aufweisen. Da die Synchronisation durch Nachrichten unterschiedlicher Komponenten erfolgt, die in der Regel zu einer Komponente unterschiedliche Laufzeitunterschiede aufweisen, schwankt die Synchronisation um diese Laufzeitunterschiede.In the prior art, it is known to connect components of such mechatronic systems by means of a communication system. A known bus system is the CAN bus system (controller array network bus system), which is used for example frequently in the automotive industry. In the CAN bus system, different interconnected components can equally access a transmission medium. The individual transmitted messages are each assigned an identifier comprising several bits, which specifies a priority of the individual transmitted messages. In a simultaneous access of two components that message is transmitted, whose identifier has a higher priority. Over a CAN bus system can thus not synchronized by the individual components, ie asynchronously, to a possibly prevailing system time are exchanged. However, since a larger number of bits, ie information units, have to be exchanged at each transmission, a CAN bus is limited in its real-time capability in time-critical applications. Furthermore, synchronization to the time specified by a watch unit of one of the components is not provided in the protocol. Instead, the clock units of the individual communication units of the individual components are respectively resynchronized by means of a synchronization bit transmitted with the messages. In this case, a synchronization depends on which runtime differences the individual components have relative to one another. Since the synchronization is carried out by messages of different components, which usually have different runtime differences for a component, the synchronization fluctuates around these runtime differences.
Im Stand der Technik sind andere Systeme bekannt, bei denen ein Zeitgeber eine Synchronisationsnachricht an die übrigen Komponenten des Systems übermittelt, die ihre Uhreinheiten entsprechend anhand der empfangenen Synchronisationsnachricht synchronisieren. Die Uhreinheiten der einzelnen Komponenten sind somit synchronisiert. Hinsichtlich einer "absoluten Zeit" können sich die einzelnen Uhren der Komponenten voneinander jeweils um eine Laufzeit unterscheiden, die die Synchronisierungsnachricht von dem Zeitgeber zu der jeweiligen Komponente benötigt. Da diese Laufzeit jedoch konstant ist, schwankt die Synchronisierung relativ zu der Uhr des Zeitgebers nicht. Soll eine solche zeitliche Synchronisation fest auf eine Uhreinheit einer Komponente in einem CAN-Bussystem realisiert werden, so ist hierfür eine aufwendige Logik notwendig, um ein Senden einer bestimmten Nachricht synchronisiert mit einer Uhreinheit der Komponente auszulösen. Hierbei müsste eine Vielzahl von Bits, d.h. Informationseinheiten, übertragen werden, so dass dieses für zeitkritische Anwendungen nicht geeignet anwendbar ist. Ferner findet keine Synchronisation auf einen Flankenwechsel statt. Vielmehr wird ein Signal in Intervallen abgetastet. Ein Wechsel von einem Intervall zum nächsten wird als Synchronisationspuls verwendet. Die Abtastzeit, d.h. ein Abtastintervall, verbleibt als Ungenauigkeit. Zusätzlich zu einem Vorhandensein eines genauen synchronen Uhrsignals in den Komponenten ist es häufig notwendig, dass Komponenten zeitlich synchronisiert auf Ereignisse reagieren, die von einer anderen Komponente erfasst wurden. Eine Übertragung einer solchen Ereignisinformation ist bei zeitkritischen Anwendungen mittels bekannter Bussysteme nicht befriedigend möglich.In the prior art other systems are known in which a timer transmits a synchronization message to the other components of the system which synchronize their clock units according to the received synchronization message. The clock units of the individual components are thus synchronized. With regard to an "absolute time", the individual clocks of the components can each differ from one another by a transit time which the synchronization message from the timer to the respective component requires. However, because this run time is constant, the synchronization does not vary relative to the clock of the timer. If such a temporal synchronization is to be implemented permanently on a clock unit of a component in a CAN bus system, this requires complex logic in order to trigger a transmission of a specific message synchronized with a clock unit of the component. In this case, a multiplicity of bits, ie information units, would have to be transmitted, so that this is not suitable for time-critical applications. Furthermore, there is no synchronization to an edge change. Rather, a signal is sampled at intervals. A change from one interval to the next is used as a synchronization pulse. The sampling time, ie a sampling interval, remains as inaccuracy. In addition to having a precise synchronous clock signal in the components, it is often necessary for components to synchronize in time to events detected by another component. Transmission of such event information is not satisfactorily possible in time-critical applications using known bus systems.
Der Erfindung liegt somit die technische Aufgabe zugrunde, ein Synchronisationsbussystem, Kommunikationseinheiten hierfür und ein Verfahren zum Austauschen von Nachrichten zur zeitlichen Synchronisation von Komponenten zu schaffen, die einerseits eine Synchronisation auf eine durch eine Uhreinheit vorgegebenes Zeitsignal als auch zusätzlich eine Übertragung von asynchronen Nachrichten der einzelnen über das Bussystem verknüpften Komponenten ermöglichen.The invention is therefore based on the technical object of providing a synchronization bus system, communication units for this purpose and a method for exchanging messages for time synchronization of components, on the one hand synchronization to a predetermined by a Uhreinheit time signal and in addition a transmission of asynchronous messages of the individual Enable components linked via the bus system.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Synchronisationsbussystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 , ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 sowie eine Kommunikationseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by a synchronization bus system with the features of claim 1, a method having the features of claim 10 and a communication unit with the features of claim 19. Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Für ein solches Synchronisationsbussystem zum Ermöglichen eines Austausches von Nachrichten zwischen Komponenten ist vorgesehen, dass dieses Synchronisationsbussystem Kommunikationseinheiten der Komponenten zum Austauschen der Nachrichten über ein Übertragungsmedium umfasst, wobei die Kommunikationseinheiten eine Uhr zum Bereitstellen eines Zeitsignals für ihre jeweilige Komponente umfassen und eine der Kommunikationseinheiten eine Sendeeinheit zum Senden von Nachrichten über das Übertragungsmedium umfasst und als Gebereinheit betrieben wird, die in regelmäßigen Zeitintervallen synchronisiert mit dem Zeitsignal ihrer Uhr eine als Synchronisationsnachricht bezeichnete Nachricht über das Übertragungsmedium sendet und die übrigen Kommunikationseinheiten eine Empfangseinheit zum Empfangen von Nachrichten umfassen und als synchronisierte Einheiten betrieben werden, die bei einem erfolgreichen Empfang der Synchronisationsnachricht ihre Uhr mit der Uhr der Gebereinheit synchronisieren, wobei erfindungsgemäß die Gebereinheit eine Empfangseinheit und die synchronisierten Einheiten eine Sendeeinheit umfassen und die Kommunikationseinheiten ausgebildet sind, asynchron zu einem durch die übertragenen Synchronisationsnachrichten vorgegebenen Takt asynchrone Nachrichten über das Übertragungsmedium zu senden und zu empfangen, wobei das Übertragungsmedium einen Übertragungszustand, in dem mindestens eine der Nachrichten übertragen wird, oder einen Freizustand annehmen kann, in dem keine der Nachrichten übertragen wird, und wobei die Kommunikationseinheiten ausgestaltet sind, ein Senden einer zur Übertragung anstehenden Nachricht nur zu beginnen, wenn das Übertragungsmedium im Freizustand ist. Als ein Senden einer Nachricht synchronisiert mit dem Zeitsignal wird ein Senden angesehen, welches zu einem anhand des Zeitsignals festgelegten Zeitpunkt auf das Übertragungsmedium zugreift und die Übertragung der Nachricht beginnt. Ein solches Synchronisationsbussystem bietet den Vorteil, dass zum einen die Uhreinheiten der einzelnen Komponenten starr zueinander synchronisiert werden. Ebenso ist es jedoch möglich, die anderen Komponenten asynchron über ein eingetretenes Ereignis zu informieren. Hierdurch wird es möglich, unterschiedliche Komponenten in ihren Handlungsabläufen zeitlich zu synchronisieren. Soll ein an einer der Komponenten auftretendes Ereignis verwendet werden, um Arbeits- oder Verfahrensschritte an einer anderen Komponente in Gang zu setzen, so ist eine zeitnahe Übermittlung dieses aufgetretenen Ereignisses mittels einer asynchronen Nachricht mit Hilfe des erfindungsgemäßen Bussystems möglich. Hierdurch können komplexe Verfahrens- und Arbeitsabläufe einfach realisiert werden. Dennoch ist gewährleistet, dass alle Komponenten über Uhrsignale verfügen, die auf eine einzige Uhr synchronisiert sind. Hierdurch ist gewährleistet, dass die einzelnen Arbeits- und Verfahrensschritte, die die einzelnen Komponenten ausführen, zeitlich synchron ausgeführt werden können. Eine erfindungsgemäße Kommunikationseinheit für ein solches Synchronisationsbussystem umfasst somit eine Empfangseinheit zum Empfangen von über ein Übertragungsmedium von anderen Kommunikationseinheiten gesendeten Nachrichten, eine Sendeeinheit zum Senden von Nachrichten an die anderen Kommunikationseinheiten über das Übertragungsmedium, eine Uhreinheit zum Bereitstellen eines Zeitsignals, wobei die Kommunikationseinheit entweder als synchronisierte Einheit betreibbar ist, so dass bei einem Empfang einer als Synchronisationsnachricht bezeichneten der Nachrichten die Uhreinheit synchronisiert wird, oder als Gebereinheit betreibbar ist, die in regelmäßigen Zeitintervallen synchronisiert mit dem Zeitsignal ihrer Uhr eine als Synchronisierungsnachricht bezeichnete Nachricht über das Übertragungsmedium sendet, wobei eine Logik ausgebildet ist, asynchron zu einem durch die übertragenen Synchronisationsnachrichten vorgegebenen Takt asynchrone Nachrichten über das Übertragungsmedium zu senden und asynchrone Nachrichten zu empfangen, wobei das Übertragungsmedium einen Übertragungszustand, in dem mindestens eine der Nachrichten übertragen wird, oder einen Freizustand annehmen kann, in dem keine der Nachrichten übertragen wird, und wobei ein Senden einer zur Übertragung anstehenden Nachricht nur begonnen wird, wenn das Übertragungsmedium im Freizustand ist. Mit dem Synchronisationsbussystem bzw. den Kommunikationseinheiten für ein solches Synchronisationsbussystem wird somit ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Austauschen von Nachrichten zwischen Komponenten, insbesondere Komponenten eines mechatronischen Systems, beispielsweise einem Koordinatenmessgerät, zur zeitlichen Synchronisation geschaffen, bei dem von einer als Gebereinheit bezeichneten Kommunikationseinheit einer der Komponenten über ein Übertragungsmedium in zeitlich regelmäßigen Abständen synchronisiert mit einem Zeitsignal einer Uhr der Gebereinheit eine als Synchronisationsnachricht bezeichnete der Nachrichten gesendet wird, und die Kommunikationseinheiten der übrigen der Komponenten als synchronisierte Einheiten betrieben werden, die Synchronisationsnachrichten empfangen und bei einem erfolgreichen Empfang der Synchronisationsnachricht ihre jeweilige Uhr mit der Uhr der Gebereinheit synchronisieren, wobei mindestens eine der Kommunikationseinheiten asynchron zu einem durch die übertragenen Synchronisationsnachrichten vorgegebenen Takt asynchrone Nachrichten über das Übertragungsmedium senden und die übrigen Kommunikationseinheiten die asynchrone Nachricht empfangen. Eine weitgehend kollisionsfreie Übertragung wird dadurch erreicht, dass ein Senden nur dann begonnen wird, wenn das Übertragungsmedium in dem Freizustand ist. Unter einem Zeitsignal wird ein Signal verstanden, welches eine Unterteilung der Zeit in Zeitintervalle ermöglicht. Hierbei ist es nicht notwendig, dass in dem Zeitsignal eine absolute Zeit codiert ist. Vielmehr kann ein einen zeitlich regelmäßigen Takt angebendes Signal als Zeitsignal verwendet werden. Entsprechend sind Uhren und Uhreinheiten im Sinne des hier Beschriebenen auch Oszillatoren, die ein oszillierendes Signal erzeugen. In der Regel werden Uhren oder Uhreinheiten einen Schwingquarz umfassen, dessen hochfrequentes Signal durch einen Teiler herabgesetzt wird. Das Uhrsignal ermöglicht es den Komponenten, die Zeit zwischen den Synchronisationsnachrichten einzuteilen.For such a synchronization bus system for facilitating an exchange of messages between components, it is provided that this synchronization bus system comprises communication units of the components for exchanging the messages via a transmission medium, the communication units comprising a clock for providing a time signal for their respective component and one of the communication units a transmitting unit for transmitting messages over the transmission medium and is operated as a transmitter unit which transmits a message called synchronization message via the transmission medium at regular time intervals synchronized with the time signal of their clock and the remaining communication units comprise a receiving unit for receiving messages and operated as synchronized units which, upon successful reception of the synchronization message, sets its clock with the clock of the Synchronize encoder unit, according to the invention, the transmitter unit comprises