Procedimiento y dispositivo para la transmisión digital de datos.

Procedimiento para la transmisión digital de datos de eventos estocásticos en una máquina herramienta a través de un cable de datos (6,

ENLACE) con varios pares de conductores trenzados (ENLACE_ASCENDENTE, ENLACE_DESCENTENTE, abreviadamente ENL_ASC, ENL_DESC en los dibujos), de los que al menos un par de conductores está previsto para una transferencia de datos en serie, caracterizado por que se prevé al menos otro par de conductores (ENLACE_A, ENLACE_B, abreviadamente ENL_A, ENL_B en los dibujos) para la retransmisión de eventos estocásticos y por que se señaliza el evento estocástico por medio de un impulso individual (30) retransmitido sin cadencia de reloj, pudiendo ser el impulso individual un impulso positivo o un impulso negativo y señalizando un impulso positivo un primer evento estocástico, señalizando un impulso negativo un segundo evento estocástico y no señalizando ningún evento la falta de un impulso individual.

Procedimiento y dispositivo para la transmisión digital de datos.

La invención concierne a un procedimiento y a un dispositivo para la transmisión digital de datos a través de un cable de datos con varios pares de conductores trenzados en máquinas herramientas y sistemas electrónicos similares.

Antecedentes de la invención Para una transmisión digital (rápida) de datos a lo largo de trayectos cortos, es decir, trayectos de pocos metros o centímetros, se utilizan frecuentemente conductores en disposición en paralelo y en innumerables variantes.

Una aplicación concierne, por ejemplo, a buses en paralelo (trayectos de transmisión de datos) sobre placas madres de ordenadores personales (PC) , con los cuales se pueden unir en paralelo varias placas hijas. Tales buses tienen casi siempre una longitud de menos de 300 mm y pueden presentar más de 100 conductores en paralelo, por ejemplo bus ISA, bus PC104, bus PCI, pero también numerosos buses propietarios sin normas vinculantes.

Otro ejemplo concierne a la transmisión de datos a lo largo de distancias de varios metros. Entre aparatos tales como PCs e impresoras o aparatos de medida se emplean en el estado de la técnica cables apantallados de varias venas para el transporte de datos rápido y en paralelo. Ejemplos típicos son: el puerto paralelo de PC, Centronics/IEEE-1284, el bus de instrumentos IEEE-488/IEC-625, pero también todos los sistemas de control industriales con cables planos de muchas venas.

Es común a estas transmisiones de datos en paralelo el alto gasto en la parte de emisión y de recepción y el alto número de líneas en paralelo necesarias para el cable de transmisión. Típico de conductores en paralelo es su considerable propensión a averías debido a campos electromagnéticos, la diafonía y las diferencias de tiempo de tránsito entre los conductores en paralelo. Especialmente perturbadora es en algunos casos la inflexibilidad respecto del grado de ampliación concerniente a la anchura del bus de datos, la zona de direcciones y la tasa de transmisión.

Por estos motivos, la transmisión de datos en serie ha encontrado una amplia difusión. En la transmisión inalámbrica por ondas de radio o de luz, pero también en la transmisión alámbrica por líneas de telecomunicación, se tiene que en muchos casos de aplicación entra en consideración prácticamente tan solo el principio en serie.

Muchos protocolos de transmisión de datos en serie, como PCI-Express, ETHERNET, EtherCAT, Powerlink, USB, o buses de campo industriales como, por ejemplo, Profibus, Device-Net o CANopen, se han establecido en los respectivos sectores de aplicación y se han publicado en normas correspondientes.

La transmisión de datos en serie ha simplificado y abaratado el tráfico digital de datos. Diferentes procedimientos de codificación y comprobación garantizan enlaces seguros y robustos. La posibilidad de algunos procedimientos de codificación, como, por ejemplo, también el procedimiento de codificación Manchester mencionado más abajo, de extraer la señal de reloj de la corriente de datos, resuelve los problemas de tiempo de tránsito a lo largo de trayectos de transmisión y distancias de cualquier clase.

Se proporciona para muchos de estos procedimientos una alta flexibilidad para el número de abonados de bus, la anchura de datos, las zonas de direcciones, los medios de transmisión, la distancia de transmisión y la dirección de transmisión.

