ES2324302T3 - Sistema de comunicaciones y procedimiento para su sincronizacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la sincronización en un sistema de comunicaciones, que presenta un abonado central (M) y al menos otro abonado (S1, S2, S3), en el que al menos uno de los otros abonados (S1, S2, S3) es sincronizado para la recepción de un instante de activación sobre el abonado central (M), y en el que a tal fin se transmite un telegrama de datos con información de sincronización desde el abonado central (M) hacia el al menos otro abonado (S1, S2, S3), caracterizado porque la información de sincronización contenida en el telegrama de datos está asegurada con una suma de prueba propia.
Description
Sistema de comunicaciones y procedimiento para
su sincronización.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la sincronización en un sistema de
comunicaciones, que presenta un abonado central y al menos otro
abonado, en el que al menos uno de los otros abonados es
sincronizado al abonado central, y en el que a tal fin se transmite
un telegrama con información de sincronización desde el abonado
central hacia el al menos otro abonado. Además, la presente
invención se refiere a un sistema de comunicaciones así como a un
sistema de automatización correspondiente. Por último, la presente
invención se refiere a un telegrama y a una estructura o
constitución de telegrama, respectivamente.
Con respecto a la publicación de la presente
solicitud se hace referencia a la otra solicitud de patente alemana,
presentada por la solicitante al mismo tiempo con la presente
solicitud de patente, con las designaciones "Verfahren zur
Synchronisation in einen redundanten Kommunicationssystem" y
"Verfahren zur Übertragung von Daten in einem
Kommunikationssystem", cuya publicación general es incorporada a
través de esta referencia al mismo tiempo en la presente
solicitud.
Se conocen en el estado de la técnica sistemas
de comunicaciones. En muchas aplicaciones técnicas interesan
especialmente los sistemas de comunicaciones distribuidos. Así, por
ejemplo, se emplean sistemas de comunicaciones distribuidos en
sistemas de automatización con técnica descentralizada de control y
de accionamiento, en los que se controlan y se accionan con
frecuencia una pluralidad de sistemas individuales de forma
sincronizada en el tiempo. Este tipo de sistema individual puede
ser una unidad de accionamiento, por ejemplo un motor síncrono y
asíncrono, con la que se acciona uno de varios ejes que se
interpolan entre sí o que trabajan estrechamente acoplados entre
sí. Campos de aplicación típicos de tales sistemas de automatización
con técnica descentralizada de control y de accionamiento son
máquinas de pandeo o también máquinas herramientas así como también
sistemas de rotor con una pluralidad de elementos de transporte y
elementos activos que trabajan de forma sincronizada en el tiempo
entre sí.
Tales sistemas de comunicaciones comprenden al
menos dos, pero en general muchos más abonados, que están
configurados o bien dispuestos con preferencia jerárquicamente con
un abonado configurado como abonado central y los restantes
abonados como otros abonados del sistema de comunicaciones. Tal
estructura de disposición jerárquica se conoce, por ejemplo, como
estructura maestro - subordinado con el abonado central o abonado
principal como "maestro" o "abonado maestro" (estación
principal) y los otros abonados como "subordinados" o
"abonados subordinados" (subestación o estación secundaria).
El abonado central está configurado como abonado central, que genera
y emite señales de control a los otros abonados. Los otros abonados
están en conexión de comunicación, para la recepción de estas
señales de control y para la comunicación siguiente, en caso
necesario, con el abonado central así como habitualmente también
con los otros abonados. Los abonados subordinados se refieren en
este caso la mayoría de las veces a acoplamientos de proceso, como
por ejemplo sensores y actuadores, es decir, módulos de entrada y
salida para señales analógicas y digitales, así como accionamientos.
La descentralización del procesamiento de señales con
pre-procesamiento de datos en los abonados
subordinados es necesaria para mantener reducido el número de los
datos a transmitir y requiere la comunicación entre el abonado
maestro y los otros abonados subordinados. Se conocen a partir del
estado de la técnica a tal fin esencialmente las tres estructuras
de disposiciones básicas (Topologías) representadas en las figuras 1
a 3. En la figura 1, el abonado central M y los otros abonados S1,
S2, S3 están conectados entre sí en una estructura anular. Una
señal generada por el abonado central M recorre la estructura anular
y pasa de esta manera por los otros abonados S1, S2 y S3
individuales en secuencia en serie. La figura 2 muestra una
estructura de bus con una línea de bus central, en la que están
conectados tanto los abonados centrales M como también los otros
abonados S1, S2 y S3. La transferencia de señales y de datos se
realiza de manera conocida a través de un bus de datos. En el caso
de trayectos más largos de la línea de bus central, es habitual
interconectar, para la intensificación de la señal un
"Repetidor" R en la línea de bus central. La tercera estructura
representada en la figura 3 es una estructura de estrella con un
elemento de conmutación central Sw ("Switch") integrado en la
línea de comunicación. Una señal generada por el abonado central M
es transmitida por medio del elemento de conmutación Sw al abonado
específico S1 o S2 o S3 como destinatario.
Las estructuras representadas en las figuras 1 a
3 pueden ser también parte de un sistema más complejo, en el que
varias estructuras de disposiciones básicas están realizadas
entrelazadas entre sí. La generación de una señal de control de
orden superior corresponde entonces a uno de los abonados centrales
o también a un abonado central de orden superior.
Además, se conocen a partir del estado de la
técnica sistemas de comunicaciones distribuidos, en los que la
función maestra puede cambiar entre varios abonados o incluso entre
todos los abonados. Tales sistemas
"Multi-Maestro" condicionan que varios
abonados presenten la funcionalidad de un abonado central y en caso
de presencia de una condición definida, realicen también esta
función. En este caso, un abonado que funcionaba anteriormente como
otro abonado se convierte en el abonado central y el abonado central
hasta ahora se convierte en otro abonado del sistema de
comunicaciones. Una condición posible para un cambio de este tipo
puede ser, por ejemplo, la ausencia de una señal de control del
abonado central hasta ahora.
