使在多個單元上進行的過程同步的裝置及方法
2023-06-21 15:26:41
專利名稱：使在多個單元上進行的過程同步的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種過程的同步裝置及方法，這些過程是由分開的處理器執行的並且與一個中心單元的系統時鐘相協調。該裝置或方法可應用於一種紙處理機器的各個部件上的封閉過程。
背景技術：
通常由一些裝置或方法公知了通過一個總線發送一個專用協議，通過該協議使不同的處理器與導控系統同步，這種系統在時間上加載處理器及以專用硬體為前提。
尤其是，由EP 0 747 216 B1提出被供給角度位置信號的不同單元必需藉助兩個總線系統連接。其中每個單元藉助總線系統接續地得到當前的角度值及藉助另一總線系統得到用於待進行的開關過程的信息。應釋放開關過程時的角度給定值被存儲在相應單元的一個存儲器中。
發明內容
從該現有技術出發，根據本發明的裝置及其方法的任務在於採取簡單的措施使多個過程同步。
該任務將通過權利要求1及10中特徵部分的特徵來解決。本發明的進一步構型通過從屬權利要求2-9及11-18來得到。
根據本發明的裝置的出發點是，由一個中心單元來承擔各個位於外圍的各個其它單元的協調。在此情況下，中心單元具有的任務是，使所有在外圍單元上運行的過程同步。為此，中心產生的系統時針脈衝通過區域總線、例如CAN總線上的自由導線傳送給參與過程的所有單元。為了減小系統時針脈衝的易受幹擾性，或避免該時鐘脈衝信號對其它信號導線的串擾，該系統時針脈衝的頻率被選擇得相對低。由此該時鐘信號可在一個頻率範圍中變動，這樣使時鐘信號在長距離上的分配成為可能。此外可以使輸入的系統時鐘脈衝通過適當的濾波措施去幹擾。
通常需要，外圍單元中的過程必需比系統時鐘脈衝有更快的節奏。因此，在根據本發明的裝置中提出，在外圍單元中輸入的系統時鐘脈衝根據要求被乘法運算。這樣產生的所謂模塊時鐘脈衝(Modultakt)具有所需要的解析度，或能以有利的方式調節到所需的解析度。因此，在外圍單元上總是具有相應過程所需的時鐘脈衝。
根據本發明的裝置設有一個組合在外圍單元中的脈衝發送器，它通過系統時鐘脈衝同步。在相應的通過系統時鐘脈衝同步的間隔之間脈衝發送器釋放脈衝(freilaufen)。為了在外圍單元上保持模塊時鐘脈衝的頻率穩定，根據本發明的一個變型提出，藉助石英振蕩器(Quarz)來穩定該頻率。根據由石英穩頻質量給出的估算飄移量，可確定同步間隔的時間距離。
產生局部模件時鐘脈衝帶來了優點，即當中心單元中產生的系統時鐘脈衝丟失時，將不存在過程失控地運行及由於獨立運行的過程不再能協調而引起事故的危險。對此的方案是，通過外圍單元中的處理器來識別系統時鐘脈衝的丟失，該處理器藉助局部模件時鐘頻率來控制過程，直至下降到停止狀態。在系統時鐘脈衝的丟失及受控的過程降停之間所需的時間間隔很短，以致上述的模塊時鐘脈衝對系統時鐘脈衝的偏移不會引起任何有影響的問題。這就是說，在各種外圍單元上運行及通過系統時鐘脈衝彼此同步的所有過程將通過「現場」產生的模塊時鐘脈衝控制到停機。
根據本發明的方法還建議，以均勻的間隔、例如在每第一百系統時鐘脈衝後設置一個所謂的同步間隔。通過該過程向外圍單元發送一個報時信號37，它將外圍單元校正到絕對時間上。在同步間隔時所有的外圍單元得到一個所謂的時間印記，用於校正到絕對時間上。通過該信息的分配每個外圍單元可將其過程與運行的機器協調，即通過校正措施可以使運行的過程保持同步，或使將開始的過程在正確的時刻上或在機器的正確角度位置上被啟動。
