通信方法与流程

本发明涉及一种用于在可编程控制器(SPS，speicherprogrammierbaren Steuerung)与执行器控制器之间通信的方法，该执行器控制器被构造用于操作执行器，其中，SPS和执行器控制器借助第一导线和第二导线彼此电连接。在该方法中，第一数字信号经由第一导线并且第二数字信号经由第二导线从SPS传输到执行器控制器，其中，数字信号至少分别具有第一和第二状态。在此，借助第一数字信号的状态来规定执行器的运动方向，并且借助第二数字信号的状态改变来安排执行器在运动方向上的特别是递增的运动。

背景技术：

这样的用于在SPS与执行器控制器之间通信的方法基本上是已知的，其中，能够实现这样的方法的、SPS与执行器控制器之间的接口被称为脉冲串接口(Pulse-Train-Schnittstelle)或脉冲方向接口(Pulse-Direction-Interface)。通常在例如不具有现场总线接头的、低成本的执行器控制器中使用这样的接口。

借助SPS可以经由第一和第二导线来控制连接到执行器控制器的执行器，其中，执行器例如可以是电动机。为了控制电动机，借助第一数字信号来规定运动方向。第一数字信号在此可以被称为“方向信号”。第一数字信号的逻辑“1”例如可以引起电动机在顺时针方向上的旋转，并且逻辑“0”可以引起与顺时针方向相反的旋转。也就是说，如果期望电动机在顺时针方向上旋转，则来自于SPS的第一数字信号保持为逻辑“1”。

为了控制电动机的旋转速度，借助来自于SPS的第二数字信号(所谓的“脉冲信号”)将短的数字脉冲传输到执行器控制器。数字脉冲可以包括上升沿、然后是下降沿。对于接收的每个脉冲，执行器控制器可以促使电动机旋转。单个的脉冲例如可以对应于一转的千分之一。这意味着，在一千个脉冲之后电动机旋转了一转。如果利用第二数字信号将具有10kHz的频率的脉冲序列传输到执行器控制器，则这在提到的示例中导致电动机每秒十转(每分钟600转)的旋转速度。

也就是说，已知的用于在SPS与执行器控制器之间通信的方法用于，借助第一和第二导线将控制命令传输到执行器控制器。但是为了能够完全实现由SPS控制的执行器控制器的操作，必须在操作之前对执行器控制器进行配置。这通常这样实现，即，将配置系统(例如配置PC)借助分开的、也就是说另外的接口与执行器控制器连接，并且将配置数据、例如运行参数、放大因数、最大电机电流等传输到执行器控制器。为此，必须对配置系统配备与执行器控制器匹配的软件(配置工具)，其通常不同于为了配置SPS而使用的软件。

不利的是，为了进行配置，必须特别是手动地与执行器控制器建立数据连接，以便将配置数据传输到执行器控制器。这样的配置是麻烦的、费时的，由此是昂贵的。此外，当执行器控制器的配置数据稍后要改变时，必须重新建立连接，以进行配置。当执行器控制器设置在工业机器等中，由此很难进入时，这会是特别困难的。

当执行器控制器是具有小构造的低成本的执行器控制器，其例如不具有经由其能够在没有附加的连接的情况下传输配置数据的现场总线接头时，所提到的缺陷在此尤其会出现。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于在SPS与执行器控制器之间通信的方法，该方法使得能够以小的开销配置执行器控制器，并且该方法尤其可以在低成本的执行器控制器中应用。

上述技术问题通过根据本发明的方法，特别是通过借助第一数字信号的状态改变将配置数据从SPS传输到执行器控制器来解决。

通过本发明，脉冲方向接口除了传输用于运动控制的命令之外，附加地还用于将配置数据传输到执行器控制器。为此，本发明利用如下知识，即，第一数字信号的状态的改变不一定触发执行器的动作，由此给出通过第一数字信号的状态改变来传输配置数据的可能性。

