DE60127828T2

DE60127828T2 - Kommunikationssystem für eine elektrische einschienenbahn

Info

Publication number: DE60127828T2
Application number: DE60127828T
Authority: DE
Inventors: Robert F. Harper Woods NEFF
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2001-02-06
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: DE60127828D1; US6463367B2; EP1272381A1; CA2399324A1; BR0108149A; WO2001056856A1; JP2004500275A; MXPA02007590A; EP1272381B1; AU2001246421B2; US20010034570A1; AU4642101A; CA2399324C; BRPI0108149B1

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrifizierte Einschienenbahnen und insbesondere das Kommunizieren von Informationen von einer sich bordextern der elektrifizierten Einschienenbahn befindlichen Einrichtung zu den Fahrzeugen, die auf der Einschienenbahn fahren. Der Ausdruck „elektrifizierte Einschienenbahn" soll weitreichend verwandt werden und Systeme beinhalten, die Träger auf mehr als einer Schiene unterstützen.
Elektrifizierte Einschienenbahnen finden heutzutage breite Verwendung in Herstellungsumgebungen zum Transportieren von Produkten durch Herstellungsanlagen und andere Arten von Gebäuden. Die elektrifizierten Einschienenbahnen können elektrifizierte Einschienenhängebahnen sein, bei denen die Schienen aufgestellt sind und Fahrzeuge das Produkt unter den Schienen tragen, oder sie können Einschienenbahnen vom Plattformförderer-[„skillet"]-Typ sein, bei denen die Schienen auf dem Boden positioniert sind und sich die Plattformförderer über die Schienen bewegen und das Produkt von darunter stützen. In jeder der Situationen ist es oftmals wünschenswert, Informationen von einer bordexternen Quelle zu einem oder mehreren individuellen Fahrzeugen kommunizieren zu können, die sich auf der elektrifizierten Einschienenbahn bewegen. Solche Informationen können Geschwindigkeits-, Höhen- oder Positionsbefehle enthalten, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die Höhe oder Positionen des von dem Fahrzeug getragenen Produkts diktieren. Es kann auch wünschenswert sein, andere Arten von Informationen an das Fahrzeug zu übermitteln, wie etwa Zonenblockierungsinformationen und dergleichen.
In der Vergangenheit hat die Kommunikation solcher Informationen an das Fahrzeug die Verwendung von proprietären Kommunikationssystemen beinhaltet. Zu solchen proprietären Systemen zählen ein bordexternes Kommunikationsmodul, das an mindestens eine der Schienen des elektrifizierten Einschienenbahnsystems angeschlossen ist, zusammen mit einem oder mehreren Kommunikationsmodulen, die sich an den individuellen Fahrzeugen befinden, die in elektrischem Kontakt mit der mindestens einen Kommunikationsschiene stehen. Weil diese proprietären Kommunikationssysteme spezialisierte Elektronik verwenden, die für einen bestimmten Verkäufer proprietär sind, zögern Systemverwender oftmals bei dem Einsatz solcher Kommunikationssysteme, und zwar aus Angst, dass der Verkäufer mit dem Support des Produkts in der Zukunft aufhören könnte. Solche proprietären Systeme binden auch im allgemeinen einen Systembenutzer hinsichtlich Service und Upgrades an einen bestimmten Verkäufer, was oftmals für Firmen unerwünscht ist, die mehrere Quellen für ihre Kommunikationsbedürfnisse für die elektrifizierte Einschienenbahn sicherstellen möchten.
Aus DE 197 40 761 A1 ist ein elektrifiziertes Einschienenbahnsystem bekannt, das mindestens eine Sammelschiene, mindestens einen Träger zum Bewegen auf der elektrischen Einschienenbahn, eine erste Controllereinheit, die als zentraler Controller ausgelegt ist, und eine an den mindestens einen Träger montierte zweite Controllereinheit umfasst. Der zentrale Controller ist elektrisch an die Sammelschiene über einen ersten Sammelschienenkoppler gekoppelt. Die zweite Controllereinheit an dem Träger, der als ein Mikroprozessor ausgelegt ist, ist über einen zweiten Sammelschienenkoppler elektrisch an die Sammelschiene gekoppelt. Detaillierte Informationen über die Art und Merkmale der beiden Sammelschienenkoppler sind nicht gegeben. Die Datenkommunikation zwischen dem zentralen Controller und dem Mikroprozessor auf jedem Träger ist bidirektional. Jeder Träger ist mit einem Lesekopf eines Positionssensors versehen, um seine tatsächliche Position durch Verwendung eines Magnetbands zu detektieren, das entlang der Einschienenbahn verläuft und eine binäre Absolutpositionscodierung aufweist.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer Verbesserung bei dem Management von Kommunikationen in einem vereinfachten elektrifizierten Einschienenbahnsystem.
Kurze Darstellung der Erfindung
Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein elektrifiziertes Einschienenbahnsystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Übertragen von Informationen in einem derartigen System nach Anspruch 9 bereit.
Die vorliegende Erfindung stellt ein einfaches zuverlässiges Kommunikationssystem für elektrifizierte Einschienenbahnen bereit. Weil das System aus handelsüblichen programmierbaren Logikcontrollern besteht, sind Kunden des Kommunikationssystems wegen der Lieferung des Kommunikationssystems nicht an einen bestimmten Verkäufer gebunden. Weil zudem das Kommunikationssystem auf programmierbaren Logikcontrollern basiert, die weitverbreitet und wohlbekannt sind, können die meisten Kunden das Kommunikationssystem ohne spezialisiertes Servicepersonal von dem Verkäufer implementieren und warten. Außerdem erhält man mit der Verwendung von programmierbaren Logikcontrollern eine preiswertere Kommunikationslösung als bisherige Systeme. Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich dem Fachmann angesichts der folgenden Spezifikation bei Lektüre in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht eines Beispiels einer elektrifizierten Einschienenbahn, bei der das Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann;
2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Kommunikationssystems der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Zeitsteuerdiagramm des Kommunikationsprotokolls einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4, 4A, 4B sind Leiterdiagramme für den bordexternen programmierbaren Logikcontroller einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5, 5A, 5B sind Leiterdiagramme für den programmierbaren Bordlogikcontroller einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, bei der gleiche Bezugszahlen in den verschiedenen Zeichnungen gleichen Elementen entsprechen. Ein veranschaulichendes Beispiel eines elektrifizierten Einschienenbahnsystems 18, auf das die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, ist in 1 dargestellt. Das elektrifizierte Einschienenbahnsystem 18 ist als ein Einschienenhängebahnsystem nur als ein veranschaulichendes Beispiel dargestellt, und die vorliegende Erfindung kann mit jeder Art von Einschienenbahnsystem verwendet werden, das mindestens eine Sammelschiene für die Kommunikation enthält. Zu weiteren Beispielen zählen Einschienenbahnsysteme, bei denen sich die Schiene auf dem Boden befindet und die Fahrzeuge auf der Schiene fahren. Eine derartige Anwendung für ein derartiges System besteht in der Unterstützung eines Plattformförderers, der für die Montage eines Fahrzeugs in einer Fahrzeugmontageanlage verwendet wird.
Als weiteres veranschaulichendes Beispiel findet die vorliegende Erfindung Anwendung in der eigenen, gleichzeitig anhängigen, am 16. Oktober 2000 von der Anmeldern Hans-Gerd Spoeler et al. eingereichten US-Anmeldung mit der laufenden Nr. 09/688,477 mit dem Titel Monorail Telescopic Carrier of fenbarten elektrifizierten Einschienenbahn, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierdurch aufgenommen ist.
