DE10048144C2 - Anordnung zur Überwachung eines Bussystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung eines Bussystems, bei dem mehrere Geräte durch Teilstrecken des Bussystems miteinander verbunden sind, mit je einem Anschluß für die mit dem Gerät zu verbindenden Teilstrecken (Busanschlüsse).

Bussysteme, insbesondere Feldbussysteme, werden in zunehmenden Maße zur Datenübertragung zwischen den verschiedenartigsten Einrichtungen und Geräten benutzt, beispielsweise in Form des CAN-Bussystems in Kraftfahrzeugen und in Industrieanlagen, wobei oft eine große Anzahl von Geräten miteinander verbunden wird. Beim Betrieb dieser Bussysteme auftretende Fehler sind in vielen Fällen nur schwierig zu lokalisieren, insbesondere dann, wenn keine geeigneten Meßgeräte und Fachleute unmittelbar zur Verfügung stehen.

Aus der gattungsbildenden EP 0 977 409 A2 ist es bekannt, zur Kurzschlußerkennung einen Repeater zur Verbindung von zwei Segmenten eines Bussystems zu verwenden, wobei der Repeater Mittel zur Erkennung des Signalzustandes am Bussystem, einen Zähler und Mittel zur Abtrennung angeschlossener Bussegemente aufweist. Diese bekannte Einrichtung ist jedoch recht aufwendig und verursacht Laufzeiten im Bussystem. Diese bringen wiederum eine Reihe von Nachteilen mit sich, unter anderem begrenzen die zusätzlichen Laufzeiten die maximale Leitungslänge des Bussystems insgesamt. Außerdem können diese Einrichtungen nicht an jeder Busankopplung eingebaut werden, da sonst das Zeitverhalten des Bussystems nicht mehr eingehalten werden kann.

Bei einem optischen Bussystem nach DE 39 38 856 A1 werden Prüfsignale in die einzelnen Segmente gesendet, um Fehler festzustellen, was ebenfalls mit erheblichem Aufwand und einer Beeinträchtigung des Betriebs des Bussystems verbunden ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bei Bussystemen auftretenden Fehler ohne umfangreiche und zeitraubende Suche sofort zu lokalisieren.

Diese Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung gelöst, die

• - eine Überwachungseinrichtung zur Vornahme physikalischer Messungen an den Busanschlüssen und zum Vergleich der Meßergebnisse mit vorgegebenen Werten,
• - eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe einer Nachricht, ob und welche Teilstrecke fehlerhaft ist, und
• - eine in der Überwachungseinrichtung enthaltene Einrichtung, die bei nicht getrennten Busanschlüssen Messungen durchführt, bei fehlerhaftem Meßergebnis über eine Schalteinrichtung die Busanschlüsse voneinander trennt, Messungen an dem einen und an dem anderen Busanschluß vornimmt und die Ausgabeeinrichtung entsprechend dem Ergebnis dieser Messungen ansteuert,

umfaßt.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann im Bussystem auftretende Fehler sofort erkennen und in geeigneter Weise anzeigen. Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung sind nur wenige elektrische und elektronische Bauteile erforderlich, so daß die Anordnung als preiswerter Zwischenstecker ausgeführt werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und die damit mögliche schnelle Erkennung, Lokalisierung und Behebung von Fehlern werden Ausfallzeiten bei Fertigungsanlagen erheblich verringert.

Ferner ist eine Überwachung des Bussystems ohne einen die Datenübertragung störenden Eingriff solange möglich, wie kein Fehler erkannt wird. Erst bei Erkennen eines Fehlers wird der Bus innerhalb der erfindungsgemäßen Anordnung aufgetrennt, um den Fehler der jeweiligen Teilstrecke zuzuordnen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, daß die Einrichtung programmgesteuert ist und in vorgegebenen Zeitabständen bei nicht getrennten Busanschlüssen Messungen durchführt.

Bei dieser Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, daß die Messungen folgende Schritte umfassen: Messen der Spannungen der Busleitungen gegen Masse, Messen der Spannung zwischen den Busleitungen, Prüfen auf Kurzschluß zwischen den Busleitungen, Prüfen auf Kurzschluß zwischen den Busleitungen und Masse. Damit können praktisch alle physikalisch meßbaren Fehler erkannt und lokalisiert werden.

