DE19614654C1 - Sensor and actuator bus system for automation system - Google Patents
Sensor and actuator bus system for automation systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Sensor-Aktor-Bussystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a sensor-actuator bus system according to the preamble of Claim 1.
Ein derartiges Bussystem ist in "ASI - Das Aktuator-Sensor-Interface für die Automation", Werner Kriesel, Otto W. Madelung, Carl Hanser Verlag, 1994 beschrieben.Such a bus system is in "ASI - The actuator sensor interface for the Automation ", Werner Kriesel, Otto W. Madelung, Carl Hanser Verlag, 1994 described.
Bei diesem Bussystem können bis zu 31 Sensoren und/oder Aktoren über Bus leitungen an eine zentrale Steuereinheit angeschlossen werden. Das Bussystem arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip. Die Steuereinheit fragt die angeschlos senen Sensoren und/oder Aktoren zyklisch ab, worauf die einzelnen Sensoren und/oder Aktoren Signale an die Steuereinheit übermitteln. Als Rückmeldung übersendet die Steuereinheit wiederum Signale an die einzelnen Sensoren und/oder Aktoren. Dabei wird jeder Sensor oder Aktor unter einer diesem zuge wiesenen Adresse aufgerufen.With this bus system, up to 31 sensors and / or actuators can be connected via the bus cables can be connected to a central control unit. The bus system works according to the master-slave principle. The control unit asks the connected sensors and / or actuators cyclically, whereupon the individual sensors and / or actuators transmit signals to the control unit. As feedback The control unit in turn sends signals to the individual sensors and / or actuators. Each sensor or actuator is moved under one of these called address.
Die Sensoren, Aktoren sowie die Steuereinheit weisen jeweils Schnittstellenbau steine auf, über welche die Signale aus gesendet bzw. empfangen werden. Die über den Schnittstellenbaustein übertragenen Signale weisen eine Wortbreite von 4 bit auf. Von den Sensoren oder Aktoren werden überwiegend binäre Signale, welche die aktuellen Schaltzustände der Sensoren oder Aktoren darstellen, an die Steuereinheit gesendet.The sensors, actuators and the control unit each have interfaces stones over which the signals are sent or received. The Signals transmitted via the interface module have a word length of 4 bit on. The sensors or actuators mainly use binary signals, which represent the current switching states of the sensors or actuators the control unit sent.
Bei der Übertragung der Signale können vereinzelt Übertragungsfehler auftreten. Insbesondere kann es sich dabei um statische Übertragungsfehler handeln, bei welchen die Übertragung eines bestimmten Bits über mehrere Zyklen in gleicher Weise fehlerhaft ist. Wenn der Übertragungsfehler so gestaltet ist, daß dadurch kein unzulässiger Signalzustand auftritt, wird dieser Fehler durch die Rückmel dung der Steuereinheit an den betreffenden Sensor oder Aktor nicht aufgedeckt. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn die Sensoren und/oder Akto ren im Bereich des Personenschutzes eingesetzt werden sollen. Dort dürfen Fehl signale nicht zu unkritischen Zuständen der Sensoren und/oder Aktoren bzw. der daran angeschlossenen Steuer- und Auswerteeinheit führen.Transmission errors may occasionally occur during the transmission of the signals. In particular, static transmission errors can be involved in which the transmission of a certain bit over several cycles in the same Way is flawed. If the transmission error is designed so that If there is no impermissible signal state, this error is caused by the feedback the control unit to the sensor or actuator concerned is not exposed. This is particularly problematic when the sensors and / or Akto in the area of personal protection. There may be mistakes signals not to uncritical states of the sensors and / or actuators or the connected control and evaluation unit.
In der EP 0 049 607 B1 ist ein Übertragungskanal für die Übertragung von quasi-statischen Informationen beschrieben. Dieser Übertragungskanal wird insbesondere in Bahn-Signalanlagen zur Übertragung von Signalen, welche über eine lange Zeit unverändert bleiben eingesetzt. In derartigen Signalanlagen werden Signale übertragen. Dabei ist das Signal in Form einer bestimmten Bitfolge vorgegebener Länge kodiert. Wobei diese Bitfolge in einer vor gegebenen Taktrate wiederholt übertragen wird. Zur Kontrolle, ob eine fehlerfreie Übertragung erfolgt, wird bei jeder n-ten Übertragung, wobei für n vorzugsweise n = 3 gewählt ist, jeweils das n-te Bit der Bitfolge invertiert. Die Wortbreite der Bitfolge beträgt vorzugsweise m = 6, so daß nach insgesamt n * m = 18 Übertragungszyklen jedes Bit der Bitfolge einmal verfälscht wurde. Danach wird die Verfälschung der Bitfolge periodisch wiederholt. Empfangs seitig wird jeweils registriert, ob die Verfälschung der einzelnen Bits tatsächlich empfangen wurde.EP 0 049 607 B1 describes a transmission channel for the transmission of quasi-static information. This transmission channel is used in particular in railway signaling systems for the transmission of signals which remain unchanged over a long period of time. Signals are transmitted in signal systems of this type. The signal is coded in the form of a certain bit sequence of a given length. This bit sequence is repeatedly transmitted at a given clock rate. To check whether there is an error-free transmission, the nth bit of the bit sequence is inverted for every nth transmission, n = 3 preferably being selected for n. The word width of the bit sequence is preferably m = 6, so that after a total of n * m = 18 transmission cycles, each bit of the bit sequence has been falsified once. The corruption of the bit sequence is then repeated periodically. On the receiving side, it is registered whether the corruption of the individual bits has actually been received.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Übertragungssicherheit eines Bussystems der eingangs genannten Art zu erhöhen.The invention has for its object the transmission security of a To increase bus system of the type mentioned.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The features of claim 1 are provided to achieve this object. Advantageous embodiments and expedient further developments of the Erfin tion are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß weist wenigstens einer der Sensoren und/oder Aktoren eine dem Schnittstellenbaustein vorgeschaltete erste Transformationseinheit auf.According to the invention, at least one of the sensors and / or actuators has one the first transformation unit upstream of the interface module.