配置数据的传输允许借助可编程控制器来配置或参数化执行器控制器。在此得到如下优点，即，执行器控制器不必具有用于接收配置数据的独立的接头。此外，可以省略用于配置执行器控制器的独立的配置工具。因此，SPS和执行器控制器可以利用同一配置工具来配置。SPS尤其可以是运动控制器(Motion Controller)，即用于运动控制的单元。

通过本发明，使得还能够将配置数据传输到低成本的执行器控制器，而无需直接访问执行器控制器。由此可以极大减小配置执行器控制器的开销，因为执行器控制器的配置由此可以与可编程控制器的配置一起进行。因此可以取消对执行器控制器的单独的配置。

从说明书和附图得到本发明的优选实施方式。

按照第一优选实施方式，配置数据被持续地存储在执行器控制器中。这意味着，将配置数据例如存储在执行器控制器的闪存中。由此可以多次访问配置数据，其中，在去除执行器控制器的供电的情况下也可以保持继续存储配置数据。

特别优选地，也借助第一数字信号的状态改变将配置数据从执行器控制器传输到SPS。通过这种方式能够实现SPS与执行器控制器之间的双向通信，由此例如也可以从SPS中读取执行器控制器的状态信息、警报和错误消息。为了进行双向通信，可以使用主-从操作(Master-Slave-Betrieb)，其中，SPS可以用作主机(Master)，而执行器控制器用作从机(Slave)。

按照另一个优选实施方式，仅在第二数字信号的状态不改变时，进行数据传输。也就是说，仅当不经由第二导线进行脉冲传输时，借助第一导线进行数据传输。在不经由第二导线进行脉冲传输时，不安排执行器运动，即执行器通常处于静止状态。通过这种方式可以避免将第一数字信号的状态改变错误地解释为针对执行器的不断改变的方向信号。

例如可以在接收到第二数字信号的最后的状态改变之后的预定时间段(例如50ms)之后，将执行器控制器切换到数据接收模式，在数据接收模式下，能够借助第一数字信号的状态改变来接收配置数据。一旦在第二导线上检测到第二数字信号的状态改变(由此安排执行器的运动)，就可以脱离数据接收模式并且回到运动控制模式，在运动控制模式下，第一数字信号规定执行器的运动方向。

替换地，配置数据的数据传输可以借助具有相同时钟部分(Gleichtaktanteil)的高频信号经由第一导线进行，从而可以借助高通滤波器将用于数据传输的频率与用于运动控制的信号分离。相同时钟部分可以是第一数字信号。通过这种方式，配置数据的传输也可以在运动控制期间进行。

按照另一个优选实施方式，数据传输仅通过第一导线进行。也就是说，可以借助单一电缆传输来传输配置数据。对于第一导线，例如可以使用第二导线作为参考电势。

特别优选数据传输借助半双工法进行并且特别是使用MODBUS协议。使用半双工法避免了在SPS和执行器控制器中设置双工器，由此配置数据的传输可以以简单且低成本的方式经由导线进行。对于配置数据的传输，例如可以使用已经存在的串行接口，例如SPS和执行器控制器的EIA-232或EIA-485接口。

优选SPS与网络连接并且能够实现网络与执行器控制器之间的数据传输。SPS由此可以作为执行器控制器的网关，由此可以经由网络到达执行器控制器。由此可以通过网络进行执行器控制器的配置或设置。

同样地，例如可以通过网络读取执行器控制器的当前状态。网络可以是公司内部的内联网或者还可以是互联网。由此还能够实现，将低成本的执行器控制器接入内联网或互联网。通过这种方式也可以将这样的低成本的执行器控制器集成到完全联网的生产过程中，如根据工业4.0的概念和“物联网(Internet Of Things)”(IOT)所设置的那样。

本发明还涉及一种具有用于第一导线和第二导线的接口的可编程控制器(SPS)，其中SPS被构造为

-第一数字信号经由第一导线并且第二数字信号经由第二导线传输，其中数字信号至少分别具有第一和第二状态，

-借助第一数字信号的一个状态来规定执行器的运动方向，和

-借助第二数字信号的状态改变来安排执行器在运动方向上的、特别是逐渐增加的运动。

按照本发明的可编程控制器的特征在于，其还被构造为，借助第一数字信号的状态改变进行配置数据从SPS至执行器控制器的数据传输。配置数据可以是持续地存储在执行器控制器中的数据。

