DE19917354A1 - Synchronisationsverfahren für eine Haupteinheit und mindestens eine Nebeneiheit mit internen, miteinander zu synchronisierenden Zeitgebern, hiermit korrespodierndes Kommunikationssystem sowie Haupteinheit und Nebeneinheit eines derartigen Kommunikationssystems - Google Patents

Abstract

Synchronisationsverfahren für eine Haupteinheit und mindestens eine Nebeneinheit mit internen, miteinander zu synchronisierenden Zeitgebern, hiermit korrespondierendes Kommunikationssystem sowie Haupteinheit und Nebeneinheit eines derartigen Kommunikationssystems DOLLAR A Interne Zeitgeber (7-10) einer Haupteinheit (1) und mindestens einer Nebeneinheit (2-4) sollen miteinander synchronisiert werden. Hierzu übermittelt die Haupteinheit (1) der Nebeneinheit (2-4) über zwei Kommunikationswege (5, 6) Zeitsignale. Diese benötigen auf den beiden Kommunikationswegen (5, 6) Laufzeiten (T1, T2) zur Nebeneinheit (2-4). Die Differenz (T') der Laufzeiten (T1, T2) wird zumindest in der Nebeneinheit (2-4) erfaßt. Aus der Differenz (T') werden die Laufzeiten (T1, T2) ermittelt. Danach synchronisieren sich die Zeitgeber (7-10) unter Berücksichtigung der Laufzeiten (T1, T2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Synchronisationsver­ fahren für eine Haupteinheit und mindestens eine Nebeneinheit mit internen, miteinander zu synchronisierenden Zeitgebern, die über zwei Kommunikationswege miteinander verbunden sind, ein hiermit korrespondierendes Kommunikationssystem sowie ei­ ne Haupteinheit und eine Nebeneinheit für ein derartiges Kom­ munikationssystem.

Derartige Kommunikationssysteme sind allgemein bekannt. Sie werden insbesondere im Feldbusbereich der Automatisierungs­ technik und bei Werkzeugmaschinensteuerungen eingesetzt.

Zur Steuerung technischer Prozesse und Anlagen, insbesondere von Werkzeugmaschinen, ist es oftmals erforderlich, Ereignis­ se sehr zeitgenau zu erfassen und auch sehr zeitgenau auf die Ereignisse zu reagieren. Insbesondere bei Werkzeugmaschinen reichen die Genauigkeitsanforderungen bei Abmessungen bis in den Submikrometerbereich und bei Zeiten bis in den Submikro­ sekundenbereich.

Derartige Genauigkeitsanforderungen lassen sich in der Regel nur noch mit Zeitgebern realisieren, die jeder Einheit sepa­ rat zugeordnet und bei ihr oder in ihr angeordnet sind. Für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Kommunikationssystems müs­ sen die einzelnen Zeitgeber aber miteinander synchronisiert werden. Aufgrund von unvermeidbaren Gangunterschieden der einzelnen Zeitgeber muß die Synchronisation dabei immer wie­ der wiederholt werden. Die Wiederholrate richtet sich nach den Gangunterschieden und der geforderten Synchronizität. Bei einem maximalen Gangunterschied von 1 ppm und einer geforder­ ten Synchronizität von 50 ns muß beispielsweise spätestens alle 50 ms eine Resynchronisation erfolgen.

In die Synchronisation gehen insbesondere auch die Laufzeiten ein, welche Synchronisationssignale (und auch andere Signale) zwischen der Haupteinheit und den Nebeneinheiten benötigen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Synchronisationsverfahren, ein hiermit korrespondierendes Kommunikationssystem sowie die zugehörigen Haupt- und Neben­ einheiten zu schaffen, mittels derer auf einfache Weise unter Berücksichtigung der Laufzeiten eine exakte Synchronisation bewirkbar ist.

Die Aufgabe wird für das Synchronisationsverfahren dadurch gelöst,

• - die Haupteinheit der Nebeneinheit über zwei Kommunikations­ wege Zeitsignale übermittelt, die auf den beiden Kommunika­ tionswegen Laufzeiten zur Nebeneinheit benötigen,
• - die Differenz der Laufzeiten zumindest in der Nebeneinheit erfaßt und aus der Differenz die Laufzeiten ermittelt wer­ den,
• - die Zeitgeber sich nach der Ermittlung der Laufzeiten unter Berücksichtigung der Laufzeiten synchronisieren.

Die Laufzeiten umfassen dabei alle Verzögerungen zwischen den Einheiten.

Das Kommunikationssystem, die Haupteinheit und die Nebenein­ heit sind entsprechend ausgebildet.

