Stand der Technik Um eine störungsfreie Datenübertragung in einem seriellen Bus bestehend aus einem Steuergerät und mehreren Busteilnehmern zu erreichen, ist es bekannt (EP 586715 A1), zur Überwachung der Datenübertragung zwischen dem Steu- ergerät und den Busteilnehmern zusätzliche Steuerleitungen vorzusehen.

Nachteilig bei dieser bekannten Steuerung der Datenübertragung ist vor allem, daß eine Vielzahl an parallelen Leitungen erforderlich wird, was insbesondere bei größeren örtlichen Entfernungen der Busteilnehmer zu einem hohen Verka- belungsaufwand führt. Hinzu kommt, daß mit dem Ansteigen der Anzahl der verlegten Leitungen einerseits das Risiko eines Leitungsdefektes zunimmt und anderseits eine Fehlersuche erschwert wird.

Zur Vermeidung einer Vielzahl von parallelen Leitungen ist es bekannt (DE 197 42 716 A1), einen seriellen Bus mit einer Hin-und einer Rückleitung in Form einer unidirektionalen Ringleitung vorzusehen. Von einem Steuergerät wird über eine Sende-und Empfangseinrichtung ein Datenrahmen aus den einzelnen Busteilnehmern zugehörigen Datenfeldern gesendet, deren Größe durch die maximal übertragbare Datenmenge zwischen dem Steuergerät und dem jeweili- gen Busteilnehmer bestimmt wird. Da den Busteilnehmern vom Steuergerät je ein Datenfeld zugewiesen wurde und die Position der Datenfelder im Datenrah- men bekannt ist, sind die wesentlichen Voraussetzungen erfüllt, um über Aus- wertestufen Daten für die einzelnen Busteilnehmer aus den zugehörigen Daten- feldern des Datenrahmens auslesen und anschließend Daten der Busteilnehmer in diese Datenfelder einlesen zu können. Nachdem die Busteilnehmer nachein- ander die Daten aus den zugehörigen Datenfeldern ausgelesen und gegebe- nenfalls durch eigene Daten ersetzt haben, wird der Datenrahmen mit den rück- gemeldeten Daten über die Rückleitung dem Steuergerät zugeleitet. Fällt einer der Busteilnehmer in dieser unidirektionalen Ringleitung aus, so verliert der gesamte Bus seine Funktionalität, da dem Steuergerät keine Daten mehr von den Busteilnehmern übermittelt werden können. Außerdem verringert die auf die maximal zu übertragende Datenmenge abgestimmte Größe der einzelnen Da- tenfelder die Übertragungsrate, wenn sich erhebliche Unterschiede zwischen den von den Busteilnehmern zu empfangenden und zu sendenden Datenmen- gen ergeben, weil durch die Vorgabe einer auf die jeweils größte Datenmenge abgestimmten Datenfeldgröße die Datenfelder für die Übermittlung geringerer Datenmengen nur teilweise genützt werden. Ist nun eine Datenübertragung in einer vorbestimmten Zeitspanne gefordert, was ja bei einer üblichen zyklischen Datenübertragung zum Steuern einer Anlage der Fall sein muß, so kann auf- grund der notwendigen Größe der über den seriellen Bus zu versendenden Datenrahmen unter Umständen eine Beschränkung der Anzahl an Busteilneh- mern erforderlich werden. Hinzu kommt, daß die Zykluszeit zusätzlich durch die Übertragung von Prüfungsdaten belastet wird, die gesondert von den Datenrah- men übertragen werden müssen.

