DE10059072A1 - Einrichtung zur Übertragung von binären Daten zwischen zwei relativ zueinander verfahrbaren Teilnehmern - Google Patents
Einrichtung zur Übertragung von binären Daten zwischen zwei relativ zueinander verfahrbaren TeilnehmernInfo
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Abstract
Zwischen zwei relativ zueinander verfahrbaren Teilnehmern werden binäre Daten über eine Schleifleitung übertragen, wobei Sendedaten über einen energieverstärkenden Leitungskoppler auf die Schleifleitung gelangen. DOLLAR A Dadurch, dass die Schleifleitung (10) an ihren Enden offen ist, dass der Frequenzgehalt der auf die Schleifleitung (10) gelangenden Sendedaten (16) auf ein in Abhängigkeit von einer vorgegebenen maximalen Datenübertragungsrate zulässiges Maß begrenzt ist und dass die Schleifleitung (10) in Bezug auf den begrenzten Frequenzgehalt der Sendedaten (16) als elektrisch kurze Leitung ausgebildet ist, kann auf Abschlusswiderstände an den Enden der Schleifleitung (10) verzichtet werden, was auch zu einer Einsparung der ansonsten dort verbrauchten Energie führt. Der Leitungskoppler (7, 19) kann somit kleiner und leistungsärmer dimensioniert werden.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von
binären Daten zwischen zwei relativ zueinander verfahrbaren
Teilnehmern über eine Schleifleitung, wobei Sendedaten eines
sendenden Teilnehmers über einen energieverstärkenden Lei
tungskoppler auf die Schleifdrahtleitung gelangen.
Solche Einrichtungen der Firmen Stahl, Vahle oder Wampfler
sind unter den Bezeichnungen Stahltronic SLB4, POWERCOM bzw.
POWERTRANS bekannt. Die Enden der Schleifleitung sind mit
Abschlusswiderständen versehen, um Signalreflexionen und
daraus resultierende Störungen der Datenübertragung zu
vermeiden. Die Abschlusswiderstände sind im Hinblick auf die
jeweilige Datenübertragungsrate und die Länge der Schleiflei
tung dimensioniert und müssen bei Änderung dieser Größen
gegen entsprechend neu dimensionierte Abschlusswiderstände
ausgetauscht werden.
Gemäß der Erfindung ist bei der Einrichtung der eingangs
angegebenen Art vorgesehen, dass die Schleifleitung an ihren
Enden offen ist, dass der Frequenzgehalt der auf die Schleif
leitung gelangenden Sendedaten auf ein in Abhängigkeit von
einer vorgegebenen maximalen Datenübertragungsrate zulässiges
Maß begrenzt ist und dass die Schleifleitung in Bezug auf den
begrenzten Frequenzgehalt der Sendedaten als elektrisch kurze
Leitung ausgebildet ist. Die Erfindung bedient sich dabei an
sich bekannter Dimensionierungsregeln für elektrisch kurze
Leitungen, bei denen die Signalreflexionen an den Leitungsen
den keine bzw. nur vernachlässigbare Einflüsse auf die Sig
nal- bzw. Datenübertragung auf der Leitung haben. In Abhän
gigkeit von der maximal vorgesehenen Datenübertragungsrate
(Baudrate), der als Projektierungshilfe für die Einrichtung
eine maximal zulässige Schleifleitungslänge zugeordnet wird,
wird der Frequenzgehalt der in die Schleifleitung eingespeis
ten Sendedaten begrenzt. Als Folge kann auf Abschlusswider
stände verzichtet werden, was auch zu einer Einsparung der in
den Abschlusswiderständen verbrauchten Energie führt. Der
Leitungskoppler kann somit kleiner und leistungsärmer
dimensioniert werden.
Die Frequenzbegrenzung der Sendedaten erfolgt vorzugsweise
vor ihrer Energieverstärkung in dem Leitungskoppler, also
beispielsweise in dem sendenden Teilnehmer oder im Eingangs
bereich des Leitungskopplers, so dass die zur Frequenzbe
grenzung erforderlichen Mittel mit geringem Aufwand und
verlustleistungsarm ausgebildet sein können. Die Frequenz
begrenzung kann durch Tiefpassfilterung der Sendedaten mit
Dämpfung der dritten und höheren harmonischen Oberschwin
gungen oder durch Begrenzung der Steilheiten der Impulsflan
ken der Sendedaten begrenzt werden.
