DE10034087B4

DE10034087B4 - Feldbussystem mit minimierter Hardwarearchitektur

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Publication number: DE10034087B4
Application number: DE2000134087
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. Schrom
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2020-07-14
Also published as: DE10034087A1

Abstract

Feldbuskoppler mit Mikrocontroller (33) zur Steuerung des Feldbuskopplers (4),
wobei der Feldbuskoppler an die 3 Leitungen (5a, 5b, 5c) eines Feldbusses ankoppelbar ist, wobei eine der drei Leitungen (5a) des Feldbusses zur Übertragung von Startbits (41) und Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) dient und wobei über eine zweite Leitung (5c) die Energieversorgung der Feldbuskoppler geführt wird,
wobei jeder Feldbuskoppler zu Beginn jedes von vier Teilen (35, 36, 37, 38) seiner Bitzeit (39) den Signalzustand auf der Leitung zur Übertragung von Startbits (41) und Adress/Datenbits (53, 54, 55, 56) des Feldbusses abtastet (40) und wobei die Abtastung der Adress/Datenbits innerhalb des Intervalls zwischen 2/4 und 3/4 der Bitzeit des jeweils abtastenden Feldbuskopplers stattfindet,
wobei wenn ein sendewilliger Feldbuskoppler (42) (5) einen dominanten Signalpegel als Startimpuls (41) (4) auf den Bus legt und ein anderer Feldbuskoppler (43) diesen Startimpuls (41) bei seiner Abtastung (40) erkennt, dieser dann ebenfalls einen...

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldbussystem mit minimierter Hardwarearchitektur bestehend aus einem Feldbuskoppler sowie einem Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems.
In der Automatisierungstechnik, Gebäudeleittechnik und in Fahrzeugen werden vermehrt Feldbussysteme eingesetzt. Hier werden Daten über eine Leitung übertragen, um durch die informationstechnische Verknüpfung von Sensoren und Aktoren Steuer- und Regelfunktionen zu erfüllen. Heute übliche Feldbussysteme wie CAN, PROFIBUS oder EIB erfordern relativ aufwendige Feldbuskoppler, deshalb werden im allgemeinen mehrere Sensoren oder Aktoren gleichzeitig bedient, so dass sich lokale sternförmige Verdrahtungen ergeben. Weiterhin ist die maximale Anzahl von Feldbuskopplern pro Segment stark begrenzt (meist 32). Zur Stromversorgung erhält jeder Feldbuskoppler im allgemeinen ein eigenes Netzteil.
Die aufwendige Gestaltung der heute üblichen multifunktionalen Feldbuskoppler spiegelt sich entsprechend in den Kosten wieder, welche die Einsatzbereiche begrenzen und aufgrund der Bildung von lokaler sternförmiger Verdrahtung der Idee eines Bussystems mit dezentraler Anordnung zuwider laufen. Weiterhin entsteht wegen der Begrenzung der maximalen Feldbuskoppleranzahl pro Segment ein zusätzlicher Aufwand bei Planung und Montage für die Kopplung der einzelnen Segmente. Nicht zu vernachlässigen ist ebenso der Aufwand bei der Sicherstellung der Energieversorgung, was neben hohen Anschaffungskosten und Materialverbrauch einen entsprechenden Standby-Stromverbrauch nach sich zieht.
Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme durch ein Feldbussystem, welches folgende Eigenschaften aufweist:

1. Geringe Kosten durch minimalen Hardwareaufwand bei der Busankopplung und Softwareimplementierung des Protokoll-Controllers sowie Möglichkeit der Datenvorverarbeitung ohne zusätzliche Hardware („smart node")
2. Große maximale Anzahl von Feldbuskopplern pro Segment, dadurch vollständige Dezentralisierbarkeit und einfache Infrastruktur
3. Geringe Energieaufnahme durch spezielle Schaltungstechnik und zentrales Netzteil kombiniert mit Signal und Energieversorgung in einer Leitungsführung
4. Vereinheitlichter Feldbuskoppler kann in Kombination mit Anwendungsadaptern Funktionen modular bereitstellen

Das Feldbussystem verwendet das stochastische Zugriffsverfahren der bitweisen Arbitrierung, welches bei geringen Datenraten für einen effizienten und schnellen Medienzugriff sorgt (siehe CAN und EIB). Die elektrische Busankopplung zur Busleitung 5a, 5b erfolgt lediglich mit Hilfe eines einfachen Transistors 1 (Ausgang) und eines Spannungsteilers 2 (Eingang) gemäß 1. Ein zentrales Gerät 3 gemäß 3 stellt dabei eine Strombegrenzung 62 mit einer Maximalspannung 61 als Gegenpart bereit, so daß sich ein dominanter Low-Pegel und ein rezessiver High-Pegel ergeben, wie dies für bitweise Arbitrierung notwendig ist. Es handelt sich dabei gewissermaßen um eine 2-Draht-Stromschleife, wobei die anliegende Spannung vom Empfänger ausgewertet wird. Es wird dadurch das gleiche Verhalten erreicht wie es sonst von den aufwendigen RS485 bzw. CAN-Treibern bereitgestellt wird (siehe: Etschberger, Konrad: CAN Controller Area-Network. Hanser Verlag, Wien, 1994). Durch einen relativ groß gewählten Strom der Stromquelle 62 im Zusammenhang mit geringen Kapazitäten der Ausgangstransistoren 1 und hohen Widerstand der Eingangsspannungsteiler 2 ist eine Ankopplung einer großen Anzahl von Feldbuskopplern 4 (ca. 1000 Stück) bei einer großen Leitungslänge (ca. 1000 m) möglich.
