DE3631477C3 - Netzwerk für die Steuer-, Meß- und Regeltechnik zur Daten- und Energie-Übertragung - Google Patents

Netzwerk für die Steuer-, Meß- und Regeltechnik zur Daten- und Energie-Übertragung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Netzwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen Netzwerken werden die Daten und die Energie von entfernten Sensoren, Aktoren, Geräten und Rechnern über das Netzwerk ausgetauscht und gespeist.
Es ist bekannt, Daten der Meß-, Steuer- und Regeltechnik von Sensoren, Aktoren, Geräten und Rechnern über 4- bis 20-mA-Schnittstellen analog zu übertragen. Es ist ferner bekannt, diese Daten über die seriellen Schnittstellen RS 232, V 24 digital zu übertragen. Dabei wird des öfteren Energie zu den entfernten Geräten in beiden Fällen mit zusätzlichen Leitungen übertragen.
Es ist außerdem bekannt, die Daten und die Energie von Sensoren in explosionsgeschützten Räumen nach NAMUR über dieselben Leitungen zu übertragen. In allen Fällen werden die Daten nur zwischen zwei Punkten übertragen. Bei den bekannt gewordenen Netzwerken für die Meß-, Steuer- und Regeltechnik (vgl. DE-OS 34 27 350, DE-OS 33 33 847, DE-OS 33 13 240) speisen die Netzwerk-Treiber beim Senden Energie in das Netzwerk. Sie sind deshalb für die Übertragung von Daten und Energie weniger geeignet, weil sie zum Senden hohe Energie benötigen. Außerdem enthalten sie keine Elemente, welche die Minimierung der Energie im Netzwerk und die Zuteilung verschiedener Energien erlauben. Ein Netzwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, bei dem die Energie-Versorgung der Teilnehmer durch ein zentrales Speisegerät erfolgt ist durch das englische Patent GB 21 23 589 A bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Netzwerk der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß eine hohe Zuverlässigkeit und minimale Energieaufnahme gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.
Ein merklicher Vorteil besteht darin, daß die Teilnehmer in explosionsgefährdeten Räumen ohne eigene Spannungsversorgung auskommen. In diesen gefährdeten Räumen kann auf Netz- oder Speisegeräte verzichtet werden, da die Versorgung über das Netzwerk erfolgt.
Um die Energie des Netzwerkes zu minimieren, müssen die Teilnehmer zur Reduktion der von ihnen aufgenommenen Energie mindestens drei Zustände unterscheiden, nämlich Betrieb, betriebsbereit und außer Betrieb mit Speicherung der Betriebsdaten.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einem einzigen BUS-, Ring- oder Baum-Netzwerk eine Vielzahl von Teilnehmern verbunden werden kann und dabei nicht nur die Datenübertragung zwischen ihnen ermöglicht wird, sondern auch die Versorgung der Energie der Geräte über dieses Netzwerk erfolgen kann. Vorteilhaft erfolgt die Einspeisung der Energie in der Netzwerkmitte.
Die Flexibilität der Datenübertragung über das Netzwerk wird dadurch erhöht, daß der Netzwerk-Treiber eine Einrichtung enthält, welche eine automatische Umschaltung des Zugriffs in Abhängigkeit von der Netzwerkbelastung vornimmt.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Netzwerks sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Die Zeichnung zeigt einen Teilnehmer (24) mit der logischen Steuerung z. B. durch den Rechner (20) mit Anschluß an ein Netzwerk (10). Die Figur zeigt die folgenden Elemente des Teilnehmers (24); einen Übertrager (12), einen Netzwerk-Treiber (14), einen Adreßschalter (16), einen Energiespeicher (18), den Rechner (20) und einen Sensor (22).
Die Übertragung von Daten und Energie erfolgt über das Netzwerk (10) und die Übertrager (12); dabei wird das Netzwerk (10) zentral von mindestens einer Wechselspannungsquelle gespeist. Beim Senden eines Teilnehmers (24) moduliert dieser z.B. die Amplitude der Wechselspannung im NRZ-Kode.
Der Netzwerk-Treiber (14) speist den Teilnehmer (24) mit mindestens einer stabilisierten Gleichspannung (31, 36). Dabei dient ein Kondensator (18) und/oder ein Akkumulator als Energie-Speicher für diese Gleichspannung. Der maximale Strom zu jedem Teilnehmer (24) wird im Netzwerk-Treiber (14) begrenzt, damit bei einem Kurzschluß eines oder mehrerer Teilnehmer (24) die Übertragung der Daten und der Energie zu den anderen Teilnehmern (24) nicht gestört wird.
Der Netzwerk-Treiber (14) gibt nur die Daten an seinen Teilnehmer (24) weiter, welche für diesen bestimmt sind. Hierzu enthält der Netzwerk-Treiber (14) den Adreßschalter (16). Stimmt die Zieladresse einer Nachricht mit der Adresse eines Teilnehmers (24) überein, so wird dieser Teilnehmer (24) von dem Zustand "betriebsbereit" in den Zustand "Betrieb" überführt. Dies geschieht durch den Adreß-Interrupt-Befehl z.B. über Leitung (32). Der Rechner (20) führt durch die Auslösung des Adreß-Interrupt die geforderte Operation aus und schaltet sich danach selbsttätig in den betriebsbereiten Zustand, mit verringerter Energieaufnahme, zurück. Die Steuerung des Sensors (22) erfolgt durch den Rechner (20), parallel oder seriell. Der Sensor (22) kann eine beliebige Größe überwachen, die als Signal an den Rechner angelegt wird.
Fällt das Netzwerk (10) aus, so werden die Betriebs-Parameter des Rechners (20) durch die gespeicherte Energie im Energiespeicher, nämlich dem Akkumulator (18) beibehalten. Damit diese Energie für eine lange Zeit ausreicht, wird der Rechner (20) vom Netzwerk-Treiber (14) mit dem Befehl "Power down" etwa auf Leitung (33) so lange in den Zustand "außer Betrieb" geschaltet, bis eine neue Adresse übertragen wird. In dem Zustand "außer Betrieb" nimmt der Rechner (20) die geringstmögliche Energie auf.
Die Daten-Übertragung zwischen dem Netzwerk-Treiber (14) und dem Rechner (20) kann seriell oder parallel erfolgen. Im einfachsten Fall werden die Daten in der Figur seriell als Sendedaten z.B. über Leitung (35) und als Empfangsdaten z.B. über Leitung (34), übertragen.

