DE10112844C2

DE10112844C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Online-Prüfung von Feldbuseinrichtungen

Info

Publication number: DE10112844C2
Application number: DE10112844A
Authority: DE
Inventors: Andreas Stein
Original assignee: Softing AG
Current assignee: Softing AG
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2003-06-12
Anticipated expiration: 2021-03-17
Also published as: DE10112844A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Online-Prüfung von Feld buseinrichtungen, wobei wenigstens ein Teilnehmer, vorzugsweise mehrere Teilnehmer, über eine Feldbusleitung mit einer Prüfeinrichtung verbunden sind und die Teilnehmer über die Feldbusleitung Daten gemäß einem vorgegebenen Protokoll austauschen.

Die DE 42 25 595 beschreibt ein Verfahren zum Testen von Kabelsegmenten in einem loka len Netzwerk mit Einspeisung eines Meßimpulses am Kabelanfang und Auswertung der re flektierten Impulsantwort. Bei dem beschriebenen Verfahren wird erkannt, ob das Netz mo mentan frei ist; anschließend wird ein Impulsgeber aktiviert, und wenn nach einer spezifi zierten Wartezeit das Netz immer noch frei ist, wird der Meßimpuls eingespeist. Dabei arbei tet der Impulsgeber wie ein normaler Busteilnehmer, der einen Token zum Senden und/oder Empfangen von Daten erhält. Der normale Datenverkehr ist während der Messung unterbro chen.

Feldbussysteme haben sich in den letzten Jahren in vielen Bereichen der Industrie als Kom munikationssystem etabliert. Bekannte Arten von Feldbussystemen sind beispielsweise CAN oder PROFIBUS. Der grundsätzliche Aufbau eines Feldbussystems ist in Fig. 1 gezeigt.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Feldbussystem eine Feldbusleitung 10 aus einem zwei- oder mehradrigen Feldbuskabel, an die mehrere Teilnehmer 12-1, 12-2, . . . 12-N angeschlossen sind. Die Feldbusleitung 10 ist an ihren beiden Enden mit jeweils einem Busabschlußnetz werk 14 abgeschlossen, um Signalstörungen durch Reflexionen auf der Feldbusleitung 10 zu vermeiden. Einer der Teilnehmer kann eine übergeordnete Steuereinrichtung, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), sein und/oder eine Schnittstelle (Gateway) zu einem weiteren Netzwerk bilden. Daten werden zwischen den Teilnehmern 12 über die Feldbusleitung 10 übertragen. Die Anzahl der Teilnehmer, die an einen Feldbus angeschlos sen sind, ist variabel und liegt bei üblichen Feldbussystemen im Bereich von 2 bis etwa 30 Teilnehmerschaltungen. Die Teilnehmer 12 können alle Arten von Feldgeräten sein, die dem Fachmann bekannt sind. Die Begriffe Teilnehmer und Teilnehmerschaltungen werden in die ser Beschreibung allgemein zur Bezeichnung von Feldgeräten verwendet.

In Feldbussystemen können aufgrund von Fehlern an der Feldbusleitung 10, dem Busab schlußnetzwerk 14 oder den Teilnehmeranschlüssen 12 Störungen auftreten, die zu einer feh lerhaften Datenübertragung und im schlimmsten Fall zu einer Fehlfunktion oder einem Ge samtausfall des Systems führen können. Fehler an der Feldbusleitung 10 sind insbesondere Kurzschlüsse und Leitungsunterbrechungen im Feldbuskabel. Die Fehler im Busabschluß- Netzwerk betreffen insbesondere das Fehlen eines Busabschlusses, die Einstellung des Busabschlußnetzwerkes auf einen zu hohen oder zu niedrigen Impedanzwert sowie Kurz schlüsse im Busabschlußnetzwerk. Fehler an den Teilnehmeranschlüssen betreffen insbeson dere eine zu hohe Eingangskapazität oder einen zu kleinen Eingangswiderstand der Teilnehmer schaltungen 12 sowie eine zu lange Stichleitung von der Feldbusleitung 10 zum Teilnehmer 12.

