包括第一部件、第二部件和通信链路的驱动系统以及用于运行这种驱动系统的方法与流程

本发明涉及一种包括第一部件、第二部件和通信链路的驱动系统，以及一种用于运行这种驱动系统的方法。

背景技术：

1、众所周知，借助于异步串行数据传输进行有效数据的传输。

2、作为最接近的现有技术，由de 10 2019 112 699 a1已知一种用于校正时间参数的技术。

3、由de 43 36 524 a1已知一种光学接口。

4、由ep 3 849 145 a2已知一种用于分布式控制系统的高速协议。

5、由de 29 45 147 a1已知一种用于在异步消息传输时进行故障监测的方法。

6、由de 40 28 666 a1已知一种用于制备三环化合物的方法。

7、由de 198 48 211 a1已知一种数据传输方法。

8、由us 6 266 710 b1已知一种串行数据传输手段。

技术实现思路

1、本发明基于的目的是，保证有效数据的可靠且快速的异步串行传输，尤其是为了实现具有恒定缩短的最大周期时间的容错数据传输。

2、在本发明中，目的通过以下方式实现，即，为待传输的有效数据补充附加同步标记和附加识别标记作为附加同步机制，并且多次地且在时间上直接相继地发送由有效数据、附加同步标记和附加识别标记组成的组合。

3、根据本发明，目的通过根据权利在要求1中所述的特征的驱动系统以及根据在权利要求13、14或16中所述的特征的用于运行驱动系统的方法实现。

4、根据本发明的包括第一部件、第二部件和通信链路的驱动系统，其中，在使用在第一部件与第二部件之间的异步串行数据传输的情况下，经由通信链路以异步串行数据流的形式传输报文数据dx_y，并且其中，报文数据dx_y包括待传输的有效数据nx_y、以及用于在异步串行数据流内对报文数据dx_y进行同步的起始位和/或停止位，在该驱动系统中的重要特征是，报文数据dx_y被多次地且在时间上直接相继地传输，其中，报文数据dx_y包括附加同步机制，并且其中，有效数据nx_y无误传输所需的时长、即数据传输时间tdtt_x被缩短到最小。

5、驱动系统在此是指这样的结构性单元，即，该结构性单元借助于能量转换将电能转化为运动能。驱动系统通常可划分为彼此交互和/或通信的不同的部件和子部件。驱动系统典型地由电机组成，电机借助于变频器供电，并且大多包括至少一个另外的部件，另外的部件由传感器元件、执行器元件和/或数据存储器元件构成，像例如旋转编码器、插接编码器、温度测量探测器、振动测量探测器、内置式姿态传感器、陀螺仪传感器、gps接收器、重力传感器、霍尔传感器、电子可读铭牌和/或一个或多个电子制动器。在此，驱动系统也可以具有减速器，减速器与电机直接机械连接并且被构造用于，使电机的扭矩或转速最优地适配于工业应用的需求。在此也可设想的是，该结构性单元一并包括变频器，从而驱动系统可实施得非常紧凑。

6、通信链路应理解为这样的技术装置，即，多个部件借助于该技术装置彼此交换报文数据dx_y、进而交换其中包含的有效数据nx_y。在此，大多是在使用已确立的标准数据传输协议的情况下，以物理量的形式（例如作为电信号或光信号或作为电磁波）在部件之间传输报文数据dx_y。

7、报文数据dx_y在此应理解为容器，其包括实际待传输的有效数据nx_y、以及对于数据传输而言必要的附加信息，像例如起始位和/或停止位。

8、有效数据nx_y应理解为这样的信息，即，这些信息必须在应用中必须及时可用，并且因此必须在为此规定的时间窗口内在部件内进行处理，这尤其是在控制、调节和/或监测驱动系统内的过程时起到决定性作用。

9、异步串行数据传输应理解为这样的方法，即，在方法中，在时间上错开地（也就是说异步地且独立于时钟信号）相继传输报文数据dx_y。有利地，此时可经由数量减少的物理线路实现数据传输。为了对串行数据流内所传输的数据进行同步，通常在数据中添加一个或多个起始位和/或停止位作为同步机制，以便能够识别数据流内的区段的起始和结束。

