(57)【要約】【課題】制御ユニットの時間同期を改善し、とりわけ、可能な限り容易にかつ効率的に、空間的に分かれた様々な制御ユニットにおいて共通の時間システムを利用できるようにする。【解決手段】主ユニットからすべての副ユニットへ基準信号として制御信号を送信し、各副ユニットは、第１の信号ラインを介して制御信号を受信したら第１の時間計数を開始するステップ、第２の信号ラインを介して制御信号を受信したら第２の時間計数を開始するステップ、２つの時間計数値を加算するステップ、加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較するステップ、加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに時間計数値を読み取るステップを実行し、読み取られた計数値に基づいて時間補正パラメータを求め、時間補正パラメータを考慮して副ユニットに時間同期を行わせる。【選択図】図４
2006148925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ユニット（１１０；２１０）により制御される少なくとも２つの副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を時間的に同期させるための同期方法であって、それぞれ互いに逆の順序で各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を正確に一度だけ通る２つの信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）が設けられており、該信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）は、主ユニット（１１０；２１０）により送信された信号が少なくとも前記信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）のうちの１つにおいてすべての副ユニットを通り、主ユニットに帰還するように、構成されており、前記同期方法が、
主ユニット（１１０；２１０）により送信された信号が帰還するまでに要する信号通過時間を求めるステップ、及び、
すべての副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に前記信号通過時間を通知するステップ
を有している形式の同期方法において、
各副ユニットが前記２つの信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）を介して少なくとも１つの制御信号を受信するように、主ユニット（１１０；２１０）からすべての副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）へ少なくとも１つの制御信号を基準信号として送信し、
それにより各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）は、
第１の信号ライン（１０５，２０５）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第１の時間計数を開始するステップ、
第２の信号ライン（１０６，２０６）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第２の時間計数を開始するステップ、
前記２つの時間計数値を加算するステップ、
加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較するステップ、
加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取るステップ
を実行し、
各信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）に関して、各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に対する時間補正パラメータを読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求め、
前記時間補正パラメータを考慮して副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に時間同期を行わせる、
ことを特徴とする副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を時間的に同期させるための同期方法。
【請求項２】
各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）が各信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）に関してそれぞれ１つの時間補正パラメータを求める、請求項１記載の同期方法。
【請求項３】
主ユニット（１１０；２１０）が同期信号生成のトリガ信号として使用される制御信号を副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に送信する、請求項１又は２記載の同期方法。
【請求項４】
副ユニットの側で前記信号ラインのうちの１つに割り当てられた時間補正パラメータは待ち時間に相当し、前記副ユニットはこの信号ラインを介してトリガ信号を受信すると前記待ち時間の経過後に同期信号を出力する、請求項３記載の同期方法。
【請求項５】
主ユニット（１１０，２１０）は副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に制御信号を送信し、副ユニットは、信号ライン（１０５；２０５）上で制御信号を受信した後、この信号ライン（１０５；２０５）に割り当てられた時間補正パラメータに相応する時間だけ待ち、これによりすべての副ユニットに同一の時点が通知されるようにする、請求項１から４のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項６】
副ユニット（２２０，２３０，２４０）が主ユニット（２１０）を始点として互いに直列に接続されるように、２つの信号ライン（２０５；２０６）が構成されており、主ユニットから見て最後の副ユニット（２４０）が一方の信号ライン（２０５）からの信号を他方の信号ライン（２０６）に伝達する、請求項１から５のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項７】
２つの信号ライン（１０５，１０６）の各々が、主ユニット（１１０）から始まり、主ユニットに帰還する２つの環状信号経路を形成する、請求項１から５のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項８】
主ユニット（１１０）は前記環状信号経路のそれぞれについて信号通過時間を決定する、請求項７記載の同期方法。
【請求項９】
主ユニット（１１０）は両方の信号経路で同時にそれぞれ１つの制御信号を送信する、請求項７又は８記載の同期方法。
【請求項１０】
信号通過時間は前記環状信号経路のそれぞれに対して同じである、請求項７から９のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項１１】
一方の信号ライン（２０５）での主ユニット（２１０）から最後の副ユニット（２４０）までの信号遅延時間は他方の信号ライン（２０６）での最後の副ユニット（２４０）から主ユニット（２１０）までの信号遅延時間に等しい、請求項６記載の同期方法。
【請求項１２】
副ユニット（１２０；２２０）の側で一方の信号ライン（１０５；２０５）に対して定められた時間補正パラメータは、他方の信号ライン（１０６；２０６）での主ユニット（１１０；２１０）からこの副ユニット（１２０；２２０）までの信号遅延時間の基準である、請求項１から１１のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項１３】
副ユニット（１２０，１３０，１４０；２２０，２３０，２４０）はそれぞれ第１の時間計数の読み取られた時間計数値を第１の信号ライン（１０５；２０５）に対する時間補正パラメータとして記憶し、第２の時間計数の読み取られた時間計数値を第２の信号ライン（１０６；２０６）に対する時間補正パラメータとして記憶する、請求項１から１２のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項１４】
同期信号の出力をトリガ信号の主ユニット（１１０；２１０）への帰還と同時に行う、請求項２から１３のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項１５】
前記環状信号経路の信号通過時間は異なる、請求項７から９のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項１６】
同期信号の出力を主ユニットへ帰還するのにより長い信号通過時間を要するトリガ信号の帰還と同時に行う、請求項１５項記載の同期方法。
【請求項１７】
主ユニット（１１０；２１０）が求められた信号通過時間よりも長い信号通過時間を通知する、請求項１から１６のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項１８】
通知された信号通過時間は、所定数の副ユニットを信号経路に追加挿入することにより得られる信号通過時間に相当する、請求項１７記載の同期方法。
【請求項１９】
時間計数値を加算するステップと加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較するステップをそれぞれ継続的に実行する、請求項１から１８のいずれか１項記載の同期方法。
【請求項２０】
少なくとも２つの副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を時間的に同期させる制御システムであって、前記少なくとも２つの副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を制御する主ユニット（１１０；２１０）を有し、それぞれ互いに逆の順序で各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を正確に一度だけ通る２つの信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）が設けられており、該信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）は、主ユニット（１１０；２１０）により送信された信号が少なくとも前記信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）のうちの１つにおいてすべての副ユニットを通り、主ユニットに帰還するように、構成されており、主ユニット（１１０；２１０）が、
