CN1118987C - 总线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其是用于控制作为用户的结构紧凑的液压驱动装置的总线系统(1)，它具有一个与许多用户(LPU)相连的环形电力网系统(2)和至少一个与至少一个用户(6)相连的且位于环形电力网系统(2)的两部分之间的控制装置。人们可以使这样的系统适应于困难的应用条件。控制装置(5)为此具有一个用于所连接用户(6)的引出的接头(7)，它具有与环形电力网系统(2)相同的特性。

Description

总线系统

本发明涉及一种尤其是用于象用户那样地控制结构紧凑的液压驱动装置的总线系统，它具有一个与许多用户相连的环形电力网系统和至少一个与至少一个用户相连的且位于环形电力网系统两部分之间的控制装置。

这样的总线系统由WO98/30961公开了。在这里，环形电力网系统具有两条信号线和一条供电线。用户一部分作为“不受保护用户”而一部分作为受控用户地连接。受控用户具有一个控制装置，它或是将环形电力网系统的两部分(与控制装置相连的部分)连在一起即形成环形电力网系统，或是将用户与其中一部分或控制装置支路连在一起。对于线路不成环形电力网系统的情况来说，在控制装置中设置了必需的终端电阻，因此在信号线中不出现反射。

本发明的总线系统的优选应用场合是控制所谓的结构紧凑的驱动装置。这样的结构紧凑的驱动装置也被称为“电源组”，它们具有一个液压操作的电枢，此电枢由一个液压伺服马达驱动。为了给伺服马达供应高压液压流体，在工作中设置了一台由驱动电机带动的泵。这样的结构紧凑的驱动装置具有这样的优点，即它们确实以液压系统的稳定性和刚性工作，但它不需要液压供应线。控制和供能确切地说可以通过纯粹的输电线进行。

这样的结构紧凑的驱动装置原则上被用于负荷较强的环境如船只、化学工业处理设备、矿山生产设备或发电厂处理设备。在这样的腐蚀或强负荷环境中，已知的总线系统不能如人所愿地可靠工作。

本发明的任务是使总线系统适应于困难的应用条件。

在上述类型的总线系统中，如此完成了发明任务，即控制装置具有一个用于所连用户的引出的接头，它具有与环形电力网系统相同的特性。

因此，如此调节用户如结构紧凑的驱动装置，即就好象它被直接接入环形电力网系统中那样。但对于此用户来说，仍然保持了已知的安全方面，即借助控制装置可以一如既往地即使在故障状态下也将用户与未受干扰的支路、分路或环形电力网系统的部分连接起来，从而此用户在任何情况下都可以被输入所需的信号和电能。在这种情况下，还可以在空间上将用户与控制装置分开。此空间分开结构具有这样的优点，即控制装置例如可以被用于另一种环境。但在许多情况下，控制装置被安装在自身的外壳中就行了，所述外壳同结构紧凑的驱动装置的外壳与震荡有关地分开。尤其是控制装置为了连接而具有机械开关如电磁继电器时，结构紧凑的驱动装置所产生的或所遭受的冲击和震荡反复造成了触点间隔故障。借助分开结构，可以避免这种现象或者至少减少此现象。

接头尺寸优选地是如此确定的，即它可以给一个以上的用户供电或输入信号。人们可以将控制装置用作“保险器”并将输出端与即使在故障情况下都无论如何必须继续工作的用户相连。此外，此设计方案具有这样的优点，即人们可以从环形电力网系统中引出例如允许降低布线成本的独立接入线段。当人们可能有一条接入线段就够了的时候，人们一定不可以将双线引向单个用户。

控制装置最好具有一个与两各个相连的环形电力网系统部分相连的监测装置。因此，不管在环形电力网系统一部分上是否出现了故障，都将控制装置固定到位。控制装置与相邻装置连通也不是绝对必须的。监测装置可以仅根据环形电力网系统状态如所加电压来判断现在是正常状态或是出现了故障。控制装置具有一个与环形电力网系统的两个连接部分相连的监测装置。用于各环形电力网系统的监测装置具有一个传感器，它具有一个与环形电力网系统(2)电去耦合的输出端。传感器被设计成光耦合器或发送器。

在这里特别优选的是，用于各环形电力网系统的监测装置具有一个传感器，它具有一个与环形电力网系统电去耦合的输出端。电去耦合避免了象短路或过电压这样的故障击穿监测装置和与之相连的元件。人们也避免了在保留所需信息时的故障传播。