Die oben bereits erwähnten, an sich bekannten Dimensionie
rungsregeln für elektrisch kurze Leitungen sehen z. B. vor,
dass Reflexionen an den Leitungsenden für die Signalübertra
gung dann als unschädlich anzusehen sind, wenn die Leitungs
länge nur einen Bruchteil, insbesondere ein Zehntel der
Wellenlänge der Signalfrequenz beträgt. Bei Signalimpulsen,
wie dies bei binären Daten der Fall ist, liegen neben der
Grundschwingung weitere Oberschwingungen vor, die die Form
der Impulsflanken bestimmen. Die vorstehend genannte Dimen
sionierungsregel wird dann auf eine der Oberschwingungen
angewandt, was voraussetzt, dass die höheren Oberschwingungen
der Signalimpulse unterdrückt werden. Andere Dimensionie
rungsregeln für kurze Leitungen gehen von der Anstiegs- bzw.
Abfallzeit der Impulsflanken aus, und geben z. B. für diese
eine korrespondierende Frequenz an, die dem Kehrwert des
Produkts aus der Zahl π und der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der
Impulsflanken entspricht. Die Länge der elektrisch kurzen
Leitung ist dann wiederum nicht größer als ein Zehntel der zu
der ermittelten Frequenz gehörenden Wellenlänge. Auch wenn
den Dimensionierungsregeln zum Teil unterschiedliche Ansätze
zugrunde liegen, führen sie, zumindest größenordnungsmäßig,
zu vergleichbaren Ergebnissen.
Wenn die unterschiedlichen Teilnehmer weiter gegeneinander
verfahrbar sind, als die berechnete Länge der kurzen elek
trischen Leitung, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen,
dass die Schleifleitung segmentweise als elektrisch kurze
Leitung ausgebildet ist, wobei die Sendedaten eines orts
festen sendenden Teilnehmers jedem Segment der Schleifleitung
über einen eigenen Leitungskoppler energieverstärkt zugeführt
werden. Der ortsfeste Teilnehmer und die Leitungskoppler
können dann über einen gemeinsamen Datenbus miteinander
verbunden sein. Da auf dem Datenbus im Unterschied zu der
Schleifleitung keine energiereichen Signale übertragen werden
müssen, braucht der Datenbus nicht segmentiert zu sein,
sondern kann aufwandsarm an seinen Enden mit seinem Wellen
widerstand abgeschlossen sein.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf
die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, von denen
Fig. 1 ein erstes und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsge
mäßen Einrichtung zeigen.
Die die Fig. 1 gezeigte Einrichtung enthält einen ortsfesten
Teilnehmer 1 und zwei oder mehr mobile Teilnehmer 2 und 3,
die hier z. B. in Fahrzeugen 4 und 5 entlang einer Schiene 6
verfahrbar sind. Einsatzgebiete für solche Fahrzeuge sind
beispielsweise Hochregallager, Krananlagen, Aufzüge, Trans
porteinrichtungen, Hängebahnen, Werkzeugwechselwagen usw. In
der Regel enthalten die Fahrzeuge hier nicht gezeigte Automa
tisierungsgeräte, die über die fahrzeugeigenen Teilnehmer und
den ortsfesten Teilnehmer untereinander bzw. mit einem orts
festen Leitsystem kommunizieren. Die Teilnehmer 1, 2 und 3,
die hier sowohl sende- als auch empfangsfähig ausgebildet
sind, sind über Leitungskoppler 7, 8 und 9 an einer
zweiadrigen Schleifleitung 10 angeschlossen, wobei im Fall
der mobilen Teilnehmer 2 und 3 der Anschluss über Abnehmer 11
erfolgt. Die Leitungskoppler 7, 8 und 9 dienen dazu, von den
zugeordneten Teilnehmern 1, 2 und 3 gesendete binäre Sende
daten energieverstärkt auf die Schleifleitung 10 zu geben
bzw. energieverstärkte Signale auf der Schleifleitung 10 in
energiearme Empfangsdaten für die Teilnehmer 1, 2 und 3
umzusetzen. Sendedaten werden, bevor sie verstärkt werden, in
Einrichtungen 12, 13 und 14 bezüglich ihres Frequenzgehalts
begrenzt. Die Schleifleitung 10 ist an beiden Enden offen,
d. h. ohne Abschlusswiderstände. Die Stromversorgung der
Fahrzeuge 4 und 5 kann durch Batterien oder in an sich
bekannter Weise über dafür vorgesehene weitere Schleiflei
tungen erfolgen, die hier aber nicht dargestellt sind.