在可编程控制器的一个优选实施方式中，接口至少包括两个第一导线和两个第二导线。也就是说，可以利用可编程控制器控制多个执行器控制器。接口例如可以包括四个第一导线和四个第二导线，由此SPS可以与四个执行器控制器连接。

优选设置复用器，借助其在第一导线的规定运动方向和数据传输之间进行切换。SPS例如可以具有包括单个串行接口的微控制器。同时，微控制器可以具有带有多个第一和第二导线的(脉冲方向)接口。借助复用器可以选择性地经由每个第一导线传输配置数据。由此可以利用复用器在运动控制命令的传输与配置数据的数据传输之间进行切换。

此外，本发明涉及一种具有用于第一导线和第二导线的接口的执行器控制器，其中执行器控制器被构造为，

-第一数字信号经由第一导线并且第二数字信号经由第二导线接收，其中数字信号至少分别具有第一和第二状态，

-借助第一数字信号的状态来规定执行器的运动方向，和

-借助第二数字信号的状态改变来进行执行器在所规定的运动方向上的、特别是逐渐增加的运动。

按照本发明的执行器控制器的特征在于，其还被构造为，

-借助第一数字信号的状态改变来接收配置数据，和

-特别是持续地存储配置数据。

在执行器控制器的一个优选实施方式中，设置滤波器单元，其被构造为，将用于执行器的运动方向的信号与所接收的配置数据彼此分离。

优选滤波器单元包括高通滤波器和/或复用器。配置数据的数据传输通常需要具有比基本上静态的、用于规定执行器的运动方向的数字信号更高的频率的信号。通过这种方式，借助高通滤波器可以将配置数据与用于运动控制的命令分离。替换地或附加地，可以设置复用器，当在第二导线上较长时间内没有接收到信号，即第二数字信号没有状态改变时，该复用器例如切换为接收配置数据。

替代滤波器单元还可以在第一导线中设置分支，借助其第一数字信号被传输到用于执行器控制器的运动控制的输入端以及执行器控制器的通信输入端。只要不存在第二数字信号的状态改变，通信输入端就可以是激活的(“致能的”)。如果通信输入端未激活，则其可以切换为高阻状态，从而用于运动控制的命令在第一导线上的传输不被干扰。为此目的，通信输入端可以按照三态技术(Tristate-Technologie)来实施。

同样可以在可编程控制器中设置相应的滤波器单元，以便能够在执行器控制器与可编程控制器之间实现双向通信。

按照一种实施方式，执行器控制器恰好仅包括一个数据接口，其适用于接收配置数据。也就是说，在该实施方式中，执行器控制器不包括另外的数据接口，特别是不包括现场总线接口或以太网接头。由此，可以仅借助第一导线将配置数据传输到执行器控制器。

关于按照本发明的方法的陈述，特别是在优点和优选实施方式方面的陈述，相应地也适用于按照本发明的SPS和按照本发明的执行器控制器。

此外，本发明涉及一种控制系统，包括可编程控制器和执行器控制器。该控制系统的特征在于，执行上述解释的类型的方法。

关于按照本发明的方法、按照本发明的可编程控制器和按照本发明的执行器控制器的叙述相应地适用于按照本发明的控制系统。

附图说明

下面参考附图对本发明作纯示例性地描述。附图中：

图1以示意图示出了按照本发明的具有可编程控制器和执行器控制器的控制系统；

图2示出了按照现有技术利用第一数字信号和第二数字信号的执行器的运动控制；和

图3以示意图示出了按照本发明的控制系统的配置的实施。

具体实施方式

图1示出了控制系统10，其包括被构造为可编程控制器(SPS)12的运动控制器和四个执行器控制器14。执行器控制器14被设计为用于控制电动机(未示出)，其中执行器控制器14分别与电动机耦合。

SPS 12包括第一微处理器16，其具有四个第一输出端18，用于电的第一数字信号S₁(图2)。第一微处理器16还包括四个第二输出端20，经由其可以输出电的第二数字信号S₂(图2)。