在这种情况下，传感器与被设计成发送器的环形电力网系统的一部分一起工作。环形电力网系统在这里有两个任务。一方面，它必须传递指示各用户的信号，这是它应该执行的功能。在这种情况下，各信息例如可以被冠上编码，从而各用户知道了是否为它确定了相应信号。另一方面，环形电力网系统也传递电能以便给用户供电，从而如为了驱动马达。如果人们监测此环形电力网系统部分，则人们可以查出大部分可能出现的故障。也就是说，一个环形电力网系统故障原则上表现为电路中断或短路。这两个状态都可以通过简单的技术和方式得到确认。

在这种情况下，优选的是，传感器被设计成光耦合器或发送器。这两个元件处于这样的位置，即形成供电装置与监测装置之间电去耦合而没有造成信息丢失。

发送器有利地具有一个信号探测器，它与环形电力网系统的信号部一起工作并感测是否存在信号。没有信号是表示环形电力网系统出现了故障。就是说，如果在环形电力网系统的一部分上没有传来信号，则存在某种故障可能性。因此，控制装置可以转接到环形电力网系统的另一部分上。此措施不仅可以单独制定，也可以与供电检测措施联合制定。

信号探测器有利地具有一条保护电路。保护电路确保了信号探测器不受过电压、超强电流的伤害，也许还保护它不受短路的伤害。它具有两个优点。一个优点是，装配危险性小，即其中信号终端不小心与供电线相连的极性变换不会马上造成信号探测器损坏。另一个优点是，即使在信号线或确切地说是总线的相应部分在出现电路故障的情况下与供电线短路连接时，也保证了安全。

一个供电装置优选地与环形电力网系统的两部分相连。供电装置确保了给控制装置供电。由于它与总线或环形电力网系统的两部分相连，所以即使在故障情况下，也确保了供电。

在这种情况下特别优选的是，在供电装置和各环形电力网系统部分之间布置了一个在环形电力网系统方向上截止的二极管。因此，人们确保了电流当在环形电力网系统的一部分中出现短路时不会简单地流向此环形电力网系统部分。这种电流流动其实是通过二极管被阻止的。二极管当然又允许电流相应地流向供电装置，从而确保了供电。

环形电力网系统有利地与中央单元相连，该中央单元在一条通向环形电力网系统的电路上具有快速拆下的保险丝。尤其是在强负荷或腐蚀的环境中，可能出现这样的情况，拟定于控制装置中的触点间隔“悬置”起来，即没有以所希望的性能工作。在这种情况下，可能出现强电流，它造成触点间隔的触点的熔合。当例如一个用户进入故障状态时，此故障也可能随之出现。快速拆下的保险丝的尺寸是如此确定的，即它在可能对开关触点或触点间隔造成永久伤害之前阻止这样的电流流动。暂时中断整个总线系统原则上比给控制装置带来伤害更容易对付。就是说，保险丝例如可以安置在一个容易触及的中央位置上。但用户经常被安置在不再允许直接存取的位置上。

与保险丝串联地布置了一条由限流器和一个开关构成的并联电路，如果拆下保险丝，则人们必须原则上诊断整个总线系统。在这种情况下，人们打开开关，否则它连通限流器。限流器可以最简单地被设计成欧姆电阻。接着，用降低的电压驱动总线工作，降低的电压是如此之小，从而即使在故障情况下也不会出现导致永久损坏的电流。即，人们可以观察到这样的故障情况有时只是由机械负荷引起的，这造成开关触点即使在没有相应的驱动功率的情况下也通过电磁铁彼此接触。如果取消相应的机械负荷，则故障也随之消除。

以下根据一个优选实施例并结合附图来详细描述本发明，其中：

图1是一个总线系统的示意图；

图2是控制装置的示意图；

图3是在输出端的中央单元；

图1示出了具有环形电力网系统2的总线系统1，所述环形电力网系统从中央单元3开始(接头A)并返回该中央单元(接头B)。不仅可以通过这两个接头A、B传递信号，而且也可以通过它们传递电功率。在以下描述中，与接头A相连的环形电力网系统部分用A-总线表示，而与接头B相连的部分用B-总线表示。