主ユニットにより送信された信号が帰還するまでに要する信号通過時間を求める時間測定装置と、
前記信号通過時間をすべての副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に通知する通信装置
を有している形式の制御システムにおいて、
前記通信装置はさらに、各副ユニットが前記２つの信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）を介して少なくとも１つの制御信号を受信するように、主ユニット（１１０；２１０）からすべての副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）へ少なくとも１つの制御信号を基準信号として送信するよう構成されており、
各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）は、
第１の信号ライン（１０５，２０５）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第１の時間を計数する第１の時間計数器（４３０）、
第２の信号ライン（１０６，２０６）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第２の時間を計数する第２の時間計数器（４２０）、及び、
前記２つの時間計数値を加算する加算装置（４４０）と、加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較する比較装置（４５０）と、加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取る装置とを備えた制御装置
を有しており、
各信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）に関して、各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に対する時間補正パラメータが、読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求められ、
副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）は前記時間補正パラメータを考慮して時間的同期を実行するように構成されている、
ことを特徴とする少なくとも２つの副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を時間的に同期させる制御システム。
【請求項２１】
各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）において、前記制御装置は各信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）に関してそれぞれ１つの時間補正パラメータを求めるように構成されている、請求項２０記載の制御システム。
【請求項２２】
主ユニット（１１０；２１０）の前記通信装置は、同期信号生成のトリガ信号として使用される制御信号を副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に送信するように構成されている、請求項２０又は２１記載の制御システム。
【請求項２３】
副ユニットの側で前記信号ラインのうちの１つに割り当てられた時間補正パラメータは待ち時間に相当し、前記副ユニットはこの信号ラインを介してトリガ信号を受信すると前記待ち時間の経過後に同期信号を出力する、請求項２２記載の制御システム。
【請求項２４】
主ユニット（１１０，２１０）は副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に制御信号を送信し、副ユニットは、信号ライン（１０５；２０５）上で制御信号の受信した後、この信号ライン（１０５；２０５）に割り当てられた時間補正パラメータに相応する時間だけ待ち、これによりすべての副ユニットに同一の時点が通知される、請求項２０から２３のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項２５】
副ユニット（２２０，２３０，２４０）が主ユニット（２１０）を始点として互いに直列に接続されるように、２つの信号ライン（２０５；２０６）が構成されており、主ユニットから見て最後の副ユニット（２４０）が一方の信号ライン（２０５）からの信号を他方の信号ライン（２０６）に伝達する、請求項２０から２４のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項２６】
２つの信号ライン（１０５，１０６）の各々が、主ユニット（１１０）から始まり、主ユニットに帰還する２つの環状信号経路を形成する、請求項２０から２４のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項２７】
前記時間測定装置は前記環状信号経路のそれぞれについて信号通過時間を決定するように構成されている、請求項２６記載の制御システム。
【請求項２８】
前記通信装置は両方の信号経路で同時にそれぞれ１つの制御信号を送信する、請求項２６又は２７記載の制御システム。
【請求項２９】
信号通過時間は前記環状信号経路のそれぞれに対して同じである、請求項２６から２８のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項３０】
一方の信号ライン（２０５）での主ユニット（２１０）から最後の副ユニット（２４０）までの信号通過時間は、他方の信号ライン（２０６）での最後の副ユニット（２４０）から主ユニット（２１０）までの信号通過時間に等しい、請求項２５記載の制御システム。
【請求項３１】
副ユニット（１２０，１３０，１４０；２２０，２３０，２４０）の側で一方の信号ライン（１０５；２０５）に対して定められた時間補正パラメータは、他の信号ライン（１０６；２０６）での主ユニット（１１０；２１０）からこの副ユニット（１２０，１３０，１４０；２２０，２３０，２４０）までの信号通過時間の基準である、請求項２０から３０のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項３２】
副ユニット（１２０，１３０，１４０；２２０，２３０，２４０）は、第１の時間計数の読み取られた時間計数値を第１の信号ライン（１０５；２０５）に対する時間補正パラメータとして記憶するため、ならびに、第２の時間計数の読み取られた時間計数値を第２の信号ライン（１０６；２０６）に対する時間補正パラメータとして記憶するために、それぞれ１つのメモリを有している、請求項２０から３１のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項３３】
同期信号の出力はトリガ信号の主ユニット（１１０；２１０）への帰還と同時に行われる、請求項２０から３２のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項３４】
前記環状信号経路の信号通過時間は異なる、請求項２６から２８のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項３５】
同期信号の出力は主ユニットへ帰還するのにより長い信号通過時間を必要とするトリガ信号の帰還と同時に行われる、請求項３４項記載の制御システム。
【請求項３６】
主ユニット（１１０；２１０）が求められた信号通過時間よりも長い信号通過時間を通知する、請求項２０から３５のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項３７】
通知された信号通過時間は、所定数の副ユニットを信号経路に追加挿入することにより得られる信号通過時間に相当する、請求項３６記載の制御システム。
【請求項３８】
前記加算装置（４４０）は継続的に時間計数値を加算し、前記比較装置（４５０）は加算された時間計数値を通知された信号通過時間と継続的に比較する、請求項２０から３７のいずれか１項記載の制御システム。
【請求項３９】
制御システム（１００；２００；５００；６００）の時間同期可能な副ユニットであって、該副ユニットは主ユニット（１１０；２１０）により制御され、２つの信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）が前記副ユニットを通り、前記副ユニットは主ユニット（１１０；２１０）により通知される信号通過時間を受信し、さらに、両方の信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）を介して、主ユニットが少なくとも１つの制御信号の形態で前記副ユニットに送信する基準信号を受信するものである形式の副ユニットにおいて、
第１の信号ライン（１０５，２０５）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第１の時間を計数する第１の時間計数器（４３０）、
第２の信号ライン（１０６，２０６）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第２の時間を計数する第２の時間計数器（４２０）、及び、
前記２つの時間計数値を加算する加算装置（４４０）と、加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較する比較装置（４５０）と、加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取る装置とを備えた制御装置
を有しており、
各信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）に関して、各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に対する時間補正パラメータが、読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求められ、
前記副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）は前記時間補正パラメータを考慮して時間的同期を実行するように構成されている、
