DE10062353A1 - Synchronism regulation for bus system involves detecting signal transition times between users in master user, feeding detected transition time information to users for use in control loops - Google Patents

Synchronism regulation for bus system involves detecting signal transition times between users in master user, feeding detected transition time information to users for use in control loops

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Abstract

The method involves detecting the signal transition times between individual bus users (1,3-6) in a master bus user (1) and storing them, feeding information about the detected transition times to the master, taking account of the transition times in each control loop (3a-6a) in determining the control signal and the control loops making their control signals available time synchronously. Independent claims are also included for the following: a bus system with several spatially separate users, each with one or more control loops.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gleichlaufregelung bei einem Bussystem, welches mehrere örtlich voneinander ent­ fernte Teilnehmer aufweist, die jeweils mit einem oder mehre­ ren Regelkreisen versehen sind. Weiterhin betrifft die Erfin­ dung ein Bussystem, welches mehrere örtlich voneinander ent­ fernte Busteilnehmer aufweist, die jeweils mit einem oder mehreren Regelkreisen versehen sind.The invention relates to a method for synchronous control in the case of a bus system which is locally separated from one another distant participants, each with one or more control loops are provided. Furthermore concerns the Erfin a bus system that separates several from each other locally distant bus participants, each with or several control loops are provided.

Bussysteme der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art können beispielsweise im Werkzeugbau oder im Produktionsma­ schinenbau verwendet werden. Bei derartigen Systemen wird oft eine Gleichlaufregelung mehrerer Achsen vorgenommen. Dies entspricht einer zeitlich synchronen Regelung von in ver­ schiedenen Busteilnehmern angeordneten Regelkreisen. Um eine derartige zeitlich synchrone Regelung zu realisieren, wird von einem Master des Bussystems denjenigen Busteilnehmern, die einen Regelkreis aufweisen, ein gemeinsames Taktsignal zuführt.Bus systems of the type specified in the preamble of claim 1 can, for example, in toolmaking or in production machine construction can be used. With such systems, often synchronized control of several axes. This corresponds to a synchronous regulation of in ver different control loops arranged control loops. To one to implement such synchronous control in time from a master of the bus system to those bus users, which have a control loop, a common clock signal supplies.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie die bekannte Gleichlaufregelung verbessert werden kann.The invention is based on this prior art based on the task of showing a way like the known one Synchronization control can be improved.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den im Anspruch 1 und ein Bussystem mit den im Anspruch 6 angegeben Merkmalen ge­ löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by methods with those in claim 1 and a bus system with the features specified in claim 6 ge solves. Advantageous refinements and developments of Invention result from the dependent claims.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch die Berücksichtigung der durch die örtliche Entfernung der Busteilnehmer bedingten Signallaufzeiten in den einzelnen Regelkreisen des Bussystems die Regelungsgenauigkeit erhöht wird. Prozesse werden feiner steuerbar. Je höher die Baudrate des jeweiligen Systems ist, desto genauer kann die Regelung ausgelegt werden, desto positiver wirkt aber auch eine Be­ rücksichtigung der Signallaufzeit. Dies ist insbesondere im Werkzeug- und im Produktionsmaschinenbau von Vorteil, vor allem beim Vorliegen von Produktionsmaschinen mit örtlich ausgedehnter Konstruktion, beispielsweise in der Holz- und Glasbearbeitungsindustrie und bei Hochleistungs-Werkzeugma­ schinen.The advantages of the invention are in particular that by taking into account the by the local distance the bus subscriber-dependent signal transit times in the individual Control loops of the bus system increases the control accuracy becomes. Processes can be controlled more precisely. The higher the baud rate  of the respective system, the more precise the regulation can be be interpreted, the more positive is a Be taking into account the signal transit time. This is particularly true in Tool and in production machine construction advantageous especially when there are production machines with local extensive construction, for example in wood and Glass processing industry and high-performance tool ma machines.

Weiterhin wird durch die Erfindung eine größere Entfernung der Busteilnehmer voneinander ermöglicht, da entfernungsbe­ dingte Signallaufzeiten kompensiert werden. Dies erlaubt ei­ nen Bau von größeren Produktionsmaschinen.Furthermore, the invention is a greater distance allows the bus participants from each other, because distance due signal delays can be compensated. This allows egg construction of larger production machines.

Durch die Einbeziehung der Signallaufzeiten als Korrekturfak­ toren in die Regelkreise können weiterhin im Maschinenbau leistungsfähigere Maschinen hergestellt werden.By including the signal propagation times as a correction factor The gates in the control loops can still be used in mechanical engineering more powerful machines can be manufactured.

