CZ287254B6 - Circuit arrangement for signal transmission - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zapojení pro přenos signálu mezi alespoň jedním snímačem signálu a alespoň jedním vyhodnocovacím zařízením a s vodičovým systémem pro přenos signálu a pro dodávku elektrické energie pro snímač signálu a vyhodnocovací zařízení.

Dosavadní stav techniky

V měřicích a kontrolních systémech technických zařízení, například v pláštích kotlů, byl až dosud každý měřicí snímač spojen pomocí separátního kabelu s příslušným vyhodnocovacím zařízením. Obvykle potřebný počet měřicích snímačů, například pro kontrolu teploty, pro kontrolu tlaku, pro bezpečnostní kontrolu nejvyššího stavu tekutiny, pro zjištění aktuálního stavu tekutiny, vyžaduje množství kabelů. Zvláště při větších vzdálenostech mezi snímači signálu a vyhodnocovacím zařízením, například když jsou vyhodnocovací zařízení umístěna na vzdáleném kontrolním centru, představuje kabeláž podstatný cenový faktor.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je vytvořit zapojení shora uvedeného typu, jehož náklady na kabeláž jsou malé.

Tento úkol se vyřeší tím, že každý snímač signálu a každé vyhodnocovací zařízení mají sběmicovou řídicí jednotku. Vodičový systém má čtyři vodiče, z nich dva vodiče tvoří sběmicové vedení pro přenos signálu a dva vodiče tvoří energetické vedení pro dodávku energie. Každý snímač signálu a každý vyhodnocovací zařízení jsou připojeny pomocí sběmicové řídicí jednotky ke sběmicovému vedení a dále jsou připojeny na energetické vedení. Na obou koncích vodičového systému je zařazen mezi oba vodiče sběmicového vedení první odpor, mezi třetí vodič sběmicového vedení a první vodič energetického systému je zařazen druhý odpor a mezi čtvrtý odpor sběmicového vedení a druhý odpor energetického vedení je zařazen třetí odpor, přičemž celková hodnota odporu odporů odpovídá vlnovému odporu sběmicového vedení.

Přenos signálu mezi snímačem a vyhodnocovacím zařízení probíhá prostřednictvím dvoužilové sběrnice. Přitom řídicí zařízení se sběrnicí koordinují přenos signálu mezi snímačem a vyhodnocovacím zařízením tak, že jsou vyloučeny vzájemné rušení a ovlivňování. Přenos signálu nemusí v každém případě nastat jen mezi snímačem signálu a vyhodnocovacím zařízením. Signál ze snímače může například také přijmout a použít více vyhodnocovacích zařízení. Řídicí zařízení se sběrnicí lze mnohotvárně kombinovat. Doplňkově ke sběrnici je vytvořeno v systému vedení dvoužilové energetické vedení, které vede napájecí napětí, přičemž na obou koncích systému vedení je vytvořena terminace. Tím je na obou koncích vedení sběrnice elektrické napětí se stejným potenciálem, takže ve vedení sběrnice neteče vyrovnávací proud a spotřeba energie je malá. Zároveň existuje velký rozdíl mezi napětím existujícím ve vedení sběrnice při přenosu signálu a napětím ve vedení sběrnice v klidovém stavu, existuje velký takzvaný odstup signálu od poruchy. Se zřetelem na tentýž potenciál je odolnost proti rušení vnějším elektromagnetickým vlněním velmi malá. Spojení všech snímačů a vyhodnocovacích zařízení pomocí společného energetického vedení přináší mnohotvárné možnosti dodávek energie. Přitom se pro každý případ zajišťuje, že je ke všem připojeným snímačům a vyhodnocovacím zařízením připojeno nejen totéž napájecí napětí, nýbrž že také mají stejný potenciál.

Předmětem závislých nároků je výhodné další provedení vynálezu.

Z hlediska snímače signálu jsou výhodné znaky podle nároku 2, zejména když jsou snímače signálu nahodile rozmístěny po zařízení, tedy na velmi rozdílných místech. V případě poruchy na snímači signálu se může, poněvadž nemá žádný vlastní zdroj, jednoduše vyřadit z centra z dodá

-1 CZ 287254 B6 vek energie pomocí energetického vedení. Po obnoveném zařazení nastartují opět počítačové jednotky snímač signálu z jeho základního stavu definovaného jejich softwarem, tím nedochází k žádnému zkreslení dat signálu.

Dodávka energie snímačům signálu a vyhodnocovacím zařízením se může provádět jediným centrální elektrickým zdrojem, který napájí potřebnou elektrickou energii energetické vedení. Podle nároku 3 mohou ale také být jedno vyhodnocovací zařízení nebo více vyhodnocovacích zařízení součástí sítě a mohou tak být napájeny potřebnou elektrickou energií. Napájecí výkon tak může být jednoduše zharmonizován podle potřeby vyhodnocovací jednotky a snímače.

CAN sběrnice vytvořená podle nároku 4 je charakterizována velkou odolností proti poruchám, poněvadž pracuje s diferenciálně přenášeným signálem. Oba binární stavy v přenosovém signálu se projeví ve vedení sběrnice pozitivním a negativním napětím a pro rozlišení signálu je rozhodující polarita napětí. Kolísání nemá rušivý vliv.

