CN108292998B - 总线耦合单元以及具有总线耦合单元的总线系统 - Google Patents

Abstract

本发明是总线耦合单元（10），所述总线耦合单元具有两个输入（12,13）和两个输出（14,15），双线总线的总线线路（16,17）可以分别连接至所述两个输入（12,13）和所述两个输出（14,15）；本发明还是总线系统（24），所述总线系统具有至少一个这样的总线耦合单元（10），其中，所述输入（12,13）中的一者可以在所述总线耦合单元（10）内部分别借助于第一和第二连接路径（26,28）以导电方式连接至所述输出（14,15）中的一者，并且其中，所述两个连接路径（26,28）可以借助于桥接路径（30）以导电方式在所述总线耦合单元（10）的内部连接。

Description

总线耦合单元以及具有总线耦合单元的总线系统

背景技术

由于总线系统所提供的灵活性，所以总线系统（例如，符合“KNX”标准的现场总线）越来越广泛地使用在建筑自动化中以用于将为此目的提供的传感器和致动器连接起来。众所周知，当使用总线系统时，每个传感器可以在很大程度上随意地与每个致动器在功能上连接，从而使得例如在总线系统的第一配置中，用作传感器的开关可以激活天花板照明，而在总线系统的第二配置中，该同开关则可以激活所讨论的建筑的另一耗能器。与此相反，在常规的电气装置中，控制功能固定地连接至能量分布，使得对于切换和功能的后续改变难以执行。较高级别的功能（诸如，建筑中的所有照明元件的中央切换）仅能够以较大复杂性来实现。

分别提供作为分立的单元或者可作为用作传感器或者致动器的装置的部件来使用的总线电路，以用于将传感器和致动器连接至该总线系统。这样的总线电路不仅提供短路抵抗，而且还会在例如总线电缆中的断线的情况下确保持续的就绪状态。

总线系统的功率需求和有效电阻二者均随着连接至为此目的所必需的总线系统和每个总线电路的每个传感器或者致动器而增加。由于电阻导致的在总线系统上产生电压降与所连接的总线电路的数量的平方成比例。在具有特别高的能量需求的装置连接至总线系统的情况下，该比率会变得更加不利。在实践中，这限制能够借助于总线系统来相互连接的传感器和致动器的可能的数量。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供可能的方式以用于：直截了当地增加能够连接至总线系统的总线电路的数量，同时在断线等情况下维持短路抵抗以及操作就绪状态。

根据本发明，借助于包括权利要求1的特征的总线耦合单元（在下文中简称为“总线耦合器”）、以及借助于包括至少一个这样的总线耦合器的总线系统来实现所述目的。总线耦合器包括输入和输出，该输入和输出用于联接双线总线（即，形成有两个总线电缆的总线）的两个节段。电能和数据二者同样能够经由两个总线电缆二者传输，并且在操作期间，电能和数据经由总线电缆被传输至总线电路。在本文所提出的总线耦合器中，所设置的是，所述耦合器包括第一和第二输入、以及第一和第二输出，其各自能够连接两个总线电缆，从而给出一共四个端口。第一输入和第一输出可借助于第一连接路径在总线耦合器内（在总线耦合器内部）导电地连接。第二输入和第二输出同样可借助于第二连接路径在总线耦合器内部导电地连接。最后，这两个连接路径（第一连接路径和第二连接路径）自身可在总线耦合器内导电地连接。为了区分这两个连接路径，将该可导电连接性指定为桥接路径。例如，借助于适当的切换元件、特别是借助于可电子控制的切换元件、特别是借助可基于在总线系统中传输的数据来控制的可电子控制的切换元件来确保导电连接性。

总线耦合器的两个连接路径借助于桥接路径的可导电连接性允许经由总线耦合器的两个输出二者来转送例如经由输入中的一个供给的电能和引入数据。然后给直接连接至两个输出中的一者的每个总线电路供给所供应的电能。如果总线节段呈回路的形式连接至总线耦合器的第一输出和第二输出，则沿着这样的总线节段获得的电压降是具有相同数量的总线电路的线性总线节段的仅一半。

在总线耦合器的一个实施例中，该总线耦合器分别包括在第一连接路径和/或第二连接路径中的至少一个切换元件，所述至少一个切换元件在相应输入与桥接路径至连接路径的连接点之间和/或在桥接路径的连接点与相应输出之间。每个输出可借助于切换元件和桥接路径连接至每个输入并且反之亦然。

在总线耦合器的另一实施例中，该总线耦合器包括在桥接路径中的两个可共同切换的切换元件。借助于该可共同切换的切换元件，在激活切换元件时，可以建立第一连接路径与第二连接路径之间的导电连接。

