DE19647394A1 - Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine - Google Patents

Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine

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Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein verteiltes Steuersystem für schwere Baumaschinen, und insbesondere ein verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine, welches fähig ist, elektrische und elektronische Komponenten in der schweren Baumaschine auf eine derart verteilte Art zu steuern, daß sie durch entsprechende Kommunikationsleitungen Daten senden und empfangen können.
2. Beschreibung des bekannten Standes der Technik
Im allgemeinen umfaßt eine schwere Baumaschine eine Vielzahl von Meßfühlern, um Signale durch Leitungen oder Verbindungsstücke an eine Steuerung oder eine Anzeigeeinheit zu senden. Wenn die Anzahl der Meßfühler vergrößert wird, nimmt die mechanische Zuverlässigkeit der schweren Baumaschine ab.
Des weiteren wird die Anzahl der zu verwendenden Meßfühler noch mehr vergrößert, wenn die Leistungsfähigkeit der schweren Baumaschine verbessert wird. Die vergrößerte Anzahl von Meßfühlern führt zu einem Anwachsen der Anzahl von Drähten, was ein Anwachsen der Kosten zur Folge hat.
Andrerseits wird bei der schweren Baumaschine ein verteiltes Steuersystem verwendet, um für die schwere Baumaschinen sofort vor Ort einen Fehlerdiagnosevorgang auszuführen. Als Resultat des Fehlerdiagnosevorgangs wird die schwere Baumaschine repariert, indem einfach ein fehlerhaftes Modul durch ein neues Modul ersetzt wird. Deshalb durchkreuzt die schwere Baumaschine kaum einen Arbeitsplan.
Das verteilte Steuersystem hat eine modulare Selbstdiagnosefunktion und erlaubt, daß die Module die gewünschten Informationen untereinander austauschen. In diesem Zusammenhang ist das verteilte Steuersystem im wesentlichen für individuelle Steuervorgänge bei Baumaschinen, Fahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen usw. erforderlich, bei welchen der Betrieb/Unterhalt sofort ausgeführt werden muß.
Bei einem solchen konventionellen verteilten Steuersystem für eine schwere Baumaschine werden jedoch Signale, die zur Betätigung eines Operateurs gehören, durch entsprechende Leitungen zu Komponentensteuerungen übermittelt. Ebenso werden Signale von verschiedenen Meßfühlern durch entsprechende Leitungen zu einer Hauptsteuerung übermittelt.
Aus diesen Gründen wird im Falle, wo die Funktionen der schweren Baumaschine zahlreicher werden, die Anzahl von Drähten vergrößert, was die Verdrahtung schwieriger macht und das Gewicht sowie das Volumen vergrößert.
Die vergrößerte Anzahl von Drähten führt auch zu einer Vergrößerung der Anzahl von Verbindungsstücken, was das Erkennen des Verdrahtungszustandes in einem Anschluß schwierig macht. Aus diesem Grund ist eine Schwierigkeit bei der Konstruktion der schweren Baumaschine vorhanden.
Des weiteren kann, wenn ein Fehler aufgrund eines schlechten Leitungskontaktes oder einer Drahtunterbrechung verursacht wird, der entsprechende Teil nicht sofort ergriffen werden. Als Folge davon wird der Zeitverlust bei der Reparatur vergrößert, was zu einer Vergrößerung der Unzufriedenheit des Käufers führt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde deshalb im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine bereit zu stellen, das geeignet ist, die Konstruktion und das Zusammensetzen von der schweren Baumaschine einfach zu machen.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine bereit zu stellen, das geeignet ist, um Komponenten der schweren Baumaschine in eine Vielzahl von Teile modulartig aufzuteilen, um sie einfach steuern zu können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine bereit zu stellen, das geeignet ist, daß, wenn die schwere Baumaschine versagt, der entsprechende Teil einfach ergriffen und repariert werden kann.
Es ist nochmals eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine bereit zu stellen, das geeignet ist, daß das Modell und die Funktion der schweren Baumaschine einfach modifiziert werden kann.
Die obigen und andere Aufgaben können gemäß der vorliegenden Erfindung vollbracht werden, indem ein verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine bereitgestellt wird, das eine Vielzahl von Modulen umfaßt, in welche die Komponenten der schweren Baumaschine gemäß ihrer Funktion und ihrer Position eingeordnet sind, wobei die Module einzeln gesteuert werden und jedes der Module durch eine einzige Leitung Informationen mit einem anderen Modul austauscht.
Die Module sind individuell auf eine solche Art konstruiert, daß mindestens eines von ihnen entfernt werden kann oder mindestens ein neues Modul zusätzlich bereitgestellt werden kann.