第一输出端18与复用器22连接。此外，复用器22借助数据导线26与第一微处理器16的第一串行接口24连接。数据导线26在复用器22的四个接头上与复用器22耦合。

复用器22被构造为，使得一个第一输出端18或数据导线26可以分别与四个第一导线28中的一个互连。第一导线28分别与执行器控制器14的第二微处理器30电连接。也就是说，每个执行器控制器14包括一个第二微处理器30，其借助一个第一导线28与SPS 12耦合。

第一导线28分别具有分支34，借助其还将第一数字信号S₁分别传输到第二微处理器30的第二串行接口36。

此外，第二微处理器30分别借助第二导线32与第一微处理器16的第二输出端20耦合。

为了对与执行器控制器14耦合的电动机执行运动控制，复用器22被切换为，使得第一输出端18与第一导线28电连接。SPS 12可以以这种方式独立地控制每个执行器控制器14。

为了例如借助加速斜面使连接到执行器控制器14的电动机加速，然后以恒定的转速运行，可以使用在图2中示出的第一和第二数字信号S₁、S₂。图2示出了信号S₁、S₂关于时间t的曲线。在此，绘出了第一数字信号S₁处于高电平(即逻辑“1”)，该高电平相应于第一状态。通过第一数字信号S₁的高电平指示执行器控制器14使电动机在顺时针方向上旋转。在第一数字信号S₁处于高电平期间，绘出了第二数字信号S₂重复地在短时间内从低电平(即逻辑“0”)到高电平，以便产生数字脉冲。在此，低电平相应于数字信号的第二状态。第二数字信号S₂每单位时间的脉冲数量给出了电动机的旋转速度v。如图2中所示的那样，首先第二数字信号S₂的每单位时间的脉冲数量上升，由此旋转速度v线性上升。然后，第二数字信号S₂的每单位时间的脉冲数量保持恒定，这导致恒定的旋转速度v。

如果不借助第二数字信号S₂传输脉冲，则电动机不发生旋转。在这样的状态下，复用器22被切换为，使得第一串行接口24与第一导线28中的一个耦合。然后，第一串行接口24可以将配置数据传输到第二串行接口36，由此传输到执行器控制器14中的一个。此外，执行器控制器14可以借助第二串行接口36将配置数据、状态消息等传输到第一串行接口24。

配置数据的这样的传输可以用于配置控制系统10，如其在图3中所示的那样。为了配置控制系统，配置PC 38例如可以借助现场总线接口40与SPS 12耦合。借助现场总线接口40，配置PC 38可以访问SPS 12的第一微处理器16和第一数据存储器42。第一数据存储器42可以集成在第一微处理器16中。

通过将配置数据从配置PC 38经由现场总线接口40传输到第一微处理器16和第一数据存储器42，可以对SPS 12进行配置。

此外，SPS 12用作执行器控制器14的网关，并且将配置数据从配置PC38借助第一导线28(如参考图1所解释的那样)传输到执行器控制器14。此外，SPS 12还可以将来自执行器控制器14的数据传输到配置PC 38。

传输到执行器控制器14的配置数据被持续地存储在执行器控制器14中的第二数据存储器44中并且在执行器控制器14运行时使用。第二数据存储器44可以是第二微处理器30(图1)的组件。配置数据例如可以是放大因数或调节因数以及切换时间等。

由于使用第一导线28来传输配置数据，执行器控制器14的配置可以借助配置PC 38进行，而不必在配置PC 38与执行器控制器14之间存在直接的物理连接。通过这种方式实现的“远程”配置由此减小了用于配置控制系统10的开销。

附图标记列表

10 控制系统

12 SPS

14 执行器控制器

16 第一微处理器

18 第一输出端

20 第二输出端

22 复用器

24 第一串行接口

26 数据导线

28 第一导线

30 第二微处理器

32 第二导线

34 分支

36 第二串行接口

38 配置PC

40 现场总线接口

42 第一数据存储器

44 第二数据存储器

S₁ 第一数字信号

S₂ 第二数字信号

v 旋转速度

t 时间