此外，所有外圍單元藉助譬如CAN總線系統得到以下的、與控制一種紙處理機器有關的值及這些值的檢測時間點轉速v(t)加速度a(t)當前角度位置φ(t)及必要時發送器的其它值，例如一個推紙器的紙到達信號。
通過同時地發送各個值的檢測時刻，可以使外圍單元在兩個發送的值之間的任何時刻藉助外推法來計算傳送的值。這就是由於值發送的延時將產生一個問題，即當接收到值時，該值不再是實時的。通過根據本發明的裝置及方法可得到一個優點；值的發送持續多長時間變得不再重要，因為總能求得實時值。
一個附加的優點在於，可通過上述的外推法來精確地計算兩個發送的值之間的一個啟動過程的開始時刻。例如，外圍單元通過值的發送得到機器的實時角度位置譬如為φ＝270°，速度為v＝8000轉/小時，加速度為a＝0。用戶在一個角度位置φ＝278°時將發起一個事件，例如開始一個過程。藉助接收到的值，用戶可以計算直到機器達到角度位置φ＝278°時的時間。藉助自己的時基或模塊時鐘脈衝在接收到最新的系統時鐘脈衝時即可與其同步，可以起動待發起的事件，而對此不需要中心單元進行時間同步指令。這種與角度相關的事件可由每個外圍單元引起，而不需要為此直接與一個中心增量發送器用導線連接。這一方面節省了接線成本及另一方面起到幹擾敏感性小的作用。
如果出於某個原因，在系統時鐘脈衝的時刻上總不能讀入電動機的實際值，則它可在任何時刻被讀入。然後通過外推法使該實際值回溯到那時刻或向前計算到已出現或將出現系統時鐘脈衝的時刻。
對於與主驅動分開的附加驅動的同步控制，根據本發明的方法提出以下變型方案該附加驅動設有自己的給定值發生器。該給定值發生器計算用於附加驅動的給定值。根據附加驅動的動態要求來確定採樣周期，在該周期中讀入附加驅動的實際值及藉助各種調節算法預給定新的給定值。主驅動的實際值在離散的時間點上被發送(出於總線負荷的原因)，但其頻率低於附加驅動的採樣周期。通過一起發送主驅動實際值的檢測時間點，可在附加驅動上在任何時刻計算地(內插法/外推法)求得主驅動實際值的今後變化。
根據本發明裝置或方法的一個附加應用在於，各個彼此同步運行的電動機不是根據主驅動的實際值、而是根據中心預定指令來調節。這就是說，由中心單元對所有參與過程的驅動單元預給定指令。如果驅動單元在轉速比值上為二分之一轉速、三分之一轉速或兩倍轉速，在外圍單元中的給定值發生器負責產生相應適配的給定值。現在所有的電動機調節器將根據相同的算法工作及總是在精確的同一時刻讀入電動機的實際值。該時刻相應於系統時鐘脈衝。由此可以作到使所有電動機在一個虛擬電子軸上進行調節。
以下將藉助一個實施例來詳細描述本發明。附圖為圖1不同的處理器相耦合的一個框圖；圖2一個乘法單元的框圖；圖3a系統時鐘脈衝的一個時間波形圖；圖3b一個計數過程時間波形圖；圖3c細解析度的模塊時鐘脈衝的一個時間波形圖；圖3d細解析度的模塊時鐘脈衝的一個時間波形圖；圖3e細解析度的模塊時鐘脈衝的一個時間波形圖；圖4系統時鐘脈衝變化過程的一個時間波形圖；圖5帶有附加電動機控制的圖1的框圖。
具體實施例方式