Darstellung der Erfindung Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Datenübertra- gung in einem seriellen Bus der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß der Verkabelungsaufwand gering gehalten werden kann, daß ein Teilbetrieb auch bei Ausfall eines Busteilnehmers möglich ist und daß eine vergleichsweise hohe Übertragungsrate sichergestellt wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß zumindest der Busteil- nehmer am dem Steuergerät gegenüberliegenden Ende des bidirektionalen Busses eine in Abhängigkeit von einem Steuersignal des Steuergeräts ansteu- erbare Sendeeinrichtung für einen die von den Busteilnehmern einzulesenden Datenfelder aufnehmenden Datenrahmen aufweist und daß die Auswerteschal- tung der übrigen Busteilnehmer Steuerstufen zur Erweiterung des vom endseiti- gen Busteilnehmer gesendeten Datenrahmens um die jeweils in den Datenrah- men einzulesenden Datenfelder bildet.

Mit dem Vorsehen eines bidirektionalen seriellen Busses kann auf eine von der Hinleitung gesonderte Rückleitung und damit auf einen größeren Verkabelungs- aufwand verzichtet werden, was einerseits die Betriebssicherheit verbessert und anderseits eine Fehlersuche erleichtert. Zur Synchronisation der Datenübertra- gungen können in einfacher Weise vom Steuergerät Steuersignale, beispiels- weise Steuerimpulse oder Steuerimpulsfolgen, über den Bus an alle Busteilneh- mer versandt werden. Diese Steuersignale veranlassen die Sendeeinheit des Busteilnehmers am dem Steuergerät gegenüberliegenden Ende des Busses jeweils einen Datenrahmen zu erstellen, in den die Datenfelder der einzelnen Busteilnehmern nacheinander eingelesen werden, so daß sich der Datenrahmen von Busteilnehmer zu Busteilnehmer stufenweise vergrößert, wenn der jeweils vorgelagerte Busteilnehmer sein Datenfeld in den Datenrahmen einliest. Nach dem Einlesen des Datenfeldes des dem Steuergerät nächsten Busteilnehmers liegt der vollständige, die Datenfelder aller Busteilnehmer beinhaltende Daten- rahmen vor.

Weist jeder Busteilnehmer eine Sendeeinrichtung für einen Datenrahmen zur Aufnahme der eigenen und vorzugsweise der Datenfelder der vorgeordneten Busteilnehmer auf, so kann ein Busteilnehmer ausfallen und trotzdem eine be- schränkte Datenübermittlung aufrecht erhalten werden. Über den jeweils dem ausgefallenen Busteilnehmer unmittelbar vorgeordneten Busteilnehmer kann ja in einem solchen Fall ein Datenrahmen für die auf die vorgelagerten Busteilneh- mer bezogenen Datenfelder erstellt und abgesandt werden. Somit eröffnet sich dem Steuergerät die Möglichkeit, einerseits einen Teilbetrieb des seriellen Bus- ses bis zum ausgefallenen Busteilnehmer aufrecht zu erhalten und andererseits den ausgefallenen Busteilnehmer zu erkennen und anzuzeigen.

Das Steuergerät kann je einen mit einer Initialisierungseinrichtung verbundenen Speicher für die Größen der ein-und auszulesenden Datenfelder der jeweiligen Busteilnehmer aufweisen. Aufgrund der bekannten Reihenfolge der an das Steuergerät angeschlossenen Busteilnehmer wird die vorteilhafte Voraussetzung geschaffen, sowohl Datenrahmen zum Versenden an die Busteilnehmer zu erstellen als auch die Datenfelder aus den empfangenen Datenrahmen den jeweiligen Busteilnehmern zuzuordnen. Werden die Datenrahmen nur aus den ein-oder den auszulesenden Datenfeldern der Busteilnehmer gebildet, so erge- ben sich besonders günstige Übertragungsbedingungen für Busteilnehmer mit einem vergleichsweise ungünstigen Größenverhältnis von ein-und auszulesen- den Datenfeldern. Die Zykluszeiten eine Datenübertragung können somit klein gehalten werden, was unter anderem eine hohe Datenübertragungsrate erlaubt.

