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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Bus-Netzsystem zum Betrieb einer
Vielzahl von EIB-(Europäischer Installationsbus)-Anwendermoduln.
Die Erfindung kann beispielsweise in der Gebäudesystemtechnik zur Ansteuerung
von Tastern, Dimmern, Leuchten, Sensoren, Meldern, Jalousieantrieben usw.
verwendet werden.
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Der
Europäische
Installationsbus EIB wird häufig
als Datenbus für
die Gebäudesystemtechnik eingesetzt.
Ein EIB-Gerät
weist eine Kombination folgender Einheiten auf:
- • eine Bus-Zugriffseinheit,
- • ein
Anwendermodul und
- • ein
Anwenderprogramm.
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Die
Bus-Zugriffseinheit und das Anwendermodul können in Form von zwei eigenständigen Modulen
ausgebildet sein, die über
eine externe physikalische Schnittstelle miteinander verbunden sind. Alternativ
können
die Bus-Zugriffseinheit und das Anwendermodul auch als untrennbare
Baueinheit ausgebildet sein. Eine Bus-Kopplungseinheit stellt eine spezielle
Bus-Zugriffseinheit dar, welche die externe physikalische Schnittstelle
ebenfalls versorgt. Letztere ist ein 10- oder 12-Stift-Steckverbinder,
an welchen ein Anwendermodul aufgesteckt werden kann. Es ist jedoch
nur möglich,
ein einziges Anwendermodul auf eine Bus-Kopplungseinheit zu stecken.
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Das
Anwendermodul kann ohne eigene Recheneinheit ausgeführt sein,
wobei das relevante Anwenderprogramm in diesem Fall in der Bus-Zugriffseinheit
läuft und
das Anwendermodul lediglich eine Hardware-Komponente darstellt,
um die tatsächliche Steuer/Regel-Funktionalität des speziellen
EIB-Produkts abzuwickeln.
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Als
physikalisches Übertragungsmedium
für den
Europäischen
Installationsbus EIB kann eine verdrillte Zweidrahtleitung oder
die elektrische Netzleitung dienen. Bei Verwendung einer verdrillten Zweidrahtleitung
beträgt
die Bitrate 9600 bps (bits pro Sekunde) und bei Verwendung der elektrischen Netzleitung
beträgt
die Bitrate 1200 bps. In beiden Fällen ist das Übertragungsmedium
ein Zweidraht-Serien-Bus, wobei jede Bus-Kopplungseinheit mit den beiden Leitungen
verbunden ist. Jede Bus-Kopplungseinheit weist eine Steckvorrichtung mit
elektrischen Kontaktstücken
auf, in welche abisolierte Drahtenden eingeführt und verbunden werden können. Zum
Anschluss einer Bus-Kopplungseinheit an
einen existierenden Bus werden die beiden Busleitungen durchgetrennt,
die Isolierung an den vier entstehenden Drahtenden wird entfernt
und die blanken Enden der Busleitungen werden in entsprechende Kontaktierungs-Bohrungen
der Bus-Kopplungseinheit eingeführt.
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Die
EIB-Endgeräte
werden mit 30 V DC über den
Bus versorgt. Jedes EIB-Endgerät
hat typischerweise einen Strombedarf im Bereich 3-12 mA. An ein EIB-Segment
können
maximal 255 EIB-Endgeräte angeschlossen
werden. Die maximale Gesamtlänge für ein EIB-Segment
beträgt
1000 Meter. Der maximale Abstand zwischen zwei EIB-Endgeräten beträgt 700 Meter.
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Aus
der
DE 203 04 474
U1 ist ein Gerät (Gateway)
zur Verbindung der Netze Ethernet (z. B. LAN), ISDN und dem eines
Installationsbussystems (z. B. EIB) bekannt. Das Verbindungsgerät (Gateway, EIB-LAN-Koppler)
weist eine standardisierte Ethernet-Schnittstelle sowie zum Anschluss eines
EIB Installationsbusses eine Busankopplung als standardisierte Schnittstelle
auf. Über
eine im Gateway integrierte standardisierte ISDN-Schnittstelle werden
gewandelte EIB-Daten in das ISDN-Netz gespeist. Informationen aus
einem Installationsbus sind weltweit übertragbar und empfangbar.