圖1表示兩個處理器1a，b的耦合。處理器1a，b與一個接口2a，b及連接在接口上的輸入/輸出插件3a，b以及電動機控制插件4a，b一起分別代表一個單元5a，b。各個局部部件、如處理器1a及接口2a或1b及2b藉助於VME總線系統6相互連接。此外在接口2a上具有一個系統時鐘部分7。該系統時鐘部分7藉助自由導線9、如CAN總線系統10繼續連接到位於外圍的輸入/輸出插件3a及電動機控制插件4a。在此，輸入/輸出插件3a的數量或者電動機控制插件4a的數量是不重要的。通過附加的作為配置給CAN總線系統10的自由導線的導線9，該系統時鐘脈衝被繼續傳送到單元5b的接口2b。在接口2b上具有一個系統時鐘脈衝處理部分8，它譬如包括一個濾波器或一個放大器。系統時鐘部分7也藉助導線9從接口2b導通到屬於單元5b的輸入/輸出插件3b以及電動機控制插件4b。也被稱為用戶的輸入/輸出插件3b以及電動機控制插件4b可被擴展到其應用未定義的用戶16a，b。並且，每個單元5a，b的接口2a，b的數目可大於在該實施例中所示的數目。系統時鐘部分7還被通過局部的VME總線系統6a，b提供給局部的屬於單元5a，b的所有部件1a，b或2a，b供使用。通過導線9d可將其它的單元5n連接到系統時鐘部分7上。
在輸入/輸出插件3a，b以及電動機控制插件4a，b上將執行所需的時間解析度比系統時鐘7所提供的解析度更細的任務。因此，這些插件3a，b，4a，b中需要附加的乘法單元11。乘法單元11具有的任務是根據必要的情況使解析度受到乘法運算。這例如可藉助圖2所示的實施形式來實現。
圖2表示一個乘法單元11的框圖，正如在各個輸入/輸出插件3a，b及電動機控制插件4a，b上所具有的乘法單元那樣。在一個頻率發生器12中產生出譬如頻率為1MHz的時鐘脈衝。為了穩頻為其配置了一個石英振蕩器13。在頻率發生器12上連接有一個計數器14。藉助系統時鐘脈衝7使計數器14開始計數或復位。系統時鐘脈衝7例如具有1KHz的脈衝頻率，該計數器在系統時鐘脈衝7的一個周期內從0至999地計數及持續重複該過程。確切地說，頻率發生器12的脈衝對於它們與系統時鐘脈衝7同步的情況可以說是被接通的。如果在頻率發生器12的脈衝與系統時鐘脈衝7之間不具有精確的同步，則可導致1000個脈衝的最後一個或變得較短，如果計數器14提早復位，或它變得較長，因為計數器14在999時停止其計數過程。在一個輸出端上為輸入/輸出插件3a，b以及電動機控制插件4a，b提供同步化的模塊時鐘脈衝15。
在圖3a至3e中表示出多個波形圖，它們分別表示系統時鐘脈衝7(圖3a)，計數器14的斜坡函數(圖3b)及模塊時鐘脈衝15的細緻解析度(圖3c，d，e)。圖3a所示的波形圖表示系統時鐘脈衝7，而在圖3b所示的波形圖中，計數器14的斜坡函數總是開始於系統時鐘脈衝7的下降沿30。如以上所述，計數器14在一個周期內從0-999地計數，該周期位於系統時鐘脈衝7的下降沿30之間。斜坡函數33，34，35表示不同的特性，它可通過圖3c，d，e所示的波形圖來解釋。在圖3c中可看出，最後一個計數脈衝999比前面的脈衝窄些。由此可看到，模塊時鐘脈衝15的頻率比系統時鐘脈衝7的一千倍稍微慢些。然後通過系統時鐘脈衝7對第999個脈衝進行校正，由此實現同步。
圖3d所示的波形圖表示模塊時鐘脈衝15比系統時鐘脈衝7的一千倍稍微快些的情況。計數器14的計數狀態在999時不再增加，使最後計數脈衝(999)一直保持，直到通過系統時鐘脈衝7的下降沿30使計數器復位為止。由此同樣進行了校正或同步。圖3e所示的波形圖表示另一變型。在達到計數狀態999後計數器沒有被系統時鐘脈衝7復位，例如由於失去該系統時鐘脈衝，而是根據超過一個預定時間窗36來復位計數器。該時間窗36在確定的計數狀態(例如990)時開始，而在譬如達到計數狀態999後10μs時結束。因此模塊時鐘脈衝15的強制復位同時引起了由模塊時鐘脈衝15控制的過程從系統時鐘脈衝第一次消失開始被控制地進入靜止狀態。
