(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリアルバスシステムの単一のバスラインの接続に適し、それぞれの単一のバス通信インタフェースを備え、バス加入者の冗長なネットワークのためのｎ＞１本のバスラインを備えた冗長シリアルバスシステムにおいて、
前記冗長シリアルバスシステムの接続可能な冗長手段は、前記ｎ本の並列バスラインとの接続のためのバス通信インタフェースと、少なくとも、１つの前記バス加入者の単一の前記バス通信インタフェースと接続するためのバス通信インタフェースとを備え、
前記冗長手段は、受信器と送信器とからなり、
前記冗長手段の前記受信器は、少なくとも、各バスラインのための入力段と、バス加入者から独立しており全てのバスラインのための共通の評価段と、出力段とを有し、
前記評価段は、データストリームの基準に基づいて該データストリームの有効性を評価し、受信ラインとして前記バスラインの１つを選択する手段を有し、
前記出力段の出力信号は、選択された前記バスラインの１つの信号と一致し、
前記冗長手段の前記送信器は、前記各バスラインのためにドライバを有することを特徴とする冗長シリアルバスシステム。
【請求項２】
前記入力段は、同期化及びろ過のための手段を有することを特徴とする請求項１に記載の冗長シリアルバスシステム。
【請求項３】
前記入力段は、直並列変換のための手段を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冗長シリアルバスシステム。
【請求項４】
前記出力段は、並直列変換のための手段を有することを特徴とする請求項３に記載の冗長シリアルバスシステム。
【請求項５】
前記評価段は、前記データストリームの評価のほか、時間評価、受信ラインの状態の評価及びライン選択のための手段を有することを特徴とする請求項１に記載の冗長シリアルバスシステム。
【請求項６】
直列接続可能な前記冗長手段は、前記受信器で、前記バスラインが、所定のバスラインでもっぱら受信されるように、固定調整可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の冗長シリアルバスシステム。
【請求項７】
直列接続可能な前記冗長手段は、前記送信器で、前記バスラインが所定のバスラインでもっぱら送信されるように、固定調整可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の冗長シリアルバスシステム．
【請求項８】
前記ドライバのそれぞれは、該ドライブの出力端への無音接続のためのゲート回路を含むことを特徴とする請求項７に記載の冗長シリアルバスシステム。
【請求項９】
少なくとも１つの選択可能な前記バス加入者は、制御ラインの接続のための診断インターフェースを備え、直列接続可能な前記冗長手段の前記評価段は、前記制御ラインとの接続のための入出力端子を備え、該評価段と前記ドライバの前記ゲート回路は、それぞれ、前記診断インターフェースの前記制御ラインと接続されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の冗長シリアルバスシステム。
【請求項１０】
前記請求項１に記載の前記冗長シリアルバスシステムにより、前記全てのバスラインでの動作中に、並列で同時に特定の情報パケットが送信され、
前記バスラインの前記特定の情報パケットは、直列接続可能な前記冗長手段により並列に受信され、
受信される前記情報パケットのデータストリームは、その有効性についてテストされ、前記データストリームの有効性に依存して、前記バスラインのうちの１つが選択され、そのデータストリームが接続される前記バス加入者に転送されることを特徴とする冗長シリアルバスの動作方法。
【請求項１１】
前記情報パケットは、選択される前記バス加入者のある前記冗長シリアルバスの監視及び診断のため、そこにある前記バスラインで、前記情報パケットが送信され、受信されることを特徴とする請求項10に記載の冗長シリアルバスの動作方法。
【発明の詳細な説明】
この発明は、冗長シリアルバスとその動作方法に関するものである。
システム一体化の冗長手段のない、周知のシリアスバスシステムにとって、規則的に規格化され、それで、相互作用可能なバスシステムに関する一般的問題は、冗長に構成されるバスラインにより相互に連絡することにある。