Jedes der Module umfaßt eine Hauptsteuerung, um die Komponenten in einem entsprechenden Modul zu steuern;
einen Eingabe/Ausgabe Anschluß, um einen Signal-Eingabe/Ausgabe- Vorgang mit einem anderen Modul, gesteuert durch die Hauptsteuerung, auszuführen; eine Kommunikationssteuerung, um darin Daten, die übermittelt werden sollen, zu speichern und die gespeicherten Daten, gesteuert durch die Hauptsteuerung, auszugeben; und einen Speicher, um darin ein Programm zum Ausführen einer Funktion des entsprechenden Moduls zu speichern und das gespeicherte Programm, gesteuert durch die Hauptsteuerung, auszugeben.
Die Module bestehen aus einem Betriebsmodul, einem Motorenmodul und einem Hydraulikmodul.
Das Betriebsmodul ist programmiert, um den ersten Schritt auszuführen, ein Initialisierungspaket bereit zu stellen, wenn das System gestartet wird; den zweiten Schritt, das bereitgestellte Paket an das Motorenmodul oder das Hydraulikmodul zu senden und in einen Empfangsmodus einzutreten; den dritten Schritt, ein Paket vom Motorenmodul oder vom Hydraulikmodul zu empfangen; den vierten Schritt, die Daten im empfangenen Paket zu verarbeiten, um verschiedene Anzeigen gemäß den zugewiesenen Adressen zu steuern; und den fünften Schritt, das nachfolgende Paket bereit zu stellen und ein Sende/Empfangs Zielmodul zu wechseln.
Das Motorenmodul oder das Hydraulikmodul ist programmiert, um den ersten Schritt auszuführen, in einen Empfangsmodus einzutreten und ein Paket vom Betriebsmodul zu empfangen; den zweiten Schritt, die Daten im empfangenen Paket zu verarbeiten, um verschiedene Antriebe gemäß den verarbeiteten Daten anzutreiben; den dritten Schritt, Daten von verschiedenen Meßfühlern zu empfangen und die empfangenen Daten in Form eines Paketes an das Betriebsmodul zu senden; und den vierten Schritt, in den Empfangsmodus einzutreten.
Das empfangene Paket enthält einen Fehlerkorrekturcode, um das Vorhandensein eines Fehlers in ihm zu prüfen.
Das verteilte Steuersystem umfaßt weiter einen Zeitgeber zum Zählen einer Paketempfangszeit, um die Antwortzeit des Systems zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden, in welchen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm ist, das die Konstruktion eines verteilten Steuersystems für eine schwere Baumaschine gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein detailliertes Blockdiagramm von je dem Betriebsmodul, Motorenmodul und Hydraulikmodul in Fig. 1 ist;
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm ist, das eine Hardware für die Kommunikation zwischen dem Betriebsmodul und dem Motorenmodul und dem Hydraulikmodul in Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ein Flußdiagramm ist, das einen Vorgang einer Hauptsteuerung im Betriebsmodul in Fig. 2 darstellt, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung ein Paket an das Motorenmodul oder das Hydraulikmodul sendet;
Fig. 5 ein Flußdiagramm ist, das einen Vorgang einer Hauptsteuerung im Motorenmodul oder im Hydraulikmodul in Fig. 2 darstellt, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung ein Paket an das Betriebsmodul sendet; und
Fig. 6 ein schematisches Blockdiagramm einer Kommunikationsschnittstelle für Paketkommunikation gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In Bezug auf die Fig. 1 wird schematisch in Blockform die Konstruktion eines verteilten Steuersystems für eine schwere Baumaschine gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Komponenten in der schweren Baumaschine unter Berücksichtigung der Positionen und Funktionen von verschiedenen Antrieben und Meßfühlern in der schweren Baumaschine in eine Vielzahl von Teilen modulartig aufzuteilen und Steuer- sowie Selbstdiagnosefunktionen durch Module auszuführen.
Wie in der Fig. 1 gezeigt wird, können die Komponenten bei der schweren Baumaschine modulartig grob in drei Teile aufgeteilt werden, ein Betriebsmodul 1, ein Motorenmodul 2 und ein Hydraulikmodul 3. Das Betriebsmodul 1 ist an verschiedene Betriebsschalter 4 angeschlossen, die zur Betätigung der schweren Baumaschine gehören, eine Anzeigeeinheit 6, die den Betriebszustand der schweren Baumaschine anzeigt und mehrere Einrichtungen, die für den Operateur bequem sind. Das Motorenmodul 2 ist an verschiedene Meßfühler, Ventile und Motoren angeschlossen, die zu einem Motorensystem gehören. Das Hydraulikmodul 3 ist an einen Antrieb, verschiedene Elektromagnete, wie einen Sicherheitselektromagnet, und verschiedene Meßfühler, die im Zusammenhang mit dem Fahren und Arbeiten der schweren Baumaschine stehen, angeschlossen.