Die Ermittlung der Signallaufzeiten erfolgt vorzugsweise au­ tomatisch, so dass diesbezüglich auf Bedienpersonal verzich­ tet werden kann.The signal propagation times are preferably also determined automatic, so that there is no need for operating personnel can be tet.

Untersuchungen haben ergeben, dass bei bekannten Systemen, in denen Kupferleitungen zur Verbindung der Busteilnehmer ver­ wendet werden, eine Signallaufzeit von ca. 4,5 ns/m auftritt. Bei Verwendung beispielsweise eines Profibusses und einer Leitungslänge von 100 m, was eine maximale Datenrate von 12 MBaud erlaubt, tritt zwischen dem Leitungsanfang und dem Lei­ tungsende eine Signallaufzeit von 450 ns auf. Da bei herkömm­ lichen Systemen derartige Signallaufzeiten unberücksichtigt bleiben, war die Bearbeitungsgenauigkeit von beispielsweise Werkzeugmaschinen bisher begrenzt. Durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung dieser Signallaufzeiten in den Regelkreisen des Bussystems wird die Bearbeitungsgenauigkeit von bei­ spielsweise Werkzeugmaschinen wesentlich erhöht.Studies have shown that in known systems, in which ver copper lines to connect the bus participants be used, a signal transit time of approx. 4.5 ns / m occurs. When using, for example, a professional bus and one Cable length of 100 m, which means a maximum data rate of 12 MBaud allowed, occurs between the beginning of the line and the Lei a signal runtime of 450 ns. Since with conven systems such signal delays are not taken into account remain, was the machining accuracy of, for example Machine tools limited so far. By the invention Consideration of these signal propagation times in the control loops of the bus system, the machining accuracy of for example, machine tools significantly increased.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fi­ gur.Further advantageous properties of the invention result from the explanation of an embodiment using the Fi gur.

Diese zeigt ein Blockschaltbild eines Systems, bei welchem ein Master 1 und weitere Busteilnehmer 3, 4, 5, 6 an einen Bus 2 angeschlossen sind. Bei diesem Bussystem handelt es sich um ein Feldbussystem, vorzugsweise um ein Profibussys­ tem. Dieses kommt im Werkzeug- oder Produktionsmaschinenbau zum Einsatz. Der Master 1 ist an einem Endpunkt des Busses 2 positioniert und weist Mittel zur Realisierung einer Refle­ xionsmessung auf. Der Bus 2 ist an seinen Endpunkten mit Ab­ schlusswiderständen 7 versehen.This shows a block diagram of a system in which a master 1 and further bus users 3 , 4 , 5 , 6 are connected to a bus 2 . This bus system is a field bus system, preferably a professional bus system. This is used in tool or production machine construction. The master 1 is positioned at an end point of the bus 2 and has means for realizing a reflection measurement. The bus 2 is provided at its end points with terminating resistors 7 .

Der Master 1 und die weiteren Busteilnehmer 3, 4, 5, 6 sind jeweils örtlich voneinander entfernt angeordnet, wobei der Abstand zwischen benachbarten Busteilnehmern bei Einhaltung der maximalen Leitungslänge beliebig sein kann. Jeder der weiteren Busteilnehmer 3, 4, 5, 6 ist mit einem Regelkreis versehen, wobei die Regelkreise in der Figur mit 3a, 4a, 5a, 6a bezeichnet sind.The master 1 and the further bus users 3 , 4 , 5 , 6 are each arranged at a distance from one another, it being possible for the distance between adjacent bus users to be arbitrary if the maximum cable length is maintained. Each of the further bus participants 3 , 4 , 5 , 6 is provided with a control loop, the control loops being designated 3a, 4a, 5a, 6a in the figure.

Der Master 1 ist mit einer Steuereinheit 1a, einem Taktgene­ rator 1b und einem Speicher 1c versehen.The master 1 is provided with a control unit 1 a, a clock generator 1 b and a memory 1 c.

Eine Gleichlaufregelung des dargestellten Bussystems ge­ schieht wie folgt:
Vom Master 1 werden die im System aufgrund der örtlichen Ent­ fernung der Busteilnehmer voneinander auftretenden Signalver­ zögerungen automatisch erfasst. Zu diesem Zweck sendet der Master Impulssignale zu den weiteren Busteilnehmern aus und detektiert die von den Busteilnehmern reflektierten Impuls­ signale im Sinne einer Laufzeitmessung. Dies geschieht unter Verwendung der Steuereinheit 1a des Masters. Die ermittelten Laufzeitwerte, die eine Information über die realen Entfernungen der einzelnen Slaves vom Master enthalten, werden als Tabelle in einem Speicher 1c des Masters abgespeichert.Synchronous control of the bus system shown is as follows:
The master 1 automatically detects the signal delays that occur in the system due to the local distance of the bus users. For this purpose, the master sends pulse signals to the other bus participants and detects the pulse signals reflected by the bus participants in the sense of a runtime measurement. This is done using the control unit 1 a of the master. The calculated running time values that contain information about the real distances of the individual slaves by the master, as a table in a memory 1 c of the master stored.