Ein Beispiel für eine Feldbuseinrichtung des Standes der Technik findet man in dem U.S.- Patent 5,333,114.

Im Stand der Technik werden für die Erfassung und Lokalisierung solcher Störungen in den Datenleitungen der Feldbussysteme die Feldbusleitungen in der Regel abschnittsweise, d. h. für jeden Abschnitt zwischen zwei Teilnehmern getrennt, geprüft. Hierfür wird der Datenver kehr zwischen den Teilnehmern des Feldbussystems unterbrochen; die Busteilnehmer werden nacheinander von der Feldbusleitung abgeklemmt, und die Leitung wird abschnittsweise mit Handheld-Geräten geprüft, indem z. B. ein Testsignal auf den Leitungsabschnitt gesendet und dessen Reflexion gemessen wird. Es gibt auch Prüfverfahren, bei denen alle Teilnehmer gleichzeitig abgeklemmt oder abgeschaltet werden und die Feldbusleitung insgesamt geprüft wird.

Diese Art der Hardwareprüfung von Feldbussystemen ist sehr zeit- und arbeitsaufwendig und läßt sich beim laufenden Betrieb des Feldbussystems nicht realisieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Online-Prüfung für Feldbuseinrichtungen anzugeben, die es ermöglichen, Fehler an Feldbus datenleitungen, wie Kabelbrüche, Defekte oder fehlende Leitungsabschlüsse und dergleichen, im laufenden Betrieb des Feldbussystems, d. h. während des aktiven Datenverkehrs auf der Feldbusleitung, erkennen zu können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten von Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7 gelöst.

Die Erfindung sieht in Anspruch 1 ein Verfahren zur Online-Prüfung von Feldbuseinrichtun gen vor, wobei wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Teilnehmer über eine Feldbusleitung mit einer Prüfeinrichtung verbunden sind und die Teilnehmer über die Feldbusleitung Daten gemäß einem vorgegebenen Protokoll übertragen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird von der Prüfeinrichtung ermittelt, wann das Protokoll eine inaktive Phase aufweist, und während der inaktiven Phase des Protokolls wird ein Prüfsignal auf die Feldbusleitung gesen det, ohne das Protokoll zu unterbrechen. Die Reflexion des Prüfsignals auf der Feldbusleitung wird erfaßt und ausgewertet, um abhängig davon Störungen und Fehler des Feldbussystems zu erfassen.

Erfindungsgemäß kann somit die Überprüfung der Feldbusleitung während des laufenden Datenverkehrs der Feldbuseinrichtung vorgenommen werden, wobei das Meßsignal den Da tenverkehr auf dem Feldbus nicht stört. Durch Ermitteln der inaktiven Phase des Protokolls wird sichergestellt, daß das Prüfsignal nur dann gesendet wird, wenn kein anderer Busteil nehmer den Feldbus benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für solche Feld bussysteme, die eine ausreichend lange, inaktive Phase im Busprotokoll vorsehen, welche das Senden eines Prüfsignals und Erfassen der Reflexion des Prüfsignals erlaubt, und bei denen das Prüfsignal in dieser inaktiven Phase nicht als ein Daten- oder Steuersignal fehlinterpretiert wird und zu einem Fehler im Protokoll führt.

Die Ermittlung des Prüfzeitpunkts ist protokollabhängig. Die Erfindung sieht daher vor, das Protokoll zu interpretieren und zu analysieren, um den Beginn der inaktiven Phase zu erfassen. Der erfaßte Beginn der inaktiven Phase kann als ein Startzeitpunkt zum Senden des Prüfsi gnals verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird das Prüfsignal vorzugsweise an einem Ende der Feldbusleitung einge speist, um Doppelreflexionen von beiden Leitungsenden, welche sich überlagern würden, zu vermeiden.

Das Prüfsignal ist vorzugsweise ein Rechteck-Spannungsimpuls kurzer Dauer, der eine genau definierte, gut auswertbare Signalantwort erzeugt, deren Amplitude und/oder Signalform aus gewertet werden kann.

