СИСТЕМА С ШИННОЙ АРХИТЕКТУРОЙ И СВЯЗАННЫЙ С НЕЙ ПРОТОКОЛ ПЕРЕДАЧИ
SYSTEM HAVING BUS ARCHITECTURE AND ASSOCIATED TRANSMISSION PROTOCOL

Изобретение относится к системе с шинной архитектурой и связанному с ней протоколу передачи, используемым в системах для приведения в действие ворот, дверей, основных входов, роликовых ставней и т.п. Изобретение также относится к способу передачи сигналов по шине.
В качестве примера, ниже описываются системы приведения в действие для ворот распашного типа (система приведения в действие для раздвижных ворот предусматривает только один двигатель).
Согласно фиг.1 известная система 10 приведения в действие для ворот с двумя полотнищами 12, 13 содержит два узла 17, 19 двигателя, по одному для каждого полотнища ворот. Блок 18 управления установлен на соседней стене и подключен ко всем другим устройствам, имеющимся в системе приведения в действие, а именно к паре узлов 17, 19 двигателя, двум фотоэлементам 20 на промежуточном столбе и двум фотоэлементам 21, установленным на стене, мигающей сигнальной лампе 22 и функциональному устройству 24, установленному на стене.
Всеми этими устройствами должен управлять блок 18 управления, и, следовательно, как можно видеть в "минимальной" конфигурации, изображенной на фиг.1, эта система должна иметь большое количество электрических линий (для передачи электропитания и цифровых сигналов), входящих в упомянутый блок 18 управления и выходящих из него. Определенно в системе согласно фиг.1 необходимо следующее:
3 провода для функционального устройства 24,
2 провода для мигающей лампы 22,
5 проводов для фотоэлементов 20,
5 проводов для фотоэлементов 21, установленных на стене,
2 провода для электрического замка (не изображен) и
3 провода для узлов 17, 19 двигателя,
в общей сложности, по меньшей мере, 20 проводов, выходящих из блока 18 управления.
Вследствие правил безопасности современные системы предусматривают большее количество дополнительных устройств, и количество проводов соответственно увеличивается. Фактически системы последнего поколения предусматривают 3 или 4 пары фотоэлементов, 1 мигающую лампу, 2 или 3 управляющих устройства, 1 или 2 чувствительные грани, а также, очевидно, 1 или 2 двигателя.
Следует подчеркнуть, что удлиненная форма двигателя определяется не только эстетическими соображениями, но также и структурными требованиями. Двигатель должен иметь длину, достаточную для содержания ходового винта, достаточно длинного для перемещения полотнища ворот по дуге 110-120 градусов, и должен иметь минимальные поперечные размеры, так как в противном случае это может усложнить монтаж на стене или заборе, расположенным под прямым углом к воротам (в закрытом положении).
В других системах существует меньшее количество выводов проводки, так как между компонентами системы используется шинная технология соединения. Каждое устройство связано с блоком управления только посредством двух проводов, и, следовательно, блок 18 управления может иметь меньшее количество выходящих проводов и ровно два провода для узлов 17, 19 двигателя, один провод для мигающей лампы 22, один провод для фотоэлементов 20 и один провод для управляющего устройства 24, в результате в общей сложности 8 проводов. Каждое устройство и, следовательно, каждая пара проводов имеют соответствующую клемму в блоке 18 управления.
Другой пример этого типа можно найти в патентной заявке США 7091687, в которой описана двухпроводная система с шинной архитектурой. Блок управления имеет набор клемм (два провода для каждой клеммы) для подключения периферийных устройств. Шина использует известный способ "главный и подчиненный", где функция главного назначается блоку управления, в то время как функция подчиненного назначается всем периферийным устройствам. Эта логика функционирования предусматривает, что блок управления управляет любой командой и/или информацией и отправляет их в периферийное устройство, которое отправляет ответ в блок управления каждый раз, когда принимаются команда и/или информация извне.
Для команды и/или информации, отправляемой в определенное периферийное устройство, все устройства должны иметь строго определенный "закодированный адрес".