Ist die Zyklusperiode für eine Datenübertragung vorbestimmt, so bietet der seri- elle Bus auch bei ungünstigen Größenverhältnissen von ein-und auszulesenden Datenfeldern die Möglichkeit, eine vergleichsweise hohe Anzahl an Busteilneh- mern anzuschließen.

Da Busteilnehmer in einem seriellen Bus meist unterschiedliche Dringlichkeiten für die Datenübertragung aufweisen, muß die Zykluszeit für eine Datenübertra- gung so ausgelegt werden, daß auch Busteilnehmer mit dringlich benötigten Datenfeldern rechtzeitig versorgt werden können. Mit dem Vorgeben von Adres- sen für die einzelnen Busteilnehmer ist es dem Steuergerät möglich, besondere Datenrahmen zu erstellen, die nicht notwendigerweise für alle Busteilnehmer Datenfelder beinhalten. Diese besonderen mit Adressen versehenen Datenrah- men können vom Steuergerät in einer durch den üblichen Übertragungszyklus nicht benötigten Zeitfenster versandt werden, so daß die adressierten Busteil- nehmer bevorzugt mit Daten versorgt werden können. Somit sind die Übertra- gungszyklen für alle Busteilnehmer nicht notwendigerweise nach den höchsten Übertragungsraten auszulegen.

Mit dem Erstellen von Prüfungsdaten aus den Datenrahmen können auf einfache Weise Fehler in der Datenübertragung erkannt werden. Zu diesem Zweck kann eine Kodiereinrichtung zu den entweder vom Steuergerät oder vom Busteilneh- mer erstellten Datenrahmen Prüfungsdaten ermitteln, die mit dem jeweiligen Datenrahmen versandt werden. Um nun auch die von den Busteilnehmern um je ein Datenfeld erweiterten Datenrahmen auf Korrektheit überprüfen zu können, ersetzt die Kodiereinrichtung der einzelnen Busteilnehmer die jeweils vom vor- hergehenden Busteilnehmer erstellten Prüfungsdaten durch Prüfungsdaten, die aus dem mit dem eigenen Datenfeld erweiterten Datenrahmen gebildet werden.

Eine in jedem Busteilnehmer vorgesehene Überprüfungseinrichtung steuert die zugehörige Auswertestufe an, um nur bei erfolgreicher Überprüfung das Ein-und Auslesen der Datenfelder der empfangenen Datenrahmen zu erlauben, so daß keine fehlerhaft übertragen Daten übernommen werden. Da die Prüfungsdaten an die Größen der Datenrahmen gebundenen sind und auch stets mit den Da- tenrahmen versandt werden, wird die Größe der Zykluszeiten für eine Daten- übertragung nur vergleichsweise wenig beeinflußt. Tritt ein Fehler in der Daten- übertragung auf, so kann beispielsweise eine erneute Sendung des Datenrah- mens oder auch eine Überprüfung des seriellen Busses erfolgen.

Fehler in der Datenübertragung können nicht nur mit Prüfungsdaten, sondern auch mit der am Steuergerät vorhanden Recheneinheit über eine Vollständig- keitsüberprüfung der empfangenen Datenrahmen erkannt werden. Fehlen bei- spielsweise Datenfelder in Datenrahmen, was unter anderem bei Fehlverhalten von Busteilnehmern der Fall sein kann, so ist dies von dem Steuergerät ohne weiteres erkennbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnung In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage zur Datenübertragung in einem seriellen Bus in einem Blockschaltbild und Fig. 2 den zeitlichen Ablauf einer Datenübertragung im Bus nach der Fig. 1.