Die Erfindung sieht gemäß Anspruch 8 ferner eine Vorrichtung zur Online-Prüfung von Feld buseinrichtungen mit wenigstens einem, vorzugsweise mehreren Teilnehmern vor, die über eine Feldbusleitung mit einer Prüfeinrichtung verbunden sind, wobei die Teilnehmer über die Feldbusleitung Daten gemäß einem vorgegebenen Protokoll übertragen. Die Prüfeinrichtung analysiert das Protokoll und ermittelt eine inaktive Phase des Protokolls, während derer ein Prüfsignal auf die Feldbusleitung gesendet werden kann. Hierzu sieht die Erfindung eine Meßeinrichtung vor, die mit der Feldbusleitung verbunden ist und das Prüfsignal erzeugt und während der inaktiven Phase des Protokolls auf die Feldbusleitung sendet, ohne das Protokoll zu unterbrechen. Die Meßeinrichtung erfaßt die Reflexion des Prüfsignals auf der Feldbus leitung und übergibt diese zusammen mit dem Prüfsignal an die Prüfeinrichtung, um das Prüf signal und seine Reflexion auszuwerten.

Die Meßeinrichtung ist von der Feldbusleitung vorzugsweise galvanisch entkoppelt. Die Feldbusleitung ist an ihren beiden Enden durch jeweils ein Busabschlußnetzwerk abgeschlos sen, und die Meßeinrichtung sollte an einem der beiden Enden der Feldbusleitung angeschlos sen werden. Die Prüfeinrichtung kann als aktiver oder passiver Teilnehmer des Feldbussy stems realisiert sein; bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Prüfeinrichtung in ein Gateway integriert, d. h. in eine Teilnehmer-Schaltung, die eine Schnittstelle zu einem weite ren Netzwerk bildet. Die Prüfeinrichtung kann jedoch auch einen selbständigen (passiven) Teilnehmer bilden, der an dem eigentlichen Datenverkehr auf der Feldbusleitung nicht teil nimmt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Meßeinrichtung über eine Anpassungs schaltung mit galvanischer Entkopplung mit der Feldbusleitung verbunden und weist einen Analog-Digital-Wandler und einen Speicher auf. Die Prüfeinrichtung umfaßt vorzugsweise eine Feldbus-Steuereinheit zur Steuerung und Analyse des Feldbus-Protokolls sowie eine Netzwerk-Steuereinheit zur Verbindung der Feldbuseinrichtung mit einem übergeordneten Netzwerk. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Prüfung der Feldbuseinrichtung ferngesteuert durchgeführt werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Anzeige- und Bedieneinheit vorgesehen, die mit der Prüfeinrichtung verbunden ist, um die Prüfung der Feldbuseinrich tung vor Ort durchzuführen.

Die Erfindung schafft ein einfaches und zuverlässiges System, mit dem Fehler an Feldbusda tenleitungen, wie Kabelbrüche, defekte oder fehlerhafte Leitungsabschlüsse, Kurzschlüsse oder dergleichen während des laufenden Betriebs des Feldbussystems, d. h. bei aktivem Bus verkehr, erfaßt werden können. Die Überprüfung des Feldbussystems kann vor Ort oder, bei Verbindung des Feldbussystems mit einem Datennetzwerk von einer räumlich entfernten Computerstation durchgeführt werden. Die Überprüfung des Feldbussystems kann auch ohne einen Benutzereingriff beispielsweise durch bestimmte Ereignisse oder Zeitpunkte ausgelöst werden, wobei das Prüfungsergebnis aktiv auf der Anzeige- und Bedieneinheit angezeigt und/oder über das übergeordnete Netzwerk gemeldet werden kann.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren beruht auf der Erkennung eines geeigneten Zeitpunktes, während einer inaktiven Phase des Datenübertragungsprotokolls zur Einspeisung eines akti ven Prüfsignals, der Einspeisung dieses Prüfsignals in Form eines Spannungsimpulses wäh rend des laufenden Feldbusbetriebs, der Messung und Speicherung des von der Feldbuslei tung, d. h. dem Buskabel reflektierten Signals und der Auswertung des Prüfsignals und der gemessenen Reflexion sowie der Übermittlung des ausgewerteten Meßergebnisses an einen Benutzer oder eine übergeordnete Station oder dergleichen. Für die erfindungsgemäße Über prüfung der Feldbuseinrichtung ist weder eine manuelle oder abschnittsweise Prüfung der Leitung noch ein Abklemmen der Busteilnehmer noch eine Unterbrechung des Datenverkehrs auf der Feldbusleitung notwendig. Das erfindungsgemäße System läßt sich ferner problemlos in vorhandene Feldbuseinrichtungen integrieren.

Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Feldbuseinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Grundstruktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Online- Prüfung von Feldbuseinrichtungen;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zur Erzeugung des Prüf signals und Erfassung der Reflexion des Prüfsignals auf der Feldbusleitung;

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild der Feldbusleitung und der Schaltung zum Erzeugen des Prüfsi gnalimpulses zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Impulsreflexionsmessung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines CAN-Protokollaufbaus, und

Fig. 6 eine Meßkurve, welche das Prüfsignal und die erfaßte Signalantwort des Prüfsignals auf der Feldbusleitung wiedergibt.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Online-Prüfung von Feldbuseinrichtungen mit weiteren Einzelheiten. In Fig. 2 ist ein Abschnitt der Feldbusleitung 10 gezeigt, welche der Feldbusleitung 10 aus Fig. 1 entspricht. An der Feldbusleitung 10 sind mehrere Teilneh merschaltungen 12 angeschlossen, und die beiden Enden der Feldbusleitung 10 sind mit Busab schlußnetzwerken 14 abgeschlossen, wie sich aus Fig. 1 ergibt.

Die Feldbusleitung 10 ist über eine Feldbussteuereinheit oder Feldbuscontroller 16 mit einer Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 verbunden. Die Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 ist über eine Netzwerksteuereinheit oder Netzwerkcontroller 20 mit einem übergeordneten Netzwerk 22, z. B. einem LAN (lokales Netz) oder WAN (Fernnetz), verbunden. Die Feldbus leitung 10 ist ferner mit einer Meßschaltung 24 verbunden, die auch mit der Steuer- und Ver arbeitungseinheit 18 gekoppelt ist. An die Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 ist eine Anzei ge- und Bedieneinheit 26 angeschlossen.

Die in Fig. 2 gezeigte Feldbussteuereinheit 16, Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 und Netzwerksteuereinheit 20 können in einer Prüfeinrichtung 28 zusammengefaßt oder als ge trennte Komponenten vorgesehen sein. Die Prüfeinrichtung ist bei einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung in ein Gateway integriert. Das übergeordnete Netzwerk 22 kann ein Datennetzwerk, wie das Internet oder Ethernet, oder eine Telefonleitung, beispielsweise eine ISDN-Leitung, ein Intranet oder jedes andere Kommunikationsnetzwerk sein.

Die Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 stellt die Verbindung zwischen der Feldbusleitung 10 und dem externen Netzwerk 22 her und steuert die Meßschaltung 24. Die Feldbussteuer einheit 16 umfaßt geeignete Hardware und Software für die Abarbeitung des Feldbusproto kolls. Teile des Protokolls können auch in der Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 gesteuert und analysiert werden. Die Netzwerksteuereinheit 20 arbeitet ein entsprechendes Protokoll für das externe Netzwerk 22 ab. Der Ablauf des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens kann lokal über die Anzeige- und Bedieneinheit 26 oder über das externe Netz 22 gesteuert werden. Bei lokaler Steuerung werden die Meßergebnisse vorzugsweise auf der Anzeige- und Bedienein heit 26 angezeigt. Die Überprüfung der Feldbuseinrichtung kann auch ohne Benutzereingriff, d. h. ohne Ansteuerung über das externe Netz 22 oder die Anzeige- und Bedieneinheit 26 durch bestimmte Ereignisse ausgelöst werden. Solche Ereignisse können das Erreichen einer bestimmten Uhrzeit oder das Auftreten bestimmter Triggersignale sein, die die Feldbussteuer einheit 16 aufgrund bestimmter, erfaßter Zustände der Feldbusleitung 10, insbesondere er faßter Fehler, auslöst.