环形电力网系统包括四条芯线，即两条供电线和两条信号传输线。人们例如可以将CAN协议或RS485协议用作协议。

在环形电力网系统2中安置了许多个电器或用户LPU。电器从中央单元3那里接收控制信号和成电流和电压形式的电能，其中所述电器与所述控制信号相关地执行或进行某种动作。用户例如可以是结构紧凑的液压驱动装置，其中根据信号使电机投入工作，所述电机驱动一液压泵。液压泵在一定压力下将液压流体送入一伺服马达中，它又可以对相连的电枢进行调节。人们例如可以在船只且尤其是油船中找到这样的系统，其中必须操作许多个阀或闸板或分流器。其它应用领域是化学业或制药业的处理设备、矿山处理设备或发电厂处理设备。

有时，不可避免地在环形电力网系统2中出现了故障。例如这样的一个故障位置由在环形电力网系统2右分支中的十字交叉点表示。如果它在这种情况下是断路的话，则不可能再通过接头A给位于故障位置左下方(参见图1)的电器LPU供电。由于是环形电力网系统结构，所以最多只能通过B-总线供电。

为了能够控制这样的故障点4，从此刻起在本实施例中设置了两个控制装置5，它们被接入环形电力网系统2中。另一个电器6与右面的控制装置5相连，所述电器还可以完全象其他用户或电器LPU那样地构成。通过一条功率分路7示出了可以连入其他电器。控制装置5可以在本实施例中最多控制五个电器6。

控制装置5确保了电器6和与功率分路7相连的其他电器总是与不受干扰的总线即A-总线或B-总线相连。人们还可以将所谓的“保险”电器或者那种即使在故障情况下仍必须确保其功能的电器与控制装置5连接起来。

从图2中得到了控制装置5的相似结构，图2是表示控制装置5的电线布置的示意图。

A-总线与接线板8相连，B-总线与接线板9相连。这两块接线板8、9分别具有两个供电接头V和两个信号传输接头S。这两个接头V相应地与环形电力网系统2的供电部相连，如它们与两条输送220伏交流电的芯线相连。这两个接头S与环形电力网系统2的信号部相连，所述信号部例如可以是由两条输送4...20mA信号的芯线构成的。但在许多情况下，通过电路传输数字信号是有利的。

这两块接线板8、9的接头V分别通过一个继电器R1与另一个接线板9、8的相应的接头V相连。相应地，接头S通过一个继电器R2相连。继电器R1、R2可以通过连接电路接通和断开。

这两块接线板8、9的信号接头S被引向第三继电器R3的触点间隔，它将接线板8的信号接头S与信号探测器10连接在一起或者将接线板9的信号接头S与之连接起来。信号探测器10向分析装置11如CPU报告信号是否到达A-总线的环形电力网系统信号部。信号探测器10的输入端受到保护电路12的保护，所述保护电路在各输入路线中具有一个PTC-电阻13和一个欧姆电阻14。另外，信号探测器10的两条输入电路通过设置对接的稳压二极管相连。如果出现过电压，则通过稳压二极管15截住过电压。通过PTC-电阻防止了太强的电流。如果在装配时出现了错误连接，其中220伏输送电路与信号接头S相连，则信号探测器10未被损坏。

第三继电器R3的输出端与另一个接线板16相连，确切地说，它在那里与相应的信号接头S相连。借助两个附加的在此未示出的继电器，可以分开接线板16，以便例如能够在故障诊断时断开支路7。

接线板8的接头V和接线板9的接头S与第四继电器R4相连，其输出端与接线板16的接头V相连。相应地，一条具有与环形电力网系统2相同的性能的电路7与接线板16相连。电器6可以与接线板16相连。它还必须不再与控制装置5一起构成组件。

接线板8的接头V通过整流装置17与光耦合器OPTA相连。接线板9的接头V通过整流装置与光耦合器OPTB相连。一旦电压到达了接头V，则各光耦合器OPTA和OPTB向分析装置11报告这一事实，其中分析装置11与接线板8、9的接头V电去耦合。这两个整流装置17、18如所述的那样是通过相应的二极管桥形成的。

整流装置17、18的输出端通过二极管DA、DB与供电装置19相连。供电装置19给分析装置11供应+12伏的直流电并有可能的话如虚线所示的那样提供+5伏的电压。在这种情况下，它可以是Firm Integrations Inc.的“Topswitch”电路。这使得可以使用很小的发送器来启动继电器。在用于其中振动是不可避免的船只的情况下，这是很有利的。

