專利名稱：用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)以及操作該控制系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于建筑機(jī)械(construction machine)的控制系統(tǒng)，所述控制系 統(tǒng)具有至少一個(gè)傳感器以及至少一個(gè)控制器，其中所述傳感器和所述控制器之間有串行連接。
背景技術(shù)：
為了滿足操作復(fù)雜機(jī)械時(shí)苛刻的安全需求，一個(gè)可能是以冗余的或分散式的方式 設(shè)計(jì)機(jī)械的重要部件。在此連接中，數(shù)據(jù)從傳感器傳輸?shù)教幚砜刂破鲬?yīng)考慮到機(jī)械的控制系統(tǒng)的安全操 作，因?yàn)樵谀承l件中，傳感器要獲取與機(jī)械的安全操作有關(guān)的測(cè)量參量。在此方面，冗余 性可能變成必要的，以保證所需的安全條件。由于測(cè)量結(jié)果以冗余形式呈現(xiàn)，可以檢測(cè)到整 個(gè)測(cè)量鏈的個(gè)體部件的可能的錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高這樣的用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)的安全性。根據(jù)本發(fā)明，此目的首先通過具有權(quán)利要求1所述的特征的用于建筑機(jī)械的控制 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。因此，控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器和至少一個(gè)控制器，其中該至少一個(gè)傳感器 通過串行連接與控制器連接。因此，所述系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，其檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)測(cè) 量參量并通過串行連接將它們傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)控制器?？刂破饔米鞑僮髟摻ㄖC(jī)械的控制 和/或調(diào)整單元，其基于該至少一個(gè)傳感器檢測(cè)到的和評(píng)估的測(cè)量值來操作?？梢蕴峁┮?個(gè)或多個(gè)控制器來執(zhí)行相同或不同的任務(wù)。根據(jù)本發(fā)明，該控制系統(tǒng)的該至少一個(gè)傳感器 和/或控制器的每一個(gè)為雙信道或多信道類型。單信道系統(tǒng)通常在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)會(huì)失效，而 雙信道或多信道系統(tǒng)可以進(jìn)行內(nèi)部檢查并檢測(cè)可能的處理錯(cuò)誤。一方面，該至少一個(gè)傳感 器為雙信道或多信道類型，從而檢測(cè)的測(cè)量值以安全的和冗余的形式呈現(xiàn)。另一方面，控制 器為雙信道或多信道類型，從而可以安全的和冗余的處理測(cè)量值。有利地，這樣的傳感器在傳感器外殼內(nèi)包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器(transducer)以及 至少兩個(gè)處理單元。轉(zhuǎn)換器限定為傳感器的第一部分，其直接響應(yīng)待檢測(cè)的測(cè)量參量。優(yōu) 選地，每個(gè)轉(zhuǎn)換器通過信號(hào)線準(zhǔn)確地與一個(gè)處理單元連接，從而表示測(cè)量值的信號(hào)參量能 傳輸?shù)教幚韱卧榱颂岣邆鞲衅鞯目煽啃院桶踩?，轉(zhuǎn)換器和處理單元均為冗余式和/ 或分散式(diversitary)類型。至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器獨(dú)立地獲取至少兩個(gè)測(cè)量值并將該測(cè)量值 傳輸?shù)剿鼈兯B接的處理單元。本發(fā)明將該至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器在傳感器外殼中布置為只具有 一個(gè)樣本供給器(specimen supply)，這確保了待檢測(cè)的測(cè)量參量的實(shí)際值沒有時(shí)間偏差 的呈現(xiàn)于兩個(gè)轉(zhuǎn)換器。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)換器和/或處理單元為分散式類型。優(yōu)選地，該兩個(gè)轉(zhuǎn)換器在傳感器外殼中的空間最小化的布置顯著地減少了檢測(cè)的 測(cè)量值的時(shí)間偏移或幾乎排除了時(shí)間偏移。