Das Betriebsmodul 1 ist zum Empfangen von Signalen von einer Schalttafel 5 und den Betriebsschaltern 4, die durch den Operateur betätigt werden, angepaßt, und es gibt Informationen, die zu den empfangenen Signalen gehören, an das Motorenmodul 2 und das Hydraulikmodul 3 aus. Des weiteren empfängt das Betriebsmodul verschiedene Informationen vom Motorenmodul 2 und vom Hydraulikmodul 3 und steuert die Anzeigeeinheit 6 in Abhängigkeit der empfangenen Informationen, um den Operateur über den Zustand der schweren Baumaschine zu informieren. Die Anzeigeeinheit 6 umfaßt verschiedene Anzeigetafeln und Anzeigelampen.
Das Motorenmodul 2 ist angepaßt, um in Abhängigkeit der vom Betriebsmodul 1 ausgegebenen Informationen verschiedene Steuersignale an einen Motor (nicht gezeigt) auszugeben. Des weiteren empfängt das Motorenmodul 2 verschiedene Informationen vom Motor und übermittelt die empfangenen Informationen an das Betriebsmodul 1.
Das Hydraulikmodul 3 ist angepaßt, um in Abhängigkeit von den Informationen, die vom Betriebsmodul 1 ausgegeben wurden, verschiedene Steuersignale an verschiedene Relais und Elektromagnete (nicht gezeigt) auszugeben. Des weiteren empfängt das Hydraulikmodul 3 verschiedene Informationen von einem Hydrauliksystem (nicht gezeigt) und übermittelt die empfangenen Informationen an das Betriebsmodul 1.
Mit anderen Worten betätigt das Motorenmodul 2 in Abhängigkeit eines Befehls vom Betriebsmodul 1 verschiedene Antriebe, die daran angeschlossen sind, und teilt Informationen von verschiedenen Meßfühlern, die daran angeschlossen sind, dem Betriebsmodul 1 aus.
Das Hydraulikmodul 3 teilt Informationen von verschiedenen Antrieben und Meßfühlern, die daran angeschlossen sind, dem Betriebsmodul aus.
Es ist zu bemerken, daß das Betriebsmodul 1 zum Zwecke des Informationsaustausches mit dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 in geeigneter Weise gemäß der Menge des Informationsaustausches pro Zeiteinheit Kommunikationsanschlüsse zuweisen muß. Ebenso wird vorgezogen, die Informationen zwischen dem Betriebsmodul 1 sowie dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 in der Form eines Paketes mit einer gewünschten Größe gemäß einer zugewiesenen Adresse zu senden und zu empfangen.
Die Fig. 2 ist ein detailliertes Blockdiagramm von je dem Betriebsmodul 1, Motorenmodul 2 und Hydraulikmodul 3 in der Fig. 1. Wie in dieser Zeichnung gezeigt wird, umfaßt jedes Modul eine Hauptsteuerung 7, einen Nurlesespeicher (nachfolgend als ROM bezeichnet) 8, Eingabe/Ausgabe Anschlüsse 9 und eine Kommunikationssteuerung 10. Die Hauptsteuerung 7 ist angepaßt, um ein empfangenes Paket zu analysieren und als Resultat der Analyse einen Steueralgorithmus auszuführen, um Antriebe zu betätigen, die an das entsprechende Modul angeschlossen sind. Die Eingabe/Ausgabe Anschlüsse 9 sind angepaßt, um einen Eingabe/Ausgabe Vorgang zwischen dem entsprechenden Modul sowie den Antrieben und Meßfühlern auszuführen, die daran angeschlossen sind. Jedes Modul sendet verschiedene Daten, die von den zugehörigen Meßfühlern erhalten wurden, in der Form eines Pakets auf der Basis eines Ausgabeformats an ein anderes Modul. Die Kommunikationssteuerung 10 ist angepaßt, um die exklusive Aufgabe von nur der Kommunikation mit einem anderen Modul zu übernehmen, um die Kommunikationslast der Hauptsteuerung 7 zu vermindern. Die Kommunikationssteuerung 10 verarbeitet nämlich nur das Senden und Empfangen der Pakete.
Nachfolgend wird als Beispiel der Betrieb des Betriebsmoduls 1 mit Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben werden.