Eine übliche Online-Prüfung gemäß der Erfindung kann beispielsweise wie folgt ablaufen. Die Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 erhält über das externe Netz 22 einen Befehl, eine Online-Prüfung durchzuführen. In Verbindung mit der Feldbussteuereinheit 16 wird das Pro tokoll für die Datenübertragung auf der Feldbusleitung 10 analysiert und ein Zeitpunkt ermit telt, zu dem eine Online-Prüfung während des gerade ablaufenden Busverkehrs durchgeführt werden kann. Dieser Zeitpunkt ist insbesondere eine inaktive Phase des Protokolls des Feld busverkehrs. Den gefundenen Zeitpunkt gibt die Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 an die Meßschaltung 24 weiter, welche die Online-Prüfung, wie unten näher beschrieben, durch führt. Die erfaßten Meßwerte werden an die Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 übergeben und von dieser ausgewertet. Die Ergebnisse werden abhängig von der gewünschten Art der Auswertung an übergeordnete Einheiten weitergeleitet, die an das externe Netzwerk 22 ange schlossen sein können, oder über die lokale Anzeige- und Bedieneinheit ausgegeben.

Da die Prüfung der Feldbuseinrichtung während des normalen Datenverkehrs auf der Feld busleitung 10 vorgenommen wird, darf das Prüfsignal den Busverkehr nicht stören. Daher muß sichergestellt werden, daß das Prüfsignal nur gesendet wird, wenn keine der Busteilneh mer-Schaltungen 12 Daten sendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit insbesondere bei solchen Feldbussystemen anwendbar, bei denen eine ausreichend lange, inaktive Phase im Busprotokoll vorgesehen ist und das Prüfsignal in dieser inaktiven Phase nicht als Daten- oder Steuersignal fehlinterpretiert werden kann.

Die Ermittlung des geeigneten Prüfzeitpunktes ist abhängig von dem Protokoll. Um den rich tigen Zeitpunkt zu ermitteln, muß daher das Protokoll von der Feldbussteuereinheit 16 inter pretiert und analysiert werden. Hierzu ist beispielhaft der Telegramm- oder Protokollaufbau für ein CAN-Netzwerk (Controller Area Network) mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Fig. 5 zeigt ein vollständiges Datenpaket, das mit einem Startbit beginnt und mit einem End-Of-Frame- Feld endet. Dem End-Of-Frame-Feld folgt ein 3 Bit langes Feld, das mit "Intermission" bezeichnet ist, innerhalb dessen kein Busteilnehmer 12 senden darf. Während dieser Phase kann somit das Prüfsignal gesendet werden. Hierzu analysiert die Feldbussteuereinheit 16 das Datenpaket und erkennt das End-Of-Frame-Feld. Dieses wird dazu verwendet, der Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 den Beginn des Intermission-Zeitraums anzuzeigen. Die Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 gibt ein entsprechendes Steuersignal, das gegebenenfalls zeitver zögert ist, an die Meßschaltung 24 aus, die daraufhin den Prüfimpuls erzeugt.

Das erfindungsgemäße Prüfverfahren beruht auf einer Messung nach dem sogenannten Im pulsreflexionsverfahren. Dieses ist im folgenden mit Bezug auf Fig. 4 erläutert, die ein Er satzschaltbild der Feldbusleitung 10 und eine Signalimpulserzeugungsschaltung zeigt. Die in Fig. 4 gezeigte Signalimpulserzeugungsschaltung umfaßt eine Spannungsquelle 30 mit einem Innenwiderstand 32 und einem Schalter 34, um einen kurzen Spannungs-Rechteckimpuls, der Spannung U₀ und der Dauer T_SP auf die Feldbusleitung 10 zu speisen. Die Dauer dieses Span nungsimpulses beträgt in der Praxis z. B. ungefähr 40 bis 50 ns. Im Ersatzschaltbild der Fig. 4 ist der Eingangswiderstand beim Punkt der Signaleinspeisung mit R_E bezeichnet und der Ab schlußwiderstand der Signalleitung mit R_V bezeichnet. Der Signalimpuls sollte bei der bevor zugten Ausführungsform der Erfindung immer an einem Ende der Feldbusleitung 10 einge speist werden, weil sich anderenfalls die Reflexionen von den beiden Leitungsenden überla gern würden und die Auswertung bestimmter Fehler nicht möglich wäre. Der Spannungsver lauf U_M an der Stelle der Einspeisung des Spannungsimpulses wird in sehr kurzen Zeitabstän den, in der Praxis z. B. alle 10 ns, gemessen und aufgezeichnet. Die Aufzeichnungsdauer wird so gewählt, daß die Reflexionen des Prüfsignals auch bei langen Leitungen in dem Meß- Zeitfenster liegen.