Das Bestimmen der Laufzeiten ist besonders einfach,

• - wenn die Kommunikationswege als gegenläufig ringförmige Kommunikationswege ausgebildet sind,
• - wenn in der Haupteinheit die Zeitdifferenz zwischen dem Übermitteln eines der Zeitsignale und dem Eintreffen des anderen Zeitsignals oder in mindestens einer der Einheiten für mindestens einen der Kommunikationswege eine für ein einmaliges Durchlaufen des Kommunikationsweges benötigte Umlaufzeit erfaßt wird und
• - wenn zur Ermittlung der Laufzeiten auch die Umlaufzeit bzw. die Zeitdifferenz mit herangezogen wird.

Die Umlaufzeit bzw. die Zeitdifferenz kann beispielsweise da­ durch erfaßt werden, daß in der Haupteinheit ein Hauptzähler durch das Übermitteln eines der Zeitsignale und das Wieder­ eintreffen dieses Zeitsignals bzw. das Eintreffen des anderen Zeitsignals derart gesteuert wird, daß die Differenz der Hauptzählerstände ein Maß für die Umlaufzeit bzw. die Zeit­ differenz ist.

In analoger Weise kann die Differenz der Laufzeiten z. B. da­ durch erfaßt werden, daß in der Nebeneinheit ein Nebenzähler durch das Eintreffen der Zeitsignale derart gesteuert wird, daß die Differenz der Nebenzählerstände ein Maß für die Dif­ ferenz der Laufzeiten ist.

Die Kommunikationswege müssen nicht zwangsweise identisch verlaufen. Beispielsweise ist es möglich,

• - daß in den Kommunikationswegen mindestens zwei Nebeneinhei­ ten angeordnet sind,
• - daß die Zeitsignale über einen der Kommunikationswege di­ rekt von der einen Nebeneinheit zur anderen Nebeneinheit übermittelt werden und
• - daß die Zeitsignale über den anderen der Kommunikationswege über die Haupteinheit von der einen Nebeneinheit zur ande­ ren Nebeneinheit übermittelt werden.

Im Normalbetrieb werden über mindestens einen der Kommunika­ tionswege zwischen der Haupteinheit und der Nebeneinheit Nutzsignale übertragen. Den Nutzsignalen sind Zeitinformatio­ nen zugeordnet. Wenn nach der Synchronisation anhand der Zeitinformationen und der Laufzeiten eine erwartete Empfangs- Zeit ermittelt und mit einer tatsächlichen Empfangszeit ver­ glichen wird und bei einer Abweichung der tatsächlichen Emp­ fangszeit von der erwarteten Empfangszeit eine Fehlermeldung ausgegeben wird, können Änderungen der Kommunikationswege dy­ namisch erfaßt werden. Beispielsweise kann das Ausgeben einer Fehlermeldung eine neue Ermittlung der Laufzeiten auslösen.

Wenn die Nebeneinheit aufgrund der Laufzeiten eine Anfangs­ adresse generiert, unter der die Nebeneinheit von der Haupt­ einheit adressierbar ist, ist auf einfache Weise eine Selbst­ konfiguration des Kommunikationssystems möglich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen in Prinzipdarstellung

Fig. 1 ein Kommunikationssystem,

Fig. 2 eine Haupteinheit,

Fig. 3 eine Nebeneinheit,

Fig. 4 ein weiteres Kommunikationssystem,

Fig. 5 ein drittes Kommunikationssystem und

Fig. 6 ein viertes Kommunikationssystem.

Gemäß Fig. 1 besteht ein Kommunikationssystem aus einer Haupt­ einheit 1 und drei Nebeneinheiten 2 bis 4. Die Einheiten 1 bis 4 sind über zwei gegenläufig ringförmige Kommunikations­ wege 5, 6 miteinander verbunden. Die Kommunikationswege 5, 6 sind abschnittweise gleich lang. Signale, auch Zeitsignale, die über die Kommunikationswege 5, 6 übermittelt werden, be­ nötigen somit von Einheit 1-4 zu Einheit 1-4 unabhängig von der Übertragungsrichtung Abschnittlaufzeiten t1 bis t4.

Gemäß Ausführungsbeispiel sind die Kommunikationswege 5, 6 gleich ausgebildet, z. B. als Lichtwellenleiter. Sie könnten aber auch ungleichartig ausgebildet sein, z. B. der Kommuni­ kationsweg 5 als Profibus und der Kommunikationsweg 6 als Ethernet.

In den Einheiten 1 bis 4 sind Zeitgeber 7 bis 10 angeordnet, welche miteinander synchronisiert werden sollen. Bei der Syn­ chronisation sollen die Abschnittlaufzeiten t1 bis t4 zwi­ schen den Einheiten 1 bis 4 berücksichtigt werden.