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Aus
der
DE 100 32 646
A1 ist ein Gebäudeinstallationssystem
bekannt, bei dem mehrere als Sensoren oder Aktoren wirkende Installationsgeräte an ein
Kommunikationssystem angeschlossen sind, wobei die Installationsgeräte jeweils
eine Ethernet-Schnittstelleneinrichtung
aufweisen und das Kommunikationssystem ein lokales Netzwerk und/oder
das Internet ist. An einen als Ethernet Hub bezeichneten Vermittlungsknoten
- – können Installationsgeräte wie manuelle
Steuergeräte
als Sensoren und Dimmer, Jalousiesteuerungen oder Schalter als Aktoren
angeschlossen werden,
- – können Stationen
oder Rechner eines lokales Netzwerkes (LAN) angeschlossen werden,
- – kann über ein
Gateway ein Übergang
in das Internet geschaffen werden.
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Aus
Pfeifer, T., Popescu-Zeletin, R: Seamless Integration of Distributed
Internet Devices for Persasive Architectures, IEEE, 2003 ist ein
Power over LAN Ethernet bekannt, welches eine Ansteuerung inklusive
Energieversorgung einer Vielzahl von Knoten ermöglicht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bezüglich der Übertragungsmöglichkeiten
leistungsfähiges
Bus-Netzsystem zum Betrieb von EIB-Anwendermoduln anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Bus-Netzsystem zum Betrieb einer Vielzahl von EIB-(Europäischer Installationsbus)-Anwendermoduln,
- • wobei
eine Auftrennung eines Ethernet-Busses in eine Vielzahl von einzelnen
Ethernet-Bus-Abschnitten erfolgt, wobei jeweils zwei Ethernet-Bus-Abschnitte über eine
Ethernet- Bus-Kopplungseinheit miteinander verbunden sind, so dass
eine Serienschaltung einer Vielzahl von Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten
gebildet ist, welche untereinander jeweils mittels einzelner Ethernet-Bus-Abschnitte
verbunden sind,
- • wobei
jede Ethernet-Bus-Kopplungseinheit einen ersten Ethernet-Bus-Stecker
für den
Anschluss eines ersten Ethernet-Bus-Abschnittes aufweist,
- • wobei
jede Ethernet-Bus-Kopplungseinheit einen zweiten Ethernet-Bus-Stecker
für den
Anschluss eines zweiten Ethernet-Bus-Abschnittes aufweist,
- • wobei
jede Ethernet-Bus-Kopplungseinheit einen Signalkonverter zur Umwandlung
von Daten gemäß dem EIB-Standard
in Daten gemäß dem Ethernet-Standard und umgekehrt
aufweist,
- • wobei
der Signalkonverter eine Schnittstelle zum Anschluss eines EIB-Anwendermoduls aufweist,
- • wobei
das Leistungsversorgungs-Adernpaar des ersten Ethernet-Bus-Abschnitts
mit dem Leistungsversorgungs-Adernpaar des zweiten Ethernet-Bus-Abschnitts
verbunden ist,
- • wobei
der Signalkonverter an das Leistungsversorgungs-Adernpaar angeschlossen
ist,
- • wobei
das erste Adernpaar des ersten Ethernet-Bus-Abschnitts mit dem Signalkonverter
verbunden ist,
- • wobei
das zweite Adernpaar des ersten Ethernet-Bus-Abschnitts mit dem
Signalkonverter verbunden ist,
- • wobei
das erste Adernpaar des zweiten Ethernet-Bus-Abschnitts mit dem
Signalkonverter verbunden ist,
- • wobei
das zweite Adernpaar des zweiten Ethernet-Bus-Abschnitts mit dem
Signalkonverter verbunden ist
- • und
wobei die Leistungseinspeisung eines angeschlossenen EIB-Anwendermoduls über das Leistungsversorgungs-Adernpaar
erfolgt.
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Die
mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass sich die busseitig übertragbare
Bitrate durch Vervendung des Ethernet-Netzes anstelle des Europäischen Installationsbusses
EIB auf 10-100 Mbit/s vergrößert. Damit
ist eine beträchtliche
Steigerung des möglichen
Durchsatzes im Vergleich zum EIB verbunden, was den Einsatz von
Anwendermodulen ermöglicht,
welche bislang beim EIB wegen des relativ geringen Durchsatzes nicht
sinnvoll eingesetzt werden können.
Es wird ermöglicht,
eine Vielzahl von Anwendermoduln am vorgeschlagenen Ethernet/EIB-System zu betreiben.