さらに、連絡のため、冗長に構成されるバスラインの１つを選択する際、純粋に物理的なレベルでの複雑なエラーの識別は、例えば、送信レベル識別により、もはやできないという問題が存在する。評価は、プロトコル処理の高度なレベルに置かねばならない。第１に、少なくとも、電報の受信のため、選択されるラインが選択可能となる前に、シリアル伝送の部分が正しいと識別されねばならない。電報の監視される部分は、少なくとも、所定の動作時間を持つ応答（Refexion）が、確実に識別されるように長くなければならない。
通常、伝送プロトコルの下層のためのバスシステムは、特定のバスコントロールを使用する。このコントローラが、対応する冗長度を備えていなければ、対応する冗長度の具現のための必須の箇所が、このコントローラの使用者には、もはや手に入らないことになる。
1992年、ウイーン在のR.Oldenbourg出版社の刊行文献、「自動化技術」第１巻、第406頁によると、冗長バスシステム内で、切り換え基準の生じる際に、データ往来を能動バスから受動バスへ切り換えることは周知であり、その際、それぞれ能動バスは、冗長システムの同種で同格のバスからの所定の選択を示す。切り換え基準として、能動バスの停止や、能動バスおよび受動バスへの伝送要求差の周期的応答を設けることがある。
ドイツ特許公報DE19513318号から、ｎ＞１の並列で独立したラインから成る非同期で、冗長なシリアルバスの動作方法は周知であり、少なくとも、２つの連続した同期可能なマルチプレクサが設けられ、シリアルバスインタフェースと並列ラインとの間で、データ情報の両方向伝送に適する。その際、冗長シリアルバスの優先ラインは、メインバスとして設けられ、ｎ−１の保留ラインはサブバスとして決定され、障害のないデータ往来では、マルチプレクサを介して接続されるステーション間のデータ情報は、能動バスとしてのメインバスを介して交換され、マルチプレクサ間の制御情報は、少なくとも１つの設定可能なバスを介して交換され、設定可能な限界の下で、能動バスでの伝送品質の低下の場合、能動バスに対して設定可能なサブバスが決められ、上位におけるエラーメッセージが中断され、非能動化バスが分析され、メインバスでの伝送品質が高まると、メインバスの設定可能な限界を介して、能動バスへの戻りが決定される。
その際、能動バスへの全バス加入者の同期のための費用は、材料の面でも、そのために必要であるプロトコル機能に関しても不利と分っている。同期化手段自体、バス加入者であるので、さらに、接続可能なステーションのための、利用可能な加入者アドレス数は減少する。
ドイツ特許公報DE19513316号から、制御出力と連絡ポートとを備えた、シングルポートステーションの冗長ネットワークに対して、ｎ＞１のバスラインを備えた、分割可能なイーサネット−バスシステムは周知であり、双方向マルチプレクサは、マルチプレクサ化されたポートと、ｎラインポートと、制御入力とを備える。イーサネットセグメントのｎバスラインに、少なくとも、ｎラインポートのある１つの監視装置が接続される。各シングルポートステーションはマルチプレクサに付設され、その際、シングルポートステーションは、マルチプレクサのマルチプレクサ化されたポートと連続され、シングルポートステーションの制御出力は、マルチプレクサの制御入力と連結される。各マルチプレクサのｎ個のラインポートは、イーサネットセグメントのｎ本のバスラインに接続される。
各シングルポートステーションが、マルチプレクサを制御するため、制御出力を備えることは不利である。特に、このシステムでの冗長バスラインの増備では、この種の制御出力が利用できない。
さらに、ドイツ特許公報DE19513315号から、シングルポートステーションの冗長ネットワークのための、分割可能なイーサネットーバスシステムは周知であり、２本のラインが少なくとも、部分的に並列に配置され、能動ネット加入者としての両方のラインに、シングルポートステーションを接続するため、アドレス指定可能な双方向マルチプレクサが設けられ、双方向マルチプレクサは、能動ネット加入者として、アドレス指定可能な、少なくとも１つの監視ユニットを制御できる。
ここで、同じネット内での可能なシングルポートステーション数を制限するという、必要なネットアドレスの数は不利である。
この発明は、システム一体化の冗長手段のない周知のシリアルバスシステムのバス加入者を、冗長に構成されたバスラインにより相互に連結する手段を提供することを課題とする。その際、このバスシステムは、できる限り影響されずに簡単に組み込むことができる。冗長でない加入者との混合動作ができなければならず、冗長手段は、バスエラー閉鎖等のような、複雑なエラーも完全に識別して処理しなければならない。
この発明によると、この課題は請求項１の手段により解決される。この発明の有利な実施例は、従属する請求項２ないし請求項９に記載されている。