Um eine sofortige Fehlermeldung bei kurzzeitig auftretenden Fehlern zu vermeiden, die an sich die Datenübertragung bei geeigneten fehlertoleranten Protokollen nicht stören, ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß nach Feststellung eines Fehlers bei einer Messung mit nicht getrennten Busanschlüssen und darauffolgenden Messungen bei getrennten Busanschlüssen, ohne daß Fehler festgestellt werden, ein Fehlertoleranzzähler inkrementiert wird und daß bei Überschreiten des Inhalts des Fehlertoleranzzählers eines vorgegebenen Wertes eine Fehler-Ausgabe erfolgt.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Überwachungseinrichtung von einem Mikrocontroller gebildet wird, der die Schalteinrichtung und einen Multiplexer steuert, daß der Multiplexer Meßleitungen zwischen den Busanschlüssen umschaltet und daß analoge Meßgrößen über einen Analog/Digital-Wandler dem Mikrocontroller zuführbar sind. Diese Bauelemente sind in geeigneter Ausführung preiswert auf dem Markt erhältlich. Der Mikrocontroller kann für die Zwecke der erfindungsgemäßen Anordnung in einfacher Weise programmiert werden und bereits den Analog/Digital-Wandler enthalten.

Andere vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen darin, daß die Anordnung ferner einen Anschluß für das Gerät (Geräteanschluß) aufweist und als Zwischenstecker zwischen dem Bussystem und dem Gerät ausgebildet ist und daß die Ausgabeeinrichtung aus je einer Leuchte, vorzugsweise einer Leuchtdiode, für die Teilstrecken besteht.

Durch das Aufleuchten der Leuchtdiode, die vorzugsweise in einer Warnfarbe, beispielsweise rot, gehalten ist, läßt sich die jeweils fehlerhafte Teilstrecke des Bussystems auch von ungeschultem Personal sofort erkennen und gegebenenfalls durch ein neues Kabel ersetzen oder reparieren.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung ist unabhängig von den jeweils zur Datenübertragung verwendeten Protokollen des Bussystems. Bereits installierte Bussysteme können ohne Probleme mit erfindungsgemäßen Anordnungen versehen werden. Erfindungsgemäße Anordnungen können für die unterschiedlichen Bustypen verwendet werden und sind auf Ein- oder Mehrleitungs-Bussysteme anwendbar. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Bussystem ein Feldbussystem, insbesondere ein CAN-Bussystem, ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bussystems, das mit erfindungsgemäßen Anordnungen ausgerüstet ist,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 3 ein detaillierteres Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, das die einzelnen Überwachungsschritte darstellt und ein Programm im Mikrocontroller bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wiedergibt.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Das in Fig. 1 dargestellte Bussystem besteht aus Teilstrecken A bis G, an die über jeweils eine erfindungsgemäße Anordnung 1.1 bis 1.6 ein Gerät 2.1 bis 2.6 angeschlossen ist. Tritt nun in einer der Teilstrecken A bis G ein physikalisch meßbarer Fehler auf, wird dieses von den erfindungsgemäßen Anordnungen erkannt, worauf innerhalb der Anordnungen 1 . . die Teilstrecken voneinander getrennt werden, so daß die Anordnungen 1 . . nach jeweils beiden Richtungen getrennt Messungen durchführen. Damit wird auch die Teilstrecke erkannt, in welcher sich der Fehler befindet.

Nach einer vordefinierten Zeit im Millisekunden-Bereich schalten diejenigen Anordnungen - im folgenden auch Module genannt -, welche rechts und links von sich aus gesehen keinen Fehler erkennen, die Teilstrecke wieder zu. Ist in dem Beispiel nach Fig. 1 in der Teilstrecke C ein Fehler aufgetreten, so werden die Module 1.1, 1.4, 1.5 und 1.6 wieder schließen. Nur die Module 1.2 und 1.3 halten die Trennung aufrecht und zeigen die fehlerhafte Teilstrecke C an.

Zur Erlangung der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung ist es nicht erforderlich, an jedem Gerät das ohnehin zur Verbindung mit dem Bussystem vorhandene T-Stück durch ein Modul zu ersetzen. So sind beispielsweise innerhalb von Anlagen besonders kritische Teilstrecken vorhanden. Solche kritischen Teilstrecken sind beispielsweise Verbindungen mit vielen Bewegungen und dadurch entstehenden mechanischen Belastungen, beispielsweise mit Robotern und Positionsierungsschlitten. Wegen der dort mit größerer Wahrscheinlichkeit auftretenden Fehler ist eine Überwachung dieser Teilstrecken mit der erfindungsgemäßen Anordnung wichtiger als eine Überwachung anderer Teilstrecken, die nicht solchen Belastungen ausgesetzt sind.