В системах последнего поколения, где правила безопасности предусматривают использование нескольких активных и пассивных защитных устройств (различных пар фотоэлементов, мигающих ламп, множества чувствительных граней и т.д.), поток данных по шине значителен и главным образом вследствие того, что каждая команда или информационные данные, посылаемые блоком управления, должны иметь соответствующее ответное сообщение из соответствующего периферийного устройства. Следовательно, взаимодействие между блоком управления и периферийными устройствами может быть медленным и/или не оптимальным для обеспечения требуемого уровня безопасности, в особенности в системах с большим количеством периферийных устройств.
В вышеупомянутых системах (фиг.1) узлы 17, 19 двигателя монтируются на соседней стене с возможностью вращения посредством надлежащих кронштейнов и движутся вместе с полотнищами 12, 13 ворот. Тип провода, который соединяет узлы 17, 19 двигателя c блоком 18 управления, должен выдерживать конкретные условия функционирования, то есть повторяющееся сгибание при каждом движении и переменные метеорологические условия (солнце, холод, лед и т.д.).
Простая вставка блока 18 управления внутрь узлов 17, 19 двигателя в результате привела бы к значительному увеличению продольного и поперечного размера упомянутого двигателя. В дополнение к структурным трудностям, предполагаемым при его размещении (в результате приводящим к существенному увеличению стоимости), и значительному ухудшению эстетического вида как преимущественно из-за количества проводов, входящих/выходящих из узлов 17, 19 двигателя, так и из-за их возможного большого размера, следует помнить, что двигатель больше не может монтироваться на стенах или заборах, которые расположены под прямым углом к воротам (в закрытом положении). Пучок из 8-20 пар проводов, которые должны быть достаточно гибкими для сгибания во время движения полотнищ 12, 13 ворот и которые должны выдерживать атмосферные явления в течение длительного времени, увеличивает сложность и стоимость системы. Также следует упомянуть трудность монтирования кабелей для такого большого количества проводов, выходящих из узла двигателя, с вероятным увеличением риска ошибок.
Эти две описанные системы изображены по порядку на фиг.2 и фиг.3. Блок C управления снабжается энергией посредством линии S и связан посредством (нескольких) кабелей W1 или W2 с компонентами Q системы, два из которых являются узлами М двигателя. Сложность монтажной схемы очевидна, используется ли соединение типа шины или нет, и в особенности помня о том, что соединения W1 в среднем имеют три провода и соединения W2 имеют два провода.
Целью изобретения является обеспечение системы с шинной архитектурой и связанного с ней протокола передачи, которые ограничивают проводку, требуемую для системы, и улучшают ее время реакции.
Эта цель достигается посредством системы с шинной архитектурой, используемой в системах приведения в действие для перемещения ворот, роликовых ставней и т.п., в которых передача сигналов между блоком управления и периферийными компонентами выполняется согласно протоколу передачи, отличающемуся тем, что каждый периферийный компонент настроен только для передачи (с использованием надлежащих средств передачи) своего собственного сигнала в блок управления исключительно в пределах временного окна, находящегося в предопределенном положении по отношению к периоду для сканирования состояния периферийных компонентов системы.
Для упрощения системы преимущественно каждое временное окно имеет постоянную продолжительность, хотя можно предусмотреть, например, отправку особых сигналов по шине, после которой периферийный компонент запрашивает выполнение передачи или блок управления обязывает его выполнить передачу в пределах временного окна, имеющего продолжительность, которая модифицируется или изменяется во времени.
Для упрощения системы преимущественно каждое временное окно однозначно связано с данным периферийным компонентом, а именно каждый компонент может функционировать, то есть передавать, только в этом конкретном окне.
Для обеспечения оптимальной синхронизации блок управления может содержать каскад передатчика, на котором может передаваться по шине сигнал синхронизации, период которого определяет период для сканирования состояния периферийных компонентов системы. Под "периодом сканирования" понимается так называемый циклический период, в пределах которого блок управления опрашивает или проверяет все компоненты системы. Блок управления содержит средство обработки приемника для приема и обработки сигнала периферийного компонента исключительно в пределах временного окна, заранее заданного для него.
Каскад передатчика блока управления может периодически передавать по шине сигнал синхронизации. Этот сигнал может использоваться периферийными компонентами для определения временного окна, внутри которого они должны быть активизированы, например, с вычислением постоянной задержки по отношению к сигналу синхронизации так, чтобы оно находилось в постоянном временном положении между двумя последовательными сигналами синхронизации.