Al aplicar transmisiones digitales de datos en serie a lo largo de cortos trayectos en máquinas de herramientas y sistemas electrónicos similares se plantea un problema especial cuando se tienen que tratar (casi) sin retardo de tiempo los eventos aleatoriamente producidos en grupos constructivos de cualquier clase de la máquina.

Se conocen ciertamente soluciones, como, por ejemplo, EtherCat y Powerlink, para sincronizar cíclicamente entre ellos unos módulos diferentes, como, por ejemplo, ejes de accionamiento. Sin embargo, no se conocen criterios utilizables para los procesos estocásticos.

La patente europea EP 1 749 609 B1, cuyo contenido se incorpora aquí completamente por referencia, revela una modularización consiguiente de los grupos constructivos en máquinas herramientas, especialmente en máquinas de erosión por chispa. Los módulos se conectan en red en forma de estrella, partiendo de un punto nodal de comunicación central, a través de enlaces de datos semejantes a ETHERNET, y hasta una potencia de 50 W se alimentan también con tensión continua a través de los cables de datos. La alimentación de corriente se efectúa, por ejemplo, según el estándar Power over ETHERNET, o abreviadamente PoE, que es semejante a la norma IEEE802.3af.

El punto nodal de comunicación presenta, además, al menos un enlace de datos ETHERNET normalizado según IEEE802.3, a través del cual se posibilitan enlaces de larga distancia de cualquier naturaleza con el mundo exterior.

Como efecto final, una máquina herramienta de esta clase no necesita ya un armario eléctrico y puede ser ampliada o modificada en cualquier momento. Se pueden realizar cómodamente a través de Internet telediagnósticos, configuraciones y actualizaciones de software. Los módulos se incorporan directamente a su lugar de acción en la máquina herramienta para mantener lo más pequeñas posible las pérdidas que se originen durante la transmisión de potencia.

En el documento EP 1 749 609 B1 se proponen como indicaciones más detalladas para la configuración de los enlaces internos ENLACE semejantes a ETHERNET tres prioridades para el procesamiento de datos y la transmisión de datos:

Prioridad MÁXIMA: Procesamiento en paralelo solamente dentro de un módulo,

Prioridad SEGUNDA: Procesamiento de datos entre módulos, a través de los nodos de la red y preferiblemente en paralelo,

Prioridad TERCERA: Se prefiere el tratamiento secuencial de datos entre módulos y el nodo de la red, así como para sistemas externos de rango superior.

Además, como se ha mencionado al principio, se han dado a conocer derivados de ETHERNET, como EtherCAT, Powerlink, Profinet y Modbus TCP/IP para aplicaciones en tiempo real. Se trata aquí de medidas especiales en el procedimiento de emisión para garantizar un máximo tiempo de latencia admisible para un comportamiento determinista (previsible) . A este fin, se emite también en el paquete de datos, por ejemplo, una marca de tiempo según IEEE1588 para hacer posible una sincronización temporal exacta de varios abonados de bus.

Sin embargo, es desventajosamente común a todas estas soluciones conocidas el que no pueden reaccionar inmediatamente a procesos temporalmente aleatorios. Se tiene siempre que iniciar la emisión de un paquete de datos o esperar a la misma para transmitir una información, y el evento tiene que ser sincronizado también cada vez a las tasas de reloj locales.

Esto tiene ahora como consecuencia, por ejemplo para un enlace EtherCAT, con un cable Cat.5 según la norma EIA/TIA-568 y con el ancho de banda máximo de 100 MHz, un retardo de tiempo de al menos 10 !s y unas considerables variaciones cíclicas (poca precisión temporal) . Dado que normalmente un sensor y un actor están implicados en el proceso y tienen también como consecuencia un cierto retardo de tiempo del procesamiento de datos, se puede duplicar este retardo de tiempo llevándolo, por ejemplo, a más de 20 !s hasta que se pueda reaccionar a un evento estocástico.

Los cables Cat.6 más rápidos según la norma EN50288, con un ancho de banda máximo de 250 MHz, o los enlaces Cat.6a con 500 MHz para Gigabit-Ethernet según IEEE802.3an, podrían ciertamente reducir este retardo de tiempo hasta la reacción a un evento estocástico, pero incrementarían en cambio los costes de sistema y las potencias de pérdida.

Incluso con un ancho de banda de 500 MHz y una transmisión en paralelo a través de cuatro pares de conductores se tendría que contar todavía para el caso de sensor-actor con retardos de tiempo de aproximadamente 2 !s hasta la reacción a un evento aleatorio.