Zudem ist zwischen der Steuereinheit und der Auswerteeinheit eine zweite Transformationseinheit vorgesehen. There is also a second one between the control unit and the evaluation unit Transformation unit provided.
In jeder Transformationseinheit wird das auszusendende Signal in eine Zahlen folge umgesetzt, wobei jede Zahl eine Zahlenfolge dem entsprechenden Signal in ein-eindeutiger Weise zugeordnet ist.In each transformation unit, the signal to be sent is converted into numbers sequence implemented, each number a sequence of numbers corresponding to the signal assigned in a unique way.
Die Zahlen der Zahlenfolge werden nacheinander über die Busleitung über tragen. Pro Zyklus wird jeweils eine Zahl übertragen. Sobald die gesamte Zahlenfolge übertragen ist wird wieder mit der ersten Zahl der Zahlenfolge die Übertragung fortgesetzt. Diese Übertragung wird fortlaufend wiederholt, so daß die Zahlenfolgen periodisch über die Busleitung ausgesendet werden.The numbers in the sequence of numbers are successively transmitted via the bus line carry. One number is transferred per cycle. Once the whole The sequence of numbers is transferred again with the first number of the number sequence Transfer continued. This transmission is repeated continuously so that the sequences of numbers are sent out periodically via the bus line.
Am anderen Ende der Busleitung wird in der anderen Transformationseinheit die eingelesene Zahl in das entsprechende Signal umgesetzt.At the other end of the bus line in the other transformation unit number read converted into the corresponding signal.
Somit erfolgt zwischen den Sensoren und/oder Aktoren, welche eine Trans formationseinheit aufweisen und der Steuereinheit der bidirektionale Datenaus tausch über den Transfer von Zahlenfolgen. Die Umsetzung von den Zahlen folgen in die Signale oder umgekehrt erfolgt in den Transformationseinheiten.Thus there is between the sensors and / or actuators, which a Trans Formation unit and the control unit of the bidirectional data exchange about the transfer of sequences of numbers. The implementation of the numbers follow in the signals or vice versa takes place in the transformation units.
Durch die Übertragung von Zahlenfolgen welche bestimmte Signale kodieren, wird eine beträchtliche Erhöhung der Übertragungssicherheit erzielt.By transmitting sequences of numbers that encode certain signals, a considerable increase in transmission security is achieved.
Da ein Signalwert in eine Folge mehrerer Zahlen umgesetzt wird, können statische Übertragungsfehler mit großer Sicherheit aufgedeckt werden. Wird bei spielsweise bei der Übertragung eines binären Signalwerts über die Busleitung das letzte Bit eines über die Schnittstellenbausteine übertragenen Worts fehler haft übertragen, so würde dieser Fehler nicht aufgedeckt werden, wenn das Sig nal direkt übertragen würde. In diesem Fall würde beispielsweise anstelle des Signalwerts "low" der Signalwert "high" übertragen. Da beide Signalwerte plausible Sensor- oder Aktor-Schaltzustände darstellen, wird ein derartiger Fehler in der Steuereinheit nicht aufgedeckt.Since a signal value is converted into a sequence of several numbers, static transmission errors can be detected with great certainty. Will at for example when transmitting a binary signal value via the bus line the last bit of a word transmitted via the interface blocks error transferred, this error would not be revealed if the Sig would be transmitted directly. In this case, for example, instead of Signal value "low" the signal value "high" transmitted. Because both signal values represent plausible sensor or actuator switching states Fault in the control unit not discovered.
Wird jedoch der Signalwert mit einer Zahlenfolge kodiert, so müssen in der Transformationseinheit genau die Zahlen dieser Zahlenfolge empfangen werden. Da sich die übertragenen Zahlen bei gleichbleibendem Signalwert fortlaufend ändern, wird durch den Wechsel der Zahlen der Wert des letzten Bits mit einer großen Wahrscheinlichkeit mehrfach geändert. Die Häufigkeit mit der diese Änderung erfolgt, kann durch Vorgabe einer bestimmten Zahlenfolge gewählt werden. Durch die fehlerhafte Übertragung des letzten Bits sind einige der emp fangenen Zahlen der Zahlenfolge fehlerhaft, wodurch der Übertragungsfehler aufgedeckt wird und eine entsprechende Störmeldung ausgegeben werden kann.However, if the signal value is encoded with a sequence of numbers, the Transformation unit exactly the numbers of this sequence of numbers can be received. Because the transmitted numbers are continuous with the signal value remaining the same change, the value of the last bit with a most likely changed several times. The frequency with which this Changes can be made by specifying a specific sequence of numbers will. Due to the incorrect transmission of the last bit, some of the emp caught numbers of the number sequence incorrectly, causing the transmission error is uncovered and a corresponding fault message can be issued.
