DE10059072A1

DE10059072A1 - Transmission of data between moving vehicles on a common line, e.g. cable cars, elevators, uses an arrangement that does not require a terminating resistance and allows use of smaller, less powerful power couplings

Info

Publication number: DE10059072A1
Application number: DE2000159072
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Linzmaier; Steffen Moehrer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-13

Abstract

Device for transferring binary data between two participants (1-3) that can move relative to each other along a conducting line (10). Transmitted data (15, 16) from one participant is sent via an energy amplifying conductor coupling (7) onto the conducting line. The line is open at one end and the frequency of the signal is limited to a maximum reliable data transfer rate. The conducting line is formed as a short electrical conductor to limit the frequency content of the data.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übertragung von binären Daten zwischen zwei relativ zueinander verfahrbaren Teilnehmern über eine Schleifleitung, wobei Sendedaten eines sendenden Teilnehmers über einen energieverstärkenden Lei tungskoppler auf die Schleifdrahtleitung gelangen.The invention relates to a device for the transmission of binary data between two movable relative to each other Participants via a conductor line, with transmission data of one sending participant via an energy-boosting Lei get on the contact wire.

Solche Einrichtungen der Firmen Stahl, Vahle oder Wampfler sind unter den Bezeichnungen Stahltronic SLB4, POWERCOM bzw. POWERTRANS bekannt. Die Enden der Schleifleitung sind mit Abschlusswiderständen versehen, um Signalreflexionen und daraus resultierende Störungen der Datenübertragung zu vermeiden. Die Abschlusswiderstände sind im Hinblick auf die jeweilige Datenübertragungsrate und die Länge der Schleiflei tung dimensioniert und müssen bei Änderung dieser Größen gegen entsprechend neu dimensionierte Abschlusswiderstände ausgetauscht werden.Such facilities from the companies Stahl, Vahle or Wampfler are under the names Stahltronic SLB4, POWERCOM or POWERTRANS known. The ends of the conductor rail are with Terminating resistors to prevent signal reflections and resulting interference in data transmission avoid. The terminating resistors are with regard to the respective data transfer rate and the length of the grinding line dimensioned and must be when changing these sizes against appropriately redesigned terminating resistors be replaced.

Gemäß der Erfindung ist bei der Einrichtung der eingangs angegebenen Art vorgesehen, dass die Schleifleitung an ihren Enden offen ist, dass der Frequenzgehalt der auf die Schleif leitung gelangenden Sendedaten auf ein in Abhängigkeit von einer vorgegebenen maximalen Datenübertragungsrate zulässiges Maß begrenzt ist und dass die Schleifleitung in Bezug auf den begrenzten Frequenzgehalt der Sendedaten als elektrisch kurze Leitung ausgebildet ist. Die Erfindung bedient sich dabei an sich bekannter Dimensionierungsregeln für elektrisch kurze Leitungen, bei denen die Signalreflexionen an den Leitungsen den keine bzw. nur vernachlässigbare Einflüsse auf die Sig nal- bzw. Datenübertragung auf der Leitung haben. In Abhän gigkeit von der maximal vorgesehenen Datenübertragungsrate (Baudrate), der als Projektierungshilfe für die Einrichtung eine maximal zulässige Schleifleitungslänge zugeordnet wird, wird der Frequenzgehalt der in die Schleifleitung eingespeis ten Sendedaten begrenzt. Als Folge kann auf Abschlusswider stände verzichtet werden, was auch zu einer Einsparung der in den Abschlusswiderständen verbrauchten Energie führt. Der Leitungskoppler kann somit kleiner und leistungsärmer dimensioniert werden.According to the invention is in the establishment of the beginning specified type provided that the conductor rail on their End is open that the frequency content on the grinding transmission data arriving on a depending on a predetermined maximum data transfer rate allowed Dimension is limited and that the conductor rail in relation to the limited frequency content of the transmission data as electrically short Management is trained. The invention makes use of it well-known dimensioning rules for electrically short Lines where the signal reflections on the lines which have no or only negligible influences on the Sig nal or data transmission on the line. Depending of the maximum intended data transfer rate (Baud rate), which is used as a configuration aid for the facility a maximum permissible conductor line length is assigned, is the frequency content of the feed into the conductor line limited transmission data. As a result, you can stands are dispensed with, which also leads to a saving in the terminated resistors consumed energy. The Line couplers can thus be smaller and less powerful be dimensioned.