更優(yōu)選地，所有的轉(zhuǎn)換器布置為距該樣本供給器的入口有相同的距離。因此，在所有的轉(zhuǎn)換器同時(shí)獲得測(cè)量參量的變化。而且，本發(fā)明的 傳感器可以簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)的傳感器系統(tǒng)，因?yàn)樵趥鞲衅魍鈿ぶ幸呀?jīng)集成了冗余性。 不需要多個(gè)分離的獨(dú)立的傳感器的復(fù)雜布置。更優(yōu)選地，該至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器直接并排布置在傳感器的樣本供給器內(nèi)或傳感器的 樣本供給器的端區(qū)域中。還可以想到將轉(zhuǎn)換器在樣本供給器中安裝到相對(duì)的點(diǎn)上。兩個(gè)轉(zhuǎn) 換器之間的空間距離越小，測(cè)量參量的實(shí)際值的延時(shí)檢測(cè)越小。通過本發(fā)明的布置，獲取的 實(shí)際值之間的時(shí)間偏移可以忽略。在傳感器的無錯(cuò)功能下，在轉(zhuǎn)換器的輸出端獲得幾乎同 時(shí)呈現(xiàn)的實(shí)際值。如果測(cè)量結(jié)果取決于外部干擾參量，優(yōu)選地，在傳感器外殼中布置一個(gè)或多個(gè)次 級(jí)傳感器?？梢韵氲胶线m的溫度傳感器或用于檢測(cè)空氣壓力的傳感器。特別地，次級(jí)傳感 器提供的測(cè)量值被提供到處理單元。有利地，從而通過次級(jí)傳感器提供的測(cè)量數(shù)據(jù)來補(bǔ)償 對(duì)傳感器的外部影響。 有利地，該至少兩個(gè)處理單元彼此耦合。優(yōu)選地，該至少兩個(gè)處理單元基于公共時(shí) 鐘源來操作，或者采用可以彼此同步的分離的時(shí)鐘源。處理單元的公共時(shí)基(time base)的 使用或同步的信號(hào)處理減少了或優(yōu)化了在處理單元的輸出端呈現(xiàn)的測(cè)量值的時(shí)間偏移。優(yōu) 選地，個(gè)體處理單元的測(cè)量值或其他數(shù)據(jù)的相互交換通過處理單元之間的信號(hào)連接實(shí)現(xiàn)。 因此，每個(gè)處理單元將其檢測(cè)到的測(cè)量值提供到一個(gè)或所有其他處理單元。可以想到，在至 少一個(gè)處理單元內(nèi)部提供一個(gè)裝置，通過該裝置可以將至少一個(gè)第一測(cè)量值與至少一個(gè)其 他測(cè)量值相比較。而且，可以想到，該至少一個(gè)處理單元將其自己的測(cè)量值與所有其他連接 的處理單元的測(cè)量值相比較。更優(yōu)選地，配置該裝置，從而可以在至少兩個(gè)測(cè)量值之間執(zhí)行真實(shí)性檢查 (plausibility check)，特別是交叉對(duì)比。如果偏差位于所限定的公差極限內(nèi)，將測(cè)量歸為 真實(shí)的，該至少兩個(gè)處理單元達(dá)成協(xié)議將該統(tǒng)一測(cè)量值應(yīng)用于所有或至少部分處理單元。 然后，該統(tǒng)一測(cè)量值作為二進(jìn)制值被提交(file)到該所有或部分處理器單元的輸出區(qū)域 中。例如，兩個(gè)處理單元彼此比較它們的測(cè)量值。在只有小的容許偏差的情況中，第一處理 單元將其測(cè)量值提交到輸出區(qū)域，而第二或所有其他的測(cè)量單元丟棄它們自己的測(cè)量值， 而將第一處理單元的該統(tǒng)一測(cè)量值提交到它們的輸出區(qū)域。因此，提交的值的位組合形式 (bit pattern)在所有的輸出區(qū)域中是相同的。如果兩個(gè)比較的測(cè)量值的偏差位于所限定 的容忍范圍之外，則可標(biāo)記該至少一個(gè)處理單元的測(cè)量結(jié)果是錯(cuò)誤的。識(shí)別出的測(cè)量值可 以提交到至少兩個(gè)處理單元的輸出區(qū)域中，并通過串行連接傳輸?shù)娇刂破?。由于該?biāo)記，控 制器可以推斷傳感器的故障。特別優(yōu)選地，通過可編程微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)來實(shí)現(xiàn)該至少一個(gè)處 理單元的該裝置。通過微處理器的中央時(shí)鐘饋送來提供處理單元或微處理器的耦合。所使 用的微處理器的同步最小化了測(cè)量值之間的時(shí)間偏移，因?yàn)槲⑻幚砥鲀?nèi)的所有處理操作可 以同時(shí)執(zhí)行或相對(duì)與彼此同步執(zhí)行。因此，在微處理器內(nèi)可以評(píng)估并幾乎同時(shí)輸出測(cè)量參 量的個(gè)體實(shí)際值。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的方面，至少一個(gè)控制器包括相對(duì)于彼此冗余地和/或分散 的布置的至少兩個(gè)控制單元。