Eine derartige Fehlererkennung ist nicht auf das letzte Bit eines Datenwortes be schränkt. Prinzipiell können Übertragungsfehler beliebiger Bits eines Daten wortes erkannt werden. Voraussetzung hierfür ist lediglich, daß die Zahlen der Zahlenfolge die gesamte Wortbreite abdecken. Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich bei den unterschiedlichen Zahlen der Zahlenfolge möglichst viele Bits des Datenworts ändern, da auf diese Weise viele Bits pro Zyklus dyna misch getestet werden.Such an error detection is not based on the last bit of a data word limits. In principle, transmission errors of any bits of data can occur word can be recognized. The only requirement is that the numbers of the Sequence of numbers covering the entire word width. It is particularly advantageous if there are as many as possible with the different numbers in the sequence Change bits of the data word, because this way many bits per cycle dyna be mixed tested.
Eine derartige sichere Datenübertragung kann dann besonders vorteilhaft einge setzt werden, wenn die an das Bussystem angeschlossenen Sensoren und/oder Aktoren Überwachungsfunktion bei Personenschutzsystemen erfüllen. Dabei weisen sämtliche derartige Sensoren und/oder Aktoren jeweils eine erste Transformationseinheit auf. Andere Sensoren und/oder Aktoren, welche eben falls an das Bussystem angeschlossen sind, jedoch nicht zum Personenschutz eingesetzt werden, benötigen keine Transformationseinheit. Die Signale dieser Sensoren und/oder Aktoren werden direkt in die Steuereinheit eingelesen. Die Unterscheidung, ob ein Sensor oder Aktor eine Transformationseinheit aufweist, erfolgt zweckmäßigerweise anhand der Adressen der Sensoren und/oder Aktoren in der Steuereinheit. Werden Signale von einem Sensor oder Aktor empfangen, welche keine Transformationseinheit aufweisen, so wird die zweite Transformationseinheit, welche der Steuereinheit nachgeschaltet ist, überbrückt. Dadurch werden die Signale direkt in die Auswerteeinheit eingelesen. Alternativ können die Signale anstelle der Auswerteeinheit einer an die Steuereinheit ange schlossenen Ein-/Ausgabeeinheit zugeführt werden.Such secure data transmission can then be used particularly advantageously be set if the sensors and / or connected to the bus system Actuators perform monitoring function in personal protection systems. Here all such sensors and / or actuators each have a first one Transformation unit. Other sensors and / or actuators, which just if connected to the bus system, but not for personal protection are used do not require a transformation unit. The signals of this Sensors and / or actuators are read directly into the control unit. The Differentiation as to whether a sensor or actuator has a transformation unit, expediently takes place on the basis of the addresses of the sensors and / or Actuators in the control unit. Are signals from a sensor or actuator received, which have no transformation unit, the second Transformation unit, which is connected downstream of the control unit, is bridged. As a result, the signals are read directly into the evaluation unit. Alternatively Instead of the evaluation unit, the signals can be sent to the control unit closed input / output unit.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Bussystems kann die Auswerteeinheit zweckmäßigerweise zweikanalig ausgebildet sein. In diesem Fall werden die Zahlenfolgen zweikanalig von der Steuereinheit in die zweite Transformations einheit eingelesen, welche ebenfalls zweikanalig ausgebildet sein kann. Von dort werden die dekodierten Signale zweikanalig in die Auswerteeinheit eingelesen, wo ein Vergleich der Signale erfolgt. Dadurch wird die Fehlersicherheit weiter erhöht.The evaluation unit can be used to increase the operational safety of the bus system expediently be designed in two channels. In this case, the Sequences of numbers in two channels from the control unit to the second transformation read unit, which can also be designed in two channels. From there the decoded signals are read into the evaluation unit using two channels, where the signals are compared. This increases the reliability elevated.
Auch wenn die zweite Transformationseinheit zweikanalig ausgebildet ist, er folgt die Ausgabe der Zahlenfolgen an die Steuereinheit einkanalig. Dabei wer den die ausgelesenen Zahlenfolgen in die Transformationseinheit rückgelesen und dort mit den ausgelesenen Zahlenfolgen verglichen. Even if the second transformation unit has two channels, he the sequence of numbers is output to the control unit in a single channel. Here who the read back the number sequences in the transformation unit and compared it with the number sequences read out.
Die Übertragung der Zahlenfolgen über die Busleitungen erfolgt in jedem Fall einkanalig. Zweckmäßigerweise erfolgt das Einlesen der Signale der Sensoren oder Aktoren in die erste Transformationseinheit einkanalig, welche ebenfalls einkanalig aufgebaut ist. Prinzipiell kann das Einlesen der Signale in die erste Transformationseinheit auch zweikanalig erfolgen. In diesem Fall erfolgt in der ersten Transformationseinheit ein Signalvergleich der beiden Kanäle und eine einkanalige Ausgabe von Zahlenfolgen an den nachgeordneten Schnittstellen baustein.The sequence of numbers is always transmitted via the bus lines single-channel. The signals from the sensors are expediently read in or single-channel actuators in the first transformation unit, which also is constructed in a single channel. In principle, the signals can be read into the first Transformation unit can also be done in two channels. In this case, the first transformation unit a signal comparison of the two channels and one Single-channel output of sequences of numbers at the downstream interfaces building block.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1 Ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Bussystems, Fig. 1 is a block diagram of the bus system according to the invention,
Fig. 2 Schematische Darstellung der Datenübertragung zwischen der Steuereinheit und der zweiten Transformationseinheit. Fig. 2 Schematic representation of the data transmission between the control unit and the second transformation unit.