ことを特徴とする時間同期可能な副ユニット。
【請求項４０】
前記制御装置は各信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）に関してそれぞれ１つの時間補正パラメータを求めるように構成されている、請求項３９記載の副ユニット。
【請求項４１】
同期信号を生成するためのトリガ信号として使用される制御信号を主ユニット（１１０；２１０）から受信するように構成されている、請求項３９又は４０記載の副ユニット。
【請求項４２】
副ユニットの側で前記信号ラインのうちの１つに割り当てられた時間補正パラメータは待ち時間に相当し、前記副ユニットはこの信号ラインを介してトリガ信号を受信すると前記待ち時間の経過後に同期信号を出力する、請求項４１記載の副ユニット。
【請求項４３】
副ユニットは信号ライン（１０５；２０５）上で制御信号を受信し、続いてこの信号ライン（１０５；２０５）に割り当てられた時間補正パラメータに相応する時間だけ待ち、これによりすべての副ユニットに同一の時点が通知される、請求項３９から４２のいずれか１項記載の副ユニット。
【請求項４４】
副ユニットの側で一方の信号ライン（１０５；２０５）に対して定められた時間補正パラメータは、他方の信号ライン（１０６；２０６）での主ユニットからこの副ユニットまでの信号通過時間の基準である、請求項３９から４３のいずれか１項記載の副ユニット。
【請求項４５】
副ユニットは第１の時間計数の読み取られた時間計数値を第１の信号ライン（１０５；２０５）に対する時間補正パラメータとして記憶し、第２の時間計数の読み取られた時間計数値を第２の信号ライン（１０６；２０６）に対する時間補正パラメータとして記憶するメモリを有している、請求項３９から４４のいずれか１項記載の副ユニット。
【請求項４６】
前記加算装置（４４０）は継続的に時間計数値を加算し、前記比較装置（４５０）は加算された時間計数値を通知された信号通過時間と継続的に比較する、請求項３９から４５のいずれか１項記載の副システム。
【請求項４７】
主ユニット（１１０；２１０）により制御される少なくとも２つの副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を時間的に同期させるための同期方法であって、それぞれ互いに逆の順序で各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を正確に一度だけ通る２つの信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）が設けられており、該信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）は、主ユニット（１１０；２１０）により送信された信号が少なくとも前記信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）のうちの１つにおいてすべての副ユニットを通り、主ユニットに帰還するように、構成されており、前記同期方法が、
主ユニット（１１０；２１０）により送信された信号が帰還するまでに要する信号通過時間を求めるステップ、及び、
すべての副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に前記信号通過時間を通知するステップ
を有している形式の同期方法において、
各副ユニットが前記２つの信号ライン（１０５，１０６；２０５，２０６）を介して少なくとも１つの制御信号を受信するように、主ユニット（１１０；２１０）からすべての副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）へ少なくとも１つの制御信号を送信し、
それにより各副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）は、
第１の信号ライン（１０５，２０５）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第１の時間計数を開始するステップ、
第２の信号ライン（１０６，２０６）を介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第２の時間計数を開始するステップ、
前記２つの時間計数値を加算するステップ、
加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較するステップ、
加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなる時点を求めるステップ
を実行し、
求めた時点に基づいて副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）に時間同期を行わせる、
ことを特徴とする副ユニット（１２０，１３０；２２０，２３０）を時間的に同期させるための同期方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムを介して主ユニットにより制御される複数の副ユニットを時間的に同期させる方法及び制御システムに関する。とりわけ、本発明は、複数の副ユニットに対して同期信号を時間的に同期して出力するようにした方法及び制御システムに関する。最後に、本発明は時間同期可能な副ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばオフセット印刷設備や工作機械の技術的なプロセス及び設備を制御するためには、多数の個別システムを時間的に同期させて制御又は駆動することが必要になることが多い。印刷設備では、例えば、印刷像に欠陥のない印刷結果を保証するためには、個々の印刷ステーションの軸を時間的に非常に正確に制御しなければならない。工作機械では、高い時間的精度で個々の軸を互いに同調させて制御する必要がある。
【０００３】
このような複雑な産業設備の制御は少なくとも分散型制御により実施される。このようにして、モジュール式電子制御装置により異なる種類の多数の制御システムを少数の基本構成要素から構成することができる。典型的には、設備の個々の構成要素に対してモジュール式の開ループ及び閉ループ回路が使用される。これらの開ループ及び閉ループ回路は、相互のデータ交換と制御局への接続を可能にするフィールドバスにより互いに接続されている。
【０００４】
個々の設備構成要素の時間的に正確な協働を保証するためには、すべての開ループ及び閉ループ回路において共通の時間基準を使用することができなければならない。そのようにしてはじめて、分散した個々の制御回路の間に不可欠の連係が保証される。
【０００５】
印刷機の制御においては、例えば、仮想的な軸信号に相当する同期信号を個々の駆動装置に供給することが通例である。機械的な駆動装置との類比から、主制御ユニットは仮想的な縦波に相当する信号を生成する。副ユニットは縦波信号からそれぞれ１つの仮想的な定常波信号を生成する。
【０００６】
特許文献１からは主ユニットを副ユニットと同期させる同期方法が公知である。主ユニットと副ユニットはそれぞれ固有のタイマーを内蔵している。タイマー間のずれを最小化するため、副ユニットのタイマーは規則的な間隔で主ユニットのタイマーと同期される。このために、主ユニットは送信時間を内容とする信号を２つの環状通信路を介して副ユニットに伝送する。これらの時間信号は副ユニットに達するまでに様々な遅延時間を要する。副ユニットは信号遅延時間の差を測定し、環状通信路を通る信号の循環時間を主ユニットから通知される。この循環時間から副ユニットは主ユニットからそれぞれの通信路を介して到達する時間信号の遅延時間を計算する。予想される受信時間を求めるため、主ユニットにより送信された時間情報は計算された遅延時間で補正される。予想受信時間と副ユニットにより測定された受信時間とを比較した後、副ユニットのタイマーを補正することができる。
【０００７】
この従来の方法の欠点は、遅延時間差を求めた後に、各副ユニットが個々の通信路のそれぞれの信号遅延時間をまた計算しなければならないことである。また、遅延時間の正しい計算を保証するために、各副ユニットは時間信号が最初にどの信号経路に達したかをさらに確認しなければならない。その上、特許文献１で提案されている方法は、各副ユニットと主ユニットが各自タイマーを有しているということに基づいている。このようなタイマーの正確さは限られているので、短時間のうちに個々のタイマーは互いにずれていく。このずれは必要とされる時間精度に比べて著しいものとなりうる。したがって、個別のタイマーを使用しているにもかかわらず、個々のユニットの事後同期が頻繁に行われる。
【０００８】
個々のタイマーの周期的な時間同期のためには、非特許文献１によるＩＥＥＥ１５８８規格、略してＰＴＰ、もよく使用される。この規格は、イーサネットのようなネットワークを介して接続された多数の空間的に分散した実時間時計を同期させるための方法を規定している。ＰＴＰによれば、１つの加入機器がマスタークロックとして確立され、第１の同期テレグラムを送信し、それに続いて第１のテレグラムの正確な時点の報告を含んだフォローアップテレグラムを残りの加入機器（スレーブ）に送信する。受信する側の加入機器は、第１のテレグラム、フォローアップテレグラム、及び自らの時計に基づいて、自らの時計とマスタークロックとの間の時間差を計算し、それにより時計同期を実行する。
【０００９】
機械制御システムは特許文献２に記載されている。機械制御は中央制御ユニットとそれぞれ１つのアクチュエータを制御する多数の副ノードとから構成されている。各ノードは中央制御ユニットからの信号に関する遅延パラメータを記憶している。それぞれの遅延パラメータは中央制御ユニットとノードとの間の信号遅延時間に依存している。中央制御ユニットは、遅延パラメータと共同してノードにおいて制御命令の同時実行を生じさせる時間通知を送信する。中央制御ユニットから各ノードまでの信号遅延時間を求めるために、制御ユニットはデータテレグラムを各ノードに送信し、各ノードはこのデータテレグラムを返送する。信号が帰還するまでの時間から中央制御ユニットはノードまでの遅延時間を求め、これをノードに通知する。
【００１０】
この方法の欠点は、中央制御ユニットが各ノードまでの信号遅延時間を求め、これを個々のノードに通知するために広範囲の初期化フェーズが必要とされるということである。
【特許文献１】ＤＥ−Ａ−１９９  １７  ３５４
【特許文献２】ＵＳ  ２００２／０１１０１５５