Znaky podle nároku 5 umožňují vysokou necitlivost sběrnice proti vnějšímu elektromagnetickému poli.

Popis obrázku na výkrese

Příklad provedení zapojení k přenosu signálu podle vynálezu je schematicky znázorněn na výkrese.

Příklady provedení vynálezu

Ke kontrole fyzikálních veličin v průmyslových zařízeních, například v neznázoměném zařízení kotle jsou vytvořeny jako signální čidla dva decentralizované uspořádané snímače 1, 2 signálu a jako přijímače signálu dva centrálně umístěná vyhodnocovací zařízení 3,4.

Snímače 1, 2 signálu mají senzor 5 ke zjištění kontrolovaných fyzikálních veličin, například stavu naplnění, teploty a tlaku. Senzor 5 je připojen k přizpůsobovacímu zařízení 6, které je připojeno k počítačové jednotce 7, která je připojena ke sběmicové řídicí jednotce 8. Převodník 9 napětí je zařazen pro zajištění stejnosměrného napětí potřebného pro chod. Každé vyhodnocovací zařízení 3,4 má sběmicovou řídicí jednotku 10 a s ním spojenou počítačovou jednotku 11, která řídí výstupní relé 12. Na každém vyhodnocovacím zařízení 3, 4 je rovněž umístěna jako zdroj energie přípojka 14 sítě spojená s obecnou elektrickou sítí 13 a k ní připojený převodník 15 napětí pro zajištění stejnosměrného napětí nutného pro chod.

Elektrický vodivý systém je tvořen kabelem se čtyřmi vodiči 16 až 19. Z nich tvoří vodiče 16 a 17 energetické vedení. Další vodiče 18 a 19 jsou v sobě zapleteny a tvoří vedení sběrnice. Na obou koncích systému vedení jsou připojeny tři odpoiy 20 až 22. První odpor 20 je vřazen mezi konce třetího a čtvrtého vodiče 18 a 19, tvořících vedení sběrnice. Druhý odpor 21 je vřazen mezi konce třetího vodiče 18, tvořícího vedení sběrnice, a první vodič 16 energetického vedení a třetí odpor 22 je vřazen mezi konce čtvrtého vodiče 19, tvořícího vedení sběrnice, a druhý vodič 17 energetického vedení. Celkový odpor odporů 20 až 22 odpovídá vlnovému odporu vedení sběrnice, tvořeného vodiči 18, 19. Sběmicové řídicí jednotky 8, 10 snímačů 1, 2 signálu a vyhodnocovacích zařízení 3, 4 jsou vytvořeny jako CAN sběrnice (Controller-Area-Network, viz například ISO 11898) a jsou připojeny k vodičům 18, 19 vedení sběrnice. Energetické vedení tvořené vodiči 16 a 17 je připojeno k přípojce 14 sítě obou vyhodnocovacích zařízení 3, 4 a také k převodníku 9 napětí obou snímačů 1, 2 signálu.

Za chodu vstupuje střídavé napětí z obecné elektrické sítě 13. například 230 V, na přípojku 14 sítě, ve které se transformuje na provozní stejnosměrné napětí, například 24 V. To se transformu-2CZ 287254 B6 je ve vyhodnocovacím zařízení 3, 4 převodníkem napětí 15 na zde potřebné pracovní napětí, například 5 V. Přípojka 14 sítě napájí provozním stejnosměrným napětím také vodiče 16, 17 energetického vedení. Tím je zásobován také převodník 9 napětí snímače 1, 2 signálu, který transformuje provozní stejnosměrné napětí na potřebné pracovní napětí.

Senzory 5 snímačů 1, 2 signálu předávají elektrický signál odpovídající kontrolované fyzikální veličině přizpůsobovacímu zařízení 6, které z něho vytváří signál vhodný pro počítačovou jednotku 7, například zesílením, proudovým omezením, analogovým nebo digitálním převodem. Počítačová jednotka 7 řídí komunikaci mezi sběmicovou řídicí jednotkou 8 a přizpůsobovacím zařízením 6 a převádí vstupní signál do datového formátu vhodného pro přenos. Ve sběmicové řídicí jednotce 8, se datový signál kompletuje na signál CAN sběrnice, který se odtud vede do vodičů 18, 19 tvořících vedení sběrnice. Přitom koordinují sběmicové řídicí jednotky 8, 10 přenos signálu přes dvoužilové vedení sběrnice tvořené vodiči 1.8, 19 tak, že přes více připojených snímačů 1, 2 signálu a vyhodnocovacích zařízení 3, 4 nedochází k vzájemnému rušení nebo ovlivnění při přenosu signálu. Z vodičů 18, 19 vedení sběrnice přijímá signál CAN sběrnice sběmicová řídicí jednotka 10 vyhodnocovacího zařízení 3, 4 a předává zde obsažená signální data na počítačovou jednotku 11 vyhodnocovacího zařízení 3, 4, ve kterém nastane vyhodnocení, například porovnání skutečných a požadovaných hodnot. Rovněž je dále potřebné, aby počítačová jednotka 11 předala řídící impuls na výstupní relé 12, takže se řídí k němu připojené zařízení, například výstražné zařízení, hořák, čerpadlo, regulační ventil.