In Fig. 1 ist der Aufbau eines Bussystems 1 für Sensoren 2 und Aktoren 2 dargestellt. Das Bussystem 1 arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip. Der Master ist von einer Steuereinheit 3 gebildet, welche die zentrale Steuerung des Bussystems 1 übernimmt. Die Steuereinheit 3 kann von einem Personalcom puter (PC), einer speicherprogrammierbaren (SPS) Steuerung oder dergleichen gebildet sein. An die Steuereinheit 3 können typischerweise bis zu 31 Slaves über Busleitungen 4 angeschlossen sein.In Fig. 1 shows the structure of a bus system 1 for sensors 2 and actuators 2 is shown. Bus system 1 works according to the master-slave principle. The master is formed by a control unit 3 , which takes over the central control of the bus system 1 . The control unit 3 can be formed by a personal computer (PC), a programmable logic controller (PLC) or the like. Up to 31 slaves can typically be connected to the control unit 3 via bus lines 4 .
In einer Initialisierungsphase werden den Slaves vom Master Adressen zugewie sen. Während des Betriebs des Bussystems 1 werden die Slaves vom Master in nerhalb einer vorgegebenen Zykluszeit zyklisch unter den zugewiesenen Adres sen aufgerufen und abgefragt, worauf die Slaves Signale an den Master senden. Der Empfang dieser Signale wird von der Steuereinheit 3 durch Rücksenden von Signalen an die Slaves quittiert. Die Zykluszeit beträgt typischerweise 5 ms. In an initialization phase, the slaves are assigned addresses by the master. During the operation of bus system 1 , the slaves are called and queried cyclically from the assigned addresses within a specified cycle time, after which the slaves send signals to the master. The receipt of these signals is acknowledged by the control unit 3 by sending signals back to the slaves. The cycle time is typically 5 ms.
An die Steuereinheit 3 ist eine Auswerteeinheit 5 angeschlossen, in welcher die von den Sensoren 2 und/oder Aktoren 2 eingelesenen Signale ausgewertet werden. Die Auswerteeinheit 5 kann vorteilhafterweise in der von einer SPS Steuerung oder einem Personalcomputer gebildeten Steuereinheit 3 integriert sein.An evaluation unit 5 is connected to the control unit 3 , in which the signals read by the sensors 2 and / or actuators 2 are evaluated. The evaluation unit 5 can advantageously be integrated in the control unit 3 formed by a PLC control or a personal computer.
Die Busleitungen 4 sind an identisch ausgebildete Schnittstellenbausteine 6 an geschlossen, wobei die Sensoren 2, Aktoren 2 und die Steuereinheit 3 jeweils einen Schnittstellenbaustein 6 aufweisen. Über die Schnittstellenbausteine 6 werden die Signale in Form von 4 bit-breiten Datenworten übertragen.The bus lines 4 are connected to interface modules 6 of identical design, the sensors 2 , actuators 2 and the control unit 3 each having an interface module 6 . The signals are transmitted in the form of 4-bit data words via the interface modules 6 .
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Sensoren 2 an die Steuereinheit 3 angeschlossen. Von den Sensoren 2 werden binäre Signale, welche die Schalt zustände der Sensoren 2 darstellen, an die Steuereinheit 3 gesendet. Die Senso ren 2 können beispielsweise von Lichtschranken gebildet sein. Von der Steuer einheit 3 werden als Rückmeldung an die Sensoren 2 ebenfalls binäre Signale gesendet. Drei der Sensoren 2 weisen eine dem Schnittstellenbaustein 6 vorge schaltene erste Transformationseinheit 7 auf.In the present exemplary embodiment, four sensors 2 are connected to the control unit 3 . From the sensors 2 binary signals which states the switch are of the sensors 2 are transmitted to the control unit. 3 The sensors 2 can be formed, for example, by light barriers. Binary signals are also sent from the control unit 3 as feedback to the sensors 2 . Three of the sensors 2 have a first transformation unit 7 connected upstream of the interface module 6 .
Zwischen der Steuereinheit 3 und der Auswerteeinheit 5 ist eine zweite Trans formationseinheit 8 geschaltet. Die Transformationseinheiten 7, 8 können von einem Mikroprozessor oder einem PLD (Programmable Logic Device) gebildet sein.A second transformation unit 8 is connected between the control unit 3 and the evaluation unit 5 . The transformation units 7 , 8 can be formed by a microprocessor or a PLD (Programmable Logic Device).
Die von den Sensoren 2 erzeugten Signale werden beispielsweise über nicht dargestellte Transistorausgänge oder Relaisausgänge in die erste Transforma tionseinheit 7 eingelesen.The signals generated by the sensors 2 are read into the first transformation unit 7 , for example, via transistor outputs or relay outputs (not shown).