Следовательно, преимущественно можно обеспечить то, что каждое временное окно находится в постоянном положении между двумя последовательными сигналами синхронизации. Однако также можно выполнять циклическое перемещение интервалов так, что в среднем каждый компонент не всегда последним выполняет передачу.
Предпочтительно для установки порядка доступа к шине один тип периферийного компонента однозначно связывается с данным временным окном.
Фактически защитные устройства, например фотоэлементы или чувствительные грани, должны всегда в любом случае передавать сигнал по шине, так как в противном случае (если нет никакого сигнала) блок управления интерпретирует отсутствие сигнала как чрезвычайную ситуацию. Следовательно, каждой паре фотоэлементов предпочтительно назначать их собственное временное окно. Иначе управляющие устройства (платы транспондера, цифровые кнопочные панели, управляемые с помощью клавиатуры переключатели и т.д.) имеют связанное с ними одно уникальное временное окно, которое может быть использовано, в случае необходимости, одним из них. Даже в случае, когда присутствуют несколько устройств, одновременная активизация нескольких устройств этого типа очень маловероятна. Можно допускать непредвиденные коллизии в шине.
Такая организация обеспечивает рационализированное назначение временных окон каждому периферийному компоненту и сокращение продолжительности периода работы между двумя сигналами синхронизации, а именно достигается более быстрая система.
Протокол передачи, следовательно, основывается на способе согласно изобретению для передачи сигналов между блоком управления и периферийными компонентами по шине, используемому в системах приведения в действие для перемещения ворот, роликовых ставней и т.п., отличающемуся тем, что каждому периферийному компоненту назначается предопределенное временное окно, в пределах которого только упомянутому компоненту обеспечивают возможность передать его собственный сигнал в блок управления. Предпочтительно, чтобы предопределенное временное окно имело постоянную продолжительность.
Вышеупомянутые соображения относительно временных окон и управления шиной можно, очевидно, понимать как являющиеся также вариантами и/или вариантами осуществления способа согласно изобретению.
Предпочтительно, чтобы шина предусматривала использование только двух проводов без заданной полярности, и каждое устройство, связанное с ней, содержало адаптер полярности.
Преимущества изобретения станут более очевидными из следующего описания предпочтительного варианта осуществления, изображенного на прилагаемых чертежах, на которых:
на фиг.1 изображена известная система приведения в действие;
на фиг.2 и фиг.3 изображены блок-схемы известных систем приведения в действие;
на фиг.4 изображена блок-схема системы приведения в действие, получающаяся в результате принятия изобретения;
на фиг.5 изображена функциональная схема шины согласно изобретению;
на фиг.6 изображена временная диаграмма сигналов, присутствующих в шине, согласно фиг.5;
на фиг.7 изображена временная диаграмма сигналов, присутствующих в шине, согласно фиг.5;
на фиг.8 изображена схема двух пар фотоэлементов.
Проводка системы и шина согласно изобретению изображены схематично на фиг.4. Блок управления Cn согласно изобретению расположен предпочтительно в узле Mn двигателя и снабжается энергией посредством линии Sn (230 V или 24 V). Блок Cn управления связан посредством одного двухпроводного кабеля Wn с компонентами Qn, согласно изобретению, системы, которые являются функционально идентичными тем, как на фиг.2 и фиг.3. Блок Cn управления может подобным образом также быть расположен в любом из компонентов Qn.
Провод Wn доходит до компонента Qn и отсюда идет в следующий. Упрощение общей проводки очевидно и представляет главное преимущество изобретения.
На фиг.5 изображена схематическая иллюстрация шины согласно изобретению. Блок Cn управления, который изображен внутри пунктирной линии, связан посредством двух проводов Ch, Cr с различными компонентами системы, только два из которых изображены и обозначены внутри пунктирных линий посредством Ql, Q2. Провода Ch, Cr формируют системную шину и ведут внутрь или наружу блока Cn управления, в генератор V напряжения электропитания, который сформирован посредством известных конструкций схем, и связанный с ним выходной импеданс Z. Параллельно друг другу и в конфигурации шунта между проводами Ch, Cr ниже импеданса Z по потоку существуют схемы передачи и переключения/каскады TXC, TQl, TQ2, которые связаны соответственно с блоком Cn управления и двумя компонентами Ql, Q2. Каскады TXC, TQl, TQ2 выбираются из любого типа и/или компонента схемы, который может изменять по команде свою проводимость, теоретически между нулем и бесконечностью и шунтировать ток между проводами Ch, Cr для понижения напряжения между ними (напряжение VB шины) ниже импеданса Z по потоку. Каждый сигнал в шине передается с формированием импульсов напряжения короткой продолжительности и с надлежащим кодированием посредством переключения каскадов TXC, TQl, TQ2. Каждое изменение напряжения  VB обнаруживается этапами приемника (не изображен), которые присутствуют в каждом компоненте, связанном с шиной.