Im Betriebsmodul 1 enthält die Hauptsteuerung 7 einen 16-Bit Mikroprozessor, um im Vergleich mit den unterschiedlichen Modulen 2 und 3 viel mehr Signale mit der gleichen Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verarbeiten. Weil die Menge der zu speichernden Daten oder Zeichen im Vergleich mit dem Signalverarbeitungsalgorithmus relativ klein ist, benutzt die Hauptsteuerung 7 einen Direktzugriffspeicher (nachfolgend als RAM bezeichnet) im Prozessor. Das Betriebsmodul 1 kommuniziert mit den unterschiedlichen Modulen 2 und 3, überprüft kontinuierlich die Signale von der Schalttafel 5 sowie den Betriebsschaltern 4 und betätigt die Anzeigeeinheit 6. In diesem Zusammenhang ist die Kommunikationssteuerung 10 im Betriebsmodul 1 vorgesehen, um die Kommunikationslast der Hauptsteuerung 7 zu vermindern, was zu einer Verbesserung der Effizienz führt. Die Kommunikationssteuerung 10 speichert Kommunikationsdaten und gibt die gespeicherten Daten gemäß einem Befehl von der Hauptsteuerung 7 aus. Die Eingabe/Ausgabe Anschlüsse 9 haben ein vergrößertes Speicherverzeichnis des Eingabe/Ausgabe Typs, um viele Eingabe/Ausgabe Signale ein-/ausgeben zu können. Den Eingabe/Ausgabe Anschlüssen 9 sind inhärente Adressen zugewiesen, um die entsprechenden Anzeigelampen, Anzeigetafeln und Relais zu steuern. Ein Programm für die gesamte Funktion des Betriebsmoduls 1 ist im ROM 8 gespeichert. Als Folge davon kann das Betriebsmodul 1 seine Funktionen unabhängig vom Zustand der Stromversorgung ausführen.
Andrerseits haben das Motorenmodul 2 und das Hydraulikmodul 3 im wesentlichen die gleiche Blockkonstruktion wie das Betriebsmodul 1. Beim Motorenmodul 2 kann die Hauptsteuerung 7 jedoch vorzugsweise einen digitalen 32-Bit Signalprozessor (DSP) umfassen, um mit großer Geschwindigkeit einen hochgradigen Signalverarbeitungsvorgang ausführen zu können, damit die Effizienz des Motors verbessert wird.
Die Vorgänge des Betriebsmoduls 1, des Motorenmoduls 2 und des Hydraulikmoduls 3 werden gesteuert, indem der Informationsaustausch zwischen dem Betriebsmodul 1 und dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 gesteuert wird.
Die Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Hardware für die Kommunikation zwischen dem Betriebsmodul 1 und dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 in der Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt wird, werden für einen effizienten Informationsaustausch bei den Sende- und Empfangszuständen Adressen zugewiesen.
Ebenso werden Pakete gemaß den zugewiesenen Adressen definiert.
In der Fig. 3 führen die Kommunikationssteuerungen 10a und 10b, wenn ein Auswahlsignal in der Logik hoch ist, die Kommunikation zwischen dem Betriebsmodul 1 und dem Hydraulikmodul 3 aus. Im Gegensatz dazu führen die Kommunikationssteuerungen 10a und 10b im Falle, wo das Auswahlsignal in der Logik tief ist, die Kommunikation zwischen dem Betriebsmodul 1 und dem Motorenmodul 2 aus. Weil die Kommunikation zwischen dem Betriebsmodul 1 und dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 um das Betriebsmodul 1 herum ausgeführt wird, wird das Auswahlsignal durch das Betriebsmodul 1 gesteuert, um die Kommunikationsrichtung zu bestimmen. Es ist zu bemerken, daß für die Unterscheidung der Daten von verschiedenen Meßfühlern, die an das Motorenmodul 2 angeschlossen sind, die Pakete definiert sein müssen. Im Falle wo kein Paket definiert ist, muß der Sendezustand stets Geräteindices (Adressen) anzeigen, die zu den Sendedaten gehören, was zu einer Erleichterung der Kommunikationsmenge führt.
Die unten aufgeführten Tabellen 1 und 2 zeigen Signale, die zwischen dem Betriebsmodul 1 und dem Motorenmodul 2 gesendet und empfangen werden. Einem digitalen Signal wird mindestens ein Bit zugewiesen, um erkennbar zu sein. Ein analoges Signal wird durch einen 8-Bit analog/digital (nachfolgend als A/D bezeichnet) Wandler mit einer Auflösung von 256 in ein digitales Signal umgewandelt, was in der Technik gut bekannt ist.
Die folgende Tabelle 1 zeigt Signale, welche vom Betriebsmodul 1 zum Motorenmodul 2 gesendet werden.
Tabelle 1
In der obigen Tabelle 1 zeigt ein 2-Bit Startschaltersignal EIN/AUS Zustände der Vorwärm- und Startschalter an, ein 2-Bit Richtungsanzeigelichtsignal zeigt EIN/AUS Zustände des linken und des rechten Richtungsanzeigelichtes an, ein 2-Bit Brems-/ Nummernschildlichtsignal zeigt EIN/AUS Zustände der Brems- und Nummernschildlichter an, ein 1-Bit Treibstoffvorwärmschaltersignal zeigt EIN/AUS Zustände eines Treibstoffvorwärmschalters an und ein 1-Bit Rücklicht / Alarm Signal zeigt EIN/AUS Zustände eines Rücklichtes und eines Alarms an. Als Folge davon sendet das Betriebsmodul 1 einen 8-Bit Datenrahmen zum Motorenmodul 2.