Es wird laut 5 eine zentrale Energieversorgung 6 der Feldbuskoppler eingesetzt (bei Systemen mit großer Ausdehnung oder erhöhtem Energiebedarf einzelner Feldbuskoppler ergänzende Energieversorungen 7), welche ohne galvanische Trennung die Feldbuskoppler über eine kombinierte Daten-/Energieleitung 5 versorgt, die als 3poliges Kabel oder 4poliges Kabel (Sternvierer) ausgeführt ist.
Um eine Beeinflussung der Datenübertragung durch die Energieversorgung zu unterbinden, müssen schnelle Änderungen der Stromaufnahme bei Feldbuskopplern durch eine stromquellenähnliche Schaltung 8 verhindert werden (siehe 3), da schnelle Änderungen Störspitzen bei der Datenübertragung hervorrufen würden, was zur Verfälschung einzelner Bits führen würde.
Bei Verwendung eines nahezu beliebigen Mikrocontrollers ist die Implementierung des Protokoll-Controllers als reine Software möglich. Es sind keinerlei zusätzliche externe oder interne Hardwarekomponenten (z.B. UART oder CAN-Controller) notwendig, lediglich ein digitaler Eingangs- und ein Ausgangspin werden benötigt. Der Protokoll-Controller teilt eine Bitzeit in 4 äquidistante Teile 35-38 (4) auf und tastet jeweils nur zu Beginn jedes Teils den Signalpegel auf den Busleitungen 5a, 5b ab. Der weitere Verlauf basiert im wesentlichen auf dem bekannten Verfahren der bitweisen Arbitrierung im CSMA/CA Verfahren. Nach der Synchronisationsphase werden findet die Abtastung der Datenbit jeweils im Intervall von 2/4 bis 3/4 der Bitzeit 57-60 des abtastenden Feldbuskopplers statt, wodurch gewährleistet ist, daß in jedem Fall die korrekten Signale erfaßt werden. Dies gilt für den Fall, daß die Signallaufzeit entlang der Busleitung kleiner als 1/8 Bitzeit ist, wobei hier aufgrund der nicht vorhandenen Optokoppler keine zusätzliche Verzögerung der Feldbusankopplung entsteht. Sollte die Signallaufzeit entlang der Busleitung größer als 1/8 Bitzeit sein, so verkleinert sich der zulässige Abtastbereich entsprechend.
Der prinzipielle Ablauf der 2 Signalsequenzen 65-66, die vom Protokoll-Controller ausgeführt werden, ist in 6 dargestellt. Innerhalb einer periodischen Sequenz wird zu Beginn 83 und am Ende 68-73 die Abtastung durchgeführt, so dass sich trotz der Zykluszeit von 1/2 Bitzeit vier Abtastungen pro Bitzeit ergeben. Für die periodische Steuerung und Auswertung von Sensoren und Aktoren werden entsprechende Ressourcen 67 bereitgestellt. Das CSMA/CA Verfahren wird durch alternative Teilsequenzen 68-73 realisiert, wobei durch Auswahl der auszuführenden Teilsequenz (68, 69, 70, 71, 72, 73) in zeitlicher Abfolge über mehrere periodische Sequenzen hinweg die gewünschte Sequenzfolge entsteht. Die Hauptsequenz 66 enthält neben zyklischen Sequenzen für die Steuerung und Auswertung von Sensoren und Aktoren 76 die Bearbeitung empfangener 78 sowie die Auswahl zum Versand anstehender 82 Feldbustelegramme. Bei Versand und Empfang von Feldbustelegrammen findet dabei ein Datenaustausch 87, 88 mit der periodischen Sequenz statt, welche unter Einhaltung der notwendigen Zeitbedingungen die Bearbeitung übernimmt.
Es kann ein Mikrocontroller 33 geringer Rechenleistung als Hardwareplattform gewählt werden, da das Verfahren zur Steuerung des Feldbuskopplers stark optimiert ist, wodurch sich lediglich ein geringer Stromverbrauch ergibt. Gleichzeitig steht in diesem Verfahren noch ausreichend Rechenleistung für eine Signalvorverarbeitung und Steuerung von Sensoren oder Aktoren bereit. Zu Anzeigezwecken können optional schaltbare Leuchtdioden 19 bis 22 laut 2 ergänzt werden, welche durch ihre spezielle Verschaltung in Reihe mit dem Mikrocontroller 33 und dem Spannungsregler 23 den Stromverbrauch nicht erhöhen. Die dazu notwendige Potentialverschiebung wird mit den Transistoren 24 und 25 erreicht. Dabei kann auch mit geringem Aufwand (lediglich ein Transistor 24 und ein Transistor 25) eine Umschaltung zwischen zwei Leuchtdioden 21 und 22 erreicht werden, falls die Flußspannung der Leuchtdiode 21 größer ist als die Flußspannung der Leuchtdiode 22.