控制單元實(shí)現(xiàn)了控制器的雙信道或多信道結(jié)構(gòu)，并且通過任 意的內(nèi)部總線系統(tǒng)彼此連接。因此，可以在個(gè)體控制單元之間實(shí)現(xiàn)通信或數(shù)據(jù)交換。無論彼此獨(dú)立或不獨(dú)立，控制單元處理接收到的數(shù)據(jù)。因此，評(píng)估的數(shù)據(jù)在控制器中以冗余形式 呈現(xiàn)，并且基于以冗余形式呈現(xiàn)的信息，可以通過控制器進(jìn)行特定測(cè)量?？梢栽O(shè)定在至少一個(gè)傳感器和至少一個(gè)控制器之間的串行連接為總線系統(tǒng)，特別 是CAN總線系統(tǒng)、利勃海爾(Liebherr)系統(tǒng)總線或基于以太網(wǎng)的總線系統(tǒng)?？偩€裝置可以 分成總線主控(bus master)、總線觀測(cè)器和傳感器。有利地，控制器用作總線主控?？梢韵?到，提供至少一個(gè)或多個(gè)總線主控，其可以關(guān)聯(lián)到一個(gè)或多個(gè)控制器。優(yōu)選地，在至少一個(gè) 傳感器的處理單元中集成有發(fā)送和/或接收單元，其將檢測(cè)到的測(cè)量值或處理后的測(cè)量信 號(hào)提供到總線?？梢栽O(shè)定，與傳輸過程并行，處理單元檢查傳輸?shù)男盘?hào)來用于校正。因此，處 理單元同時(shí)截取其傳輸?shù)男盘?hào)。傳感器的所有的處理單元都可以連接到總線系統(tǒng)。在此情 況中，一個(gè)處理單元通過總線發(fā)送其信號(hào)，所有其他的處理單元截取該一個(gè)處理單元提供 到總線上的該傳輸信號(hào)，并檢查該傳輸信號(hào)來用于校正或?qū)⒖偩€信號(hào)與其期望值相比較。 在錯(cuò)誤檢測(cè)的情況中，特別優(yōu)選地，至少一個(gè)處理單元將相應(yīng)的總線信號(hào)拉低一段時(shí)間，特 別的為512μ S。這對(duì)應(yīng)于所使用的總線系統(tǒng)的傳輸協(xié)議的超時(shí)設(shè)定，從而呈現(xiàn)于總線上的 所有的信號(hào)被宣告無效或在接收單元內(nèi)被丟棄。可以想到，在至少一個(gè)傳感器中設(shè)置一裝置來加密或打包待傳輸?shù)臏y(cè)量值?？梢?想到的是對(duì)數(shù)字化的測(cè)量值使用合適的數(shù)據(jù)處理算法，例如CRC和/或CRT算法。測(cè)量值 在傳感器中已加密并通過總線系統(tǒng)傳輸?shù)娇刂破?。而且，?yōu)選地，在至少一個(gè)控制器中提供 用于對(duì)測(cè)量值解密或解包的裝置。因此，可以在接收器一側(cè)檢測(cè)以及有利地校正發(fā)生的測(cè) 量值的處理錯(cuò)誤或通過加密進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過一種操作上述的用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)的方法來實(shí) 現(xiàn)，該方法具有在權(quán)利要求9中所述的方法步驟。對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的方法步驟，初始地，測(cè)量參量被至少一個(gè)傳感器冗余地和/或分 散地檢測(cè)和處理，被內(nèi)部檢查來用于校正，并隨后提交到測(cè)量協(xié)議的數(shù)據(jù)包中，通過傳感器 的用于執(zhí)行安全和/或保護(hù)功能的裝置來對(duì)所述數(shù)據(jù)包提供安全信息。而且，通過串行連 接將該數(shù)據(jù)包傳輸?shù)娇刂破鳌Ｔ诮邮掌饕粋?cè)或在控制器內(nèi)部，通過冗余的和/或分散設(shè)計(jì) 的控制器通過安全和/或保護(hù)功能，檢查該數(shù)據(jù)包或測(cè)量值來用于校正，特別是用于無錯(cuò) 傳輸。根據(jù)本發(fā)明的特定方面，存儲(chǔ)針對(duì)至少一個(gè)傳感器的每個(gè)信道的個(gè)體傳感器描 述。該傳感器描述表示所用的每個(gè)傳感器的確定的個(gè)體標(biāo)識(shí)。制造者將該數(shù)據(jù)完整地提交 到傳感器的所有信道中，特別是在處理單元中。基于傳感器描述，可以通過特定算法來針對(duì) 每個(gè)傳感器計(jì)算個(gè)體密鑰。因此，控制系統(tǒng)的每個(gè)傳感器處理明確識(shí)別的以及分配的密鑰， 優(yōu)選地，當(dāng)將測(cè)量值從傳感器傳輸?shù)娇刂破鲿r(shí)額外傳輸該密鑰?？刂破骺梢灾芷谛缘卣?qǐng)求 傳感器描述，以監(jiān)控傳感器的功能。有利地，至少一個(gè)控制器用作總線主控并且初始化針對(duì)每個(gè)傳感器的狀態(tài)查詢。 狀態(tài)查詢例如可以周期性地執(zhí)行。作為響應(yīng)，每個(gè)傳感器通過總線系統(tǒng)將其獨(dú)立協(xié)議的數(shù) 據(jù)包中的傳感器狀態(tài)描述傳輸?shù)讲樵兛刂破?。