Die folgende Tabelle 2 zeigt Signale, welche vom Motorenmodul 2 zum Betriebsmodul 1 gesendet werden.
Tabelle 2
Wie aus der obigen Tabelle 2 zu sehen ist, sind die Signale, welche vom Motorenmodul 2 zum Betriebsmodul 1 gesendet werden, ein 1-Bit Warnlampensignal für eine abnormale Ladung, ein 1-Bit Warnlampensignal für einen Luftreiniger, ein 1-Bit Warnlampensignal für den Motorenöldruck, ein 8-Bit Hydrauliköltemperaturmeßsignal, ein 8-Bit Tachometersignal und ein 8-Bit Kühlwassertemperaturmeßsignal. Der Kühlwassertemperaturmesser ist angepaßt, um einen überhitzten Zustand des Motors zu messen. Der Tachometer verwendet eine Rechteckwelle von einem Alternator. Die Signale von den obigen Komponenten werden durch den 8-Bit A/D Wandler in digitale Signale umgewandelt und dann an die Hauptsteuerung 7 geleitet.
Die Signale in den obigen Tabellen 1 und 2 können in der Form von Paketen gesendet werden, die in den unten aufgeführten Tabellen 3-6 gezeigt werden.
Die folgende Tabelle 3 zeigt ein Format eines Paketes, welches vom Betriebsmodul 1 zum Motorenmodul 2 gesendet wird und die Anzahl der zugewiesenen Bits.
Tabelle 3
Die folgende Tabelle 4 zeigt ein Format der Daten in der obigen Tabelle 3.
Tabelle 4
Die folgende Tabelle 5 zeigt ein Format eines Paketes, welches vom Motorenmodul 2 zum Betriebsmodul 1 gesendet wird und die Anzahl der zugewiesenen Bits.
Tabelle 5
Die folgende Tabelle 6 zeigt ein Format der Daten in der obigen Tabelle 5.
Tabelle 6
Wie aus der Tabelle 3 zu sehen ist, umfaßt das Paket, das vom Betriebsmodul 1 zum Motorenmodul 2 gesendet wird einen 8-Bit Rahmenbeginn, ein 8-Bit Datenfeld, 8 Bit für einen zyklischen Redundanztest (nachfolgend als CRC bezeichnet) für die Fehlerprüfung und ein 8-Bit Rahmenende. Das 8-Bit Datenfeld wird detailliert in der obigen Tabelle 4 gezeigt.
Wie aus der obigen Tabelle 5 zu sehen ist, umfaßt das Paket, das vom Motorenmodul 2 zum Betriebsmodul 1 gesendet wird einen 8-Bit Rahmenbeginn, ein 32-Bit Datenfeld, 8 CRC-Bits für die Fehlerprüfung und ein 8-Bit Rahmenende. Das 32-Bit Datenfeld wird detailliert in der obigen Tabelle 6 gezeigt. Die vier Reservebits sind für die Verbesserung der Leistungsfähigkeit der schweren Baumaschine vorgesehen.
Die obigen Tabellen 3-6 wurden zum Zwecke der Darstellung offenbart. Der Fachmann wird erkennen, daß der Inhalt und die zugewiesenen Bitzahlen modifiziert werden können.
Die Fig. 4 und 5 zeigen Kommunikationsalgorithmen für des Senden und Empfangen von Daten zwischen dem Betriebsmodul 1 und dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 in Form der in den obigen Tabellen 3-6 definierten Pakete gemäß eines vorgegebenen Verfahrens.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt das Betriebsmodul 1 die gesamte Sende/Empfangs Steuerfunktion, um zu verhindern, daß die Pakete während der Kommunikation mit dem Motorenmodul 2 und dem Hydraulikmodul 3 miteinander kollidieren. Des weiteren ist ein Rückwärtszeitgeber vorgesehen, um für jedes Modul einen Fehler oder einen abnormalen Zustand der Sendeleitungen zu entdecken.
Der Rückwärtszeitgeber hat eine einfache Konstruktion und kann gemäß einen System ohne Verwendung einer separaten Hardware zurückgestellt werden.