Bei Beendigung der Messung liegen eine Reihe von erfaßten Spannungswerten in zeitlicher Abfolge zur weiteren Auswertung vor. Aus dem zeitlichen Verlauf der Spannung wird bei der Auswertung auf die Eigenschaften in der Feldbusleitung 10 geschlossen, wobei sich Leitungs fehler durch typische Spannungsverläufe des Prüfsignals und der Impulsantwort und insbe sondere der Amplitude und der Signalform des Prüfsignals und der Impulsantwort äußern.

Fig. 6 zeigt einen typischen Verlauf der Signalantwort, d. h. des Prüfsignals und einer ersten und einer zweiten Reflexion des Prüfimpulssignals auf der Feldbusleitung 10. Wenn die Aus breitungsgeschwindigkeit der Signalwelle auf dem Kabel der Feldbusleitung bekannt ist, kann abhängig von der Zeit, die vom Aussenden des Prüfsignals bis zum Eintreffen der reflektier ten Welle vergeht, die Entfernung einer Störstelle wie folgt berechnet werden:

Abhängig von der Signalform und der Amplitude des Prüfsignals und der Reflexionen können mit diesem Meßprinzip grundsätzlich folgende Fehler erkannt werden:
Fehler an der Feldbusleitung 10, insbesondere Kurzschlüsse; Leitungsunterbrechungen und Leitungsabschnitte mit falschem Wellenwiderstand; Fehler an den Busabschluß-Netzwerken, insbesondere ein fehlender Busabschluß (Leerlauf); ein Busabschluß mit einem falschen, d. h. zu hohen oder zu niedrigen Widerstandswert; Kurzschlüsse im Busabschluß; fehlerhafte Parallel- und Serien-Kapazitäten, sowie Fehler in den Teilnehmeranschlüssen 12, und insbe sondere eine zu hohe Eingangskapazität oder ein zu kleiner Eingangswiderstand des Teilneh meranschlusses oder eine zu lange Stichleitung von der Feldbusleitung 10 zum Teilnehmer 12.

Mit Bezug auf das Blockschaltbild der Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Meß schaltung 24 gemäß der Erfindung beschrieben. Kernstück der Meßschaltung 24 ist eine Ab laufsteuereinrichtung 36, die eine Impulserzeugungsschaltung 38 zur Erzeugung des Prüfsi gnals sowie ein Schieberegister 40 zur Zwischenspeicherung der Meßdaten, d. h. des Meßim pulses und der gemessenen Reflexion des Meßimpulses auf der Feldbusleitung, aufweist. Die Impulserzeugungsschaltung 38 ist über eine Bustreiber-Endstufe 42 mit der Feldbusleitung 10 verbunden. Die Feldbusleitung 10 ist in Fig. 3 als zweiadriges Buskabel dargestellt. Die erfin dungsgemäße Meßschaltung 24 umfaßt ferner eine Signalanpassungsschaltung 44, welche die Meßdaten des Prüfsignals von der Feldbusleitung 10 empfängt und an einen Analog-Digital- Wandler 46 weitergibt. Der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 46 ist mit einem FIFO- Speicher 48 verbunden, dessen Ausgang zu dem Schieberegister 40 geführt ist. Die Ablauf steuereinrichtung 36 und das Schieberegister 40 sind mit einer Schnittstelle 50 zur Steuer- und Verarbeitungseinheit 18 verbunden. Anstelle des Schieberegisters 40 könnte beispiels weise auch eine parallele Schnittstelle zur Schnittstelle 50 der Steuer- und Verarbeitungsein heit 18 vorgesehen werden.

