[发明专利]用于数字数据传输的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及在机床以及类似的电子系统中经由具有多个绞合导体对的数据电缆进行数字数据传输的方法和设备。

背景技术

对于在短距离上，即在数米或数厘米的距离上进行(快速)数字数据传输，导体常常以并行布置并且以不计其数的变型被使用。

例如，一种应用涉及在个人计算机(PC)的主板上的并行总线(数据传输路径)，多个子板能以并行方式连接到所述主板。这样的总线通常具有小于300mm的长度并且可具有超过100个的并行导体，例如为ISA总线、PC104总线、PCI总线，或者是无强制性标准的众多专有总线。

另一示例涉及在数米的距离上进行数据传输。在现有技术中将多芯屏蔽电缆用于在诸如PC和打印机的装置或测量装置之间的快速并行数据传输。典型示例为：PC并行端口、Centronics/IEEE-1284、IEEE-488/IEC-625仪器总线，或者是具有多芯带状电缆的所有工业控制系统。

这些并行数据传输操作的共同特征为传送部分和接收部分的高度复杂性以及对于传输电缆所需要的大量并行线路。并行导体的典型特征为它们对由电磁场、并行导体之间的串扰和传播时间差引起的故障的显著的易感性。就与数据总线宽度、地址范围和传输速率有关的扩展程度而言的不灵活性在某些情况下特别麻烦。

由于这些原因，串行数据传输被广泛使用。实际上，仅串行原理在经由无线电或光波的无线传输期间或者在经由电信线路的有线传输期间在许多应用中是有可能的。

诸如PCI-Express、以太网、EtherCAT、Powerlink、USB或者例如为Profibus、Device-Net或CANopen的工业现场总线的许多串行数据传输协议已在相应的应用领域中被确立并且在对应的标准中被公开。

串行数据传输简化并且降低了数字数据业务的成本。不同的编码和检查方法保证了安全和健壮的链路。某些编码方法，例如也包括下文提到的曼彻斯特编码方法从数据流中提取时钟信号的可能性解决了在任何期望的传输路径和距离上的传播时间问题。

总线订户的数量、数据宽度、地址范围、传输介质、传输距离和传输方向的高度灵活性被提供给这些方法中的许多。

但是，如果随机发生的事件必须在机器的任意子组件中(几乎)无时间延迟地被处理，则当在机床以及类似的电子系统中在短距离上使用串行数字数据传输操作时特定问题会出现。

尽管有已知用于周期性地使例如驱动轴的不同模块彼此同步的、例如EtherCat和Powerlink的解决方案，对于随机操作没有已知的可用方案。

欧洲专利说明书EP 1 749 609B1公开了在机床，特别是在放电加工机中的子组件的一致模块化。起始于中心通信节点，各模块经由类以太网的数据链路以星形配置连网并且还经由数据电缆被供应以高达50W电力的DC电压。电力例如根据以太网供电标准(或简称为PoE)被供应，其类似于IEEE 802.3af标准。

通信节点额外地具有根据IEEE 802.3的至少一个标准以太网数据链路，其允许到外部世界的任何期望的长距离链路。

这样的机床最终不再需要电气柜并且能够在任何时间被扩展或修改。远程诊断、配置和软件更新能够经由因特网方便地被执行。模块被直接安装于它们在机床中的作用位置以便保持在传送电力时产生的损失尽可能小。

在EP 1 749 609B1中提出了用于数据处理和数据传输的三个优先级作为用于配置内部的类以太网的链路LINK的进一步的信息：

最高优先级：仅在模块内部的并行处理，

第二优先级：在模块之间，经由网络节点并且优选地为并行数据处理，

第三优先级：在模块与网络节点之间以及到外部的上级系统优选顺序的数据处理。

如在一开始所提到的那样，对于实时应用还另外公开了诸如EtherCAT、Powerlink、Profinet和Modbus TCP/IP的以太网衍生。这些衍生涉及在传送方法中的特定预防措施以便保证最大可允许的滞后时间以得到确定性(可预测)的行为。为了这个目的，根据IEEE 1588的时间戳附随地在数据包中被传送，例如以便允许多个总线订户的精确的时间同步。

但是，所有这些已知的解决方案具有以下的共同缺点：它们不能立即对时间上随机的操作作出反应。数据包的传输必须总是被发起或等待以便传送信息项，并且在每种情况下事件必须也与本地时钟速率同步。