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1. WO2020108792 - VERFAHREN ZUR DATENÜBERTRAGUNG ÜBER EINEN INSBESONDERE LEITUNGSGEBUNDENEN DATENÜBERTRAGUNGSKANAL UND ANTRIEBSSYSTEM

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Verfahren zur Datenübertragung über einen insbesondere leitungsgebundenen Datenübertragungskanal und Antriebssystem

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung über einen insbesondere

leitungsgebundenen Datenübertragungskanal und ein Antriebssystem.

Es ist allgemein bekannt, dass Daten über einen Datenübertragungskanal übertragbar sind.

Aus der DE 42 21 476 A1 ist als nächstliegender Stand der Technik eine Anordnung zur Regeneration eines Binärsignals bekannt.

Aus der DE 10 2010 034 521 A1 ist ein Verfahren zum Empfang durch einen Empfänger eines Knotens in einem Funknetz bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit bei Antriebssystemen zu erhöhen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren nach den in Anspruch 1 und bei dem Antriebssystem nach Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren zur Datenübertragung über einen insbesondere leitungsgebundenen Datenübertragungskanal, insbesondere und Bewertung der Übertragungsqualität des Datenübertragungskanals, sind, dass

ein Sender einen digitalen Datenstrom sendet über den Datenübertragungskanal an einen Empfänger, wobei die Symbole des Datenstroms in einem ersten Takt gesendet werden,

wobei der von dem Empfänger empfangene digitale Datenstrom mit einem zweiten Takt insbesondere analog abgetastet, insbesondere überabgetastet, wird,

wobei der zweite Takt schneller als der erste Takt ist, insbesondere wobei der zweite Takt mindestens zehnmal schneller ist als der erste Takt,

wobei für jedes Symbol die Summe der Abtastwerte bestimmt wird und für jedes Symbol ein Ergebniswert bestimmt, der HIGH ist, wenn die Summe einen unteren Schwellwert

überschreitet und einen oberen Schwellwert unterschreitet, und der ansonsten LOW ist,

wobei nach Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl von zu zeitlich direkt nacheinander übertragenen Symbolen gehörenden Ergebniswerten, die HIGH sind, Ausgangssignal einen Fehlerzustand anzeigt,

insbesondere wobei der obere Schwellwert größer ist als der untere Schwellwert.

Von Vorteil ist dabei, dass in einfacher Weise erkennbar ist, ob die Symbole sicher übertragen wurden. Falls eine Störung aufgetreten ist, wird ein Fehlerzustand angezeigt. Kern der Erfindung ist, dass ein empfangender aber digitaler Datenstrom digital überabgetastet wird und daraus ein Bewertungssignal erzeugt wird, mit welchem eine unzulässig starke Störung erkennbar ist. Aus der Überabtastung wird also ein analoger Wert bestimmt, der die Stärke der Störung repräsentiert. Wenn dieser analoge Wert unzulässige Werte annimmt, also in einem Band zwischen dem unteren und oberen Schwellwert ist, wird daraus geschlossen, dass das Symbol nicht sicher übertragen wurde. Wenn gehäuft Symbole nicht sicher übertragen wurden, insbesondere, wenn also aufeinander zeitlich direkt folgende Symbole alle jeweils nicht sicher übertragen wurden, wird ein Fehlerzustand angezeigt und somit der

Datenübertragungskanal als unzulässig schlecht bewertet.

Die Erfindung ermöglicht also eine Bewertung der Störungen bei der Datenübertragung durch den Datenübertragungskanal.

Die Erfindung ist somit anwendbar bei Umschaltung von einem anderen auf den

obengenannten Datenübertragungskanal nach dessen Erkennung.

Alternativ ist die Erfindung anwendbar als automatisierte Meldung„Kabelbruch“ im Feld, also in einer industriellen Anlage. Dabei wird die Meldung an eine Leitstelle geleitet und dort die Unterscheidung„externe Störung“ von„Leitung defekt“ möglich.

Weiter alternativ ist die Erfindung anwendbar bei automatischer Ermittlung einer Kabelbruchstelle, insbesondere also bei der Bestimmung der Position der Kabelbruchstelle bei dem die Daten übertragenden Kabel, welches vom Umrichter zum Winkelsensor eines

Antriebs geführt ist.