在总线耦合器的又另一实施例中，该总线耦合器可以按照这样的方式来实施，使得可借助于总线命令来控制切换元件，即，在连接路径中的切换元件和/或在桥接路径中的可共同切换的切换元件。当在操作中时，总线耦合器经由分别连接至一个或多个端口的总线电缆来接收这样的总线命令，并且根据切换元件的切换位置来转送这样的总线命令。总线耦合器自身也能够评估特定总线命令，即这样的总线命令：例如通过中央单元注入到总线中以用于改变总线耦合器的单独的切换元件或者多个切换元件的切换位置。以此方式，每个总线耦合器可以被集中控制并且使其配置受到影响。

总的来说，本发明还是总线系统，例如用于建筑自动化中的总线系统，该总线系统包括在此处和在下文中描述的类型的至少一个总线耦合器。

在用于操作这样的总线系统的方法中，每个总线耦合器的桥接路径在总线系统中自动地断开以便执行测试或者执行初始化过程。桥接路径借助于连接至总线系统的中央单元且在该中央单元的控制下自动地断开，即，没有用户干涉地断开。

可以利用断开的桥接路径来执行的测试的示例是：监视总线系统、线路故障处理、或者短路隔离。在线路故障处理的情况下，在借助于由中央单元引起的一个或多个总线耦合器的切换元件的切换位置的测试之后，总线系统的具有断线的部分被绕过。在短路隔离的情况下，在借助于由中央单元引起的一个或多个总线耦合器的切换元件的切换位置的测试之后，使总线系统的受到短路影响的部分从总线系统的其余部分隔离。当桥接路径断开时，在测试期间获得线性总线拓扑结构。通过沿着所得到的线划拓扑结构特别是由中央单元所确定的特征值来测试总线系统，所述特征值诸如，例如是用于确定线路故障的连续性或者用于确定可能的短路的线路电阻值。

在用于操作总线系统的方法的一个变型中，当桥接路径断开时，作为初始化过程自动地分配地址。在此以大体上自身已知的方式来为连接至总线系统的总线电路分配唯一的地址，以使得相应总线电路至少可由中央单元寻址，并且因此可控制连接至总线电路的检测器等。由于在桥接路径断开时获得线性总线拓扑结构，所以可以沿着线划拓扑结构自动地分配地址，例如，根据EP 1688900 B1或者EP 1703481 B1的用于自动地址分配的方法来实现。

附图说明

在下文中基于附图更加详细地解释了本发明的示例性实施例。在所有附图中，对应于彼此的物体或者元件设置有相同的附图标记。

在附图中：

图1 示出了总线耦合器；

图2 是图1的总线耦合器的简化代表图；

图3 示出了根据图1的具有连接的总线电路的总线耦合器；

图4 示出了具有根据图1和图2的总线耦合器的总线系统；

图5 示出了可根据总线协议经由总线系统传输的、包括通信阶段和测试阶段或者初始化阶段的电文；以及

图6 示出了包括这种总线耦合器的另一总线系统。

具体实施方式

图1的代表图示出了根据本文提出的方法的总线耦合器10的实施例。总线耦合器10包括四个端口12、13、14、15，为了进行区分以及为了使后续描述有更好的易读性，该四个端口12、13、14、15在下文中被表示为输入12、13和输出14、15，而且并没有任何意图以此来表示能量和/或数据流动通过总线耦合器10的特定或者甚至是排他的方向。双线总线系统24（图3）的两个总线电缆16、17可连接至每个端口12-15。总线耦合器10在内部包括至少一个逻辑电路20以用于评估经由总线系统24传输的信号。

两个输入12、13（第一输入12、第二输入13）分别可在总线耦合器内部连接至输出14、15（第一输出14、第二输出15）中的一者：第一输入12和第一输出14可借助于第一连接路径26在总线耦合器内部导电地连接；第二输入13和第二输出15可借助于第二连接路径28在总线耦合器内部导电地连接。第一连接路径26和第二连接路径28可借助于桥接路径30在总线耦合器内部导电地连接。借助于一个或多个可电子控制的切换元件（在此被示出为呈简单开关的形式）来确保导电连接性。可借助于逻辑电路20基于对在端口12-15中的一者处接收到的总线信号的评估来进行控制这些切换元件。

图2示出了根据图1的总线耦合器10的图解简化代表图。该简化代表图示出了呈单独的线路的形式的在端口12-15之间的每个路径，该路径实际上是双线路径。

关于总线耦合器10，图3中的代表图是图1的代表图的副本。该附图此外示出了连接至两个输出14、15的总线节段，该总线节段包括（为了空间和清晰的原因，仅仅通过示例）连接至总线电缆16、17的两个总线电路32。如可以看到的，经由连接至第一输入12的总线电缆16、17进入到第一输入12中的数据以及被供给至第一输入12的电能在第一连接路径26接通的情况下经由第一输出14传送至总线电路32，并且在桥接电路30接通且第二连接路径28同样接通的情况下也经由第二输出15传送至总线电路32。因此在第一输出14与总线电路32中的一者之间断线等情况下，仍可以经由第二输出15将在总线系统24中传输的电能和数据供应给总线电路32。