Na základě společného energetického vedení tvořeného vodiči 16, 17 a obou termínovaných vedení přes odpory 20 až 22 má povozní napětí na snímačích 1, 2 signálu a rovněž na vyhodnocovacím zařízení 3, 4 stejný potenciál. Na koncích sběmicového vedení tvořeného vodiči 18, 19 má napětí také stejný potenciál. Tím se zabraňuje vyrovnávacím proudům spojeným ve sběmicovém vedení tvořeném vodiči 18, 19 s rozdíly potenciálu, což redukuje spotřebu energie. Kromě toho má napětí ve sběmicovém vedení tvořeném vodiči 18, 19 v klidovém stavu, to znamená, když neprobíhá přenos signálu, definovaný potenciál. Mezi napětím ve sběmicovém vedení tvořeném vodiči 18, 19 v klidovém stavu a napětím během přenosu signálu existuje definovaný velký rozdíl, tedy velký odstup signálu od poruchy. Sběmicové řídicí jednotky 8, 10 vytvářejí diferenciální signál, to znamená v přenášeném signálu je jeden binární stav znázorněn negativním stejnosměrným napětím. Nikoliv velikost napětí, nýbrž polarita je pro signál rozhodující. To vede k jednoznačnému a zejména bezporuchovému přenosu signálu. Přitom také necitlivost proti elektromagnetickému vlnění zvenku je velká, protože vodiče 18, 19 jsou spleteny.

Snímače 1, 2 signálu se často instalují v závislosti na zařízení místně ve velké vzdálenosti, zatímco vyhodnocovací zařízení 3, 4 jsou umístěna přednostně v jednom kontrolním centru, například ve společném skříňovém rozvaděči. Přípojky 14 sítě a tím zdroje energie pro všechny kontrolní komponenty, to znamená pro snímače 1, 2 signálu a vyhodnocovací zařízení 3, 4, jsou umístěny ve vyhodnocovacích zařízeních 3, 4 a tím v kontrolním centru. Proto se může podle potřeby z kontrolního centra vypojit a zapojit do vzdálených snímačů 1, 2 signálu přívod energie. Po připojení se nastartuje jejich počítačová jednota 7 a sběmicová řídicí jednotka 8 ze základního stavu definovaného jejich softwarem. Tím se může odstranit rušení nebo zkreslení signálu.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zapojení pro přenos signálu mezi alespoň jedním snímačem (1, 2) signálu a alespoň jedním vyhodnocovacím zařízením (3, 4) a s vodičovým systémem pro přenos signálu a pro dodávku elektrické energie pro snímač (1,2) signálu a vyhodnocovací zařízení (3, 4), vyznačující s e t í m, že

   - každý snímač (1, 2) signálu a každé vyhodnocovací zařízení (3, 4) mají sběmicovou řídicí jednotku (8,10),

   - vodičový systém má čtyři vodiče (16 až 19), z nichž dva vodiče (18, 19) tvoří sběmicové vedení pro přenos signálu a dva vodiče (16, 17) tvoří energetické vedení pro dodávku energie,

   - každý snímač (1, 2) signálu a každé vyhodnocovací zařízení (3, 4) jsou připojeny pomocí sběmicové řídicí jednotky (8, 10) ke sběmicovému vedení,

   - každý snímač (1,2) signálu a každé vyhodnocovací zařízení (3, 4) jsou připojeny na energetické vedení a

   - na obou koncích vodičového systému je zařazen mezi oba vodiče (18, 19) sběmicového vedení první odpor (20), mezi třetí vodič (18) sběmicového vedení a první vodič (16) energetického systému je zařazen druhý odpor (21) a mezi čtvrtý odpor (19) sběmicového vedení a druhý odpor (17) energetického vedení je zařazen třetí odpor (22) a celková hodnota odporu odporů (20 až 22) odpovídá vlnovému odporu sběmicového vedení.
2. 2. Zapojení podle nároku 1, vyznačuj ícf se tím, že

   - snímačem signálu (1, 2) je měřicí snímač, který má senzor (5) a počítačovou jednotku (7), která je zařazena mezi senzor (5) a sběmicovou řídicí jednotku (8), a

   - snímač signálu (1,2) je připojen k energetickému vedení s centrálním napájením.
3. 3. Zapojení podle alespoň jednoho z nároků la2, vyznačující se tím, že alespoň jedno vyhodnocovací zařízení (3, 4) má přípojku (14) sítě, která je připojena k energetickému vedení tvořenému prvním a druhým vodičem (16,17).
4. 4. Zapojení podle alespoň jednoho z předešlých nároků, vyznačující se tím, že sběmicová řídicí jednotka (8, 10) je vytvořena jako Controller-Area-Network sběrnice.
5. 5. Zapojení podle alespoň jednoho z předešlých nároků, vyznačující se tím, že třetí vodič (18) a čtvrtý vodič (19) sběmicového vedení jsou navzájem zapleteny.