10、附加同步机制在此应理解为另外的机制，该机制允许在不使用通常用于同步的起始位和/或停止位的情况下，在异步串行数据流内对报文数据dx_y进行同步。

11、无误传输应理解为这样的数据传输，即，在该数据传输中，尽管存在干扰和由此造成的传输错误，但报文数据最终仍然能够保持不变地从发送方传输至接收方。在此，传输错误应理解为可能由于电子噪声或热噪声、电磁干扰辐射、电容耦合或宇宙辐射而产生的错误，并且这种错误由于传输有误的字符而导致数据失真。传输有误的字符（是异步数据传输的同步标记的组成部分，即例如传输有误的起始位和/或停止位），大多导致同步错误，该同步错误频繁导致待传输的报文数据dx_y丢失，并因此导致待传输的有效数据nx_y丢失。

12、有利地，通过以冗余且直接彼此紧随的方式传输同一报文数据dx_y，提高了至少一次无误传输报文数据dx_y的概率。此外，附加同步机制提高了即使起始位和/或停止位传输有误，但仍能够在数据流内可靠地识别报文数据dx_y的概率，以因此防止报文数据dx_y完全丢失。通过最大程度地缩短经由实际上有错误的通信链路的传输时长tdtt_x，同时提高了多次地且在时间上直接彼此紧随地传输的报文数据dx_y中的至少一个无误传输的概率。由此，即使在最坏情况条件下，也就是说在出现一定数量的允许的且可容忍的传输错误的前提下，也能在数据传输时间tdtt_x之后保障有效数据nx_y的传输。由此也确保，保障有效数据nx_y及时可用，以便能够在为此规定的时间窗口内在接收部件内对有效数据进行处理，这尤其是在控制、调节和/或监测驱动系统内的过程时起到决定性作用。

13、在另一种有利的设计方案中，根据待多次地且在时间上直接相继地传输的报文数据dx_y的数量n，数据传输时间tdtt_x由n个被发送的相同报文数据dx_1、…、dx_n的发送时间ts的总和、行进时间延迟tpd以及检验时间得出。

14、发送时间ts（其中ts > 0个时间单位）应理解为充当发送方的部件发送报文数据dx_y所需的时长。

15、行进时间延迟tpd（其中tpd > 0个时间单位）应理解为，由通信链路的物理特性得出并且信号在通信链路的传播介质中从发送方运动至接收方所需的时长。

16、检验时间tchk（其中tchk > 0个时间单位）应理解为充当接收方的部件检验在接收到的报文数据dx_y中所包含的有效数据nx_y的有效性所需的时长。

17、在另一种有利的设计方案中，根据待多次地且在时间上直接相继地传输的报文数据dx_y的数量n，数据传输时间tdtt_x由n个被发送的相同报文数据dx_1、…、dx_n的发送时间ts的总和、行进时间延迟tpd、检验时间tchk的总和、以及等待时间twait得出。