通過相應(yīng)的診斷方法，在傳感器的每個(gè)信道 內(nèi)部或每個(gè)處理單元中內(nèi)部確定傳感器狀態(tài)描述。狀態(tài)查詢的重復(fù)率可以可變的方法來限 定，并且優(yōu)選地適應(yīng)現(xiàn)有的安全需求。更有利的，用作總線主控的控制器通過測(cè)量協(xié)議請(qǐng)求至少一個(gè)傳感器的測(cè)量值。優(yōu)選地，測(cè)量值在數(shù)據(jù)包內(nèi)基于控制器或總線主控的請(qǐng)求專有地從傳感器傳輸?shù)娇刂破鳌?通過遵守所需的安全規(guī)則，單個(gè)測(cè)量值或數(shù)據(jù)包的傳輸可以重復(fù)地實(shí)現(xiàn)。為了傳輸，使用為 此目的提供的測(cè)量協(xié)議。該測(cè)量協(xié)議優(yōu)選地從測(cè)量值、時(shí)間戳和編碼的安全信息產(chǎn)生數(shù)據(jù) 包，其中編碼的安全信息通過安全性和/或保護(hù)功能方便地通過測(cè)量值、時(shí)間戳和傳感器 的個(gè)體密鑰來計(jì)算。通過安全性和/或保護(hù)功能，在接收器一側(cè)的可能的數(shù)據(jù)處理或傳輸 錯(cuò)誤可以被檢測(cè)到，并特別優(yōu)選地可以基于對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的內(nèi)容的評(píng)估來校正。為此目 的，狀態(tài)查詢或測(cè)量值查詢的響應(yīng)數(shù)據(jù)的內(nèi)容是需要的并一起被處理，因?yàn)樵撔畔⑿枰?于檢查。根據(jù)本發(fā)明的特定方面，個(gè)體密鑰用于驗(yàn)證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，特別用于驗(yàn)證測(cè)量值和 傳感器狀態(tài)描述。傳感器的控制單元可以通過總線系統(tǒng)接收至少一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并且將數(shù)據(jù)或 數(shù)據(jù)包的副本轉(zhuǎn)發(fā)(forward)到控制器的所有其他的控制單元。接收的數(shù)據(jù)包的內(nèi)容由個(gè) 體控制單元冗余地處理和檢查。優(yōu)選地，通過每個(gè)個(gè)體控制單元來肯定地確認(rèn)檢查成功。優(yōu) 選地，通過基于安全性和/或保護(hù)功能來驗(yàn)證數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)接收的測(cè)量值或數(shù)據(jù)包的檢查。原則上，所使用的傳感器包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器用于待檢測(cè)的任意測(cè) 量參量。優(yōu)選地，至少一個(gè)傳感器適用于測(cè)量一個(gè)或多個(gè)不同的測(cè)量參量，例如，壓力、角 度、旋轉(zhuǎn)、傾斜、長度、距離、聲音、亮度、濕度、方向或填充水平。傳感器的兼容性僅取決于一 個(gè)或多個(gè)安裝的轉(zhuǎn)換器。而且，樣本供給器可方便地適應(yīng)待檢測(cè)的測(cè)量參量或介質(zhì)。優(yōu)選 地，測(cè)量值處理的類型在所有傳感器中相同。所有的傳感器優(yōu)選地包括相對(duì)于彼此冗余地 和/或分散地布置的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器和/或處理單元。傳感器的可能的實(shí)施例包括電纜長 度編碼器、激光傳感器、旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換器、傾角計(jì)(inclinometer)以及通過旋轉(zhuǎn)編碼器的 長度測(cè)量裝置。


下面參考附圖中所示的實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的其他特征、細(xì)節(jié)和優(yōu)點(diǎn)，其 中圖1顯示了使用壓力傳感器的示例的傳感器的示意圖，圖2顯示了本發(fā)明的控制系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖，以及圖3a和圖3b顯示了控制系統(tǒng)的傳輸協(xié)議。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了在本發(fā)明的控制系統(tǒng)中使用的傳感器200的示意性結(jié)構(gòu)。在圖1所示 的實(shí)施例中，冗余設(shè)計(jì)的雙信道傳感器200作為壓力傳感器操作來檢測(cè)管道1中的介質(zhì)的 液壓。傳感器200的傳感器外殼201上的螺紋被旋入了相匹配的壓力管道1的螺紋連接。 