Andererseits können
bereits für
den EIB vorhandene Kabelkanäle
nach der Umstellung eines EIB-Systems in ein Ethernet/EIB-System
unverändert
weiterbenutzt werden. Hinzu kommt, dass die Ethernet-Technologie
trotz erhöhter
Leistungsfähigkeit
keinesfalls teurer ist als die EIB-Technologie, sondern eher preiswerter,
so dass sich insgesamt auch Kostenvorteile ergeben.
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Weitere
Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert. Es
zeigen:
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1 den
prinzipiellen Aufbau eines Ethernet/EIB-Systems mit einer Vielzahl
von Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten,
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2 das
Ethernet/EIB-System mit einer Vielzahl angeschlossener EIB-Anwendermoduln,
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3 eine
einzelne Ethernet-Bus-Kopplungseinheit zum Anschluss eines EIB-Anwendermoduls,
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4 ein
Ethernet/EIB-System mit EIB-Anwendermoduln und Ethernet-Anwendermoduln.
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In 1 ist
der prinzipiellen Aufbau eines Ethernet/EIB-Systems mit einer Vielzahl
von Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten dargestellt. Es ist ein aus
einer Vielzahl einzelner Ethernet-Bus-Abschnitte EB zusammengesetzter
Ethernet-Bus zu erkennen. Jeder Ethernet-Bus-Abschnitt EB weist
zwei Adernpaare (Twisted Pair) TP1, TP2 – ein Adernpaar für jede Signalrichtung – sowie
ein Leistungsversorgungs-Adernpaar (unverdrillt) PF auf. Die einzelnen Ethernet-Bus-Abschnitte
EB verbinden jeweils zwei Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten EBCU untereinander,
wobei jede Ethernet-Bus-Kopplungseinheit EBCU hierzu zwei Ethernet-Bus-Stecker
RJ45 aufweist. 1 zeigt den seriellen Aufbau
EB – EBCU – EB – EBCU – EB – EBCU – EB usw.
des Ethernet-Busses. Des weiteren ist jede Ethernet-Bus-Kopplungseinheit
EBCU mit einer Schnittstelle PEI ausgerüstet, welche zum Anschluss
eines EIB-Anwendermoduls an die Ethernet-Bus-Kopplungseinheit EBCU und damit an den
Ethernet-Bus EB dient.
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In 2 ist
das Ethernet/EIB-System mit einer Vielzahl angeschlossener EIB-Anwendermoduln dargestellt.
Es ist wiederum der serielle Aufbau des Ethernet-Busses, bestehend
aus einer Vielzahl von Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten EBCU mit
jeweils verbindenden Ethernet-Bus-Abschnitten EB zu erkennen. An
jede der Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten
EBCU ist ein EIB-Anwendermodul AM über die entsprechende Schnittstelle
PEI angeschlossen.
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In 3 ist
eine einzelne zum Anschluss eines EIB-Anwendermoduls dienende Ethernet-Bus-Kopplungseinheit
EBCU mit den beiden Ethernet-Bus-Steckern RJ45 für den Bus-Anschluss – siehe
gestrichelt gezeichnete Ethernet-Bus-Abschnitte EB – und der
Schnittstelle PEI für
den Anwendermodul-Anschluss – siehe
gestrichelt gezeichnetes EIB-Anwendermodul AM – dargestellt. Die Schnittstelle
PEI ist derart ausgebildet, dass der Anschluss eines bislang beim
Europäischen
Installationsbus EIB eingesetzten standardisierten EIB-Anwendermoduls
AM vorzugsweise in Steckkontakt-Technik ermöglicht wird.
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Die
Ethernet-Bus-Kopplungseinheit EBCU weist einen Signalkonverter DSC
auf, an den angeschlossen sind:
- • das erste
Adernpaar TP1 sowie das zweite Adernpaar TP2 des ersten Ethernet-Bus-Steckers RJ45,
- • das
erste Adernpaar TP1 sowie das zweite Adernpaare TP2 des zweiten
Ethernet-Bus-Steckers RJ45,
- • Die
Schnittstelle PEI.
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Der
Signalkonverter DSC führt
eine Umwandlung der Signale vom EIB-Standard in Signale gemäß Ethernet-Standard
jeweils in Richtung RJ45 – DSC – PEI – AM und
umgekehrt aus. Zumindest in der obersten Schicht der Signalverarbeitung
wird die beim EIB benutzte Stapelspeicher-Oberfläche verwendet, wodurch der
Betrieb von für
EIB konzipierten EIB-Anwendermoduln AM am Ethernet-Bus ermöglicht wird.