Zur Kopplung der Steuereinheit 3 mit der zweiten Transformationseinheit 8 sind bidirektionale Schnittstellen 9, 9′ vorgesehen, welche zweckmäßigerweise je weils von einem Dual-Port-RAM gebildet sind. For coupling the control unit 3 to the second transformation unit 8 , bidirectional interfaces 9 , 9 'are provided, which are expediently each formed by a dual-port RAM.
Zur Kopplung der Auswerteeinheit 5 mit der zweiten Transformationseinheit 8 sind bidirektionale Schnittstellen 10, 10′ vorgesehen, welche ebenfalls jeweils von einem Dual-Port-RAM gebildet sind.For coupling the evaluation unit 5 to the second transformation unit 8 , bidirectional interfaces 10 , 10 'are provided, which are also each formed by a dual-port RAM.
Bevor ein Signal über die Busleitungen 4 ausgesendet wird, wird dieses Signal in einer Transformationseinheit 7 oder 8 in eine Zahlenfolge umgewandelt. Die Zahlenfolge ist dem jeweiligen Signalwert in ein- eindeutiger Weise zugeordnet. Dies bedeutet, daß, wenn ein Signalwert in der Steuereinheit 3 oder in einem Sensor 2 mit bestimmten Zahlen einer Zahlenfolge kodiert wird, diese Zahlen nicht mehr für die Kodierung eines anderen Signalwerts verwendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel existieren nur zwei binäre Signalzustände, mit zwei unterschiedlichen Zahlenfolgen kodiert werden. Da die Schnittstellenbau steine 6 eine Wortbreite von 4 bit aufweisen, können Zahlen im Bereich von 0 bis 15 übertragen werden.Before a signal is transmitted via the bus lines 4 , this signal is converted into a sequence of numbers in a transformation unit 7 or 8 . The sequence of numbers is uniquely assigned to the respective signal value. This means that if a signal value is coded in the control unit 3 or in a sensor 2 with certain numbers in a sequence of numbers, these numbers are no longer used for coding another signal value. In the present exemplary embodiment, there are only two binary signal states, which are coded with two different sequences of numbers. Since the interface modules 6 have a word length of 4 bits, numbers in the range from 0 to 15 can be transmitted.
Die Wahl der Zahlenfolge erfolgt so, daß aufeinanderfolgende Zahlen einer Zahlenfolge zu Bitmustern führen, die sich in möglichst vielen Bits unterschei den. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das binäre Signal "low" durch die Zahlenfolge 0, 3, 6, 9, 13, 15 kodiert, während der Signalwert "high" durch die Zahlenfolge 1, 4, 5, 8, 11, 14 kodiert ist.The sequence of numbers is chosen so that successive numbers are one Sequence of numbers leads to bit patterns that differ in as many bits as possible the. In the present embodiment, the binary signal is "low" by the Number sequence 0, 3, 6, 9, 13, 15 coded, while the signal value "high" by the Number sequence 1, 4, 5, 8, 11, 14 is encoded.
Die in der Transformationseinheit 7 generierten Zahlen einer Zahlenfolge werden in den Schnittstellenbaustein 6 eingelesen und über die Busleitungen 4 an die Steuereinheit 3 oder einen Sensor 2 mit einer Transformationseinheit 7 gesendet. Dabei werden die Zahlen einer Zahlenfolge periodisch nacheinander übertragen, wobei pro Zyklus jeweils eine Zahl übertragen wird. Die Perioden dauer wird durch die Anzahl der Zahlen einer Zahlenfolge bestimmt. Im vor liegenden Ausführungsbeispiel werden die Signalzustände "low" und "high" je weils durch eine Zahlenfolge mit sechs Zahlen kodiert, jedoch können die Zahl enfolgen für unterschiedliche Signalzustände prinzipiell auch unterschiedliche Längen aufweisen. The numbers of a sequence of numbers generated in the transformation unit 7 are read into the interface module 6 and sent via the bus lines 4 to the control unit 3 or a sensor 2 with a transformation unit 7 . The numbers in a sequence of numbers are transmitted periodically one after the other, with one number being transferred per cycle. The period is determined by the number of numbers in a sequence of numbers. In the present exemplary embodiment, the signal states "low" and "high" are each coded by a sequence of numbers with six numbers, but the number sequences for different signal states can in principle also have different lengths.
In der Transformationseinheit 7 oder 8, in welche die Zahlenfolge eingelesen wird, werden die einzelnen Zahlen dekodiert, in dem die aktuelle Zahl dem ent sprechenden Signalwert zugeordnet wird. Da zwischen jedem Signalwert und jeder Zahl einer Zahlenfolge eine ein-eindeutige Zuordnung besteht, kann der Signalwert bereits bei Einlesen einer einzelnen Zahl dekodiert werden. Das Ein lesen der vollständigen Zahlenfolge ist hierfür nicht erforderlich. Somit kann der aktuelle Signalwert in jedem Zyklus aus der Zahlenfolge rekonstruiert werden, so daß Änderungen der Signalzustände innerhalb eines Zyklus erfaßt werden können.In the transformation unit 7 or 8 , into which the sequence of numbers is read, the individual numbers are decoded by assigning the current number to the corresponding signal value. Since there is a unambiguous assignment between each signal value and each number in a sequence of numbers, the signal value can be decoded as soon as a single number is read. It is not necessary to read the complete sequence of numbers. The current signal value can thus be reconstructed from the sequence of numbers in each cycle, so that changes in the signal states can be detected within one cycle.