Краткая продолжительность сигналов, а именно временное шунтирование шины, может обеспечивать возможность одновременной передачи электропитания в компоненты Ql, Q2, которые имеют средства фильтрации и выпрямителя для получения из максимального значения напряжения VB стабилизированного напряжения. Преимущественно компонент Qn может содержать средство выпрямителя, настроенное для того, чтобы сделать его нейтральным к полярности сигналов в шине.
Для управления передачей по порядку в шине блок Cn управления посылает сигнал Sync синхронизации посредством этапа TXC через периодический интервал, например 32 мс. Сигнал Sync синхронизации передается в обычном режиме функционирования (Normal Mode). После приема сигнала Sync различные компоненты Ql, Q2..., Qn, связанные с шиной, отвечают посредством цифрового сигнала. Отправляемая информация изменяется в зависимости от того, состоят ли они из
- защитных устройств, например фотоэлементов и чувствительных граней, которые всегда отвечают для сигнализации о своем присутствии и своем состоянии,
- управляющих устройств, например кнопочных панелей или фотоэлементов приведения в действие (прерывание луча инициирует действие в системе), которые отвечают, только если они должны инициировать выполнение данной процедуры в блоке Cn управления.
Каждое устройство Qn, в зависимости от его характеристик, имеет зарезервированное временное окно для ответа после сигнала Sync во избежание возможного наложения. Разделение времени для доступа к шине различными устройствами изображено на фиг.6.
B
Интервал времени T между двумя сигналами Sync, которые для простоты могут сохраняться постоянными, определяет период сканирования, во время которого блок Cn управления проверяет состояние компонентов в системе/управляет им/выдает команды.
i
i
i
i
i
T обозначает i-ый момент между двумя сигналами Sync, в то время как I обозначает i-ое временное окно, в течение которого устройство Qn должно отвечать/передавать для того, чтобы быть правильно идентифицированным блоком Cn управления. Положения моментов T преимущественно (но не обязательно) предопределены и постоянны, и продолжительность окон I зависит от функциональных характеристик i-ого устройства Qn, которое имеет возможность отвечать после каждого сигнала Sync синхронизации, потому что оно имеет выделенный интервал времени I, в то время как в известных системах с шинной архитектурой каждое устройство Q опрашивается индивидуально (посредством соответствующего адреса).
i
В окне I, следовательно, передает только одно устройство Qn с занятием шины. Кроме того, относительно вышеупомянутого, блок Cn управления может известными средствами
- передавать по двухпроводной линии сигнал Sync синхронизации,
i
- принимать после сигнала Sync синхронизации ответный сигнал из каждого устройства Qn только в зарезервированном временном окне I, имеющем предопределенное положение по отношению к упомянутому сигналу Sync синхронизации.
Сеть связи устанавливается так, чтобы использовать, следовательно, только один двухпроводный кабель (преимущественно без заданной полярности), к которому могут быть подключены разные периферийные устройства (действующие или управляющие устройства).
Эта сеть обеспечивает возможность высокой скорости передачи данных и/или команд и, следовательно, гарантирует безопасность системы, так как
(i) получают очень быструю реакцию на опасные события,
(ii) исключают время, требуемое для ответа периферийных устройств (типичное для системы главный/подчиненный),
(iii) исключают время, требуемое для адресации команды и/или информации и связанное с ней время кодирования/декодирования.
Даже с увеличением количества монтируемых периферийных устройств общее время передачи данных на 50% меньше, чем для шин известной области техники, к которой относится данное изобретение, в известных шинах каждая передача предусматривает последовательный опрос + ответ между главным устройством и подчиненным устройством (2 элемента данных), в то время как в шине согласно изобретению каждая передача предусматривает только один ответ.
