Método de intercambio de información entre unidades digitales en un sistema distribuido,

comprendiendo dicho sistema distribuido una unidad maestra que tiene un tiempo de ciclo de reloj maestro nominal y al menos una unidad esclava que tiene un tiempo de ciclo de reloj esclavo nominal, comprendiendo dicho método:

- transferir desde dicha unidad maestra una trayectoria determinada a dicha unidad esclava, comprendiendo 5 dicha transferencia:

- muestrear en dicha unidad maestra dicha trayectoria determinada cada paso de tiempo maestro para obtener muestras maestras;

- transmitir dichas muestras maestras desde dicha unidad maestra a dicha unidad esclava;

- recibir dichas muestras maestras en dicha unidad esclava en instantes de tiempo inciertos;

en el que dicho método comprende además:

- reconstruir dicha trayectoria en dicha unidad esclava basándose en dichas muestras maestras recibidas;

- almacenar dichas muestras maestras en dicha unidad esclava en un búfer de memoria;

- asociar el valor de cada muestra maestra recibida en dicha unidad esclava con un instante de tiempo esclavo calculado;

- obteniéndose dicho instante de tiempo esclavo calculado en dicha unidad esclava usando dicho tiempo de ciclo esclavo nominal y un tiempo de ciclo maestro variable;

- calculándose periódicamente dicho tiempo de ciclo maestro variable en una ventana de tiempo esclavo contando cuántas muestras han llegado a dicha unidad esclava durante la última ventana de tiempo esclavo, caracterizado por el hecho de que

dicho sistema distribuido controla el movimiento de las partes funcionales de una máquina automática y dicha trayectoria es una trayectoria de movimiento determinada, comprendiendo además dicho método:

- controlar con dicha unidad maestra un eje principal de dicha máquina automática y controlar con cada una de dichas unidades esclavas al menos un eje esclavo respectivo de dicha máquina automática, coordinando dicho eje principal con dicho eje esclavo transfiriendo de dicha unidad maestra a dicha unidad esclava dicha trayectoria de movimiento determinada;

- y en el que dicha reconstrucción de dicha trayectoria comprende usar en su totalidad y exclusivamente dichas muestras esclavas en dicha trayectoria reconstruida para no tener pérdida de datos o predicción.

Método de intercambio de información entre unidades digitales en un sistema distribuido

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un método de intercambio de información entre unidades digitales en un sistema distribuido.

Especialmente, la presente invención puede aplicarse de forma ventajosa en la resolución de problemas de comunicación en un control digital distribuido usado para controlar el movimiento de partes funcionales de una máquina automática, de forma específica, una máquina de envasado automática, a la que se hace referencia de forma específica en la presente descripción técnica, aunque sin que ello implique ninguna limitación del alcance.

Técnica anterior

Una máquina automática es un mecanismo complejo de múltiples usos que consiste en numerosos cabezales funcionales que actúan directamente en los productos.

Para obtener un buen comportamiento de la máquina, es muy importante una coordinación correcta entre todas las partes de la misma.

En los comienzos del automatismo, los primeros mecanismos se coordinaban de forma mecánica, es decir, a través de una leva principal conectada al eje principal y que creaba una trayectoria que constituía la referencia física para los otros elementos del mecanismo.

En la actualidad, gracias al desarrollo de los motores eléctricos, a la electrónica y al control y comunicaciones digitales, la manera en la que son controlados estos elementos ha cambiado profundamente.

En la Figura 1 adjunta se muestra la arquitectura fundamental.

Tal como puede observarse, el sistema de control de movimiento de una máquina automática es un sistema distribuido.

El mismo está compuesto por unidades digitales, denominadas nodos, que intercambian información con otras unidades a través de un bus de comunicación compartido.

De forma específica, se dispone un nodo maestro M, es decir, la unidad central, y muchos otros nodos esclavos Si, asociados a los ejes electromecánicos que deben ser controlados.

Todos los nodos digitales del sistema ejecutan un algoritmo controlado por tiempo activado repetidamente por su

propio reloj interno, caracterizado por un intervalo de tiempo nominal (el denominado “tiempo de ciclo”) .

US 2004/0062332 describe un método de seguimiento de fase mejorado que permite que ordenadores personales u otros dispositivos informáticos individuales, dotados cada uno de una fuente de reloj respectiva, se comuniquen entre sí a través de líneas de transmisión relativamente sencillas. El aparato de US 2004/0062332 comprende un receptor y un seguidor de fase incluido en el receptor para adaptarse a desviaciones de fase de diferentes fuentes de reloj. El seguidor de fase realiza un cálculo de desviación de fase que empieza a partir de los valores reales del reloj A y el reloj B del chip A y el chip B, respectivamente, enviando el chip A y el chip B datos entre sí en ambos sentidos. La desviación de fase genera un reloj de muestreo local y el receptor muestrea los datos entrantes usando dicho reloj de muestreo local, que se calcula empezando por el reloj de datos remoto y local. Por lo tanto, el método de US 2004/0062332 no puede aplicarse en redes no deterministas, en las que el reloj de datos remoto no es conocido.

