DE19517437C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Übertragen inkrementaler Winkel- oder Weginformationen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Über­ tragen inkrementaler Winkel- oder Weginformationen ge­ mäß den Gattungsmerkmalen des Patentanspruchs 1.

In der Antriebstechnik dient die Erfassung von Winkel- oder Weginformationen zur Ist-Wert-Rückführung von Drehzahl- oder Lageregelungen. Die Verwendung von In­ krementalgebern, insbesondere von Impulsdrehgebern, ist hierzu allgemein üblich. Weite Verbreitung in der An­ triebstechnik haben solche Inkrementalgeber, die bei Verdrehung zwei relativ zueinander phasenverschobene Impulsfolgen A und B erzeugen, wobei die Phasenver­ schiebung in der Regel 90° der Impulslänge beträgt. Die Summe der Anzahl der jeweils abgegebenen Impulse ist ein Maß für den zurückgelegten Weg oder Winkel. Aus der Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit oder aus der Zeit vom Auftreten eines Impulses bis zum nächsten Impuls kann die momentane Dreh- oder Weggeschwindigkeit abgeleitet werden. Der Phasenversatz der zweikanaligen Impulsfol­ gen A und B, also der Phasenversatz in den beiden ent­ sprechenden Kanälen A und B ermöglicht die Rechts-/ Linkslauferkennung. In einem dritten Kanal erzeugen solche Inkrementalgeber einen Nullimpuls als Referenz­ bezug für die Bildung einer absoluten Winkel- oder La­ geinformation. Die Informationen der drei Kanäle A, B und N des Inkrementalgebers müssen von dem jeweiligen Einsatzort des Inkrementalgebers bis zu einem Auswert- oder Regelgerät übertragen werden, wobei die Übertra­ gungsentfernung im allgemeinen Maschinen- und Anlagen­ bau meistens in der Größenordnung von 5 m bis 200 m liegt.

Zur Bewältigung dieser Distanzen ist aus der DE 39 37 572 C2 eine Einrichtung zur Übertragung von als Impuls­ folgen erzeugter Informationssignale bekannt, die nach dem Verfahren der Gattungsmerkmale des Anspruchs 1 ar­ beitet. Die Kodierung der Pulsfolge erfolgt durch eine Impulsformung, ohne die einzelnen Pulse zur Übertragung zusätzlicher Informationen aufzuteilen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, das eine zusätzliche Signalübertragung zur Leitungskontrolle vorsieht.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Für die Erfindung ist die Überwachung des Stopbits auf der Empfängerseite zur Feststellung eines Bruchs der zwischen dem Inkrementalgeber und dem Empfänger ange­ ordneten Signalleitung wesentlich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 die zeitlichen Signalverläufe eines Inkre­ mentalgebers, der ihm nachgeschalteten Flanken- und Richtungsauswertung sowie des kodierten Übertragungssignals;

Fig. 2 die kodierte Impulsform des zu übertragen­ den Signals und

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine Schal­ tungsanordnung zur kodierten Signalüber­ tragung.

Im einzelnen erkennt man in Fig. 1 die Signalverläufe in den drei Kanälen eines Inkrementalgebers, wie eines Impulsdrehgebers, der bei Verdrehung zwei um 90° der Impulslänge versetzte Impulsfolgen A und B erzeugt. Durch eine Einrichtung zur Flankenauswertung werden die Impulsfolgen in den Kanälen A und B des Inkrementalge­ bers in ein einkanaliges Inkrementsignal P gewandelt. Es genügt jedoch nicht, nur dieses Inkrementsignal P zu übertragen, denn hierbei würden die Informationen hin­ sichtlich Bewegungsrichtung und Nullage oder Referenz­ lage verloren gehen. Deshalb wird durch Kodierung des Inkrementpulses P darin noch zusätzlich die Richtungs- und Nullageinformation untergebracht und das kodierte Übertragungssignal CP erzeugt, welches einkanalig ist.

Fig. 2 gibt eine kodierte Impulsfolge wieder. Der In­ krementpuls ist in vier Abschnitte aufgeteilt, wobei der erste Abschnitt den Beginn eines Inkrementsignals in Gestalt eines Startbit kennzeichnet. Im zweiten Ab­ schnitt wird das Signal für die Bewegungsrichtung R/L und im dritten Abschnitt die Nullpunktinformation N ge­ bildet. Ein Stopbit kennzeichnet den Schluß des Inkre­ mentsignals, und dieses Stopbit wird solange erzeugt, bis ein Startbit den Beginn des nächsten Inkrementpul­ ses anzeigt. So kann bei Auswertung des Stopbits auf der Empfängerseite eine Unterscheidung zwischen Bewe­ gungsstillstand und Leiterbruch vorgenommen werden.