a receiving unit and the synchronized units comprise a transmitting unit and the communication units are adapted to send and receive asynchronous to a predetermined by the transmitted synchronization messages clock asynchronous messages on the transmission medium, wherein the transmission medium has a transmission state in which at least one of the messages is transmitted, or may take a free state in which none of the messages is transmitted, and wherein the communication units are configured to start transmitting a pending message for transmission only when the transmission medium is idle. As a transmission of a message synchronized with the time signal, a transmission is considered which accesses the transmission medium at a time determined on the basis of the time signal and the transmission of the message begins. Such a synchronization bus system offers the advantage that, on the one hand, the clock units of the individual components are synchronized rigidly with one another. However, it is also possible to inform the other components asynchronously about a occurred event. This makes it possible to temporally synchronize different components in their actions. If an event occurring at one of the components is to be used to initiate work or method steps on another component, a timely transmission of this event occurring by means of an asynchronous message with the aid of the bus system according to the invention is possible. As a result, complex procedures and workflows can be easily realized. Nevertheless, it is ensured that all components have clock signals that are synchronized to a single clock. This ensures that the individual work and process steps that perform the individual components can be performed synchronously in time. A communication unit according to the invention for such a synchronization bus system thus comprises a receiving unit for receiving messages transmitted via a transmission medium from other communication units, a transmitting unit for transmitting messages to the other communication units via the transmission medium, a clock unit for providing a time signal, wherein the communication unit is either synchronized Unit is operable, so that upon receipt of a message referred to as the synchronization message, the watch unit is synchronized, or operable as a transmitter unit which transmits a message called a synchronization message over the transmission medium at regular time intervals synchronized with the timing signal of its clock, logic being formed asynchronous to one transmitting the transmitted synchronization messages predetermined timing asynchronous messages over the transmission medium and receiving asynchronous messages, wherein the transmission medium may assume a transmission state in which at least one of the messages is transmitted or a free state in which none of the messages are transmitted, and wherein Sending a pending message for transmission is only started when the transmission medium is idle. Thus, with the synchronization bus system or the communication units for such a synchronization bus system, a method according to the invention for exchanging messages between components, in particular components of a mechatronic system, for example a coordinate measuring machine, for temporal synchronization is created in which one of the components of a communication unit designated as a transmitter unit a transmission medium synchronized with a time signal of a clock of the transmitter unit, a message called synchronization message is sent, and the communication units of the remaining components are operated as synchronized units, receive the synchronization messages and upon successful receipt of the synchronization message their respective clock Synchronize the clock of the encoder unit, wherein at least one of the communication units asynchronous to ei Send nem asynchronous messages via the transmission medium and the other communication units receive the asynchronous message nem specified by the transmitted synchronization messages clock. A largely collision-free transmission is achieved by starting a transmission only when the transmission medium is in the idle state. A time signal is understood to be a signal which enables a subdivision of the time into time intervals. In this case it is not necessary for an absolute time to be coded in the time signal. Rather, a signal indicating a time-regular clock can be used as a time signal be used. Accordingly, clocks and clock units in the sense of what is described here are also oscillators which generate an oscillating signal. In general, watches or Uhreinheiten comprise a quartz crystal, the high-frequency signal is reduced by a divider. The clock signal allows the components to divide the time between the synchronization messages.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Nachrichten jeweils nach einem ihnen zugeordneten Inhalt unterschieden werden, wobei der Inhalt über eine Nachrichtenübertragungsdauer codiert ist. Als Nachrichtenübertragungsdauer wird die Zeitspanne angesehen, die eine Kommunikationseinheit zum Senden der Nachricht benötigt, welche identisch zu der Zeit ist, die eine andere Komponente benötigt, um die Nachricht zu empfangen. Hiervon zu unterscheiden ist eine Laufzeit, die die Nachricht benötigt, um auf dem Übertragungsmedium von der einen Komponente zu der anderen übertragen zu werden. Wird als Übertragungsmedium beispielsweise eine Kupferleitung verwendet, so ist die Laufzeit für eine Nachrichtenübertragung durch eine Ausbreitungsgeschwindigkeit eines elektrischen Signals auf der Kupferleitung festgelegt. Die Nachrichtenübertragungsdauer ist hingegen von der Zeitspanne abhängig, in der die Sendeeinheit die Nachricht auf das Übertragungsmedium sendet. Eine Codierung des Nachrichteninhalts über eine Zeitdauer, die Nachrichtenübertragungsdauer, bietet den Vorteil, dass sie einfach zu realisieren ist. Eine Binnenstruktur der Nachricht, sofern sie vorhanden ist, muss von der Empfangseinheit nicht analysiert werden.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the messages are each distinguished according to a content associated with them, wherein the content is encoded over a message transmission period. The message transmission duration is considered to be the time required for a communication unit to send the message, which is identical to the time it takes for another component to receive the message. To distinguish this is a runtime, which requires the message to be transmitted on the transmission medium from one component to the other. If, for example, a copper line is used as the transmission medium, the transit time for a message transmission is determined by a propagation speed of an electrical signal on the copper line. By contrast, the message transmission duration depends on the time span in which the transmitting unit transmits the message to the transmission medium. Coding the message content over a period of time, the message transmission duration, has the advantage of being easy to implement. An internal structure of the message, if it exists, need not be analyzed by the receiving unit.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind den Nachrichten Prioritäten zugeordnet, wobei die Priorität proportional zu der der Nachricht zugeordneten Nachrichtenübertragungsdauer ist. Nachrichten hoher Priorität werden somit durch eine lange Nachrichtenübertragungsdauer codiert. Hierdurch soll erreicht werden, dass unterschiedliche Nachrichten, die in dem seltenen Fall, dass zwei Komponenten zeitgleich mit dem Senden einer Nachricht beginnen, die prioritätshöhere Nachricht von allen Komponenten zuverlässig erkannt wird. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt vorzusehen, dass die Nachrichten jeweils einzelnen der Komponenten zugeordnet sind und jeweils nur von dieser Komponente gesendet werden. Hierdurch ist es möglich, anhand der erkannten Nachricht auch den Sender der Nachricht zu erkennen.In an advantageous embodiment of the invention priorities are assigned to the messages, the priority being proportional to the message transmission duration assigned to the message. High priority messages are thus encoded by a long message transmission time. This is to ensure that different messages that are reliably detected in the rare case that two components begin at the same time as sending a message, the higher priority message from all components. To be particularly advantageous, it has been found to provide that the messages are each assigned to each of the components and are each sent only by this component. This makes it possible to recognize based on the detected message and the sender of the message.
Vorzugsweise sind die Kommunikationseinheiten so ausgebildet, jeweils eine Zeitspanne zu ermitteln, in der das Übertragungsmedium ununterbrochen in seinem Übertragungszustand ist und die entsprechende übertragene Nachricht anhand dieser ermittelten Zeitspanne zu identifizieren.Preferably, the communication units are configured to each determine a time period in which the transmission medium is continuously in its transmission state and to identify the corresponding transmitted message based on this determined period of time.
Um den seltenen Fall einer Kollision abfangen zu können, die dann auftritt, wenn zwei Komponenten zeitgleich mit dem Senden einer Nachricht beginnen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Kommunikationseinheiten nach einem Senden überprüfen, ob das Übertragungsmedium in einen Freizustand wechselt, und falls dies nicht der Fall ist, hieran eine Kollision erkennen und die gesendete Nachricht erneut senden, sobald das Übertragungsmedium in den Freizustand wechselt. Hiervon ausgenommen sind Synchronisationsnachrichten, die nur zeitlich synchronisiert mit dem Uhrsignal der Gebereinheit gesendet werden. Die Kommunikationseinheit, die feststellt, dass das Übertragungsmedium nach einem Senden nicht in den Freizustand wechselt, kann ebenfalls die Zeitspanne ermitteln, die vergeht, bis das Übertragungsmedium erneut in den Freizustand wechselt. Diese ermittelte Zeitspanne plus der Zeitspanne, die diese Kommunikationseinheit zum Senden der eigenen Nachricht verwendet hat, d.h. derIn order to be able to intercept the rare case of a collision, which occurs when two components start simultaneously with the transmission of a message, it is provided in a preferred embodiment that the communication units check after transmission whether the transmission medium changes to a free state, and if this is not the case, then detect a collision and resend the message sent as soon as the transmission medium changes to the idle state. Excluded from this are synchronization messages, which are sent only synchronized in time with the clock signal of the encoder unit. The communication unit, which determines that the transmission medium does not go to the idle state after transmission, may also determine the amount of time that elapses before the transmission medium again changes to the idle state. This determined time span plus the amount of time that this communication unit used to send its own message, i. of the
Nachrichtenübertragungsdauer der von dieser Kommunikationseinheit gesendeten Nachricht, ergibt die Nachrichtenübertragungsdauer der von der anderen Kommunikationseinheit gesendeten Nachricht. Die Kommunikationseinheit, die die Kollision festgestellt hat, kann somit die Nachricht eindeutig identifizieren, die mit der eigenen gesendeten Nachricht kollidiert ist. Die übrigen Komponenten bzw. Kommunikationseinheiten des Synchronisationsbussystems können eine solche Kollision nicht bemerken. Daher ist ein erneutes Senden der kürzeren Nachricht, die eine geringere Priorität aufweist, notwendig. Die hierbei auftretende minimale Zeitverzögerung muss in Kauf genommen werden. Sie liegt in der Regel weit unterhalb der Zeiten, die in bekannten Bussystemen auf einem Zugriff für ein Übermitteln einer asynchronen Nachricht gewartet werden müssen.Message transmission duration of the message sent by this communication unit results in the message transmission duration of the message sent by the other communication unit. The communication unit that detected the collision can thus uniquely identify the message that has collided with its own sent message. The remaining components or communication units of the synchronization bus system can not notice such a collision. Therefore, resending the shorter message having a lower priority is necessary. The occurring here time delay must be accepted. It is usually far below the times that must be waited in known bus systems for access to submit an asynchronous message.
Um den übrigen Einheiten zu signalisieren, dass eine Nachricht von einer Kollision betroffen war, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass den einzelnen Kommunikationseinheiten jeweils zwei, vorzugsweise prioritätsbenachbarte, Nachrichten zugeordnet sind. Vorzugsweise wird die prioritätsniedrigere Nachricht gesendet, sofern keine Kollision aufgetreten ist. Die andere, vorzugsweise prioritätsbenachbarte, mit einer höheren Priorität versehene Nachricht wird nur in dem Fall gesendet, in dem beim Senden der prioritätsniedrigeren Nachricht eine Kollision aufgetreten ist. Hierdurch ist auf einfache Weise eine Signalisierung einer Kollision möglich.In order to signal to the remaining units that a message was affected by a collision, it is provided in a preferred embodiment of the invention that the individual communication units are each assigned two, preferably priority-adjacent, messages. Preferably, the priority lower message is sent if no collision has occurred. The other, preferably priority adjacent, higher priority message is sent only in the case where a collision occurred while sending the lower priority message. As a result, a signaling of a collision is possible in a simple manner.
