CN102223421B - 用于连接现场设备的连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于连接现场设备(14)的连接装置(1)，该连接装置包括：用于连接到总线(2)上的总线接口(20)；用于连接现场设备(14)的现场设备接口(21)；供电线路(3，3′)和信号线路(4，4′)，其中供电线路(3，3′)和信号线路(4，4′)彼此并联地这样布置在总线接口(20)与现场设备接口(21)之间，即在总线(2)上引导的供电电压与同样也在总线(2)上引导的信号通过布置在供电线路(3，3′)中的第一连接单元(8)和布置在信号线路(4，4′)中的第二连接单元(9)分隔开。

Description

用于连接现场设备的连接装置

技术领域

本发明涉及一种用于连接现场设备的连接装置，该连接装置包括：用于连接到总线上的总线接口；和用于连接现场设备的现场设备接口。

背景技术

这种连接装置和现场设备由WO2005/053221A2是已知的。为了在用于网络的、特别是ProfibusPA-网络的运行中的现场设备的连接装置方面确保实现发明，可明确地参看文献WO2005/053221A2。该文献的内容是本申请的组成部分。

现场设备通过总线、特别是现场总线与上一级的自动化机器进行通信，在用于这种现场设备的连接装置中，总线电缆形成了对于所有现场设备共用的组件，其故障会对所有的现场设备产生影响。此外，现场设备中的故障、例如传输线路的短路或者干扰信号被发出到传输线路上，会对其余的连接在总线上的现场设备的通信造成损害。

具有现场设备的现场总线的扩展、例如是PA/FF-总线的扩展应该在运行中可能不会对现场总线或其连接在上面的用户造成干扰。在将现场设备接通到连接装置上期间，所有设备的或者另外的现场设备的通信可能由于总线上的电流变化而受到干扰。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种用于现场设备的连接装置，该连接装置能够实现无干扰的总线扩展。

该目的由此实现，即用于连接现场设备的连接装置包括：用于连接到总线上的总线接口；用于连接现场设备的现场设备接口；供电线路；和信号线路，其中供电线路和信号线路彼此并联地这样布置在总线接口与现场设备接口之间，即在总线上引导的供电电压与同样也在总线上引导的信号通过布置在供电线路中的第一连接单元和布置在信号线路中的第二连接单元分隔开。将供电线路与信号线路分隔开或者说进行划分防止了在将另一个现场设备接通到连接装置上期间在总线上的电压扰动。由于接通而引起的电压扰动例如可能促使连接上的另外的现场设备的重新设定，这导致各自的现场设备发生故障或者甚至导致整个通信的崩溃。由于供电线路现在与信号线路分隔开，因此干扰性的反作用，正如其由于现场设备的接通而引起的那样，不再表明是有害的。

干扰性的反作用例如可以理解为带有需要连接的接触芯线的连接触点的损坏。这种损坏可能在报文传输期间引起电压扰动并且对报文产生干扰。

为了排除经过信号线路的干扰信号，连接装置具有测量装置，其布置在连接单元与现场设备接口之间，其中测量装置设计用于探测电流变化和用于这样操纵开关元件，即中断经过现场设备接口的电流。所述的电流变化例如可以以下述方式实现：在具有现场总线、连接装置和现场设备的自动化系统的启动阶段期间或者在现场总线的另一个升级期间，可能出现这种情况，即装配工希望在现有的连接装置上将现场设备通过预设的触点连接到连接装置上。由于这种连接是一种手动的工作并且不是一种干净的精密的开关过程，因此可能的是，具有其芯线的导线由于机械的引导而短时间内可能存在接触并且又失去接触以及因此产生故障，其中导线连接到现场设备上并且现场设备又应该接通到连接装置的触点上。但在这里存在的连接装置中恰好有利的是，即识别了导线的芯线在触点上的第一次接触，这是因为第一个-虽然是短时间的-电流流过。这个电流值通过测量装置识别，其中测量装置又将这个识别的电流变化通知给开关元件，该开关元件立刻中断了经过现场设备接口的电流并且由此这种干扰不再明显地反作用于总线。