Actualmente se comercializa por la solicitante
bajo la designación SERCOS Interface® (SErial Real Time
COmmunication System), un sistema de comunicaciones distribuido de este tipo con estructura anular, que genera y emite señales de control a otros abonados a través de un abonado central. Los otros abonados están conectados habitualmente por medio de guías de ondas de luz con el abonado central. El sistema SERCOS Interface® especifica una comunicación estrechamente jerárquica. Se intercambian datos en forma de bloques de datos, los llamados telegramas o "cuadros" en ciclos de tiempo constantes entre el control (maestro) y las subestaciones (subordinados). No tiene lugar una comunicación directa entre los otros abonados o bien subestaciones. Adicionalmente, se establecen contenidos de datos, es decir, que el significado, la representación y la funcionalidad de los datos transmitidos están predefinidos en gran medida. En el sistema SERCOS Interface®, el maestro es la conexión del control en el anillo y un subordinado es la conexión de una o varias subestaciones (accionamientos o estaciones de E/S). Son posibles varios anillos en un control, de manera que la coordinación de los anillos individuales entre sí es cometido del control y no se especifica por el sistema SERCOS Intereface®. Con preferencia, este sistema de comunicaciones se utiliza para la regulación y control de motores dispuestos de forma distribuida, por ejemplo de motores síncronos o asíncronos. Los otros abonados del sistema de comunicaciones son entonces los aparatos de regulación para la regulación y control, respectivamente, de un motor. Campos de aplicación principales de este sistema de comunicaciones son especialmente los accionamientos de máquinas herramientas, máquinas de imprenta, máquinas tricotosas y máquinas de la técnica de automatización general. En el sistema SERCOS Interface® existen cinco fases de comunicaciones diferentes. Las primeras cuatro fases (fase 0 a fase 3) sirven para la inicialización de los abonados, la quinta fase (fase 4) es el funcionamiento regular.
COmmunication System), un sistema de comunicaciones distribuido de este tipo con estructura anular, que genera y emite señales de control a otros abonados a través de un abonado central. Los otros abonados están conectados habitualmente por medio de guías de ondas de luz con el abonado central. El sistema SERCOS Interface® especifica una comunicación estrechamente jerárquica. Se intercambian datos en forma de bloques de datos, los llamados telegramas o "cuadros" en ciclos de tiempo constantes entre el control (maestro) y las subestaciones (subordinados). No tiene lugar una comunicación directa entre los otros abonados o bien subestaciones. Adicionalmente, se establecen contenidos de datos, es decir, que el significado, la representación y la funcionalidad de los datos transmitidos están predefinidos en gran medida. En el sistema SERCOS Interface®, el maestro es la conexión del control en el anillo y un subordinado es la conexión de una o varias subestaciones (accionamientos o estaciones de E/S). Son posibles varios anillos en un control, de manera que la coordinación de los anillos individuales entre sí es cometido del control y no se especifica por el sistema SERCOS Intereface®. Con preferencia, este sistema de comunicaciones se utiliza para la regulación y control de motores dispuestos de forma distribuida, por ejemplo de motores síncronos o asíncronos. Los otros abonados del sistema de comunicaciones son entonces los aparatos de regulación para la regulación y control, respectivamente, de un motor. Campos de aplicación principales de este sistema de comunicaciones son especialmente los accionamientos de máquinas herramientas, máquinas de imprenta, máquinas tricotosas y máquinas de la técnica de automatización general. En el sistema SERCOS Interface® existen cinco fases de comunicaciones diferentes. Las primeras cuatro fases (fase 0 a fase 3) sirven para la inicialización de los abonados, la quinta fase (fase 4) es el funcionamiento regular.
Dentro de un ciclo de comunicaciones, cada
subestación intercambia datos con el control. El acceso al anillo
es determinista dentro de las divisiones de tiempo de emisión libres
de colisión. En la figura 4, el ciclo de comunicación del
funcionamiento regular, es decir, las fases de comunicación 3 y 4
del sistema SERCOS Interface® se representan esquemáticamente. En
el sistema SERCOS Interface® existen tres tipos diferentes de
telegramas, a saber, telegramas de sincronización maestra,
telegramas de accionamiento y telegramas de datos maestros Los
telegramas de sincronización maestra (MST) son emitidos por un
abonado maestro y poseen solamente un campo de datos corto y sirven
para la previsión de la fase de comunicación y como referencia de
tiempo. Los telegramas de accionamiento (AT) son emitidos por
abonados subordinados y presentan, por ejemplo, valores reales de un
accionamiento activado por el abonado subordinado respectivo. Los
telegramas de datos maestros (MDT) son telegramas (de cuadros) de
sumas con campos de datos para todos los abonados subordinados. Por
medio de los telegramas de datos maestros se transmiten valores
objetivo desde el maestro al subordinado respectivo. Cada
subestación recibe durante la inicialización el comienzo y la
longitud de su (sub)campo de datos. El sistema SERCOS
Interface® define en este caso los siguientes tipos de datos, a
saber, datos de funcionamiento, informaciones de control y de
estado, respectivamente y datos no transmitidos cíclicamente. Los
datos de funcionamiento (datos de proceso) son transmitidos en cada
ciclo. Ejemplos de ello son valores objetivo y valores reales. La
longitud de la zona de datos de funcionamiento se puede establecer
con parámetros, se establece durante la inicialización y se
mantiene constante durante el funcionamiento del anillo. La
información de control, que es emitida desde los abonados maestros
hacia los abonados subordinados. Y la información de estado, que se
emite desde los abonados subordinados hacia los abonados maestro.
Son por ejemplo señales de liberación y mensajes de disponibilidad.
Los datos transmitidos no cíclicamente (canal de servicio)
comprenden parámetros de ajuste, datos de diagnosis y alarmas.