In der dargestellten Ausführungsform ist das elektrifizierte Einschienenbahnsystem 18 ein elektrifiziertes Einschienenhängebahnsystem, das eine Hängeschiene 22 und mindestens ein Fahrzeug 24 enthält, das sich entlang der Schiene 22 bewegt. Das Fahrzeug 24 wird auf der Schiene 22 von mehreren Rädern 26 gestützt, die von einem Motor 28 angetrieben werden. Das Fahrzeug 24 kann eine teleskopartige Stütze 23 zum Einstellen der Höhe einer Plattform 27 enthalten, die das Produkt 25 trägt. Das Fahrzeug 24 trägt Produkte in einer Fabrik, die durch die Fabrik bewegt werden müssen. Die Schiene 22 enthält mehrere Sammelschienen 30, 31, 32, 33 usw. Die Sammelschienen 30, 31, 32 ... sind elektrische Leiter, die elektrisch voneinander isoliert sind und einer Vielzahl von Funktionen dienen. In der Regel liefert mindestens eine der Sammelschienen Strom für den Motor 28 zum Bewegen des Fahrzeugs 24 entlang der Schiene 22, und eine andere Sammelschiene liefert eine gemeinsame elektrische Masse. Gemäß der Erfindung ist mindestens eine der anderen Sammelschienen wie etwa die Sammelschiene 35 eine Kommunikationssammelschiene. Die Kommunikationssammelschiene 35 führt die elektrischen Signale, die für die Kommunikation zwischen einer bordexternen Einrichtung und den individuellen Fahrzeugen 24, die sich entlang der Schiene 22 bewegen, verwendet werden.
Ein Kommunikationssystem 20 der vorliegenden Erfindung gemäß einer Ausführungsform ist im Blockdiagramm in 2 dargestellt. Das Kommunikationssystem 20 enthält einen bordexternen programmierbaren Logikcontroller (PLC) 40 und mindestens einen Bord-PLC 42. Der bordexterne PLC 40 befindet sich irgendwo außerhalb der auf dem Schienensystem fahrenden Fahrzeuge, während sich der Bord-PLC 42 an einer beliebigen entsprechenden Stelle (in 1 nicht gezeigt) an einem Fahrzeug 24 befindet. Es gibt einen Bord-PLC 42 für jedes der Fahrzeuge 24, die sich in dem System befinden. In der dargestellten Ausführungsform ist der bordexterne PLC 40 spezi fisch ein Allen-Bradley PLC-5/80, und der Bord-PLC 42 ist spezifisch ein Allen-Bradley MicroLogix^TM 1500, die beide von der Firma Rockwell Automation Company in Milwaukee, Wisconsin, USA, vertrieben werden. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung können natürlich andere PLCs sowohl für den Bordals auch den bordexternen PLC verwendet werden. Der bordexterne PLC enthält mindestens einen Ausgang 44, der elektrisch an die Kommunikationssammelschiene 35 gekoppelt ist. Jeder Bord-PLC 42 enthält mindestens einen Eingang 46, der elektrisch an die Kommunikationssammelschiene 35 gekoppelt ist. Der Vorteil bei der Verwendung von PLCs besteht darin, dass sie im allgemeinen standardmäßige Eingangs- und Ausgangsprotokolle aufweisen, die von Hersteller zu Hersteller nicht signifikant variieren und mit gewöhnlichen handelsüblichen Eingabeeinrichtungen und Lasteinrichtungen verwendet werden sollen. Die Substitution eines Herstellers von PLCS 40, 42 durch einen anderen könnte deshalb erreicht werden, ohne dass das ganze System ausgetauscht werden muss.
Ganz allgemein kommuniziert der bordexterne PLC 40 mit dem Bord-PLC 42 durch sequentielles Aktivieren und Deaktivieren des Ausgangs 44, um am Ausgang 44 eine Reihe von hohen und niedrigen Spannungen zu erzeugen, die einer Nachricht entsprechen. Wenn der PLC 40 den Ausgang 44 aktiviert, wird am Ausgang 44 ein 240-Volt-AC-Signal erzeugt. Dieses Signal entspricht einem logischen H-Signal. Wenn der PLC 40 den Ausgang 44 deaktiviert, wird am Ausgang 44 ein Signal von im wesentlichen 0 Volt produziert. Dieses Signal entspricht einem logischen H-Signal. Wenn der PLC 40 den Ausgang 44 deaktiviert, wird am Ausgang 44 ein Signal von im wesentlichen 0 Volt produziert. Dieses Signal entspricht einem logischen L-Signal. Weil der Ausgang 44 elektrisch an die Kommunikationssammelschiene 35 gekoppelt ist, wird die vom PLC 40 ausgegebene Reihe von hohen und niedrigen Signalen entlang der ganzen leitenden Länge der Kommunikationssammelschiene 35 übertragen. Diese Serie von hohen und niedrigen Signalen breitet sich aufgrund des elektrischen Kontakts zwischen diesem Eingang und der Kommunikationssammelschiene 35 auch zum Ein gang 46 des Bord-PLCs 42 aus. Der Bord-PLC 42 ist so programmiert, dass er diese Serie von hohen und niedrigen Spannungen detektiert und auf der Basis des Inhalts der übertragenen Nachricht die entsprechende Aktion ergreift. Während es sich bei der Nachricht um einen beliebigen Inhalt handeln kann, kann die Nachricht Befehle enthalten zum Steuern verschiedener Einstellungen am Fahrzeug 24. Wenn als veranschaulichendes Beispiel die Fahrzeuge 24 in einer Kraftfahrzeugherstellungsanlage verwendet werden und jeweils eine Kraftfahrzeugkomponente tragen, wie etwa ein Kraftfahrzeuggetriebe, kann es wünschenswert sein, den Fahrzeugen 24 zu befehlen, die Höhe und Drehung des Getriebes zu justieren, wenn es entlang der Montagestraße getragen wird. Verschiedene Arbeitsstationen entlang der Schienenlinie erfordern möglicherweise, dass das Getriebe in unterschiedlichen Höhen und Winkelorientierungen positioniert wird, um die an dieser Arbeitsstation durchgeführte bestimmte Arbeit zu erleichtern. Außerdem können die individuellen Fahrzeuge der elektrifizierten Einschienenbahn verschiedene Modelle von Teilen tragen – beispielsweise verschiedene Arten von Getrieben für verschiedene Wagenmodelle – und es kann wünschenswert sein, die Höhe und Orientierung des getragenen Teils auf der Basis des jeweiligen Modells, das getragen wird, zu steuern. Diese Arten von Justierungen können leicht erfolgen, indem die entsprechenden Befehle von dem bordexternen PLC 40 an Bord-PLCs 42 gesendet werden.
Ein einfaches Beispiel für ein Fabriklayout ist in 2 dargestellt. Das Fabriklayout enthält ein elektrifiziertes Einschienenbahnsystem 18, das in einer ovalen Gestalt angeordnet ist. Das elektrifizierte Einschienenbahnsystem ist so ausgelegt, dass es Teile zwischen Stationen 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 und 80 transportiert. Bei diesem Beispiel enthält der bordexterne PLC 40 acht Ausgänge, die jeweils elektrisch an elektrisch isolierte Sektionen der Kommunikationssammelschiene 35 gekoppelt sind. Die isolierten Sektionen 35a, b, c usw. der Kommunikationssammelschiene 35 gestatten, dass der bordexterne PLC 40 verschiedene Nachrichten an jede isolierte Sektion 35a, b, c usw. der Kommunikationssammelschiene 35 kommuniziert. In der dargestellten Ausführungsform entspricht jede Sektion 35a, b, usw. der Kommunikationssammelschiene 35 einer eindeutigen Arbeitsstation. Wenn der PLC 40 eine Nachricht an ein Fahrzeug senden soll, das sich an der Arbeitsstation Nr. 20 befindet, wird somit Ausgang O:007 des PLC 40, der elektrisch mit dem Kommunikationssammelschienensegment 35h gekoppelt ist, entsprechend dem Inhalt der gewünschten Nachricht aktiviert und deaktiviert. Weil das Kommunikationssammelschienensegment 35h nur eine allgemein der Arbeitsstation Nr. 20 entsprechende Länge überspannt, empfängt nur ein Fahrzeug an der Arbeitsstation Nr. 20 diese Nachricht. Wenn eine Nachricht an ein Fahrzeug an einer anderen Arbeitsstation gesendet werden soll, wird ein anderer Ausgang des PLC 40, der elektrisch mit dem Kommunikationssegment an dieser jeweiligen Arbeitsstation verbunden ist, aktiviert. Auf diese Weise können eindeutige Nachrichten an Fahrzeuge an jeder individuellen Arbeitsstation gesendet werden. Dies ist besonders dann nützlich, wenn das Kommunikationssystem 18 mit Fahrzeugen verwendet wird, die nicht in der Lage sind, ihre Position in der Fabrik automatisch zu bestimmen. Durch Senden von eindeutigen Nachrichten an bestimmte Sektionen des Einschienenbahnsystems kann dem Fahrzeug selbst dann gesagt werden, die erforderlichen Justierungen für diese jeweilige Arbeitsstation vorzunehmen, wenn sich das Fahrzeug möglicherweise nicht über seinen Ort bewusst ist.