Die Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das einen Vorgang der Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 in der Fig. 2 darstellt, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung das Paket zum Motorenmodul 2 oder zum Hydraulikmodul 3 sendet. Wenn das System gestartet wird, stellt die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 beim Schritt S1 ein Initialisierungspaket bereit, stellt ein Sende/Empfangs Zielmodul zum Beispiel auf das Motorenmodul 2 ein und stellt einen Zeitgeber zurück, um einen Rückzählvorgang auszuführen. Dann sendet beim Schritt S2 die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 das beim obigen Schritt S1 bereit gestellte Paket an das Motorenmodul 2 und tritt beim Schritt S3 in einen Empfangsmodus ein, um ein Paket vom Motorenmodul 2 zu empfangen. Die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 prüft beim Schritt S4, ob der Wert des Zeitgebers 0 ist. Wenn beim obigen Schritt S4 festgestellt wird, daß der Wert des Zeitgebers nicht 0 ist, prüft die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 beim Schritt S5, ob das Paket vom Motorenmodul 2 empfangen wurde. Im Falle wo beim obigen Schritt S5 festgestellt wird, daß das Paket vom Motorenmodul 2 empfangen wurde, stellt die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 beim Schritt S6 den Zeitgeber zurück, um den Rückzählvorgang auszuführen, und führt beim Schritt S7 einen CRC Vorgang aus, um das Vorhandensein eines Fehlers im empfangenen Paket zu prüfen. Wenn beim obigen Schritt S7 festgestellt wird, daß im empfangenen Paket kein Fehler vorhanden ist, verarbeitet die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 beim Schritt S8 die Daten im empfangenen Paket, um verschiedene Anzeigen gemäß den zugewiesenen Adressen zu steuern. Dann stellt beim Schritt S9 die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 das nachfolgende Paket bereit und wechselt das Sende/Empfangs Zielmodul.
Andererseits erhöht im Falle wo unter der Bedingung, daß der Wert des Zeitgebers beim obigen Schritt S4 0 ist, kein Paket vom Motorenmodul 2 empfangen wurde, oder im Falle wo beim obigen Schritt S7 festgestellt wird, daß ein Fehler im empfangenen Paket vorhanden ist, die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 beim Schritt S10 eine Fehlerzahl um 1. Dann vergleicht beim obigen Schritt S10 die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 die um 1 erhöhte Fehlerzahl mit einem vorgegebenen Schwellenwert und gibt ein Fehlerwarnsignal aus, wenn als Resultat des Vergleichs die um 1 erhöhte Fehlerzahl den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Beim Schritt S11 stellt die Hauptsteuerung 7 im Betriebsmodul 1 den Zeitgeber zurück, um den Rückzählvorgang auszuführen, und rückt zum obigen Schritt S9 vor, um das Sende/Empfangs Zielmodul zu wechseln. Als Folge davon führt das Betriebsmodul 1 den Sende/Empfangs Vorgang mit dem nachfolgenden Modul aus. Auf diese Art gibt im Falle, wo Pakete häufig mit einem Fehler gesendet werden oder wo häufig kein Paket vom Motorenmodul 2 empfangen wird, das Betriebsmodul 1 eine Meldung aus, die einen Fehler anzeigt, und schaltet eine Warnlampe ein. Deshalb kann der Operateur sofort den Fehlerdiagnosevorgang ausführen.
Die Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, das einen Vorgang der Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 oder im Hydraulikmodul 3 in der Fig. 2 darstellt, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung das Paket zum Betriebsmodul 1 sendet. Die Hauptsteuerung 7 zum Beispiel im Motorenmodul 2 stellt beim Schritt S12 einen Zeitgeber zurück, um einen Rückzählvorgang auszuführen, und tritt beim Schritt S13 in einen Empfangsmodus ein, um ein Paket vom Betriebsmodul 1 zu empfangen. Die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 prüft beim Schritt S14, ob der Wert des Zeitgebers 0 ist. Wenn beim obigen Schritt S14 festgestellt wird, daß der Wert des Zeitgebers nicht 0 ist, prüft die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 beim Schritt S15, ob das Paket vom Betriebsmodul 1 empfangen wurde. Im Falle wo unter der Bedingung, daß der Wert des Zeitgebers beim obigen Schritt S14 0 ist, kein Paket vom Betriebsmodul 1 empfangen wurde, erhöht die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 beim Schritt S16 eine Fehlerzahl um 1 und setzt ein Fehlerflag. Dann kehrt die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 zum obigen Schritt S12 zurück.
Im Falle jedoch wo beim obigen Schritt S15 festgestellt wird, daß das Paket vom Betriebsmodul 1 empfangen wurde, stellt die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 beim Schritt S17 den Zeitgeber zurück, um den Rückzählvorgang auszuführen, und führt beim Schritt S18 einen CRC Vorgang aus, um das Vorhandensein eines Fehlers im empfangenen Paket zu prüfen. Wenn beim obigen Schritt S18 festgestellt wird, daß im empfangenen Paket kein Fehler vorhanden ist, verarbeitet die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 beim Schritt S19 die Daten im empfangenen Paket, um verschiedene Antriebe gemäß den verarbeiteten Daten anzutreiben. Beim Schritt S20 empfängt die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 Daten von verschiedenen Meßfühlern und sendet die empfangenen Daten in Paketform an das Betriebsmodul 1. Dann kehrt die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 zum obigen Schritt S13 zurück um in den Empfangsmodus einzutreten. Andrerseits erhöht im Falle wo beim obigen Schritt S18 festgestellt wird, daß im empfangenen Paket ein Fehler vorhanden ist, die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 beim Schritt S21 eine Fehlerzahl um 1. Dann vergleicht beim obigen Schritt S21 die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 die um 1 erhöhte Fehlerzahl mit einem vorgegebenen Schwellenwert und setzt ein Fehlerflag, wenn als Resultat des Vergleichs die um 1 erhöhte Fehlerzahl den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Dann rückt die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 zum obigen Schritt S20 vor, um das Paket an das Betriebsmodul 1 zu senden. Zu diesem Zeitpunkt setzt die Hauptsteuerung 7 im Motorenmodul 2 das Fehler-Bit in der Tabelle 6 auf 1, um den Operateur über den abnormalen Zustand zu informieren.