在连接装置的另一个优化的设计方案中设有延时电路，该延时电路在通过测量装置识别出电流变化之后这样控制开关元件，即开关元件在预定的持续时间内保持断开。预定的持续时间首先是可以自由选择的。这种可以选择的持续时间优选地取决于用于连接过程的持续时间，并且会接通现场设备的启动器需要该用于连接过程的持续时间。例如可能将持续时间调节到5s，这是因为在第一次导致了电流变化或导致了电流峰值的接触之后，可以在经过5s之后以充足的概率判断，即通向现场设备的导线的芯线现在安全地安装在连接装置的触点上并且因此不再产生干扰性的电流变化。

为了进一步使得由于连接过程而引起的干扰和对于总线的反作用最小化，在另一个设计方案中，连接装置在供电线路中具有电流上升限幅电路。这种电流上升限幅电路在此也是一种去耦，这由此实现，即电流上升限幅电路仅仅允许缓慢的电流变化，由此快速的干扰性的电流变化不会在总线上令人察觉到。

在另一个设计方案中，在供电线路中布置了蓄能器。该蓄能器可能设计为储存电容器的形式。因此可以从蓄能器中提供由于现场设备的接口引起的突然需要的能量需求。

为了进一步对该连接装置进行优化，在另一个设计方案中为该连接装置设有监测装置，该监测装置设计用于监测在总线上的报文交换，其中监测装置与控制单元相连接并且控制单元设计用于仅仅在报文间歇中允许现场设备接通。由此确保了，即可能出现的干扰仅仅在报文间歇的一个时间间隔中产生，也就是说当没有报文在总线上经过时。

此外有利的是，第一连接单元具有低通滤波器、特别是线圈或电子电路，例如是阻抗变换器。

在EX-范围中经常需要电隔离。这可以由此实现，即在第一连接单元中使用了DC/DC-变换器以及在第二连接单元中优选地使用了光学的接口。

附图说明

图1示出了用于现场设备的连接装置的一个实施例。

具体实施方式

根据附图示出了用于现场设备14的连接装置1。连接装置1具有总线接口20，该总线接口与总线2相连接。总线2设计为双线的ProfibusPA。为了连接现场设备14，连接装置1还具有现场设备接口21。为了使得现场设备14能够通过相应的具有其芯线的导线接通到连接装置1上，连接装置1还具有触点15。

在总线接口20与现场设备接口21之间布置了：供电线路3，3′，以用于传输供电电压，该供电电压除了数据信号之外通过总线2来提供；以及用于数据信号的信号线路4，4′。供电线路3，3′和信号线路4，4′在此彼此并联地布置在总线接口20与现场设备接口21之间。通过这种布置可以使得在总线2上共同存在的供电电压与数据信号彼此之间分隔开。这种分隔通过布置在供电线路3，3′中的第一连接单元8和通过布置在信号线路4，4′中的第二连接单元9来实现。

从左向右观察，也就是说从总线2出发，在总线上引导的信号可以通过总线接口20和信号线路4到达第二连接单元9，由此信号与在总线上引导的供电电压去耦。与此类似地，通过在供电线路3，3′中的第一连接单元8使得供电电压与信号分隔开。在现场设备接口21的方向上看去，在第一连接单元8之后和在第二连接单元9之后，供电电压与信号又汇聚在一起。

在这个汇聚部分上连接了控制单元10。控制单元10具有测量装置11和延时电路12。控制单元10和开关元件16布置在串联电路中并且在开关元件16闭合的情况下能够使得供电电流和信号电流通向通过触点15连接的现场设备14。