Wenn vorgesehen wird, dass jedes individuelle Fahrzeug 24 seine Stelle innerhalb der Anlage bestimmen kann, wie etwa durch Plazieren einer eindeutigen Anordnung von Magneten an jeder Arbeitsstation, die das Fahrzeug 24 detektiert, ist es nicht erforderlich, die Kommunikationssammelschiene 35 in elektrisch isolierte Sektionen zu unterteilen. In einem derartigen Fall können alle die übertragenen Nachrichten über eine gemeinsame Kommunikationssammelschiene rundgesendet werden, indem einfach in die Nachricht eine Positionsadresse aufgenommen wird, die identifiziert, für welche Arbeitsstation die Informationen gedacht sind. Nur das oder die Fahrzeuge, die sich gegenwärtig an dieser Positionsadresse befinden, reagieren auf die übertragene Nachricht. Alternativ könnte eine eindeutige Fahrzeugadresse als Teil der übertragenen Nachricht rundgesendet werden, und nur das Fahrzeug, das diese eindeutige Adresse trägt, würde auf die übertragene Nachricht reagieren. In jedem Fall braucht die Kommunikationssammelschiene 35 nicht segmentiert zu sein, und nur ein Ausgang 44 des bordexternen PLC 40 ist erforderlich. Zu Zwecken der Beschreibung wird hier angenommen, dass das Kommunikationssystem 20 in einer Fabrik wie der von 2 implementiert ist, wobei die Kommunikationssammelschiene 35 in elektrisch diskrete Segmente unterteilt ist. Die Erfindung kann natürlich in verschiedenen Arten von Sammelschienensystemen, wie etwa jenen oben beschriebenen, verwendet werden.
Der bordexterne PLC 40 kann an einen Computer oder an ein Computersystem 48 angeschlossen sein, das die von Fahrzeugen 24 der elektrifizierten Einschienenbahn transportierten Teile überwacht (2). Der PLC 40 kommuniziert mit dem Computer 48 durch einen in den PLC eingebauten standardmäßigen Kommunikationsport, anstatt durch einen oder mehrere der Steuereingänge und -ausgänge des PLC 40. Die Kommunikationen zwischen dem bordexternen PLC 40 und dem Computer 48 werden auf standardmäßige Weise durchgeführt, wie etwa über RS-232, Ethernet, ControlNet, DeviceNet, oder andere Kommunikationsverbindungen. Der Computer 48 kann verwendet werden, um die vom bordexternen PLC 40 zum Bord-PLC 42 rundgesendeten Nachrichten dynamisch zu ändern. Der Computer 48 kann Teil eines fabrikweiten Steuersystems sein, das den Fortschritt der von der elektrifizierten Einschienenbahn 18 getragenen Teile überwacht. In einem derartigen Fall hängen die von PLCs 42 rundgesendeten Nachrichten möglicherweise nicht nur von ihrer gegenwärtigen Position innerhalb der Fabrik ab, sondern können möglicherweise auch von dem von einem individuellen Fahrzeug 24 transportierten jeweiligen Teil abhängen. Sowohl die Position der Fahrzeuge 24 als auch der von jedem Fahrzeug 24 getragenen Teile kann vom Computer 48 überwacht werden.
Eine Ausführungsform eines Kommunikationsprotokolls für das Kommunikationssystem 20 ist in 3 dargestellt. Der bordexterne PLC 40 beginnt die Kommunikation einer Nachricht, indem er zuerst für eine bestimmte Zeitperiode, die in diesem Beispiel gleich 200 Millisekunden ist, seinen Ausgang 44 einschaltet (d.h. auf einen hohen Pegel setzt). Diese 200-Millisekunden-Zeitperiode bildet ein Triggersignal 50, das den Start einer Nachricht anzeigt. Bei dieser Ausführungsform ist das Kommunikationsprotokoll in Zeitinkremente von 40 Millisekunden unterteilt, und der Trigger 50 umfasst ein hohes Signal für fünf aufeinanderfolgende derartige Zeitscheiben. Das Triggersignal 50 kann alternativ eine andere Anzahl von Zeitscheiben umfassen, und kann tatsächlich eine beliebige Form annehmen, solange der PLC 42 erkennt, dass es den Start einer Nachricht darstellt. Nachdem das Triggersignal 50 ausgegeben worden ist, wird dann der Inhalt der Nachricht als eine Serie von binären Bits aus 1'en und 0'en auf die Kommunikationssammelschiene 35 ausgegeben, wobei jede 1 einer hohen Ausgangsspannung entspricht und jede 0 einer niedrigen Ausgangsspannung entspricht. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist jedes übertragene Bit durch ein Abstandssignal 52 getrennt, das eine einzelne Zeitscheibe von 0 Volt umfasst. Wenngleich diese nicht erforderlich ist, hat es sich herausgestellt, dass die Verwendung eines einzelnen Abstandssignals 52 zwischen jedem übertragenen Bit Übertragungsfehler verhindern hilft. Diese Beabstandung von Bits dient auch dazu, das Triggersignal 50 von einem Nachrichteninhalt zu unterscheiden, der möglicherweise fünf aufeinanderfolgende 1'en enthalten könnte.
In dem in 3 dargestellten Protokoll umfasst die Nachricht drei Acht-Bit-Wörter, von denen die ersten beiden dem Nachrichteninhalt gewidmet sind, und von denen das letzte bevorzugt als ein Prüfsummensignal verwendet wird. An diesem Protokoll kann eine große Anzahl von Variationen vorgenommen werden. Beispielsweise ist die Prüfsumme völlig fakultativ. Außerdem kann die Reihenfolge, in der die Wörter übertragen werden, variiert werden. Zudem kann natürlich die Anzahl der Wörter zusammen mit der Anzahl der sie umfassenden Bits variiert werden, wie der Fachmann versteht. In dem dargestellten Beispiel wird ein erstes Abstandssignal 52 von 0 Volt unmittelbar nach der Ausgabe des Triggersignals 50 übertragen.