この発明は、各受信ラインに対して必須の決定基準を得るため、直列装置内のプロトコルの部分を追加して展開することにある。それから、評価に応じて、障害なく識別されるラインが選択される。それから、通常の連絡コントローラまたは装置内へ読み込みできるように、選択されたラインは、元の信号へバック変換される。
そこで、この発明は、伝送路の障害は、通常、プリアンブルで識別できるか、またはUARTプロトコルでは、第１バイトの伝送中に識別できるという経験を根拠にしている。
この発明によると、一方が、冗長に構成されるバスラインと接続され、他方が、システム一体化の冗長手段のない加入者または装置と接続される直列装置が設けられ，その際、バスラインのそれぞれは、システム一体化の冗長手段を完全になくして接続される加入者または装置と連結される。
そのような冗長のバスシステムでは、常に、全ラインに送信され、他方、受信では、任意の障害のないラインが選択される。このことは、同じバスラインに接続される異なる受信器が、異なるバスラインで、障害のないものと識別できることを意味する。
利用可能なバスコントローラが、さらに有利な仕方で使用できる。さらに、システム一体化の冗長手段のないバスコントローラを備えたこの装置は、システムアーキテクチャを変更することなく、簡単に冗長にネットワーク化できる。同期化手段のための追加の加入者アドレスが不要である。
直列接続される冗長のこの概念は、シリアル通信の全ての種類のものに当てはまり、物理層のレベルで実現される。冗長において、データストリームの有効性に依存して、１〜ｎ本（ｎ＞＝ｍ＋１）の受信ラインの選択が行われる。この選択は、伝送ブロック（フレーム）の期間に相当する。全送信ラインへ送信される。受信ラインおよび送信ラインは、双方向バスラインに統合できる。
この発明を、２つの並列バスラインを備えた実施例に基づき、次に詳細に説明する。
図１は、冗長バスシステムの原理図を示す。
図２は、直列接続可能な、冗長手段のブロック回路図を示す。
図３は、監視装置を備えた、冗長バスシステムの原理図を示す。
図４は、監視装置を備えた直列接続可能な、冗長手段のブロック回路図を示す。
この発明による冗長バスシステムは、原則的に図１で示される。２本のバスライン11、12から成る冗長シリアルバス１に、バス加入者２のグループ21〜25が接続され、各バス加入者２は、単一の冗長のないバス通信インタフェース200を利用する。
第１グループ21、第２グループ22のバス加入者２は、加入者別の直列接続可能な冗長手段３を介して、両方のバスライン11、12に接続される。第４グループ24のバス加入者２は、一本の冗長のないシリアルバス４と直列接続可能な冗長手段３とを介して、冗長シリアルバス１の両方のバスライン11、12に接続される。第３グループ23のバス加入者２は、もっぱら、冗長シリアルバス１のバスライン11に接続されれる。その際、バスライン11または12との接続は、選択がなく有利であり混合できる。その際、優先箇所は見捨てられる。
特に有利な態様では、シリアルバス１の冗長は、個々のバス加入者２の有効性での需要に応じて段階付けできる。さらに、冗長接続する加入者および冗長接続しない加入者の混合作用が可能である。
第５グループ25は、バスシステムの第２セグメントのそれぞれと、第１セグメントのバスライン11、12との接続のために設けられる、いわゆる中継器を含む。
直列接続可能な冗長手段３の主な構成が図２で示される。直列接続可能な冗長手段３は、受信器31と送信器32を備える。受信器31は、少なくとも、各バスライン11、12のために、それぞれ、入力段311、評価段312、出力段313を含む。入力段311は、同期、ろ過、直並列変換のための手段を備えている。さらに、データストリームを評価する手段（パリテイ、フレーミング、‥‥）も設けることができ、評価段312での状態に転送される。都合よく、入力段311は、増幅器314と直列接続され、増幅器314は冗長シリアルバス１のバスライン11、12の物理的伝送媒体と入力段311との適合のための手段を有する。
評価段312は、データストリームの評価、時間評価、受信ラインの状態の評価、およびライン選択のための手段を含む。
出力段313は、並直列変換、欠陥のある受信データでの無音処置（Stummschaltung）のための手段、バス加入者２の冗長のないバス通信インタフェース200と適合するためのドライバ段（RS485,RS232,LWL、‥‥）を有する。受信識別時間を越えて遅延するデータストリームを、受信段311から出力段313に直接転送することが選択的にできる。それで、並直列変換器は不要である。