當(dāng)管道1充滿液體油或相似的壓力介質(zhì)時(shí)，樣本供給器210的空間中也被充滿，到達(dá)布置在 那里的轉(zhuǎn)換器220、230。轉(zhuǎn)換器220、230將檢測(cè)到的樣本供給器210中的壓力測(cè)量參量(實(shí) 際值)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，該電信號(hào)通過兩個(gè)信號(hào)線240、250提供至兩個(gè)處理單元260、 270的輸入端261、271。有技巧的選擇兩個(gè)轉(zhuǎn)換器220、230的位置，包括將轉(zhuǎn)換器220、230 的布置選擇為距樣本供給器210的進(jìn)口相當(dāng)短的距離且等距。在轉(zhuǎn)換器220、230在同一時(shí)間獲得相同的測(cè)量值。因此，由轉(zhuǎn)換器220和處理單元260形成第一信道，而第二信道包括 轉(zhuǎn)換器230和處理單元270。為了檢測(cè)與環(huán)境相關(guān)的干擾參量，每個(gè)轉(zhuǎn)換器220、230包括一個(gè)次級(jí)傳感器221、 231。還可以利用多個(gè)次級(jí)傳感器來檢測(cè)一個(gè)或不同的干擾參量，例如溫度或氣壓影響。由 于次級(jí)傳感器221、231非常接近，一個(gè)次級(jí)傳感器221、231在技術(shù)上是足夠的，但這損害了 冗余性。為了補(bǔ)償干擾參量，所確定的干擾影響通過信號(hào)線222、232傳輸?shù)较嚓P(guān)的處理單 元260、270的輸入端261、271。兩個(gè)次級(jí)傳感器221、231均被配置為溫度傳感器，以補(bǔ)償傳 感器200的取決于溫度的測(cè)量波動(dòng)。次級(jí)傳感器同樣可以配置為壓力傳感器，來檢測(cè)傳感 器200上或者傳感器外殼201內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)的空氣壓力，并將其轉(zhuǎn)發(fā)來進(jìn)行補(bǔ)償。在傳感器200的操作期間，轉(zhuǎn)換器220、230和次級(jí)傳感器221、231通過信號(hào)線 240、250、222、232持續(xù)提供測(cè)量信號(hào)到兩個(gè)處理單元260、270的相應(yīng)輸入端261、271。該兩個(gè)處理單元260、270提供了集成電路布置，其主要部件為可編程微處理器或 DSP。處理器的主要任務(wù)包括處理呈現(xiàn)于輸入端261、271上的轉(zhuǎn)換器220、230和次級(jí)傳感器 221,231的電測(cè)量信號(hào)。一方面，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前值的模數(shù)轉(zhuǎn)換，另一方面，每個(gè)處理單元260、270 通過連接266將其自己轉(zhuǎn)換的測(cè)量值提供給另一個(gè)處理單元。為了監(jiān)控傳感器的合適功 能，通過交叉對(duì)比的方法在處理單元260、270內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有的測(cè)量值的真實(shí)性檢查。由于 各測(cè)量值以與時(shí)間相關(guān)以及持續(xù)的方式呈現(xiàn)于兩個(gè)處理單元260、270的輸入端261、271， 因此兩個(gè)處理單元260、270方便地以公共時(shí)基265操作。兩個(gè)微處理器均被一公共時(shí)鐘源 饋送，或者采用彼此同步的分離的時(shí)鐘源。決定性的是利用公共時(shí)基265。如果測(cè)量值的偏差沒有超過所限定的公差極限，則將該測(cè)量歸為真實(shí)的。一般地， 處理單元260的測(cè)量值，以及由兩個(gè)處理單元260、270獲得的測(cè)量值，然后被提交到輸出區(qū) 域262、272來用于傳輸。在傳感器的無錯(cuò)誤行為的操作期間，在數(shù)字化和比較測(cè)量值之后， 在輸出區(qū)域262、272中確保了相同的位組合形式。為了將傳感器值轉(zhuǎn)發(fā)到建筑機(jī)械的控制 器600，傳輸統(tǒng)一測(cè)量值就足夠了。如果偏差位于特定的容許范圍之外，則一般認(rèn)為測(cè)量出錯(cuò)，相應(yīng)地與兩個(gè)處理單 元260、270的輸出區(qū)域262、272中所提交的標(biāo)識(shí)一起識(shí)別測(cè)量值。對(duì)于到總線系統(tǒng)290的連接，傳感器200包括連接點(diǎn)280，其在外殼201內(nèi)部被分 成兩個(gè)分支總線280a、280b。通過分支總線280a、280b，兩個(gè)處理單元260、270連接到總線 系統(tǒng)的總線290。