US 6424687 se refiere a un protocolo de comunicación digital para la sincronización de datos digitales, formado por señales analógicas de muestreo creadas por un micrófono y transmitidas a un dispositivo de recepción. La señal analógica es muestreada en una señal de tiempo CLKin antes de la transmisión, en su lugar, el receptor se sincroniza con una señal de tiempo CLKout y el periodo de CLKin y CLKout puede diferir. En el receptor es posible aproximarse a la magnitud de una muestra mediante una interpolación de un valor entre una muestra de datos precedente recibida y una muestra de datos actual recibida. Debido a que un exceso y escasez en los datos digitales recibidos puede provocar una distorsión extrema en la señal analógica de salida, siendo necesario evitarlos, la señal analógica de salida se obtiene mediante un número predeterminado de muestras, que se corresponde con el recuento previsto CNTexpected de datos muestreados en un periodo. De forma específica, las muestras de datos perdidos se añaden y las muestras de datos extra se descartan para obtener una señal analógica de salida que tiene dicho número CNTexpected de muestras en un periodo. Esto supone que el método de US 6424687 no puede aplicarse en redes distribuidas en las que es necesario conservar la posición correcta de los datos de las muestras a lo largo del tiempo.

En general, en sistemas complejos modernos, cada nodo digital puede ejecutar diferentes algoritmos, “tareas”, al mismo tiempo (sistemas multitarea) , caracterizados cada uno por su propio tiempo de ciclo. En este tipo de sistemas, la generalización del problema de comunicación y sincronización considerado a continuación resulta evidente. Debería considerarse la comunicación entre una tarea específica en el maestro y una tarea específica en el esclavo, en vez de la comunicación entre los nodos maestro y esclavo.

Se supone que ΔT y Δti son los tiempos de ciclo del maestro y del esclavo i, respectivamente. Normalmente, los mismos están diseñados para ser iguales o estar sincronizados con una relación entera fija. De hecho, si el sistema de red no usa una sincronización activa, esta “hipótesis de diseño” no es realista, ya que el reloj de cada nodo se ve afectado por imprecisiones, desviaciones y fluctuaciones.

El objetivo principal del maestro es la coordinación de todos los ejes, obtenida normalmente suministrando a los nodos esclavos referencias de velocidad o posición a seguir para los accionadores.

Durante la ejecución, cada referencia es muestreada con un tiempo de muestreo igual al periodo del tiempo de ciclo del maestro.

A continuación, cada muestra se envía al esclavo a través de un bus digital y es recogida por el esclavo con un tiempo de muestreo igual al tiempo de ciclo esclavo.

Es importante observar que no solamente el valor de la muestra es relevante, sino también el instante de tiempo correspondiente, incluso aunque esta información no sea suministrada directamente con el elemento de datos.

Además, el modo de intercambio de tal información depende de la implementación del sistema de comunicación, es decir, del protocolo de bus.

De todos modos, cualquiera que sea el protocolo adoptado, si el maestro emite unos datos, el esclavo lo recibirá con un retraso de tiempo variable. Por lo tanto, es posible definir la diferencia entre el retraso más largo y más corto como la fluctuación del sistema. Finalmente, el retraso en la transmisión puede aumentar debido a problemas como la colisión de datos o congestión de tráfico en la red.

Por lo tanto, el objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un método de intercambio de información para superar los inconvenientes mencionados anteriormente.

Especialmente, el alcance de la presente invención se basa en resolver los problemas de transmisión de comunicación y sincronización en un sistema distribuido como el descrito anteriormente.

Resumen de la invención

Según la invención, se describe un método de intercambio de información entre unidades digitales en un sistema distribuido, con unidades digitales definidas al menos por un nodo maestro y nodos esclavos, que comprende la etapa de transferir referencias de información desde dicho nodo maestro a dichos nodos esclavos, siendo muestreadas dichas referencias de información con un tiempo de muestreo que se corresponde con un periodo de tiempo de ciclo definido por el valor del reloj de dicho nodo maestro; caracterizándose el método por el hecho de que comprende etapas adicionales de estimación del número de dichas referencias de información muestreadas que han llegado a dicho nodo esclavo desde dicho nodo maestro durante un intervalo de tiempo de referencia periódico y de uso de dicho número para recalcular el valor de reloj maestro, de modo que dichos nodos esclavos son capaces de reconstruir referencia de información del nodo maestro durante un intervalo de tiempo de referencia siguiente.

