[发明专利]用于在以自动方式受控的设施中发送过程数据的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在自动受控设施中发送过程数据的方法以及被设计成根据该方法接收过程数据的相应的过程数据接收器。

背景技术

WO 2004/097539 A1描述了用于控制在其中需要故障安全操作以避免对人造成风险的安全关键过程的方法和装置。具体地，其包括对以自动方式操作的设施的监视和控制，该设施的操作对人造成受伤的风险。该类型的设施通常由防护栏、防护门、挡光器、光栅、应急开关和其他安全传感器保护。一旦防护门打开，挡光器被中断或者应急开关致动，则该设施必须以不同的方式被停止或被转变至安全条件。这通常由以限定的循环时间间隔评估防护门、光栅、应急开关等的状态信号的故障安全设计的控制器并通过根据状态信号触发被布置在到该设施的电驱动的电源路径中的安全相关的致动器(诸如接触器)来实现。

传感器和致动器通常物理上远离控制器。在具有很多传感器和致动器的大规模的设施中，通过总线系统将控制器连接至传感器和致动器是适当的。总线系统使得能够交换表示传感器和致动器的状态以及控制器的控制命令的数字数据。在下面通常将这些数据称作过程数据。另外，过程数据可以包括对于设施的操作重要的诊断信息和/或配置信息。

上面提到的WO 2004/097539 A1描述了方法和相应的装置，其中，多个I/O单元通过总线系统将过程数据发送至控制单元。控制单元生成可变的关键字，I/O单元使用可变的关键字对要发送的过程数据进行编码。即使例如由于防护门的状态未改变而过程数据由此长时间保持不变，但是由于变化的编码，发送数据也发生变化。使用可变的关键字创建限定的动态行为，使得控制器能够为了故障安全操作而检查I/O单元。该方法和相应的装置在实际操作中经证实是成功的。然而，期望在以自动方式控制的设施中进一步优化过程数据的发送。具体地，期望增大数据传输速度，以通过简单且经济实现的总线系统，以最短可能的时间间隔发送尽可能多的过程数据。

WO 2006/069691 A1描述了具有物理上分布的站的另外的控制系统，在站与站之间以循环的时间间隔发送过程数据。第一站产生具有多个数据字段的数据帧。由一系列另外的站以斗链式方式发送数据帧。每个另外的站将过程数据写入数据帧，并且当由所有站填充的数据帧再次由一系列站发送返回至第一站时，读取来自其他站的过程数据。该方法可以在单个通信周期内实现控制系统的任何站之间的交叉通信。

上面提到的两个文档描述了用于以OSI参考模型的较高协议层在自动受控设施中发送过程数据的方法。为了使其更精确，该方法包括根据其进行通信的规则。使用其发送过程数据的电信号或光信号对于提出的方法具有次级重要性。具体地，对于提出的方法而言，无关的是：是否使用分离数据和时钟线发送过程数据或者是否将过程数据和发送时钟组合在一个信号中。时钟信号确定发送速度，并且为了使发送线的数量最小化，期望组合在一个信号中。

在现有技术中已经存在可以将时钟信号和数据组合在一个公共信号中的方法。这些方法通常在数据接收器侧需要PLL。该PLL(锁相环)是生成将其自身与外部馈送的信号同步的时钟信号的控制电路。因此，可以使用PLL根据数据流生成时钟信号，那么所述时钟信号使数据流的各数据符号能够清楚的重建。不幸地，如果要实现大量的相对简单且经济的过程数据接收器，则PLL相当复杂和昂贵。

可替代地，存在用于使用过采样根据串行数据流重建数据符号的可能性。在这种情况下，数据接收器必须以时钟频率对所接收的数据流进行处理，该时钟频率基本上高于数据流本身的符号速率。如果数据流的符号速率以及相应的数据传输速度想要较高，则这是有问题的，这是因为则在接收器侧需要很快且相应地昂贵的电路。因此，通常仅对于相对慢的数据传输(诸如在1960年代的已知的RS-232数据传输中)使用过采样。例如，在标注有美国加利福尼亚州森尼维耳市(Sunnyvale)的最大集成产品(Maxim Integrated Products)的数字2141的应用中描述了在RS-232数据传输中的过采样。

发明内容

在这个背景下，本发明的一个目的是提供在自动受控设施中发送过程数据的方法，该方法能够非常经济的实现并具有较高的数据传输速度。由于所期望的用途，该新颖的方法特别旨在能够以周期性循环时间间隔串行发送大量的过程数据。另一个目的是提供经济的过程数据接收器，该过程数据接收器适于在自动受控设施中接收周期性循环的过程数据。

根据发明的第一方面，该目标由用于在自动受控设施中发送过程数据的方法来实现，该方法包括下面的步骤：