時間窗36還同時起到濾波的作用。例如可藉助於「與」門來實現時間窗36及系統時鐘脈衝7的邏輯聯繫，由此系統時鐘脈衝7的接通(Durchschalten)僅在時間窗36中才有可能。在時間窗36的外部，作用在系統時鐘脈衝7的導線上的幹擾信號可被忽略。
圖4表示系統時鐘脈衝7一個區段的變化過程的時間波形圖。系統時鐘脈衝7的時鐘頻率例如為1kHz及具有不相等的佔空比。在下降沿30後譬如再在50μs後出現上升沿31。由此得到其優點，即用戶2b，3ab，4ab例如在下降沿30後可開始譬如550μs的測量周期32，這在通常情況下處於系統時鐘脈衝7的高位。隨著開始的測量周期32用戶2b，3ab，4ab將其注意力集中在識別何時出現下個系統時鐘脈衝7。每100ms，即在每第100系統時鐘脈衝7後進行一次所謂的報時37。該報時脈衝37可被這樣地識別，即在下降沿30後550μs不出現系統時鐘脈衝的高狀態。因此用戶2b，3ab，4ab識別出，在此情況下涉及報時脈衝37的預告。通過報時脈衝37每個用戶2b，3ab，4ab得到關於從開機以來過去的時間(絕對時間)的精確報告。其優點在於，追加開通的用戶、即在機器已運轉時開通的用戶總是可以得知機器的絕對時間。然後每個用戶2b，3ab，4ab可執行一個涉及絕對時間的事件，而無需從中心單元5a得到指令。
圖5表示用於控制兩個電動機的框圖。圖5對圖1進行了如下的擴展對電動機控制插件4a，b各附加了一個電動機20a，b及一個增量發送器21a，b。此外對接口2a附加了一個輸入裝置22，用於由機器操作者進行輸入。電動機20a例如是一個主電動機，它負責一個印刷機滾筒的轉動。該電動機20a被如下地被控制機器的操作者藉助輸入裝置22輸入一個轉速的值。該值通過CAN總線系統10輸送給電動機控制插件4a，後者由此求得及調節用於電動機20a的控制值(電流給定值)。在電動機20a上接有一個增量發送器21a，它或者直接裝在電動機20a的軸上或裝在由電動機驅動的傳動裝置或齒輪系的合適位置上。增量發送器21a的脈衝將由電動機控制插件4a讀出。讀出過程總是在系統時鐘脈衝7的時間點上進行。由這些脈衝將在電動機控制插件4a中計算電動機20a的轉速、加速度及角度位置。這些計算出的值一方面用於電動機20a的調節，另一方面這些值總是與測量時間點一起傳送給所有另外的用戶3a，b，4b。通過一起傳送的測量時間點將使得以下情況變得無關緊要數據是否被快速傳送，數據是否在一個確定時刻被傳送或所有用戶是否同時傳送地得到這些數據。
電動機控制插件4b也得到這些值，該插件例如通過處理器2b得到任務與電動機20a同步地驅動電動機20b。該任務將在電動機控制插件4b中被一個所謂的指令解碼器轉換。電動機控制插件4b現在以均勻的間隔得到被傳送的電動機20a的轉速、加速度及角度位置值。現在，根據這些值計算出用於本身的電動機20b的給定值。
具有測量時間點相應數據的電動機20a的轉速、加速度及角度位置值的兩次傳送之間的時間間隔對於兩個電動機20a，b的同步有可能過大，因此在中間時間中可進行內插運算。該內插在電動機控制插件4b中進行及藉助這些內插值來計算電動機20b的給定值。