Die Bustreiber-Endstufe 42, die das Prüfsignal von der Meßschaltung 24 auf die Feldbuslei tung 10 sendet, sowie die Signalanpassungsschaltung 44, welche die Reflexion des Prüfsi gnals von der Feldbusleitung 10 erfaßt, sehen jeweils eine galvanische Entkopplung zwischen der Feldbusleitung 10 und der Meßschaltung 24 vor, um Schwierigkeiten aufgrund eines Masseversatzes zu vermeiden. Die von der Feldbusleitung 10 erfaßte Spannung wird von dem schnellen Analog-Digital-Wandler 46 in einen Binärwert umgesetzt und in dem First-In-First- Out-Speicher (FIFO-Speicher) 48 abgelegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung wird diese Zwischenspeicherung des erfaßten Signalwertes vorgesehen, weil die Abta strate so hoch ist, beispielsweise 100 MHz, daß die erfaßten Signalwerte von einer Standard- Hardware nicht in Realzeit verarbeitet werden können.

Die Impulserzeugungsschaltung 38 und die Bustreiber-Endstufe 42, welche ebenfalls eine Signalanpassungsschaltung umfaßt, erzeugen einen zeitlich und in seiner Spannung genau definierten Prüfimpuls, der auf die Feldbusleitung 10 gesendet wird. Der Betrieb der Meß schaltung 24 wird durch die Ablaufsteuereinrichtung 36 überwacht und gesteuert, welche die notwendigen Steuersignale für die Komponenten der Meßschaltung 24 erzeugt und die Kom munikation mit der übergeordneten Steuer- und Verarbeitungseinheit (Fig. 2) über die Schnittstelle 50 abwickelt. Die Ablaufsteuereinrichtung 36 erhält von der übergeordneten Steuer- und Verarbeitungseinheit einen Startimpuls für die Messung und liefert am Ende der Messung die in dem FIFO-Speicher 48 abgelegten Meßdaten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Online-Prüfung von Feld bussystemen können Fehler an Feldbusdatenleitungen, wie Kabelbrüche, Defekte oder feh lende Leitungsabschlüsse, Kurzschlüsse und Störungen der Teilnehmer bei laufendem Be trieb, d. h. bei aktivem Busverkehr erkannt werden. Über die Feldbussteuereinheit 16, welche das Protokoll der Datenübertragung interpretieren und analysieren kann, ist es auch möglich, eine Fehleranalyse auf höheren Protokollschichten, z. B. ISO/OSI-Layer 2 bis 7, durchzufüh ren; durch diese Analyse können z. B. Datenfehlern in Protokolltelegrammen, CRC-Fehler oder dergleichen erkannt werden; ferner ist es durch Analyse des Protokolls möglich, die An zahl der Teilnehmer an der Feldbusleitung 10, die Baudrate der Übertragung und andere Pa rameter des Protokolls zu ermitteln und anzuzeigen.

Durch eine Kombination der erfindungsgemäßen Online-Prüfung der Hardware (Layer 1) der Feldbuseinrichtung, einschließlich Fehleranalyse, mit einer Überprüfung auf höheren Proto koll-Schichten können zu gefundenen Fehlern und Störungen noch detailliertere Angaben über die Fehlerart gemacht werden, als es bei einer getrennten Fehleranalyse der verschiede nen Protokollschichten möglich wäre. Beispielsweise kann das Auftreten von Fehlern in einer höheren Protokollschicht (z. B. Fehler des Prüfbits) eine Überprüfung der Schicht 1 auslösen, um systematische Fehler von vorübergehenden Störungen zu unterscheiden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Bezugszeichenliste