Además, se controlas secuencias de comandos a través de esta
transmisión no cíclica. A partir de la representación esquemática
de la figura 4 se puede deducir que se inicia un ciclo de
comunicación desde el abonado central a través de la emisión de un
MST. Todos los tiempos específicos de la comunicación se refieren
al final de este telegrama corto (aproximadamente 25 \mus de
largo). Las subestaciones emiten ahora sucesivamente en cada caso
en sus divisiones de tiempo de emisión, comenzando a partir de
T_{i,i}, sus telegramas de accionamiento (ATi). Después del
último AT, el maestro emite a partir de T2 el MDT. El ciclo
siguiente comienza de nuevo con un MST. El intervalo de tiempo
entre dos MSTs se llama ciclo de tiempo SERCOS T_{SYNC}. La
comunicación es sincronizada en el sistema SERCOS Interface® sobre
el final del MST. En este caso, se genera a intervalos de tiempo
con preferencia equidistantes desde el abonado central un telegrama
de sincronización o señal de sincronización y se alimenta al anillo
de comunicación. A la recepción del telegrama de sincronización y de
la señal de sincronización está acoplada en aparatos de regulación
habitualmente a través de un parámetro de tiempo un procesamiento
del valor objetivo/valor real, que conduce a una determinación y
carga de parámetros de control y de regulación en los servo
motores
respectivos.
respectivos.
La sincronización de los abonados tiene en este
caso una importancia sobresaliente. En el caso de que se produzcan
inexactitudes en la sincronización de los otros abonados sobre el
abonado central, se realizan los procesos controlados por los otros
abonados de forma no sincronizada. Así, por ejemplo, la imagen
impresa, generada por una impresora, uno de cuyos servo motores es
controlado por medio de un sistema de comunicaciones convencional
de este tipo, puede estar desvanecida en virtud de los ciclos de
movimiento no suficientemente síncronos. Lo mismo se aplica de una
manera correspondiente para máquinas herramientas o también para
otras máquinas de automatización, que requieren una sincronización
de alta precisión de los procesos. Por ejemplo, en máquinas
herramientas, una sincronización deficiente puede conducir a una
mecanización inexacta de una pieza de trabajo, puesto que, por
ejemplo, ejes individuales (por ejemplo, ejes-x, y,
-z) se mueven de forma no sincronizada en el tiempo.
La sincronización conocida por medio de
telegrama de sincronización maestro propio MST en cada ciclo de
comunicación posee inconvenientes en lo que se refiere a la
eficiencia del protocolo. Esto se debe a que el abonado central
debe generar y transmitir dos tipos diferentes de telegramas, a
saber, el telegrama de sincronización maestro y el telegrama de
datos maestro. Lo mismo se aplica de una manera correspondiente para
la recepción a través de los otros abonados (subordinados) del
sistema de comunicaciones. Especialmente a través de los diferentes
tipos de telegramas emitidos por el abonado central durante el ciclo
de comunicación, que se distinguen en una medida considerable
también en la longitud, la implementación de hardware y de software
del sistema de comunicación es costosa. Además, el telegrama de
sincronización maestro MST transmitido de forma separada o bien
apartada en cada ciclo de comunicación cuesta tiempo, que se pierde
para la transmisión de datos de funcionamiento y de esta manera
conduce a una pérdida de anchura de banda.
El documento EP 1 193 855 A2 publica un sistema
de comunicación con un abonado central y otros abonados, que son
sincronizados al abonado central, de manera que para la
sincronización se puede utilizar un telegrama de datos, que
contiene también informaciones de sincronización. El documento DE
198 15 647 A1 publica un procedimiento, en el que se transmiten
telegramas de tiempo desde una base de tiempo central a bases de
tiempo locales, para generar una base de tiempo común. También a
tal fin se pueden utilizar telegramas de datos con informaciones de
sincronización. En las soluciones propuestas aquí existe el problema
de que las informaciones de sincronización solamente están
disponibles cuando se ha recibido y evaluado todo el paquete de
datos.
Por lo tanto, la invención se basa en el
problema de evitar los inconvenientes del estado de la técnica y
especialmente realizar una sincronización particularmente eficiente
del al menos un abonado sobre el abonado central.
Este problema se soluciona por medio de un
procedimiento, un sistema de comunicaciones, un sistema de
automatización así como un telegrama de datos con las
características de las reivindicaciones independientes de la
patente.
Por lo tanto, de acuerdo con la presente
invención, a diferencia del estado de la técnica, la información de
sincronización no se transmite en forma de un telegrama de
sincronización maestro propio, sino que la información de
sincronización es componente de un telegrama de datos, es decir, de
un telegrama, que transmite datos de funcionamiento o datos de
proceso desde el abonado central hacia el al menos otro abonado (o a
la inversa). La comunicación se establece en este caso al final de
la información de sincronización contenida en el telegrama de
datos.
Con preferencia, el telegrama de datos es un
telegrama de datos maestro y presenta valores objetivo para
acoplamientos de procesos activados por el al menos otro abonado,
como por ejemplo accionamientos o bien módulos de entrada y salida
(estaciones de E/S). El telegrama de datos maestro es en este caso
un telegrama, que emite el abonado central a los otros abonados del
sistema de comunicación. En virtud del número, en general, muy
grande de los otros abonados y de una manera correspondiente de la
gran cantidad de las informaciones de control a transmitir a éstos,
se forma la parte principal del telegrama de datos maestro
precisamente a través de estos datos y la información de
sincronización incrustada adicionalmente representa, en general,
solamente una porción pequeña del contenido de datos.