Das in Fig. 2 dargestellte Modul 1 ist für ein Zweileitungs-Bussystem, insbesondere den CAN-Bus, ausgelegt und weist Anschlüsse 3, 4 für eine linke Teilstrecke L und 5, 6 für eine rechte Teilstrecke R auf. Ferner sind Anschlüsse 7, 8 für das Gerät vorgesehen. Wegen der kompakten Baugröße kann das Modul einen ansonsten verwendeten T-Stecker in einfacher Weise ersetzen. Eine Überwachungseinrichtung 10 steuert ein Relais 11, dessen Kontakte 12 eine Schalteinrichtung zur Trennung der Busanschlüsse 3, 4; 5, 6 bilden. Die Busanschlüsse für die Leitungen CAN-H und CAN-L sind ferner mit der Überwachungseinrichtung 10 verbunden, welche die physikalischen Messungen, wie im folgenden anhand der Fig. 3 und 4 beschrieben, durchführt. Leuchtdioden 13, 14 zeigen an, auf welcher Teilstrecke L, R ein Fehler aufgetreten ist.

Fig. 3 zeigt das Modul in detaillierterer Darstellung. Dabei wird die Überwachungseinrichtung 10 (Fig. 2) von einem Mikrocontroller 21 mit einem Analog/Digital-Wandler 22, einer Stromquellenschaltung 23 und einem Multiplexer 24 gebildet. Binärausgänge (Schaltausgänge) des Mikrocontrollers sind it den Leuchtdioden 13, 14, dem Relais 11, Steuereingängen einer Stromquellenschaltung 23 und einem Steuereingang des Multiplexers 24 verbunden, damit dieser zwischen den Busanschlüssen 3, 4 und 5, 6 umgeschaltet werden kann. Der Analog/Digital-Wandler 22 hat zwei Eingänge, so daß an den vier Busanschlüssen 3 bis 6 die jeweils anliegende Spannung gemessen werden kann. Im Falle des CAN-Busses sind dies im Ruhezustand für die Leitung CAN-H +2,5 V und für die Leitung CAN-L ebenfalls +2,5 V. Weichen die gemessenen Spannungen von diesen Werten um ein vorgegebenes Maß ab, erkennt der Mikrocontroller 21 einen Fehler.

Zur Kurzschlußmessung wird ein vorgegebener Strom von der Stromquellenschaltung 23 auf die jeweilige Leitung gegeben, worauf über den Analog/Digital-Wandler 22 die dann anliegende Spannung gemessen wird. Dabei wird der vorgegebene Strom bzw. ein als Stromquelle dienender Widerstand derart bemessen, daß sich die Spannungen auf den Busleitungen während des Betriebes, das heißt, sowohl für den Pegel L als auch für den Pegel H, nur geringfügig ändern, so daß keine Störung der Datenübertragung erfolgt. Eine Rücksetztaste 25 dient zum Rücksetzen des Mikrocontrollers 21, nachdem ein Fehler angezeigt wurde.

Ein Beispiel für den Ablauf der Überwachung ist in Form eines Ablaufschemas in Fig. 4 dargestellt. Nach einer Initialisierung 31 werden bei 32 folgende Messungen durchgeführt: Messungen der Spannungen U an den Leitungen CAN-H und CAN-L gegen Masse, Messen der Spannung U zwischen den Leitungen CAN-H und CAN-L, Prüfen auf Kurzschluß bzw. Messen des Widerstandes zwischen CAN-H und CAN-L, Prüfen der Leitungen CAN-H und CAN-L gegen Masse. Nach den Messungen erfolgt eine Verzweigung 33 in Abhängigkeit davon, ob alle Meßergebnisse M in den zulässigen Bereichen zwischen jeweils einem unteren und oberen Grenzwert GU, GO sind. Zutreffendenfalls - in Fig. 4 durch ein Y gekennzeichnet - folgt eine Wartezeit 34 von beispielsweise 300 ms, worauf bei 35 das Programm wieder zu den Messungen 32 springt, solange ein Abbruchfleck FL nicht gesetzt ist.

Wird jedoch bei 33 festgestellt, daß eines der Meßergebnisse nicht im zulässigen Bereich liegt, werden bei 36 die Bussegmente voneinander getrennt. Daraufhin werden bei 37 an den Busanschlüssen 3 und 4 (Fig. 3) die gleichen Messungen wie bei geschlossenem Relais durchgeführt. Bei 38 erfolgt eine Verzweigung in Abhängigkeit davon, ob diese Meßergebnisse ML in den zulässigen Bereichen liegen. Ist dies nicht der Fall, wird bei 42 die Leuchtdiode 13 (Fig. 3) eingeschaltet. Ansonsten werden bei 39 die gleichen Messungen an den Busanschlüssen 5 und 6 (Fig. 3) durchgeführt.