10

Feldbusleitung

12

Teilnehmer

14

Busabschluß-Netzwerk

16

Feldbus-Steuereinheit

18

Steuer- und Verarbeitungseinheit

20

Netzwerk-Steuereinheit

22

externes Netzwerk

24

Meßschaltung

26

Anzeige- und Bedieneinheit

28

Prüfeinrichtung

30

Spannungsquelle

32

Innenwiderstand

34

Schalter

36

Ablaufsteuereinrichtung

38

Impulserzeugungs-Schaltung

40

Schieberegister

42

Bustreiber-Endstufe

44

Signalanpassungsschaltung

46

Analog-Digital-Wandler

48

FIFO-Speicher

50

Schnittstelle

Claims

1. Verfahren zur Online-Prüfung von Feldbuseinrichtungen, wobei wenigstens ein Teilneh mer (12) über eine Feldbusleitung (10) mit einer Prüfeinrichtung (28) verbunden ist und der Teilnehmer (12) über die Feldbusleitung (10) Daten gemäß einem vorgegebenen Pro tokoll überträgt, bei dem
wenigstens eine höhere Protokollschicht analysiert und abhängig davon ermittelt wird, wann das Protokoll in einer physikalischen Schicht eine inaktive Phase aufweist,
ein Prüfsignal während der inaktiven Phase auf die Feldbusleistung (10) gesendet wird, ohne das Protokoll zu stören, und
eine Reflexion des Prüfsignals auf der Feldbusleitung (10) erfaßt und ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Protokoll analysiert und der Beginn der inaktiven Phase erfaßt wird, um einen Zeitpunkt zu ermitteln, nach dem das Prüfsignal gesendet werden darf.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbuslei tung (10) an ihren Enden mit jeweils einem Busabschlußnetzwerk (14) abgeschlossen ist und das Prüfsignal an einem Ende der Feldbusleitung (10) eingespeist wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsignal ein Rechteck-Spannungsimpuls ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsignal und seine Reflexion(en) gespeichert werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und/oder Signalform des Prüfsignals und seiner Relfexion(en) ausge wertet werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexion des Prüfsignals unter Berücksichtigung wenigstens einer höheren Pro tokollschicht ausgewertet wird.

8. Vorrichtung zur Online-Prüfung von Feldbuseinrichtungen mit wenigstens einem Teil nehmer (12), der über eine Feldbusleitung (10) mit einer Prüfeinrichtung (28) verbunden ist,
wobei der Teilnehmer (12) über die Feldbusleitung (10) Daten gemäß einem vorgege benen Protokoll überträgt,
wobei die Prüfeinrichtung (28) eine physikalische Schicht des Protokolls sowie wenigstens eine höhere Protokollschicht analysiert und abhängig davon eine inaktive Phase in einer physi kalischen Schicht des Protokolls ermittelt,
mit einer Meßeinrichtung (24), die mit der Feldbusleitung (10) verbunden ist und ein Prüfsi gnal erzeugt und während der inaktiven Phase auf die Feldbusleitung (10) sendet, ohne das Protokoll zu unterbrechen, und die die Reflexion des Prüfsignals auf der Feldbuslei tung erfaßt und an die Prüfeinrichtung (28) übergibt, um die Reflexion des Prüfsignals auszuwerten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (24) von der Feldbusleitung (10) galvanisch entkoppelt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldbusleitung (10) an ihren Enden jeweils durch ein Busabschlußnetzwerk (14) abge schlossen ist und die Meßeinrichtung (24) an einem Ende der Feldbusleitung (10) ange schlossen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtung (28) in einem aktiven Teilnehmer (12) der Feldbuseinrichtung, insbeson dere einem Gateway, integriert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtung (28) einen passiven Teilnehmer der Feldbuseinrichtung bildet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (24) über eine Anpassungsschaltung (44) mit galvanischer Entkopplung mit der Feldbusleitung (10) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (24) einen Analog-Digital-Wandler (46) und einen Speicher (48) auf weist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtung (28) eine Netzwerk-Steuereinheit (20) aufweist, welche die Datenübertra gung mit einem übergeordneten Netzwerk (22) steuert.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-15, gekennzeichnet, durch eine Anzeige- und Bedieneinheit (26), die mit der Prüfeinrichtung (28) verbunden ist.