De una manera más ventajosa, la información de
sincronización está incrustada en el campo de datos del telegrama
de datos. El telegrama de datos maestro presenta en este caso con
preferencia los siguientes campos: un campo de preámbulo, un campo
de direcciones de destino, un campo de direcciones fuente, un campo
de tipos, un campo de datos y un campo de sumas de prueba, en el
que el campo de sumas de prueba del telegrama de datos presenta una
suma de prueba sobre todo el telegrama de datos. En particular, el
telegrama de datos maestro presenta los campos mencionados
anteriormente, con preferencia en la secuencia mencionada
anteriormente. Pero, además, pueden estar previstos también otros
campos especialmente al comienzo y al final de la corriente de datos
transmitida desde el abonado central. La incrustación de la
información de sincronización en el campo de datos se realiza en
este caso de una manera preferida de tal forma que en el caso de un
telegrama de datos configurado como telegrama de suma, la
información de sincronización está incrustada en una o varias
subzonas coherentes o también separadas unas de otras y está
separada de la manera unívoca o bien predeterminada de las
posiciones del telegrama, que están previstas para la transmisión de
datos hacia los otros abonados.
Con respecto a una implementación eficiente del
procedimiento de acuerdo con la invención se prefiere que la
información de sincronización forme un subcampo del campo de datos
del telegrama de datos maestro. De esta manera se agrupa toda la
información de sincronización en un subcampo coherente. En este caso
de una manera preferida, el subcampo con la información de
sincronización es la primera entrada del campo de datos del
telegrama de datos maestro. En principio, se prefiere que la
información de sincronización se encuentre, a ser posible, al
comienzo del telegrama de datos maestro, puesto que el comienzo del
telegrama se recibe más rápidamente, y de esta manera está
disponible para un procesamiento posterior. Puesto que especialmente
también el campo de datos del telegrama de datos maestro es
preferido para la incrustación de la información de sincronización,
resulta, en general, un posicionamiento preferido de la información
de sincronización cuando ésta forma la primera entrada o bien la
entrada más delantera del campo de datos, en particular directamente
después del campo de tipos del telegrama de datos maestro.
Además, se prefiere que el final del subcampo
con la información de sincronización posea un intervalo de tiempo
predeterminado con respecto al comienzo del telegrama de datos. El
intervalo de tiempo predeterminado es en este caso conocido y
constante y es especialmente también independiente de la longitud
total del telegrama. Puesto que el comienzo del telegrama posee una
relación fija con respecto al instante de sincronización en el
abonado central, se conoce el intervalo de tiempo entre el intervalo
de sincronización en el abonado central y el final de la
información de sincronización incrustada en el telegrama de datos
maestro. Por lo tanto, se conoce el intervalo de sincronización con
respecto al pulso de reloj maestro y resulta un instante de
activación constante de una manera independiente de la longitud del
telegrama. De esta manera, se puede conseguir una sincronización
estable con intervalo de tiempo conocido.
Con preferencia, el intervalo de tiempo
predeterminado está en el intervalo de algunos microsegundos y es
especialmente preferido que el intervalo de tiempo predeterminado se
encuentre aproximadamente en el intervalo de aproximadamente dos
microsegundos y en particular 2,24 microsegundos. Tal selección del
intervalo de tiempo es preferida en tanto que con ello para los
requerimientos, que resultan de la práctica, con respecto a la
longitud de la información de sincronización, ésta se puede
transmitir totalmente. Además, este dimensionado temporal es
también preferido porque con ello la información de sincronización
está presente de manera suficientemente precoz dentro del ciclo de
comunicación en los otros abonados, de modo que se puede realizar
eficientemente una evaluación de la información de sincronización
así como un procesamiento posterior de la información de
funcionamiento contenida, además, en el telegrama de datos
maestro.
De acuerdo con la invención, la información de
sincronización contenida en el telegrama de datos está asegurada
con una suma de prueba propia. De esta manera resulta, por una
parte, en efecto, una redundancia en tanto que el telegrama de
datos maestro está asegurado en conjunto con una suma de prueba y la
información de sincronización dispone, por decirlo así, de una suma
de prueba adicional propia, de manera que la ventaja especial de
esta forma de realización consiste en que para la recepción de la
información de sincronización no debe esperarse la recepción de
todo el telegrama de datos maestro esencialmente más largo en
determinadas circunstancias y debe verificarse la falsificación de
los datos, antes de que la información de sincronización esté
disponible para las subestaciones. La suma de prueba propia para la
información de sincronización es también ventajosa en tanto que la
información de sincronización es esencialmente más improbable que
esté afectada por un error binario en comparación con todo el
telegrama de datos maestro. Esta probabilidad más reducida se basa
en que la probabilidad de un telegrama destruido o bien de un
telegrama parcial con errores binarios distribuidos de la misma
manera es aproximadamente proporcional a la longitud del telegrama o
bien del telegrama parcial. Por lo tanto, incluso cuando el
telegrama de datos maestro no es utilizable en conjunto, como se ha
descubierto a través de la verificación correspondiente con la suma
de prueba FCS dispuesta al final del telegrama de datos maestro,
sin embargo, se puede realizar una sincronización correcta, puesto
que la parte más delantera del telegrama de datos maestro, que
recibe la información de sincronización, se podría transmitir en
este caso totalmente de repente, como se puede establecer en
determinadas circunstancias en la suma de prueba propia de la
información de sincronización. En este caso, la suma de prueba
solamente se puede formar, en principio, a través de la información
de sincronización. Pero es preferida una forma de realización de la
presente invención, en la que la suma de prueba está formada desde
el comienzo del telegrama de datos hasta la información de
sincronización incluida. Por lo tanto, a este respecto están
asegurados al mismo tiempo también los campos iniciales del
telegrama de datos maestro, que son necesarios de acuerdo con el
protocolo de comunicación, como por ejemplo el campo del preámbulo,
el campo de direcciones de destino, el campo de direcciones fuente
y el campo de tipos. La suma de prueba representa en este caso con
preferencia una prueba de redundancia cíclica, que está dispuesta
al final del subcampo con la información de sincronización. En esta
forma de realización, se incrusta, por lo tanto, en el telegrama de
datos maestro un telegrama de sincronización autónomo, en el que
las "cabeceras" de estos dos telegramas coinciden y ambos
telegramas están asegurados independientemente uno del otro,
respectivamente, a través de una suma de prueba propia, y en el que
con el comienzo de la suma de prueba se puede iniciar el
procesamiento del telegrama respectivo.