Das Synchronisationsbussystem wird in der Regel so ausgestaltet, dass die regelmäßigen Zeitintervalle so bemessen sind, dass die einzelnen Uhreinheiten auch bei einem Ausbleiben einer Synchronisationsnachricht über mehrere dieser Zeitintervalle synchronisiert bleiben. Dies bedeutet, dass die einzelnen Zeitsignale der Uhren sich nur innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs relativ zueinander verändern. Daher können die einzelnen Kommunikationseinheiten ein Ausbleiben einer Synchronisationsnachricht erkennen, wenn in dem entsprechenden Zeitfenster für die Synchronisationsnachricht eine asynchrone Nachricht über das Übertragungsmedium übertragen wird. Um keine asynchrone Nachricht beim Synchronisieren zu "zerstören", ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Synchronisationsnachricht die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer der unterschiedlichen Nachrichten zugeordnet ist.The synchronization bus system is usually designed such that the regular time intervals are dimensioned such that the individual clock units remain synchronized even if there is no synchronization message over a plurality of these time intervals. This means that the individual time signals of the clocks change only within a predetermined tolerance range relative to each other. Therefore, the individual communication units can detect an absence of a synchronization message if an asynchronous message is transmitted over the transmission medium in the corresponding time window for the synchronization message. In order to "destroy" any asynchronous message during synchronization, it is provided in a preferred embodiment of the invention that the synchronization message is assigned the shortest message transmission duration of the different messages.
Um eine Kollisionswahrscheinlichkeit von Nachrichten zu minimieren, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer länger als die maximale Signallaufzeit auf dem Übertragungsmedium zwischen zwei der Kommunikationseinheiten ist. Als Signallaufzeit wird die Zeit angesehen, die zwischen einem Beginnen des Sendens einer Nachricht an eine andere der Komponenten und dem Beginn eines Empfangs der Nachricht durch die andere Komponente vergeht. Um eine sichere Unterscheidung der einzelnen gesendeten Nachrichten auch im Falle einer auftretenden Kollision zu gewährleisten, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass sich die Nachrichtenübertragungsdauern der verschiedenen Nachrichten jeweils um eine Zeitspanne unterscheiden, die größer als eine maximale Signallaufzeit, vorzugsweise größer als ein Doppeltes der maximalen Signallaufzeit, auf dem Übertragungsmedium zwischen zwei der Kommunikationseinheiten ist. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einer Kollision von zwei Nachrichten, die an zwei Kommunikationseinheiten zeitgleich gesendet werden, deren prioritätshöhere Nachricht, d.h. die Nachricht mit der längeren Nachrichtenübertragungsdauer, an jeder Stelle im Synchronisationsbussystem zuverlässig identifiziert werden kann. Unterschreitet die zeitliche Differenz der Nachrichtenübertragungsdauer von zwei unterschiedlichen Nachrichten das Doppelte der maximalen Signallaufzeit, so können diese Nachrichten, sofern sie an den Kommunikationseinheiten zeitgleich abgesandt werden, zwischen denen die maximale Signallaufzeit auftritt, von Kommunikationseinheiten, die keinen oder einen geringen "Signallaufzeitabstand" von einer der beiden sendenden Komponenten aufweisen, nicht zuverlässig unterschieden werden.In order to minimize a collision probability of messages, in a preferred embodiment it is provided that the shortest message transmission duration is longer than the maximum signal propagation time on the transmission medium between two of the communication units. The signal propagation time is considered to be the time that elapses between starting the transmission of a message to another of the components and the beginning of receiving the message by the other component. In order to ensure a reliable differentiation of the individual messages sent, even in the event of an occurring collision, it is provided in a preferred embodiment that the message transmission times of the various messages each differ by a time period which is greater than a maximum signal propagation time, preferably greater than a double of maximum signal transit time on which transmission medium is between two of the communication units. This ensures that in the event of a collision of two messages sent simultaneously to two communication units, their higher-priority message, ie the message with the longer message transmission duration, can be reliably identified at any point in the synchronization bus system. If the time difference of the message transmission duration of two different messages is twice the maximum signal propagation time, these messages, if they are sent at the communication units at the same time, between which the maximum signal propagation time occurs, of communication units that have no or a small "signal delay" of one of the two transmitting components can not be reliably distinguished.
Die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Kommunikationseinheiten weisen dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale des Synchronisationsbussystems auf.The features of the method according to the invention or of the communication units according to the invention have the same advantages as the corresponding features of the synchronization bus system.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment with reference to a drawing. Hereby show:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Synchronisationsbussystems mit mehreren Komponenten;1 shows a schematic representation of a synchronization bus system with several components;
Fig. 2-6 ein Auftreten von zu übermittelnden Nachrichten, aufgetragen gegen die Zeit sowie ein entsprechendes Zustandsdiagramm eines Übertragungsmediums aufgetragen gegen die Zeit; Fig. 7 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Übermitteln von Nachrichten; undFig. 2-6 an occurrence of messages to be transmitted, plotted against time and a corresponding state diagram of a transmission medium plotted against time; Fig. 7 is a schematic flow diagram of a method for communicating messages; and
Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Koordinatenmesssystems.Fig. 8 is a schematic view of a coordinate measuring system.
In Fig. 1 ist ein Synchronisationsbussystem 1 schematisch dargestellt. Das Synchronisationsbussystem 1 umfasst als Steuergeräte S1 , S2, ..., Sn bezeichnete Komponenten. Bei den Steuergeräten SI-Sn kann es sich um beliebige mechatronische Komponenten, beispielsweise Tastköpfe, Drehschwenkgelenke, Steuereinrichtungen, Auswerteeinheiten, Anzeigevorrichtungen, Bedienvorrichtungen usw., handeln. Bei der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 1 des Synchronisationsbussystems 1 umfassen die Steuergeräte SI-Sn jeweils eine integrierte Sende- und Empfangseinheit SEI-SEn. Bei den dargestellten Sende- und Empfangseinheiten SEI-SEn handelt es sich um RS 485 Transceiver. Die Sende- und Empfangseinheiten SEI-SEn sind über ein Übertragungsmedium 3 miteinander verbunden, welches zwei vorzugsweise in Kupfer ausgeführte und vorzugsweise verdrillte Leitungen 5 umfasst. Die Sende- und Empfangseinheiten können bei anderen Ausführungsformen getrennt ausgeführt sein. Auch das Übertragungsmedium kann anders ausgestaltet sein. Wird eine optische Übertragung gewählt, so kann das Übertragungsmedium beispielsweise ein Lichtwellenleiter sein. Ebenso kann ein die Komponenten umgebendes Fluid oder sogar ein Vakuum als Übertragungsmedium dienen Eine Empfangseinheit kann in einem solchen Fall ein lichtempfindliches elektronisches Bauteil, beispielsweise ein Fototransistor oder ein lichtempfindlicher Widerstand sein. Die Sendeeinheit kann eine Leuchtdiode oder Laserdiode umfassen. Dem Fachmann sind vielfältige Sende- und Empfangseinheiten sowie entsprechende Übertragungsmedien bekannt. Bei optischer Übertragung, Infrarot-, Schall- oder Funkübertragung muss das Übertragungsmedium nicht unbedingt gesondert materialisiert ausgeführt sein. Vielmehr kann angepasst an die Sende- und Empfangseinheiten auch ein Fluid oder ein Vakuum als Übertragungsmedium dienen. Entscheidend ist lediglich, dass das Übertragungsmedium mindestens zwei unterscheidbare Zustände einnehmen kann, wobei der eine Zustand, ein Übertragungszustand, eingenommen wird, wenn über das Übertragungsmedium eine Nachricht übertragen wird. Der andere Zustand, welcher als Freizustand bezeichnet wird, wird von dem Übertragungsmedium eingenommen, wenn keine Nachricht über das Übertragungsmedium übertragen wird. Insbesondere der Übertragungszustand kann weitere unterscheidbare Unterzustände aufweisen, die hier jedoch nicht weiter von Interesse sind. Der Begriff „einen Zustand einnehmen" ist hier in dem Sinne zu verstehen, dass dem Übertragungsmedium jeweils „ein Zustand zuordenbar ist".In Fig. 1, a synchronization bus system 1 is shown schematically. The synchronization bus system 1 comprises components designated as controllers S1, S2,..., Sn. The control units SI-Sn may be any desired mechatronic components, for example probes, rotary swivel joints, control devices, evaluation units, display devices, operating devices, etc. In the illustrated embodiment according to FIG. 1 of the synchronization bus system 1, the control units SI-Sn each comprise an integrated transmitting and receiving unit SEI-SEn. The illustrated transmitting and receiving units SEI-SEn are RS 485 transceivers. The transmitting and receiving units SEI-SEn are connected to one another via a transmission medium 3, which comprises two lines 5, preferably made of copper and preferably twisted. The transmitting and receiving units may be implemented separately in other embodiments. Also, the transmission medium can be configured differently. If an optical transmission is selected, the transmission medium can be, for example, an optical waveguide. Likewise, a fluid surrounding the components or even a vacuum may serve as a transmission medium. In such a case, a receiving unit may be a photosensitive electronic component, for example a phototransistor or a photosensitive resistor. The transmitting unit may comprise a light emitting diode or laser diode. The person skilled in various transmission and receiving units and corresponding transmission media are known. In the case of optical transmission, infrared, sound or radio transmission, the transmission medium does not necessarily have to be materialized separately. Rather, adapted to the transmitting and receiving units, a fluid or a vacuum can serve as a transmission medium. What is decisive is that the transmission medium can occupy at least two distinguishable states, wherein the one state, a transmission state, is assumed when a message is transmitted via the transmission medium. The other state, which is referred to as a free state is occupied by the transmission medium when no message is transmitted over the transmission medium. In particular, the transmission state may have other distinguishable substates, which are not of interest here, however. The term "occupying a state" is to be understood here in the sense that "one state can be assigned to the transmission medium" in each case.
Die Sende- und Empfangseinheiten SEI-SEn sind Bestandteile von Kommunikationseinheiten KEI-KEn. Die Steuergeräte SEI-SEn können selbst als Kommunikationseinheiten ausgebildet sein. Die Kommunikationseinheiten KEI-KEn umfassen neben den Sende- und Empfangseinheiten SEI-SEn jeweils eine Uhreinheit UEI-UEn, die jeweils ein Zeitsignal für ihr Steuergerät SEI-SEn zur Verfügung stellen. Ferner umfassen die Kommunikationseinheiten KEI-KEn jeweils eine Logikeinheit LEI-LEn. Die Logikeinheiten LEI-LEn steuern sowohl die Uhreinheiten UEI-UEn als auch die entsprechenden Sende- und Empfangseinheiten SEI-SEn. Sie bearbeiten ferner Nachrichtenübertragungsanforderungen, die von Steuereinheiten StEI-StEn der jeweiligen Steuergeräte SEI-SEn für eine Übertragung bereitgestellt werden. Zusätzlich bereiten sie über das Übertragungsmedium 3 übertragene Signale auf und stellen hierüber empfangene Nachrichten den Steuereinheiten StEI-StEn zur Verfügung.The transmitting and receiving units SEI-SEn are components of communication units KEI-KEn. The control units SEI-SEn can themselves be designed as communication units. In addition to the transmitting and receiving units SEI-SEn, the communication units KEI-KEn each comprise a clock unit UEI-UEn, each of which provides a time signal for its control unit SEI-SEn. Furthermore, the communication units KEI-KEn each comprise a logic unit LEI-LEn. The logic units LEI-LEn control both the clock units UEI-UEn and the corresponding transmitting and receiving units SEI-SEn. They also process message transfer requests provided by control units StEI StEn of the respective controllers SEI-SEn for transmission. In addition, they prepare signals transmitted via the transmission medium 3 and make available received messages to the control units StEI-StEn.