入力段311内で入力信号は、フィルタを介して同期段へ導かれる。同期段では、受信器31はデータストリームと同期させられる。伝送速度が構成され、自動的に識別可能となる。自動的な速度識別のため、入力するデータストリームが評価される。データストリームは、評価段312へ直列または並列で転送できる。
評価段312において、受信ライン11または12の選択は、直列または並列のデータストリーム、受信ライン11、12の時間特性および状態から確認される基準に基づき行われる。データストリームからの基準として、フレームエラー、パリテイエラー、プリアンブル、同期順序等が当てはまる。別の基準は時間特性、データ伝送器内の中断時間またはデータ伝送期間から引きだされる。時間に依存する切り換え手法も基準を提供できる。受信ライン11、12の状態を特徴付ける選択基準は、過負荷または軽負荷を示す信号レベルにもなる。
評価段312内で有効と認められて、選択されたデータストリームに対して、ビットリタイミング（Bit−Retiming）が行われ、ドライバ段を介して出力される。ケーブルラン時間（応答動作時間:Refexionslaufzeit）の範囲内にあるので、直列接続可能な冗長手段３から生じる時間遅延は問題がない。有効なデータストリームが識別されると、出力段313は、出力信号としての停止位置を送る。
送信側では、直列接続可能な冗長手段３は、冗長シリアルバス１の各バスライン11、12のため、それぞれ、ドライバ321を有する。送信されるデータストリームは、ドライバ321を介して、バスライン11、12へ出力される。
同一手段に対して同一参照符号を使用する。図３において、選択可能なバス加入者２が診断手段を備える、冗長バスシステムを示す。その際、第１加入者グループの選択されるバス加入者２は、追加の診断インタフェース201を備え、追加制御ライン５により、付設された直列接続可能な冗長手段３と接続される。
さらに、図４では、監視および診断のための追加の制御ライン５を備えた、直列接続可能な冗長手段３のブロック回路図が示される。受信器31の評価段312は、状態情報を出力する出口と、受信ラインとしての専用回線ライン11または12を選択するための入口を有し、それぞれ、追加制御ライン５を介して、第１加入者グループの、選択されたバス加入者２の追加の診断インタフェース201と接続される。
さらに、受信器31は、受信器31を異なる動作種類への調製を許容するテストおよび診断のための手段を有する。データストリームの有効性による受信ラインとしての、バスライン11または12の通常動作として称される選択と並んで、さらに、固定調整されたバスライン11または12への受信が設けられ、その際、評価段312はオンオフ接続できる。
テスト目的と診断目的のため、所定のバスライン11または12で、もっぱら受信されるように受信器31は構成される。ここで、選択されるバスライン11または12のために、受信器31の入口と出口間で直接接続される。さらに、受信器31の評価段312は、制御ライン５を介して選択されるバス加入者により、対応して初期化される。
送信側で、テスト目的と診断目的のため、データストリームを、もっぱら一つまたは多数のバスライン11、12へ、個別に形成可能に出力する。そのため、送信機32のドライバ321は、それぞれのドライバ321の出口に、無音で切り換えられるゲート回路が設けられる。各ゲート回路は、制御ライン５を介して、選択された加入者２の診断インターフェース201と接続される制御入力を有する。
診断中、選択された加入者が目標とするデータは、選択されたバスライン11または12を介して送信され、受信される。この方法により、欠陥バスライン11、12が識別され、上位にある装置に伝達される。
図面符号
1          冗長シリアルバス
11,12      バスライン
2          バス加入者
21,‥‥25    加入者グループ
200        バス通信インタフェース
201        診断インタフェース
3          直列接続可能な冗長手段
31         受信機
311        入力段
312        評価段
313        出力段
314        増幅器
32         送信器
321        ドライバ
4          冗長のないシリアルバス
5          制御ライン
【図１】
0003582533.tif 000002
【図２】
0003582533.tif 000003
【図３】
0003582533.tif 000004
【図４】
0003582533.tif 000005