Insbesondere wird das Null-Volt-Abstandssignal 52 zwischen 200 und 240 Millisekunden nach dem ersten Übertragen des Triggersignals ausgegeben. In der Zeitscheibe zwischen 240 und 280 Millisekunden wird das erste Bit der Nachricht an PLC-Ausgang 44 ausgegeben. In dem dargestellten Beispiel ist dieses erste Bit eine Null, und dieses Bit wird „übertragen", indem der Ausgang 44 abgeschaltet gehalten wird. Nach diesem ersten Bit wird in der Zeitscheibe zwischen 280 und 320 Millisekunden ein weiteres Abstandssignal 52 übertragen. Nach diesem zweiten Abstandssignal 52 wird das nächste Bit von Wort Nr. 1 in der Zeitscheibe zwischen 320 und 360 Millisekunden übertragen. Diesem Bit folgt ein weiteres Abstandssignal. Wenn das erste hohe (d.h. 1) Bit von Wort Nr. 1 schließlich erreicht ist, in diesem Fall zwischen 400 und 440 Millisekunden, wird der Ausgang 44 etwa 40 Millisekunden lang eingeschaltet. Ein weiteres Abstandssignal folgt auf dieses übertragene Bit. Der Rest der Nachricht wird danach auf gleiche Weise rundgesendet, wobei jedes Bit, das entweder eine 1 oder eine 0 sein kann, übertragen und mit Abstandssignalen 52 verschachtelt wird. Keine speziellen Signale sind erforderlich, um die individuellen Wörter zu trennen, mit Ausnahme des Abstandssignals zwischen jedem Bit, weil der Bord-PLC 42 im voraus programmiert ist zu wissen, wie viele Bits jedes der individuellen Wörter umfassen. Nach dem vollständigen Übertragen der Nachricht kann es wünschenswert sein, ein nachlaufendes Abstandssignal 54, wie etwa das in 3 dargestellte, aufzunehmen, das während der Zeitscheibe 2120–2160 Millisekunden rundgesendet wird. Das nachlaufende Abstandssignal 54 kann außer der in 3 dargestellten einzelnen Zeitscheibe für verschiedene Zeitlängen rundgesendet werden. Nach dem Rundsenden des nachlaufenden Abstandssignals 54 wird ein weiteres Triggersignal 50 rundge sendet, und entweder eine neue Nachricht oder die gleiche Nachricht wird auf gleiche Weise rundgesendet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält das Kommunikationssystem 20 einen Fehlerdetektions- oder Fehlerkorrekturmechanismus als Teil des Übertragungsprotokolls. Wenngleich andere Mechanismen möglich sind, ist in der dargestellten Ausführungsform ein Prüfsummenmechanismus enthalten. Diese Prüfsumme wird berechnet, indem die Wörter Nr. 1 und Nr. 2 unter Ignorierung eines etwaigen Überlaufs miteinander addiert werden, und das Zweierkomplement dieser Summe genommen wird. Nachdem der Bord-PLC 42 die Wörter Nr. 1 und Nr. 2 und die Prüfsumme empfängt, addiert er die Wörter Nr. 1, Nr. 2 und die Prüfsumme unter Ignorierung eines etwaigen Überlaufs zusammen. Da die Prüfsumme das Zweierkomplement der Summe der Wörter Nr. 1 und Nr. 2 ist, sollte die Gesamtsumme der Wörter Nr. 1, Nr. 2 und der Prüfsumme 0 betragen. Dies ist in 3 dargestellt. Wenn die Gesamtsumme dieser drei nicht Null ist, nimmt der PLC 42 an, dass in der Übertragung ein Fehler aufgetreten ist, und ignoriert die übertragene Nachricht. Weil der PLC 40 so programmiert ist, dass er die gleiche Nachricht wiederholt immer wieder überträgt, bis die Notwendigkeit entsteht, die Nachricht zu ändern, braucht der PLC 42 nicht an den PLC 40 zu melden, dass eine fehlerhaltige Übertragung stattgefunden hat. Stattdessen ignoriert der PLC 42 einfach die fehlerhafte Nachricht und wartet bis zu ihrer nächsten Rundsendung. In der Regel wird der Inhalt einer Nachricht nur dann geändert, wenn der Computer 48 dem PLC 40 mitteilt, die übertragene Nachricht zu ändern. Wenn eine derartige neue Nachricht befohlen wird, ist der PLC 40 programmiert, die neue Nachricht wiederholt immer wieder rundzusenden, bis noch eine weitere neue Nachricht empfangen wird. Auf diese Weise vermeidet der Bord-PLC 42, eine Nachricht an den bordexternen PLC 40 senden zu müssen, dass er eine einen Fehler enthaltende Übertragung empfangen hat.
Ein die Programmierung des bordexternen PLC 40 darstellendes Leiterdiagramm 56 ist in 4, 4A und 4B dargestellt.
Das dargestellte Diagramm basiert auf der von der Firma Rockwell Automation in Milwaukee, Wisconsin, USA, vertriebenen Rockwell-Software RSLogix 5, wenngleich der Fachmann versteht, dass innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung jede mit dem ausgewählten PLC kompatible PLC-Programmierungssoftware verwendet werden kann. Das Leiterdiagramm 56 umfasst zehn mit 0000 bis 0009 gekennzeichnete Sprossen. Sprosse 0000 dient zum Berechnen der mit den Wörtern Nr. 1 und Nr. 2 assoziierten Prüfsumme. Der Inhalt von Wort Nr. 1 wird an einer Speicherstelle N7:0 gespeichert, während der Inhalt von Wort Nr. 2 an einer Speicherstelle N7:1 gespeichert wird. Bitfeldverteiler 58 und 60 dienen dazu, den Inhalt der Wörter Nr. 1 und Nr. 2 an Speicherstellen N7:5 bzw. N7:6 zu bewegen. Die ADD-Anweisung 62 addiert die beiden, an Speicherstellen N7:5 und N7:6 gespeicherten Wörter miteinander und legt die Summe an Speicherstelle N7:7 ab. Der Bitfeldverteiler 64 bewegt die Summe an der Speicherstelle N7:7 zur Speicherstelle N7:8. Die NOT-Anweisung 66 ändert alle 0'en an der Speicherstelle N7:8 zu 1'en, und alle 1'en an der Speicherstelle N7:8 zu 0'en. Das Ergebnis wird an Speicherstelle N7:9 abgelegt. Die ADD-Anweisung 68 addiert die Zahl Eins zu der an Speicherstelle N7:9 gespeicherten Summe und speichert die Summe an Speicherstelle N7:10. Diese Summe ist die Prüfsumme, die als Teil des Fehlerkorrekturmechanismus des Kommunikationssystems 20 übertragen wird. Der Bitfeldverteiler 70 bewegt diese Summe von Speicherstelle N7:10 zu N7:2 vor der Übertragung.
Sprosse 0001 startet den Zeitgeber für das Triggersignal 50. Eine Untersuche-Ob-Aus-Anweisung 72 prüft nach, ob der Startdatenspeicher B3:0 F (falsch) ist, und wenn er dies ist, beginnt Zeitgeber T4:0 mit dem Zählen. Zeitgeber T4:0 zählt für eine Zeitperiode gleich dem Triggersignal 50, was in der dargestellten Ausführungsform 200 Millisekunden sind. Nachdem 200 Millisekunden gezählt worden sind, wird der „Erfolgt"-Ausgang (DN-done) des Zeitgebers T4:0 auf einen logischen W-(wahr) Wert gesetzt. Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 74 überwacht den Zeitgeber T4:0 und bewirkt, dass ein Zwischenspeicher 76 den Startdatenspeicher B3:0 auf einen W-Wert setzt, wenn der Zeitgeber T4:0 sein Zählen beendet hat (d.h. der „Erfolgt"-Ausgang wird auf W gesetzt).
Sprosse 0002 führt eine fakultative Prüfung durch, um zu sehen, ob die Wörter, die übertragen werden sollen, die maximale Anzahl von Bits übersteigen, die von dem Kommunikationsprotokoll verarbeitet werden kann. Beispielsweise sind in dem in 3 gezeigten Protokoll die Wörter Nr. 1 und Nr. 2 jeweils acht Bit lang. Die größte Anzahl, die sie jeweils darstellen können, ist deshalb der Dezimalwert 255 (2⁸ – 1 = 255). Allgemein ist der größte Dezimalwert, den ein Wort darstellen kann, 2^K – 1, wobei K die Anzahl an Bits in dem Wort ist. Eine Größer-Als-Anweisung 78 prüft deshalb, um zu sehen, ob der Wert von Wort Nr. 1, der an Speicherstelle N7:0 gespeichert ist, größer ist als 2^L – 1, wobei L die Anzahl von Bits in Wort Nr. 1 darstellt. Die Größer-Als-Anweisung 80 prüft, um zu sehen, ob der Wert von Wort Nr. 2, der an Speicherstelle N7:1 gespeichert ist, größer ist als 2^M – 1, wobei M die Anzahl von Bits von Wort Nr. 2 darstellt. Wenn die Werte eines der Wörter Nr. 1 oder Nr. 2 den Maximalwert übersteigen, der von der Anzahl von Bits in jedem Wort dargestellt werden kann, dann ist ein Fehler aufgetreten, und das Wort mit dem zu großen Wert kann nicht übertragen werden. In einem derartigen Fall wird der im Startdatenspeicher B3:0 gespeicherte binäre Wert bei 82 aus dem Zwischenspeicher herausgenommen, was verhindert, dass die Nachricht von PLC 40 übertragen wird.