18、等待时间twait应理解为，直到相应部件能够对接收到的有效数据nx_y执行有效性检验所经过的时长。

19、在另一种有利的设计方案中，发送时间ts由单个报文数据dx_y的数据长度dl与传输报文数据dx_y所用的数据传输速率dr的商得出。

20、数据长度dl（其中dl > 0个信息单位）应理解为传输有效数据nx_y所需的组成报文数据dx_y的所有信息单位（尤其是字符或比特）的数量。

21、数据传输速率dr（其中dr > 0个信息单位/时间单位）应理解为在一个时间区间内经由通信链路传输组成报文数据dx_y的信息单位所用的传输速度。

22、有利地，可以通过待在时间上直接相继地传输的报文数据dx_y的合适重复次数n来优化数据传输时间tdtt_x。

23、在另一种有利的设计方案中，该数量n根据数据长度dl、数据传输速率dr和最大错误率fr得出。

24、错误率fr（其中fr > 0个干扰事件/时间单位）在此应理解为由于干扰事件导致报文数据dx_y被错误接收的概率。

25、有利地，在预设最大可容忍错误率fr下，可以确定为此所需的、待多次地且在时间上直接相继地传输的报文数据dx_y的数量n，用以实现相对于干扰影响的期望鲁棒性。

26、[6]在另一种有利的设计方案中，数量n由以下数学关系得出：

27、

28、有利地，由此将有效数据nx_y的传输缩短至技术上可行的最短时间，保障最迟在数据传输时间tdtt_x之后完成。

29、在另一种有利的设计方案中，驱动系统具有具有最大通信周期时间tcct的通信周期，其中，通信周期包括如下过程，第一部件将有效数据n1_y传输至第二部件，并且随后第二部件将有效数据n2_y发送至第一部件，其中，通信周期时间tcct由第一部件的处理时间tpt_1、数据传输时间tdtt_1、第二部件的处理时间tpt_2和数据传输时间tdtt_2组成。

30、通信周期时间tcct指的是，在重复的通信过程中从创建发送方的请求直到请求的接收方接收到请求并处理接收方对请求的应答所经过的时长。为了控制、调节和/或监测驱动系统，必要的是，保障在最大时间区间、即通信周期时间tcct内在驱动系统的部件之间交换特定的内部过程数据。

31、处理时间tpt应理解为，部件执行所有步骤以处理为其设立的任务所需的时间。这些任务例如包括，从接收到的和/或测得的信号中提取信息，或者为从用作信息源的部件向充当信息消费者的另一部件的数据传输准备信息。

32、有利地，通过在具有最大通信周期时间tcct的通信周期内最大程度地缩短两个数据传输时间tdtt_1和tdtt_2，可最大程度地增长总体可用的处理时间tpt，其中，tpt（max） = tcct- （tdtt_1（min） + tdtt_2（min））。在此，最大程度地增长的处理时间tpt可在第一部件与第二部件之间自由分配，也就是说，tpt（max） = tpt_1 + tpt_2。由此可实现，特别是可以给予一个部件更多处理时间，以能够在每通信周期中例如执行更复杂的计算。也可设想，在所述一个部件内使用更慢且因此成本更适宜的计算单元，由此至少可以降低这个部件的制造成本。

33、在另一种有利的设计方案中，一旦作为对先前所做请求的回复的有效数据n2_y未在最大通信周期时间tcct之内在等待该有效数据n2_y的部件处出现，则该等待部件向驱动系统报告通信错误f。

34、有利地，监测有效数据的交换是否遵守最大允许时长、即最大通信周期时间tcct。因此确保，过程关键的有效数据或者在所要求的最大通信周期时间tcct内被可靠传输，或者驱动系统在超过最大通信周期时间tcct时相应地执行故障响应，以防止造成损害，尤其是人员受伤或死亡、环境污染和/或设备或生产的损失。

35、在另一种有利的设计方案中，附加同步机制包括至少一个同步标记，其中，第一部件和/或第二部件构造用于，将待多次地且在时间上直接相继地传输的报文数据dx_y合并为传输报文dseq_x，其中，报文数据dx_y包括受保护有效数据ns_x_y和至少一个同步标记，其中，受保护有效数据ns_x_y由实际待传输的有效数据nx_y和借助于有效数据nx_y形成的校验和crcx_y生成。

36、传输报文dseq_x应理解为两个部件通过标准数据传输协议作为“黑信道（blackchannel）”彼此交换的数据内容。黑信道在此是指具有未受保护或不适配应用的特性的通信链路，该通信链路的完整性借助于叠加的数据传输协议持续监测，以识别和掌控传输错误（像例如重复、丢失、顺序错误、失真等）。借助于叠加的数据传输协议（包含附加的同步标记、冗余传输的有效数据nx_y以及冗余传输的校验和crcx_y），显著提高了使用“黑信道”时的数据传输可靠性。

37、同步标记应理解为从所传输的数据流中清晰可辨的特殊的信号序列。借助于同步标记作为一种标记，可将所传输的数据流细分为更小的区段。因此，例如能够实现对数据流内传输数据的特定部分的起始和/或结束进行同步，但原则上不限于此。同步标记的设计和在数据流内的位置必须为这两个部件所知，或者必须在数据传输开始在两个相互通信的部件之间时协商确定。