【非特許文献１】"Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control System"、ＩＥＥＥ１５８８規格
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、制御ユニットの時間同期を改善し、とりわけ、可能な限り容易にかつ効率的に、空間的に分散した様々な制御ユニットにおいて共通の時間システムを利用できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題は、同期方法については、主ユニットにより制御される少なくとも２つの副ユニットを時間的に同期させるための同期方法であって、それぞれ互いに逆の順序で各副ユニットを正確に一度だけ通る２つの信号ラインが設けられており、該信号ラインは、主ユニットにより送信された信号が少なくとも前記信号ラインのうちの１つにおいてすべての副ユニットを通り、主ユニットに再び戻るように、構成されており、前記同期方法が、
主ユニットにより送信された信号が帰還するまでに要する信号通過時間を求めるステップ、及び、
すべての副ユニットに前記信号通過時間を通知するステップ
を有している形式の同期方法において、
各副ユニットが前記２つの信号ラインを介して少なくとも１つの制御信号を受信するように、主ユニットからすべての副ユニットへ少なくとも１つの制御信号を基準信号として送信し、
それにより各副ユニットは、
第１の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第１の時間計数を開始するステップ、
第２の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第２の時間計数を開始するステップ、
前記２つの時間計数値を加算するステップ、
加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較するステップ、
加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取るステップ
を実行し、
各信号ラインに関して、各副ユニットに対する時間補正パラメータを読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求め、
前記時間補正パラメータを考慮して副ユニットに時間同期を行わせる、ことにより解決される。
また、制御システムについては、少なくとも２つの副ユニットを時間的に同期させる制御システムであって、前記少なくとも２つの副ユニットを制御する主ユニットを有し、それぞれ互いに逆の順序で各副ユニットを正確に一度だけ通る２つの信号ラインが設けられており、該信号ラインは、主ユニットにより送信された信号が少なくとも前記信号ラインのうちの１つにおいてすべての副ユニットを通り、主ユニットに再び戻るように、構成されており、主ユニットが、
主ユニットにより送信された信号が帰還するまでに要する信号通過時間を求める時間測定装置と、
前記信号通過時間をすべての副ユニットに通知する通信装置
を有している形式の制御システムにおいて、
前記通信装置はさらに、各副ユニットが前記２つの信号ラインを介して少なくとも１つの制御信号を受信するように、主ユニットからすべての副ユニットへ少なくとも１つの制御信号を基準信号として送信するよう構成されており、
各副ユニットは、
第１の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第１の時間を計数する第１の時間計数器、
第２の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第２の時間を計数する第２の時間計数器、及び、
前記２つの時間計数値を加算する加算装置と、加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較する比較装置と、加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取る装置とを備えた制御装置
を有しており、
各信号ラインに関して、各副ユニットに対する時間補正パラメータが、読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求められ、
副ユニットは前記時間補正パラメータを考慮して時間的同期を実行するように構成されている、ようにすることにより解決される。
また、副ユニットについては、制御システムの時間同期可能な副ユニットであって、該副ユニットは主ユニットにより制御され、２つの信号ラインが前記副ユニットを通り、前記副ユニットは主ユニットにより通知される信号通過時間を受信し、さらに、両方の信号ラインを介して、主ユニットが少なくとも１つの制御信号の形態で前記副ユニットに送信する基準信号を受信するものである形式の副ユニットにおいて、
第１の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第１の時間を計数する第１の時間計数器、
第２の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第２の時間を計数する第２の時間計数器、及び、
前記２つの時間計数値を加算する加算装置と、加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較する比較装置と、加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取る装置とを備えた制御装置
を有しており、
各信号ラインに関して、各副ユニットに対する時間補正パラメータが、読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求められ、
前記副ユニットは前記時間補正パラメータを考慮して時間的同期を実行するように構成されている、ようにすることにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の第１の側面によれば、少なくとも２つの副ユニットの時間同期のための同期方法が示される。副ユニットは主ユニットにより制御され、それぞれ互いに逆の順序で各副ユニットを正確に一度だけ通る２つの信号ラインが設けられている。さらに、これらの信号ラインは、主ユニットにより送信された信号が少なくとも前記信号ラインのうちの１つにおいてすべての副ユニットを通り、主ユニットに帰還するように、構成されている。この方法は、主ユニットにより送信された信号が帰還するまでに要する信号通過時間を求めるステップと、すべての副ユニットに前記信号通過時間を通知するステップを有している。さらに、主ユニットは、各副ユニットが前記２つの信号ラインを介して少なくとも１つの制御信号を受信するように、すべての副ユニットへ少なくとも１つの制御信号を基準信号として送信する。各副ユニットは、第１の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第１の時間計数を開始するステップ、第２の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信したら第２の時間計数を開始するステップ、前記２つの時間計数値を加算するステップ、加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較するステップ、及び、加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取るステップを実行する。各信号ラインに関して、各副ユニットに対する時間補正パラメータが、読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求められる。副ユニットは時間補正パラメータを考慮して時間同期を行う。
【００１４】
本発明の第２の側面によれば、請求項２０による制御システムが示される。
【００１５】
本発明の第３の側面によれば、時間同期可能な副ユニットが示される。副ユニットは主ユニットにより制御され、２つの信号ラインがこの副ユニットを通る。副ユニットは主ユニットにより通知される信号通過時間を受信する。さらに、副ユニットは両方の信号ラインを介して、主ユニットが少なくとも１つの制御信号の形態で前記副ユニットに送信する基準信号を受信する。副ユニットは、第１の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第１の時間を計数する第１の時間計数器、第２の信号ラインを介して前記少なくとも１つの制御信号を受信して以降の第２の時間を計数する第２の時間計数器、及び、前記２つの時間計数値を加算する加算装置と、加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較する比較装置と、加算された時間計数値が通知された信号通過時間に等しくなると直ちに該時間計数値を読み取る装置とを備えた制御装置を有している。各信号ラインに関して、各副ユニットに対する時間補正パラメータが、読み取られた少なくとも１つの計数値に基づいて求められる。副ユニットは時間補正パラメータを考慮して時間的同期を実行する。
【００１６】
本発明は、各副ユニットにおいて有利には２つの時間計数器による２つの時間計数が行われるという点で優れている。言語表現を簡素化するため、以下では主に時間計数器について述べる。時間計数は主ユニットから基準信号を受信することによって活動化される。第１の時間計数は第１の信号ラインを介して基準信号を受信して以降の時間を計数し、第２の時間計数は第２の信号ラインを介して基準信号を受信して以降の時間を計数する。計数値は、計数値の合計が前もって通知された信号通過時間に達するとすぐに読み取られる。
【００１７】
有利には、本発明はこれにより、信号ラインごとに決まった割当てを有する絶対測定値の簡単かつ自動的な求め方を示す。信号ラインに割り当てられた個々の時間測定値を求めるこの手順は、時間同期の補正パラメータとして時間測定値を事実上自動的かつ直接的に受け取ることができるようにする。
【００１８】
本発明のさらなる利点は、広範囲にわたって並列して実行される計算によってこれらの時間測定値を効率的に求めることができることである。とりわけ、各副ユニットにおいて信号ラインに対して２つの個別の時間測定値が同時に生成される。さらに、有利には、すべての副ユニットは時間測定値を並列的にかつ相互に独立して求める。これにより、分散制御システムの固有冗長度と並列な構造が最適に利用される。さらに、直ちに時間同期に使える時間測定値をすべての副ユニットにおいて同時に使用することができる。
【００１９】