图3示出了中央单元3的输出端且确切地说是环形电力网系统2供电部的输出端。

一个仅示意画出的电源20通过快速拆开的保险丝21与一个由起到限流器作用的电阻22和一个具有用于环形电力网系统2的接头两部分A、B的开关23构成的并联电路相连。还可以设置附加的开关24、25，利用所述附加开关，可以不仅使A-总线而且使B-总线与供电装置断开。

控制装置5如此工作：在正常情况下或者说在无干扰情况下，如图2所示的那样接通继电器R3、R4。结果，接线板8与接线板16相连，即电路7与A-总线相连。所有到达A-总线的信号不受干扰地被传给电路7。

一旦电压加在接线板8的接头V上，则分析装置11的光耦合器OPTA发出信号，即从供电侧起一切正常。信号探测器10用信号报告，即相应的信号电压已到达接线板8的信号接头S。例如，它测知在4...20mA信号下最小电流是否经过或者数字信号或信号图形根据RS485-协议是否到达。与此同时，使供电装置19处于能提供所有装置工作所需电压的状态。

继电器R1、R2触点间隔如上所述地打开。如果人们希望通过A-总线即不通过B-总线给靠在接线板9上的环形电力网系统2部分供电，则人们可以接通触点间隔。

当现在分析装置11确定出现故障时，例如光耦合器OPT A不再提供输出信号，或者信号探测器10确定没有信号时，分析装置11通过其输出端T转接继电器R3、R4，从而由此刻起通过B-总线紧接着实现了接线板16的供电。

接着，通过二极管DB给供电装置11供电。二极管DA防止了电流可能错误地在A-总线上流走。

在正常工作中，开关24/25以及开关23是闭合的(图3)。当出现造成大量电流流动的故障且这样的电流流动又可能致使开关触点熔化或受到其他损伤时，断开保险丝21。因此，整个环形电力网系统2没有供电。然而避免了对继电器触点的长久损坏(当用半导体开关代替继电器时，这同样适用于半导体路段)。

如果人们又接入或更换保险丝21时，通常需要诊断环形电力网系统2及与其相连的电器。为了在这种情况下避免马上拆下保险丝，打开开关23。因此，电流通过限流器22被限制到预定的最小值，所述最小值是这样选择的，即它不可能引起损坏。于是，人们可以不慌不忙地检查是否排除了故障或故障发生在哪里。当系统再次没有故障时，接通开关23。人们同样可以借助开关24/25来检查A-总线或B-总线是否有缺陷。由于在各控制装置中采用了局部供电装置19，所以故障诊断工作也可以在电压减弱的情况下进行。

Claims (12)

1.尤其是用于控制作为用户的结构紧凑的液压驱动装置的总线系统，它具有一条与许多用户相连的环形电力网系统和至少一个与至少一个用户相连的且位于环形电力网系统的两部分之间的控制装置，其特征在于，控制装置(5)具有一个为了所连接用户(6)而引出的接头(16)，它具有与环形电力网系统(2)相同的特性。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，确定接头(16)的尺寸使之可以供给一个以上的用户(6)。

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，控制装置(5)具有一个与环形电力网系统(2)的两个连接部分相连的监测装置(OPT A，OPT B，10，11)。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，用于各环形电力网系统的监测装置具有一个传感器(OPT A，OPT B)，它具有一个与环形电力网系统(2)电去耦合的输出端。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，传感器与作为发送器构成的环形电力网系统(2)的一部分(V)一起工作。

6.如权利要求4或5所述的系统，其特征在于，传感器(OPT A，OPT B)作为光耦合器或发送器构成。

7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，发送器具有一个信号探测器(10)，它与环形电力网系统(2)的信号接头(S)一起工作并感测是否存在信号。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，信号探测器(10)具有一条保护电路(12)。

9.如权利要求1或者2所述的系统，其特征在于，一个供电装置(19)与环形电力网系统(2)的两部分相连。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，在供电装置(19)和环形电力网系统(2)的每个部分之间布置了一个在环形电力网系统(2)方向上截止的二极管(DA，DB)。

11.如权利要求1或者2所述的系统，其特征在于，环形电力网系统(2)与一个中央单元(3)相连，该中央单元(3)在一条通向环形电力网系统(2)的线路上具有快速拆下的保险丝(21)。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，与保险丝(21)串列地布置了一条由一个限流器(22)和一个开关(23)构成的并联电路。

Images