Ein einheitlichter Feldbuskoppler 4 unterstützt eine kostengünstige Produktion und ermöglicht im Zusammenhang mit Anwendungsadaptern ein modulares und erweiterbares System, wobei aufgrund des kostengünstigen Feldbuskopplermoduls und der großen maximalen Anzahl von Feldbuskopplern pro Segment jeder Sensor oder Aktor im Sinne vollständiger Dezentralisierung einen eigenen Feldbuskoppler erhalten kann.

Claims

Feldbuskoppler mit Mikrocontroller (33) zur Steuerung des Feldbuskopplers (4), wobei der Feldbuskoppler an die 3 Leitungen (5a, 5b, 5c) eines Feldbusses ankoppelbar ist, wobei eine der drei Leitungen (5a) des Feldbusses zur Übertragung von Startbits (41) und Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) dient und wobei über eine zweite Leitung (5c) die Energieversorgung der Feldbuskoppler geführt wird, wobei jeder Feldbuskoppler zu Beginn jedes von vier Teilen (35, 36, 37, 38) seiner Bitzeit (39) den Signalzustand auf der Leitung zur Übertragung von Startbits (41) und Adress/Datenbits (53, 54, 55, 56) des Feldbusses abtastet (40) und wobei die Abtastung der Adress/Datenbits innerhalb des Intervalls zwischen 2/4 und 3/4 der Bitzeit des jeweils abtastenden Feldbuskopplers stattfindet, wobei wenn ein sendewilliger Feldbuskoppler (42) (5) einen dominanten Signalpegel als Startimpuls (41) (4) auf den Bus legt und ein anderer Feldbuskoppler (43) diesen Startimpuls (41) bei seiner Abtastung (40) erkennt, dieser dann ebenfalls einen Startimpuls auf den Bus legt (44), wobei nach der Aussendung seines Startimpulses (41, 44, 49, 50) jeder Feldbuskoppler (42, 43, 47, 48) Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) ausgibt, wobei die Signallaufzeit entlang der Feldbusleitung kleiner als 1/8 der Bitzeit ist, wobei im Feldbuskoppler lediglich ein Spannungsteiler zwischen die 2 Leitungen (5a, 5b) (1) des Feldbusses geschaltet ist, am Ausgang des Spannungsteilers (2) ein Steuereingang des Mikrocontrollers (33) geschaltet ist und ein einziger Transistor oder anderes elektrisches Schaltglied (1) zum Kurzschließen der beiden Feldbusleitungen (5a) und (5b) geschaltet ist, so dass die entlang der Leitung verteilten Feldbuskoppler (4) dominante Signalpegel durch Kurzschließen der beiden Feldbusleitungen (5a, 5b) erzeugen können, und wobei die Stromaufnahme jedes Feldbuskopplers (4) durch eine Stromquelle oder stromquellenähnliche Schaltung (8) konstant gehalten wird, so dass keine Störspitzen bei der Datenübertragung auftreten können und die Stromquelle an die zweite Leitung (5c) angeschlossen ist und zur konstanten Versorgung des Mikrocontrollers (33) eingesetzt wird.
Feldbuskoppler (4) nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (33) den Transistor (1) oder ein elektrisches Schaltglied ansteuert.