Von dort aus werden die abgespeicherten Laufzeitwerte oder aus diesen abgeleitete Signale als Telegramm an die anderen Busteilnehmer 3, 4, 5, 6 übermittelt, so dass sie für die dort vorhandenen Regelkreise 3a, 4a, 5a, 6a als Korrekturfak­ tor zur Verfügung stehen, d. h. bei der Ermittlung des jewei­ ligen Regelsignals berücksichtigt werden können.From there, the stored runtime values or signals derived from them are transmitted as a telegram to the other bus users 3 , 4 , 5 , 6 , so that they are used as correction factor for the control loops 3 a, 4 a, 5 a, 6 a there Are available, ie can be taken into account when determining the respective control signal.

Weiterhin weist der Master 1 einen Taktgenerator 1b auf, wel­ cher im Betrieb des Systems ein Taktsignal an die anderen Busteilnehmer 3, 4, 5, 6 aussendet.Furthermore, the master 1 has a clock generator 1 b, which transmits a clock signal to the other bus users 3 , 4 , 5 , 6 during operation of the system.

Durch die Verwendung dieses Taktsignals und die Berücksicht­ igung der übermittelten Laufzeitsignale in den einzelnen Re­ gelkreisen des Systems kann sichergestellt werden, dass die Regelkreise an ihrem Ausgang zeitlich synchrone Regelsignale bzw. Sollwerte zur Verfügung stellen, die dann den jeweiligen Regelobjekten zugeführt werden.By using this clock signal and considering it the transmitted transit time signals in the individual re system, it can be ensured that the Control loops with synchronous control signals at their output or setpoints that are then available to the respective Control objects are fed.

Durch eine derartige Berücksichtigung der vom Master automa­ tisch erfassten und an die anderen Busteilnehmer 3, 4, 5, 6 gemeldeten Signallaufzeiten zwischen den Busteilnehmern kann in den Regelkreisen der Busteilnehmer eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich verbesserte Gleichlaufregelung erfolgen. Dies bedeutet eine Erhöhung der Bearbeitungsge­ nauigkeit, was beispielsweise im Werkzeug- und Produktions­ maschinenbau ermöglicht, leistungsfähigere Maschinen herzu­ stellen.Such consideration of the signal propagation times between the bus participants, which are automatically detected by the master and reported to the other bus participants 3 , 4 , 5 , 6 , enables the synchronism control to be substantially improved in the control circuits of the bus participants in comparison with the prior art. This means an increase in machining accuracy, which enables machine and production machine construction, for example, to manufacture more powerful machines.

Claims (13)