Es ist zu bemerken, daß die Arbeitszeiten der Zeitgeber geeignet eingestellt werden müssen, um die Reaktion und die Genauigkeit des Systems zu gewährleisten. Vorzugsweise kann, in Verbindung mit dem Motorenmodul 2, die Arbeitszeit des Zeitgebers im Betriebsmodul erhalten werden, indem die Verarbeitungszeit des Betriebsmoduls 1, die Sende/Empfangs Zeit des Betriebsmoduls 1 beim Motorenmodul 2, die Verarbeitungszeit des Motorenmoduls 2 und eine Zusatzzeit aufaddiert werden. Ähnlich kann die Arbeitszeit des Zeitgebers im Betriebsmodul 1 in Verbindung mit dem Hydraulikmodul 3 auf die obige Art eingestellt werden. Besonders wird bevorzugt, daß der Zeitgeber im Betriebsmodul 1 eine längere Arbeitszeit als die obigen zwei Arbeitszeiten haben kann. Des weiteren können die Arbeitszeiten der Zeitgeber im Motorenmodul 2 und im Hydraulikmodul 3 vorzugsweise erhalten werden, indem die obigen zwei Arbeitszeiten des Zeitgebers im Betriebsmodul 1 addiert werden.
Andererseits sendet die Kommunikationssteuerung 10 das definierte Paket in der Einheit von Bytes. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Paritätsbit anstelle der CRC-Bits gesendet werden. Mit anderen Worten ist es im Falle, wo die zu sendende Informationsmenge klein ist, effizient, das Paritätsbit zu senden. Im dem Falle jedoch, wo die zu sendende Informationsmenge groß ist, ist es effizient, die CRC-Bits zu senden.
Die Fig. 6 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Kommunikationsschnittstelle für Paketkommunikation gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in dieser Zeichnung gezeigt wird, ist ein Komparator 11 vorgesehen, um empfangene Anfangsdaten mit einem Rahmenbeginn zu vergleichen. Wenn die empfangenen Anfangsdaten mit dem Rahmenbeginn übereinstimmen, übermittelt der Komparator 11 die nachfolgenden Daten an ein Schieberegister 12. Weil das Paket im System maximal 56 Bits enthält, hat das Schieberegister 12 eine Kapazität von 64 Bit, um alle Daten im Paket zu empfangen. Wenn ein Rahmenende empfangen wird, wird der Empfangszustand des Komparators 11 aufgehoben.
Die im Schieberegister 12 gespeicherten Daten werden in der Einheit von Bytes über einen Datenbus durch einen Puffer 15 hindurch, gesendet, durch einen Decoder 14 in einer Sende/Empfangs Steuerung 13 ausgewählt, und dann durch den Prozessor gelesen. Es ist zu bemerken, daß die Pakete in den Modulen 1-3 für das Senden und Empfangen synchronisiert sein müssen. In diesem Zusammenhang steuert die Sende/Empfangs Steuerung 13 den gesamten Kommunikationsvorgang unter der Bedingung, daß die Module 1-3 die gleiche Anzahl von Symbolen pro Sekunde sendet. Mit anderen Worten gibt die Sende/Empfangs Steuerung 13 einen Schiebetakt in Abhängigkeit eines internen Taktgebers an das Schieberegister 12 aus. Wenn alle Daten im Schieberegister 12 empfangen sind, decodiert die Sende/Empfangs Steuerung 13 den Puffer 15, der an das Schieberegister 12 angeschlossen ist, um dem Prozessor zu erlauben, die Daten in der Einheit von 8-Bit daraus herauszunehmen.
Zum Senden werden die Daten im Paket aufeinander folgend durch einen Puffer 16 hindurch unter der Steuerung des Decoders 14 an ein 64-Bit Schieberegister 17 übergeben. Die im Schieberegister 17 gespeicherten Daten werden in Abhängigkeit des Schiebetaktgebers gesendet. Zu diesem Zeitpunkt wird durch eine Software ein CRC- Vorgang zur Prüfung eines Sendefehler ausgeführt.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Schieberegister 17 und 12 beim Sende- respektive Empfangszustand bereit gestellt, um einen Vollduplex- Kommunikationsvorgang auszuführen.