De una manera más preferida, la evaluación de la
suma de prueba se realiza en el al menos otro abonado a través de
comparación de sumas de prueba previamente registradas para entradas
de telegramas de datos conocidos anteriormente. A diferencia del
contenido de datos variable especialmente en virtud del campo de
datos y también de la cantidad de datos variable del telegrama de
datos maestro en general, durante el aseguramiento de la información
de sincronización resulta una verificación esencialmente más
sencilla de la integridad de los datos transmitidos, puesto que el
número de los datos posibles es limitado y la cantidad de datos es
constante. Las sumas de prueba se pueden determinar, por lo tanto,
ya de antemano y la prueba de la redundancia cíclica para la
determinación de la corrección de la información de sincronización
se puede realizar a través de una comparación sencilla, con lo que
se reduce el gasto de cálculo.
En una forma de realización especialmente
eficiente de la presente invención, el subcampo con la información
de sincronización presenta, con preferencia en esta secuencia, los
siguientes campos: un campo de tipos, un campo de fases y un campo
de sumas de prueba, en el que el campo de sumas de prueba del
subcampo presenta una suma de prueba desde el comienzo del
telegrama de datos hasta el campo de fases incluido. En el campo de
tipos se especifica con preferencia de qué tipo de telegrama se
trata. Aunque en virtud del hecho de que los otros abonados deben
sincronizarse al abonado central y a tal fin solamente es necesario
que se emita información de sincronización desde el abonado central
hasta los otros abonados, la invención comprende también que los
telegramas de accionamiento posean una estructura correspondiente,
para que en el sistema de comunicaciones ambos tipos de telegramas,
a saber, telegramas de datos maestro y telegramas de accionamiento,
posean entonces el mismo formato o estructura. Especialmente se
prefiere a tal fin que los telegramas de accionamiento no sean
emitidos individualmente, como en el estado de la técnica, desde
cada subestación (ver la figura 4), sino que estén configurados, de
la misma manera que el telegrama de datos maestro, como telegrama de
sumas. Por lo tanto, con preferencia, solamente existe un telegrama
de accionamiento, en el que las subestaciones individuales
registran, respectivamente, en un campo predefinido a tal fin, por
ejemplo valores reales de accionamientos. Para que ahora los
telegramas de accionamiento posean la misma estructura que el
telegrama de datos maestros, se prefiere para éstos una estructura
correspondiente con un subcampo separado al comienzo del campo de
datos. El campo de tipos previsto al comienzo del subcampo
especifica, por lo tanto, en esta forma de realización, si en el
presente telegrama se trata de un telegrama de datos maestro o de un
telegrama de accionamiento.
Otras formas de realización preferidas de la
invención se publican en las reivindicaciones dependientes de la
patente.
La invención, así como otras características,
objetivos, ventajas y posibilidades de aplicación de las mismas se
explican en detalle a continuación con la ayuda de una descripción
de ejemplos de realización preferidos con referencia a los dibujos
adjuntos. En los dibujos, los mismos signos de referencia designan
los mismos elementos o elementos correspondientes. En este caso,
todas las características descritas y/o representadas en el dibujo
constituyen por sí o en combinación conveniente discrecional el
objeto de la presente invención y, en concreto, de una manera
independiente de su resumen en las reivindicaciones de la patente o
su interrelación. En los dibujos:
La figura 1 muestra una representación
esquemática de un sistema de comunicaciones conocido a partir del
estado de la técnica, que está dispuesto en una estructura
anular.
La figura 2 muestra una representación
esquemática de un sistema de comunicaciones conocido a partir del
estado de la técnica, que está dispuesto en una estructura de
bus.
La figura 3 muestra una representación
esquemática de un sistema de comunicaciones conocido a partir del
estado de la técnica, que está dispuesto en una estructura de
estrella.
La figura 4 muestra una representación
esquemática de las fases previstas para la sincronización y para el
funcionamiento regular del ciclo de comunicación del sistema SERCOS
Interface® conocido a partir del estado de la técnica.
La figura 5 muestra una representación
esquemática de la fase, prevista según la invención para la
sincronización y para el funcionamiento regular del ciclo de
comunicación del sistema de comunicaciones según la invención;
y
La figura 6 muestra una representación
esquemática de la estructura del telegrama con información de
sincronización incrustada del sistema de comunicaciones según la
invención.
En la figura 5 se representa esquemáticamente la
fase de funcionamiento de la comunicación del sistema de
comunicaciones según la invención en el caso de una comunicación
cíclica. A partir de la figura 5 se puede deducir que se
intercambian telegramas de datos entre un abonado central o abonado
maestro (o estación principal) y al menos otro abonado (abonados
subordinados o subestaciones o bien estaciones secundarias). En este
caso, el abonado central es la estación, sobre la que deben
sincronizarse las estaciones secundarias. El telegrama de datos
emitido desde el abonado central, por ejemplo, a lo largo de un
anillo (ver la figura 1) está designado como MDT (= "Telegrama de
Datos Maestro"). El telegrama de datos de al menos una estación
secundaria se designa con AT (= "Telegrama de Accionamiento").