さらなる利点としては、時間測定値の測定は主ユニットと副ユニットとの間に非常に少量のデータ転送量しか生じさせないことが挙げられる。とりわけ、時間測定値の測定は信号ラインごとに高々１つの基準信号でトリガされる。測定を実行するためにさらなるデータの遣り取りは不要である。信号通過時間は予め一度だけ主ユニットにより通知することができ、システムのトポロジーが変化したときにだけ更新すればよい。
【００２０】
２つの時間信号の到着の時間差を求める従来の方法とは違って、本発明によれば、このような時間差を知ること又は求めることはどの時点においても必要ない。このような従来の方法は、時間差を求めることに続いて、付加的な測定値、すなわち、時間信号が最初にどの信号経路に達したかという情報、及びシステム全体での信号循環時間の値を要するさらに別の計算ステップを実行する。これに対して、本発明によれば、求められた時間測定値は他のパラメータを考慮せずに時間同期に使用することができる。
【００２１】
本発明による時間補正パラメータの求め方は、制御システムの初期化にも、連続的なもしくは散発的な又は規則的に実行される再構成ないし時間調整にも適している。
【００２２】
本発明のさらに別の側面によると、請求項４７による同期方法が規定される。それに従って、副ユニットは、通知された信号通過時間の加算された時間計数値に相当する時点を求め、求めた時点に基づいて同期する。したがって、副ユニットの時間同期を行うために、例えば、必ずしも後で時間補正パラメータを求める必要がない。これにより、有利には、時間同期のための非常に効率的な自動化された方法が示される。有利には、求められた時点はすべての副ユニットにとって同一の時点に相当しているため、共通の時間基準が定められる。
【００２３】
有利には、主ユニットが同期信号生成のトリガ信号として使用される制御信号を副ユニットに送信する。これにより、同期信号の時間同期された出力が中央で効率的に制御される。
【００２４】
本発明の１つの実施形態によれば、副ユニットの側で信号ラインのうちの１つに割り当てられた時間補正パラメータは待ち時間に相当し、副ユニットはこの信号ラインを介してトリガ信号を受信するとこの待ち時間の経過後に同期信号を出力する。このようにして、副ユニットにおいて時間的に同期した同期信号を特に簡単かつ非常に正確に生成することが可能である。しかし、従来の技術とは違って、各副ユニットの内部クロックを互いに合わせる必要はない。
【００２５】
とりわけ、制御信号の受信と待ち時間の経過後に、すべての副ユニットに対して同一の時点が定められる。これにより、低コストですべての副ユニットに共通の時間基準が定められる。この時間基準に基づいて、時間的に高精度の同期した制御タスクを実行することが可能である。
【００２６】
有利には、各副ユニットは各信号ラインについて１つずつ時間補正パラメータを求める。これにより、時間補正パラメータは各々の副ユニット自体によって直接求められる。択一的には、各副ユニットの時間補正パラメータを主ユニットによって求めてもよい。このために、場合によっては、主ユニットが読み取られた時間計数値をそれぞれの副ユニットに問い合わせる必要がある。
【００２７】
本発明による１つの実施形態では、副ユニットが主ユニットを始点として互いに直列に接続されるように、２つの信号ラインが構成されており、主ユニットから見て最後の副ユニットが一方の信号ラインからの信号を他方の信号ラインに伝達する。信号ラインのこのような構成は接続された副ユニットにおける時間パラメータの自動算出を可能にするので、同期信号の時間的に同期した出力が、システム導入時の手動での構成なしに、効率的に保証される。このトポロジーは加入機器間の信号経路が非常に長い使用形態に向いており、信号伝送に障害のあるときにも信頼性に関して危機的な状態に陥らない。
【００２８】
別の実施形態によれば、２つの信号ラインの各々が、主ユニットから始まり、主ユニットに帰還する２つの環状信号経路を形成する。このトポロジーもまた接続された副ユニットにおける時間パラメータの自動算出を可能にするので、副ユニットにより出力される同期信号の時間的な高精度が効率的に保証される。さらに、このトポロジーは信頼性に関連した制御タスクに適している。というのも、２つの独立した信号経路によって信号伝送に冗長性があるからである。
【００２９】
有利には、主ユニットが環状信号経路のそれぞれについて信号通過時間を決定する。一方では、これにより、信号経路の非対称性を認識し、それに応じてユーザへのメッセージを生成する、又は場合によっては副ユニットの適切な構成を行うことができる。他方では、信号経路の障害を突きとめ、ユーザに知らせることができる。
【００３０】
２つの環状信号経路を有する上記のトポロジーを使用する場合、主ユニットが同時に２つの信号経路でそれぞれ１つの制御信号を送信することが適切である。このようにして、副ユニットでの時間補正パラメータの算出が簡素化される。というのも、計算のために送信時間のずれを考慮しなくてもよいからである。しかし、原則的に、計算は既知の時間ずれを考慮して実行することもできる。
【００３１】
有利には、環状信号経路の信号通過時間はそれぞれ等しい。
【００３２】
上記の直線状トポロジーを使用する場合、有利には、一方の信号ラインでの主ユニットから最後の副ユニットまでの信号遅延時間は、他方の信号ラインでの最後の副ユニットから主ユニットまでの信号遅延時間に等しい。
【００３３】
上記２つのトポロジーでは、副ユニットと信号ラインのこのような対称的配置により、読み取られた時間計数値の特に簡単な解釈が得られ、またそれに従って、時間補正パラメータが簡単に求められる。
【００３４】
有利には、副ユニットの側で一方の信号ラインに対して定められた時間補正パラメータは、他方の信号ラインでの主ユニットからこの副ユニットまでの信号遅延時間の基準である。
【００３５】
別の有利な実施形態によれば、副ユニットはそれぞれ第１の時間計数の読み取られた時間計数値を第１の信号ラインに対する時間補正パラメータとして記憶し、第２の時間計数の読み取られた時間計数値を第２の信号ラインに対する時間補正パラメータとして記憶する。
【００３６】
有利には、同期信号の出力はトリガ信号の主ユニットへの帰還と同時に行われる。これにより、主ユニットは同期信号が出力される時点に関するフィードバックを得る。同様に、制御信号の主ユニットへの帰還が各副ユニットに対して同一に求められた時点に一致するようにしてよい。
【００３７】
別の実施形態によれば、環状信号経路の信号通過時間は異なっていてもよい。これにより、信号ラインに関して非対称的に形成されたトポロジーに対しても本発明による副ユニットの自動調整が適用可能になる。
【００３８】
このような場合、有利には、同期信号の出力は、主ユニットへ帰還するのにより長い信号通過時間を要するトリガ信号の帰還と同時に行われる。これにより、時間的に同期した同期信号を生成し、出力するために、すべての副ユニットが適時に制御されることが保証される。同様に、より長い信号ラインでの制御信号の帰還が各副ユニットに対して同一に求められた時点に相当するようにしてもよい。
【００３９】
別の実施形態によれば、主ユニットは求められた信号通過時間よりも長い信号通過時間を通知する。これにより、副ユニットでの信号処理時間の追加を顧慮することができる。さらに、このような時間的緩衝は後でシステムの拡張する際に有利である。
【００４０】
有利には、通知された信号通過時間は、所定数の副ユニットを信号経路に追加挿入することにより得られる信号通過時間に相当する。このようにして、さらなる副ユニットの挿入を前もって考慮することができる。さらに、このようにして、同期信号生成の時間的な流れを変更することなく、動作中でも副ユニットを後から制御システムに挿入することができる。
【００４１】
本発明によれば、時間計数値を加算するステップと加算された時間計数値を通知された信号通過時間と比較するステップはそれぞれ継続的に実行される。これにより、時間計数値の読み取りの直後に、パラメータを、すなわち、同期信号を時間的に同期して分散的に生成することを可能にする時間計数値を、使用することができる。
【実施例】
【００４２】
図１は、第１の実施形態における本発明による制御システムの構造を図式的な形で示している。図示された制御システムは、複数の副ユニット１２０，１３０，及び１４０を制御するように構成された主ユニット１１０を有している。図１では、このような副ユニットが３つ示されている。本発明による制御システムは少なくとも２つの副ユニットを有するが、明らかにより多くの副ユニットを含んでいてもよい。
【００４３】
ここでは参照番号１５０及び１６０によって図式的に示された制御される設備の構成要素を共通の時間基準に基づいて動作させるために、副ユニットは同期信号又は時間的な精度の高い制御信号１２５，１４５を生成する。制御される設備は例えば印刷機であり、サブユニット１５０及び１６０は一般にそれぞれの駆動装置と制御ユニットとを備えた個々の印刷ステーションである。
【００４４】
主ユニット１１０と副ユニット１２０，１３０，及び１４０は２つの環状信号ライン１０５，１０６によって相互に接続されている。信号方向に関して、これらの信号ラインはそれぞれ互いに逆の順序で副ユニットを正確に一度だけ通る。
【００４５】
各副ユニットは信号経路１０５，１０６上でデータを受信し、自分宛てでないデータをこの信号経路上で次の副ユニットに転送する。しかし、有利には、その副ユニットに宛てられたデータも、主ユニットに帰還させるために次の副ユニットに転送される。以下では、宛先指定されたデータパケット、いわゆるデータテレグラムの形態でデータを遣り取りするシステムの場合について本発明を説明する。しかし、本発明は、例えばユニットからユニットへの単純なデータ転送を介して通信を実現する他のシステムに対しても適用可能である。
【００４６】
この実施形態及び以下の実施形態では、データテレグラムはつねに同じ遅延時間で主ユニット又は副ユニットから隣接するユニットへ転送されるということが前提されている。したがって、データテレグラムの遅延時間はシステム全体によって、つまり、主ユニット１１０による送信から同じ信号経路上で主ユニット１１０に帰還するまでの時間の長さによって、同一に再現可能である。
【００４７】
図１に示されている実施形態では、主ユニットと副ユニットはそれぞれ４つの端子を有している。受信端子と送信端子の各２つの端子が１つのポートを形成し、それぞれのユニットは通信ケーブル上でこのポートと接続されている。
【００４８】