Sprosse 0003 (4A) startet einen Datenübertragungszeitgeber, der verwendet wird, um den Ausgang des PLC 40 zur richtigen Zeit beim Übertragen der gewünschten Nachricht an den PLC 42 auf den entsprechenden Wert zu setzen. Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 84 bewirkt, dass der Zeitgeber T4:1 zu zählen beginnt, wenn der Startdatenspeicher B3:0 einen W-wert aufweist. Wie man anhand von Sprosse 0001 ersehen kann, hat der Startdatenspeicher B3:0 nur dann einen W-Wert, wenn der Zeitgeber T4:0 das Zählen für das Triggersignal 50 abgeschlossen hat. Der Zeitgeber T4:1 wird deshalb erst dann mit dem Zählen beginnen, nachdem das Triggersignal 50 ausgegeben worden ist. Der Zeitgeber T4:1 zählt mindestens so lange, wie die Gesamtzeit zwischen den Triggersignalen 50. Bei der Ausführungsform von 3 würde der Zeitgeber T4:1 mindestens 1960 Millisekunden (2160–200) lang zählen.
Sprosse 0004 steuert teilweise jene Daten, die über den Datenausgang O:000 ausgegeben werden. Der Datenausgang O:000 ist elektrisch an die Kommunikationssammelschiene 35 gekoppelt und der Ausgang wird zum Übertragen der Nachrichten zum Bord-PLC 42 verwendet. Wenn der Datenausgang O:000 eingeschaltet ist, wird ein 240-Volt-AC-Signal auf die Kommunikationssammelschiene 35 ausgegeben. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung könnte ein Signal anderer Spannung oder ein Gleichstromsignal alternativ verwendet werden. Eine Entspeicher-Anweisung 86 setzt anfänglich den Datenausgang O:000 auf einen F-Wert (d.h. keine Ausgabe). Die Entspeicher-Anweisung 86 fungiert dahingehend, zwischen jedes übertragene Bit der Nachricht ein Abstandssignal 52 einzufügen, wie es sich bei Betrachtung des Rests des Leiterdiagramms 56 ergibt. Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 88 bewirkt, dass der Datenausgang O:000 (bei 90) auf einen W-Wert immer dann zwischenspeichert, wenn der Zeitgeber T4:0 immer noch zählt. Wie oben beschrieben zählt der Zeitgeber T4:0 die Zeit, während der das Triggersignal 50 ausgegeben wird. Eine Zwischenspeicher-Anweisung 90 stellt deshalb sicher, dass der Datenausgang O:000 während der ganzen Zeitperiode des Triggersignals 50 auf einen hohen Ausgang gesetzt ist.
Sprosse 0005 überträgt die innerhalb von Wort Nr. 1 enthaltenen Daten (4A). Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 92 bestimmt, ob der Zeitgeber T4:1 freigegeben ist (d.h. zählt), und gestattet, dass die Daten von Wort Nr. 1 nur dann übertragen werden, wenn der Zeitgeber T4:1 freigegeben ist. Wenn der Zeitgeber T4:1 freigegeben ist, bestimmt eine Grenztest-Anweisung 94, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an den Speicherstellen N10:0 und N10:1 spezifizierten Werten liegt. Die an den Speicherstel len N10:0 und N10:1 spezifizierten Werte sind die Anfangs- und Endzeiten für das erste übertragene Bit der Nachricht. Bei dem Beispiel von 3 ist das erste übertragene Bit von Wort Nr. 1 eine 0 und wird zwischen 240 und 280 Millisekunden nach dem ersten Beginn des Triggersignals übertragen. Weil der Zeitgeber T4:1 erst dann mit dem Zählen beginnt, nachdem das Triggersignal 50 übertragen worden ist, würden die Speicherwerte N10:0 und N10:1 für das Beispiel von 3 40 und 80 betragen. Die Grenztest-Anweisung 94 würde deshalb bestimmen, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen 40 und 80 Millisekunden liegt. Wenn dem so ist, würde eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 96 prüfen, um zu sehen, ob Bit N von Wort Nr. 1 W ist oder nicht, und bewirken, dass der Datenausgang O:000 (bei 98) auf dem gleichen Logikwert wie Bit N zwischenspeichert. B₁7 N ist das erste übertragene Bit von Wort Nr. 1 (das heißt, in dem Beispiel von 3 das ganz links liegende Bit.) Somit wird der Datenausgang O:000 als H zwischengespeichert, wenn Bit N eine 1 ist, oder als L zwischengespeichert, wenn Bit N eine 0 ist. Dies bewirkt die Übertragung von Bit N vom Datenausgang O:000 entlang der Kommunikationssammelschiene 35 zum Bord-PLC 42.
Sprosse 0005 enthält weiterhin eine zweite Grenztest-Anweisung 100, die dazu verwendet wird, das zweite Bit von Wort Nr. 1 (Bit N + 1) zu übertragen. Die Grenztest-Anweisung 100 bestimmt, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an den Speicherstellen N10:2 und N10:3 gespeicherten Werten liegt. Bei dem Beispiel von 3 würden die Werte 120 und 160 in N10:2 bzw. N10:3 gespeichert werden, weil sie die Anfangs- und Endzeiten sind, während derer das zweite Bit von Wort Nr. 1 übertragen wird (gemessen ab dem Zeitpunkt, zu dem das Triggersignal 50 beendet worden ist). Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 102 und Zwischenspeicher-Anweisung 104 setzen den Datenausgang O:000 auf den Wert von Bit N + 1 von Wort Nr. 1, wenn der Zeitgeber T4:1 einen insgesamt akkumulierten Zeitwert zwischen 120 und 160 aufweist. Das zweite Bit (von links) von Wort Nr. 1 wird deshalb 120 Millisekunden nach dem Senden von Triggersignal 50 übertragen und wird für weitere 40 Millisekunden übertragen.
Sprosse 0005 enthält so viele Grenztest-Anweisungen, wie Bits in Wort Nr. 1 vorliegen. Jeder Grenztest prüft, um zu sehen, ob die Zeit für das Übertragen dieses bestimmten Bits erreicht worden ist, indem der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 geprüft wird. Wenn es die angemessene Zeit zum Übertragen eines bestimmten Bits ist, wird der Datenausgang O:000 auf den Wert dieses Bits für eine Zeitperiode von 40 Millisekunden gesetzt. Die Grenztest-Anweisung 106 ist die letzte Grenztest-Anweisung auf Sprosse 0005 und wird zum Übertragen des letzten Bits von Wort Nr. 1 verwendet. Die Grenztest-Anweisung 106 prüft, um zu sehen, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an Speicherstellen N10:x und N10:x + 1 gespeicherten Werten liegt. Die Variable x wird verwendet, weil die Gesamtlänge von Wort Nr. 1 in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung geändert werden kann. Bei dem Beispiel von 3, wo Wort Nr. 1 ein Acht-Bit-Wort ist, würde die Grenztest-Anweisung 106 bestimmen, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an den Speicherstellen N10:14 und N10:15 gespeicherten Werten lag, die 600 bzw. 640 betragen würden. Wenn dem so ist, würde der Datenausgang O:000 über die Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 108 und die Zwischenspeicher-Anweisung 110 auf den Wert des letzten Bits von Wort Nr. 1 gesetzt werden.