Hierzu ist gemäß Fig. 2 in der Haupteinheit 1 für jeden der Kommunikationswege 5, 6 je ein Hauptzähler 11, 12 angeordnet. Die Hauptzähler 11, 12 sind mit einem Taktgeber 13 verbunden, der mit einer hohen Taktfrequenz f betrieben wird. Die Takt­ frequenz f liegt typisch im Bereich zwischen 10 MHz und 100 MHz, kann aber auch größer sein, z. B. bis zu 3 GHz. Die Hauptzähler 11, 12 werden von einer Steuereinheit 14, z. B. einem Mikroprozessor 14, gesteuert. Insbesondere kann die Steuereinheit 14 über ein Bussystem 15 Hauptzählerstände in die Hauptzähler 11, 12 einspeichern und aus ihnen auslesen. Die Steuereinheit 14 kontrolliert auch die Schnittstellen 16 zu den Kommunikationswegen 5, 6.

Die Nebeneinheiten 2 bis 4 sind ähnlich aufgebaut wie die Haupteinheit. Untereinander sind die Nebeneinheiten 2 bis 4 gleich aufgebaut. Nachfolgend wird daher nur die Nebeneinheit 2 beschrieben. Das zur Nebeneinheit 2 Gesagte gilt aber ana­ log auch für die Nebeneinheiten 3 und 4.

Gemäß Fig. 3 weist die Nebeneinheit 2 nur einen einzigen Ne­ benzähler 17 auf, der mit einem Taktgeber 18 verbunden ist. Der Taktgeber 18 wird in einem ähnlichen Frequenzbereich be­ trieben wie der Taktgeber 13 der Haupteinheit 1. Die Neben­ einheit 2 weist ferner einen Richtungserkenner 19 und eine Steuereinheit 20 auf, die ebenfalls als Mikroprozessor oder aber z. B. als Mikrocontroller ausgebildet sein kann. Die Steuereinheit 20 ist insbesondere in der Lage, über ein Bus­ system 21 einen Nebenzählerstand im Nebenzähler 17 abzuspei­ chern oder aus ihm auszulesen. Auch kann sie aus dem Rich­ tungserkenner 19 auslesen, auf welchem der Kommunikationswege 5, 6 zuerst ein Signal eintrifft. Ferner steuert die Steuer- einheit 20 die Schnittstellen 22 zu den Kommunikationssyste­ men 5, 6.

Um eine Synchronisation des Kommunikationssystems zu starten, speichert die Steuereinheit 14 zunächst in den Hauptzählern 11, 12 Hauptzählerstände ab, vorzugsweise vom Wert null. Dann sendet die Haupteinheit 1 auf beiden Kommunikationswegen 5, 6 ein Zeitsignal. Gleichzeitig mit dem Senden des jeweiligen Zeitsignals startet die Steuereinheit 14 den jeweiligen Hauptzähler 11 bzw. 12. Vorzugsweise werden die Zeitsignale gleichzeitig an die Nebeneinheiten 2 bis 4 übermittelt. Al­ ternativ könnten die Zeitsignale aber auch mit einem Zeitver­ satz gestartet werden.

Die Hauptzähler 11, 12 erhöhen ihre Hauptzählerstände ab dem Starten der Zeitsignale mit jedem Taktsignal des Taktgebers 13 um eins. Wenn die Zeitsignale wieder in der Haupteinheit 1 eintreffen, ihren Kommunikationsweg 5 bzw. 6 also genau ein­ mal durchlaufen haben, werden die Hauptzähler 11, 12 wieder gestoppt. Die Hauptzählerstände der Hauptzähler 11, 12 sind somit ein Maß für eine Umlaufzeit T, welche zum Durchlaufen des Kommunikationswegs 5 bzw. 6 benötigt wird.

Alternativ könnten die Hauptzähler 11, 12 ihre Hauptzähler­ stände kontinuierlich erhöhen. In diesem Fall müssen die Zäh­ lerstände beim Starten und Wiedereintreffen der Zeitsignale ausgelesen und zwischengespeichert werden.

Die Zeitsignale benötigen auf den Kommunikationswegen 5, 6 Laufzeiten T1, T2 zu den Nebeneinheiten 2-4, die durch die Abschnittlaufzeiten t1-t4 bestimmt sind. In der Regel sind die Laufzeiten T1, T2 voneinander verschieden, weisen also eine von Null verschiedene Differenz T' auf.

In den Nebeneinheiten 2 bis 4 speichert die Steuereinheit 20 ebenfalls zunächst einen Nebenzählerstand, z. B. den Wert Null, im Nebenzähler 17 ab. Beim Eintreffen eines der Zeitsi- gnale wird dann unabhängig davon, auf welchem der Kommunika­ tionswege 5, 6 dieses Zeitsignal eintrifft, der Nebenzähler 17 gestartet. Im Richtungserkenner 19 wird aber abgespei­ chert, ob zuerst auf dem Kommunikationsweg 5 oder zuerst auf dem Kommunikationsweg 6 ein Zeitsignal eingetroffen ist. Ab dem Starten des Nebenzählers 17 wird dieser mit jedem Takt des Taktgebers 18 um eins erhöht.