Weg zur Ausführung der Erfindung Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der serielle Bus ein Steu- ergerät 1 und drei Busteilnehmer 2,3, und 4, die über eine bidirektionale Leitung 5 miteinander verbunden sind. Eine Sende-und Empfangseinheit 6 des Steuer- geräts 1 sendet an die Busteilnehmer 2,3, 4 entsprechend der Fig. 2 ein Steuer- signal 7, das zeitlich versetzt von den Busteilnehmern 2,3, 4 empfangen wird und eine Auswertestufe 8 des Busteilnehmers 4 am Ende der Leitung 5 veran- laßt, einen Datenrahmen 9 über eine Sendeeinrichtung 10 in Richtung des Steu- ergeräts 1 zu senden, wobei die an das Steuergerät 1 zu übertragenden, zu einem Datenfeld 11 zusammengefaßten Daten mit Hilfe einer Steuerstufe 12 aus entsprechenden Datenspeichern 13 ausgelesen und dem Datenrahmen 9 hinzu- gefügt werden. Die vorgelagerten Busteilnehmer 2,3 weisen ebenfalls Auswer- testufen 8 auf, die über Steuerstufen 12 entsprechende Datenfelder 14,15 aus Datenspeichern 13 in den Datenrahmen 9 einlesen, der somit durch die Daten- felder 14 und 15 stufenweise erweitert wird. so daß das Steuergerät 1 alle Da- tenfelder 15,14, 11 der Busteilnehmer 2,3, 4 empfängt. Die vom Steuergerät 1 an alle Busteilnehmer 2,3, 4 zu übertragenden Datenfelder 16,17, 18 werden ebenfalls in einen Datenrahmen 19 zusammengefaßt und über die Sende-und Empfangseinheit 6 versandt. Da den Busteilnehmern 2,3, 4 die Position des ihnen zugehörigen Datenfeldes 16,17, 18 im Datenrahmen 19 bekannt ist, kön- nen diese Datenfelder 16,17, 18 über die Auswertestufen 8 zur Weiterverarbei- tung ausgelesen werden. Mit dem erneuten Senden des Steuersignales 7 be- ginnt ein neuer Übertragungszyklus in der bereits beschriebenen Art.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind alle Busteilnehmer 2,3, 4 mit einer Sen- deeinrichtung 10 für einen Datenrahmen 9 zur Aufnahme der eigenen und vor- zugsweise der Datenfelder 14,15 der bezüglich des Steuergeräts 1 vorgeord- neten Busteilnehmer ausgerüstet. Fällt z. B. der letzte Busteilnehmer 4 aus, so kann zufolge dieser Maßnahmen der unmittelbar vorgeordnete Busteilnehmer 3 als jeweils endseitiger Busteilnehmer für eine Erstellung eines entsprechenden Datenrahmens sorgen.

Eine Initialisierungseinrichtung 20 des Steuergeräts 1 erkennt auf bekannte Weise die Reihenfolge der an das Steuergerät 1 angeschlossenen Busteilneh- mer 2,3, 4 und schreibt in weiterer Folge die aus den Busteilnehmern 2,3, 4 über Erkennungsdaten ausgelesene Größen der ein-und auszulesenden Da- tenfelder 15,14, 11,16, 17,18 in einen Speicher 21 des Steuergeräts 1. Auf- grund der bekannten Reihenfolge sowie der Größe der Datenfelder 16,17, 18 ist es einer Recheneinheit 22 des Steuergeräts 1 möglich, Datenrahmen 19 für alle Busteilnehmer 2,3, 4 zu erstellen. Empfängt das Steuergerät 1 einen Datenrah- men 9, so kann über die gespeicherten Größen der auszulesenden Datenfelder 11,14, 15 sowie die Reihenfolge der Busteilnehmer 2,3, 4 im Bus jedes Daten- feld 11,14, 15 einem Busteilnehmer 2,3, 4 zugeordnet werden. Die Initialisie- rungseinrichtung 20 übermittelt den Busteilnehmern 2,3, 4 jeweils die Position ihres Datenfeldes 16,17, 18 im Datenrahmen 19, beispielsweise während einer Startphase, so daß jeder Busteilnehmer 2,3, 4 aus dem empfangenen Daten- rahmen 19 sein Datenfeld 16,17, 18 entnehmen kann.