Sprossen 0006 und 0007 übertragen Wort Nr. 2 bzw. das Prüfsummenwort auf die gleiche Weise, wie Sprosse 0005 Wort Nr. 1 überträgt. Die Sprossen 0006 und 0007 enthalten jeweils so viele Grenztest-Anweisungen, wie es Bits in dem jeweiligen übertragenen Wort gibt. Jede Grenztest-Anweisung wird dazu verwendet, den insgesamt akkumulierten Zählwert von Zeitgeber T4:1 zu überwachen und zu bewirken, dass das entsprechende Bit zur entsprechenden Zeit auf dem Datenausgang O:000 ausgegeben wird. Wie bei Sprosse 0005 sind die Sprossen 0006 und 0007 generisch zur Gestattung der Übertragung von Wörtern einer willkürlichen Anzahl von Bits dargestellt. Der letzte Grenztest in Sprosse 0006 würde prüfen, um zu sehen, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an den Speicherstellen N10:x + y und N10:x + y + 1 gespeicherten Werten lag. Gleichermaßen würde der letzte Grenztest in Sprosse 0007 prüfen, um zu sehen, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an den Speicherstellen N10:x + y + z und N10:x + y + z + 1 gespeicherten Werten lag. Die Variablen x, y und z werden zum Bezeichnen der Tatsache verwendet, dass die Längen von Wort Nr. 1 und dem Prüfsummenwort variiert werden können. Bei dem Beispiel von 3 würden die Speicherstellen N10:x + y, N10:x + y + 1, N10:x + y + z, und N10:x + y + z + 1 den Speicherstellen N10:30, N10:31, N10:46, bzw. N10:47 entsprechen, und würden die Werte 1240, 1280, 1880 bzw. 1920 enthalten. Es versteht sich natürlich, dass die an den Speicherstellen N10:0–N10:x + y + z + 1 enthaltenen Werte von der Länge der Zeitscheiben abhängen, die zum Übertragen der Bits der Nachricht gewählt sind. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt diese Zeitscheibenlänge 40 Millisekunden. Andere Zeitscheiben können verwendet werden. Wenn 20-Millisekunden-Zeitscheiben verwendet würden, würden alle an den Speicherstellen N10:0–N10:x + y + z + 1 gespeicherten Werte halbiert werden. Wenn 80-Millisekunden-Zeitscheiben verwendet würden, würden diese Werte verdoppelt werden. Die gewählte Zeitscheibe könnte um ein Mehrfaches länger sein als die Programmabtastzeit des Bord-PLC 42, um einen genauen Empfang sicherstellen zu helfen. Beispielsweise eignet sich eine 40-Millisekunden-Zeitscheibe für den Einsatz mit einem Bord-PLC mit einer Programmzeitabtastung im Bereich von 5 bis 10 Millisekunden, wenngleich Abtastzeiten außerhalb dieses Bereichs ebenfalls verwendet werden können.
Bei Sprosse 0008 (4B) bewirkt eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 112, dass der Startdatenspeicher B3:0 (bei 114) entspeichert wird, wenn der Zeitgeber T4:1 mit dem Zählen aufgehört hat (d.h. seinen Erfolgt-(DN)-Zustand erreicht hat). Das Entspeichern des Startdatenspeichers B3:0 bewirkt, dass der Triggerzeitgeber wieder startet, wie in Sprosse 0001 dargelegt. Durch Setzen des größten Zählwerts von Zeitgeber T4:1 auf einen Zählwert, der höher liegt als die insgesamt akkumulierte Zeit, die nötig sind, um die Nachricht zu übertragen, wird das nachlaufende Abstandssignal 54 erzeugt. Die Länge des nachlaufenden Abstandssignals 54 wird dadurch gesteuert, auf welche Länge der Zeitgeber T4:1 programmiert ist, das Zählen über die Zeit hinweg fortzusetzen, die erforderlich ist, um die Nachricht zu übertragen.
Das Leiterdiagramm 116 ist in den 5, 5A und 5B dargestellt und beschreibt die Programmierung für die Bord-PLCs 42. Der Dateneingang I:000 ist elektrisch an die Kommunikationssammelschiene 35 gekoppelt und detektiert die Serie von hohen und niedrigen Spannungen, die vom bordexternen PLC 40 auf die Sammelschiene 35 ausgegeben werden. Bei Sprosse 0000 bewirkt eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 118, dass ein Zeitgeber T4:0 am PLC 42 (nicht mit dem Zeitgeber T4:0 am PLC 40 zu verwechseln) zu zählen beginnt. Mit dem Zeitgeber T4:0 wird überwacht, ob das Triggersignal 50 gesendet worden ist oder nicht. Bei der Ausführungsform von 3 ist das Triggersignal 200 Millisekunden lang. Der Zeitgeber T4:0 ist bevorzugt auf eine Zeitperiode gesetzt, die geringfügig kürzer ist als die volle Periode von 200 Millisekunden. Wenn ein 200-Millisekunden-Trigger verwendet wird, könnte der Zeitgeber T4:0 auf 160 Millisekunden gesetzt werden. Wenn der Zeitgeber T4:0 mit dem Zählen aufgehört hat, bewirkt eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 120, dass der Startdatenspeicher B3:0 (bei 122) zwischenspeichert.
Sprosse 0001 funktioniert dahingehend, etwaige Daten, die zuvor an den Speicherstellen N7:0, N7:1, N7:2, und N7:3 gespeichert waren, zu löschen (d.h. auf 0 zu setzen). Die Speicherstellen N7:0, N7:1 und N7:2 werden verwendet, um die Wörter Nr. 1, Nr. 2 bzw. das Prüfsummenwort zu speichern. Sprosse 0001 löscht somit alle alten Werte, die sich von vorausgegangenen Übertragungen an diesen Speicherstellen befinden könnten. Speicherstelle N7:3 wird wie unten erläutert für die vorübergehende Speicherung verwendet.
Sprosse 0002 beginnt bei einem Zeitgeber T4:1, nachdem das Triggersignal 50 detektiert worden ist. Mit dem Zeitgeber T4:1 wird bestimmt, welches Bit vom bordexternen PLC 40 zu einem bestimmten Zeitpunkt übertragen wird. Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 124 überprüft, ob der Startdatenspeicher B3:0 W ist oder nicht. Der Startdatenspeicher B3:0 wird gemäß Sprosse 0000 nur dann W sein, nachdem das Triggersignal für im Wesentlichen die ganze Periode des Triggersignals (z.B. 160 der insgesamt 200 Millisekunden) detektiert worden ist. Wenn der Startdatenspeicher B3:0 wahr ist, bewirkt eine Untersuche-Ob-Aus-Anweisung 126, dass der Zeitgeber T4:1 erst dann mit dem Zählen beginnt, wenn der Dateneingang I:000 auf einen L-Wert geht. Der Dateneingang I:000 geht auf einen L-Wert, sobald das Triggersignal 50 übertragen worden ist. Zeitgeberdaten T4:1 starten deshalb unmittelbar nach dem Senden des Triggersignals 50. Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 128 stellt sicher, dass der Zeitgeber T4:1 nach dem Hochfahren weiterhin zählt, bis die Grenze des Zeitgebers T4:1 erreicht worden ist. Die Grenze des Zeitgebers T4:1 sollte auf eine Zeitperiode gesetzt sein, die lange genug ist, um die ganze Nachricht zu empfangen. Bei der gegenwärtigen Ausführungsform ist die Grenze des Zeitgebers T4:1 auf die gleiche Grenze wie die des am bordexternen PLC 40 angeordneten Zeitgebers T4:1 gesetzt.