In Abhängigkeit von der vorgesehenen Datenübertragungsrate
(Baudrate) von beispielsweise B = 500 kbit/s ist die Fre
quenzbegrenzung der Sendedaten in den Einrichtungen 12, 13
und 14 eingestellt bzw. die maximale Länge L der Schleiflei
tung 10 wie folgt bestimmt. Aus der Baudrate B = 500 kbit/s
ergibt sich die Grundschwingungsfrequenz der Sendedaten 15
beispielsweise des Teilnehmers 1 mit f = B/2 = 250 kHz. Wird
in der Einrichtung 12 beispielsweise durch Tiefpassfilterung
oder durch Begrenzung der Steilheiten der Impulsflanken der
Sendedaten der Frequenzgehalt der Sendedaten oberhalb der
dritten harmonischen Oberschwingungen f3 = 3f = 750 kHz ge
dämpft (frequenzbegrenzte Sendedaten 16), so kann die Länge L
der offenen Schleifleitung 10 nach der Dimensionierungsregel
L < λ/10 = c0/10f3 bis zu 40 m betragen, ohne dass Reflexi
onen an den Leitungsenden die Datenübertragung beeinflussen.
In der Dimensionierungsregel bezeichnen λ die Wellenlänge der
dritten harmonischen Oberschwingung und c0 die Wellenaus
breitungsgeschwindigkeit, hier Lichtgeschwindigkeit, auf der
Schleifleitung 10.
Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist die Verfahrstrecke (Schiene
6) für die Fahrzeuge 4 und 5 mit den Teilnehmern 2 und 3
länger als die für die offene Leitung berechnete Länge L. Die
Schleifleitung 10 ist daher in voneinander getrennte aufein
ander folgende Segmente 17 und 18 unterteilt, wobei jedes
Segment 17, 18 bezüglich seiner Länge als elektrisch kurze
Leitung ausgebildet ist und über einen eigenen Leitungs
koppler 7 bzw. 19 und einen diesen gemeinsamen Datenbus 20
mit dem ortsfesten Teilnehmer 1 verbunden ist. Der Datenbus
20 ist nicht segmentiert sondern angesichts seiner Länge mit
seinem Wellenwiderstand 21 abgeschlossen. Wie angedeutet ist,
kann die Einrichtung 12 zur Frequenzbegrenzung der Sendedaten
des Teilnehmers 1 alternativ auch im Bereich der Eingänge 22
und 23 der Leitungskoppler 7 und 9 vorgesehen sein.
Claims (8)
1. Einrichtung zur Übertragung von binären Daten zwischen
zwei relativ zueinander verfahrbaren Teilnehmern (1, 2, 3)
über eine Schleifleitung (10), wobei Sendedaten (15, 16)
eines sendenden Teilnehmers (z. B. 1) über einen energiever
stärkenden Leitungskoppler (7) auf die Schleifleitung (10)
gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schleifleitung (10) an ihren Enden offen ist, dass der Fre
quenzgehalt der auf die Schleifleitung (10) gelangenden Sen
dedaten (16) auf ein in Abhängigkeit von einer vorgegebenen
maximalen Datenübertragungsrate zulässiges Maß begrenzt ist
und dass die Schleifleitung (10) in Bezug auf den begrenzten
Frequenzgehalt der Sendedaten (16) als elektrisch kurze Lei
tung ausgebildet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass der Frequenzgehalt der Sendedaten (15,
16) begrenzt wird, bevor diese energieverstärkt werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass die dritte und höhere harmoni
sche Oberschwingungen der Sendedaten (15, 16) durch Tiefpass
filterung gedämpft werden.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Steilheit der Impulsflanken
der Sendedaten (15, 16) begrenzt werden.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der
Schleifdrahtleitung (10) nicht größer als näherungsweise ein
Zehntel der Wellenlänge der dritten harmonischen Oberschwin
gung der Sendedaten (16) ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der
Schleifleitung (10) nicht größer als näherungsweise ein
Zehntel der Wellenlänge ist, die dem Kehrwert des Produkts
aus der Zahl π und der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der
Impulsflanken der Sendedaten (16) entspricht.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei langen
Verfahrstrecken der mobilen Teilnehmer (2, 3) die Schleif
leitung (10) segmentweise (Segmente 17, 18) als elektrisch
kurze Leitung ausgebildet ist, wobei die Sendedaten (15, 16)
eines ortsfesten sendenden Teilnehmers (1) jedem Segment (17,
18) der Schleifleitung (10) über einen eigenen Leitungs
koppler (7, 19) energieverstärkt zugeführt werden.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, dass der ortsfeste sendende Teilnehmer (1)
und die Leitungskoppler (7, 19) über einen gemeinsamen
Datenbus (20) miteinander verbunden sind und dass der Daten
bus (20) an seinen Enden mit seinem Wellenwiderstand abge
schlossen ist.
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