Wie aus der obigen Beschreibung zu erkennen ist, weist das verteilte Steuersystem für die schwere Baumaschine die folgenden Vorteile auf.
Als erstes sind die Komponenten der schweren Baumaschine gemäß ihren Funktionen in eine Vielzahl von Modulen eingeordnet, und die Module sind individuell konstruiert.
Deshalb wird die Anzahl von Drähten wesentlich verkleinert, wodurch die Verdrahtung beim Zusammensetzen und beim Reparieren sehr einfach gemacht wird.
Als zweites werden die Funktionen durch die Module individuell ausgeführt. Deshalb kann eine Modifikation der Konstruktion beim Ersetzen und Hinzufügen von Modulen einfach gemacht werden. Des weiteren wird die Konstruktion beim Hinzufügen eines neuen Moduls unabhängig vom Verdrahtungszustand einfach gemacht.
Als drittes kann der Unterhalt einfach ausgeführt werden, weil die Verdrahtung aufgrund der modularen Konstruktion sehr einfach ist. Des weiteren führt jedes Modul eine Selbstdiagnosefunktion aus, um den Ursprung eines Fehlers zu analysieren. Deshalb kann, wenn die schwere Baumaschine versagt, der entsprechende Teil einfach ergriffen und repariert werden. Insbesondere kann der fehlerhafte Teil sehr schnell und exakt repariert werden.
Als viertes können zusätzliche Meßfühler und Steuerungen für die Automatisierung der schweren Baumaschine unter der Bedingung, daß die intermodulare Konstruktion nicht modifiziert wird, sofort bereit­ gestellt werden.
Obwohl zum Zwecke der Darstellung die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart wurden, wird der Fachmann erkennen, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Substitutionen möglich sind, ohne vom Schutzbereich und von der Idee der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beiliegenden Patentansprüchen offenbart wird.

Claims (8)

1. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine, das eine Vielzahl von Modulen umfaßt, in welche die Komponenten der schweren Baumaschine gemäß ihrer Funktion und ihrer Position eingeordnet sind, wobei die Module einzeln gesteuert werden und jedes der Module durch eine einzige Leitung Informationen mit einem anderen Modul austauscht.
2. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die Module individuell auf eine solche Art konstruiert sind, daß mindestens eines von ihnen entfernt werden kann oder mindestens ein neues Modul zusätzlich bereitgestellt werden kann.
3. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem jedes der Module umfaßt:
eine Hauptsteuerung, um die Komponenten in einem entsprechenden Modul zu steuern;
einen Eingabe/Ausgabe Anschluß, um einen Signal- Eingabe/Ausgabe-Vorgang mit einem anderen Modul, gesteuert durch die Hauptsteuerung, auszuführen;
eine Kommunikationssteuerung, um darin Daten, die übermittelt werden sollen, zu speichern und die gespeicherten Daten, gesteuert durch die Hauptsteuerung, auszugeben; und
einen Speicher, um darin ein Programm zum Ausführen einer Funktion des entsprechenden Moduls zu speichern und das gespeicherte Programm, gesteuert durch die Hauptsteuerung, auszugeben.
4. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine nach Anspruch 1, bei dem die Module aus einem Betriebsmodul, einem Motorenmodul und einem Hydraulikmodul bestehen.
5. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine nach Anspruch 4, bei dem das Betriebsmodul programmiert ist, um die Schritte auszuführen:
ein Initialisierungspaket bereit zu stellen, wenn das System gestartet wird;
das bereitgestellte Paket an das Motorenmodul oder das Hydraulikmodul zu senden und in einen Empfangsmodus einzutreten;
ein Paket vom Motorenmodul oder vom Hydraulikmodul zu empfangen;
die Daten im empfangenen Paket zu verarbeiten, um verschiedene Anzeigen gemäß den zugewiesenen Adressen zu steuern; und
das nachfolgende Paket bereit zu stellen und ein Sende/Empfangs Zielmodul zu wechseln.
6. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine nach Anspruch 4, bei dem das Motorenmodul oder das Hydraulikmodul programmiert ist, um die Schritte auszuführen:
in einen Empfangsmodus einzutreten und ein Paket vom Betriebsmodul zu empfangen;
die Daten im empfangenen Paket zu verarbeiten, um verschiedene Antriebe gemäß den verarbeiteten Daten anzutreiben;
Daten von verschiedenen Meßfühlern zu empfangen und die empfangenen Daten in Form eines Paketes an das Betriebsmodul zu senden;
und in den Empfangsmodus einzutreten.
7. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das empfangene Paket einen Fehlerkorrekturcode enthält, um das Vorhandensein eines Fehlers in ihm zu prüfen.
8. Verteiltes Steuersystem für eine schwere Baumaschine nach Anspruch 5 oder 6, das weiter einen Zeitgeber zum Zählen einer Paketempfangszeit umfaßt, um die Antwortzeit des Systems zu verbessern.
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