圖2顯示了本發(fā)明的控制系統(tǒng)500的示意性結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)500實(shí)質(zhì)上包括傳感器 200、總線系統(tǒng)290以及控制器600，其中系統(tǒng)500可以很容易地包括不定數(shù)量的傳感器200 和控制器600。每個(gè)傳感器200包括其明確的個(gè)體標(biāo)識(shí)，該標(biāo)識(shí)被提交到傳感器200的第一信道 或處理單元260中，還被提交到第二信道或處理單元270中。該標(biāo)識(shí)隨后被理解為個(gè)體傳 感器描述，傳感器200的個(gè)體密鑰通過特定算法從該傳感器描述中計(jì)算得出。此外，通過傳感器狀態(tài)描述來限定每個(gè)傳感器200的狀態(tài)。通過相應(yīng)的診斷方法， 在每個(gè)信道或每個(gè)處理單元260、270中內(nèi)在地確定該傳感器狀態(tài)描述。傳感器200通過總線系統(tǒng)290與建筑機(jī)械的控制器600連接?？偩€系統(tǒng)290例如 配置為利勃海爾系統(tǒng)總線，這可從DE 196 47 131 C2中獲知。通過控制單元610和620將
8控制器600配置為雙信道形式。為了最小化總線裝置的數(shù)量，只有控制器600的控制單元 610被配置為總線主控，并且通過其接收單元611接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。還可以想到采用控制系 統(tǒng)500具有多個(gè)總線主控的配置，該多個(gè)總線主控用于控制系統(tǒng)500的不同的任務(wù)區(qū)?？刂茊卧?10的總線主控周期性地掃描前述個(gè)體傳感器描述。這確保檢查傳感 器200是活動(dòng)的且可操作的。相同的操作也應(yīng)用于傳感器狀態(tài)描述，通過采用獨(dú)立協(xié)議 (standalone protocol)的總線主控來周期性地掃描傳感器狀態(tài)描述，其中掃描周期的重 復(fù)率可變地適應(yīng)各自的安全需求。專有地基于總線主控的請(qǐng)求，傳感器200的測(cè)量值被重復(fù)地傳輸?shù)娇刂破?00或 控制單元610的接收單元611。如果控制器600需要來自傳感器200的數(shù)據(jù)，則總線主控通 過初始化不同的協(xié)議來對(duì)總線290進(jìn)行掃描。為了傳輸測(cè)量值，使用為此目的限定的測(cè)量協(xié)議，這可從圖3b中獲知。圖3b包括 測(cè)量值、時(shí)間戳和編碼的安全信息，所述安全信息是根據(jù)測(cè)量值、時(shí)間戳和傳感器的個(gè)體密 鑰的函數(shù)計(jì)算的。處理單元260通過傳輸輸出區(qū)域262中提交的測(cè)量值或個(gè)體傳感器描述或傳感器 狀態(tài)描述，來對(duì)接收的總線主控的請(qǐng)求作出反應(yīng)。為了傳輸測(cè)量值，計(jì)算安全信息，并且將 測(cè)量協(xié)議的整個(gè)數(shù)據(jù)包打包到總線系統(tǒng)290的整個(gè)協(xié)議(圖3a)中并且放到總線290上。 在傳輸過程中，處理單元260同時(shí)檢查放到總線290上的傳輸信號(hào)的正確性。處理單元270 也進(jìn)行類似的處理，其中處理單元270專有地檢查通過處理單元260放到系統(tǒng)總線上的信 號(hào)的正確性，其將該信號(hào)與其期望值(即在輸出端272中提交的測(cè)量值)相比較，或者與其 個(gè)體傳感器描述或傳感器狀態(tài)描述相比較。如果待檢查的處理單元260、270中的一個(gè)識(shí)別 出傳輸錯(cuò)誤，處理單元260、270使協(xié)議失效，例如在利勃海爾系統(tǒng)總線的情況中，是通過將 總線信號(hào)拉低一段時(shí)間，特別是512μ S。該時(shí)間間隔表征了利勃海爾系統(tǒng)總線協(xié)議的相應(yīng) 的超時(shí)設(shè)定，因此該總線傳輸?shù)乃械膫鬏斝盘?hào)被各個(gè)接收單元丟棄。通常，所有的總線裝置，即觀測(cè)器、總線主控和所有的傳感器都能監(jiān)聽傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 的內(nèi)容。對(duì)于每個(gè)傳感器200，在本地?cái)?shù)據(jù)字段中，總線主控以及觀測(cè)器中提供限定的并且 總是相同的字段，即字段BW和XW。傳輸?shù)挠杏玫臄?shù)據(jù)，即測(cè)量協(xié)議，存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)字段 BW中，所述傳輸?shù)挠杏玫臄?shù)據(jù)分為測(cè)量值、時(shí)間戳和安全信息。因此，每個(gè)總線裝置讀取放 在總線290上的數(shù)據(jù)并且相應(yīng)地填充其本地?cái)?shù)據(jù)字段。