DE3420795C2 - Process for the transmission of digital and analog signals between a control center and several substations - Google Patents
Process for the transmission of digital and analog signals between a control center and several substationsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung digitaler und analoger Signale zwischen einer Zentrale und mehreren Unterstationen, die über Zweidrahtlel· tungen miteinander verbunden sind, bei dem die Unterstationen zur Erzeugung eines Sendesignals eine Laständerung an der Zweidrahtleitung bewirken.The invention relates to a method for transmitting digital and analog signals between a control center and several substations, which are connected to one another via two-wire lines, in which the substations cause a load change on the two-wire line to generate a transmission signal.
Aufgabenstellung:Task:
Die Aufgabe, einen bidirektionalen Datenaustausch zwischen einer Zentrale und davon weit entfernten Unterstationen durchzuführen, ist gegeben, wenn in einem räumlich ausgedehnten System an vielen Stellen digitale und analoge Daten erfaßt und ausgegeben werden sollen. Dabei ist vor allem auf eine einfache Verkabelung und auf geringe Kosten der einzelnen Teile sowie auf große Funktionssicherheit und geringen Stromverbrauch zu achten.The task of a bidirectional data exchange between a control center and remote substations is possible if digital in many places in a spatially extended system and analog data are to be recorded and output. The main thing is simple cabling and at the low cost of the individual parts as well as great functional reliability and low power consumption to pay attention to.
Ein Anwendungsbereich ist beispielsweise lie Überwachung von Gebäuden und die Hausleittechnik, beiOne area of application is, for example, surveillance of buildings and home automation
ίο der ein großer Teil der elektrischen Geräte und die Heizungsanlage mit mehreren Meßstellen in einem gemeinsamen System zusammengefaßt werden. Insbesondere in diesem Anwendungsbereich ist die einfache Verkabelung und die Störsicherheit bei nur geringen Anfor-ίο of a large part of electrical equipment and the Heating system with several measuring points can be combined in a common system. In particular In this area of application, the simple cabling and the interference immunity with only low requirements
derungen an die Übertragungsgeschwindigkeit zu beachten. Pay attention to changes to the transmission speed.
Ein zweiter Anwendungsbereich betrifft ausgedehnte Anlagen in der Verfahrens- oder in der Fertigungstechnik, in der eine Vielzahl von Sensoren, Aktuatoren und Anzeigen über ein geeignetes Netz zur Datenübertragung mit einer Zentrale verbunden werden sollen. Hierfür sind die bekannten lokalen Netzwerke wie z. B. ETHERNET viel zu aufwendig.A second area of application relates to extensive systems in process or production engineering, in which a large number of sensors, actuators and displays over a suitable network for data transmission should be connected to a control center. The well-known local networks such as B. ETHERNET far too complex.
Stand der Technik:State of the art:
Bisher bekannte Verfahren arbeiten bereits mit serieller Datenübertragung über Leitungen, an die eine Zentralstation und Unterstationen oder auch nur gleichartige Sende-/Empfangsstationen parallel angeschlossen sind. Hierbei werden oftmals getrennte Leitungen für den Datentransport zur Zentralstation und zu den Unterstationen verwendet, so daß mindestens drei Adern benötigt werden.Previously known methods already work with serial data transmission over lines to which one Central station and substations or just similar transmitting / receiving stations connected in parallel are. In this case, separate lines are often used for data transport to the central station and to the Substations used so that at least three wires are required.
Andere Verfahren benutzen zwar zweiadrige Kabel oder auch Koaxialkabel und bieten eine sehr große Leistungsfähigkeit,
der Schaltungsaufwand ist aber für die obengenannten Anwendungsbereiche viel zu groß.
Weiterhin benutzen mehrere bekannte Verfahren eine Form der Datenübertragung von den Unterstationen
zu der Zentrale, bei der die elektrische Energie für das Senden von den Unterstationen aufgebracht wird.Other methods use two-core cables or coaxial cables and offer a very high level of performance, but the circuit complexity is far too great for the above-mentioned areas of application.
Furthermore, several known methods use a form of data transmission from the substations to the control center in which the electrical energy for the transmission is applied by the substations.