Durch die Übertragung von sich fortlaufend ändernden Zahlenfolgen anstelle statischer Signalwerte kann die Übertragungssicherheit im Bussystem 1 erheb lich gesteigert werden. Werden bei einer direkten Übertragung eines Signalwerts ein oder mehrere Bits fehlerhaft übertragen, so werden diese Fehler nicht er kannt, solange die verfälschten Signalwerte plausibel sind, d. h. solange sich der verfälschte Signalwert im Wertebereich der zulässigen Signalwerte befindet. Wird beispielsweise bei der Übertragung von binären Signalwerten das letzte Bit fehlerhaft übertragen, so wird anstelle des Signalwerts "low" der Signalwert "high" übertragen. Da beide Signalwerte plausibel sind, wird der Übertragungs fehler in der Steuereinheit 3 nicht erkannt.By transmitting continuously changing sequences of numbers instead of static signal values, the transmission security in the bus system 1 can be increased significantly. If one or more bits are transmitted incorrectly during a direct transmission of a signal value, these errors are not recognized as long as the falsified signal values are plausible, ie as long as the falsified signal value is in the value range of the permissible signal values. If, for example, the last bit is transmitted incorrectly when binary signal values are transmitted, the signal value "high" is transmitted instead of the signal value "low". Since both signal values are plausible, the transmission error is not recognized in the control unit 3 .
Werden dagegen die Signalwerte in Form von sich fortlaufend ändernden Zahl enfolgen übertragen, so können die Übertragungsfehler mit einer hohen Wahr scheinlichkeit aufgedeckt werden.In contrast, the signal values are in the form of a continuously changing number can transmit the transmission errors with a high true likely to be exposed.
Insbesondere über mehrere Zyklen bestehende statische Übertragungsfehler können durch die Übertragung von Zahlenfolgen erkannt werden. Durch den Übertragungsfehler werden einige der Zahlen fehlerhaft übertragen, wobei die einzelnen Zahlen durch den statischen Übertragungsfehler in unterschiedlicher Weise verfälscht werden. Somit wird die Zahlenfolge, welche den Signalwert kodiert, nicht mehr korrekt empfangen, wodurch der Übertragungsfehler aufge deckt wird. In particular, static transmission errors that exist over several cycles can be recognized by the transmission of sequences of numbers. By the Transmission errors cause some of the numbers to be transmitted incorrectly, with the individual numbers due to the static transmission error in different Way falsified. Thus the sequence of numbers, which is the signal value encoded, no longer received correctly, causing the transmission error is covered.
Im vorliegenden Beispiel werden die Signalzustände "low" und "high" durch die Zahlenfolgen 0, 3, 6, 9, 13, 15 und 1, 4, 5, 8, 11, 14 kodiert. Führt ein Über tragungsfehler beispielsweise dazu, daß anstelle des Zahlenwerts 3 der Zahlen wert 2 übertragen wird, so wird dieser Fehler unmittelbar aufgedeckt, da der Zahlenwert 2 keinen der vorliegenden Signalwerte kodiert und somit unzulässig ist.In the present example, the signal states "low" and "high" are indicated by the Sequences of numbers 0, 3, 6, 9, 13, 15 and 1, 4, 5, 8, 11, 14 coded. Performs an over Wear errors, for example, that instead of the numerical value 3 of the numbers value 2 is transmitted, this error is immediately detected because the Numerical value 2 does not encode any of the available signal values and is therefore inadmissible is.
Liegt beispielsweise ein statischer Übertragungsfehler vor, so daß im höchsten Bit des Datenworts fortlaufend eine Null übertragen wird, so kann dieser Über tragungsfehler ebenfalls aufgedeckt werden. In diesem Fall werden jeweils die letzten 3 Zahlen jeder Zahlenfolge falsch übertragen.For example, there is a static transmission error, so that the highest Bit of the data word is continuously transmitted a zero, this can be over wearing errors are also uncovered. In this case, the last 3 numbers of each number sequence incorrectly transferred.
Liegt beispielsweise der Signalzustand "low" vor, so werden zunächst die Zahl enwerte 0, 3 und 6 korrekt übertragen. Danach wird jedoch aufgrund des Über tragungsfehlers anstelle des Zahlenwerts 9 der Zahlenwert 1 übertragen. Dies würde einem Signalwechsel von "low" nach "high" entsprechen. Läge dieser Signalwechsel tatsächlich vor, so müßte darauf der Zahlenwert 4 übertragen werden. Tatsächlich wird jedoch der Zahlenwert 13 ausgesendet, welcher durch den Übertragungsfehler als Zahlenwert 5 übertragen wird. Somit konnte der Übertragungsfehler bereits nach zwei Zyklen aufgedeckt werden.For example, if the signal state is "low", the number is first Transfer values 0, 3 and 6 correctly. After that, however, due to the over transmission error instead of the numerical value 9 of the numerical value 1. This would correspond to a signal change from "low" to "high". Lying this If the signal actually changes, the numerical value 4 should then be transmitted will. In fact, however, the numerical value 13 is sent out, which by the transmission error is transmitted as a numerical value 5. So the Transmission errors can be detected after just two cycles.
