DE10059072A1

DE10059072A1 - Einrichtung zur Übertragung von binären Daten zwischen zwei relativ zueinander verfahrbaren Teilnehmern

Info

Publication number: DE10059072A1
Application number: DE2000159072
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Linzmaier; Steffen Moehrer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-13

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

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.