In der DE-OS 26 14 075 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Unterstationen keine elektrische Energie auf die Leitung übertragen. Hier wird die Übertragung der Daten mit impulsförmiger Belastung einer zweidrähtigen Übertragungsleitung durch den jeweiligen Serider bewirkt.In DE-OS 26 14 075 a method is described in which the substations do not have any electrical energy transferred to the line. Here the transmission of the data is carried out with a pulsed load two-wire transmission line caused by the respective serider.
Nachteile der beschriebenen Verfahren:Disadvantages of the procedures described:
Das in der DE-OS 26 14 075 dargestellte System benötigt zusätzliche Taktsignale aus einer speziellen Schaltung. Die Frequenz dieser Taktsignale liegt wesentlich höher als die Frequenz der zu übertragenden Impulse. Deshalb muß die Übertragungsleitung entsprechend breitbandig ausgelegt sein und es können funktechnische Störungen von ihr ausgehen. Weiterhin sind alle Unterstationen gleichrangig, so daß bei fälschliehern gleichzeitigen Senden mehrerer Sende</Empfangsstationen keine Möglichkeit besteht, mit einer übergeordneten Zentrale Daten auszusenden, die trotz der Störungen zu den Empfängern gelangen und eine ordnungsgemäße Kommunikation einleiten.The system shown in DE-OS 26 14 075 requires additional clock signals from a special Circuit. The frequency of these clock signals is significantly higher than the frequency of the one to be transmitted Impulses. Therefore, the transmission line must be designed and able to have a corresponding broadband radio interference emanates from it. Furthermore, all substations are equally important, so that counterfeiters simultaneous sending of several sending </ receiving stations is not possible with one to send out higher-level central data that reach the recipients despite the disturbances and a initiate proper communication.
Weitere Nachteile der beschriebenen Verfahren liegen in der Anzahl der benötigten Adern des Kabels, mit dem die einzelnen Stationen untereinander verbunden sind oder im technischen Aufwand bei den Netzen mitFurther disadvantages of the method described are the number of wires required in the cable which the individual stations are connected to each other or in terms of the technical complexity of the networks
Zweidrahtleitungen oder Koaxialkabeln. Nachteilig ist auch die Notwendigkeit, elektrische Energie von den Unterstationen auf die Verbindungsleitung zu übertragen. Damit wird ein Batteriebetrieb der Unterstationen erschwert.Two-wire lines or coaxial cables. Another disadvantage is the need to draw electrical energy from the Transfer substations to the connection line. This enables battery operation of the substations difficult.
Erfindungsgemäßes Beheben der Nachteile:Eliminating the disadvantages according to the invention:
Erfindungsgrmäß werden die Nachteile bekannter Systeme durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 behoben, das in den übrigen Ansprüchen weitergebildet istAccording to the invention, the disadvantages of known systems are made by a method according to the patent claim 1 fixed, which is further developed in the remaining claims
Ausführungsbeispiel:Embodiment:
Ruhezustand (weder senden noch empfangen):Idle state (neither send nor receive):
In der Zentrale 1 ist der Ruhezustand folgendermaßen gekennzeichnet: Der Sendetransistor T2 ist gesperrt. Durch ihn fließt kein Strom. Die Leitung 10 ist mit dem Be-ugspotential der Schaltung verbunden. Die Leitung 9 ist über den Widerstand Riund die Diode D1 mit einer Spannungsquelle verbunden, die etwa die halbe Betriebsspannung V2 Ub abgibt.In the center 1, the idle state is identified as follows: The transmission transistor T2 is blocked. No electricity flows through it. The line 10 is connected to the grounding potential of the circuit. The line 9 is connected via the resistor Ri and the diode D 1 to a voltage source which emits approximately half the operating voltage V2 Ub.
In der Unterstation 2 ergibt sich der Ruhezustand folgendermaßen: Der Ausgangstransistor des Optokopplers 6'2 ist gesperrt, so daß du.ch ihn kein Strom fließt. Die Zenerspannung der Zenerdiode Z ist größer als die Spannung zwischen den Leitungen 9 und 10. Entsprechend fließt über diese ebenfalls kein Strom.In the substation 2, the idle state results as follows: The output transistor of the optocoupler 6'2 is blocked so that no current flows through it. The Zener voltage of the Zener diode Z is greater than the voltage between lines 9 and 10. Correspondingly, no current flows through them either.