Die Steuereinheiten StEI-StEn und die Logikeinheiten LEI-LEn können jeweils auch in eine gemeinsame integrierte Steuereinheit integriert sein. Die Logikeinheiten sind vorzugsweise so ausgebildet, dass die einzelnen Kommunikationseinheiten KEI-KEn jeweils wahlweise entweder als Gebereinheit oder als synchronisierte Einheit betrieben werden können. Was hierunter zu verstehen ist, wird im Folgenden ausführlicher erläutert. Eine entsprechende Auswahl kann beispielsweise über einen der Logikeinheit angeordneten Umschalter (nicht dargestellt) vorgenommen werden. Ist die Logik programmgesteuert ausgeführt, kann eine Auswahl vorteilhafterweise über eine Software gestützte Konfiguration vorgenommen werden.The control units StEI-StEn and the logic units LEI-LEn can each also be integrated into a common integrated control unit. The logic units are preferably designed such that the individual communication units KEI-KEn can each be operated selectively either as a transmitter unit or as a synchronized unit. What is meant by this is explained in more detail below. A corresponding selection can be made, for example, via a switch (not shown) arranged in the logic unit. If the logic is executed programmatically, a selection can advantageously be made via a software-supported configuration.
In Fig. 2 sind in einem oberen Teil Synchronisationsnachrichten SN auf einer Zeitachse 11 aufgetragen. Linke Kanten 13 der Synchronisationsnachrichten SN geben die so genannten Synchronisationszeitpunkte tj und ti+1 an, an denen eine Synchronisation der Uhreinheiten eines Synchronisationsbussystems erfolgen soll. (Ebenso wäre eine Definition möglich, in der die rechten Kanten 14 als Synchronisationszeitpunkte festgelegt werden.) Eine Zeitdifferenz Δt = ti+1 - ti ist eine vorgegebene Zeitspanne, nach deren Ablauf eine als Gebereinheit ausgebildete Komponente, d.h. beispielsweise Steuergerät S1 nach Fig. 1 , jeweils eine Synchronisationsnachricht über das Übertragungsmedium sendet. In einem unteren Teil der Fig. 2 ist ein Zustand des Übertragungsmediums in Form eines Zustandsdiagramms 15 gegenüber der Zeit aufgetragen. Bei einer Verwendung einer RS 485-Schnittstelle als Sende- und Empfangseinheit entspricht das Zustandsdiagramm einem Spannungsdifferenzdiagramm der Leitungen 5 des Übertragungsmediums 3 nach Fig. 1.In FIG. 2, synchronization messages SN are plotted on a time axis 11 in an upper part. Left edges 13 of the synchronization messages SN specify the so-called synchronization times tj and t i + 1 at which a synchronization of the clock units of a synchronization bus system should take place. (A definition would also be possible in which the right edges 14 are defined as synchronization times.) A time difference .DELTA.t = t.sub.i + 1-t.sub.i is a predetermined period of time, after which a component formed as a transmitter unit, ie, for example, control unit S1 according to FIG , in each case sends a synchronization message via the transmission medium. In a lower part of FIG. 2, a state of the transmission medium in the form of a state diagram 15 is plotted against time. When using an RS 485 interface as the transmitting and receiving unit, the state diagram corresponds to a voltage difference diagram of the lines 5 of the transmission medium 3 according to FIG. 1.
Vor dem Synchronisationszeitpunkt tj befindet sich das Übertragungsmedium im Freizustand. Dies bedeutet, dass keine Nachricht über das Übertragungsmedium übertragen wird. Zum Zeitpunkt tj beginnt die Übertragung der Synchronisationsnachricht SN. Das Übertragungsmedium wechselt in den Übertragungszustand. Das Übertragungsmedium bleibt für eine Übertragungsdauer ΔtsN der Synchronisationsnachricht SN in dem Übertragungszustand. Zu einem Zeitpunkt tj + ΔtSN wechselt das Übertragungsmedium wieder in den Freizustand. Nachdem eine vorgegebene Zeitspanne ΔT = ti+1 - tj vergangen ist, wird erneut die Synchronisationsnachricht SN über das Übertragungsmedium versandt. Entsprechend wechselt das Übertragungsmedium zum Zeitpunkt ti+i erneut für eine Übertragungsdauer ΔtsN in den Übertragungszustand.Before the synchronization time tj, the transmission medium is in the idle state. This means that no message is transmitted over the transmission medium. At the time tj, the transmission of the synchronization message SN begins. The transmission medium changes to the transmission state. The transmission medium remains in the transmission state for a transmission duration Δts N of the synchronization message SN. At a time tj + .DELTA.t SN the transmission medium changes back to the idle state. After a predetermined period ΔT = t i + 1 - tj has passed, the synchronization message SN is sent again via the transmission medium. Accordingly, the transmission medium again changes to the transmission state at time t i + i for a transmission duration ΔtsN.
Zusätzlich zu den Synchronisationsnachrichten, die von der Gebereinheit versandt werden, können asynchrone Nachrichten von der Gebereinheit oder anderen Kommunikationseinheiten bzw. Komponenten (Steuergeräten) über das Übertragungsmedium versandt werden.In addition to the synchronization messages sent by the transmitter unit, asynchronous messages may be sent from the transmitter unit or other communication units (controllers) via the transmission medium.
In Fig. 3 sind im oberen Teil erneut die zur Übertragung anstehenden Nachrichten und im unteren Teil das Zustandsdiagramm des Übertragungsmediums dargestellt.In Fig. 3 in the upper part again for transmission pending messages and in the lower part, the state diagram of the transmission medium are shown.
Zusätzlich zu den Synchronisationsnachrichten SN sollen asynchrone Nachrichten aN2 und aN3 beispielsweise von einem Steuergerät 2 und einem Steuergerät 3 versandt werden. Linke Kanten 13 geben die entsprechenden Zeitpunkte taN2 und taN3 an, zu denen eine Nachrichtenübertragung entsprechend angefordert ist. Um die einzelnen Nachrichten optisch besser unterscheiden zu können, weisen die unterschiedlichen Nachrichten SN, aN2, aN3 jeweils eine unterschiedliche Schraffur auf. Diese wird durch alle Figuren beibehalten. Die Synchronisationsnachrichten SN weisen eine von links oben nach rechts unten schräg verlaufende Schraffur auf. Die asynchrone Nachricht aN2 des Steuergerätes 2 weist eine waagerechte Schraffur und die asynchrone Nachricht aN3 des Steuergerätes 3 eine senkrechte Schraffur auf. Eine Ausdehnung entlang der Zeitachse 11 gibt jeweils eine der entsprechenden Nachricht zugewiesene Nachrichtenübertragungsdauer ΔtSN, ΔtaN2, ΔtaN3 an. Im unteren Teil der Fig. 3 ist das entsprechende Zustandsdiagramm des Übertragungsmediums gegenüber der Zeit aufgetragen. Es ist gut zu erkennen, dass alle Nachrichten, sowohl die Synchronisationsnachricht SN als auch die asynchronen Nachrichten aN2 und aN3, störungsfrei übertragen werden können. Anhand der Zeitdauer, in der das Übertragungsmedium im Übertragungszustand verbleibt, kann jede Kommunikationseinheit, die mit dem Übertragungsmedium verbunden ist, die jeweilige Nachricht identifizieren.In addition to the synchronization messages SN asynchronous messages aN2 and aN3 are sent, for example, from a controller 2 and a controller 3. Left edges 13 indicate the respective times t aN2 and t aN3 to which a message transmission is requested accordingly. In order to differentiate visually the individual messages, the different messages SN, aN2, aN3 each have a different hatching. This is maintained by all figures. The synchronization messages SN have an obliquely hatching from top left to bottom right. The asynchronous message aN2 of the control unit 2 has a horizontal hatching and the asynchronous message aN3 of the control unit 3 has a vertical hatching. An extension along the time axis 11 indicates in each case a message transmission duration Δt S N, Δt a N2, Δt a N 3 assigned to the corresponding message. In the lower part of Fig. 3, the corresponding state diagram of the transmission medium is plotted against time. It will be appreciated that all messages, both the synchronization message SN and the asynchronous messages aN2 and aN3, can be transmitted without interference. Based on the length of time in which the transmission medium remains in the transmission state, each communication unit, which is connected to the transmission medium, identify the respective message.
In Fig. 4 ist ein Fall gezeigt, bei dem die asynchrone Nachricht aN2 des Steuergerätes 2 zu einer Zeit taN2' übertragen werden soll, deren Abstand von dem Synchronisationszeitpunkt tj zeitlich geringer ist als die Übertragungsdauer ΔtaN2 der asynchronen Nachricht aN2 des zweiten Steuergerätes. Dies bedeutet, dass sich das Übertragungsmedium im Übertragungszustand befindet, wenn das Steuergerät 1 eine Synchronisationsnachricht SN übertragen möchte. Würde das Steuergerät 1 diese Nachricht nun auf das Übertragungsmedium senden, so könnten dies die übrigen Kommunikationseinheiten der anderen Steuergeräte nicht erkennen. Da die übrigen Kommunikationseinheiten jedoch alle eine Uhreinheit aufweisen, können sie den Zeitpunkt, zu dem die Synchronisationsnachricht übertragen werden sollte, selbstständig erkennen. Daher geht auch in diesem Fall das Synchronisationsereignis nicht verloren. Die Uhreinheiten sind so ausgestaltet, dass die einmal synchronisierten Zeitsignale der verschiedenen Uhreinheiten über mehrere vorgegebene Zeitdauern ΔT (Synchronisationszyklen) synchron bleiben, auch wenn keine Synchronisationsnachricht SN (Synchronisationspuls) von den synchronisierten Kommunikationseinheiten empfangen worden ist. Das Synchronisationsbussystem kann somit gut einzelne asynchrone Nachrichten, wie die asynchrone Nachricht aN2 des Steuergeräts 2 im Beispiel nach Fig. 4, verkraften, die während eines Synchronisationszeitpunkts tj, ti+1 übertragen werden.FIG. 4 shows a case in which the asynchronous message aN2 of the control unit 2 is to be transmitted at a time t aN2 'whose time from the synchronization time tj is less than the transmission time Δt aN2 of the asynchronous message aN2 of the second control unit. This means that the transmission medium is in the transmission state when the control unit 1 wants to transmit a synchronization message SN. If the control unit 1 were to send this message to the transmission medium, the other communication units of the other control units would not be able to recognize this. However, since the other communication units all have a clock unit, they can independently recognize the time at which the synchronization message should be transmitted. Therefore, even in this case, the synchronization event is not lost. The clock units are designed such that the once synchronized time signals of the various clock units remain synchronous for a plurality of predetermined time periods ΔT (synchronization cycles), even if no synchronization message SN (synchronization pulse) has been received from the synchronized communication units. The synchronization bus system can thus handle well individual asynchronous messages, such as the asynchronous message aN2 of the control unit 2 in the example of FIG. 4, which are transmitted during a synchronization time tj, t i + 1 .
In Fig. 5 ist ein Fall dargestellt, bei dem eine Anforderung zur Übertragung einer asynchronen Nachricht aN3 des Steuergeräts 3 zu einem Zeitpunkt t3N3' erfolgt, an dem eine Nachrichtenübertragung einer asynchronen Nachricht aN2 des Steuergerätes 2 noch andauert. In diesem Fall bemerkt die Kommunikationseinheit des Steuergerätes 3, dass das Übertragungsmedium nicht im Freizustand ist. Es wartet den Empfang der asynchronen Nachricht ab, d.h. der asynchronen Nachricht aN2 des Steuergerätes 2, und sendet anschließend, nachdem das Übertragungsmedium wieder in den Freizustand gewechselt ist, seine asynchrone Nachricht aN3. Der kleine zeitliche Versatz zwischen dem Zeitpunkt
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zu dem die Nachrichtenübertragung angefordert ist, und dem Zeitpunkt taN3 R, zu dem die Übertragung tatsächlich beginnt, ist in der Regel so minimal, dass sie nicht weiter die Funktionsweise des Gesamtsystems beeinflusst. Ist mittels der Komponenten (Steuergeräte) des Synchronisationsbussystems 1 nach Fig. 1 beispielsweise ein Koordinatenmessgerät verwirklicht und beträgt die vorgegebene Zeitspanne ΔT 1 ms (entspricht 1 kHz) und Nachrichtenübertragungsdauer der Synchronisationsnachrichten 3 μs, der asynchronen Nachricht aN2 des Steuergerätes 2 ΔtaN2 = 5 μs und die Nachrichtenübertragungsdauer ΔtaN3 der asynchronen Nachricht aN3 des Steuergerätes 3 ΔtaN3 = 7 μs, so beträgt ein Versatz hier maximal eine Nachrichtenübertragungsdauer der zuerst gesendeten Nachricht. Führen die Komponenten, die beispielsweise als bewegliche Stellglieder ausgebildet sind, Bewegungen mit einer Geschwindigkeit im Bereich von einigen mm/s aus, so bewirken Synchronisationsungenauigkeiten im Bereich von einigen Mikrosekunden (μs) Ortsungenauigkeiten der Stellelemente im Bereich von Mikrometern (μm) oder darunter.