傳感器200對(duì)狀態(tài)查詢的響應(yīng)被填 充到數(shù)據(jù)字段XW中，并進(jìn)一步被相關(guān)聯(lián)的傳感器的個(gè)體密鑰完善。因此，該密鑰是通過特 定算法在每個(gè)接收器中本地獨(dú)立的計(jì)算得到的。在圖2的實(shí)施例中，控制單元610通過接收單元611接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。另外前述 的傳輸協(xié)議也打包到總線系統(tǒng)290的整個(gè)協(xié)議(圖3a)中，其通過校驗(yàn)和(check sum)來 確保安全。控制單元610用該傳輸?shù)臄?shù)據(jù)填充其本地?cái)?shù)據(jù)字段BW和XW，并通過裝置615來 執(zhí)行安全和保護(hù)功能來驗(yàn)證傳感器數(shù)據(jù)。一方面，如此可以確定數(shù)據(jù)的正確性，另一方面， 優(yōu)選地可以進(jìn)行傳輸錯(cuò)誤的校正。為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)，兩個(gè)數(shù)據(jù)字段的內(nèi)容均需要在裝置615 中彼此進(jìn)行處理。隨后，控制單元610將其數(shù)據(jù)字段BW和XW的內(nèi)容的副本轉(zhuǎn)發(fā)到冗余地或發(fā)散布 置的控制單元620。該轉(zhuǎn)發(fā)通過任意的內(nèi)部總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，例如SPI、CAN、LAN、LSB，控制單 元620的本地?cái)?shù)據(jù)字段被數(shù)據(jù)副本占用。與控制單元610類似，執(zhí)行安全和保護(hù)功能是利用裝置625實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)控制單元都確認(rèn)接收的數(shù)據(jù)的正確性來作為成功驗(yàn)證的結(jié)果。優(yōu)選地，保護(hù)和安全功能基于執(zhí)行已知的安全算法或恢復(fù)算法(restoration algorithm)，例如 CRC 或 CRT 算法。由于控制器的冗余式和/或分散式設(shè)計(jì)，檢查后的測(cè)量值通過不同的管道結(jié)構(gòu)分 發(fā)到控制系統(tǒng)的處理邏輯中。如果加密的測(cè)量數(shù)據(jù)被管道結(jié)構(gòu)破壞，處理控制器600將檢 測(cè)這些錯(cuò)誤?？赡艿?，如果合適的選擇了安全算法和恢復(fù)算法，控制器600甚至可以校正這 些錯(cuò)誤。在圖2的示例中，還顯示了控制器600的其他控制單元630的可能的連接。圖示 的控制系統(tǒng)500不限于個(gè)體控制器600?？梢韵氲蕉鄠€(gè)控制器、多個(gè)傳感器以及觀測(cè)器的應(yīng) 用，其中所有的傳感器和所有的控制器根據(jù)前述的結(jié)構(gòu)可能性進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳感器200的實(shí)施例用作測(cè)量管道1內(nèi)的壓力。然而，傳感器200的這樣的結(jié)構(gòu) 不限于測(cè)量壓力參數(shù)。傳感器200的其他實(shí)施例可以測(cè)量角度、旋轉(zhuǎn)、傾斜、長度、距離、聲 音、亮度、濕度、方向或填充水平。為此，僅需要使用的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器220、230適應(yīng)相應(yīng)的介質(zhì) 以及修改樣本供給器210。可能的實(shí)施例包括電纜長度編碼器、激光傳感器、旋轉(zhuǎn)角度轉(zhuǎn)換 器、傾角計(jì)以及通過旋轉(zhuǎn)編碼器的長度測(cè)量裝置。
權(quán)利要求
1.一種用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)傳感器以及至少一個(gè)控制器，其中在 所述傳感器和控制器之間存在串行連接，其特征在于，所述至少一個(gè)傳感器和/或控制器為雙信道或多信道類型，在所述至少一個(gè)傳感器 中，相對(duì)于彼此冗余地和/或分散地布置有至少兩個(gè)轉(zhuǎn)換器和/或至少兩個(gè)處理單元，所述 傳感器的所述至少兩個(gè)處理單元彼此耦合，和/或在所述處理單元之間存在數(shù)據(jù)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于，在所述傳感器內(nèi)布 置一個(gè)或多個(gè)次級(jí)傳感器，特別是溫度傳感器和/或壓力傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)控 