Weiter alternativ ist die Erfindung auch bei„big data“ anwendbar. Beispielsweise werden die ermittelten Daten im Rahmen eines Condition-Monitorings über längere Zeiträume erfasst und statistisch ausgewertet. Damit wird es in Zukunft möglich sein, beispielsweise Störquellen in einer Anlage zu identifizieren, insbesondere mittels Bestimmung einer zeitlichen Korrelation, oder Probleme mit dem Leitungsmedium, Vibrationen beim Vorbeifahren eines Zuges oder dergleichen, zu detektieren oder diagnostizieren.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Daten jeweils von einem Telegramm umfasst,

wobei das jeweilige gesendete Telegramm eine Präambel und zeitlich mit einem ersten Takt, insbesondere Fenstertakt, darauf folgend Symbole aufweist,

insbesondere wobei ein jeweiliges Symbol HIGH oder LOW ist,

wobei der Empfänger aus der empfangenen Präambel ein Synchronisationssignal erzeugt,

welches einem Taktgeber zugeführt wird, der den ersten Takt empfängerseitig erzeugt, insbesondere synchron zum ersten Takt des Senders. Von Vorteil ist dabei, dass der

Empfänger synchronisierbar ist zum Sender. DA dem Empfänger die Taktperiode bekannt ist, ist er somit in der Lage das Symbol synchronisiert zu bewerten.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung übermittelt nach Auftreten des Fehlerzustands der Empfänger dem Sender eine Information, so dass ein nochmaliges Senden des jeweiligen Telegramms vorzugsweise mit zeitlich gedehntem Übertragen der Symbole, also mit einem verlangsamten ersten Takt, ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass durch nochmaliges Datenübertragen und bei reduzierter Datenübertragungsrate die Datenübertragung mit hoher Wahrscheinlichkeit sicherer ausführbar ist.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zur Datenübertragung über einen insbesondere leitungsgebundenen Datenübertragungskanal, insbesondere und Bewertung der

Übertragungsqualität des Datenübertragungskanals, nach Anspruch 4 sind, dass

von einem Sender an einen Empfänger ein Daten-Telegramm übertragen wird,

wobei das gesendete Telegramm eine Präambel und zeitlich mit einem Fenstertakt darauf folgend Symbole aufweist,

insbesondere wobei ein jeweiliges Symbol HIGH oder LOW ist,

wobei der Empfänger aus der empfangenen Präambel ein Synchronisationssignal erzeugt,

welches einem Taktgeber zugeführt wird, der den Fenstertakt empfängerseitig erzeugt,

wobei ein Akkumulatorsignal an einer jeweiligen Flanke des Fenstertakts auf Null gesetzt wird

wobei das empfange Signal vom Empfänger während einer jeweiligen

Fenstertaktperiodendauer mehrfach abgetastet wird,

wobei abhängig vom Abtastwert das Akkumulatorsignal inkrementiert wird oder nicht,

wobei der am Ende des jeweiligen Fenstertakts erreichte Wert des Akkumulatorsignals als Signal ma(k) herausgegeben wird und mit einem oberen und mit einem unteren Schwellwert verglichen wird,

wobei bei Überschreiten des unteren Schwellwertes und bei Unterschreiten des oberen Schwellwertes die Übertragung des jeweiligen Symbols als nicht sicher bewertet wird,

wobei nach Überschreiten einer vorgegebenen Anzahl von empfangenen und als nicht sicher bewerteten Symbolen ein Ausgangssignal einen Fehlerzustand anzeigt.

insbesondere wobei k eine natürliche Zahl ist, die die Symbole nummeriert.

Von Vorteil ist dabei, dass in einfacher Weise und ohne besonderen Aufwand und ohne wesentlichen Zeitverzug erkennbar ist, ob die Datenübertragung sicher ausgeführt wurde.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Abtastwert mit einem Schwellwert verglichen und bei Überschreiten für diesen Abtastwert HIGH und bei Unterschreiten wird LOW verwendet. Von Vorteil ist dabei, dass der Abtastwert ein digitaler Wert ist und somit die Häufigkeit von Störungen erfasst wird, insbesondere möglichst unabhängig von ihrer genauen Stärke.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die vorgegebene Anzahl einen Wert zwischen fünf und dreißig auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine hohe Sicherheit bei der Bewertung erreichbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung übermittelt nach Auftreten des Fehlerzustands der Empfänger dem Sender eine Information, so dass ein nochmaliges Senden des Telegramms vorzugsweise mit zeitlich gedehntem Übertragen der Symbole ausgeführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Daten mit erhöhter Wahrscheinlichkeit sicher übertragen werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Fehlerzustand auch optisch und/oder akustisch angezeigt und/oder an einen verbundenen Rechner übermittelt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Wartung veranlassbar ist.