Wenn nun auf dem anderen der Kommunikationswege 5, 6 das an­ dere Zeitsignal eintrifft, wird der Nebenzähler 17 mit seinem dann erreichten Nebenzählerstand gestoppt. Der Nebenzähler­ stand ist somit ein Maß für die Differenz T' der Laufzeiten T1, T2. Auch hier könnte alternativ wieder der Nebenzähler 17 kontinuierlich inkrementiert werden. Beim Eintreffen der Zeitsignale muß dann aber der jeweilige Nebenzählerstand aus­ gelesen und zwischengespeichert werden.

Aus der Differenz T' der Laufzeiten T1, T2 können dann unter Heranziehung der Umlaufzeit T die Laufzeiten T1, T2 ermittelt werden. Wenn mit T1 die Laufzeit auf dem Kommunikationsweg, z. B. 5, bezeichnet wird, auf dem zuerst ein Zeitsignal in der jeweiligen Nebeneinheit 2 bis 4 eintrifft, und mit T2 die Laufzeit auf dem anderen Kommunikationsweg, z. B. 6, so gilt

T1 = (T - T')/2 und T2 = (T + T')/2.

Mit diesen Laufzeitinformationen ist dann eine exakte Syn­ chronisierung der einzelnen Zeitgeber 7 bis 10 möglich. Ins­ besondere kann die Haupteinheit 1 über einen der Kommunika­ tionswege 5, 6 ein Zusatzzeitsignal übermitteln, dem ein Zeitstempel zugeordnet ist. Aufgrund der nunmehr bekannten Laufzeiten T1 bzw. T2 zu den Nebeneinheiten 2 bis 4 können die Nebeneinheiten 2 bis 4 dann eine Kompensation der Lauf­ zeiten T1 bzw. T2 vornehmen und somit ihre Zeitgeber 8 bis 10 sehr zeitgenau mit dem Zeitgeber 7 der Haupteinheit 1 syn­ chronisieren. Die Synchronisation erfolgt also unter Berück­ sichtigung der Laufzeiten T1, T2. Je nach Taktfrequenz f ist dabei eine Synchronisation auf eine µs und genauer, zum Teil sogar bis auf 20 ns genau, möglich.

Die Synchronisation muß immer wieder erneuert werden, um Gangunterschiede zwischen den einzelnen Zeitgebern 7 bis 10 auszugleichen. Bei den Resynchronisierungen sind die Laufzei­ ten T1, T2 aber bereits bekannt. Eine Neuermittlung ist nicht mehr nötig. Demzufolge kann beispielsweise über den Kommuni­ kationsweg 5 eine Synchronisierung der Einheiten 1 bis 4 er­ folgen, während über den anderen Kommunikationsweg 6 andere Daten ausgetauscht werden. Die Synchronisation hat also kei­ nen oder nur geringen Einfluß auf die allgemeine Kommunikati­ on.

Die Umlaufzeit T kann in jeder Einheit 1-4 ermittelt wer­ den. Es ist aber ausreichend, wenn die Haupteinheit 1 die Um­ laufzeit T ermittelt und die Nebeneinheiten 2 bis 4 nur die Differenzen T'. Denn beispielsweise kann die Haupteinheit 1 nach Ermittlung der Umlaufzeit T diese mittels einer Meldung an alle angeschlossenen Nebeneinheiten 2 bis 4 den Nebenein­ heiten 2 bis 4 mitteilen. Dann ist in jeder Nebeneinheit 2 bis 4 die Information vorhanden, welche zur Ermittlung der Laufzeiten T1, T2 erforderlich ist.

Alternativ zur Ermittlung der Umlaufzeit T kann in der Haupt­ einheit 1 auch eine Zeitdifferenz T" zwischen dem Übermitteln eines der Zeitsignale und dem Eintreffen des anderen Zeitsi­ gnals erfaßt werden. Aufgrund der Differenzen T' der Laufzei­ ten T1, T2 und der Zeitdifferenz T" können dann die Ab­ schnittlaufzeiten t1 bis t4 ermittelt werden. Aus den dann bekannten Abschnittlaufzeiten t1 bis t4 können wiederum die Umlaufzeit T sowie für jede Nebeneinheit 2 bis 4 die Laufzei­ ten T1, T2 ermittelt werden.

Vorzugsweise generieren die Nebeneinheiten 2-4 aufgrund der Laufzeit T1 und/oder der Laufzeit T2 eine Adresse, unter der sie zumindest anfänglich von der Haupteinheit 1 adressierbar sind. Die Haupteinheit 1 kann danach beispielsweise jede mög­ liche Adresse (minimal = 1, maximal = f x T) abfragen, ob un­ ter dieser Adresse eine Nebeneinheit 2 bis 4 in den Kommuni­ kationswegen 5, 6 angeordnet ist.