Allgemein ist die Wahrscheinlichkeit für die Fehleraufdeckung umso größer, je größer die Schaltfrequenz der Schaltzustände "low" und "high" im Vergleich zur Zykluszeit ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Schaltfrequenz so gewählt ist, daß diese kleiner oder gleich der Wiederholfrequenz der einzelnen Zahlen folgen ist. Dann ist gewährleistet, daß bei einem Schaltzustand eine komplette Zyklusfolge übertragen wird, wodurch die Übertragungssicherheit weiter verbes sert wird.In general, the greater the probability of error detection, the more greater the switching frequency of the switching states "low" and "high" compared to Cycle time is. It is particularly advantageous if the switching frequency is selected in this way is that this is less than or equal to the repetition frequency of the individual numbers follow is. Then it is ensured that a complete switching state Cycle sequence is transmitted, which further improves transmission security sert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform können sämtliche an die Steuereinheit 3 angeschlossenen Sensoren 2 und/oder Aktoren 2 eine erste Transformations einheit 7 aufweisen. In diesem Fall werden sämtliche Signale in Form von Zahlen folgen übertragen.In an advantageous embodiment, all of the sensors 2 and / or actuators 2 connected to the control unit 3 can have a first transformation unit 7 . In this case, all signals are transmitted in the form of numbers following.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen nur drei der angeschlossenen Sen soren 2 eine Transformationseinheit 7 auf. In diesem Fall wird in der Steuerein heit 3 die zweite Transformationseinheit 8 nur dann aktiviert, wenn Signale an Sensoren 2 mit einer Transformationseinheit 7 gesendet oder von diesen Senso ren 2 empfangen werden. Die Aktivierung erfolgt anhand der den Sensoren 2 zugewiesenen Adressen. Erfolgt ein Datenaustausch mit einem Sensor 2 ohne Transformationseinheit 7, so wird die zweite Transformationseinheit 8 nicht aktiviert und es erfolgt eine direkte Übertragung von Signalwerten. Diese Sig nalwerte können ebenso wie die Signalwerte der Sensoren 2, welche eine Trans formationseinheit 7 aufweisen, in die Auswerteeinheit 5 zur Auswertung der Signale eingelesen werden. In diesem Fall wird die Transformationseinheit 8 überbrückt. Alternativ können die Signale des Sensors 2 ohne Transformations einheit 7 beispielsweise zu Kontrollzwecken in eine an die Steuereinheit 3 ange schlossene Ein-/Ausgabeeinheit 11 eingelesen werden. Zum Anschluß dieser Ein-/Ausgabeeinheit 11 weist die Steuereinheit 3 eine weitere bidirektionale Schnittstelle 12 auf, welche vorzugsweise von einem Dual-Port-RAM gebildet ist.In the present exemplary embodiment, only three of the connected sensors 2 have a transformation unit 7 . In this case, integrated in the Steuerein 3 only activates the second transformation unit 8, when signals sent to sensors 2 with a transforming unit 7, or by these Senso ren 2 are received. The activation takes place on the basis of the addresses assigned to the sensors 2 . If data is exchanged with a sensor 2 without transformation unit 7 , second transformation unit 8 is not activated and signal values are transmitted directly. These signal values, like the signal values of the sensors 2 , which have a transformation unit 7 , can be read into the evaluation unit 5 for evaluating the signals. In this case, the transformation unit 8 is bridged. Alternatively, the signals of the sensor 2 can be read in without a transformation unit 7, for example for control purposes, into an input / output unit 11 connected to the control unit 3 . To connect this input / output unit 11 , the control unit 3 has a further bidirectional interface 12 , which is preferably formed by a dual-port RAM.
Aufgrund der hohen Übertragungssicherheit ist das erfindungsgemäße Bussy stem 1 insbesondere für Anwendungsfälle geeignet, bei welchen zumindest einige der angeschlossenen Sensoren 2 und/oder Aktoren 2 zu Über wachungszwecken im Bereich des Personenschutzes eingesetzt werden. Um die Sicherheitsanforderungen im Bereich des Personenschutzes zu erfüllen, weisen die einzelne Sensoren 2 und/oder Aktoren 2 eine Auswerteelektronik zur Er kennung von Fehlern auf. Die Auswerteelektronik kann entweder einkanalig oder zweikanalig ausgebildet sein. In jedem Fall weisen derartige Sensoren 2 oder Aktoren 2 eine erste Transformationseinheit 7 auf.Due to the high transmission security, the Bussy stem 1 according to the invention is particularly suitable for applications in which at least some of the connected sensors 2 and / or actuators 2 are used for monitoring purposes in the field of personal protection. In order to meet the safety requirements in the field of personal protection, the individual sensors 2 and / or actuators 2 have evaluation electronics for detecting errors. The evaluation electronics can either be single-channel or two-channel. In any case, such sensors 2 or actuators 2 have a first transformation unit 7 .