Die wichtigste Eigenschaft des Ruhezustandes ist, daß zwar eine Spannung in der höhe der halben Betriebsspannung /wischen den Leitungen 9 und 10 liegt, aber kein Strom über die Leitung fließt. Der Ruhrzustand ist dadurch äußerst energiesparend realisiert.The most important property of the idle state is that Although a voltage in the amount of half the operating voltage / between the lines 9 and 10 is, but no current flows through the line. The state of the Ruhr is thus implemented in an extremely energy-saving manner.
Senden der Zentrale 1:Sending the center 1:
Während des Sendens der Zentrale 1 wird ein serieller Datenstrom impulsförmig durch Wechseln zwischen dem im Ruhezustand gegebenen Schaltungszustand und niederohmiges Anschalten der Leitung 9 auf nahezu Betriebsspannung Ub erzeugt. F i g. 3 zeigt den Verlauf der Spannung zwischen den Leitungen 9 und 10. Die Betriebsspannung Ub wird über den Widerstand R 2 und den nun leitenden Transistor Γ2 auf die Leitung 9 gelegt. Die Diode D1 verhindert einen unerwünschten Stromfluß von dem Tra.i .lstor T2 über den Widerstand Ri While the control center 1 is transmitting, a serial data stream is generated in the form of a pulse by changing between the circuit state given in the idle state and low-resistance connection of the line 9 to almost the operating voltage Ub . F i g. 3 shows the course of the voltage between the lines 9 and 10. The operating voltage Ub is applied to the line 9 via the resistor R 2 and the transistor Γ2, which is now conducting. The diode D 1 prevents an undesired flow of current from the Tra.i .lstor T2 via the resistor Ri
1515th
V/eitere Einzelheiten ergeben sich aus einem Ausführungsbeispiel. Further details emerge from an exemplary embodiment.
F i g. 1 zeigt eine Obersicht über das System, bestehend aus einer Zentrale 1, den Unterstationen 2 und den Leitungen 9 und 10. Die Verbindungen sind teilweise ring- und teilweise sternförmig gestaltet Unterstationen 2, bei denen eine große Sicherheit gegen Leitungsunterbrechung gegeben sein muß, sind über mindestens zwei Wege gleichzeitig mit der Zentrale 1 verbunden.F i g. 1 shows an overview of the system that consists from a control center 1, the substations 2 and the lines 9 and 10. The connections are partial Ring-shaped and partly star-shaped substations 2, in which a high level of security against line interruption must be given, are at least over two ways connected to the center 1 at the same time.
Fig.2 zeigt gleichzeitig die wichtigen Schaltungsmerkmale der Zentrale 1 und einer Unterstation 2.Fig.2 shows the important circuit features at the same time the control center 1 and a substation 2.
Fig.3 zeigt grafisch den Verlauf der Spannungen zwischen den Leitungen 9 und 10 beim Senden der Zentrale 1 und beim Senden der Unterstation 2.Fig. 3 graphically shows the course of the stresses between lines 9 and 10 when transmitting from central station 1 and when transmitting from substation 2.
Im folgenden sollen die Betriebszustände Senden der Zentrale 1, Empfangen der Zentrale 1 und Ruhezustand anhand der F i g. 2 erläutert werden.In the following, the operating states sending the center 1, receiving the center 1 and idle state are intended on the basis of FIG. 2 will be explained.
In der Unterstation 2 bewirkt der Übergang vom Ruhezustand (d. h. halber Betriebsspannung zwischen den Leitungen 9 und 10) und der erhöhten Spannung zwischen den Leitungen 9 und 10 einen Obergang des gesperrten Zustandes der Zenerdiode Z in den leitenden Zustand derselben. Die lichtemittierende Diode des Optokopplers 01 bewirkt ein Signal am Ausgang des Optokopplers 01, das in der Sende- und Auswerteschaltung 3 registriert und ausgewertet wird.In substation 2, the transition from the idle state (ie half the operating voltage between lines 9 and 10) and the increased voltage between lines 9 and 10 causes the blocked state of the Zener diode Z to transition into the conductive state of the same. The light-emitting diode of the optocoupler 0 1 causes a signal at the output of the optocoupler 0 1, which is registered and evaluated in the transmission and evaluation circuit 3.