Wichtige Merkmale bei dem Antriebssystem zur Durchführung eines vorgenannten Verfahrens sind, dass das Antriebssystem einen von einem Umrichter gespeisten Elektromotor aufweist,

wobei ein Winkelsensor des Antriebssystems die Drehwinkellage eines Rotors des

Elektromotors erfasst,

wobei der Winkelsensor als Sender fungiert und der Umrichter als Empfänger,

insbesondere wobei ein den Sender mit dem Empfänger verbindendes Koaxialkabel als Datenübertragungsleitung fungiert. Von Vorteil ist dabei, dass die erfassten winkelwerte an den Umrichter übertragbar sind und somit eine Regelung der Drehzahl oder des Drehmoments mittels des Umrichters ausführbar ist. Dabei ist eine hohe Datenübertragungsrate zwar wichtig, aber die ungestörte Übertragung ist noch wichtiger. Denn abhängig von den erfassten

Winkelwerten wird vom Umrichter eine Drehspannung dem Elektromotor zur Verfügung gestellt, um ein vorgegebenes Solldrehmoment oder eine vorgegebene Solldrehzahl zu erreichen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Sender und der Empfänger geeignet

ausgeführt, den Datenübertragungskanal bidirektional zu betreiben. Von Vorteil ist dabei, dass eine Quittierung des Empfangs ermöglicht ist und/oder Informationen vom Umrichter an den Winkelsensor übermittelbar sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die

Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen

Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:

In der Figur 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Bewerten eines

Datenübertragungskanals schematisch skizziert.

In der Figur 2 sind zwei Symbole des über den Datenübertragungskanal übertragenen Datenworts dargestellt und die Bestimmung des Ausgangssignals ma der Bewertungseinheit 1 verdeutlicht.

In der Figur 3 ist das Verfahren an einem ungestörten optimalen Empfangssignal 30 und an einem gestörten Empfangssignal 31 beispielhaft dargestellt.

Wie in den Figuren dargestellt, werden über den Datenübertragungskanal Telegramme übertragen, die aus Datenwörtern und somit auch aus Symbolen bestehen.

Jedes der Telegramme weist eine Präambel auf, die einen speziellen Signalverlauf aufweist, so dass eine empfängerseitig eine Synchronisation ausführbar ist.

Empfängerseitig wird hierzu auf diesen speziellen Signalverlauf gewartet und nach dessen Detektion ein Synchronisationssignal 6 erzeugt, welches einen Taktgeber 4 startet, der ein Taktsignal, hier auch als Fenstertakt 5 bezeichnet, startet.

Die Taktperiode des Taktsignals ist vorgegeben und gleicht der senderseitig vorgegebenen Taktperiode.

Das Ausgangssignal der Bewertungseinheit 1 wird einer Auswerteeinheit 2 zugeführt, deren Ausgangssignal einer Vergleichseinheit 3 zum Vergleichen mit Schwellwerten zu geführt wird.

Die Bewertungseinheit 1 arbeitet in der in Figur 2 dargestellten Art und Weise.

Beispielshaft ist hier ein erstes Signal 21 und ein dazu invertiertes Signal 22 dargestellt. ln der Bewertungseinheit wird das Signal 21 beginnend nach Eintreffen einer Flanke des Taktsignals, also Fenstertakt 5, abgetastet. In der Figur 2 sind hierzu fünfzehn

Abtastzeitpunkte ersichtlich. Bei jedem Abtastzeitpunkt wird das Akkumulatorsignal acc(n) beginnend mit dem Wert Null, inkrementiert, wenn das empfangene Signal 21 beim jeweiligen Abtasten den Wert Eins, also HIGH, aufweist. Ansonsten wird nicht inkrementiert.

Bei ungestörtem optimalem empfangenen Signal ergibt sich somit ein Maximalwert ma_max als letzter Wert, ansonsten ein geringere Wert. Dieser letzte sich ergebende Wert wird als Ausgangssignal ma(n) der Bewertungseinheit 1 von der Bewertungseinheit 1 an die

Auswerteeinheit 2 weiterleitet.