Sprosse 0003 (5A) detektiert und speichert das vom bordexternen PLC 40 übertragene Wort Nr. 1. Ein Paar von Untersuche-Ob-Ein-Anweisungen 130 und 132 stellt sicher, dass Sprosse 0003 nur dahingehend funktioniert, Daten zu empfangen, wenn der Startdatenspeicher W ist (d.h. das Triggersignal 50 empfangen worden ist) bzw. wenn der Zeitgeber T4:1 immer noch zählt. Sprosse 0003 enthält einen oder mehrere Grenztests, wobei die Gesamtzahl der Anzahl von Bits in Wort Nr. 1 entspricht. Aufgrund einer Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 134 werden die Grenztests nur dann durchgeführt, wenn am Dateneingang I:000 ein H-Signal detektiert wird. Wenn für eine gegebene Zeitperiode kein H-Signal detektiert wird, werden das oder die entsprechenden Bits an den Speicherstellen N7:0, N7:1 und N7:2 nicht geändert und bleiben auf 0, wie in Sprosse 0001 gesetzt. Wenn am Dateneingang I:000 ein H-Signal detektiert wird, werden die Grenztests von Sprosse 0003 durchgeführt. Ein erster Grenztest 136 prüft, um zu sehen, ob der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an den Speicherstellen N10:0 und N10:1 gespeicherten Werten liegt. Diese beiden Speicherstellen speichern die Anfangs- und Endzeiten für die erste Zeitscheibe, in der ein Bit übertragen wird. Somit würden in dem Beispiel von 3 diese beiden Speicherstellen die Werte 40 bzw. 80 speichern. (Die erste 40-Millisekunden-Zeitperiode würde vom Abstandssignal 52 belegt werden.) Wenn der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen 40 und 80 liegt, dann verriegelt ein Zwischenspeicher 138 das erste Bit (Bit N) von Wort Nr. 1 (an Speicherstelle N7:0 gespeichert) auf einen H-Wert. Ein zweiter Grenztest 140 bestimmt, ob der insgesamt akkumulierte Zeitwert von Zeitgeber T4:1 zwischen den an Speicherstellen N10:2 und N10:3 gespeicherten Werten liegt. Diese Werte entsprechen den Anfangs- und Endzeiten für die jeweilige Zeitscheibe, in der das zweite Bit von Wort Nr. 1 übertragen wird. Wenn der insgesamt akkumulierte Zählwert von Zeitgeber T4:1 zwischen diesen beiden Werten liegt, verriegelt eine Zwischenspeicher-Anweisung 142 das zweite Bit von Wort Nr. 1 auf einen H-Wert. Bei der Ausführungsform von 3 würden die Werte von N10:2 und N10:3 120 und 160 betragen, wenngleich wie angemerkt andere Werte verwendet werden könnten, wenn in dem Kommunikationsprotokoll anders bemessene Zeitscheiben verwendet würden. Das letzte Bit von Wort Nr. 1 wird vom Grenztest 144 detektiert. Bei der Ausführungsform von 3 wird der Grenztest 144 der achte Grenztest auf Sprosse 0003 sein, da Wort Nr. 1 acht Bit lang ist.
Sprossen 0004 und 0005 detektieren Wort Nr. 2 bzw. das Prüfsummenwort auf die gleiche Weise, wie Sprosse 0003 Wort Nr. 1 detektiert. Jede Sprosse enthält so viele Grenztests, wie es Bits für dieses jeweilige Wort gibt. Jeder Grenztest überwacht Zeitgeber T4:1, um zu sehen, ob die Zeit für den Emp fang dieses jeweiligen Bits angekommen ist. Weil die Speicherstellen zum Speichern der Wörter Nr. 1, Nr. 2, und der Prüfsumme anfänglich auf 0 gesetzt sind, wird jeder Grenztest erst dann aktiviert, wenn am Dateneingang I:000 ein H-Signal detektiert wird.
Sprosse 0006 (5B) bestimmt anhand der übertragenen Prüfsumme, ob es bei der Übertragung einen Fehler gab. Eine Untersuche-Ob-Ein-Anweisung 146 gestattet, dass die Prüfsummenberechnungen erst dann beginnen, wenn der Zeitgeber T4:1 mit dem Zählen aufgehört hat. Die Prüfsummenberechnungen werden deshalb erst dann durchgeführt, wenn die ganze Nachricht empfangen worden ist. Eine Berechne-Anweisung 148 berechnet die Summe der Wörter Nr. 1 und 2 und der Prüfsumme, die an Speicherstellen N7:0, N7:1 bzw. N7:2 gespeichert sind, und legt die berechnete Summe an der Speicherstelle N7:3 ab. Ein Bitfeldverteiler 150 bewegt die Summe an die Speicherstelle N7:4 und entfernt dadurch einen etwaigen Überlauf in der berechneten Summe. Eine Gleich-Anweisung 152 bestimmt, ob die Summe (unter Ignorierung des Überlaufs) gleich Null ist oder nicht. Wenn sie gleich Null ist, dann werden die empfangenen Daten als gültig angenommen, und Bewege-Anweisungen 154 und 156 bewegen die empfangenen Wörter Nr. 1 und Nr. 2 (an N7:0 und N7:1 gespeichert) an die Speicherstellen N7:10 und N7:11, wo sie von PLC 42 dazu verwendet werden können, andere Operationen an dem Fahrzeug 24 der elektrifizierten Einschienenbahn zu steuern. Wenn die Summe (unter Ignorierung des Überlaufs) nicht gleich Null ist, wird angenommen, dass die Daten einen Fehler enthalten, und die Wörter Nr. 1 und Nr. 2 werden nicht an ihre letzten Speicherstellen N7:10 und N7:11 bewegt. Entriegel-Anweisung 158 verriegelt den Startdatenspeicher B3:0 auf einen F-Wert, und die Rücksetz-Anweisung 160 setzt den Zeitgeber T4:1 zurück, wodurch eine weitere Nachricht detektiert werden kann, nachdem ein weiteres Triggersignal detektiert ist.
Das in dem Leiterdiagramm von 4, 4A und 4B dargestellte bordexterne Programm wird zum Senden von Daten vom bordexternen PLC 40 zu einer einzelnen Kommunikationssammelschiene 35 oder einem einzelnen Segment der Kommunikationssammelschiene verwendet. Wenn eine segmentierte Kommunikationssammelschiene 35 verwendet wird und Nachrichten an verschiedene Segmente gesendet werden sollen, wird das bordexterne Programm unter Verwendung eines anderen Ausgangs am PLC 40 wiederholt, der elektrisch mit dem jeweiligen Segment der Kommunikationssammelschiene 35 gekoppelt ist. Beispielsweise ist das in 4, 4A und 4B gezeigte bordexterne Programm so ausgelegt, dass es Signale am Ausgang O:000 ausgibt. In 3 wäre dieses Programm deshalb nur in der Lage, Nachrichten an das Segment der Sammelschiene 35 weiterzuleiten, das sich vor der Station Nr. 10 befindet. Wenn erwünscht wäre, mit den Segmenten vor allen acht der Arbeitsstationen zu kommunizieren, würde das bordexterne Programm weitere siebenmal wiederholt werden für insgesamt acht Kopien. Die Differenz zwischen den Programmen wäre der jeweilige, von dem Programm gesteuerte Ausgang, wenngleich es auch möglich wäre, an jeder Kopie gegebenenfalls andere Variationen wie etwa Wortlänge, Anzahl der Wörter usw. vorzunehmen.
Die Programme der 4, 4A, 4B, 5, 5A und 5B sind nur für eine Einwegekommunikation von dem bordexternen PLC 40 zu dem oder den Bord-PLC(s) 42 ausgelegt. Es wäre jedoch möglich, das Kommunikationsprotokoll so zu ändern, dass gegebenenfalls eine Zweiwegekommunikation berücksichtigt wird. Bewerkstelligt werden könnte dies beispielsweise, indem der Bord-PLC 42 nach jedem zweiten, vom bordexternen PLC 40 gesendeten Triggersignal Nachrichten zurück zum PLC 40 übertragen könnte, damit dadurch alle PLCs abwechselnd Nachrichten zueinander übertragen können. Dies würde gestatten, dass Informationen von dem Träger oder seiner Last zurück zum bordexternen PLC gespeist werden. Als weitere Möglichkeit könnte Halbwellentechnologie verwendet werden, um eine Zweiwegekommunikation bereitzustellen. Beispielsweise könnten positive Signale für vom PLC 40 zum PLC 42 gehende Informationen verwendet werden, während negative Signale für vom PLC 42 zum PLC 40 gehende Kommunikationen verwendet werden könnten, oder umgekehrt. Um eine Zweiwegekommunikation bereitzustellen, könnte eine große Vielfalt an anderen Methoden ebenfalls verwendet werden.