1. Verfahren zur Gleichlaufregelung bei einem Bussystem, wel­ ches mehrere örtlich voneinander entfernte Busteilnehmer auf­ weist, die jeweils mit einem oder mehreren Regelkreisen ver­ sehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass von einem als Master (1) dienenden Busteilnehmer die Signallaufzeiten zwischen den einzelnen Busteilnehmern (1, 3, 4, 5, 6) erfasst und abgespeichert werden,
dass jedem einen Regelkreis (3a, 4a, 5a, 6a) aufweisenden Busteilnehmer (3, 4, 5, 6) vom Master (1) Informationen über die erfassten Signallaufzeiten zugeführt werden,
dass in jedem der Regelkreise (3a, 4a, 5a, 6a) die Laufzeit­ informationen bei der Ermittlung des Regelsignals berücksich­ tigt werden und
dass die Regelkreise (3a, 4a, 5a, 6a) ihre Regelsignale zeit­ synchron zur Verfügung stellen.1. A method for synchronous control in a bus system which has a plurality of bus participants which are spatially separated from one another and are each provided with one or more control loops, characterized in that the signal propagation times between the individual bus participants ( 1 ) serve as master ( 1 ). 1 , 3 , 4 , 5 , 6 ) are recorded and saved,
that each bus subscriber ( 3 , 4 , 5 , 6 ) having a control loop ( 3 a, 4 a, 5 a, 6 a) is supplied by the master ( 1 ) with information about the recorded signal propagation times,
that in each of the control loops ( 3 a, 4 a, 5 a, 6 a) the runtime information is taken into account when determining the control signal and
that the control loops ( 3 a, 4 a, 5 a, 6 a) make their control signals available synchronously. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Master (1) die Erfassung der Signallaufzeiten und deren Abspeicherung automatisch durchführt.2. The method according to claim 1, characterized in that the master ( 1 ) automatically detects the signal propagation times and their storage. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Signallaufzeiten zwischen den einzel­ nen Busteilnehmern durch Laufzeitmessungen von Impulssignalen ermittelt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized records that the signal propagation times between the individual bus participants by measuring the runtime of pulse signals be determined. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, dass die Impulssignale vom Master (1) ausgesendet wer­ den und zur Laufzeitmessung im Master die vom jeweiligen Busteilneh­ mer reflektierten Impulssignale zeitlich erfasst werden.4. The method according to claim 3, characterized in that the pulse signals from the master ( 1 ) are sent out and the pulse signals reflected by the respective bus subscriber are recorded in time for the runtime measurement in the master. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass vom Master an die einen Regelkreis aufweisenden Busteilnehmer ein gemeinsames Takt­ signal ausgesendet wird. 5. The method according to any one of the preceding claims characterized by that from the master to some Control circuit having bus participants a common clock signal is sent.   6. Bussystem, welches mehrere örtlich voneinander entfernte Busteilnehmer aufweist, die jeweils mit einem oder mehreren Regelkreisen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass
es einen als Master (1) dienenden Busteilnehmer aufweist, der Mittel zur Erfassung (1a) und einen Speicher zur Ab­ speicherung (1c) der Signallaufzeiten zwischen den einzel­ nen Busteilnehmern aufweist,
der Master (1) zur Übermittlung von Informationen über die erfassten Signallaufzeiten an jeden einen Regelkreis (3a, 4a, 5a, 6a) aufweisenden Busteilnehmer (3, 4, 5, 6) vorge­ sehen ist,
die Regelkreise (3a, 4a, 5a, 6a) zur Berücksichtigung der Laufzeitinformationen bei der Ermittlung des jeweiligen Re­ gelsignals ausgelegt sind und
am Ausgang der Regelkreise zeitsynchrone Regelsignale ab­ greifbar sind.6. Bus system, which has a number of bus users that are spatially separated from one another, each of which is provided with one or more control loops, characterized in that
it has a bus subscriber serving as master ( 1 ), which has means for recording ( 1 a) and a memory for storing ( 1 c) the signal propagation times between the individual bus subscribers,
the master ( 1 ) is provided for transmitting information about the recorded signal propagation times to each bus subscriber ( 3 , 4 , 5 , 6 ) having a control loop ( 3 a, 4 a, 5 a, 6 a),
the control loops ( 3 a, 4 a, 5 a, 6 a) are designed to take into account the runtime information when determining the respective control signal and
At the output of the control loops, time-synchronous control signals are available. 7. Bussystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, dass der Master (1) zur automatischen Erfassung und Abspeicherung der Signallaufzeiten dient.7. Bus system according to claim 6, characterized in that the master ( 1 ) is used for the automatic detection and storage of the signal transit times. 8. Bussystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Master (1) zur Aussendung von Impuls­ signalen für eine Reflektionsmessung dient.8. Bus system according to claim 6 or 7, characterized in that the master ( 1 ) is used for sending pulse signals for a reflection measurement. 9. Bussystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, dass der Master (1) Zeiterfassungsmittel (1a) zur Er­ fassung der von den Busteilnehmern (3, 4, 5, 6) reflektierten Impulssignale aufweist.9. Bus system according to claim 8, characterized in that the master ( 1 ) has time recording means ( 1 a) for detecting the pulse signals reflected by the bus users ( 3 , 4 , 5 , 6 ). 10. Bussystem nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Master (1) zur Aussendung eines gemeinsamen Taktsignals an die einen Regelkreis enthaltenden Busteilnehmer einen Taktgenerator (1b) aufweist. 10. Bus system according to one of claims 6-9, characterized in that the master ( 1 ) has a clock generator ( 1 b) for transmitting a common clock signal to the bus participants containing a control loop. 11. Bussystem nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass es ein Feldbussystem ist.11. Bus system according to one of claims 6-10, characterized ge indicates that it is a fieldbus system. 12. Bussystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, dass es ein Profibussystem ist.12. Bus system according to claim 11, characterized in net that it is a professional bus system. 13. Bussystem nach einem der Ansprüche 6-12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass es Bestandteil eines Werkzeugbau- oder Maschinenbausystems ist13. Bus system according to one of claims 6-12, characterized ge indicates that it is part of a tool or mechanical engineering system
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