Das Leistungsversorgungs-Adernpaar PF ist innerhalb der Ethernet-Bus-Kopplungseinheit EBCU
zwischen beiden Ethernet-Bus-Steckern RJ45 direkt verbunden, wobei
ein Abzweig zum Signalkonverter DSC ausgebildet ist.
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In 4 ist
ein Ethernet/EIB-System mit EIB-Anwendermoduln und Ethernet-Anwendermoduln dargestellt.
Außer
den vorstehend erläuterten Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten
EBCU zum Anschluss jeweils eines EIB-Anwendermoduls AM über die
Schnittstelle PEI sind weitere Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten EBCU2
innerhalb der Ethernet-Bus-Serienschaltung vorgesehen, welche über eine
Schnittstelle PEI2 zum Anschluss jeweils eines Ethernet-Anwendermoduls
AM2 dienen. Der Aufbau einer Ethernet-Bus-Kopplungseinheit EBCU2 entspricht
dem Aufbau einer Kopplungseinheit EBCU nach 3 mit dem
Unterschied, dass anstelle von PEI eine Schnittstelle PEI2 zum Anschluss
eines Anwendermoduls AM2 vorgesehen ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
gemäß 4 dokumentiert
beispielhaft, dass innerhalb des vorgeschlagenen Ethernet/EIB-Systems
standardisierte Anwendermodule sowohl des Europäischen Installationsbusses
EIB als auch des Ethernet zum Einsatz gelangen können.
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Die
Erfindung macht sich den "Power-over-Ethernet"-Standard zunutze
(PoE-Verfahren),
bei welchem angeschlossene Geräte – wie Anwendermodule
und Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten – bis maximal
etwa 12 W Speiseleistung beziehen können. Dies hat den Vorteil,
dass die einzelnen Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten EBCU, EBCU2 völlig unabhängig von
eigenen Energieversorgungseinheiten sind. Die Energiever sorgung
erfolgt über das
Leistungsversorgungs-Adernpaar PF. Gleichzeitig wird auch die Leistungseinspeisung
der an die Ethernet-Bus-Kopplungseinheiten EBCU, EBCU2 angeschlossenen
Anwendermoduln AM, AM2 durch den Ethernet-Bus und das Leistungsversorgungs-Adernpaar
PF ermöglicht
(zumindest wenn der Leistungsbedarf der Anwendermoduln unterhalb der
vorstehend angegebenen Leistungsgrenze ist). Für welche Anwendermoduln und
für welche
Anzahl von Anwendermoduln AM, AM2 eine Leistungseinspeisung via
Ethernet-Bus möglich
ist, hängt
letztlich von der tatsächlich
vorgesehenen Anzahl und ihrer individuellen Charakteristik (Leistungsbedarf)
ab.
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Zur
Signalübertragung
innerhalb des Ethernet-Busses wird die Standard-Ethernet/IP-Technologie benutzt,
d. h. vorzugsweise wird das "Internet Protokoll
Version 6" IPv6
verwendet, was folgende Vorteile mit sich bringt:
- – Breitbandigkeit,
- – einheitliches
Adressierungsschema mit einer quasi nicht beschränkten Möglichkeit der individuellen
Adressierung für
alle gewünschten
Anwendungen,
- – kostengünstig.
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Dabei
werden EIB-Telegramme von den bzw. zu den EIB-Anwendermoduln AM
innerhalb von IPv6-Datenpaketen eingekapselt. Dies erfolgt durch den
Signalkonverter DSC.
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Die
vorstehend erläuterte
serielle Struktur des Ethernet-Busses schließt selbstverständlich nicht
einen alternativen Aufbau des Ethernet-Busses, beispielsweise in
sternförmiger
Ethernet-Topologie aus.
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- AM
- EIB-Anwendermodul
- AM2
- Ethernet-Anwendermodul
- DSC
- Signalkonverter
- EB
- Ethernet-Bus-Abschnitt
- EBCU
- Ethernet-Bus-Kopplungseinheit
zum Anschluss eines EIB-Anwendermoduls
- EBCU2
- Ethernet-Bus-Kopplungseinheit
zum Anschluss eines
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- Ethernet-Anwendermoduls
- PEI
- Schnittstelle
zum Anschluss eines EIB-Anwendermoduls
- PEI2
- Schnittstelle
zum Anschluss eines Ethernet-Anwendermoduls
- PF
- Leistungsversorgungs-Adernpaar
- RJ45
- Ethernet-Bus-Stecker
- TP1
- erstes
Adernpaar
- TP2
- zweites
Adernpaar