En la figura 5 solamente se muestra un telegrama de accionamiento,
que corresponde a un caso en el que solamente está previsto otro
abonado (ver la figura 4) o en el que el telegrama de accionamiento
está configurado como telegrama de sumas y presenta zonas
correspondientes del telegrama para una pluralidad de otros
abonados. En el telegrama de datos maestro MDT están contenidos, por
ejemplo, valores objetivo para actuadores que deben activarse por
las subestaciones. El telegrama de accionamiento AT contiene, por
ejemplo, valores reales correspondientes para el reconocimiento en
el abonado central. La información de sincronización, de acuerdo
con el presente ejemplo de realización de la invención, no se forma
por un telegrama de sincronización maestro MST propio (ver la figura
4), sino que la información de sincronización es un campo de datos
MST en el telegrama de datos maestro MDT. La estructura exacta del
telegrama de datos maestro MDT se explica en detalle más adelante
con referencia a la figura 6. En este lugar se indica ya que el
campo de información de sincronización maestro MST está incrustado
el comienzo o bien en una sección delantera del telegrama de datos
maestro MDT detrás de una cabecera HDR. El telegrama de
accionamiento AT posee para la implementación más sencilla del
sistema de comunicaciones según la invención en hardware y software
ka misma estructura que el telegrama de datos maestro MDT, pero en
el que, en general, desde el telegrama de accionamiento no se
transmite ninguna información de sincronización a la estación
principal. Esto es ventajoso porque entonces ambos tipos de
telegramas, a saber, MDT y AT poseen la misma desviación con
respecto a los datos propiamente dichos, como por ejemplo valores
objetivo y valores reales. La parte de la comunicación, que
comprende el telegrama de datos maestros así como al menos un
telegrama de accionamiento, se designa como canal RT en la figura
5. Opcionalmente, además de este canal RT, puede estar contenido
también un canal IP en el ciclo de comunicaciones. En el canal IP
se trata en este caso de una división de tiempo para la transmisión
de datos codificados de acuerdo con el protocolo de Internet. La
duración del ciclo de comunicación se muestra igualmente en la
figura 5. De acuerdo con la duración del ciclo de comunicación en el
sistema SERCOS Interface® (ver la figura 4), en el que esta
duración se define desde el final de un telegrama de sincronización
maestro hasta el final del telegrama de sincronización maestro
próximo siguiente, el ciclo de comunicación en el sistema de
comunicaciones de la presente invención se define como la distancia
desde el final del campo de información de sincronización maestro
de un telegrama de datos maestro hasta el final del campo de
información de sincronización maestro de un telegrama de datos
maestro siguiente. El siguiente ciclo de sincronización maestro
comienza, por lo tanto, con la porción del telegrama de datos, que
sigue al campo de información de sincronización maestro, como se
indica por medio de la flecha de puntos, que indica esquemáticamente
el canal RT siguiente del ciclo siguiente.
En la figura 6 se representa esquemáticamente la
estructura del telegrama de datos maestro con más detalle. Antes
del comienzo del telegrama de datos maestro propiamente dicho está
prevista una fase de marcha en ralentí ("IDLE"), que tiene al
menos 12 bytes de largo. El telegrama de datos maestro comienza con
un campo de datos de 1 byte de grande, que está designado como SSD
("Delimitador del Comienzo de la Corriente"). En este caso, se
trata de un prefijo que delimita el comienzo de una corriente de
datos transmitida. A continuación sigue un preámbulo (en ingles:
"preamble") de la longitud de 6 bytes, en el que una función
del preámbulo consiste en poner a la disposición del hardware de la
electrónica en el sistema de comunicaciones de acuerdo con la
invención un tiempo de arranque, para reconocer que se transmite un
telegrama. A continuación se conecta un campo de datos SFD
("Delimitador del Comienzo del Cuadro"), que delimita el
comienzo del telegrama o cuadro propiamente dicho. El campo SFD
tiene 1 byte de largo. A continuación se indican en el telegrama de
datos maestro la dirección de destino ("destination address")
y la dirección fuente ("source address") para el telegrama, en
el que cada uno de los dos campos de datos posee, respectivamente,
una longitud de 6 bytes. A continuación sigue un campo de tipos de
2 bytes de largo, que se utiliza para identificar qué tipo de
protocolo de la red se utiliza en el campo de datos siguiente. A
continuación sigue el campo de datos propiamente dicho, que no está
especificado exactamente en su longitud. Por ejemplo, en Ethernet la
longitud del campo de datos puede ser hasta 1.500 bytes. En
general, la longitud del campo de datos dependerá de de cuántos y de
qué datos son transmitidos en el telegrama. A continuación del
campo de datos está prevista una suma de prueba FSC ("Secuencia
de Control de Cuadros") de 4 bits de largo. El campo FCS
contiene, por lo tanto, una suma de prueba, que permite una
supervisión de la integridad de los datos en todo el telegrama. El
final de los datos transmitidos está formado por el campo ESD
("Delimitador de Final de la Corriente"), que representa un
sufijo y el final de la corriente de datos transmitida.
El campo de información de sincronización
maestro forma una parte del campo de datos del telegrama según la
invención y está incrustado más exactamente al comienzo del campo de
datos en éste. El campo de información de sincronización maestro es
constante en su longitud y presenta un campo inicial de la longitud
de un byte, en el que está especificado el tipo de telegrama. En
este campo se especifica especialmente si en el presente telegrama
se trata de un telegrama de datos maestro MDT o de un telegrama de
accionamiento AT. Como ya se ha explicado anteriormente, la
información de sincronización solamente es necesaria, en principio,
para un telegrama de datos maestro, puesto que las subestaciones
deben sincronizarse al abonado central (= maestro). No obstante,
por razones de implementación más sencilla en hardware y software se
prefiere que los telegramas de accionamiento posean la misma
estructura que el telegrama de datos maestro, de manera que también
un telegrama de accionamiento puede presentar el campo de
información de sincronización de campo. Por lo tanto, para este
caso, el campo "Tipo de telegrama" debe ocuparse con la
información correspondiente de la subestación. La información de
sincronización propiamente dicha se transmite en un campo
("Fase") siguiente de la longitud de un byte. El final del
campo de información de sincronización maestra está formado por un
campo CRC (= "Prueba de Redundancia Cíclica")), que sirve por
medio de la prueba de redundancia cíclica para la verificación de
la integridad de los datos desde el comienzo de la corriente de
datos, es decir, desde el campo SSD hasta el caso de fases del
campo de información de sincronización maestro. La suma de prueba
CRC es un número unívoco, que se genera aplicando un polinomio
sobre el patrón binario, que está contenido desde el campo SSD hasta
el campo de fases. El mismo polinomio se utiliza en la estación de
recepción del telegrama de datos, para generar otra suma de prueba.