Feldbuskoppler (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mikrocontroller (33) und Stromquelle oder stromquellenähnlicher Schaltung (8) ein Spannungsregler (23) geschaltet ist.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass optional eine (19) (2) oder mehrere Leuchtdioden (19, 20, 21) in Serie mit dem Mikrocontroller geschaltet sind und von diesem angesteuert werden, wobei ein Transistor oder elektrisches Stellglied (25) zum Kurzschließen der beiden Anschlüsse der Leuchtdiode dient.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Transistors oder des elektrischen Stellgliedes (25) über einen weiteren Transistor oder elektrisches Stellglied (24) erfolgt, wobei der Steuereingang des Transistors oder elektrischen Stellgliedes (25) über einen Schutzwiderstand (85) durch den weiteren Transistor oder das elektrische Stellglied (24) an die Masse des Mikrocontrollers (33) geschaltet wird und der Steuereingang des weiteren Transistors oder elektrischen Stellgliedes (24) vom Mikrocontroller (33) angesteuert wird.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit lediglich einer Ansteuerung (25) eine Umschaltung zwischen zwei Leuchtdioden (21, 22) erfolgt, wobei in Reihe zum kurzschließenden Transistor oder elektrischen Stellglied (25) eine zweite Leuchtdiode (22) eingefügt wird, wobei die erste Leuchtdiode (21) eine höhere Flussspannung als die zweite Leuchtdiode (22) besitzt, was wahlweise durch die Auswahl von Bautyp und Leuchtfarbe der Leuchtdioden (21, 22) oder Einfügen einer zusätzlichen Diode (34) in Reihe mit der ersten Leuchtdiode (21) geschieht.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Zeitspanne, während der die Abtastung (40) rezessive Signalpegel ergibt, ein sendewilliger Feldbuskoppler (42) (siehe auch 5) einen dominanten Signalpegel als Startimpuls (41) auf den Bus legt, wenn ein Feldbuskoppler (43) einen Startimpuls (41) bei der Abtastung (40) erkennt, dieser dann ebenfalls einen Startimpuls auf den Bus legt (44), die daraus resultierenden Signalpegel (45) entlang der Busleitung die Laufzeitverzögerung τ erfahren, die verzögerten Startimpulse (46) von entfernt liegenden Feldbuskopplern (47, 48) bei der Abtastung (40) erkannt werden, die entfernt liegenden Feldbuskoppler (47, 48) ebenfalls einen Startimpuls (49, 50) auf den Bus legen, nach der Aussendung des Startimpulses (41, 44, 49, 50), jeder Feldbuskoppler (42, 43, 47, 48) Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) ausgibt, die daraus resultierenden Signalpegel (45 und 51) entlang der Busleitung laufen und dabei die Laufzeitverzögerung τ erfahren.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verzögerten, zurückgelaufenen Pegel der Adress-/Datenbits (52) bzw. (86) von den Feldbuskopplern (47, 48) bzw. (42, 43) abgetastet werden, ebenso die der räumlich benachbarten Feldbuskoppler (42 benachbart mit 43 bzw. 47 benachbart mit 48), wobei die Abtastung innerhalb des Intervalls zwischen 2/4 und 3/4 der Bitzeit des jeweils abtastenden Feldbuskopplers stattfindet (57, 58, 59, 60) und der abtastende Feldbuskoppler bei der Abtastung auf gültige Signalpegel aller anderen Feldbuskoppler trifft, (57) auf (54) und (86), (58) auf (53) und (86), (59) auf (52) und (56), (60) auf (52) und (55), wobei für die Laufzeitverzögerung 0 s < τ < 1/8 Bitzeit gilt, alternativ bei 1/8 Bitzeit < τ < 3/16 Bitzeit das Intervall entsprechend verkürzt wird und bei 3/4 der Bitzeit endet.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start des Feldbuskopplers (63) (6) während einer Initialisierung (64) eine Signalsequenz mit periodischem Aufruf (65) sowie eine Hauptsequenz (66) gestartet werden.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der periodischen Sequenz (65) der Signalpegel auf der Leitung zur Übertragung von Startbits (41) und Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) des Feldbussystems abgetastet (83) und bei Bedarf der Signalpegel schreibend verändert wird.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abtastung und Schreiben (83) ein Timer (75) inkrementiert wird und eine benutzerdefinierte Sequenz (67) ausgeführt werden kann, welche unabhängig vom Betrieb des Feldbussystems zur Ansteuerung von Sensoren und Aktoren einsetzbar ist, wobei die Reihenfolge der von Timer (75) und benutzerdefinierte Sequenz (67) beliebig ist.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der benutzerdefinierter Sequenz (67) und Timer (75) eine Verzweigung in die Teilsequenzen Synchronisation (68), Senden (69), Empfangen (70), Rahmenfehler (71), Acknowledge (72) und Interframe-Space (73) vorgenommen wird, wobei pro periodischem Aufruf der Sequenz jeweils nur eine dieser Teilsequenzen ausgeführt wird.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Sequenz alle 2/4 Bitzeiten gestartet wird und die Teilsequenz Synchronisation (68) zu Beginn eines Feldbustelegramms beim Senden eines Startimpulses (41) entscheidet, ob Abtastung und Schreiben des Signalpegels zu Beginn der periodischen Sequenz (83) oder am Ende der periodischen Sequenz innerhalb der Teilsequenzen (68, 69, 70, 71, 72, 73) stattfindet, so dass eine Bitzeit (39) (4) durch die Abtastungen in 4 Bitzeiten (35, 36, 37, 38) zerlegt wird, wobei nach Abarbeitung einer Teilsequenz die periodische Sequenz gestoppt (74) und bei Eintreffen eines Timersignals erneut gestartet wird.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der Hauptsequenz (66) zyklische Sequenzen (76) ausführbar sind, sofern der Timer (75) um einen bestimmten Betrag inkrementiert wurde.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ende der zyklischen Sequenzen (77) eine Bearbeitung der durch die periodische Signalsequenz (65) vom Feldbus empfangenen Telegramme erfolgt (78), sofern ein neues Telegramm (87) eingegangen ist, wobei langwierige Bearbeitungssequenzen dabei durch eine direkte Rückkehr (79) zum Beginn der Hauptsequenz (66) abgeschlossen werden, und wobei ansonsten die Hauptsequenz fortgesetzt (80) wird.
Feldbuskoppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ende der Telegrammbearbeitung (80) zum Beginn der Hauptsequenz zurückgekehrt wird, falls der Versand einer vorhergehenden Sendeanforderung durch die periodische Sequenz (65) noch nicht abgeschlossen ist (81), andernfalls wird auf bestehende Sendeanforderungen geprüft (82) und gegebenenfalls eine davon zur Bearbeitung an die periodische Sequenz (65) weitergeleitet (88), wobei anschließend zum Beginn der Hauptsequenz zurückgekehrt (84) wird.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems, wobei Feldbuskoppler an die 3 Leitungen (5a, 5b, 5c) eines Feldbusses ankoppelbar sind, wobei eine der drei Leitungen (5a) des Feldbusses zur Übertragung von Startbits (41) und Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) dient und wobei über eine zweite Leitung (5c) die Energieversorgung der Feldbuskoppler geführt wird, wobei jeder Feldbuskoppler zu Beginn jedes von vier Teilen (35, 36, 37, 38) seiner Bitzeit (39) den Signalzustand auf der Leitung zur Übertragung von Startbits (41) und Adress/Datenbits (53, 54, 55, 56) des Feldbusses abtastet (40) und wobei die Abtastung der Adress/Datenbits innerhalb des Intervalls zwischen 2/4 und 3/4 der Bitzeit des jeweils abtastenden Feldbuskopplers stattfindet, wobei wenn ein sendewilliger Feldbuskoppler (42) (5) einen dominanten Signalpegel als Startimpuls (41) (4) auf den Bus legt und ein anderer Feldbuskoppler (43) diesen Startimpuls (41) bei seiner Abtastung (40) erkennt, dieser dann ebenfalls einen Startimpuls auf den Bus legt (44), wobei nach der Aussendung seines Startimpulses (41, 44, 49, 50) jeder Feldbuskoppler (42, 43, 47, 48) Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) ausgibt, wobei die Signallaufzeit entlang der Feldbusleitung kleiner als 1/8 der Bitzeit ist, wobei im Feldbuskoppler lediglich ein Spannungsteiler zwischen die 2 Leitungen (5a, 5b) (1) des Feldbusses geschaltet ist, am Ausgang des Spannungsteilers (2) ein Steuereingang des Mikrocontrollers (33) geschaltet ist und ein einziger Transistor oder anderes elektrisches Schaltglied (1) zum Kurzschließen der beiden Feldbusleitungen (5a) und (5b) geschaltet ist, so dass die entlang der Leitung verteilten Feldbuskoppler (4) dominante Signalpegel durch Kurzschließen der beiden Feldbusleitungen (5a, 5b) erzeugen können, und wobei die Stromaufnahme jedes Feldbuskopplers (4) durch eine Stromquelle oder stromquellenähnliche Schaltung (8) konstant gehalten wird, so dass keine Störspitzen bei der Datenübertragung auftreten können und die Stromquelle an die zweite Leitung (5c) angeschlossen ist und zur konstanten Versorgung des Mikrocontrollers (33) eingesetzt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (33) den Transistor (1) oder ein elektrisches Schaltglied ansteuert.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mikrocontroller (33) und Stromquelle oder stromquellenähnlicher Schaltung (8) ein Spannungsregler (23) geschaltet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass optional eine (19) (2) oder mehrere Leuchtdioden (19, 20, 21) in Serie mit dem Mikrocontroller geschaltet sind und von diesem angesteuert werden, wobei ein Transistor oder elektrisches Stellglied (25) zum Kurzschließen der beiden Anschlüsse der Leuchtdiode dient.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem de Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Transistors oder des elektrischen Stellgliedes (25) über einen weiteren Transistor oder elektrisches Stellglied (24) erfolgt, wobei der Steuereingang des Transistors oder elektrischen Stellgliedes (25) über einen Schutzwiderstand (85) durch den weiteren Transistor oder das elektrische Stellglied (24) an die Masse des Mikrocontrollers (33) geschaltet wird und der Steuereingang des weiteren Transistors oder elektrischen Stellgliedes (24) vom Mikrocontroller (33) angesteuert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mit lediglich einer Ansteuerung (25) eine Umschaltung zwischen zwei Leuchtdioden (21, 22) erfolgt, wobei in Reihe zum kurzschließenden Transistor oder elektrischen Stellglied (25) eine zweite Leuchtdiode (22) eingefügt wird, wobei die erste Leuchtdiode (21) eine höhere Flussspannung als die zweite Leuchtdiode (22) besitzt, was wahlweise durch die Auswahl von Bautyp und Leuchtfarbe der Leuchtdioden (21, 22) oder Einfügen einer zusätzlichen Diode (34) in Reihe mit der ersten Leuchtdiode (21)geschieht.