DE3931539A1 - Anordnung zum anschluss von endgeraeten an eine busleitung - Google Patents

Description

Technisches Problem
Wenn ein Bus durch explosionsgefährdete Bereiche geführt wird und wenn die Busleitung als eigensicher eingestuft werden soll, unterliegen Strom und Spannung auf der Leitung strengen Be­ schränkungen. Sowohl der Strom, welcher bei einem Kurzschluß an einer beliebigen Stelle fließen kann, als auch die Leerlauf­ spannung, dürfen bestimmte Grenzen nicht überschreiten. Die Grenzen sind durch Normen (DIN VDE 0170/0171 Teil 108, EN 50 020) geregelt oder werden im Einzelfall von den Zulassungsbehörden festgelegt.

Bei der Berechnung des Stromes müssen alle Einheiten mit be­ rücksichtigt werden, welche im Falle eines Einzelfehlers (Kategorie "ib") oder eines Doppelfehlers (Kategorie "ia") Energie in die Leitung einspeisen können. Im Idealfall sollte nur die Fernspeise-Einrichtung dazu in der Lage sein.

Falls die Teilnehmer mit einer Dioden- oder Widerstands-Zener- Barriere von der Leitung getrennt sind, ist sichergestellt, daß hier keine Energieverschleppung stattfinden kann.

Bei Bussen, bei welchen die Teilnehmer über die Signalleitung durch einen Gleichstrom mit Hilfsenergie versorgt werden, müs­ sen die an beiden Enden der Busleitung notwendigen Anschluß- Widerstände für diesen Gleichstrom hochohmig sein.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eigensicheren Leitungsabschluß an der Busleitung vorzusehen. Diese Aufgabe ist bei einer Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Für nicht eigensichere Busse kann der Leitungsabschluß durch die Reihenschaltung eines Kondensators und eines dem Wellen­ widerstand entsprechenden ohmschen Widestandes ausreichend gut realisiert werden. Die Kapazität dieses Kondensators muß so bemessen sein, daß im Frequenzbereich des zu übertragenden Signals der Scheinwiderstand sehr klein gegen den Wellenwider­ stand des Kabels ist. Da der Kondensator jedoch einen Energie­ speicher darstellt, muß er bei der Strombilanz berücksichtigt werden, wenn das Bussystem eigensicher sein soll.

Nach der genannten Norm EN 50 020 darf der Kondensator wie eine Konstantspannungsquelle betrachtet werden (Wellenspannung = maximale Ladespannung). Diese Betrachtung würde jedoch zu nicht praktikablen Ergebnissen führen, da als Strombegrenzungs- Widerstand nur der ohmsche Anteil des Leitungsabschlusses wirk­ sam ist, welcher identisch ist mit dem ohmschen Anteil des Wel­ lenwiderstandes.

So wäre z.B. bei einer Leitungslänge von 1 km und einer Spei­ sespannung von 19 V ein maximaler Gesamtstrom von 170 mA zu­ lässig. Der im Worst Case vom Leitungsabschluß (momentan) ge­ lieferte Strom beträgt aber (mit Z=100) 19 V/100=190 mA, die Eigensicherheitsbedingung verletzen.

Da der vom Kondensator gelieferte Strom exponentiell abnimmt, ist die oben genannte Bedingung möglicherweise zu hart. Zünd­ tests haben dies bestätigt, es gibt jedoch bisher keine Richt­ linie oder Norm, welche eine saubere Dimensionierung des Lei­ tungsabschlusses nach Fig. 1 ermöglichen. Die Kombination von Leitung, Speisegerät und Abschlußwiderstand wird im Einzelfall einem Zündtest unterworfen werden müssen. Der Einfluß des Lei­ tungsabschlusses ist dabei um so größer, je niedriger die untere Grenzfrequenz des Leitungssignals gewählt ist. Eine Lösung, welche den Einfluß de Abschlußwiderstands auf die Eigensicherheit eliminiert, hat daher nicht nur Vorteile be­ züglich der Realisierung, sondern auch bezüglich der Genehmi­ gungsfähigkeit.

Darstellung von Ausführungsbeispielen

In den Fig. 1 bis 7 sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Anordnung angegeben.

Die Lösung beruht auf der Idee, die Kondensatoren der Abschlüs­ se - von der Leitung aus gesehen - hinter Dioden-Barrieren zu verlegen.

Dies ist relativ einfach, wenn der Abschluß in einen fernge­ speisten Teilnehmer/Endgerät integriert werden kann, da diese Teilnehmeranschlüsse eine Diodenbarriere enthalten. Fig. 2 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel.

Im Prinzip kann jeder Leitungsabschluß mit einer Dioden-Bar­ riere versehen werden, wie in Fig. 3 im Prinzip dargestellt. Der Widerstand Rv kann durch eine Konstantstromquelle ersetzt werden. Es muß sichergestellt werden, daß die Diode im Betriebsfall immer einen Strom I 0 führt.

Die in Fig. 3 dargestellte Lösung hat den Nachteil, daß der Abschluß der Leitung Hilfsenergie entnimmt. Es gibt jedoch eine Möglichkeit, durch Integration des Abschlusses in die Barriere der Fernspeisung diesen Nachteil zu umgehen.

Die dem Speisegerät vorgeschaltete oder im Gerät integrierte Barriere besteht oft aus einer Schaltung, wie in Fig. 4 darge­ stellt.

Eine andere Möglichkeit ist mit dem in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel angegeben. Der Leitungsabschluß kann hier­ bei in beide Varianten integriert werden, ohne daß der Konden­ sator die Eigensicherheit beeinflußt (Fig. 6 und Fig. 7).

In Fig. 7 wird der Kondensator C1 in beiden Versionen beim Leitungs-Kurzschluß wegen der Diode D nicht über die Leitung entladen. Der Konstantstrom I_V muß mindestens so groß sein, daß die Diode auch dann durchgesteuert ist, wenn über den Konden­ sator ein Signalstrom fließt, der dem Strom I_V entgegengerich­ tet ist. Die verfügbare Hilfsenergie auf der Leitung wird durch den Leitungsabschluß jedoch nicht verringert. Der Kondensator C1 muß allerdings, wie alle Bauteile der Barriere, als Reihen­ schaltung zweier Bauelemente ausgelegt werden.

Claims (2)

1. Anordnung zum Anschluß von Endgeräten an eine Busleitung mit

• - einer über die Busleitung zugeführten Versorgungsspannung,
• - jeweils einer Auskoppeleinrichtung je Endgerät für die zu übertragenden Daten und für die Versorgungsspannung,
• - wobei die Auskoppeleinrichtung einen Kondensator enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
• - zwischen der Busleitung und dem Endgerät vor dem Kondensator der Auskoppeleinrichtung eine Diode angeordnet ist.

2. Anordnung zum Anschluß von Endgeräten an eine Busleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - in Reihe mit der Diode und parallel zum Kondensator eine Konstantstromquelle geschaltet ist,
• - wobei sichergestellt ist, daß die Diode im Betriebsfall einen Durchlaßstrom I 0 führt.