FIG. 5 shows a case in which a request for the transmission of an asynchronous message aN3 of the control device 3 takes place at a time t 3N3 'at which a message transmission of an asynchronous message aN2 of the control device 2 still lasts. In this case, the communication unit of the controller 3 notices that the transmission medium is not in the idle state. It waits for the reception of the asynchronous message, ie the asynchronous message aN2 of the control unit 2, and then transmits, after the transmission medium has returned to the idle state, its asynchronous message aN3. The small time lag between the time
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to which the message transmission is requested, and the time t aN3 R , to which the transmission actually begins, is usually so minimal that it does not further affect the functioning of the overall system. If, for example, a coordinate measuring machine is realized by means of the components (control devices) of the synchronization bus system 1 according to FIG. 1, the predetermined time interval .DELTA.T is 1 ms (corresponds to 1 kHz) and message transmission duration of the synchronization messages 3 .mu.s, the asynchronous message aN2 of the control device 2 .DELTA.t aN2 = 5 .mu.s and the message transmission time .DELTA.t aN 3 of the asynchronous message aN3 of the control unit 3 .DELTA.t aN3 = 7 microseconds , so is an offset here a maximum message transmission duration of the first message sent. If the components, which are designed, for example, as movable actuators, execute movements at a speed in the range of a few mm / s, synchronization inaccuracies in the range of a few microseconds (μs) cause location inaccuracies of the actuating elements in the range of micrometers (μm) or less.
In Fig. 6 ist schließlich der selten eintretende Fall dargestellt, bei dem zweiIn Fig. 6, finally, the rarely occurring case is shown, in which two
Steuergeräte zeitgleich (taN2 = t3N3 ) versuchen, eine Nachricht zu übertragen. In dem dargestellten Fall versuchen das Steuergerät 2 und das Steuergerät 3 jeweils, die ihnen entsprechend zugeordnete asynchrone Nachricht aN2 und aN3 zu übertragen. Beide beginnen die Übertragung zeitgleich. Das Übertragungsmedium bleibt im Übertragungszustand, solange eine der beiden Nachrichten gesendet wird. Dies bedeutet, dass die Nachricht aN3 mit der größeren Nachrichtenübertragungsdauer das Verweilen des Übertragungsmediums im Übertragungszustand bestimmt. Somit wird von den Kommunikationseinheiten, die mit dem Übertragungsmedium verbunden sind, lediglich festgestellt, dass die Nachricht aN3 mit der längeren Nachrichtenübertragungsdauer übertragen wurde. Eine Nachricht mit einer längeren Nachrichtenübertragungsdauer weist somit eine höhere Priorität als eine Nachricht auf, die eine kürzere Nachrichtenübertragungsdauer besitzt.Control units at the same time (t aN 2 = t 3 N3) try to transmit a message. By doing In the case illustrated, the control unit 2 and the control unit 3 each attempt to transmit the asynchronous messages aN2 and aN3 corresponding to them. Both begin the transmission at the same time. The transmission medium remains in the transmission state as long as one of the two messages is sent. This means that the message aN3 with the longer message transmission duration determines the retention of the transmission medium in the transmission state. Thus, of the communication units connected to the transmission medium, it is merely detected that the message aN3 has been transmitted with the longer message transmission duration. A message with a longer message transmission duration thus has a higher priority than a message which has a shorter message transmission duration.
Das Steuergerät 2 kann die Kollision daran feststellen, dass es nach dem Ende der Übertragung seiner asynchronen Nachricht aN2 prüft, ob das Übertragungsmedium in den Freizustand wechselt. Ist dies nicht der Fall, so kann hieran eine Kollision erkannt werden. Ermittelt das Steuergerät 2 nun die Zeitspanne Δtciz, in der das Übertragungsmedium im Übertragungszustand verbleibt, nachdem das Senden der eigenen asynchronen Nachricht aN2 beendet ist, so kann diese Zeitspanne Δtoz dazu verwendet werden, die Nachrichtenübertragungsdauer der Kollisionsnachricht zu ermitteln. Hierfür wird die ermittelte Zeitspanne Δtüz zu der Nachrichtenübertragungsdauer ΔtaN2 der selbst versandten Nachricht addiert. Über die so erhaltene Nachrichtenübertragungsdauer ΔtaN3=Δtüz+ΔtaN2 ist eine eindeutige Identifikation der übertragenen Nachricht möglich. Hierfür ist Voraussetzung, dass die einzelnen Nachrichten jeweils eine individuelle Nachrichtenübertragungsdauer aufweisen. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass jede Nachricht genau einem Steuergerät zugewiesen ist. Dies bedeutet, dass einem Steuergerät jedoch mehrere Nachrichten zugewiesen sein können. Insbesondere kann auch das als Gebereinheit genutzte Steuergerät 1 asynchrone Nachrichten zusätzlich zu den Synchronisationsnachrichten versenden.The controller 2 may determine the collision that it checks after the end of the transmission of its asynchronous message aN2, whether the transmission medium changes to the idle state. If this is not the case, then a collision can be detected. If the control unit 2 now determines the period of time Δtciz in which the transmission medium remains in the transmission state after the transmission of its own asynchronous message aN2 has ended, this time interval Δtoz can be used to determine the message transmission duration of the collision message. For this purpose, the determined time interval Δtüz is added to the message transmission duration Δt aN2 of the message itself sent. About the message transmission duration .DELTA.t a N3 = .DELTA.tüz + .DELTA.t a N2 thus obtained a unique identification of the transmitted message is possible. This requires that the individual messages each have an individual message transmission duration. Particularly advantageous is provided that each message is assigned to exactly one control unit. This means that several ECUs can be assigned to one ECU. In particular, the control unit 1 used as the transmitter unit can also send asynchronous messages in addition to the synchronization messages.
Nachdem die asynchrone Nachricht aN3 fertig gesendet ist und das Übertragungsmedium in den Freizustand zurück gewechselt ist, wird zum Zeitpunkt taN2R die asynchrone Nachricht aN2 leicht zeitversetzt gegenüber dem Anforderungszeitpunkt taN2 gesendet.After the asynchronous message aN3 has finished transmitting and the transmission medium has returned to the idle state, the time is up taN2 R the asynchronous message aN2 slightly delayed with respect to the request time t aN2 sent.
Bei Anwendungen, bei denen es notwendig ist, eine Kollision auch für die Empfänger erkennbar zu machen, kann vorgesehen sein, dass für jede übertragene Information zwei unterschiedliche Nachrichten vorgesehen sind. Eine der Nachrichten wird versandt, wenn zum Zeitpunkt der Nachrichtenübertragungsanforderung das Übertragungsmedium im Freizustand ist und eine Nachrichtenübertragung unverzüglich begonnen wird. Die andere der Nachrichten wird versandt, wenn das Nachrichtenübertragungsmedium zum Zeitpunkt der Anforderung der Übertragung der Nachricht nicht im Freizustand ist oder am Ende der Nachrichtenübertragung der einen Nachricht festgestellt worden ist, dass die eine Nachricht mit einer prioritätshöheren Nachricht einer anderen Kommunikationseinheit kollidiert war.In applications in which it is necessary to make a collision recognizable also for the receivers, it can be provided that two different messages are provided for each transmitted information. One of the messages is sent if, at the time of the message transfer request, the transmission medium is idle and a message transfer is started immediately. The other of the messages is sent when the message transmission medium is not idle at the time the request for transmission of the message is made, or at the end of the message transmission that a message has been found to have collided with a message of higher priority from another communication unit.
In Fig. 7 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Übermitteln von Nachrichten zum Zwecke der zeitlichen Synchronisation 100 dargestellt. Exemplarisch dargestellt sind sowohl die Verfahrensschritte, die in einer Gebereinheit als auch in einer synchronisierten Einheit ausgeführt werden. An entsprechender Stelle wird darauf hingewiesen, welche Verfahrensschritte nur in der einen oder der anderen Einheit ausgeführt werden. Zeitgleich und fortwährend werden zum einen das Übertragungsmedium überwacht 103, eine Sendeanforderung überwacht 105 und von einer Uhreinheit ein Zeitsignal erzeugt 107. Das erzeugte Zeitsignal kann anderen Bestandteilen, beispielsweise einer Steuereinrichtung, der eigenen Komponente bereitgestellt werden. In der Gebereinheit wird zusätzlich überprüft, ob die regelmäßige vorgegebene Zeitspanne ΔT vergangen ist, nach der eine erneute Synchronisationsnachricht zu versenden ist 109. Ist dies nicht der Fall, so wird das Erzeugen des Zeitsignals fortgesetzt. Ist die regelmäßige Zeitspanne Δ T jedoch vergangen, so wird eine Synchronisationsnachricht 111 als eine zu sendende Nachricht festgelegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform, die auch dem hier gezeigten Verfahren zugrunde liegt, weisen die asynchronen Nachrichten eine höhere Priorität als die Synchronisationsnachricht auf. Daher wird abgefragt, ob eine zu sendende asynchrone Nachricht vorliegt 113. Ist dies der Fall, so kann die Synchronisationsnachricht nicht übertragen werden und das Erzeugen des Zeitsignals wird weiter fortgesetzt, bis zum nächsten Mal die regelmäßige Zeitspanne ΔT vergangen ist.Referring to Figure 7, a schematic flow diagram of a method for communicating messages for time synchronization purposes 100 is shown. Illustrated by way of example are both the method steps which are carried out in a transmitter unit as well as in a synchronized unit. At the appropriate point, it is pointed out which method steps are executed only in one or the other unit. At the same time and continuously, on the one hand, the transmission medium is monitored 103, a transmission request is monitored 105 and a time signal 107 is generated by a clock unit. The generated time signal can be provided to other components, for example a control device, of its own component. In the encoder unit is additionally checked whether the regular predetermined time .DELTA.T has passed, after which a new synchronization message is to be sent 109. If this is not the case, the generation of the time signal is continued. However, if the period of time Δ T has elapsed, then a synchronization message 111 is defined as a message to be sent. In the preferred embodiment, which is also based on the method shown here, the asynchronous messages have a higher priority than the synchronization message. Therefore, it is queried whether there is an asynchronous message to be sent 113. If this is the case, then the Synchronization message are not transmitted and the generation of the time signal is continued until the next time the period of time .DELTA.T has passed.
Hat die Abfrage 113 jedoch ergeben, dass keine zu sendende asynchrone Nachricht vorliegt, so wird als Nächstes geprüft, ob das Übertragungsmedium im Übertragungszustand ist 115. Ist dies nicht der Fall, so wird dem rechten Neinzweig 117 gefolgt. Die Verfahrensabläufe, die mit einem Senden einer Nachricht zusammenhängen, sind in Fig. 6 mittels gestrichelter Linien verbunden. Da das Übertragungsmedium sich nicht im Übertragungszustand befindet, muss es sich im Freizustand befinden. Nun wird die zu sendende Nachricht auf das Übertragungsmedium gesendet 119.However, if the query 113 has shown that there is no asynchronous message to be sent, it is next checked whether the transmission medium is in the transmission state 115. If this is not the case, then the right no branch 117 is followed. The procedures associated with sending a message are connected by dashed lines in FIG. Since the transmission medium is not in the transmission state, it must be in the idle state. Now the message to be sent is sent to the transmission medium 119.
Nachdem das Senden der Nachricht beendet ist, wird überprüft, ob das Übertragungsmedium in den Freizustand gewechselt ist 121. Ist dies der Fall, so wurde die übertragene Nachricht erfolgreich übertragen. Ist das Übertragungsmedium hingegen nicht in den Freizustand gewechselt, so ist eine Kollision erkannt 123. Hierauf wird die Zeitspanne Δtciz ermittelt, in der das Übertragungsmedium im Übertragungszustand verbleibt 125.After the transmission of the message has ended, it is checked whether the transmission medium has changed to the idle state 121. If this is the case, then the transmitted message has been transmitted successfully. On the other hand, if the transmission medium has not changed to the idle state, then a collision is detected 123. The time span Δtciz in which the transmission medium remains in the transmission state 125 is then determined.