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Zeitspanne, während der die Abtastung (40) rezessive Signalpegel ergibt, ein sendewilliger Feldbuskoppler (42) (siehe auch 5) einen dominanten Signalpegel als Startimpuls (41) auf den Bus legt, wenn ein Feldbuskoppler (43) einen Startimpuls (41) bei der Abtastung (40) erkennt, dieser dann ebenfalls einen Startimpuls auf den Bus legt (44), die daraus resultierenden Signalpegel (45) entlang der Busleitung die Laufzeitverzögerung τ erfahren, die verzögerten Startimpulse (46) von entfernt liegenden Feldbuskopplern (47, 48) bei der Abtastung (40) erkannt werden, die entfernt liegenden Feldbuskoppler (47, 48) ebenfalls einen Startimpuls (49, 50) auf den Bus legen, nach der Aussendung des Startimpulses (41, 44, 49, 50), jeder Feldbuskoppler (42; 43, 47, 48) Adress /Datenbits (53, 54, 55, 56) ausgibt, die daraus resultierenden Signalpegel (45 und 51) entlang der Busleitung laufen und dabei die Laufzeitverzögerung τ erfahren.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die verzögerten, zurückgelaufenen Pegel der Adress-/Datenbits (52) bzw. (86) von den Feldbuskopplern (47, 48) bzw. (42, 43) abgetastet werden, ebenso die der räumlich benachbarten Feldbuskoppler (42 benachbart mit 43 bzw. 47 benachbart mit 48), wobei die Abtastung innerhalb des Intervalls zwischen 2/4 und 3/4 der Bitzeit des jeweils abtastenden Feldbuskopplers stattfindet (57, 58, 59, 60) und der abtastende Feldbuskoppler bei der Abtastung auf gültige Signalpegel aller anderen Feldbuskoppler trifft, (57) auf (54) und (86), (58) auf (53) und (86), (59) auf (52) und (56), (60) auf (52) und (55), wobei für die Laufzeitverzögerung 0 s < τ < 1/8 Bitzeit gilt, alternativ bei 1/8 Bitzeit < τ < 3/16 Bitzeit das Intervall entsprechend verkürzt wird und bei 3/4 der Bitzeit endet.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start des Feldbuskopplers (63) (6) während einer Initialisierung (64) eine Signalsequenz mit periodischem Aufruf (65) sowie eine Hauptsequenz (66) gestartet werden.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der periodischen Sequenz (65) der Signalpegel auf der Leitung zur Übertragung von Startbits (41) und Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) des Feldbussystems abgetastet (83) und bei Bedarf der Signalpegel schreibend verändert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abtastung und Schreiben (83) ein Timer (75) inkrementiert wird und eine benutzerdefinierte Sequenz (67) ausgeführt werden kann, welche unabhängig vom Betrieb des Feldbussystems zur Ansteuerung von Sensoren und Aktoren einsetzbar ist, wobei die Reihenfolge der von Timer (75) und benutzerdefinierte Sequenz (67) beliebig ist.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach der benutzerdefinierter Sequenz (67) und Timer (75) eine Verzweigung in die Teilsequenzen Synchronisation (68), Senden (69), Empfangen (70), Rahmenfehler (71), Acknowledge (72) und Interframe-Space (73) vorgenommen wird, wobei pro periodischem Aufruf der Sequenz jeweils nur eine dieser Teilsequenzen ausgeführt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Sequenz alle 2/4 Bitzeiten gestartet wird und die Teilsequenz Synchronisation (68) zu Beginn eines Feldbustelegramms beim Senden eines Startimpulses (41) entscheidet, ob Abtastung und Schreiben des Signalpegels zu Beginn der periodischen Sequenz (83) oder am Ende der periodischen Sequenz innerhalb der Teilsequenzen (68, 69, 70, 71, 72, 73) stattfindet, so dass eine Bitzeit (39) (4) durch die Abtastungen in 4 Bitzeiten (35, 36, 37, 38) zerlegt wird, wobei nach Abarbeitung einer Teilsequenz die periodische Sequenz gestoppt (74) und bei Eintreffen eines Timersignals erneut gestartet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der Hauptsequenz (66) zyklische Sequenzen (76) ausführbar sind, sofern der Timer (75) um einen bestimmten Betrag inkrementiert wurde.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ende der zyklischen Sequenzen (77) eine Bearbeitung der durch die periodische Signalsequenz (65) vom Feldbus empfangenen Telegramme erfolgt (78), sofern ein neues Telegramm (87) eingegangen ist, wobei langwierige Bearbeitungssequenzen dabei durch eine direkte Rückkehr (79) zum Beginn der Hauptsequenz (66) abgeschlossen werden, und wobei ansonsten die Hauptsequenz fortgesetzt (80) wird.