主ユニットは、信号ライン１０５上で隣の副ユニット１４０にデータを送信するため、ならびに、向かい合って隣接する副ユニット１２０からデータを受信するために、送信端子１１２と受信端子１１１（Ｔｘ／Ｒｘ）を有している。第２の信号ライン１０６に関しては、副ユニット１２０にデータを送信する又は副ユニット１４０からデータを受信するために、端子１１３及び１１４が設けられている。例として、副ユニット１２０に関して端子が記入されている。第１のポートは端子１２１で主ユニットからのデータを受信し、端子１２２で次のユニット１３０にデータを出力する。第２のポートは端子１２４で主ユニットからのデータを受信し、端子１２３で主ユニットにデータを出力する。
【００４９】
副ユニットにおいて同期信号を出力するための共通の時間基準を定めるために、制御システムにおいて以下の手順が実施される。まず、主ユニット１１０が、１つの信号ライン上で信号がすべての副ユニットを通過するのに要する循環時間を求める。このために、主ユニットは信号ライン１０５及び１０６の少なくとも一方でデータテレグラムを送信し、データテレグラムは副ユニットの各々によって受信され、同じ信号ライン上で隣接する副ユニットに転送される。データテレグラムが帰還すると、主ユニット１１０は送信から帰還までに経過した時間ｔ１１０−１１０を求める。主ユニットにより求められた信号通過時間ｔ１１０−１１０は測定に続いてすべての副ユニットに通知される。
【００５０】
図３Ａには、主ユニットの構造が図式的に示されている。電子制御装置３９９は、データテレグラムを受信、送信、及び評価するために、入／出力側１１１，１１２，１１３，及び１１４の各々と接続されている。さらに、電子制御装置はデータテレグラムを送信する際に時間測定を開始し、他の端子でデータテレグラムを受信したらこの時間測定を終了し、評価することができる。
【００５１】
前述のとおり、信号経路１０５又は１０６の少なくとも一方に関して信号通過時間を求めることが不可欠である。しかし、有利には、主ユニットは両方の信号経路に関して信号通過時間を求めてもよい。図１に示されている実施形態では、両方の信号ラインが対称的に配置されている、つまり、各信号ラインは同じ数の副ユニットを通る。隣接するユニット間でのテレグラムの伝送はつねに同じ伝送時間を要するという上述した条件と合わせて、両方の信号ラインに対して、データテレグラムがすべての副ユニットを通るための同一の信号通過時間が得られる。それゆえ、通常は、信号ライン１０５及び１０６の一方のみに対して信号通過時間を求めるだけで十分である。
【００５２】
しかし、信号ラインのコンフィギュレーションが非対称的である場合には、システムコンフィギュレーションを逆推論するために、両方の信号ラインに関して信号通過時間を求めることが必要なこともある。さらに、両方の信号ラインの通過時間によって、コンフィギュレーションにおける誤り又は信号ラインの障害を突きとめることもできる。
【００５３】
通過時間をすべての副ユニットに伝送した後、主ユニットはデータテレグラムを出力する。このデータテレグラムは、基準信号としてすべての副ユニットにより受信され、それぞれの隣接する副ユニット又は主ユニットに転送される。このデータテレグラムは、有利には、主ユニットにより両方の信号ラインで、すなわち、端子１１２及び１１３で、同時に出力される。択一的には、この−基準信号として使用される−データテレグラムの出力を既知の時間ずれを以て行ってもよい。副ユニットは、同期信号を生成する際の共通の時間基準を定めるために、この基準信号に基づいて時間補正パラメータを求める。
【００５４】
副ユニットの構造をスケッチした図４に基づいて、以下では、同期信号生成のための時間補正パラメータの算出をより詳細に説明する。
【００５５】
図示された副ユニット１２０は２つのポートによって信号ライン１０５及び１０６につながっている。受信端子１２１と送信端子１２２を備えた第１のポートは信号ライン１０６に対する接続を確立する。受信端子１２４と送信端子１２３を備えた第２のポートは信号ライン１０５を介した通信を可能にする。本発明によれば、副ユニット１２０には２つの時間計数器４２０及び４３０が設けられており、これらの時間計数器はそれぞれの信号ライン上で、つまり、端子１２１又は１２４を介して基準信号を受信することにより始動する。これらの時間計数器は副ユニット１２０の内部に別個のユニットとして実施してよい。しかし、有利には、時間計数器は副ユニットの電子制御装置の時間計数機能として実現される。副ユニットのこの機能単位又は後で説明する機能単位も同様に有利には電子制御装置内の離散的な構成要素として、また場合によってはソフトウェアとしても実現することができる。とりわけ、ただ１つの時間計数器を使用し、この時間計数器を用いて電子制御装置が基準信号の受信時点を測定し、受信時点以降に経過した時間を求めるようにすることも可能である。
【００５６】
加算ユニット４４０は時間計数器４２０及び４３０の計数値を継続的に把握し、両方の計数値の合計を求める。この合計は比較装置４５０に供給され、比較装置４５０はこの両方の計数値の合計を主ユニットにより予め通知された信号通過時間と継続的に比較する。計数値の合計が通知された信号通過時間に達する又は上回るとすぐに、時間計数器４２０及び４３０の計数値が読み取られる。副ユニットは読み取られた時間計数値に基づいて同期信号生成のための時間補正パラメータを求める。
【００５７】
それゆえ、各副ユニットは以下に説明するステップを実行する。少なくともすべての副ユニットを通る信号通過時間に相当する主ユニットから通知された信号通過時間を受信する。第１の信号ラインを介して基準信号を受信したら、第１の時間計数を開始し、第２の信号ラインを介して基準信号を受信したら、第２の時間計数を開始する。時間計数の両方の計数値を加算し、主ユニットから通知された信号通過時間と比較する。加算された計数値が通知された信号通過時間に達する又は上回るとすぐに計数値を読み取る。
【００５８】
このようにして、副ユニットは並列的に実施されるプロセスにおいて非常に簡単かつ効率的に同期信号生成のための個々の時間補正パラメータを求める。これらの時間補正パラメータは、とりわけ、データテレグラムの信号通過時間ないし制御信号の信号ライン１０５及び１０６上での主ユニットからそれぞれの副ユニットまでの信号通過時間を考慮する際に使用することができる。
【００５９】
以下の計算は時間計数器の読み取られた計数値の解釈を具体的に示したものであり、時間補正パラメータ算出の一例を示す。
【００６０】
すでに述べたとおり、２つのユニット間での伝送持続時間−したがってまた信号遅延時間−はそのつど一定であり再現可能であると見なす。さらに、両方の信号ラインで伝送持続時間は等しいものと仮定する。したがって、例えば主ユニットから副ユニット１２０までの区間で、信号ライン１６０及び信号ライン１０５上での個々の信号遅延時間Δｔ１１０−１２０（１０６）及びΔｔ１１０−１２０（１０５）に関して、
Δｔ１１０−１２０（１０６）＝Δｔ１２０−１１０（１０５）                              式１
が成り立つ。したがって、図１に示されている対称的なトポロジーに関しては、信号ライン１０５上での信号通過時間Δｔ１１０−１１０（１０５）は信号ライン１０６上での信号通過時間Δｔ１１１０−１１０（１０６）に等しい。
【００６１】
Δｔ１１０−１１０（１０５）＝Δｔ１１０−１１０（１０６）                              式２
そのうえ、信号ライン１０５上で信号が主ユニットから副ユニット１２０までに要する時間Δｔ１１０−１２０（１０５）と信号ライン１０６上で信号が主ユニットから副ユニット１２０までに要する時間Δｔ１１０−１２０（１０６）に関して、これらの時間の合計はすべての副ユニットを通る信号通過時間に相当する：
Δｔ１１０−１２０（１０５）＋Δｔ１１０−１２０（１０６）＝Δｔ１１０−１１０（１０５）            式３
信号ライン１０５を介して基準信号が受信されると時間計数が開始され、信号ライン１０６を介して基準信号が受信されると別の時間計数が開始され、それぞれの計数値Δｔｚ１０５及びΔｔｚ１０６が読み取られ、計数値の合計が信号通過時間−例えばΔｔ１１０−１１０（１０５）−に達するとすぐに、読み取られた計数値の合計は、
Δｔｚ１０５＋Δｔｚ１０６＝Δｔ１１０−１１０（１０５）                            式４
となる。副ユニットにおいて両方の基準信号が受信された後の各時点に関して、とりわけ、読出し時点に関して、
Δｔｚ１０５＋Δｔ１１０−１２０（１０５）＝Δｔｚ１０６＋Δｔ１１０−１２０（１０６）          式５
が成り立つ。主ユニットからの基準信号が両方の信号ラインにおいて同時に送信されない場合には、式５において時間のずれを考慮しなければならない。
【００６２】
式３及び４を用いた変形により、式５から
Δｔｚ１０５＋Δｔ１１０−１２０（１０５）＝Δｔ１１０−１１０（１０５）                    式６ａ
Δｔｚ１０６＋Δｔ１１０−１２０（１０６）＝Δｔ１１０−１１０（１０５）                    式６ｂ
ならびに
Δｔ１１０−１２０（１０５）＝Δｔｚ１０６                                      式７ａ
Δｔ１１０−１２０（１０６）＝Δｔｚ１０５                                      式７ｂ
が得られる。つまり、これにより、信号ライン１０６に結合されたカウンタは信号ライン１０５上で主ユニットにより送られた信号に関する信号遅延時間を求める。逆に、信号ライン１０５に結合されたカウンタは信号ライン１０６上で主ユニットにより送られた信号が到着するまでの時間を求める。
【００６３】
すべての副ユニットにおいて共通の時間基準を定めるために、読み取られた計数値は有利には以下のように使用される。主ユニットにより生成されたデータテレグラムが１つの信号ライン上ですべての副ユニットに対してトリガ信号として伝送される。各副ユニットは、トリガ信号を受信した後、所定の期間だけ待つ。所定の信号ラインを介してトリガ信号を受信した後の待ち時間は、この信号ラインに結合されたカウンタの読み取られた計数値に等しい。したがって、副ユニット１２０の例では、信号ライン１０５での待ち時間は時間計数器４３０の読み取られた計数値に設定される。他方で、信号ライン１０６での待ち時間は時間計数器４２０の読み取られた計数値に設定される。
【００６４】
式６ａ及び６ｂは、トリガ信号が受信され、それぞれの待ち時間が経過する時点が、すべての副ユニットにとって同一であることを示している。各副ユニットに関して、トリガ信号が受信されるまでの信号遅延時間の合計と待ち時間は同一の時間総計（トリガ信号の出力以降）をもたらすので、上記のことが成り立つ。とりわけ、上で説明したトポロジーにおいては、待ち時間は副ユニットから主ユニットに帰還するまでの信号遅延時間に相当する。