Las dos sumas de prueba se comparan entonces para establecer si los
datos transmitidos están corrompidos o bien falsificados. A partir
de la representación de la figura 6 resulta que el final del campo
CRC posee un intervalo de tiempo constante con respecto al comienzo
(comienzo del campo SSD) del telegrama de datos maestro. Este
intervalo de tiempo constante es con preferencia aproximadamente dos
microsegundos y en el ejemplo de realización mostrado es 2,24
microsegundos.
Mientras que anteriormente en combinación con
las figuras 5 y 6 se ha explicado el ciclo de la comunicación o
bien la estructura del telegrama de datos maestro con más detalle, a
continuación se explica en detalle la operación para la
sincronización de los otros abonados o bien subordinados sobre el
abonado central o bien maestro. El subordinado recibe en este caso
un telegrama de datos maestro MDT, en el que se deduce, a partir de
este telegrama, por una parte, la información de sincronización y,
por otra parte, la información de control asignada al mismo, por
ejemplo en forma de valores objetivo para convertidores
electromecánicos (motores). La información de control asignada al
mismo es recibida por el subordinado a partir del telegrama de datos
maestro MDT leyendo la información inscrita en el lugar asignado al
mismo del telegrama de datos maestro MDT configurado como telegrama
de sumas. Puesto que el telegrama de datos maestro MDT presenta una
"Suma de prueba general" FCS, habitualmente al final del
telegrama, se verifica en primer lugar después de la recepción de
todo el telegrama de datos maestro MDT la validez de todo el
telegrama de datos. La información de control asignada al
subordinado está disponible, por lo tanto, ya después de la
recepción de todo el telegrama de datos maestro y después de la
verificación de su autenticidad. Especialmente en virtud de la
longitud no predefinida del telegrama de datos maestro (el campo de
datos "campo de datos" puede presentar un contenido variable
hasta una longitud de 1.500 bytes), no es exactamente previsible el
instante, en el que está disponible la información de control para
el subordinado. Otra cosa sucede con la información de
sincronización incrustada según la invención en el telegrama de
datos maestro. Esta información de sincronización no se pone a la
disposición del subordinado, como en el estado de la técnica, a
través de un telegrama de sincronización maestro MST propio, sino
que está integrado como subcampo MST en el campo de datos del
telegrama de datos maestro MDT. Puesto que la información de
sincronización incrustada está provista con una suma de prueba CRC
propia, de tal manera que una parte de la información de
sincronización está asegurada desde el comienzo hasta incluida la
información de sincronización (longitud total 28 bytes, ver la
figura 6), se puede evaluar la información de sincronización
inmediatamente después de la recepción del telegrama de datos
maestro hasta el final del subcampo MST del campo de datos del
telegrama de datos maestro MDT. Por lo tanto, no es necesario
recibir totalmente todo el telegrama de datos maestro y verificar
su autenticidad. Puesto que el final de la información de
sincronización, es decir, el final del subcampo MST, posee una
distancia constante o bien fija conocida con respecto al comienzo
del telegrama, que es especialmente independiente de la longitud
total del telegrama de datos maestro MDT, se conoce el instante, en
el que la información de sincronización está disponible en el
abonado subordinado. Puesto que de nuevo el comienzo del telegrama
de datos maestro MDT posee una referencia fija al instante de la
sincronización en el abonado central, se conoce el intervalo de
tiempo entre el instante de la sincronización en el maestro y el
final del subcampo de sincronización MST, es decir, el final del
campo CRC, con lo que se puede conseguir una sincronización estable
con intervalo de tiempo conocido. En particular, la sincronización,
que representa una condición previa para la activación de los
accionamientos o bien actuadores, se puede realizar antes o bien,
al menos parcialmente, en paralelo con la recepción de los valores
objetivo. En este caso, la supervisión o bien la verificación del
telegrama parcial con la información de sincronización se puede
realizar, por medio del campo CRC. De una manera esencialmente más
sencilla con respecto al gasto de cálculo y más rápidamente que la
verificación de todo el telegrama de datos maestro MDT utilizando la
suma de prueba FCS. Esto se debe a que los campos de datos del
telegrama parcial con la información de sincronización, es decir,
desde el comienzo del telegrama de datos maestro MDT hasta el campo
CRC del subcampo de sincronización MST, son conocidos o bien están
limitados a una selección de posibilidades relativamente reducidas
para la entrada de datos. La suma de prueba CRC se puede
determinar, por lo tanto, ya de antemano y la verificación del
telegrama parcial se puede realizar mediante comparación sencilla.
La suma de prueba CRC no se modifica tampoco en función del
contenido restante del telegrama. En oposición a ello, para la
verificación de la validez de todo el telegrama de datos maestro
MDT, la suma de prueba FCS de todo el telegrama solamente se puede
calcular de manera más costosa, puesto que ésta depende
esencialmente del contenido de datos (variable) transmitido,
especialmente con respecto al campo de datos.
La invención se ha descrito en detalle
anteriormente con la ayuda de formas de realización preferidas de la
misma. No obstante, está claro para un técnico que se pueden
realizar diferentes variaciones y modificaciones, sin desviarse de
la idea en la que se basa la invención.
Claims (29)
1. Procedimiento para la sincronización en un
sistema de comunicaciones, que presenta un abonado central (M) y al
menos otro abonado (S1, S2, S3), en el que al menos uno de los otros
abonados (S1, S2, S3) es sincronizado para la recepción de un
instante de activación sobre el abonado central (M), y en el que a
tal fin se transmite un telegrama de datos con información de
sincronización desde el abonado central (M) hacia el al menos otro
abonado (S1, S2, S3), caracterizado porque la información de
sincronización contenida en el telegrama de datos está asegurada
con una suma de prueba propia.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la suma de prueba
utilizada para asegurar la información de sincronización contenida
en el telegrama de datos es una prueba de redundancia cíclica
(CRC).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la suma de prueba
se forma desde el comienzo del telegrama de datos hasta la
información de sincronización incluida.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la evaluación de
la suma de prueba en el al menos otro abonado (S1, S2, S3) se
realiza a través de comparación de sumas de prueba previamente
registradas para entradas de telegramas de datos conocidos
anteriormente.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
telegrama de datos es un telegrama de datos maestro (MDT) y
presenta valores objetivo para acoplamientos de procesos activados
por el al menos otro abonado.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
información de sincronización está incrustada en el campo de datos
del telegrama de datos.
7. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizado porque la información de
sincronización forma un subcampo (MST) del campo de datos.
8. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7, caracterizado porque el subcampo (MST) con
la información de sincronización es la primera entrada del campo de
datos.
9. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el final del
subcampo (MST) con la información de sincronización posee un
intervalo de tiempo predeterminado con respecto al comienzo del
telegrama de datos.
10. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 9, caracterizado porque el intervalo de tiempo
predeterminado es 2,24 \mus.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque el intervalo de
tiempo predeterminado es independiente de la longitud total del
telegrama de datos.
12. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la suma de
prueba está dispuesta detrás del subcampo (MST) con la información
de sincronización.
13. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque la suma de
prueba está dispuesta directamente al final del subcampo (MST) con
la información de sincronización.
14. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 13 caracterizado porque el comienzo del
telegrama de datos posee una referencia fija con respecto al
instante de sincronización en el abonado central (M).
15. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 7 a 14, caracterizado porque el telegrama de
datos presenta los siguientes campos:
- -
- un campo de preámbulo;
- -
- un campo de direcciones de destino;
- -
- un campo de direcciones fuente;
- -
- un campo de tipos;
- -
- un campo de datos; y
- -
- un campo de suma de prueba
en el que el subcampo (MST) con la
información de sincronización está dispuesto al comienzo del campo
de datos, y en el que el cambo de sumas de prueba del telegrama de
datos presenta una suma de prueba sobre todo el telegrama de
datos.
\vskip1.000000\baselineskip
16. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 7 a 15, caracterizado porque el subcampo
(MST) con la información de sincronización presenta los campos
siguientes:
- -
- un campo de tipos;
- -
- un campo de fases; y
- -
- un campo de sumas de prueba
en el que el campo de sumas de
prueba del subcampo (MST) presenta una suma de prueba desde el
comienzo del telegrama de datos hasta el campo de
fases.
\vskip1.000000\baselineskip
17. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 7 a 18, caracterizado porque la información
de sincronización es evaluada también cuando el campo de sumas de
prueba del subcampo (MST) es válido y el campo de sumas de prueba
del telegrama de datos no es válido.
18. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el telegrama de
datos es un telegrama de accionamiento (AT).
19. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
telegrama de datos es un telegrama de Ethernet.
20. Sistema de comunicaciones, que presenta un
abonado central (M) y al menos otro abonado (S1, S2, S3), en el que
al menos uno de los otros abonados (S1, S2, S3) está sincronizado
para la recepción de un instante de activación sobre el abonado
central (M), y en el que a tal fin se transmite un telegrama de
datos con información de sincronización desde el abonado central
(M) hacia el al menos otro abonado (S1, S2, S3),
caracterizado porque la información de sincronización
contenida en el telegrama de datos está asegurada con una suma de
prueba propia.
21. Sistema de comunicaciones de acuerdo con la
reivindicación 20 para la utilización con un procedimiento de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 19.
22. Sistema de comunicaciones de acuerdo con la
reivindicación 20 ó 21, caracterizado porque el sistema de
comunicaciones es un sistema de comunicaciones distribuido para el
control descentralizado con una estructura maestro -
subordinado.
23. Sistema de comunicaciones de acuerdo con una
de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado porque el
sistema de comunicaciones está dispuesto en una estructura anular
y/o en una estructura de bus lineal y/o en una estructura de
estrella.
24. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 20 a 23 caracterizado porque el sistema de
comunicaciones se basa en física Ethernet.
25. Sistema de automatización con un sistema de
comunicaciones de acuerdo con una de las reivindicaciones 20 a 24,
en el que el sistema de automatización presenta una unidad de
control así como al menos una unidad de accionamiento o unidad de
entrada y salida, y en el que la unidad de control está conectada
con el abonado central y, respectivamente, una de las al menos una
unidad de accionamiento o unidad de entrada y salida con uno de los
al menos otro abonado.
26. Telegrama de datos para la sincronización
para la previsión de un instante de activación en un sistema de
comunicaciones, especialmente según una de las reivindicaciones 20 a
24, que presenta un abonado central (M) y al menos otro abonado
(S1, S2, S3), en el que al menos uno de los otros abonados (S1, S2,
S3) es sincronizado para la recepción de un instante de activación
sobre el abonado central (M), y en el que a tal fin se transmite
información de sincronización desde el abonado central (M) hacia el
al menos otro abonado (S1, S2, S3), caracterizado porque la
información de sincronización contenida en el telegrama de datos
está asegurada con una suma de prueba
propia.
propia.
27. Telegrama de datos de acuerdo con la
reivindicación 26, en el que todo el contenido del telegrama está
asegurado a través de una suma de prueba (FCS) y en el que una parte
del contenido del telegrama está asegurada por medio de otra suma
de prueba (CRC), caracterizado porque la parte del telegrama
de datos asegurada a través de la otra suma de prueba presenta
información de sincronización y porque la parte restante del
telegrama presenta datos de funcionamiento.
28. Telegrama de datos de acuerdo con la
reivindicación 27, caracterizado porque la suma de prueba
para asegurar todo el contenido del telegrama está dispuesta al
final del telegrama, y porque la otra suma de prueba está dispuesta
en una zona delantera del telegrama.
29. Telegrama de datos de acuerdo con una de las
reivindicaciones 27 ó 28, caracterizado porque los telegramas
son telegramas de Ethernet.
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