Verfahren zum Betrieb eines Feldbussystems nach einem der Ansprüche 17 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ende der Telegrammbearbeitung (80) zum Beginn der Hauptsequenz zurückgekehrt wird, falls der Versand einer vorhergehenden Sendeanforderung durch die periodische Sequenz (65) noch nicht abgeschlossen ist (81), andernfalls wird auf bestehende Sendeanforderungen geprüft (82) und gegebenenfalls eine davon zur Bearbeitung an die periodische Sequenz (65) weitergeleitet (88), wobei anschließend zum Beginn der Hauptsequenz zurückgekehrt (84) wird:
Feldbussystem mit einer Anordnung von mehreren Feldbuskopplern (4) an die drei Leitungen (5a, 5b, 5c) eines Feldbusses, wobei eine der drei Leitungen (5a) des Feldbusses zur Übertragung von Startbits (41) und Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) dient und wobei über eine zweite Leitung (5c) die Energieversorgung der Feldbuskoppler geführt wird, wobei jeder Feldbuskoppler zu Beginn jedes von vier Teilen (35, 36, 37, 38) seiner Bitzeit (39) den Signalzustand auf der Leitung zur Übertragung von Startbits (41) und Adress/Datenbits (53, 54, 55, 56) des Feldbusses abtastet (40) und wobei die Abtastung der Adress/Datenbits innerhalb des Intervalls zwischen 2/4 und 3/4 der Bitzeit des jeweils abtastenden Feldbuskopplers stattfindet, wobei wenn ein sendewilliger Feldbuskoppler (42) (5) einen dominanten Signalpegel als Startimpuls (41) (4) auf den Bus legt und ein anderer Feldbuskoppler (43) diesen Startimpuls (41) bei seiner Abtastung (40) erkennt, dieser dann ebenfalls einen Startimpuls auf den Bus legt (44), wobei nach der Aussendung seines Startimpulses (41, 44, 49, 50) jeder Feldbuskoppler (42, 43, 47, 48) Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) ausgibt, wobei die Signallaufzeit entlang der Feldbusleitung kleiner als 1/8 der Bitzeit ist, wobei im Feldbuskoppler lediglich ein Spannungsteiler zwischen die 2 Leitungen (5a, 5b) (1) des Feldbusses geschaltet ist, am Ausgang des Spannungsteilers (2) ein Steuereingang des Mikrocontrollers (33) geschaltet ist und ein einziger Transistor oder anderes elektrisches Schaltglied (1) zum Kurzschließen der beiden Feldbusleitungen (5a) und (5b) geschaltet ist, so dass die entlang der Leitung verteilten Feldbuskoppler (4) dominante Signalpegel durch Kurzschließen der beiden Feldbusleitungen (5a, 5b) erzeugen können, und wobei die Stromaufnahme jedes Feldbuskopplers (4) durch eine Stromquelle oder stromquellenähnliche Schaltung (8) konstant gehalten wird, so dass keine Störspitzen bei der Datenübertragung auftreten können und die Stromquelle an die zweite Leitung (5c) angeschlossen ist und zur konstanten Versorgung des Mikrocontrollers (33) eingesetzt wird, wobei eine zentrale Einrichtung die für die Datenübertragung notwendige Energie (61) bereitstellt, deren einer Anschluss zu einer Strombegrenzung (62) führt, welche den maximalen Strom auf der Leitung (5a) zur Übertragung von Startbits (41) und Adress/Datenbits (53, 54, 55, 56) begrenzt, und wobei die zentrale Einrichtung auch die Energieversorgung (63) über die zweite Leitung (5c) des Feldbusses an die Feldbuskoppler liefert.
Feldbussystem nach dem Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Feldbuskoppler (4) optional über weitere zentrale Einrichtungen (7) vorgenommen werden kann.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (33) den Transistor (1) oder ein elektrisches Schaltglied ansteuert.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Mikrocontroller (33) und Stromquelle oder stromquellenähnlicher Schaltung (8) ein Spannungsregler (23) geschaltet ist.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass optional eine (19) (2) oder mehrere Leuchtdioden (19, 20, 21) in Serie mit dem Mikrocontroller geschaltet sind und von diesem angesteuert werden, wobei ein Transistor oder elektrisches Stellglied (25) zum Kurzschließen der beiden Anschlüsse der Leuchtdiode dient.
Feldbussystem nach einem de Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Transistors oder des elektrischen Stellgliedes (25) über einen weiteren Transistor oder elektrisches Stellglied (24) erfolgt, wobei der Steuereingang des Transistors oder elektrischen Stellgliedes (25) über einen Schutzwiderstand (85) durch den weiteren Transistor oder das elektrische Stellglied (24) an die Masse des Mikrocontrollers (33) geschaltet wird und der Steuereingang des weiteren Transistors oder elektrischen Stellgliedes (24) vom Mikrocontroller (33) angesteuert wird.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass mit lediglich einer Ansteuerung (25) eine Umschaltung zwischen zwei Leuchtdioden (21, 22) erfolgt, wobei in Reihe zum kurzschließenden Transistor oder elektrischen Stellglied (25) eine zweite Leuchtdiode (22) eingefügt wird, wobei die erste Leuchtdiode (21) eine höhere Flussspannung als die zweite Leuchtdiode (22) besitzt, was wahlweise durch die Auswahl von Bautyp und Leuchtfarbe der Leuchtdioden (21, 22) oder Einfügen einer zusätzlichen Diode (34) in Reihe mit der ersten Leuchtdiode (21) geschieht.