制器包括相對(duì)于彼此冗余地和/或分散地布置的至少兩個(gè)控制單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于，至少 一個(gè)傳感器和至少一個(gè)控制器之間的所述串行連接為總線系統(tǒng)，特別是CAN總線系統(tǒng)，利 勃海爾系統(tǒng)總線或基于以太網(wǎng)的總線系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于，在至 少一個(gè)傳感器中提供用于對(duì)待傳輸?shù)臏y(cè)量值加密并打包的裝置，在控制器的至少一個(gè)控制 單元中提供用于對(duì)測(cè)量值解密并解包的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)，其特征在于，至少 一個(gè)傳感器檢測(cè)如下測(cè)量參數(shù)中的一個(gè)壓力、角度、旋轉(zhuǎn)、傾斜、長度、距離、聲音、亮度、濕 度、方向或填充水平。
7.一種操作方法，用于操作根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的用于建筑機(jī)械的控制 系統(tǒng)，其特征在于，所述方法包括a)通過至少一個(gè)傳感器冗余地和/或分散地檢測(cè)測(cè)量參量，b)將至少一個(gè)傳感器的測(cè)量值提交到測(cè)量協(xié)議的數(shù)據(jù)包中，并通過所述傳感器為所述 測(cè)量值提供安全和/或保護(hù)功能，c)將所述數(shù)據(jù)包通過串行連接傳輸?shù)娇刂破?，以及d)通過冗余地和/或分散地設(shè)計(jì)的控制器通過所述安全和/或保護(hù)功能來檢查所述數(shù) 據(jù)包或所述測(cè)量值來用于校正。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的操作方法，其特征在于，存儲(chǔ)針對(duì)傳感器的每個(gè)信道的個(gè)體 傳感器描述，優(yōu)選地通過控制器周期性地掃描所述傳感器描述，其中，特別地，通過算法從 所述傳感器描述中計(jì)算個(gè)體密鑰。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的操作方法，其特征在于，至少一個(gè)傳感器周期性地初始化 針對(duì)每個(gè)傳感器的狀態(tài)查詢，作為響應(yīng)，每個(gè)傳感器通過總線系統(tǒng)將其傳感器狀態(tài)描述傳 輸?shù)讲樵兛刂破鳌?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求7、8或9所述的操作方法，其特征在于，所述控制器通過測(cè)量協(xié)議請(qǐng) 求至少一個(gè)傳感器的所述測(cè)量值。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任意一項(xiàng)所述的操作方法，其特征在于，為了驗(yàn)證傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)包，特別是所述測(cè)量值和所述傳感器狀態(tài)描述，使用所述安全和/或保護(hù)功能，特別是所 述個(gè)體密鑰。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任意一項(xiàng)所述的操作方法，其特征在于，所述控制器的控制 單元通過總線系統(tǒng)接收至少一個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并將所述數(shù)據(jù)的副本轉(zhuǎn)發(fā)到所述控制器的所有其他控制單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的操作方法，其特征在于，每個(gè)控制單元通過所述安全和/或 保護(hù)功能來驗(yàn)證接收的傳感器數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)副本。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于建筑機(jī)械的控制系統(tǒng)以及操作該控制系統(tǒng)的方法，所述控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)傳感器以及至少一個(gè)控制器，其中在傳感器和控制器之間有串行連接，以及其中，至少一個(gè)傳感器和/或控制器為雙信道或多信道類型。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102109844SQ201010611549
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者E·津, E·莫拉特, J·特羅伊爾 申請(qǐng)人:利勃海爾-韋爾克愛茵根有限公司