Indem die so ermittelte Zeitspanne Δttiz zu der Nachrichtenübertragungsdauer At3Nj der gesendeten Nachricht addiert wird, wird die Nachrichtenübertragungsdauer At3Nk der Kollisionsnachricht aNk ermittelt 127, die anschließend identifiziert werden kann 129.By adding the thus determined period of time Δttiz to the message transmission time At 3 Nj of the message sent, the message transmission duration At 3Nk of the collision message aNk is determined 127, which can subsequently be identified 129.
Ist eine Kollision zuvor aufgetreten, so kann die identifizierte Nachricht keine Synchronisationsnachricht sein, sofern die Synchronisationsnachricht die niedrigste Priorität besitzt. Folglich wird mit dem Ausgeben der identifizierten empfangenen Nachricht fortgefahren 131.If a collision has previously occurred, the identified message can not be a synchronization message if the synchronization message has the lowest priority. As a result, the issuing of the identified received message is continued 131.
Um zu prüfen, ob die Kollision beim Senden einer asynchronen Nachricht aufgetreten ist, muss zumindest in der Gebereinheit geprüft werden, ob eine zu sendende asynchrone Nachricht vorliegt 133. Ist dies nicht der Fall, beispielsweise weil die Kollision beim Senden einer Synchronisationsnachricht aufgetreten ist, so wird mit dem Erzeugen des Zeitsignals 107 und dem Überwachen der Sendeanforderung 105 sowie dem Überwachen des Übertragungsmediums 103 fortgefahren. Liegt hingegen eine zu sendende asynchrone Nachricht vor, so wird mit dem Verfahrensschritt 115 fortgefahren, in dem überprüft wird, ob das Übertragungsmedium im Übertragungszustand ist. Der weitere Verfahrensablauf gleicht dem bisher beschriebenen Verfahrensablauf ab Verfahrensschritt 115, sofern das Übertragungsmedium nicht im Übertragungszustand ist.In order to check whether the collision occurred when sending an asynchronous message, it must be checked at least in the encoder unit whether there is an asynchronous message to be sent 133. If this is not the case, for example because the collision occurred when sending a synchronization message, the generation of the time signal 107 and the monitoring of the send request 105 and the monitoring of the transmission medium 103 are continued. If, on the other hand, an asynchronous message to be sent is present, method step 115 is continued, in which it is checked whether the transmission medium is in the transmission state. The further procedure is similar to the procedure described so far from step 115, unless the transmission medium is in the transmission state.
An das Überwachen des Übertragungsmediums 103 schließt sich die Abfrage an, ob das Übertragungsmedium im Übertragungszustand ist 115. Ist das Übertragungsmedium im Übertragungszustand, so wird gemäß Verfahrensblock 125 die Zeitspanne ermittelt, in der das Übertragungsmedium im Übertragungszustand verbleibt. Anschließend kann die empfange Nachricht anhand der ermittelten Nachrichtenübertragungsdauer identifiziert werden 129. In einer Abfrage 135 wird in einer synchronisierten Einheit überprüft, ob die identifizierte Nachricht eine Synchronisationsnachricht ist 135. Ist dies der Fall, so wird die Uhr (beispielsweise ein Oszillator) der eigenen Uhreinheit synchronisiert 137. Anschließend wird mit dem Überwachen des Übertragungsmediums 103 fortgefahren. Ist hingegen die identifizierte Nachricht keine Synchronisationsnachricht, so wird die identifizierte empfangene Nachricht ausgegeben 131 und anschließend mit dem Überwachen des Übertragungsmediums 103 sowie den anderen zeitgleich fortwährend ablaufenden Verfahrenshandlungen, Überwachen der Sendeanforderung 105 und dem Erzeugen des Zeitsignals 107, fortgefahren.The monitoring of the transmission medium 103 is followed by the query as to whether the transmission medium is in the transmission state 115. If the transmission medium is in the transmission state, the time span in which the transmission medium remains in the transmission state is determined according to process block 125. Subsequently, the received message can be identified on the basis of the determined message transmission duration 129. A query 135 checks whether the identified message is a synchronization message 135 in a synchronized unit. If this is the case, the clock (for example an oscillator) becomes the own clock unit synchronized 137. Subsequently, the monitoring of the transmission medium 103 is continued. If, on the other hand, the identified message is not a synchronization message, the identified received message is output 131 and then the monitoring of the transmission medium 103 and the other simultaneously ongoing process actions, monitoring of the send request 105 and the generation of the time signal 107, are continued.
Bei der Abfrage 139, ob eine Sendeanforderung vorliegt, wird erkannt, ob eine solche Sendeanforderung für eine asynchrone Nachricht aNj vorliegt. Ist dies der Fall, so wird die asynchrone Nachricht aNj als zu sendende Nachricht festgelegt 141. Der weitere Verfahrensablauf gleicht dem vom Versenden einer Synchronisationsnachricht ab Verfahrensschritt 115.In the inquiry 139, whether there is a send request, it is detected whether such a send request for an asynchronous message aNj exists. If this is the case, then the asynchronous message aNj is set as the message to be sent 141. The further procedure is similar to the sending of a synchronization message from method step 115.
Für den Fachmann versteht es sich, dass die oben beschriebenen Beispiele lediglich exemplarischen Charakter haben. Insbesondere kann eine genaue Ausgestaltung der Kommunikationseinheiten unterschiedlich ausgeführt sein. Hierbei können sowohl die Logikeinheit als auch die Steuereinheit sowohl mittels Hardware als auch Software ausgeführt sein. Bevorzugt sind die Kommunikationseinheiten so ausgestaltet, dass sie sowohl als Gebereinheit als auch als synchronisierte Einheit betreibbar sind. Es sind jedoch auch Ausführungsformen von Synchronisationsbussystemen denkbar, bei denen Kommunikationseinheiten eingesetzt werden, die nur entweder als Gebereinheit oder als synchronisierte Einheit betreibbar sind, als auch Synchronisationsbussysteme, in denen zusätzlich noch Einheiten eingesetzt werden, die wahlweise sowohl als Gebereinheiten als auch als synchronisierte Einheiten betreibbar sind.It will be understood by those skilled in the art that the examples described above are merely exemplary in nature. In particular, a precise design the communication units be executed differently. In this case, both the logic unit and the control unit can be implemented both by hardware and software. Preferably, the communication units are designed such that they can be operated both as a transmitter unit and as a synchronized unit. However, embodiments of synchronization bus systems are also conceivable in which communication units are used which can only be operated either as a transmitter unit or as a synchronized unit, as well as synchronization bus systems in which additionally units are used which can be operated either as transmitter units or as synchronized units are.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen wurde der Synchronisationsnachricht jeweils die niedrigste Priorität zugeordnet. Andere Ausführungsformen sind denkbar, bei denen die Synchronisationsnachricht eine mittlere oder sogar die höchste Priorität zugewiesen ist.In the described embodiments, the synchronization message has been assigned the lowest priority. Other embodiments are conceivable in which the synchronization message is assigned an average or even the highest priority.
Um eine eindeutige Identifikation der Nachrichten zu ermöglichen, sollte die kürzeste Nachrichtenübertragungszeit größer als eine maximale Signallaufzeit zwischen zwei Kommunikationseinheiten über das Übertragungsmedium sein. Ferner sollten die Nachrichtenübertragungsdauern unterschiedlicher Nachricht sich um mehr als das Doppelte der maximalen Signallaufzeit voneinander unterscheiden.In order to enable unambiguous identification of the messages, the shortest message transmission time should be greater than a maximum signal propagation time between two communication units over the transmission medium. Further, the message transmission times of different messages should be different from each other by more than twice the maximum signal propagation time.
In Fig. 8 ist schematisch ein beispielhaftes Koordinatenmessgerät 50 dargestellt. Das Koordinatenmessgerät 50 umfasst eine Steuereinheit 52 sowie mechanisch miteinander gekoppelt ein x-Stellglied 54, ein y-Stellglied 56 und ein z-Stellglied 58. Die Steuereinheit 52 und die Stellglieder 54-58 sind Komponenten des Koordinatenmessgerätes 50. Mit dem z-Stellglied ist ein Tastkopf 60 verbunden, der über die Stellglieder 54-58 im Raum dreidimensional positioniert werden kann, um ein Objekt 62 hinsichtlich dessen Abmessungen abzutasten. Jedes Stellglied kann eine Verschiebung des Tastkopfes entlang einer Richtung eines Koordinatensystems 61 bewirken. Um einen Kontakt des Tastkopfes 60 mit dem Objekt 62 zu detektieren, umfasst das z-Stellglied einen Messsensor (nicht dargestellt).FIG. 8 schematically shows an exemplary coordinate measuring machine 50. The coordinate measuring machine 50 comprises a control unit 52 and mechanically coupled to each other an x-actuator 54, a y-actuator 56 and a z-actuator 58. The control unit 52 and the actuators 54-58 are components of the coordinate measuring machine 50. With the z-actuator is a probe 60 is connected, which can be positioned three-dimensionally in space about the actuators 54-58 to scan an object 62 in terms of its dimensions. Each actuator may effect a displacement of the probe along a direction of a coordinate system 61. In order to detect a contact of the probe 60 with the object 62, the z-actuator comprises a measuring sensor (not shown).
Die Steuereinheit 52 ist mit den Stellgliedern 54-58 über einen ersten Bus 64, auf dem beispielsweise Nachrichten mittels des CAN-Protokolls ausgetauscht werden, und einem Synchronisationsbus 66 verbunden.The control unit 52 is connected to the actuators 54-58 via a first bus 64, on which, for example, messages are exchanged by means of the CAN protocol, and a synchronization bus 66.
Während über den ersten Bus 64 Anweisungen, Messdaten, Statusinformationen usw. ausgetauscht werden, dient der Synchronisationsbus 66 dazu, Uhren bzw. Uhreinheiten des Steuergerätes 52 und der Stellglieder 54-58 zu synchronisieren. Ferner werden Bewegungsabläufe über asynchrone Nachrichten angestoßen und Ereignisse, beispielsweise ein Bewegungsbeginn, ein Erreichen einer vorgegebenen Stellung, ein Erfassen eines Messwertes usw., zeitnah zu ihrem Auftreten signalisiert. Hierbei sind einzelnen Ereignissen einzelne Nachrichten zugeordnet, die sich durch ihre Nachrichtenübertragungsdauer unterscheiden. Vorzugsweise wird eine Nachricht nur von einer der Komponenten (Steuergerät 52 oder einem der Stellglieder 54-58) gesendet.While instructions, measurement data, status information, etc., are exchanged via the first bus 64, the synchronization bus 66 serves to synchronize clocks of the controller 52 and the actuators 54-58. Furthermore, motion sequences are triggered via asynchronous messages and events, for example a start of movement, a reaching of a predetermined position, a detection of a measured value, etc., are signaled promptly to their occurrence. Here are individual events associated with individual messages that differ by their message transmission duration. Preferably, a message is sent only from one of the components (controller 52 or one of the actuators 54-58).