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Zeitspanne, während der die Abtastung (40) rezessive Signalpegel ergibt, ein sendewilliger Feldbuskoppler (42) (siehe auch 5) einen dominanten Signalpegel als Startimpuls (41) auf den Bus legt, wenn ein Feldbuskoppler (43) einen Startimpuls (41) bei der Abtastung (40) erkennt, dieser dann ebenfalls einen Startimpuls auf den Bus legt (44), die daraus resultierenden Signalpegel (45) entlang der Busleitung die Laufzeitverzögerung τ erfahren, die verzögerten Startimpulse (46) von entfernt liegenden Feldbuskopplern (47, 48) bei der Abtastung (40) erkannt werden, die entfernt liegenden Feldbuskoppler (47, 48) ebenfalls einen Startimpuls (49, 50) auf den Bus legen, nach der Aussendung des Startimpulses (41, 44, 49, 50), jeder Feldbuskoppler (42, 43, 47, 48) Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) ausgibt, die daraus resultierenden Signalpegel (45 und 51) entlang der Busleitung laufen und dabei die Laufzeitverzögerung τ erfahren.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die verzögerten, zurückgelaufenen Pegel der Adress-/Datenbits (52) bzw. (86) von den Feldbuskopplern (47, 48) bzw. (42, 43) abgetastet werden, ebenso die der räumlich benachbarten Feldbuskoppler (42 benachbart mit 43 bzw. 47 benachbart mit 48), wobei die Abtastung innerhalb des Intervalls zwischen 2/4 und 3/4 der Bitzeit des jeweils abtastenden Feldbuskopplers stattfindet (57, 58, 59, 60) und der abtastende Feldbuskoppler bei der Abtastung auf gültige Signalpegel aller anderen Feldbuskoppler trifft, (57) auf (54) und (86), (58) auf (53) und (86), (59) auf (52) und (56), (60) auf (52) und (55), wobei für die Laufzeitverzögerung 0 s < τ < 1/8 Bitzeit gilt, alternativ bei 1/8 Bitzeit < τ < 3/16 Bitzeit das Intervall entsprechend verkürzt wird und bei 3/4 der Bitzeit endet.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start des Feldbuskopplers (63) (6) während einer Initialisierung (64) eine Signalsequenz mit periodischem Aufruf (65) sowie eine Hauptsequenz (66) gestartet werden.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der periodischen Sequenz (65) der Signalpegel auf der Leitung zur Übertragung von Startbits (41) und Adress-/Datenbits (53, 54, 55, 56) des Feldbussystems abgetastet (83) und bei Bedarf der Signalpegel schreibend verändert wird.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass nach Abtastung und Schreiben (83) ein Timer (75) inkrementiert wird und eine benutzerdefinierte Sequenz (67) ausgeführt werden kann, welche unabhängig vom Betrieb des Feldbussystems zur Ansteuerung von Sensoren und Aktoren einsetzbar ist, wobei die Reihenfolge der von Timer (75) und benutzerdefinierte Sequenz (67) beliebig ist.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass nach der benutzerdefinierter Sequenz (67) und Timer (75) eine Verzweigung in die Teilsequenzen Synchronisation (68), Senden (69), Empfangen (70), Rahmenfehler (71), Acknowledge (72) und Interframe-Space (73) vorgenommen wird, wobei pro periodischem Aufruf der Sequenz jeweils nur eine dieser Teilsequenzen ausgeführt wird.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die periodische Sequenz alle 2/4 Bitzeiten gestartet wird und die Teilsequenz Synchronisation (68) zu Beginn eines Feldbustelegramms beim Senden eines Startimpulses (41) entscheidet, ob Abtastung und Schreiben des Signalpegels zu Beginn der periodischen Sequenz (83) oder am Ende der periodischen Sequenz innerhalb der Teilsequenzen (68, 69, 70, 71, 72, 73) stattfindet, so dass eine Bitzeit (39) (4) durch die Abtastungen in 4 Bitzeiten (35, 36, 37, 38) zerlegt wird, wobei nach Abarbeitung einer Teilsequenz die periodische Sequenz gestoppt (74) und bei Eintreffen eines Timersignals erneut gestartet wird.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beginn der Hauptsequenz (66) zyklische Sequenzen (76) ausführbar sind, sofern der Timer (75) um einen bestimmten Betrag inkrementiert wurde.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ende der zyklischen Sequenzen (77) eine Bearbeitung der durch die periodische Signalsequenz (65) vom Feldbus empfangenen Telegramme erfolgt (78), sofern ein neues Telegramm (87) eingegangen ist, wobei langwierige Bearbeitungssequenzen dabei durch eine direkte Rückkehr (79) zum Beginn der Hauptsequenz (66) abgeschlossen werden, und wobei ansonsten die Hauptsequenz fortgesetzt (80) wird.
Feldbussystem nach einem der Ansprüche 33 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass nach Ende der Telegrammbearbeitung (80) zum Beginn der Hauptsequenz zurückgekehrt wird, falls der Versand einer vorhergehenden Sendeanforderung durch die periodische Sequenz (65) noch nicht abgeschlossen ist (81), andernfalls wird auf bestehende Sendeanforderungen geprüft (82) und gegebenenfalls eine davon zur Bearbeitung an die periodische Sequenz (65) weitergeleitet (88), wobei anschließend zum Beginn der Hauptsequenz zurückgekehrt (84) wird.