下面描述了通过触点15将现场设备14连接到连接装置1上的过程。与在附图中固定地描绘的电连接相反，对于连接过程必须首先设定为解开的连接。在第一次将现场设备14的连接导线连接到触点15上时，芯线首先第一次接触了触点15，由此产生了电流。该电流描述了这样一个路径，该路径从总线2出发经过总线接口20，经过供电线路3，经过第一连接单元8，进入控制单元10，经过开关元件16，经过触点15并且最后到达现场设备14。在此，在控制单元10中布置了测量装置11，该测量装置设计用于，探测该电流或电流变化并且这样操纵开关元件16，即首先中断经过现场设备接口21的电流。

布置在控制单元10的内部的延时电路12这样设计，即在通过测量装置11识别出电流变化之后这样控制开关元件16，即该开关元件在例如5s内保持断开。

将现场设备连接到连接装置1上的装配工现在也就拥有5s的时间来将芯线符合规定地接通，而不会引起另外的干扰。在预定的持续时间结束之后重新闭合开关元件16并且通过测量装置11测定了电流值。如果现在流动的电流目前是恒定的，则通过开关元件16持续地接通现场设备接口21。如果在测定的电流测量值中还始终会识别到波动，则重复进行断开过程以及在其之后的接通过程。

选择性地，连接装置1还可以具有监测装置30，其中监测装置30随着第一次连接与总线2相连接并且随着第二次连接与控制单元10相连接。监测装置30设计用于监测报文交换并且在无报文的时间内或者说在控制单元10的报文间隙中传输释放信号，即该释放信号允许接通，也就是说允许开关元件16的闭合。

Claims (11)

1.一种用于连接现场设备(14)的连接装置(1)，所述连接装置包括：用于连接到总线(2)上的总线接口(20)；用于连接所述现场设备(14)的现场设备接口(21)；其特征在于，所述连接装置还包括供电线路(3，3′)和信号线路(4，4′)，其中所述供电线路(3，3′)和所述信号线路(4，4′)彼此并联地这样布置在所述总线接口(20)与所述现场设备接口(21)之间，即在所述总线(2)上引导的供电电压与同样也在所述总线(2)上引导的信号通过布置在所述供电线路(3，3′)中的第一连接单元(8)和布置在所述信号线路(4，4′)中的第二连接单元(9)分隔开，其中测量装置(11)布置在所述第一连接单元(8)和所述第二连接单元(9)与所述现场设备接口(21)之间，其中所述测量装置(11)设计用于探测电流变化和用于这样操纵开关元件(16)，即中断经过所述现场设备接口(21)的电流，并且其中，所述测量装置(11)在所述现场设备(14)连接至所述连接装置(1)时探测所述电流变化，并且其中，具有监测装置(30)，所述监测装置设计用于监测在所述总线(2)上的报文交换，其中所述监测装置(30)与控制单元(10)相连接并且所述控制单元(10)设计用于仅仅在报文间歇中允许所述现场设备(14)接通。

2.根据权利要求1所述的连接装置(1)，其中设有延时电路(12)，所述延时电路在识别出电流变化之后这样控制所述开关元件(16)，即所述开关元件在预定的持续时间内保持断开。

3.根据权利要求1或2所述的连接装置(1)，其中所述供电线路(3，3′)还具有电流上升限幅电路(6)。

4.根据权利要求1或2所述的连接装置(1)，其中在所述供电线路(3，3′)中布置了蓄能器(5)。

5.根据权利要求3所述的连接装置(1)，其中在所述供电线路(3，3′)中布置了蓄能器(5)。

6.根据权利要求1或2所述的连接装置(1)，其中所述第一连接单元(8)具有低通滤波器或电子电路。

7.根据权利要求6所述的连接装置(1)，其中所述低通滤波器或电子电路是阻抗变换器。

8.根据权利要求5所述的连接装置(1)，其中所述第一连接单元(8)具有低通滤波器或电子电路。

9.根据权利要求1或2所述的连接装置(1)，其中所述第二连接单元(9)具有电隔离。

10.根据权利要求9所述的连接装置(1)，其中所述电隔离是光学的接口。

11.根据权利要求8所述的连接装置(1)，其中所述第二连接单元(9)具有电隔离。