Die Abtastzeitpunkt sind vorzugsweise zeitlich regelmäßig voneinander beabstandet.

Bei dem beispielhaft in Figur 2 gezeigten, invertierten Signal 22 ergibt sich mit derselben Abtastung als Akkumulatorsignal acc(n) der konstante Wert Null, der somit als Minimalwert ma_min an die Auswerteeinheit 2 weitergeleitet wird.

In Figur 3 ist für ein ungestörtes Signal 30, das hier als empfangenes Rechtecksignal, also abwechselnd 1 und 0 aufweisendes Signal, gewählt ist, das Akkumulatorsignal acc(n) dargestellt.

Die Flanken des Fenstertaktes 5 sind als Signal A_clk dargestellt. Weil keine Störungen auftreten und deshalb das Ausgangssignal ma(k) der Bewertungseinheit nur den Wert ma_max oder den Wert ma_min aufweist, insbesondere also keine Zwischenwerte, wird die Bewertung jeder Flanke des Taktsignals A_clk als sicher dargestellt.

Ausgangsseitig wird somit das Ausgangssignal S_B als fehlerfrei herausgegeben, in Figur 3 also als LOW.

In Figur 3 ist aber auch ein beispielhaft gestörtes empfangenes Signal 31 dargestellt. Hierbei erreicht das Akkumulatorsignal acc(n) nicht immer den Maximalwert, sondern Zwischenwerte.

Das Ausgangssignal der Auswerteeinheit 2 wird der Vergleichseinheit 3 zugeführt, wobei das Signal ma(k) auf Überschreiten eines unteren Schwellwertes EJower und auf Unterschreiten eines oberen Schwellwertes E_upper überwacht wird.

Diese Schwellwerte sind in der Figur 3 zur Veranschaulichung beim Akkumulatorsignal acc(n) dargestellt, werden aber bevorzugt auf das Signal ma(k) angewendet.

Die Flanken des Fenstertaktes 5 sind wiederum als Signal A_clk dargestellt. Da aber nun Störungen auftreten, werden die entsprechenden Flanken als unsicher bewertet, was in Figur 3 graphisch durch die deformierte Pfeilspitze jeweils dargestellt ist.

Wenn eine vorgegebene Anzahl von aufeinander folgenden Flanken als unsicher bewertet wurde, wird das Ausgangssignal S_B als fehlerbehaftet herausgegeben, in Figur 3 also als HIGH. Dies bedeutet, dass der Datenübertragungskanal gestört ist.

Abhängig von diesen Ausgangssignal S_B wird die Datenübertragungsrate reduziert. Hierzu sendet der Empfänger zeitlich auf das Telegramm nachfolgend eine Information, so dass der Sender das Telegramm nochmals sendet.

Vorzugsweise wird bei diesem nochmaligen Senden die Taktrate verkleinert, also auch die Fensterlänge vergrößert und der Fenstertakt 5 verkleinert.

Durch das nochmalige Senden vorzugsweise mit zeitlich gedehntem Übertragen der Symbole steigt die Wahrscheinlichkeit für ein fehlerfreies Übertragen.

Vorzugsweise ist das Eingangssignal S_in(n) der Bewertungseinheit 1 ein digitaler Datenstrom mit 1 bit Breite und das Ausgangssignal der Bewertungseinheit 1 ein digitaler Datenstrom mit m bit Breite, wobei m eine ganze Zahl ist, welche größer als 1 ist. Daher ist eine schnelle Auswertung ermöglicht.

Bezugszeichenliste

1 Bewertungseinheit

2 Auswerteeinheit

3 Vergleichseinheit

4 Taktgeber

5 Fenstertakt

6 Synchronisationssignal

21 erstes Symbol

22 zweites Symbol

30 optimales Empfangssignal

31 gestörtes Empfangssignal

32 sicheres Taktsignal

33 unsicheres Taktsignal

H High

L Low

k Symbolzählwert

n Symbolzählwert

S_B Ausgangssignal

S_in(n) Eingangssignal

Acc(n) Akkumulatorsignal

Ma(k) Ausgangssignal der Bewertungseinheit 1

Ma_max Maximalwert des Akkumulatorsignals

Ma_min Minimalwert des Akkumulatorsignals

E_upper oberer Schwellwert

EJower unterer Schwellwert

A_clk Auswertungstakt