【００６５】
したがって、有利には、副ユニットにおいて各信号ラインに対する時間補正パラメータは読み取られた計数値に設定され、時間補正パラメータはトリガ信号受信後に待ち時間として使用される。待ち時間の後、副ユニットはそれぞれ１つの同期信号を生成し、それと同時に同期信号は副ユニットで出力される。このようにして、すべての副ユニットにおいて同期信号の同時出力を可能にする時間補正パラメータの特に簡単な算出が行われる。
【００６６】
さらに、このようにして決定された時間補正パラメータは計数値の読み取り直後に副ユニットにおいて使用することができる。従来の方法とは違って、さらなる計算動作も時間パラメータの伝送も必要ない。
【００６７】
しかし、本発明は様々な副ユニットに対して同時に同期信号を出力することに限定されない。トリガ信号になぞらえて、主ユニットにより送信されたデータテレグラムが受信され、相応する待ち時間が経過した後、上で説明したとおり、すべての副ユニットにおいて共通の時間基準の同一時点に達する。この時点は有利には副ユニットにより制御タスクの調整のための基準時点として使用される。こうして、例えば、副ユニットは、接続された駆動装置を制御するために、この基準時点を基点として時間的にずらして個々の同期信号又は制御信号を高い時間的精度で出力することができる。
【００６８】
さらに、計数値の読み取り時点も、すべての副ユニットにとって同一の、共通の時間基準の時点に一致することに注意されたい。これにより、読み取り時点を直接に基準時点として使用することができる。
【００６９】
図４では、副ユニット１２０の内部に、同期信号の出力を時間的に制御する電子制御装置が番号４１０で示されている。しかし、このような電子制御装置は他の計数ユニット、加算ユニット、及び比較ユニット４２０，４３０，４４０，４５０とともに共通のコントローラの中に組み込んでもよい。有利には、同期信号の時間同期した出力はソフトウェアによって実施される。
【００７０】
副ユニット１２０は有利には各信号ラインに関する個々の時間補正パラメータを記憶するためのメモリを有している。有利には、上記のとおり、読み取られた時間計数値は時間補正パラメータとして記憶される。効率的で特に簡単な実施形態では、主ユニットからのデータテレグラムの受信とすべてのユニットにとって同じ時点との間の待ち時間がこの記憶された時間計数値に相応する。これにより、副ユニット間の簡単な時間同期が達成される。
【００７１】
これまで説明してきた実施形態では、主ユニットはすべての副ユニットを通るための信号通過時間を副ユニットに通知する。しかし、択一的に、主ユニットが求められた信号通過時間よりも長い時間値を信号通過時間として通知するようにしてもよい。この場合でも、副ユニットは上で説明した手順に従って共通の時間基準の同一の時点を求める。これにより、例えば、後から、場合によっては動作中に、さらなる副ユニットをシステムに組み入れることが可能である。このために必要な予備遅延時間は予め主ユニットによって考慮される。
【００７２】
さらに、比較的長い信号通過時間の伝送によって、副ユニットでの信号処理における周知の遅延を顧慮することもできる。これにより、基準時点に実行すべきタスクのための処理容量がそれぞれの副ユニットに用意されていてはじめて、各副ユニットに基準時点が生じるようにすることが可能になる。
【００７３】
加えて、比較的長い信号通過時間を定めることによって、個々の信号ラインでの非対称な信号遅延時間を顧慮することもできる。この場合には、副ユニットにおける共通の時間スケールの同一の時点が「長い方の」信号ライン上でデータテレグラムが主ユニットに帰還する時点に一致することが望ましい。この長い方の信号ラインとは、データテレグラムがその信号ライン上で副ユニットを通過するのにより長い遅延時間を要するような信号ラインである。このように、すべての副ユニットに対して基準時点の指定が可能であることが保証される。
【００７４】
２つの環状信号ライン間の非対称性は、例えば図５Ｂに示されているように、一方の信号ラインにだけ副ユニットを追加挿入することで生じことがある。このケースでは、場合によっては、所定の副ユニットに信号ラインのコンフィギュレーションに関する追加情報を通知する必要がある。
【００７５】
例えば、非対称性に起因する付帯的な遅延を伴った主ユニットからのデータテレグラムを副ユニットが信号ライン上で受け取るか否かを、副ユニットに通知してもよい。そうすれば、付帯的な遅延に関係しない副ユニット、つまり、図５Ｂに示されている信号ライン６０５上で副ユニット６１０よりも前にある副ユニットは、遅延に関係する副ユニットと同じ基準時点に達するように、各自の時間値ないし時間補正パラメータを補正することができる。補正は、例えば、付帯的な遅延に関係する副ユニットにおいては加算された時間計数値に対する比較値を付帯的な時間遅延量だけ引き上げることによって行うことができる。
【００７６】
択一的に、副ユニットのうちの１つにおいて、トポロジーに起因する非対称性を補償するために、信号ラインに別の信号遅延を構成してもよい。この場合、第１の実施形態で説明した方法を変更なしで使用することができる。
【００７７】
上記の実施形態において、さらに、主ユニットが副ユニットの各々から読み取られた計数値を求めることによって副ユニットの物理的なシーケンスを決定するようにしてもよい。
【００７８】
図２に関連して、本発明の第２の実施形態を説明する。この実施形態はすでに説明した第１の実施形態に非常に似ている。それゆえ、何よりもまず、以下の実施形態を先行実施形態から区別する特徴を説明する。
【００７９】
図２に示されているように、制御システムのこの実施形態では、主ユニット２１０と、２つの信号ライン２０５及び２０６を介して主ユニットに接続された複数の副ユニット２２０，２３０，及び２４０が設けられている。本発明によれば、少なくとも２つの副ユニットが設けられる。しかし、副ユニットの数の上限は原則的に制限されていない。しかし、信号ラインは先行実施形態のように環状に主ユニットと接続されているのではなく、主ユニットから始まって次々にすべての副ユニットを通って走っている。主ユニットから見て最後の副ユニット２４０においては、一方の信号ライン２０５上で受信された信号は主ユニットに帰還する他方の信号ライン２０６に伝達され、再び副ユニット２３０及び２２０を通過する。
【００８０】
最後の副ユニット２４０を除いて、すべての副ユニット２２０及び２３０は先行実施形態において説明した副ユニット１２０とまったく同じように形成され、構成される。とりわけ、これらの副ユニットはそれぞれ２つのポートを有している。これらのポートの各々は１つの信号ラインと接続されている。副ユニット２２０の例で示されているように、第１のポートは第１の信号ラインに対する受信端子２２１と送信端子２２２を有している。第２のポートは第２の信号ラインに対する受信端子２２４と送信端子２２３を有している。
【００８１】
この実施形態では、主ユニット２１０は２つの端子のみで相応する信号ラインと接続されているという点で前に説明した主ユニット２１０とは異なる。図３Ｂに示されているように、主ユニット２１０のポートは端子２１１によって信号ライン２０５に信号を送信し、端子２１２によって信号ライン２０６から信号を受信するように接続されている。電子制御装置３２０は２つの端子２１１及び２１２を介してデータテレグラムを受信及び送信する。電子制御装置はさらに、端子２１１によって送信され、すべての副ユニットを通過した後に端子２１２に帰還するデータテレグラムの循環時間を求めることができる。主ユニット２１０は、両方の信号ライン２０５及び２０６を次々と通過することに相当するこの信号通過時間をすべての副ユニット２２０，２３０，２４０に通知する。
【００８２】
主ユニット２１０から見て最後の副ユニット２４０も同様に１つのポートのみで信号ライン２０５及び２０６と接続されている。同期信号の生成という機能の他に、この副ユニット２４０は信号ライン２０５からの信号を信号ライン２０６に転送するというタスクを有している。
【００８３】
同期信号の時間同期した出力のために、この実施形態では、第１の実施形態において説明した方法と広範囲にわたって一致する方法で時間補正パラメータを求める。時間補正パラメータを用いて、前に説明した実施形態の場合と同様に、共通の時間基準の所定の時点がすべての副ユニットにおいて指定される。このような基準時点に基づいて、副ユニット２２０，２３０，及び２４０は接続されているユニットを制御するための同期信号を出力する。
【００８４】
時間補正パラメータの算出は、−すでに述べたとおり−前に説明した実施形態と非常に似た方法で行われる。まず、主ユニット２１０が送信端子２１１によって信号ライン２０５にデータテレグラムを送信する。このデータテレグラムは、各副ユニットによって信号ライン上で次の副ユニットに転送されるようになっている。主ユニットから延びる信号ライン２０５上で最後の副ユニット２４０に達すると、この副ユニットは主ユニットに帰還する信号ライン２０６にデータテレグラムを伝達する。主ユニットは、データテレグラムが両方の信号ラインを続けて通過するのに要する信号通過時間Δｔ２１０−２１０を測定する。その際、各信号ラインにおいて最後の副ユニット２４０を除いてすべての副ユニットが一度ずつ通過される。
【００８５】
求めた通過時間ｔ２１０−２１０は副ユニットに通知される。
【００８６】
その目的で、主ユニット２１０はそこから延びる信号ライン２０５上で、副ユニットに対する基準信号として使用され、同様に両方の信号経路を続けて通過するデータテレグラムを送信する。ポートで基準信号が受信されると、副ユニット２２０，２３０は時間計数器を始動させる。
【００８７】
すでに副ユニット１２０に関して説明したとおり、副ユニットは２つの時間計数器を備えている。これら時間計数器の各々は、ポートで基準信号が受信されると相応する時間計数器が始動するように、ポート内に配置されている。直線状コンフィギュレーションにおける副ユニットの構造と動作様式は、図４に示されている副ユニットの構造に一致する。
【００８８】
それゆえ、各副ユニットは、加算された時間計数値が主ユニットにより通知された信号通過時間に達するか又は上回ると、時間計数器を読み取る。これにより、時間計数値ｔｚ２０５，ｔｚ２０６に関して、第１の実施形態と同様に、
Δｔ２１０−２１０＝ｔｚ２０５＋ｔｚ２０６                                    式１１