Tan pronto como en un sistema se presentan procesos o eventos aleatorios que tienen que procesarse típicamente en menos de alrededor de 100 ns, se tiene que, por ejemplo, las transmisiones de datos síncronas en serie anteriormente descritas son generalmente sometidas a unas exigencias excesivas.

Las máquinas de erosión por chispa son especialmente afectadas por este inconveniente, ya que muchas operaciones referidas al proceso presentan un comportamiento puramente estocástico, como, por ejemplo, el tiempo de retardo de encendido de los impulsos de mecanización o perturbaciones del proceso, que deberán captarse durante un impulso... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la transmisión digital de datos de eventos estocásticos en una máquina herramienta a través de un cable de datos (6, ENLACE) con varios pares de conductores trenzados (ENLACE_ASCENDENTE, ENLACE_DESCENTENTE, abreviadamente ENL_ASC, ENL_DESC en los dibujos) , de los que al menos un par de conductores está previsto para una transferencia de datos en serie, caracterizado por que se prevé al menos otro par de conductores (ENLACE_A, ENLACE_B, abreviadamente ENL_A, ENL_B en los dibujos) para la retransmisión de eventos estocásticos y por que se señaliza el evento estocástico por medio de un impulso individual (30) retransmitido sin cadencia de reloj, pudiendo ser el impulso individual un impulso positivo o un impulso negativo y señalizando un impulso positivo un primer evento estocástico, señalizando un impulso negativo un segundo evento estocástico y no señalizando ningún evento la falta de un impulso individual.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que se emite directamente, ante un primer impulso individual, un segundo impulso individual con una polaridad opuesta a la del primer impulso individual.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la retransmisión de eventos estocásticos para ambas direcciones se efectúa a través de un par de conductores (ENLACE_A, ENLACE_B) o bien se efectúa por separado a través de dos pares de conductores (ENLACE_A, ENLACE_B) , y en el que se establecen dinámicamente una clase de funcionamiento y/o una clase de evento mediante la transferencia bidireccional normal de datos en serie.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que, al recibir el impulso individual (30) , se verifica la integridad de la señal por comprobación de una amplitud y una duración del impulso individual, y después de un dictamen positivo se procesa el evento y se le confirma mediante un impulso individual reenviado (32) , y en el que en caso de un dictamen negativo no se procesa el evento ni se emite ninguna confirmación, pero se registra estadísticamente el error de transmisión.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que, al recibir el impulso individual (30) , se procese inmediatamente el evento, y únicamente a continuación se verifica la integridad de la señal por comprobación de una amplitud y una duración de un primero y/o un segundo impulso individual, y en caso de un dictamen positivo, se confirma esto por medio de un impulso individual reenviado (32) , y en caso de un dictamen negativo no se emite ninguna confirmación y se anula o corrige el procesamiento del evento y/o se registra estadísticamente el error.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que sólo se emite un primer impulso individual

(34) desde el emisor (22, 23) , y en caso de que, al verificar la integridad de la señal, no se detecte ningún error de transmisión, se reenvía desde el receptor (24, 25) como confirmación de recepción un segundo impulso individual

(36) con una polaridad opuesta a la del primer impulso individual (34) , y en caso de que, al verificar la integridad de la señal, se detecte un error de transmisión, no se reenvía ninguna confirmación de recepción, con lo que el emisor (22, 23) , después de transcurrido un tiempo prefijado en el que no ha detectado ninguna confirmación de recepción después de la emisión del primer impulso individual (34) , emite el segundo impulso individual (36) con una polaridad opuesta a la del primer impulso individual (34) , registrándose estadísticamente el error de transmisión.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que se mide también en el emisor el hueco ocasionado por el tiempo de tránsito de la señal entre el final del impulso emitido (30) y el principio del impulso de confirmación recibido (32) , y se evalúa dicho hueco como criterio adicional para la integridad de la señal y/o como medida de la calidad del trayecto de transmisión para fines de diagnóstico.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los avisos de eventos estocásticos que deberán emitirse a través de más de una estación son desviados directamente desde el primer receptor hasta el emisor siguiente a través de un circuito lógico (11, FPGA_N) .