图4中的代表图示出了包括多个上述类型的总线耦合器10的总线系统24。总线耦合器10将结构赋予给总线系统24，即，细分为多个单独的节段34以及相应两个节段34的可连接性。借助于中央单元（控制器）40来供应单独的总线电路32，单独的总线电路32自身并未在此示出，而是仅仅以简化图解方式以如下形式示出：致动器36和检测器38组合在总线系统24中并且分别借助于总线电路32连接至总线系统24。

每个检测器38按照自身已知的方式包括：用于危险参数（诸如，例如烟、温度或者燃烧气体）的至少一个传感器（未示出）、以及用于生成关于相应危险参数的信号的评估电子装置（同样未示出）。所示出的致动器36是可连接至总线系统24的通用型装置的示例。这样的致动器36的示例是：光学或者声学警报信号装置、继电器、警报指示器、用于转送警报的传输装置等等。

中央单元40给总线电路32供应电能并且还控制总线系统24中的数据传输。每个总线耦合器10的切换元件可借助于中央单元40经由相应总线耦合器10的逻辑电路20间接地控制。对连接路径26、28以及桥接路径30中的切换元件的适当控制意味着每个输入12、13可连接至每个输出14、15或者两个输出14、15二者，并且每个输出14、15可连接至每个输入12、13或者两个输入12、13二者。可按照完全相同的方式来中断单独的输入和输出12-15之间的连接。

如在图5中以图解简化方式示出的，通信阶段42以及测试或者初始化阶段44被提供以影响切换元件的切换状态的形式用于总线耦合器10（每个单独的总线耦合器10）的这样的自动配置。通信阶段42以及测试或者初始化阶段44根据被提供用于总线系统24中的数据传输的总线协议来获得。根据该总线协议传输的电文46包括至少一个通信阶段42以及可选地还包括测试或者初始化阶段44。借助于总线耦合器10的内部逻辑电路20来进行其评估。

由中央控制单元40清楚地将测试或者初始化阶段44以信号通知到连接至总线系统24的总线耦合器10以及其内部逻辑电路20，例如通过信号沿、突发信号或者限定的电压水平来以信号通知。在测试或初始化阶段44期间在总线系统24中进行测试或者初始化过程，测试或者初始化阶段44不一定在每次操作循环（图5：循环时间T）中都是有效的。每个总线耦合器10的桥接路径30为此目的自动地断开。当桥接路径30断开时，获得具有线划拓扑结构的总线系统24并且在于该阶段期间自动进行的测试的环境下沿着该线划拓扑结构确定特征值。替代性地，沿着线划拓扑结构自动地分配单独的总线耦合器10的地址。

从对于在图4的代表图的上部部分中通过示例示出的总线系统24的三个节段34（子回路）的观察中显而易见的是，与不存在总线耦合器10且具有于是将获得的“大回路”的情况相比，总线耦合器10使得包括在子回路中的多个致动器36或者检测器38（就接近度而言）更直接地连接至中央单元40。

在子回路的一个中的在总线耦合器10之后、在总线耦合器10的第一输出14或者第二输出15上的致动器36或检测器38的每个总线电路32（当第一连接路径26和第二连接路径28接通且桥接路径30同样接通时）直接被供给由中央单元40所提供的供应电压。总线电路32上的电压降会减小定位在总线耦合器10的“更下游”的总线电路32上的电压。由于每个单独的子回路在两侧上被供给（即，经由相应总线耦合器10的第一输出14和第二输出15），所以该电压减小分别与包括在相应子回路中的总线电路32的仅一半有关。

图4中的代表图的下部部分示出了如下情形：在该情形中，借助于多个总线耦合器10将总线系统24的子回路划分为多个单独的节段34。在节段34中的一个的两条并联支路中的一条中出现总线电缆16、17中断或者短路的情况下，对于转送在总线系统24中传输的电能和数据的目的来说所述支路失效。然而，相应节段34的与所述支路并联的支路仍然确保能量和数据传输。供应回路中的后续的总线电路32所需要的全部功率单独地在所述并联支路中供应。在每个后续节段34中，所述功率再次被分布在该处存在的两个并联支路中。