であることが分かる。同様に、主ユニットにより送信された信号がそれぞれの信号ライン２０５及び２０６を介して副ユニットで受信されるまでの信号通過時間に関して、以下の式が成り立つ。ただし、これらの信号通過時間は副ユニット２２０を例としてΔｔ２２０（２０５），Δｔ２２０（２０６） として表記されている。
【００８９】
Δｔ２１０−２１０＝Δｔ２２０（２０５）＋Δｔ２２０（２０６）                         式１2
上の式は２つの副ユニット及び主ユニットの間でのデータテレグラムの伝送における方向の対称性に基づいて成り立っている。
【００９０】
基準信号の受信以降に副ユニットにより実行される時間計数に基づいて、式５と同様に、両方のポートで基準信号が受信されるとすぐに、
Δｔ２２０（２０５）＋Δｔｚ２０５＝Δｔ２２０（２０６）＋Δｔｚ２０６                  式１３
が成り立つ。それゆえ、読み取り時点には副ユニット２２０において以下のような時間計数値が得られる：
Δｔ２２０（２０５）＋Δｔｚ２０５＝Δｔ２１０−２１０                          式１４ａ
Δｔ２２０（２０６）＋Δｔｚ２０６＝Δｔ２１０−２１０                          式１４ｂ
及び
Δｔ２２０（２０５）＝Δｔｚ２０６                                        式１５ａ
Δｔ２２０（２０６）＝Δｔｚ２０５                                        式１５ｂ
これらの式は、図２に示されている制御システムの各副ユニットに対して、相応して指定することができる。これらの式は、第１の実施形態に関して求められた式６ａ，６ｂ及び７ａ，７ｂに相応している。
【００９１】
式１５ａ，ｂにおいて計算される信号遅延時間は時間補正パラメータの算出に使用することができる。しかし、有利には、求められた時間計数値が直接、時間補正パラメータとして使用される。
【００９２】
すでに第１の実施形態に関して説明したとおり、計数値は、すべての副ユニットにおいて１つの共通の時間基準における同一の時点を指定する待ち時間として使用することができる。このような使用の場合、主ユニットは信号ライン２０５又は２０６の少なくとも一方ですべての副ユニットにトリガ信号を送信する。１つの信号ライン上でトリガ信号を受信して、所定の時間遅延の待ち時間が経過した時点は、待ち時間がこの信号ラインに割り当てられた時間計数値に一致する場合には、すべての副ユニットに対して同一の時点を指定する。このことは式１４ａ，ｂから直接見てとることができる。通常は、この時間はトリガ信号の主ユニットへの帰還に一致する。
【００９３】
先行実施形態において説明したとおり、主ユニットにより通知された信号通過時間は、測定された通過時間に加えて、時間的緩衝を含んでいてよい。
【００９４】
主ユニット２１０から延びる信号ライン２０５上の最後の副ユニット２４０では、時間補正パラメータを求める際に例外が生じる。原則的に、この副ユニットは副ユニット２２０及び２３０と同じ構造を有していてよい。しかし、この副ユニットは１つのポートでのみ、より正確に言えば、１つの端子でのみ基準信号を受信する。それゆえ、説明してきた計数及び比較方法を実行する際、１つのカウンタだけが始動し、時間計数値はこのカウンタが通知された信号通過時間に達するとすぐに読み取られる。この結果及び／又はポートが１つしか占有されないという事実から、副ユニットは制御システム内での自らの配置構成に関して逆推論することができる。択一的に、副ユニットが手動で相応して構成されるようにしてもよい。
【００９５】
この情報に基づいて、副ユニットは適切な時間補正パラメータを設定する。このような時間補正パラメータは有利には主ユニットにより通知された信号通過時間の半分に相当する。
【００９６】
図５Ａ及び５Ｂに基づいて、以下では本発明のさらに別の実施形態を説明する。この実施形態は、とりわけ、副ユニットが２つより多くのポートを有し、したがってまた２つより多くの信号ラインを有している実施形態である。
【００９７】
図５Ａに示されている制御システム５００の実施形態は、第１の実施形態において説明した主ユニットに相応する主ユニット１１０を有している。さらに、それぞれ２つの環状信号ライン５０５及び５０６を介して主ユニット１１０と接続された副ユニット１２０及び５１０が設けられている。副ユニット５１０にはさらに２つの環状信号ライン５０７及び５０８が接続されている。これらの信号ラインは１つ又は複数の別の副ユニット５２０に対する接続を確立する。したがって、制御システムのこのコンフィギュレーションは２つの環状部分システムのカスケードに相当する。信号５０７及び５０８に関しては、副ユニット５２０は下位主ユニット（サブマスター）として機能する。副ユニット５２０は、それぞれ１つの受信端子と送信端子とを備えた４つのポート５１１，５１２，５１３，及び５１４を有している。これらの端子は、ポート５１２と５１４との間及びポート５１１と５１３との間で信号転送が為されるように実施されている。この信号転送により、信号ライン５０７は信号ライン５０５に、信号ライン５０８は信号ライン５０６に結びつけられる。
【００９８】
時間同期した同期信号を生成するための時間補正パラメータの算出のために、副ユニット５１０は２つの互いに独立した部分副ユニット５１０ａ及び５１０ｂのように扱われる。ただし、一方の部分副ユニット５１０ａは２つのポート５１１及び５１３を有し、他方の部分副ユニット５１０ｂはポート５１２及び５１４を有している。これら部分副ユニットの各々は、図４に関連してすでに説明した構造を有している。とりわけ、各々の部分副ユニット５１０ａ及び５１０ｂは、個々の信号ラインに割り当てられた２つのカウンタを有している。この観点では、この制御システムのコンフィギュレーションは第１の実施形態で説明した制御システムのコンフィギュレーションに等しい。したがって、時間補正パラメータの算出も同じ仕方で行われる。
【００９９】
２つの環状部分システムのカスケードの代わりに、多重カスケードを用いてもよい。この場合、各々の環状部分システムは他の１つの部分システムに含まれる。したがって、部分システムを互いに厳格に階層的に配置することができる。しかし、１つ又は複数の４ポート副ユニットを用いて、複数の部分システムを他の１つの部分システムに並列的に含めることも可能である。また、４つより多くのポートを有する副ユニットを使用することも考えられる。２つの一貫した環状信号ラインが部分システムの信号ラインから形成されるように信号転送と時間計数器の割当てが行われる限り、前に説明した時間補正パラメータの算出をすべての副ユニット及び場合によっては部分副ユニットに対して変更なしで実行することができる。
【０１００】
図５Ｂにおいて断片的に示されている制御システム６００は、図５Ａに示されている制御システム５００と類似の構造を有している。この断片は、２つのポート６１１，６１２によって２つの環状信号ラインに接続された副ユニット６１０を示している。別のポート６１４には２つの直線状信号ライン６０７及び６０８が接続されている。これらの信号ライン上には複数の副ユニットを配置してよい。副ユニット６１０から延びる信号ライン上の最後の副ユニット６２０は、帰還する信号ライン６０８に信号を伝達する。副ユニット６１０にさらに別のポート６１３がある場合、このポートは占有されない。
【０１０１】
副ユニット６１０の内部では信号転送規則が定められている。図示されている例では、この規則は、
６１１−＞６１２，６１２−＞６１４，６１４−＞６１１
である。したがって、信号ライン６０７及び６０８は順に信号ライン６０５に挿入される。択一的又は付加的に、相応の転送規則を定めることにより、両方の信号ライン６０７及び６０８を信号ライン６０６に挿入してもよい。
【０１０２】
この副ユニットの場合、先行実施形態による副ユニット５１０の場合と同様に、２対のカウンタが設けられている。第１対のカウンタは基準信号の到達に関してポート６１１と６１２を監視する。第２対のカウンタはポート６１１と６１４を監視する。択一的に、第２対のカウンタがポート６１２及び６１４を監視するようにしてもよい。
【０１０３】
これらの計数器対を使用することにより−先行実施形態において説明したように−同期信号を時間同期して生成するための時間補正パラメータを求めることができる。
【０１０４】
要約すると、本発明は少なくとも２つの副ユニットの時間同期を実行するための同期方法、制御システム、及び副ユニットを示す。副ユニットと主ユニットは２つの信号ラインで接続されている。主ユニットにより送信された信号はすべての副ユニットを通過した後に主ユニットに帰還する。各副ユニットには２つの互いに独立した計数器が設けられており、これらの計数器は、主ユニットにより送信された基準信号を受信することにより活動化される。なお、第１の時間計数器は第１の信号ラインを介して基準信号を受信して以降の時間を計数し、第２の時間計数器は第２の信号ラインを介して基準信号を受信して以降の時間を計数する。計数値は、計数値の合計が予め主ユニットにより通知された信号通過時間に達するとすぐに読み取られる。
【０１０５】
有利には、本発明はこれにより、信号ラインごとに決まった割当てを有する絶対測定値の簡単かつ自動的な求め方を示す。信号ラインに割り当てられた個々の時間測定値を求めるこの手順は、時間同期の補正パラメータとして時間測定値を事実上自動的かつ直接的に受け取ることができるようにする。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】複数の副ユニットを備えた本発明による制御システムを環状トポロジーの例で示す。
【図２】複数の副ユニットを備えた本発明による制御システムを直線状トポロジーの例で示す。
【図３Ａ】図１に示されている制御システムを制御するのに適した主ユニットを示す。
【図３Ｂ】図２に示されている制御システムを制御するのに適した主ユニットを示す。
【図４】２つの信号ラインに対する端子とそれぞれの信号ラインに割り当てられた２つの時間計数器とを備えた本発明による副ユニットを示す。
【図５Ａ】環状信号経路が互いにカスケードで配置された本発明による制御システムの別の実施形態を示す。
【図５Ｂ】副ユニットからさらに２つの信号ラインが直線状に分岐する別の実施形態による本発明の制御システムの一部を示す。
【図１】
2006148925.tif 000003
【図２】
2006148925.tif 000004
【図３Ａ】
2006148925.tif 000005
【図３Ｂ】
2006148925.tif 000006
【図４】
2006148925.tif 000007
【図５Ａ】
2006148925.tif 000008
【図５Ｂ】
2006148925.tif 000009