Über die asynchronen Nachrichten ist eine synchronisierte Ausführung von Bewegungen der Stellglieder 54-58 und ein synchronisiertes Erfassen von Statusinformationen und Messdaten möglich. The asynchronous messages enable a synchronized execution of movements of the actuators 54-58 and a synchronized acquisition of status information and measurement data.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Synchronisationsbussystem1 synchronization bus system
S1. S2, ..., Sn SteuergeräteS1. S2, ..., Sn control units
SE1 , SE2 ..., SEn Sende- und EmpfangseinheitenSE1, SE2 ..., SEn transmitting and receiving units
3 Übertragungsmedium3 transmission medium
5 Leitungen5 lines
KE1. KE2, ..., KEn KommunikationseinheitenKE 1. KE2, ..., KEn communication units
UE1. UE2 UEn UhreinheitenUE1. UE2 UEn Uhreinheiten
StE1 , StE2 StEn SteuereinheitenStE1, StE2 StEn control units
SN SynchronisationsnachrichtSN synchronization message
11 Zeitachse11 timeline
13 linke Kante13 left edge
14 rechte Kante ti, ti+i Synchronisationszeitpunkte14 right edge ti, t i + i synchronization times
15 Zustandsdiagramm taNj Anforderungszeitpunkt für eine Übertragung einer asynchronen Nachricht j15 State diagram taNj Request time for transfer of an asynchronous message j
+ R IaNj Sendezeitpunkt für eine Übertragung einer asynchronen+ R IaNj Send time for an asynchronous transfer
Nachricht j, die zeitversetzt gesendet werden mussMessage j, which must be sent with a time delay
ΔtaNj Nachrichtenübertragungsdauer der asynchronenΔtaNj message transmission time of the asynchronous
Nachricht j aNj asynchrone Nachricht jMessage j aNj asynchronous message j
50 Koordinatenmessgerät50 coordinate measuring machine
52 Steuereinheit52 control unit
54 x-Stellglied54 x actuator
56 y-Stellglied56 y actuator
58 z-Stellglied58 z actuator
60 Tastkopf60 probe
61 Koordinatensystem61 coordinate system
62 Objekt62 object
64 erster Bus (CAN-Bus)64 first bus (CAN bus)
66 Synchronisationsbus 100 Verfahren zum Austauschen von Nachrichten für eine zeitliche Synchronisation66 synchronization bus 100 Procedure for exchanging messages for a time synchronization
103 Überwachen eines Übertragungsmediums103 Monitoring a transmission medium
105 Überwachen einer Sendeanforderung105 Monitoring a Send Request
107 Erzeugen eines Zeitsignals107 generating a time signal
109 Abfrage: Ist regelmäßige Zeitspanne vergangen?109 Query: Has a period of time elapsed?
111 Synchronisationsnachricht als zu sendende Nachricht festlegen111 Define the synchronization message as a message to be sent
113 Abfrage: Liegt zu sendende asynchrone Nachricht vor?113 Query: Is there an asynchronous message to send?
115 Abfrage: Ist Übertragungsmedium im Übertragungszustand?115 Query: Is the transmission medium in the transmission state?
117 rechter Neinzweig117 right no branch
119 zu sendende Nachricht senden119 send message to send
121 Abfrage: Ist Übertragungsmedium in den Freizustand gewechselt?121 Query: Has the transmission medium changed to idle status?
123 Erkennen einer Kollision123 Detecting a collision
125 Ermitteln einer Zeitspanne, in der das Übertragungsmedium im Übertragungszustand verbleibt 127 Addieren der ermittelten Zeitspanne zu der125 determining a time period in which the transmission medium remains in the transmission state 127 adding the determined time period to the
Nachrichtenübertragungsdauer der gesendeten Nachricht 129 Identifizieren der empfangenen NachrichtMessage transmission duration of the sent message 129 Identification of the received message
131 Ausgeben der identifizierten empfangenen Nachricht131 Output the identified received message
133 Abfrage: Liegt eine zu sendende asynchrone Nachricht vor?133 Query: Is there an asynchronous message to send?
135 Abfrage: Ist identifizierte Nachricht eine135 Query: Is the identified message a
Synchronisationsnachricht?Synchronization message?
137 Synchronisieren der Uhreinheit137 Synchronizing the clock unit
139 Abfrage: Liegt eine Sendeanforderung vor?139 Query: Is there a send request?
141 asynchrone Nachricht wird als zu sende Nachricht festgelegt 141 Asynchronous message is set as message to be sent

Claims

Patentansprüche claims
1. Synchronisationsbussystem (1 ) zum Ermöglichen eines Austausche vonA synchronization bus system (1) for enabling replacement of
Nachrichten (SN, aNj) zwischen Komponenten umfassend Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) der Komponenten zum Austauschen der Nachrichten (SN, aNj) über ein Übertragungsmedium (3), wobei die Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) eine Uhr zum Bereitstellen eines Zeitsignals für ihre jeweilige Komponente umfassen und eine der Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) eine Sendeeinheit zum Senden von Nachrichten (SN, aNj) über das Übertragungsmedium (3) umfasst und als Gebereinheit betrieben wird, die in regelmäßigen Zeitintervallen synchronisiert mit dem Zeitsignal ihrer Uhr eine als Synchronisationsnachricht (SN) bezeichnete Nachricht über das Übertragungsmedium sendet und die übrigen Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) eine Empfangseinheit zum Empfangen von Nachrichten (SN, aNj) umfassen und als synchronisierte Einheiten betrieben werden, die bei einem erfolgreichen Empfang der Synchronisationsnachricht (SN) ihre Uhr mit der Uhr der Gebereinheit synchronisieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebereinheit eine Empfangseinheit und die synchronisierte Einheiten eine Sendeeinheit umfassen und die Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) ausgebildet sind, asynchron zu einem durch die übertragenen Synchronisationsnachtrichten vorgegebenen Takt asynchrone Nachrichten (SN, aNj) über das Übertragungsmedium (3) zu senden und zu empfangen, wobei das Übertragungsmedium (3) einen Übertragungszustand, in dem mindestens eine der Nachrichten (SN, aNj) übertragen wird, oder einen Freizustand annehmen kann, in dem keine der Nachrichten (SN, aNj) übertragen wird, und wobei die Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) ausgestaltet sind, ein Senden einer zur Übertragung anstehenden Nachricht (SN, aNj) nur zu beginnen, wenn das Übertragungsmedium (3) im Freizustand ist. Messages (SN, aNj) between components comprising communication units (KEI-KEn) of the components for exchanging the messages (SN, aNj) via a transmission medium (3), the communication units (KEI-KEn) having a clock for providing a time signal for their respective ones Component and one of the communication units (KEI-KEn) comprises a transmitting unit for transmitting messages (SN, aNj) via the transmission medium (3) and is operated as a transmitter unit, which synchronized at regular time intervals synchronized with the time signal of their clock as a synchronization message (SN ) and the remaining communication units (KEI-KEn) comprise a receiving unit for receiving messages (SN, aNj) and are operated as synchronized units which, upon successful reception of the synchronization message (SN), clock their clock Synchronize the encoder unit, characterized in that d the transmitter unit comprises a receiver unit and the synchronized units comprise a transmitter unit and the communication units (KEI-KEn) are designed to transmit and receive asynchronous messages (SN, aNj) via the transmission medium (3) asynchronously to a clock rate specified by the transmitted synchronization messages; wherein the transmission medium (3) can assume a transmission state in which at least one of the messages (SN, aNj) is transmitted, or a free state in which none of the messages (SN, aNj) is transmitted, and wherein the communication units (KEI-KEn ) are configured to start transmitting a pending message (SN, aNj) only when the transmission medium (3) is idle.
2. Synchronisationsbussystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) nach einem Senden überprüfen, ob das Übertragungsmedium (3) in den Freizustand wechselt, und falls dieses nicht der Fall ist, hieran eine Kollision erkennen und die gesendete Nachricht (aNj) erneut senden, sobald das Übertragungsmedium (3) in den Freizustand gewechselt ist.2. synchronization bus system (1) according to claim 1, characterized in that the communication units (KEI-KEn) after a transmission check whether the transmission medium (3) changes to the idle state, and if this is not the case, then detect a collision and send the transmitted message (aNj) again as soon as the transmission medium (3) has switched to the idle state.
3. Synchronisationsbussystem (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten (SN, aNj) jeweils nach einem ihnen zugeordneten Inhalt unterschieden werden, wobei der Inhalt über eine Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtaN2, ΔtaN3) codiert ist.3. synchronization bus system (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the messages (SN, aNj) are each distinguished according to a content associated with them, wherein the content over a message transmission time (.DELTA.t S N, .DELTA.t a N2, .DELTA.t a N 3 ) is coded.
4. Synchronisationsbussystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Nachrichten (SN, aNj) Prioritäten zugeordnet sind, wobei eine Priorität proportional zu der der Nachricht (SN, aNj) zugeordneten Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtaN2, ΔtaN3) ist.4. synchronization bus system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the messages (SN, aNj) priorities are assigned, wherein a priority proportional to the message (SN, aNj) associated message transmission time (.DELTA.t S N, .DELTA.t a N2 , Δt a N3).
5. Synchronisationsbussystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten (SN, aNj) jeweils einzelnen der Komponenten zugeordnet sind und jeweils nur von dieser Komponente gesendet werden.5. synchronization bus system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the messages (SN, aNj) are each assigned to each of the components and are each sent only from this component.
6. Synchronisationsbussystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) ausgebildet sind, jeweils eine Zeitspanne zu ermitteln, in der das Übertragungsmedium (3) ununterbrochen in seinem Übertragungszustand ist, und die entsprechende übertragene Nachricht (SN, aNj) (höchster Priorität) anhand dieser ermittelten Zeitspanne zu identifizieren.6. synchronization bus system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the communication units (KEI-KEn) are adapted to each determine a period of time in which the transmission medium (3) is continuously in its transmission state, and the corresponding transmitted message (SN, aNj) (highest priority) based on this time period.
7. Synchronisationsbussystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisationsnachricht (SN) die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtaN2, Δt3N3) der unterschiedlichen Nachrichten (SN, aNj) zugeordnet ist. 7. Synchronization bus system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the synchronization message (SN) is associated with the shortest message transmission duration (Δt S N, Δt a N2, Δt 3 N3) of the different messages (SN, aNj).
8. Synchronisationsbussystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtaN2, ΔtaN3) länger als die maximale Signallaufzeit auf dem Übertragungsmedium (3) zwischen zwei der Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) ist.8. synchronization bus system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the shortest message transmission time (.DELTA.t S N, .DELTAtaN2, .DELTAtaN3) is longer than the maximum signal propagation time on the transmission medium (3) between two of the communication units (KEI-KEn).
9. Synchronisationsbussystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichtenübertragungsdauern (ΔtsN, ΔtaN2, ΔtaNß) der verschiedenen Nachrichten (SN, aNj) sich jeweils um eine Zeitspanne unterscheiden, die größer als eine maximale Signallaufzeit auf dem Übertragungsmedium (3) zwischen zwei der Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) ist.9. Synchronization bus system (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the message transmission times (Δts N , ΔtaN2, ΔtaNß) of the various messages (SN, aNj) each differ by a time greater than a maximum signal propagation time on the transmission medium (3) is between two of the communication units (KEI-KEn).