Die Auslegung des Widerstandes R 2, über den die Betriebsspannung Ub auf die Leitung 9 gelegt wird, geschieht nach folgender Überlegung:The design of the resistor R 2, via which the operating voltage Ub is applied to the line 9, is based on the following consideration:
Der Widerstand R 2 soll einerseits so groß sein, daß im Falle des Kurzschlusses zwischen den Leitungen 9 und 10 keine Schäden an den Schaltungsteilen der Zentrale 1, insbesondere an dem Transistor 7*2, auftreten. Dadurch ergibt sich ein Minimalwiderstand für R 2. Andererseits wirken die Schaltungen aller angeschlossenen Unterstationen 2 mit den Reihenschaltungen aus der Zenerdiode Z, dem Widerstand Rv urH der lichtemittierenden Diode des Optokopplers O ϊ >ds Belastung. Zusätzliche Lasten können sich ergeben, wenn Unterstationen fälschlicherweise senden und die Leitung zusätzlich mit den Widerständen Rs belasten. Die bei de.· Belastung zwischen den Leitungen 9 und 10 verleibende Spannung muß durch die Dimensionierung von R 2 noch so hoch sein, daß die Optokoppler 01 noch ein genügendes Signal liefern. Dadurch ergibt sich ein entsprechender Maximalwiderstand für R 2. Sinnvollerweise wird R 2 zwischen dem so bestimmten Maximalwert und dem oben genannten Minimalwert gewählt.On the one hand, the resistance R 2 should be so large that in the event of a short circuit between the lines 9 and 10, no damage occurs to the circuit parts of the control center 1, in particular to the transistor 7 * 2. This results in a minimum resistance for R 2. On the other hand, the circuits of all connected substations 2 act with the series circuits of the Zener diode Z, the resistance Rv urH of the light-emitting diode of the optocoupler O ϊ> ds load. Additional loads can arise if substations transmit incorrectly and additionally load the line with the resistors Rs. The voltage remaining between the lines 9 and 10 during the load must still be so high, due to the dimensioning of R 2 , that the optocouplers 01 still supply a sufficient signal. This results in a corresponding maximum resistance for R 2. R 2 is sensibly chosen between the maximum value determined in this way and the minimum value mentioned above.
Empfangen in der Zentrale 1:Receiving in the center 1:
Während des Empfangens wird ein serieller Datenstrom durch Wechseln zwischen dem im Ruhezustand gegebenen Schaltungszustand und Belasten der Leitung 9 durch Aufschalten des Widerstandes Äs »wischen die Leitungen 9 und 10 über den Optokoppler O 2 in der sendenden Unterstation 2 erzeugt. F i g. 3 zeigt den Verlauf der Spannung zwischen den Leitungen 9 und 10. Die Spannung zwischen den Leitunger. 9 und 10 sinkt im Falle der Belastung so weit ab, daß der Vorgang durch einen Komparator 4 in der Zentrale sicher registriert wird und an eine Schaltung zur Auswei tung weitergegeben werden kann.During reception, a serial data stream is generated in the transmitting substation 2 via the optocoupler O 2 by switching between the circuit status given in the idle state and loading the line 9 by connecting the resistor As »wiping the lines 9 and 10 via the optocoupler O 2. F i g. 3 shows the course of the voltage between lines 9 and 10. The voltage between the lines. 9 and 10 drops so far in the case of the load that the process is safely registered by a comparator 4 in the control center and can be passed on to a circuit for Auswei device.
Sowohl die Umwandlung der zu sendenden Daten in einen geeigneten Strom serieller Impulse als auch die Umwandlung einer empfangenen Folge serieller Impulse zu weiterverarbeitbaren Daten kann durch fest verdrahtete logische Schaltungen oder wie in diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe von Mikroprozessoren bzw. Einchipcomputern erfolgen, die sich sowohl in der Zentrale 1 als auch in den Unterstationen 2 befinden.Both the conversion of the data to be sent into a suitable stream of serial pulses and the Conversion of a received sequence of serial pulses to further processable data can be done by hard-wired logic circuits or as in this embodiment with the help of microprocessors or single-chip computers, which are located both in the headquarters 1 as well as in substations 2.