Das Steuergerät 1 weist einen mit der Recheneinheit 22 verbundenen Adres- senspeicher 23 für Adressen 24 der Busteilnehmer 2,3, 4 auf. In einer vorteil- haften Ausgestaltung kann das Steuergerät 1 Datenfelder 16a, 17a, die in der Zeitspanne zwischen der Übertragung der Datenrahmen 9 und 19 asynchron innerhalb eines Übertragungszyklus gesendet werden können, mit den zugehö- rigen Adressen 24 der jeweiligen Busteilnehmer 2,3 versehen, um die Busteil- nehmer 2,3 mit zusätzlichen Daten zu versorgen bzw. von diesen Busteilneh- mern 2,3 zusätzlich Daten abfragen zu können. Die Datenrahmen für diese asynchron übermittelbaren Datenfelder 16a, 17a, 14a, 15a sind in der Fig. 2 mit 9a und 19a bezeichnet. Eine Erkennungsschaltung 25 jedes Busteilnehmers 2, 3,4 erlaubt seiner jeweiligen Auswertestufe 8 ein Auslesen des Datenfeldes 16a, 17a bei übereinstimmender Adresse 24. Die Sendeeinrichtung 10 des in der Teilnehmerfolge zuletzt adressierten Busteilnehmers 3, sendet einen Datenrah- men 9a für sein eigenes Datenfeld 14a und das Datenfeld 15a des vorgeordne- ten, adressierten Busteilnehmers 2 in Richtung des Steuergeräts 1 zurück. Die Erkennungsschaltung 25 des anderen adressierten Busteilnehmers 2 erlaubt seiner Auswertestufe 8 das Erweitern dieses Datenrahmens 9a um das auszule- sende Datenfeld 15a. Somit kann, wie in Fig. 2 dargestellt, eine Übertragung von Datenfeldern 16a und 17a nur an zwei Busteilnehmer 2 und 3 erfolgen. Da das Steuergerät 1 jeweils das Datenfeld 14a des zuletzt adressierten Busteilnehmers 3 im Datenrahmen 19a zuerst sendet, ist der zuletzt im Bus angesprochene Busteilnehmer 3 auf einfache Weise bestimmbar, so daß dieser Busteilnehmer 3 den asynchron empfangenen Datenrahmen 19a nicht weitersendet.

Um Fehler in der Datenübertragung zu erkennen, erstellt eine Kodiereinrichtung 26 des Steuergeräts 1 von jedem zu versendenden Datenrahmen 19,19a Prü- fungsdaten 27, die mit dem Datenrahmen 19,19a versandt werden. Eine Über- prüfungseinrichtung 28 der Busteilnehmer 2,3, 4 erlaubt der Auswertestufe 8 ein Ein-und Auslesen der jeweiligen Datenfelder, falls diese fehlerfrei übertragen wurden. Werden Datenrahmen 9,9a mit von den Busteilnehmern 2,3, 4 einzule- senden Datenfeldern 15,14, 11,15a, 14a erweitert, so ersetzt die Kodierein- richtung 26 des jeweiligen Busteilnehmers die empfangenen Prüfungsdaten durch neue Prüfungsdaten 27, die aus dem erweiterten Datenrahmen gebildet werden. Die neuen Prüfungsdaten 27 werden beispielsweise am Ende des Da- tenrahmens 9,9a angehängt. Zusätzlich weist auch das Steuergerät 1 eine Überprüfungseinrichtung 28 auf, um der Recheneinheit 22 ein Auslesen der empfangenen Datenrahmen 9,9a nur nach erfolgreicher Überprüfung der emp- fangenen Prüfungsdaten 27 zu ermöglichen.

Über eine mit der Recheneinheit 22 verbundene Schnittstelle 29 kann die Anlage zur Datenübertragung beispielsweise mit einer Eingabeeinrichtung verbunden oder auch an einen vom seriellen Bus getrennten Bus angeschlossen werden.