38、校验和crcx_y应理解为可以用于检验有效数据nx_y的完整性的值。在使用计算规则的情况下，基于有效数据nx_y或有效数据nx_y的单个区段，计算属于有效数据nx_y或属于有效数据nx_y的单个区段的相应校验和crcx_y。借助于该校验和crcx_y可以揭示在传输该有效数据nx_y时的特定错误。

39、有利地，通过附加插入的同步标记，为异步数据传输扩展冗余的同步机制。即使在起始位和/或停止位（其通常在数据传输时用作同步手段）传输有误的情况下，该冗余同步机制也能够实现，对报文数据dx_y因此对接收到的数据流内的实际有效数据nx_y进行同步。通过在传输报文dseq_x内多次传输同一报文数据（dx_1, dx_2, …, dx_y），还提高了即使传输错误仍然至少一次正确接收有效数据（nx_1, nx_2, …, nx_y）的概率。借助于在受保护有效数据ns_x_y中包含的校验和crcx_y，还可检验实际有效数据nx_y的完整性。因此，通过使用合适的错误纠正方法，能够揭示传输错误，并且还加以纠正。此外，与在独立的彼此紧随的通信周期中多次发送报文数据dx_y相比，通过直接彼此紧随地多次发送同一报文数据（dx_1,dx_2, …），可以避免由数据传输引起的暂停时间，由此可以额外缩短数据传输时间tdtt_x。因此，通过所有这些措施，在使用标准数据传输协议的情况下实现提高的容错性，同时最大程度地缩短了传输所需的总通信周期时间tcct。

40、在另一种有利的设计方案中，附加同步机制包括识别标记，其中，第一部件和第二部件被构造用于，将受保护有效数据ns_x_y细分为z个大小相同的受保护有效数据段ns_x_y_z，其中，为每个受保护有效数据段ns_x_y_z补充识别标记，其中，同步标记的字符长度与一个包括识别标记在内的受保护有效数据段ns_x_y_z的字符长度相同，其中，由受保护有效数据段ns_x_y_z和识别标记组成的组合始终区别于同步标记，其中，每个包括识别标记的受保护有效数据段ns_x_y_z以及每个同步标记分别构成待借助于异步串行数据传输进行传输的数据字符。

41、识别标记在此应理解为另外的特殊信号序列，其设计使得被允许的可能受保护有效数据段ns_x_y_z包括识别标记的任何组合决不会得出同步标记的特殊信号序列。识别标记的设计和在数据字符内的位置必须为这两个部件所知，或者必须在数据传输开始时在两个相互通信的部件之间协商确定。

42、数据字符在此应理解为在异步串行数据传输期间在一个数据帧（大多由一个前置的起始位和一个或多个后置的停止位组成）内传输的信息。在此，数据字符典型地由5至9个单独的数据位组成，但原则上不限于此数量。

43、有利地，因此在接收到的数据流内，同步标记可明确地与受保护有效数据段ns_x_y_z区分开，并且与待传输的有效数据nx_y的内容无关。

44、在另一种有利的设计方案中，第一部件和第二部被构造用于，在任意的但始终不变的部位处，将识别标记添加到每个单个受保护有效数据段ns_x_y_z中，尤其是以前置方式添加，其中，第一部件和第二部件还被构造用于，在任意的但始终不变的部位处，将同步标记至少一次插入受保护有效数据ns_x_y的每个中，其中，识别标记由一个或多个逻辑0比特组成，并且同步标记仅由逻辑1比特形成，或者其中，识别标记由一个或多个逻辑1比特组成，并且同步标记s仅由逻辑0比特形成。

45、有利地，在接收到的传输报文dseq_x内，同步标记易于被检测到，因为同步标记是最长且信号状态不可改变的区域，也就是说，是“强制”的数据间隔。因此，使得接收方能够重新与传输报文dseq_x内的报文数据dx_y起点同步。理想地，在此，在使用逻辑0比特作为起始位的异步串行数据传输中，同步标记仅由逻辑1比特形成，其中，可选的停止位则由逻辑1比特组成。相应地，在使用逻辑1比特作为起始位的情况下，同步标记仅由逻辑0比特形成，其中，可选的停止位则由逻辑0比特组成。