Сигнал Sync может в свою очередь быть закодирован посредством средства кодирования так, что блок управления может посылать информацию и/или данные, которые принимаются периферийными устройствами.
i
Изобретение может также обеспечивать двухстороннюю связь между компонентами на шине: компонент может интерпретировать информацию, которая посылается по шине, в зависимости от временного положения интервала I связи, так как он может иметь фиксированное положение (в известных шинах только блок управления интерпретирует информацию, которую непосредственно он запрашивает). Сигнал, посылаемый любым из периферийных устройств, вводится в сеть с шинной архитектурой и доступен всем устройствам, а также блоку управления. Следовательно, например, мигающая лампа может запускать режим "предупреждающая лампочка", если она обнаруживает в сети с шинной архитектурой сигнал "открытие", посланный в блок управления управляющим устройством (управляемым с помощью клавиатуры переключателем, кнопочной панелью).
Связь по шине может преимущественно также выполняться в режиме малой мощности. В этом случае блок Cn управления не формирует сигнал Sync синхронизации, и его отсутствие предупреждает все устройства о том, что они могут войти в состояние малой мощности (режим ожидания). Это решение достигается благодаря средствам обработки в блоке Cn управления, которые могут прерывать передачу сигнала (Sync) синхронизации и входить в режим малой мощности.
Компоненты возобновляют нормальный режим, когда блок управления автономно принимает решение о повторном вводе в шину сигнала Sync или когда управляющее устройство (кнопочная панель или фотоэлемент приведения в действие) передает сигнал по шине. Блок Cn управления обнаруживает этот сигнал и возвращается в нормальный режим. С этой целью периферийные компоненты Qn содержат средство обработки, которое может переключать в режим функционирования малой мощности, когда блок Cn управления не излучает сигнал синхронизации.
Переключение в режим малой мощности происходит в результате автономного решения блока Cn управления, который, когда ворота находятся в закрытом состоянии, обеспечивает возможность сокращения потребляемой мощности системы.
Режим малой мощности, в частности, полезен в случае систем, снабжаемых энергией от батареи или фотогальванической панели.
Сигнал Sync может также использоваться в дополнительных режимах.
B
В уже рассмотренном случае T разделяется на столько временных окон, сколько существует периферийных устройств Qn (кроме возможных незначительных временных сдвигов между одним окном и следующим, необходимых для правильного управления синхронизацией).
B
Одновременно фотоэлементы, которые принимают сигнал Sync из шины и обрабатывают его с использованием средств обработки, дополнительно разделяют период T внутри на такое количество временных окон, сколько существует пар фотоэлементов, и каждому приемнику Rx и передатчику Tx каждой пары автоматически назначается определенное временное окно, внутри которого он может функционировать.
B
На фиг.7 изображен пример четырех пар фотоэлементов. Интервал T времени разделяется на 4 временных окна Ph1, Ph2, Ph3, Ph4, внутри которых поочередно активизируются фотоэлементы, то есть фотопередатчик Tx1 и приемник Rx1 первого фотоэлемента активизируются только в окне Ph1, в то время как фотопередатчик Tx2 и приемник Rx2 второго фотоэлемента активизируются только в окне Ph2 и так далее. Фотопередатчик Tx1 посылает инфракрасный луч, а соответствующий приемник Rx1 принимает и анализирует его соответствующий сигнал посредством средства обработки, это относится и к Tx2 и Rx2.
Следовательно, фотоэлементы защищены от взаимных помех: если бы они все всегда были активными, то приемник мог бы принимать луч (см. стрелки на чертеже) из передатчика другой пары (см. фиг.8, на которой изображен случай двух пар). Приемник Rx2 мог бы принимать луч Tx1 и сигнализировать об отсутствии препятствия Obst. Так как вместо этого Rx1 и Tx1 активизируются в разное время с Rx2 и Tx2, то, когда Rx2 анализирует принятый луч, он обнаруживают препятствие Obst, потому что Tx1 выключен, и препятствие блокирует луч Tx2.
i
Фотоэлемент приемника Rx, после приема сигнала из соответствующего фотоэлемента передатчика Tx, посылает сигнал в блок управления посредством шины в свое собственное временное окно из числа I, назначаемых на шине.
Следовательно, было показано, что посредством изобретения можно упростить проводку и монтаж системы и, следовательно, уменьшить стоимость. Стоимость изготовления узла двигателя и время монтажа системы уменьшены в сопоставлении со значительным увеличением производительности системы.