与不存在这种总线耦合器10的总线系统24相比，总线系统24内所得到的相互连接以及并联支路引起在每个节段34中连续总线电路32的总电阻减小。

图6中的代表图示出了包括本文所提出的类型的总线耦合器10的总线系统24的另一拓扑结构。连续自然数表示单独的单元在总线系统24中的地址。总线耦合器10的桥接路径30断开并且第一连接路径26和第二连接路径28接通以进行地址分配。然后获得组合在总线系统24中的致动器36和检测器38的总线电路32的清楚序列。在总线系统24以及分别与其一起实施的建筑自动化系统的持续操作期间，总线耦合器10的桥接路径30接通，以使得在此处所示出的情形中，总线系统24中所包括的全部五个阶段34的两侧均被供给和供应有在总线系统24中传输的数据。如此处所示出的，由于每个节段34包括在总线系统24中作为整体所包括的全部总线电路32的大约五分之一，并且每个节段34的长度是在不存在总线耦合器10的情况下所获得的“大回路”的长度的大约五分之一，所以在每个节段34中获得了与单独的大回路相比低20倍的电压降。定位在中央单元40与总线耦合器10之间的任何总线电路32减小此增益。

虽然已经参照示例性实施例更加详细地示出和描述了本发明，但本发明并不受一个或多个公开的示例限制，并且在不超出本发明的保护范围的情况下，本领域技术人员可以从其得到其它变型。

因此，可以将在此提交的说明书的单独的、特别重要的方面简略地概述为如下：陈述了总线耦合单元（总线耦合器）10，该总线耦合单元10包括两个输入12、13和两个输出14、15，双线总线的总线电缆16、17分别可连接至该两个输入12、13和两个输出14、15；同样陈述了总线系统24，该总线系统24包括至少一个这样的总线耦合单元10，其中，输入12、13中的一者可分别借助于第一连接路径26或者第二连接路径28在总线耦合单元10内导电地连接至输出14、15中的一者，并且其中，总线耦合单元10内的两个连接路径26、28可借助于桥接路径30导电地连接。

附图标记列表

10 总线耦合单元、总线耦合器

12 端口，（第一）输入

13 端口，（第二）输入

14 端口，（第一）输出

15 端口，（第二）输出

16 总线电缆

17 总线电缆

20 逻辑电路

22 （未使用）

24 总线系统

26 （第一）连接路径

28 （第二）连接路径

30 桥接路径

32 总线电路

34 （总线）节段

36 致动器

38 检测器

40 中央单元

42 通信阶段

44 测试或者初始化阶段

46 电文

Claims (7)

1.一种总线耦合器（10），所述总线耦合器（10）包括输入和输出（12 , 13, 14, 15），双线总线的总线电缆（16, 17）能够分别连接至所述输入和输出（12, 13, 14, 15），其中，电能和数据二者同样能够经由两个总线电缆（16, 17）二者传输，其特征在于：

- 所述总线耦合器（10）包括各自能够连接两个总线电缆（16, 17）的第一和第二输入（12, 13）以及第一和第二输出（14, 15），

- 所述第一输入（12）和所述第一输出（14）能够借助于第一连接路径（26）在总线耦合器内部导电地连接，

- 所述第二输入（13）和所述第二输出（15）能够借助于第二连接路径（28）在总线耦合器内部导电地连接，以及

- 所述第一连接路径（26）和所述第二连接路径（28）能够借助于桥接路径（30）在总线耦合器内部导电地连接，

其中，所述总线耦合器（10）分别包括在所述第一连接路径（26）和/或所述第二连接路径（28）中的至少一个切换元件，所述至少一个切换元件在所述相应输入（12, 13）与所述桥接路径（30）的所述连接点之间和/或在所述桥接路径（30）的所述连接点与所述相应输出（14, 15）之间，每个输出能够借助于所述至少一个切换元件和所述桥接路径连接至每个输入。

2.根据权利要求1所述的总线耦合器（10），所述总线耦合器包括在所述桥接路径（30）中的两个能够共同切换的切换元件。

3.根据权利要求1或2所述的总线耦合器（10），其中，所述切换元件能够借助于总线命令来控制。

4.一种总线系统（24），所述总线系统（24）包括根据权利要求1至3中任一项所述的至少一个总线耦合器（10）。

5.一种用于操作根据权利要求4所述的总线系统（24）的方法，其中，每个总线耦合器（10）的所述桥接路径（30）在所述总线系统（24）中自动地断开以便执行测试或者初始化过程。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述桥接路径（30）断开时获得具有线划拓扑结构的总线系统（24），并且沿着所述线划拓扑结构自动地确定特征值以便测试所述总线系统（24）。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，当所述桥接路径（30）断开时获得具有线划拓扑结构的总线系统（24），并且沿着所述线划拓扑结构自动地分配地址。

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