46、在此，另一优点在于，在多次直接彼此紧随地发送报文数据dx_y时，也通过同步标记对每个单个报文数据dx_y在传输报文dseq_x内的定位进行记。因此，即使受干扰地和/或错误地接收了传输报文dseq_x，也可以通过至少一个识别无误的同步标记进行定位，理想地，根据同步标记的位置，也可以至少检测在传输报文dseq_x内该同步标记对应的报文数据dx_y的起始点和/或结束点，并因此重建有效数据nx_y本身。

47、在另一种有利的设计方案中，第一部件和第二部件被构造用于，至少一次在受保护有效数据ns_x_y之前和/或至少一次在受保护有效数据ns_x_y之后插入同步标记。

48、有利地，因此提高了接收方正确识别在传输报文dseq_x内的下一报文数据dx_y的起始的概率。

49、根据本发明的用于运行驱动系统的方法，其中，驱动系统包括第一部件、第二部件和通信链路，其中，在使用在第一部件与第二部件之间的异步串行数据传输的情况下，经由通信链路以异步串行数据流的形式传输报文数据dx_y，并且其中，报文数据dx_y包括待传输的有效数据nx_y、以及用于在异步串行数据流内对报文数据dx_y进行同步的起始位和/或停止位，在该方法中，重要的特征是，第一部件和/或第二部件是有效数据nx_y的发送方，其中，在第一步骤中，发送方通过将从有效数据nx_y中计算出的校验和crcx_y添加到有效数据nx_y中来生成受保护有效数据ns_x_y，其中，在第二步骤中，发送方通过将受保护有效数据ns_x_y细分为z个大小相同的区段来生成受保护有效数据段ns_x_y_z，其中，在第三步骤中，发送方通过在每个受保护有效数据段ns_x_y_z中、尤其是在任意但始终不变的部位处添加至少一个识别标记，来生成可识别的、受保护有效数据段nse_x_y_z，其中，在第四步骤中，发送方通过尤其是在任意但始终不变的部位处在由所有可识别的受保护有效数据段nse_x_y_z组成的数据块之前和/或之后和/或在两个彼此紧随的可识别的受保护有效数据段nse_x_y_z之间添加至少一个同步标记，来生成报文数据dx_y，其中，在第五步骤中，发送方通过经由通信链路在时间上直接相继地发送n次、即总体上至少两次报文数据dx_y，来生成传输报文dseq_x。

50、发送方在此应理解为这样的部件，即，该部件经由通信链路向第二部件提出数据请求，并且经由同一通信链路接收第二部件的应答。通过添加始终相同结构的附加项（也就是说同步标记和识别标记e），以简单方式为实际有效数据nx_y扩展附加的同步机制。

51、根据本发明的用于运行驱动系统的方法的另一种有利的设计方案，其中，驱动系统包括第一部件、第二部件和通信链路，其中，在使用在第一部件与第二部件之间的异步串行数据传输的情况下，经由通信链路以异步串行数据流的形式传输报文数据dx_y，并且其中，报文数据dx_y包括待传输的有效数据nx_y以及用于在异步串行数据流内对报文数据dx_y进行同步的起始位和/或停止位，在该设计方案中，第一部件和/或第二部件是传输报文dseq_x的接收方，其中，在第一步骤中，接收方经由通信链路接收包含至少一个传输报文dseq_x的数据流，并且根据同步标记定位这n个单个报文数据dx_y, dx_（y+1）, …, dx_n，并将其彼此分离，其中，在第二步骤中，接收方选择第一报文数据dx_y、即尤其是具体选择dx_1作为当前报文数据da，其中，在第三步骤中，接收方移除当前报文数据da的同步标记，其中，在第四步骤中，接收方移除当前报文数据da的z个当前受保护有效数据段nsa_z的识别标记，其中，在第五步骤中，接收方将所有z个当前受保护有效数据段nsa_1, …, nsa_z合并为当前受保护有效数据nsa，其中，在第六步骤中，接收方从当前受保护有效数据nsa中提取当前有效数据na和当前校验和crca，其中，在第七步骤中，接收方根据当前校验和crca检验当前有效数据na的完整性，并且，或者在检验通过的情况下释放当前有效数据na以供进一步使用并弃用所有随后接收到的且重复的报文数据da+1, …, dx_n；或者在检验未通过的情况下，接收方弃用当前有效数据na，并且如果当前报文数据da不是最后接收到的报文数据dx_n，则以第三步骤继续，其中，接收方使用下一报文数据da+1作为当前报文数据da，如果当前报文数据da是最后接收到的报文数据dx_n，则驱动系统报告通信错误。