10. Verfahren zum Austauschen von Nachrichten (SN, aNj) zwischen Komponenten, insbesondere Komponenten eines mechatronischen Systems, zur zeitlichen Synchronisation, bei dem von einer als Gebereinheit bezeichneten Kommunikationseinheit (KEI-KEn) einer der Komponenten über ein Übertragungsmedium (3) in zeitlich regelmäßigen Abständen synchronisiert mit einem Zeitsignal einer Uhr der Gebereinheit eine als Synchronisationsnachricht (SN) bezeichnete der Nachrichten (SN, aNj) gesendet wird, und Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) der übrigen der Komponenten als synchronisierte Einheiten betrieben werden, die Synchronisationsnachricht (SN) empfangen und bei einem erfolgreichen Empfang der Synchronisationsnachricht (SN) ihre jeweilige Uhr mit der Uhr der Gebereinheit synchronisieren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) asynchron zu einem durch die übertragenen Synchronisationsnachtrichten vorgegebenen Takt asynchrone Nachrichten (SN, aNj) über das Übertragungsmedium (3) sendet und die übrigen Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) die asynchrone Nachricht (aNj) empfangen, wobei das Übertragungsmedium (3) einen10. A method for exchanging messages (SN, aNj) between components, in particular components of a mechatronic system, for temporal synchronization, in which of a designated as a transmitter unit communication unit (KEI-KEn) one of the components via a transmission medium (3) in temporally regular Intervals synchronized with a time signal of a clock of the encoder unit as a synchronization message (SN) called the messages (SN, aNj) is sent, and communication units (KEI-KEn) of the remaining of the components are operated as synchronized units receiving the synchronization message (SN) and upon successful receipt of the synchronization message (SN), synchronize its respective clock with the clock of the transmitter unit, characterized in that at least one of the communication units (KEI-KEn) asynchronous to a predetermined by the transmitted Synchronisationsnachtrichten clock asynchronous messages (SN, aNj) ü via the transmission medium (3) and the other communication units (KEI-KEn) receive the asynchronous message (aNj), wherein the transmission medium (3) a
Übertragungszustand, in dem mindestens eine der Nachrichten (SN, aNj) übertragen wird, oder einen Freizustand annehmen kann, in dem keine der Nachrichten (SN, aNj) übertragen wird, und wobei ein Senden einer zur Übertragung anstehenden Nachricht (SN, aNj) nur begonnen wird, wenn das Übertragungsmedium (3) im Freizustand ist.Transmission state in which at least one of the messages (SN, aNj) is transmitted, or can assume a free state in which none of the messages (SN, aNj) is transmitted, and a transmission of a pending message (SN, aNj) is only started when the transmission medium (3) is in the idle state.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) nach einem Senden überprüfen, ob das Übertragungsmedium (3) in den Freizustand wechselt, und falls dieses nicht der Fall ist, hieran eine Kollision erkennen und die gesendete Nachricht (SN, aNj) erneut senden, sobald das Übertragungsmedium (3) in den Freizustand gewechselt ist.11. The method according to claim 10, characterized in that the communication units (KEI-KEn) after a transmission check whether the transmission medium (3) changes to the idle state, and if this is not the case, then detect a collision and the message sent (SN, aNj) again as soon as the transmission medium (3) has switched to the idle state.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten (SN, aNj) jeweils nach einem ihnen zugeordneten Inhalt unterschieden werden, wobei der Inhalt über eine Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtaN2, ΔtaN3) codiert ist.12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the messages (SN, aNj) are each distinguished according to a content associated with them, wherein the content over a message transmission time (.DELTA.t S N, .DELTA.t a N2, .DELTA.t a N3) is encoded ,
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Nachrichten (SN, aNj) Prioritäten zugeordnet sind, wobei eine Priorität proportional zu der der Nachricht (SN, aNj) zugeordneten Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtsN. ΔtaN2, ΔtaN3) ist.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the messages (SN, aNj) priorities are assigned, wherein a priority proportional to the message (SN, aNj) associated message transmission duration (ΔtsN .DELTA.t a N2, .DELTA.t a N3).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichten (SN, aNj) jeweils einzelnen der Komponenten zugeordnet werden und nur von jeweils dieser Komponente gesendet werden.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the messages (SN, aNj) are each assigned to each of the components and are sent only by each of these components.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) jeweils eine Zeitspanne ermitteln, in der das Übertragungsmedium (3) ununterbrochen in seinem Übertragungszustand ist, und die entsprechende übertragene Nachricht anhand dieser ermittelten Zeitspanne identifiziert wird. 15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the communication units (KEI-KEn) each determine a period of time in which the transmission medium (3) is continuously in its transmission state, and identifies the corresponding transmitted message based on this determined period of time becomes.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisationsnachricht (SN) die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtaN2, ΔtaN3) der unterschiedlichen Nachrichten (SN, aNj) zugeordnet ist.16. The method according to any one of claims 10 to 15, characterized in that the synchronization message (SN) is associated with the shortest message transmission duration (Δt S N, Δt a N2, Δt a N3) of the different messages (SN, aNj).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtsN, ΔtaN2, ΔtaN3) länger als die maximale Signallaufzeit auf dem Übertragungsmedium (3) zwischen zwei der Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) ist.17. The method according to any one of claims 10 to 16, characterized in that the shortest message transmission duration (ΔtsN, Δt a N2, Δt a N3) is longer than the maximum signal propagation time on the transmission medium (3) between two of the communication units (KEI-KEn) ,
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichtenübertragungsdauern (ΔtsN, ΔtaN2, ΔtaN3) der verschiedenen Nachrichten (SN, aNj) sich jeweils um eine Zeitspanne unterscheiden, die größer als eine maximale Signallaufzeit auf dem Übertragungsmedium (3) zwischen zwei der Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) ist.18. The method according to any one of claims 10 to 17, characterized in that the message transmission periods (.DELTA.tsN, .DELTA.t a N2, .DELTA.t a N3) of the various messages (SN, aNj) each differ by a time period which is greater than a maximum signal propagation time the transmission medium (3) between two of the communication units (KEI-KEn) is.
19. Kommunikationseinheit (KE1 -KEn) für ein Synchronisationsbussystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfassend eine Empfangseinheit zum Empfangen von über ein Übertragungsmedium (3) von anderen Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) gesendeten Nachrichten (SN, aNj), eine Sendeeinheit zum Senden von Nachrichten (SN, aNj) an die anderen Kommunikationseinheiten (KEI-KEn) über das Übertragungsmedium (3), eine Uhreinheit zum Bereitstellen eines Zeitsignals, wobei die Kommunikationseinheit (KEI-KEn) als synchronisierte Einheit betreibbar ist, so dass bei einem Empfang einer als Synchronisationsnachricht (SN) bezeichneten der Nachrichten (SN, aNj) die Uhreinheit synchronisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Logik ausgebildet ist asynchron zu einem durch die übertragenen Synchronisationsnachrichten (SN) vorgegebenen Takt asynchrone Nachrichten (SN, aNj) über das Übertragungsmedium (3) zu senden und asynchrone Nachrichten (SN, aNj) zu empfangen, wobei das Übertragungsmedium (3) einen19. Communication unit (KE1-KEn) for a synchronization bus system (1) according to one of claims 1 to 9, comprising a receiving unit for receiving messages (SN, aNj) sent via a transmission medium (3) from other communication units (KEI-KEn) Sending unit for sending messages (SN, aNj) to the other communication units (KEI-KEn) via the transmission medium (3), a clock unit for providing a time signal, wherein the communication unit (KEI-KEn) is operable as a synchronized unit, so that at receiving a synchronization message (SN) called the message (SN, aNj) the clock unit is synchronized, characterized in that a logic is formed asynchronous to a predetermined by the transmitted synchronization messages (SN) clock asynchronous messages (SN, aNj) on the Transmit transmission medium (3) and receive asynchronous messages (SN, aNj), wherein the transmission medium m (3) one
Übertragungszustand, in dem mindestens eine der Nachrichten (SN, aNj) übertragen wird, oder einen Freizustand annehmen kann, in dem keine der Nachrichten (SN, aNj) übertragen wird, und wobei ein Senden einer zur Übertragung anstehenden Nachricht (SN, aNj) nur begonnen wird, wenn das Übertragungsmedium (3) im Freizustand ist.Transmission state in which at least one of the messages (SN, aNj) is transmitted, or can assume a free state in which none of the messages (SN, aNj) is transmitted, and a transmission of a pending message (SN, aNj) is only started when the transmission medium (3) is in the idle state.
20. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit ausgebildet ist, nach einem Senden einer Nachricht (SN, aNj) zu überprüfen, ob das Übertragungsmedium (3) in den Freizustand wechselt und falls dieses nicht der Fall ist, hieran eine Kollision zu erkennen und die gesendete Nachricht (SN, aNj) erneut zu senden, sobald das Übertragungsmedium (3) in den Freizustand gewechselt ist, sofern die gesendete Nachricht (SN, aNj) nicht die Synchronisationsnachricht (SN) ist.20. Communication unit (KEI-KEn) according to claim 19, characterized in that the logic unit is designed to check after sending a message (SN, aNj), whether the transmission medium (3) changes to the idle state and if this is not the case is to detect a collision therefrom and to send the transmitted message (SN, aNj) again as soon as the transmission medium (3) has switched to the idle state, provided that the transmitted message (SN, aNj) is not the synchronization message (SN).
21. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Logik ausgestaltet ist, die Nachrichten (SN1 aNj) jeweils nach einem ihnen zugeordneten Inhalt zu unterschieden, wobei der Inhalt über eine Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtsN, ΔtaN2, Δt3N3) codiert ist.21 communication unit (KEI-KEn) according to claim 19 or 20, characterized in that the logic is configured to distinguish the messages (SN 1 aNj) each according to a content associated with them, wherein the content over a message transmission period (ΔtsN, Δt a N2, Δt 3 N3).
22. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationseinheit (KEI-KEn) eine der Nachrichten (SN, aNj) mit einer vorgegebenen22. Communication unit (KEI-KEn) according to claim 19 or 21, characterized in that the communication unit (KEI-KEn) one of the messages (SN, aNj) with a predetermined
Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtsN, ΔtaN2, ΔtaN3) zugeordnet ist, die sich von den übrigen Nachrichtenübertragungsdauern (ΔtSN, ΔtaN2, ΔtaN3) von über das Übertragungsmedium (3) von anderen Kommunikationseinheiten (KE1- KEn) übertragenen Nachrichten (SN, aNj) unterscheidet.Message transmission duration (.DELTA.tsN, .DELTA.t a N2, .DELTA.t a N3) is assigned, which are transmitted from the other message transmission periods (.DELTA.t S N, .DELTA.t a N2, .DELTA.t a N3) of the communication medium (3) from other communication units (KE1 KEn) Messages (SN, aNj) differs.
23. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikeinheit ausgebildet ist, jeweils eine Zeitspanne zu ermitteln, in der das Übertragungsmedium (3) ununterbrochen in seinem Übertragungszustand ist, und die entsprechende empfangene Nachricht (SN, aNj) anhand dieser ermittelten Zeitspanne zu identifizieren. 23 communication unit (KEI-KEn) according to claim 19 or 22, characterized in that the logic unit is adapted to each determine a period of time in which the transmission medium (3) is continuously in its transmission state, and the corresponding received message (SN, aNj) on the basis of this determined period of time.
24. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisationsnachricht (SN) die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtsN. ΔtaN2, Δt3N3) der unterschiedlichen Nachrichten (SN, aNj) zugeordnet ist.24. Communication unit (KEI-KEn) according to claim 19 or 23, characterized in that the synchronization message (SN) is assigned the shortest message transmission duration (ΔtsN, Δt a N2, Δt 3 N3) of the different messages (SN, aNj).
25. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die kürzeste Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtgN2, ΔtaN3) länger als die maximale Signallaufzeit auf dem Übertragungsmedium (3) zu oder von einer anderen Kommunikationseinheit (KEI-KEn) ist.25. Communication unit (KEI-KEn) according to claim 19 or 24, characterized in that the shortest message transmission duration (.DELTA.t SN , .DELTA.tgN2, .DELTAtaN3) longer than the maximum signal propagation time on the transmission medium (3) to or from another communication unit (KEI KEn ).
26. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Nachrichtenübertragungsdauer (ΔtSN, ΔtaN2, ΔtgN3) sich von den Nachrichtenübertragungsdauern (ΔtsN, ΔtaN2, Δt3N3) der übrigen Nachrichten (SN, aNj) jeweils um eine Zeitspanne unterscheidet, die größer als eine maximale Signallaufzeit auf dem Übertragungsmedium (3) zu oder von einer anderen Kommunikationseinheit (KEI-KEn) ist.26. Communication unit (KEI-KEn) according to claim 19 or 25, characterized in that the predetermined message transmission duration (.DELTA.t SN , .DELTA.taN2, .DELTA.tgN3) of the message transmission times (.DELTA.ts N, .DELTA.t a N2, .DELTA.t 3 N3) of the remaining messages (SN, aNj) is each differentiated by a period greater than a maximum signal propagation time on the transmission medium (3) to or from another communication unit (KEI-KEn).
27. Kommunikationseinheit (KEI-KEn) nach Anspruch 19 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (KEI-KEn) als Gebereinheit betreibbar ist, die in regelmäßigen Zeitintervallen synchronisiert mit dem Zeitsignal ihrer Uhr eine als Synchronisationsnachricht (SN) bezeichnete Nachricht über das Übertragungsmedium (3) sendet. 27. Communication unit (KEI-KEn) according to claim 19 or 26, characterized in that the communication unit (KEI-KEn) is operable as a transmitter unit, synchronized at regular time intervals synchronized with the time signal of their clock as a synchronization message (SN) message on the Transmission medium (3) sends.
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