Claims (5)

1. Netzwerk für die Steuer-, Meß- und Regel-Technik zur Daten- und Energie-Übertragung über dieselben Verbindungsleitungen, mit mindestens einem zentralen Speisegerät, das Teilnehmer (24) an den Verbindungsleitungen (10) einschließlich deren Netzwerk-Treiber (14) mit Spannung versorgt wobei alle Teilnehmer (24) an den Verbindungsleitungen (10) im Rahmen ihrer Zugriffsberechtigung nacheinander diese Spannung zur Datenübertragung modulieren, ohne selbst Energie in die Verbindungsleitungen zu speisen, dadurch gekennzeichnet,
daß aus der allen Teilnehmern (24) zugeführten Spannung jeweils eine geregelte Gleichspannung erzeugt wird, deren maximaler Strom so begrenzt ist, daß ein Kurzschluß eines oder mehrerer Teilnehmer (24) die Datenübertragung nicht gefährdet und
daß für die Teilnehmer (24) bezüglich ihrer aufgenommenen Energie mindestens drei Zustände unterschieden werden, nämlich Betrieb, betriebsbereiter Zustand mit reduzierter Stromaufnahme und außer Betrieb, mit geringerer Stromaufnahme, um eine Minimierung der Stromaufnahme herbeizuführen, wobei die Steuerung des teilnehmerspezifischen Zustandes in Abhängigkeit vom Datenfluß auf den Verbindungsleitungen (10) steht, und bei Spannungsausfall das Netzwerk jedes Teilnehmers selbsttätig in den Außen-Betriebs-Zustand umgeschaltet wird, und bei Empfang einer Zieladresse wieder in den betriebsbereiten Zustand umgeschaltet wird.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Netzwerk-Treiber zur Reduktion der Energie seines Teilnehmers (24) stellvertretend für seinen Teilnehmer prüft, ob die Zieladresse seiner Nachricht seinem Teilnehmer (24) gilt und nur dann seinen Teilnehmer (24) vom betriebsbereiten Zustand in den Betriebszustand überführt, wenn die Zieladresse mit der Adresse des Teilnehmers (24) übereinstimmt, wobei der Teilnehmer (24) die Nachricht übernimmt, die geforderte Operation ausführt und nach ihrer Erledigung selbsttätig in den betriebsbereiten Zustand mit geringerem Energieverbrauch zurückkehrt.
3. Netzwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall des zentralen Speisegerätes jeder Teilnehmer (24) von seinem Netzwerk-Treiber in den Zustand außer Betrieb mit geringster Energieaufnahme überführt wird, und die aufgenommene Energie einen Energiespeicher im Teilnehmer entnommen werden kann, bis der Netzwerk-Treiber den Teilnehmer (24) nach Empfang einer Zieladresse wieder in den betriebsbereiten Zustand überführt.
4. Netzwerk nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzwerk-Treiber eine Einrichtung enthält, welche eine Umschaltung des Zugriffs in Abhängigkeit von der Netzwerk-Belastung vornimmt.
5. Netzwerk nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geregelte Gleichspannungskreis des Netzwerk-Treibers einen Akkumulator (18) enthält, welcher die Betriebsdaten seines Teilnehmers (24) in dem Betriebszustand außer Betrieb auch beim Ausfall des zentralen Speisegerätes für einige Zeit erhält.
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