Weist der Sensor 2 oder Aktor 2 eine einkanalige Auswerteelektronik auf, so wird das dort generierte Signal über einen Transistor- oder Relaisausgang in die Transformationseinheit 7 eingelesen und über den Schnittstellenbaustein 6 ein kanalig auf die Busleitungen 4 in Form einer Zahlenfolge ausgegeben. Ebenso erfolgt des Einlesen von Zahlenfolgen in die Transformationseinheit 7 ein kanalig.The sensor 2 or actuator 2 comprises a single-channel transmitter, so the generated there signal is read via a transistor or relay output in the transforming unit 7 and channel output via the interface module 6, a on the bus lines 4 in the form of a sequence of numbers. Likewise, the reading in of sequences of numbers into the transformation unit 7 takes place in one channel.
Alternativ kann der Sensor 2 oder Aktor 2 eine zweikanalige Auswerteelek tronik aufweisen. In diesem Fall wird das Signal über zwei Transistor- oder Re laisausgänge zweikanalig in die Transformationseinheit 7 eingelesen. In der Transformationseinheit 7 erfolgt zweckmäßigerweise ein Signalvergleich. Sind die Signalwerte unterschiedlich erfolgt zweckmäßigerweise eine Störmeldung, die vom Sensor 2 oder Aktor 2 direkt ausgegeben werden kann oder über die Busleitung 4 an die Steuereinheit 3 weitergegeben und dort zentral ausgegeben werden kann.Alternatively, the sensor 2 or actuator 2 can have a two-channel evaluation electronics. In this case, the signal is read in two channels into the transformation unit 7 via two transistor or relay outputs. A signal comparison is expediently carried out in the transformation unit 7 . If the signal values differ, a fault message is expediently issued, which can be output directly by the sensor 2 or actuator 2 or passed on to the control unit 3 via the bus line 4 and output centrally there.
Sind die Signalwerte identisch, so wird dieser Signalwert in der Transformations einheit 7 in eine Zahlenfolge ungewandelt und dann über den Schnittstellen baustein 6 einkanalig ausgegeben. Ebenso erfolgt das Einlesen von Zahlenfolgen in die Transformationseinheit 7 einkanalig.If the signal values are identical, this signal value is converted into a sequence of numbers in the transformation unit 7 and then output via the interface module 6 in a single channel. Likewise, the reading in of sequences of numbers into the transformation unit 7 takes place in one channel.
Für den Einsatz im Bereich Personenschutz ist die Auswerteeinheit 5 ebenfalls zweikanalig ausgebildet. Der Datenaustausch zwischen der Transformationsein heit 8 und der Auswerteeinheit 5 erfolgt zweikanalig über die Schnittstellen 10, 10′. Die Transformationseinheit 8 kann ebenfalls zweikanalig ausgebildet sein.The evaluation unit 5 is also designed with two channels for use in the field of personal protection. The data exchange between the transformation unit 8 and the evaluation unit 5 takes place in two channels via the interfaces 10 , 10 '. The transformation unit 8 can also be designed with two channels.
Der Datenaustausch zwischen der Steuereinheit 3 und der zweiten Transforma tionseinheit 8 erfolgt ebenfalls über zwei Schnittstellen 9, 9′.The data exchange between the control unit 3 and the second transformation unit 8 also takes place via two interfaces 9 , 9 '.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, werden die Zahlenfolgen von der Steuereinheit 3 in die zweite Transformationseinheit 8 zweikanalig eingelesen. Die zweikanalig eingelesenen Zahlenfolgen werden in die entsprechenden Signalwerte umgesetzt und zweikanalig über die Schnittstellen 10, 10′ in die Auswerteeinheit 5 eingele sen, wo ein Signalvergleich erfolgt. As shown in FIG. 2, the sequences of numbers are read in by the control unit 3 into the second transformation unit 8 using two channels. The two-channel number sequences are converted into the corresponding signal values and two-channel via the interfaces 10 , 10 'into the evaluation unit 5 , where a signal comparison takes place.
Wiederum erfolgt bei abweichenden Signalwerten eine Störmeldung.Again, if there are deviating signal values, a fault message is issued.
Die in der zweiten Transformationseinheit 8 aus den Signalen generierten Zah lenfolgen werden einkanalig über die Schnittstelle 9 in die Steuereinheit 3 ein gelesen. Von dort werden die Zahlenfolgen über die Schnittstelle 9′ in die Transformationseinheit 8 zum Vergleich mit den ausgelesenen Werten rückgele sen. Weichen die Werte voneinander ab, erfolgt wiederum eine Störmeldung.The number sequences generated from the signals in the second transformation unit 8 are read into the control unit 3 in a single channel via the interface 9 . From there, the sequences of numbers are returned via the interface 9 'to the transformation unit 8 for comparison with the read values. If the values differ from each other, a fault message is issued again.
Von der Steuereinheit 3 werden die Zahlenfolgen einkanalig über den Schnitt stellenbaustein 6 aus gelesen.From the control unit 3 , the sequences of numbers are read from the interface module 6 in a single channel.
Zur Erhöhung der Fehlersicherheit können jeweils zwei Steuereinheiten 3 mit jeweils einer nachgeschalteter Transformationseinheit 8 und einer Auswerteein heit 5 vorgesehen sein, wobei sich die beiden Systeme gegenseitig überwachen.To increase the reliability, two control units 3 , each with a downstream transformation unit 8 and an evaluation unit 5, can be provided, the two systems monitoring one another.
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