Im Normalbetrieb werden über mindestens einen der Kommunika­ tionswege 5, 6 Nutzsignale zwischen der Haupteinheit 1 und den Nebeneinheiten 2 bis 4 übertragen. Den Nutzsignalen sind dabei Zeitstempel zugeordnet, das heißt den Nutzsignalen ist eine Zeitinformation beigefügt. Beispielsweise kann der Zeit­ stempel die aktuelle Sendezeit enthalten. Alternativ kann beispielsweise auch in der sendenden Einheit, z. B. der Neben­ einheit 2, eine Prüfsumme, z. B. ein CRC (cyclic redundancy check), gebildet werden und die Prüfsumme mit übertragen wer­ den. In diesem Falle enthält die Prüfsumme in codierter Form die Zeitinformation. Die Regel zur Bildung der Prüfsumme kann dabei in den beiden Kommunikationswegen 5, 6 verschieden sein. Dies erhöht die Übertragungssicherheit noch weiter.

Wenn nun ein Nutzsignal mit einer Zeitinformation, die die Sendezeit enthält, von einer Einheit 1 bis 4 empfangen wird, so kann die empfangende Einheit 1 bis 4 aus der Zeitinforma­ tion und der bekannten Laufzeit T1 bzw. T2 eine erwartete Empfangszeit ermitteln. Diese erwartete Empfangszeit kann die jeweilige Einheit 1 bis 4 mit der Zeit vergleichen, zu der sie das Nutzsignal tatsächlich empfangen hat. Bei einer Ab­ weichung der tatsächlichen Empfangszeit von der erwarteten Empfangszeit kann dann eine Fehlermeldung generiert und aus­ gegeben werden.

Insbesondere wenn im Betrieb des Kommunikationssystems Ände­ rungen der Systemkonfiguration zulässig sind, sind Fehlermel­ dungen oft ein Indiz für eine derartige Änderung der System­ konfiguration. In diesem Fall kann beispielsweise beim Auf­ treten einer Fehlermeldung ein neuer Synchronisationslauf ge­ startet werden, um Änderungen zu erfassen und bei zukünftigen Synchronisiervorgängen berücksichtigen zu können.

Wenn kurz hintereinander jedoch mehrere Fehlermeldungen auf­ treten, ist dies in der Regel ein Zeichen dafür, daß die Kom­ munikation als solche gestört ist. Falls es aus Sicherheits­ gründen erforderlich sein sollte, kann in diesem Fall bei­ spielsweise die kontrollierte Werkzeugmaschine oder sonstige technische Anlage in einen sicheren Zustand überführt und stillgesetzt werden.

In den Fig. 4 und 5 sind Kommunikationssysteme dargestellt, bei denen die Nebeneinheiten 2 bis 4, 2', 3' und 2'' zu Grup­ pen I, II, III zusammengefaßt sind. Ersichtlich werden Signa­ le, also auch Zeitsignale, über den Kommunikationsweg 5 di­ rekt von Nebeneinheit zu Nebeneinheit übermittelt, beispiels­ weise von der Nebeneinheit 4 zur Nebeneinheit 2' und von der Nebeneinheit 3' zur Nebeneinheit 2''. Über den anderen der Kommunikationswege 6, 6', 6'' hingegen werden die Signale zur Haupteinheit 1 zurückgeführt, also nur indirekt über die Haupteinheit 1 von der jeweils anderen Nebeneinheit, z. B. 2'' oder 2', zur einen Nebeneinheit, z. B. 3' oder 4, übermit­ telt.

Wenn das Kommunikationssystem - wie in Fig. 4 dargestellt - nur zwei Gruppen I, II aufweist, sind die einzelnen Laufzei­ ten T1, T2 in den Kommunikationswegen 5, 6, 6' unabhängig von der Abschnittlaufzeit eines Signals von der Nebeneinheit 4 zur Nebeneinheit 2' ermittelbar. Bei mehr als zwei Gruppen I, II, III - wie in Fig. 5 dargestellt - müssen die gruppenüber­ greifenden Abschnittlaufzeiten zwischen den Nebenstationen 4 und 2' sowie 3' und 2'' jedoch entweder bekannt sein oder zwar absolut unbekannt, aber ebenso groß wie die Summe der Ab­ schnittlaufzeiten von der Haupteinheit 1 zur Nebenstation 4 und von der Nebeneinheit 2' zur Haupteinheit 1 bzw. der Summe der Laufzeiten von der Nebeneinheit 2'' zur Haupteinheit 1 und von der Haupteinheit 1 zur Nebeneinheit 3'.

Gemäß Fig. 6 sind die Kommunikationswege 5, 6 nicht als gegen­ läufige Ringe, sondern als gleichläufige offene Verbindungs­ strecken ausgebildet. Die Kommunikationswege 5, 6 sind un­ gleichartig ausgebildet. Beispielsweise ist der Kommunikati­ onsweg 5 als Lichtwellenleiter, der Kommunikationsweg 6 als elektrischer Bus ausgebildet.