55 Datenverkehr zwischen der Zentrale 1 und den Unterstationen 2: 55 Data traffic between the control center 1 and the substations 2:
Der Datenaustausch auf dem System wird von der Zentrale 1 geleitet. Die Unterstationen befinden sich normalerweise in einem wartenden Zustand, in dem sie die auf der Leitung erscheinenden Impulsfolgen, die von der Zentrale 1 gesendet werden, daraufhin überprüfen, ob darin die eigene Adresse enthalten ist, der ein sie individuell betreffender Befehl folgt.The data exchange on the system is handled by the Headquarters 1 headed. The substations are normally in a waiting state in which they the pulse trains appearing on the line that are sent by the center 1, then check whether it contains your own address, the one you individually relevant command follows.
Ein solcher Befehl kann die Aufforderung an die betreffende Unterstation 2 bedeuten, ihrerseits Information zu senden. Wird das von der Zentrale 1 erwartet,Such a command can mean the request to the relevant substation 2, which in turn means information to send. If this is expected from the center 1,
geht diese in den Ruhezustand, um die Information empfangen zu können.it goes to sleep in order to be able to receive the information.
Die Informationen werden in beiden Richtungen nach einem geeigneten Protokoll in Form von seriellen Impulsfolgen gesendet, das an sich bekannt ist und daher s nicht weiter erläutert werden soll.The information is sent in both directions according to a suitable protocol in the form of serial pulse trains sent, which is known per se and should therefore not be explained further.
Durch Störungen kann es geschehen, daß sowohl die Zentrale 1 als auch eine oder mehrere Unterstationen 2 zugleich senden wollen. Aufgrund der oben beschriebenen elektrischen Schaltung dringen die von der Zentrale io 1 gesendeten Impulse in jedem Fall zu den Unterstationen 2 durch und können empfangen werden. Daher ge-';ngt es auch in einer solchen Störung des Datenverkehrs, alle Unterstationen 2 zunächst in den Wartezustand zu bringen, in dem sie nur empfangen, und dann is den geordneten Datenaustausch zu beginnen. Hierdurch ergibt sich mit Hilfe geeigneter Programme in der Zentrale 1 und in den Unterstationen 2 eine besonders große Sicherheit gegenüber Störungen, die durch elektromagnetische Einflüsse auf ein solches räumlich aus- 20 gedehntes System unvermeidbar sind.Faults can result in both the control center 1 and one or more substations 2 want to send at the same time. Due to the electrical circuit described above, the OK from the control center 1 transmitted pulses to the substations 2 through and can be received. Hence it is necessary It is also in such a disruption of the data traffic, all substations 2 initially in the waiting state in which they only receive, and then the orderly data exchange must begin. Through this With the help of suitable programs in the control center 1 and in the substations 2, a special one results great security against disturbances that are spatially affected by electromagnetic influences stretched system are unavoidable.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
. . — 25. . - 25th
3030th
3535
4040
4545
5050
5555
6060
6565
Claims (5)
die Untetstationen (2) zum Aussenden von Daten eine Laständerung zwischen den beiden Leitungen (9,10) derart bewirken, daß die von der Zentrale (1) im Ruhezustand aufgeschaltete erste Spannung im Takt der zu übertragenden Daten auf eine dritte kleinere Spannung abgesenkt wird.the control center (1) in the case of transmission between the two lines (9, 10) switches from the first voltage to a second, larger partial voltage in time with the data to be transmitted, and that
the sub-stations (2) for sending data cause a load change between the two lines (9, 10) in such a way that the first voltage applied by the control center (1) in the idle state is lowered to a third lower voltage in time with the data to be transmitted.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19843420795 DE3420795C2 (en) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | Process for the transmission of digital and analog signals between a control center and several substations |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| DE3420795A1 DE3420795A1 (en) | 1985-12-05 |
| DE3420795C2 true DE3420795C2 (en) | 1991-05-08 |
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- 1984-06-04 DE DE19843420795 patent/DE3420795C2/en not_active Expired
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