Danach erfolgt eine Verzweigung 40 in Abhängigkeit davon, ob diese Meßergebnisse MR in zulässigen Bereichen liegen. Ist dies nicht der Fall, wird bei 41 die Leuchtdiode 14 (Fig. 3) eingeschaltet. Sind jedoch die Meßergebnisse an den Busanschlüssen 5 und 6 ebenfalls innerhalb der zulässigen Bereiche, wird bei 43 das Relais wieder geschlossen, so daß die Datenübertragung fortgesetzt wird und zunächst keine Fehleranzeige erfolgt. Ein Fehlertoleranzzähler F wird jedoch inkrementiert.

Bei 44 erfolgt eine Verzweigung in Abhängigkeit davon, ob der Fehlertoleranzzähler F eine maximale Fehlerzahl F_MAX überschritten hat. Ist dies nicht der Fall, wird bis zur nächsten Messung 32 wiederum abgewartet. Ist jedoch die maximale Zählerzahl überschritten, werden bei 45 beide Leuchtdioden 13, 14 eingeschaltet. Dies sagt dem Bedienungspersonal, daß häufig kurzzeitige Fehler aufgetreten sind, die jedoch keiner der Teilstrecken zugeordnet werden können.

Nach dem Anzeigen eines Fehlers bei 41, 42 und 45 wird bei 46 ein Abbruchfleck FL gesetzt, was bewirkt, daß die Rückführung 35 übersprungen wird. Daraufhin wird bei 47 das Abbruchfleck zurückgesetzt und innerhalb einer Warteschleife 48, 49 auf eine Betätigung der Rücksetztaste gewartet. Wird diese betätigt, wird bei 50 der Mikrocontroller 21 zurückgesetzt, so daß er das Programm mit Messungen bei 32 wieder beginnen kann.

Claims (8)

1. Anordnung zur Überwachung eines Bussystems, bei dem mehrere Geräte durch Teilstrecken des Bussystems miteinander verbunden sind, mit je einem Anschluß für die mit dem Gerät zu verbindenden Teilstrecken (Busanschlüsse), gekennzeichnet durch
eine Überwachungseinrichtung (10; 21 bis 24) zur Vornahme physikalischer Messungen an den Busanschlüssen (3, 4; 5, 6) und zum Vergleich der Meßergebnisse mit vorgegebenen Werten,
eine Ausgabeeinrichtung (13, 14) zur Ausgabe einer Nachricht, ob und welche Teilstrecke (L, R) fehlerhaft ist, und
eine in der Überwachungseinrichtung enthaltene Einrichtung, die bei nicht getrennten Busanschlüssen (3, 4; 5, 6) Messungen durchführt, bei fehlerhaftem Meßergebnis über eine Schalteinrichtung (11, 12) die Busanschlüsse (3, 4; 5, 6) voneinander trennt, Messungen an dem einen und an dem anderen Busanschluß (3, 4; 5, 6) vornimmt und die Ausgabeeinrichtung (13, 14) entsprechend dem Ergebnis dieser Messungen ansteuert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung programmgesteuert ist und in vorgegebenen Zeitabständen bei nicht getrennten Busanschlüssen (3, 4; 5, 6) Messungen durchführt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen folgende Schritte umfassen: Messen der Spannungen der Busleitungen (CAN-H, CAN-L) gegen Masse, Messen der Spannung zwischen den Busleitungen (CAN-H, CAN-L), Prüfen auf Kurzschluß zwischen den Busleitungen (CAN-H, CAN-L), Prüfen auf Kurzschluß zwischen den Busleitungen (CAN-H, CAN-L) und Masse.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Feststellung eines Fehlers bei einer Messung mit nicht getrennten Busanschlüssen und darauffolgenden Messungen bei getrennten Busanschlüssen, ohne daß Fehler festgestellt werden, ein Fehlertoleranzzähler inkrementiert wird und daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Wertes des Inhalts des Fehlertoleranzzählers eine Fehler-Ausgabe erfolgt.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung von einem Mikrocontroller (21) gebildet wird, der die Schalteinrichtung (11, 12) und einen Multiplexer (24) steuert, daß der Multiplexer (24) Meßleitungen zwischen den Busanschlüssen (3, 4; 5, 6) umschaltet und daß analoge Meßgrößen über einen Analog/Digital-Wandler (22) dem Mikrocontroller (21) zuführbar sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ferner einen Anschluß (7, 8) für das Gerät (Geräteanschluß) aufweist und als Zwischenstecker zwischen dem Bussystem und dem Gerät ausgebildet ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabeeinrichtung aus je einer Leuchte (13, 14), vorzugsweise einer Leuchtdiode, für die Teilstrecken (L, R) besteht.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bussystem ein Feldbussystem, insbesondere ein CAN-Bussystem, ist.