52、接收方在此应理解为这样的部件，即，该部件经由通信链路从第一部件接收数据请求，处理数据请求，并且经由同一通信链路将应答发送回第一部件。

53、通信错误应理解为所有这样的错误，即，在两个部件之间进行数据传输期间，该错误（大多由电磁干扰辐射引起）导致有效数据nx_y的内容改变，从而根据从属的校验和crcx_y对有效数据nx_y的检验得出错误。

54、有利地，因此实现了使用标准数据传输协议，进而也实现使用标准数据通信接口，因为同步标记一定程度上作为准附加“有效数据”集成到传输报文dseq_x中，因此每种标准数据传输协议都可以用作“黑信道”。因此，对通信接口的硬件没有特殊要求。在无误传输的情况下，在此仅评估第一报文数据dx_1，并弃用所有冗余发送的后续报文数据dx_2, …, dx_y。通过在每个传输报文dseq_x内附加地并由此冗余地传输报文数据dx_y，偶尔出现的传输错误能得到掌控。因此，实现了以恒定的且缩短至技术上可行的最小值的数据传输时间tdtt_x实现数据传输。

55、在根据本发明的方法的另一种有利的设计方案中，在一个通信周期期间，在时间上直接相继地发送多个传输报文dseq_x（也就是说，dseq_1, dseq_2, …, dseq_x）。

56、有利地，由此在单个的通信周期期间传输一组不同的有效数据n1_y, n2_y, …,nx_y，其中，在这组内的有效数据在驱动系统中的优先级或重要性方面有所区别。在此，合理的是，最先发送具有最高优先级的有效数据。同样，需要非常耗时地进行处理的有效数据也应分配高优先级。

57、在用于运行包括第一部件（2）、第二部件（3）和通信链路（4）的驱动系统（1）的方法中，重要的是，通信链路（4）被构造用于，借助于异步串行数据传输，尤其是以恒定的且缩短至技术上可行的最小值的数据传输时间tdtt_x，在第一部件（2）与第二部件（3）之间传输报文数据dx_y，

58、其中，报文数据dx_y在异步串行数据流内包括待传输的有效数据nx_y，

59、其中，每个报文数据dx_y在时间上相继地被传输两次或多次，

60、其中，每个报文数据dx_y具有至少一个同步标记s，在同步标记s之后跟随着一个或多个分别包含前置识别标记e的受保护有效数据段ns_x_y_z，

61、尤其是其中，受保护有效数据段ns_x_y_z中的每一个由实际待传输的有效数据nx_y和借助于有效数据nx_y形成的校验和crcx_y构成，

62、其中，每个受保护有效数据段ns_x_y_z连同其相应前置的识别标记e的时间长度均始终等于和/或相当于相应报文数据dx_y的同步标记s的时间长度。

63、在此优点是，保证了有效数据的可靠且快速的异步串行传输，其中，可实现具有恒定的缩短的最大周期时间的容错的数据传输。

64、另外的优点由从属权利要求给出。本发明不局限于权利要求的特征组合。对于本领域技术人员，特别是从目的提出和/或通过与现有技术相比较而提出的目的，可得到权利要求和/或单项权利要求特征和/或说明书特征和/或附图特征的其他合理的组合可能性。