Handelsübliche Inkrementalgeber arbeiten mit einer Ma­ ximalfrequenz von ca. 300 kHz, weswegen durch die er­ wähnte Flankenauswertung ein Signal P mit der vier­ fachen Frequenz entsteht. Um die vier Abschnitte des kodierten Inkrementsignals CP mit der Frequenz von 1,2 MHz übertragen zu können, ist eine Übertragungsrate von ca. 3 MBaud erforderlich. Für diese Übertragungsrat lassen sich handelsübliche Lichtleitersysteme vorteil­ haft einsetzen. Die Zeitdauer der Übertragung einer Winkel- oder Weginformation bei 3 MBaud beträgt weniger als 1,5 µs und ist damit antriebstechnisch vernachläs­ sigbar.

Fig. 3 zeigt ein komplettes Übertragungssystem mit ent­ sprechenden Wandlerelementen für die Kodierung und De­ kodierung des zu übertragenden Signals. Die Impulsfol­ gen in den Kanälen A, B und N eines Inkrementalgebers 1 werden in einer Einrichtung 2 für eine Flanken- und Richtungsauswertung in die Signale Inkrementpuls P, Richtungssignal R/L und Nullpunktpuls N gewandelt. Mit­ tels einer Kodiereinheit 3 wird das einkanalige Signal CP erzeugt und einem Sender 4 zugeführt, der einen elek­ trisch/optischen Wandler aufweist. Die Übertragungsdi­ stanz wird durch eine Signalleitung 5 in Gestalt eines Lichtleiters überbrückt, der einen optisch/elektrischen Wandler in einem Empfänger 6 ansteuert. Das empfangene Signal CP* wird durch eine Dekodiervorrichtung 7 wieder in die Signale Inkrementpuls P*, Richtungssignal R/L* und Nullpunktpuls N* zerlegt. Diese Signale können in dem vorhandenen Antriebsregler unmittelbar weiterverar­ beitet werden, es lassen sich aber auch durch eine Re­ generierungseinrichtung 8 die ursprünglichen Inkremen­ talgebersignale als Abbild A*, B* und N* erzeugen. Zu­ sätzlich ist durch Kontrolle des Stopbits im Signal CP* die Erzeugung eines Leiterbruchsignals LB möglich.

Die Flanken- und Richtungsauswertung sowie die Kodie­ rung auf der Senderseite und die Dekodierung auf der Empfängerseite lassen sich jeweils in einem program­ mierbaren Logikbaustein oder ASIC ausführen. Dabei ist der Platzbedarf sehr gering, es läßt sich sowohl die Sender- als auch die Empfängerseite jeweils in einem Steckergehäuse unterbringen. Diese Stecker können ko­ stengünstig automatisch gefertigt werden. Zudem ist an den handelsüblichen Inkrementalgebern oder an den An­ triebsreglern eine Modifikation nicht erforderlich.

Weiterhin läßt sich die beschriebene Übertragung der Winkel- oder Weginformation nicht nur vom Inkremen­ talgeber zum Antriebsregler einsetzen, vielmehr ist auch das Übermitteln von Winkel- oder Weginformationen eines Leitantriebs zu Folgeantrieben, ähnlich einer elektrischen Welle, durch eine Verbindung mittels Lichtleiter in einer Stern- oder Ringstruktur durch­ führbar. Damit erhält man eine "optische Welle", die einfach, kostengünstig, EMV-neutral ist und ohne re­ levante Verzögerung der Informationsübertragung ar­ beitet.

Claims (2)

1. Verfahren zum Übertragen inkrementaler Winkel- oder Weginformationen entsprechend relativen, zeitabhän­ gigen Winkel- oder Wegschritten, die einschließlich der Signale für die Bewegungsrichtung und Referenz­ lage, wie Nullpunktslage, in Pulsfolgen, wie die ei­ nes inkrementalen Impulsdrehgebers, umgewandelt und über eine Signalleitung zu einem Empfänger, wie ei­ ner Auswerteinheit, übertragen werden, wobei die Puls folge für das Winkel- oder Weginkrementsignal mit den Puls-Signalen für die Bewegungsrichtung und Referenzlage kodiert, dieses kodierte Signal über die Signalleitung übertragen und im Empfänger wieder dekodiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulse des jeweiligen Winkel- oder Weginkre­ mentsignals zur Kodierung in vier Abschnitte aufge­ teilt werden, von denen der erste ein Startsignal (Startbit), der zweite das Richtungssignal, der dritte das Referenzsignal und der vierte das Stopp­ signal (Stopbit) bilden, daß das Stoppsignal (Stop­ bit) solange auf die Signalleitung aufgegeben wird, bis es durch das Startsignal (Startbit) des folgen­ den Winkel- oder Weginkrementsignals abgelöst wird, wobei durch eine Auswertung des Stopbits auf der Empfängerseite eine Überwachung der Signalleitung auf Bruch erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalleitung ein Lichtleiter verwendet wird.