Wenngleich die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die in den Zeichnungen gezeigten und in der obigen Spezifikation erörterten bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit mehreren alternativen Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht der Fachmann, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern jede und alle derartigen Modifikationen einschließt, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

Elektrifiziertes Einschienenbahnsystem (18), das folgendes umfasst: – Eine elektrifizierte Einschienenbahn (22), die mindestens eine Sammelschiene (30–35) enthält; – mindestens einen Träger (Fahrzeug 24), der dafür ausgelegt ist, sich auf der elektrifizierten Einschienenbahn (22) zu bewegen; – eine erste Controllereinheit, die eine Ausgangeinheit mit einem Ausgang (44) aufweist und elektrisch an die mindestens eine Sammelschiene (35) gekoppelt ist, wobei der Ausgang (44) in der Lage ist, mehr als einen Zustand anzunehmen, wobei die erste Controllereinheit so programmiert ist, dass sie eine Reihe von Zuständen entsprechend einer Nachricht auf die mindestens eine Sammelschiene (35) ausgibt; und – eine zweite Controllereinheit, die einen Eingang (46) aufweist, der zumindest gelegentlich elektrisch an die mindestens eine Sammelschiene (35) gekoppelt ist, wobei die zweite Controllereinheit von dem mindestens einen Träger (Fahrzeug 24) getragen wird, wobei die zweite Controllereinheit so programmiert ist, dass sie im Speicher die von der ersten Controllereinheit durch die mindestens eine Sammelschiene (35) ausgegebene Reihe von Zuständen speichert, wobei die erste und zweite Steuereinheit als handelsübliche programmierbare Logikcontroller (erster PLC 40, zweiter PLC 42) ausgelegt sind, die standardmäßige Eingangs- und Ausgangsprotokolle aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit mehrere Ausgänge (44) umfasst und die mindestens eine Sammelschiene (35) in elektrisch isolierte Sektionen (35a bis 35h) unterteilt ist und jeder Ausgang (44) der Ausgabeeinheit des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40) elektrisch an nur eine der elektrisch isolierten Sektionen (35a bis 35h) gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der erste programmierbare Logikcontroller (PLC 40) mit einem Computer (48) in Kommunikation steht, wobei der Computer (48) dafür ausgelegt ist, den Inhalt der Nachricht zu steuern.
System nach Anspruch 1, weiterhin mit einem zweiten Träger, der dafür ausgelegt ist, sich entlang der elektrifizierten Einschienenbahn (22) zu bewegen, und einem an dem zweiten Träger angeordneten dritten programmierbaren Logikcontroller, wobei der dritte programmierbare Logikcontroller so programmiert ist, dass er die von dem ersten programmierbaren Logikcontroller (PLC 40) ausgegebene Reihe von Zuständen im Speicher speichert.
System nach Anspruch 1, wobei der zweite programmierbare Logikcontroller (PLC 42) Aktionen an dem Träger (Fahrzeug 24) auf der Basis der von dem ersten programmierbaren Logikcontroller (PLC 40) empfangenen Nachricht ausführt.
System nach Anspruch 1, wobei die elektrifizierte Einschienenbahn (22) eine elektrifizierte Einschienenhängebahn ist, wobei der Träger (Fahrzeug 24) in der Lage ist, die Höhe und Drehung einer auf dem Träger getragenen Last (25) zu justieren, und der zweite programmierbare Logikcontroller (PLC 42) so programmiert ist, dass er die Höhe und Drehung der Last (25) auf dem Träger justiert.
System nach Anspruch 1, wobei der mehr als eine Zustand hohe und niedrige Spannungen umfasst.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei die hohen Spannungen Wechselspannungen sind und die niedrigen Spannungen im Wesentlichen Null Volt sind.
System nach Anspruch 1, wobei die elektrifizierte Einschienenbahn (22) eine elektrifizierte Einschienenhängebahn ist und der Träger (Fahrzeug 24) von der Einschienenbahn (22) nach unten herabhängt.
Verfahren zum Übertragen von Informationen über eine Sammelschiene (35) in einem elektrifizierten Einschienenbahnsystem (18) mit einer elektrifizierten Einschienenbahn (22), die mindestens eine Sammelschiene (30 bis 35) und mindestens einen Träger (Fahrzeug 24) enthält, der dafür ausgelegt ist, sich auf der elektrifizierten Einschienenbahn (22) zu bewegen, wobei das Verfahren folgendes umfasst: – Bereitstellen einer ersten Controllereinheit, ausgelegt als programmierbarer Logikcontroller (PLC 40), mit standardmäßigen Eingangs- und Ausgangsprotokollen und mit mehreren Ausgängen (44); – Bereitstellen einer zweiten Controllereinheit, ausgelegt als programmierbarer Logikcontroller (PLC 42), mit standardmäßigen Eingangs- und Ausgangsprotokollen und mit mindestens einem Eingang (46); – Koppeln des Ausgangs (44) des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40) an die Sammelschiene (35), die in elektrisch isolierte Sektionen (35a bis 35h) unterteilt ist; – Koppeln des Eingangs (46) des zweiten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 42) an die Sammelschiene (35); – Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40), eine Reihe von Zuständen entsprechend den Informationen auf der Sammelschiene (35) auszugeben; und – Programmieren des zweiten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 42), die Reihe von Zuständen auf der Sammelschiene (35) zu detektieren und die Reihe von Zuständen zumindest vorübergehend in einem Speicher in dem zweiten programmierbaren Logikcontroller (PLC 42) zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin mit dem Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40), ein Triggersignal vor dem Ausgeben der Reihe von Zuständen auszugeben.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin mit dem Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40) in der Lage zu sein, die Informationen auf der Basis von einem Computer (48) empfangenen Anweisungen zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Reihe von Zuständen eine Reihe von hohen und niedrigen Spannungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit dem Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40), eine konstante Spannung für eine vorbestimmte Zeitperiode zwischen jeder hohen und niedrigen Spannung auszugeben, die entsprechend den Informationen ausgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die konstante Spannung eine Niedrigspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit dem Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40), jede der hohen und niedrigen Spannungen für eine feste Zeitperiode im wesentlichen gleich einer Abtastzeit des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40) auszugeben.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit dem Bereitstellen eines Trägers (Fahrzeuge 24), der sich entlang der Sammelschiene (35) bewegt und den zweiten programmierbaren Logikcontroller (PLC 42) an dem Träger (Fahrzeug 24) befestigt.
Verfahren nach Anspruch 16, weiterhin mit dem Programmieren des zweiten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 42), eine Operation an dem Träger (Fahrzeug 24) auf der Basis der Nachricht zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit dem Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40), eine zweite Reihe von hohen und niedrigen Spannungen auszugeben, die einer Fehlerdetektionsnachricht entsprechen, und Programmieren des zweiten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 42), um auf der Basis der Fehlerdetektionsnachricht zu bestimmen, ob der zweite programmierbare Logikcontroller (PLC 42) die Reihe von hohen und niedrigen Spannungen mit etwaigen Fehlern detektiert hat oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit dem Bereitstellen eines zweiten Ausgangs (44) an dem ersten programmierbaren Logikcontroller (PLC 40), Koppeln des zweiten Ausgangs (44) an die zweite Sammelschiene (30 bis 34) und Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40) eine Reihe von hohen und niedrigen Spannungen entsprechend einem zweiten Informationselement auf die zweite Sammelschiene (30 bis 34) auszugeben.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin mit dem Programmieren des ersten programmierbaren Logikcontrollers (PLC 40) derart, dass das auf die zweite Sammelschiene (30 bis 34) ausgegebene zweite Informationselement von den auf die Sammelschiene (35) ausgegebenen Informationen verschieden sein kann.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die hohen Spannungen Wechselspannungen sind und die niedrigen Spannungen im Wesentlichen null Volt sind.