9. Dispositivo para la transmisión digital de datos de eventos estocásticos en una máquina herramienta a través de un cable de datos (6) con varios pares de conductores trenzados, de los que al menos un par de conductores (ENLACE_ASCENDENTE, ENLACE_DESCENDENTE) está previsto para una transferencia de datos en serie, caracterizado por que está previsto al menos otro par de conductores (ENLACE_A, ENLACE_B) para la retransmisión de eventos estocásticos, estando previstos y acoplados un equipo de emisión (22, 23) en al menos un lado del cable de datos y un equipo de recepción (24, 25) en un lado opuesto del cable de datos (6) , cuyos equipos están conectados a circuitos lógicos correspondientes (11, FPGA_N, 12, FPGA_M) , y el al menos un equipo de emisión (22, 23) está diseñado para la señalización de eventos estocásticos de tal manera que éste retransmita impulsos individuales sin cadencia de reloj, pudiendo ser un impulso individual un impulso positivo o un impulso negativo y señalizando un impulso positivo un primer evento estocástico, señalizando un impulso negativo un segundo evento estocástico y no señalizando ningún evento la falta de un impulso individual, y el al menos un equipo de recepción (24, 25) está diseñado para la recepción de los impulsos individuales de modo que pueda detectar los tres estados "impulso positivo", "impulso negativo" y "sin evento".

10. Dispositivo según la reivindicación 9, en el que el al menos un equipo de emisión (22, 23) está acoplado, a través

de al menos una resistencia terminal de línea (26, 27) , con los pares de conductores correspondientes (ENLACE_A, ENLACE_B) para la transmisión de eventos estocásticos.

11. Dispositivo según la reivindicación 9 ó 10, en el que están previstos y acoplados en cada lado del cable de datos al menos un equipo de emisión (22, 23) y al menos un equipo de recepción (24, 25) para la retransmisión de eventos estocásticos, a fin de hacer posible una transmisión bidireccional de datos a través del cable de datos (6) , y el al menos un equipo de emisión (22, 23) y el al menos un equipo de recepción (24, 25) a ambos lados del cable de datos (6) son de la misma construcción.

12. Dispositivo según la reivindicación 11, en el que el al menos un equipo de recepción (24, 25) para eventos estocásticos está diseñado para realizar una recepción continua y está unido, a través de los circuitos lógicos (11, FPGA_N, 12, FPGA_M) , con el al menos un equipo de emisión (22, 23) para eventos estocásticos, y los circuitos lógicos (11, FPGA_N, 12, FPGA_M) , al recibir un evento estocástico, conmutan inmediatamente el equipo de emisión asociado (22, 23) al estado "sin evento" cuando el equipo de emisión (22, 23) en el lado del equipo de recepción (24, 25) ha enviado al mismo tiempo un impulso individual y, en consecuencia, se puede presentar una colisión entre el impulso individual recibido por el equipo de recepción (24, 25) y el impulso individual emitido por el equipo de emisión (22, 23) .

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que el dispositivo está configurado según uno de los estándares IEEE802.3 e IEEE802.3at, el cable de datos (6) es un cable de datos Cat.5 y están previstos pares de conductores no utilizados del cable de datos Cat.5 del trayecto de transmisión normalizado para la retransmisión de los eventos estocásticos.

14. Dispositivo según la reivindicación 13, en el que el dispositivo presenta al menos un transformador de emisión

(15) y al menos un transformador de recepción (19) , en cuyo caso las transmisiones de tensión continua para el suministro de energía del lado del receptor a través de tomas centrales (16, 18, 28, 29) del al menos un transformador de emisión (15 y del al menos un transformador de recepción (19) se conducen a través de los cuatro pares de conductores del cable de datos Cat.5, y no están previstos puentes rectificadores para realizar una corrección de polaridad en el lado del receptor.

15. Máquina de erosión por chispa que comprende:

un nodo central (5) ,

varios módulos (2, 8) que están previstos y diseñados para controlar la máquina de erosión por chispa, y

al menos un cable de datos (6) que une al menos un módulo (2, 8) con el nodo central (5) , presentando la máquina de erosión por chispa un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14 anteriores y/o estando preparada para ejecutar un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

16. Máquina de erosión por chispa según la reivindicación 15, en la que los eventos estocásticos representan estados (descarga, corto, abierto) de una distancia disruptiva y/o representan la transmisión de valores nominales y valores reales en forma de incrementos de recorrido (avance, retroceso, parada) para un eje de accionamiento de la máquina de erosión por chispa.