此外，在電動機控制插件4b上具有產生根據圖2的模塊時鐘脈衝15的乘法單元11。模塊時鐘脈衝15解析度的大小被這樣地確定，即在電動機控制插件4b上運行的操作(電動機20a曲線的內插，增量發送器21b脈衝的讀入，由增量發送器21b的脈衝計算電動機20b的實際值，計算電動機21b的新的給定值，等)均在時間上最佳地被考慮。
權利要求
1.使在多個單元上進行的過程同步的裝置，其中一個中心單元與其它單元通過一個區域總線(Feld-Bus)相連接，其特徵在於中心單元具有一個用於產生系統時鐘脈衝的裝置；設置了區域總線的自由導線，用於分配系統時鐘脈衝到其它單元上；及在其它單元上設有用於對系統時鐘脈衝進行乘法運算的裝置。
2.根據權利要求1的裝置，其特徵在於藉助系統時鐘脈衝可檢測機器的轉速n，加速度a，角度位置φ及必要時的其它值。
3.根據權利要求2的裝置，其特徵在於被檢測的值如機器的轉速n，加速度a，角度位置φ及必要時的其它值可藉助總線系統傳送到其它單元。
4.根據權利要求1的裝置，其特徵在於乘法單元具有一個濾波裝置。
5.根據權利要求1的裝置，其特徵在於乘法單元具有一個用於識別絕對時間報時信息的裝置。
6.根據權利要求1的裝置，其特徵在於乘法單元具有一個石英穩頻的頻率發生器。
7.根據權利要求2的裝置，其特徵在於乘法單元產生一個模塊時鐘脈衝，用於其它單元中進行的過程。
8.根據權利要求3的裝置，其特徵在於根據其它單元中進行的過程可對模塊時鐘脈衝進行調節。
9.根據權利要求1的裝置，其特徵在於用於分配系統時鐘脈衝的總線系統是一個局部總線系統。
10.使在一個中心單元以及在其它單元上進行的過程同步的方法，具有在中心單元產生的系統時鐘脈衝及在其它單元上產生的模塊時鐘脈衝，其特徵在於在中心單元產生的系統時鐘脈衝用於在其它單元上產生的模塊時鐘脈衝的同步。
11.根據權利要求10的方法，其特徵在於其它單元的同步以均勻的間隔在絕對時間上進行。
12.根據權利要求10的方法，其特徵在於在參與的單元中具有的模件時鐘頻率用於那裡發生的過程。
13.根據權利要求10的方法，其特徵在於當系統時鐘脈衝失去時，由其它參與單元引導的過程通過模塊時鐘脈衝控制地向下進行。
14.根據權利要求10的方法，其特徵在於模塊時鐘脈衝的頻率根據在那裡運行的操作被調節。
15.根據權利要求10的方法，其特徵在於各個值、如機器的轉速n，加速度a，角度位置φ及必要時的其它值被同時藉助系統時鐘脈衝檢測。
16.根據權利要求10的方法，其特徵在於各個值、如機器的轉速n，加速度a，角度位置φ及必要時的其它值與檢測時間點一起繼續傳送給其它單元。
17.根據權利要求10的方法，其特徵在於在通過中心單元傳送後直到傳送下次當前值的持續時間中，藉助參與單元中的計算組件來求得各個值、如機器的轉速n，加速度a，角度位置φ及必要時的其它值。
18.根據權利要求10的方法，其特徵在於在確定數目的被分配的系統時鐘脈衝後，由中心計算單元向參與的計算單元傳送絕對時間。
全文摘要
本發明涉及一種使在多個單元上進行的過程同步的裝置及方法。本發明的任務在於,採取簡單的措施使多個過程同步。該任務的解決在於,中心產生的系統時鐘脈衝藉助區域總線分配給所有參與過程的單元,及在參與過程的單元上設有用於對系統時鐘脈衝進行乘法運算的裝置。
文檔編號G04G7/00GK1356208SQ01139738
公開日2002年7月3日 申請日期2001年11月27日 優先權日2000年11月29日
發明者凱·阿爾布雷希特, 烏爾裡希·格林, 託馬斯·胡斯特爾, 賴因哈德·揚策, 赫爾穆特·邁爾, 格奧爾格·勒斯勒爾, 安德烈亞斯·華格納 申請人:海德堡印刷機械股份公司