Breve descripción... [Seguir leyendo]

1. Método de intercambio de información entre unidades digitales en un sistema distribuido, comprendiendo dicho sistema distribuido una unidad maestra que tiene un tiempo de ciclo de reloj maestro nominal y al menos una unidad esclava que tiene un tiempo de ciclo de reloj esclavo nominal, comprendiendo dicho método:

- transferir desde dicha unidad maestra una trayectoria determinada a dicha unidad esclava, comprendiendo dicha transferencia:

- muestrear en dicha unidad maestra dicha trayectoria determinada cada paso de tiempo maestro para obtener muestras maestras;

- transmitir dichas muestras maestras desde dicha unidad maestra a dicha unidad esclava;

- recibir dichas muestras maestras en dicha unidad esclava en instantes de tiempo inciertos; en el que dicho método comprende además:

- reconstruir dicha trayectoria en dicha unidad esclava basándose en dichas muestras maestras recibidas;

- almacenar dichas muestras maestras en dicha unidad esclava en un búfer de memoria;

- asociar el valor de cada muestra maestra recibida en dicha unidad esclava con un instante de tiempo esclavo calculado;

- obteniéndose dicho instante de tiempo esclavo calculado en dicha unidad esclava usando dicho tiempo de ciclo esclavo nominal y un tiempo de ciclo maestro variable;

- calculándose periódicamente dicho tiempo de ciclo maestro variable en una ventana de tiempo esclavo contando cuántas muestras han llegado a dicha unidad esclava durante la última ventana de tiempo esclavo,

caracterizado por el hecho de que

dicho sistema distribuido controla el movimiento de las partes funcionales de una máquina automática y dicha trayectoria es una trayectoria de movimiento determinada, comprendiendo además dicho método:

- controlar con dicha unidad maestra un eje principal de dicha máquina automática y controlar con cada una de dichas unidades esclavas al menos un eje esclavo respectivo de dicha máquina automática, coordinando dicho eje principal con dicho eje esclavo transfiriendo de dicha unidad maestra a dicha unidad esclava dicha trayectoria de movimiento determinada;

- y en el que dicha reconstrucción de dicha trayectoria comprende usar en su totalidad y exclusivamente dichas muestras esclavas en dicha trayectoria reconstruida para no tener pérdida de datos o predicción.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha reconstrucción comprende:

- comprobar cada paso de tiempo esclavo si dicho paso de tiempo esclavo está dentro de un intervalo de tiempo definido por un instante de tiempo calculado precedente asociado a una muestra maestra precedente y un instante de tiempo calculado siguiente asociado a una muestra maestra siguiente;

- generar cada paso de tiempo esclavo una muestra esclava.

3. Método según la reivindicación 2, en el que si dicho paso de tiempo esclavo es más grande que dicho instante de tiempo calculado siguiente, dicha reconstrucción comprende además:

- redefinir el valor de dicha muestra maestra precedente copiando en la misma el valor de dicha muestra maestra siguiente;

- extraer de dicho búfer una nueva muestra maestra;

- redefinir el valor de dicha muestra maestra siguiente copiando en la misma el valor de dicha muestra maestra extraída.

4. Método según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en el que dicha reconstrucción comprende además interpolar dicha muestra maestra precedente y dicha muestra maestra siguiente para obtener una trayectoria reconstruida, estando los valores de dichas muestras esclavas en dicha trayectoria reconstruida.

5. Método según la reivindicación 4, en el que dicha interpolación es una interpolación lineal.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho método comprende además:

- comprobar si cada instante de tiempo esclavo calculado está dentro de una ventana de tiempo esclavo actual;

- calcular dicho tiempo de ciclo maestro variable si dicho instante de tiempo esclavo calculado está dentro de una ventana de tiempo esclavo siguiente.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha ventana de tiempo esclavo es un múltiplo 5 de dicho tiempo de ciclo de reloj esclavo.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha ventana de tiempo esclavo es un múltiplo de dicho tiempo de ciclo maestro nominal.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho tiempo de ciclo maestro variable se calcula

aplicando un factor de corrección al tiempo de ciclo maestro variable calculado en una ventana de tiempo esclavo 10 precedente.

10. Método según la reivindicación 9, en el que dicha corrección es proporcional a la diferencia entre el número de muestras recibidas en la ventana de tiempo esclavo y un número de nivel de referencia de búfer predefinido.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, en el que dicho búfer de memoria es un búfer primero

en entrar, primero en salir, siendo extraída dicha muestra maestra precedente de dicho búfer antes de dicha muestra 15 maestra siguiente.