Aufgrund der unterschiedlichen Ausbildung weisen die Kommuni­ kationswege 5, 6 Signalgeschwindigkeiten v1, v2 auf, die ver­ schieden voneinander sind. Die Signalgeschwindigkeiten v1, v2 können beispielsweise vorab durch Versuchsmessungen ermittelt werden.

Zur Bestimmung der Laufzeiten T1, T2 übermittelt die Haupt­ einheit 1 gleichzeitig (oder mit bekanntem Zeitversatz) über beide Kommunikationswege 5, 6 Zeitsignale an die Nebeneinhei­ ten 2, 3.

Zwischen der Haupteinheit 1 und der Nebeneinheit 2 weisen die Kommunikationswege 5, 6 eine Abschnittlänge 11 und zwischen den Nebeneinheiten 2, 3 eine Abschnittlänge 12 auf. In den Nebeneinheiten 2, 3 wird wieder die Differenz T' der Laufzei­ ten T1, T2 erfaßt. Wenn die Signalgeschwindigkeit v1 größer als die Signalgeschwindigkeit v2 ist, ergibt sich die Diffe­ renz T' zu

T' = 11/v2 - 11/v1.

Die Laufzeiten T1, T2 ergeben sich dann zu

T1 = T'v2/(v1 - v2) bzw. T2 = T'v1/(v1 - v2).

Claims (33)

1. Synchronisationsverfahren für eine Haupteinheit (1) und mindestens eine Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') mit internen, miteinander zu synchronisierenden Zeitgebern (7-10),

• - wobei die Haupteinheit (1) der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') über zwei Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') Zeitsignale über­ mittelt, die auf den beiden Kommunikationswegen (5, 6, 6',6'') Laufzeiten (T1, T2) zur Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') benöti­ gen,
• - wobei die Differenz (T') der Laufzeiten (T1, T2) zumindest in der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') erfaßt und aus der Dif­ ferenz (T') die Laufzeiten (T1, T2) ermittelt werden,
• - wobei die Zeitgeber (7-10) sich nach der Ermittlung der Laufzeiten (T1, T2) unter Berücksichtigung der Laufzeiten (T1, T2) synchronisieren.

2. Synchronisationsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') als gegenläufig ringförmige Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') ausgebildet sind,
• - daß in der Haupteinheit eine Zeitdifferenz (T") zwischen dem Übermitteln eines der Zeitsignale und dem Eintreffen des anderen Zeitsignals oder in mindestens einer Einheiten (1-4, 2', 3', 2'') für mindestens einen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') eine für ein einmaliges Durchlaufen des Kommu­ nikationsweges (5, 6, 6', 6'') benötigte Umlaufzeit (T) erfaßt wird und
• - daß zur Ermittlung der Laufzeiten (T1, T2) auch die Umlauf­ zeit (T) bzw. die Zeitdifferenz (T") mit herangezogen wird.

3. . Synchronisationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Haupteinheit (1) ein Hauptzähler (11, 12) durch das Übermitteln eines der Zeit­ signale und das Wiedereintreffen dieses Zeitsignals bzw. das Eintreffen des anderen Zeitsignals derart gesteuert wird, daß die Differenz der Hauptzählerstände ein Maß für die Umlauf­ zeit (T) bzw. die Zeitdifferenz (T") ist.

4. Synchronisationsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Haupt­ einheit (1) erfaßt wird, für welchen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') die Umlaufzeit (T) erfaßt wird bzw. auf welchem der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') das eine Zeitsignal über­ mittelt wird.

5. Synchronisationsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in den Kommunikationswegen (5, 6, 6', 6'') mindestens zwei Nebeneinheiten (2-4, 2', 3', 2'') angeordnet sind,
• - daß die Zeitsignale über einen der Kommunikationswege (z. B. 5) direkt von der einen Nebeneinheit (z. B. 4) zur anderen Nebeneinheit (z. B. 2') übermittelt werden und
• - daß die Zeitsignale über den anderen der Kommunikationswege (6, 6', 6'') über die Haupteinheit (1) von der anderen Neben­ einheit (z. B. 2') zur einen Nebeneinheit (z. B. 4) übermit­ telt werden.

6. Synchronisationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• - daß über mindestens einen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') zwischen der Haupteinheit (1) und der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') Nutzsignale übertragen werden, wobei den Nutzsignalen Zeitinformationen zugeordnet sind,
• - daß nach der Synchronisation anhand der Zeitinformationen und der Laufzeiten (T1, T2) eine erwartete Empfangszeit er­ mittelt und mit einer tatsächlichen Empfangszeit verglichen wird und
• - daß bei einer Abweichung der tatsächlichen Empfangszeit von der erwarteten Empfangszeit eine Fehlermeldung ausgegeben wird.

7. Synchronisationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ne­ beneinheit (2-4, 2', 3', 2'') aufgrund der Laufzeiten (T1, T2) ei­ ne Anfangsadresse generiert, unter der die Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') von der Haupteinheit (1) adressierbar ist.

8. Synchronisationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom­ munikationswege (5, 6, 6', 6'') ungleichartig ausgebildet sind.

9. Synchronisationsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') ein Nebenzähler (17) durch das Eintreffen der Zeitsignale derart gesteuert wird, daß die Differenz der Nebenzählerstände ein Maß für die Differenz (T') der Laufzeiten (T1, T2) ist.

10. Synchronisationsverfahren nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Neben­ einheit (2-4, 2', 3', 2'') erfaßt wird, auf welchem der Kommuni­ kationswege (5, 6, 6', 6'') das eine Zeitsignal eintrifft.

11. Haupteinheit mit einem internen, mit einem Zeitgeber (8-10) einer Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') zu synchronisierenden Zeitgeber (7),

• - wobei die Haupteinheit (1) über zwei ringförmige Kommunika­ tionswege (5, 6, 6', 6'') mit der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') verbindbar ist,
• - wobei von der Haupteinheit (1) über die Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') Zeitsignale an die Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') übermittelbar sind,
• - wobei in der Haupteinheit (1) eine für ein einmaliges Durchlaufen eines der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') benö­ tigte Umlaufzeit (T) und/oder eine Zeitdifferenz (T") zwi­ schen dem Übermitteln eines Zeitsignals auf einem der Kom­ munikationswege (5, 6) und dem Wiedereintreffen des Zeitsi- gnals auf dem anderen der Kommunikationswege (5, 6) erfaßbar ist.

12. Haupteinheit nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie einen Hauptzähler (11, 12) aufweist, der durch das Übermitteln eines der Zeitsignale und das Wiedereintreffen dieses Zeitsignals bzw. das Eintreffen des anderen Zeitsignals derart steuerbar ist, daß die Diffe­ renz der Hauptzählerstände ein Maß für die Umlaufzeit (T) bzw. die Zeitdifferenz (T") ist.

13. Haupteinheit nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in den Kommunikationswegen (5, 6, 6', 6'') mindestens zwei Nebeneinheiten (2-4, 2', 3', 2'') anordenbar sind,
• - daß die Nebeneinheiten (2-4, 2', 3', 2'') über einen der Kommu­ nikationswege (5, 6, 6', 6'') direkt miteinander verbindbar sind und
• - daß die Nebeneinheiten (2-4, 2', 3', 2'') über den anderen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') über die Haupteinheit (1) miteinander verbindbar sind.

14. Haupteinheit nach Anspruch 11, 12 oder 13, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß über mindestens einen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') zwischen der Haupteinheit (1) und der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') Nutzsignale übertragbar sind, wobei den Nutzsignalen Zeitinformationen zugeordnet sind,
• - daß nach der Synchronisation anhand der Zeitinformationen und der Laufzeiten (T1, T2) eine erwartete Empfangszeit er­ mittelbar und mit einer tatsächlichen Empfangszeit ver­ gleichbar ist und
• - daß bei einer Abweichung der tatsächlichen Empfangszeit von der erwarteten Empfangszeit eine Fehlermeldung ausgebbar ist.

15. Haupteinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') unter einer Anfangsadresse adres­ siert, die aufgrund der Laufzeiten (T1, T2) generiert wird.

16. Haupteinheit nach einem der Ansprüche 11 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kommuni­ kationswege (5, 6, 6', 6'') ungleichartig ausgebildet sind.

17. Nebeneinheit mit einem internen, mit einem Zeitgeber (7) einer Haupteinheit (1) zu synchronisierenden Zeitgeber (8-10),

• - wobei die Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') mit der Haupteinheit (1) über zwei Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') verbindbar ist,
• - wobei von der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') von der Hauptein­ heit (1) über die zwei Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') übermittelte Zeitsignale empfangbar sind,
• - wobei von der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') eine Differenz (T') von Laufzeiten (T1, T2) der Zeitsignale erfaßbar ist.

18. Nebeneinheit nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') als ringförmige Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') ausge­ bildet sind.

19. Nebeneinheit nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,

• - daß über mindestens einen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') zwischen der Haupteinheit (1) und der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') Nutzsignale übertragbar sind, wobei den Nutzsignalen Zeitinformationen zugeordnet sind,
• - daß nach der Synchronisation anhand der Zeitinformationen und der Laufzeiten (T1, T2) eine erwartete Empfangszeit er­ mittelbar und mit einer tatsächlichen Empfangszeit ver­ gleichbar ist und
• - daß bei einer Abweichung der tatsächlichen Empfangszeit von der erwarteten Empfangszeit eine Fehlermeldung ausgebbar ist.

20. Nebeneinheit nach Anspruch 17, 18 oder 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Nebenein­ heit (2-4, 2', 3', 2'') äufgrund der Laufzeiten (T1, T2) eine An­ fangsadresse generiert, unter der die Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') von der Haupteinheit (1) adressierbar ist.

21. Nebeneinheit nach einem der Ansprüche 17 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß sie einen Ne­ benzähler (17) aufweist, der durch das Eintreffen der Zeitsi­ gnale derart steuerbar ist, daß die Differenz der Nebenzäh­ lerstände ein Maß für die Differenz (T') der Laufzeiten (T1, T2) ist.

22. Nebeneinheit nach Anspruch 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie erfaßt, auf welchem der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') das eine Zeitsignal eintrifft.

23. Nebeneinheit nach einem der Ansprüche 17 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kommuni­ kationswege (5, 6, 6', 6'') ungleichartig ausgebildet sind.

24. Kommunikationssystem mit einer Haupteinheit (1) und min­ destens einer Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') mit internen, mit­ einander zu synchronisierenden Zeitgebern (7-10), die über zwei Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') miteinander verbunden sind, wobei die Differenz (T') der Laufzeiten (T1, T2) zumin­ dest in der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') erfaßbar und aus der Differenz (T') die Laufzeiten (T1, T2) ermittelbar sind, wobei die Zeitgeber (7-10) nach der Ermittlung der Laufzeiten (T1, T2) unter Berücksichtigung der Laufzeiten (T1, T2) mitein­ ander synchronisierbar sind.

25. Kommunikationssystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') als gegenläufig ringförmige Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') ausgebildet sind und in der Haupteinheit (1) eine Zeitdifferenz (T") zwischen dem Übermitteln eines der Zeitsi­ gnale und dem Eintreffen des anderen Zeitsignals oder in min­ destens einer der Einheiten (1-4, 2', 3', 2'') für mindestens ei­ nen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') eine für ein einmali­ ges Durchlaufen des Kommunikationsweges (5, 6, 6', 6'') benötigte Umlaufzeit (T) erfaßbar ist.

26. Kommunikationssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß in der Haupteinheit (1) ein Hauptzähler (11, 12) durch das Übermitteln eines der Zeit­ signale und das Wiedereintreffen dieses Zeitsignals bzw. das Eintreffen des anderen Zeitsignals derart gesteuert wird, daß die Differenz der Hauptzählerstände ein Maß für die Umlauf­ zeit (T) bzw. die Zeitdifferenz (T") ist.

27. Kommunikationssystem nach Anspruch 25 oder 26, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Haupt­ einheit (1) erfaßt wird, für welchen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') die Umlaufzeit (T) erfaßt wird bzw. auf welchem der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') das eine Zeitsignal über­ mittelt wird.

28. Kommunikationssystem nach Anspruch 25, 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in den Kommunikationswegen (5, 6, 6', 6'') mindestens zwei Nebeneinheiten (2-4, 2', 3', 2'') angeordnet sind,
• - daß die Zeitsignale über einen der Kommunikationswege (z. B. 5) direkt von der einen Nebeneinheit (z. B. 4) zur anderen Nebeneinheit (z. B. 2') übermittelt werden und
• - daß die Zeitsignale über den anderen der Kommunikationswege (6, 5', 6'') über die Haupteinheit (1) von der anderen Neben­ einheit (z. B. 2') zur einen Nebeneinheit (z. B. 4) übermit­ telt werden.

29. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet,

• - daß über mindestens einen der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') zwischen der Haupteinheit (1) und der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') Nutzsignale übertragen werden, wobei den Nutzsignalen Zeitinformationen zugeordnet sind,
• - daß nach der Synchronisation anhand der Zeitinformationen und der Laufzeiten (T1, T2) eine erwartete Empfangszeit er­ mittelt und mit einer tatsächlichen Empfangszeit vergleich­ bar ist und
• - daß bei einer Abweichung der tatsächlichen Empfangszeit von der erwarteten Empfangszeit eine Fehlermeldung ausgebbar ist.

30. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Ne­ beneinheit (2-4, 2', 3', 2'') aufgrund der Laufzeiten (T1, T2) ei­ ne Anfangsadresse generiert, unter der die Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') von der Haupteinheit (1) adressierbar ist.

31. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Kom­ munikationswege (5, 6, 6', 6'') ungleichartig ausgebildet sind.

32. Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') ein Nebenzähler (17) durch das Eintreffen der Zeitsignale derart gesteuert wird, daß die Differenz der Nebenzählerstände ein Maß für die Differenz (T') der Laufzeiten (T1, T2) ist.

33. Kommunikationssystem nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nebeneinheit (2-4, 2', 3', 2'') erfaßt wird, auf welchem der Kommunikationswege (5, 6, 6', 6'') das eine Zeitsignal eintrifft.