Die Frequenzbegrenzung der Sendedaten erfolgt vorzugsweise vor ihrer Energieverstärkung in dem Leitungskoppler, also beispielsweise in dem sendenden Teilnehmer oder im Eingangs bereich des Leitungskopplers, so dass die zur Frequenzbe grenzung erforderlichen Mittel mit geringem Aufwand und verlustleistungsarm ausgebildet sein können. Die Frequenz begrenzung kann durch Tiefpassfilterung der Sendedaten mit Dämpfung der dritten und höheren harmonischen Oberschwin gungen oder durch Begrenzung der Steilheiten der Impulsflan ken der Sendedaten begrenzt werden.The frequency limitation of the transmission data is preferably carried out before their energy amplification in the line coupler, that is for example in the sending subscriber or in the inbox area of the line coupler so that the frequency necessary funds with little effort and can be designed with low power loss. The frequency limitation can be achieved by low-pass filtering the transmission data Attenuation of the third and higher harmonic harmonic conditions or by limiting the steepness of the pulse flange the transmission data can be limited.

Die oben bereits erwähnten, an sich bekannten Dimensionie rungsregeln für elektrisch kurze Leitungen sehen z. B. vor, dass Reflexionen an den Leitungsenden für die Signalübertra gung dann als unschädlich anzusehen sind, wenn die Leitungs länge nur einen Bruchteil, insbesondere ein Zehntel der Wellenlänge der Signalfrequenz beträgt. Bei Signalimpulsen, wie dies bei binären Daten der Fall ist, liegen neben der Grundschwingung weitere Oberschwingungen vor, die die Form der Impulsflanken bestimmen. Die vorstehend genannte Dimen sionierungsregel wird dann auf eine der Oberschwingungen angewandt, was voraussetzt, dass die höheren Oberschwingungen der Signalimpulse unterdrückt werden. Andere Dimensionie rungsregeln für kurze Leitungen gehen von der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Impulsflanken aus, und geben z. B. für diese eine korrespondierende Frequenz an, die dem Kehrwert des Produkts aus der Zahl π und der Anstiegs- bzw. Abfallzeit der Impulsflanken entspricht. Die Länge der elektrisch kurzen Leitung ist dann wiederum nicht größer als ein Zehntel der zu der ermittelten Frequenz gehörenden Wellenlänge. Auch wenn den Dimensionierungsregeln zum Teil unterschiedliche Ansätze zugrunde liegen, führen sie, zumindest größenordnungsmäßig, zu vergleichbaren Ergebnissen.The dimensioning known per se already mentioned above see rules for electrically short lines z. B. before that reflections at the line ends for signal transmission are to be regarded as harmless if the line length is only a fraction, in particular a tenth, of Wavelength of the signal frequency is. With signal pulses, as is the case with binary data, lie next to the Fundamental harmonic other harmonics that form determine the pulse edges. The dimen above The ionization rule is then based on one of the harmonics applied, which presupposes that the higher harmonics the signal impulses are suppressed. Another dimension rules for short lines are based on the rise or Fall time of the pulse edges, and give z. B. for this a corresponding frequency that corresponds to the reciprocal of the Product of the number π and the rise or fall time of the Corresponds to pulse edges. The length of the electrically short The line is then no larger than a tenth of that the determined frequency belonging wavelength. Even if The dimensioning rules sometimes have different approaches underlying, they lead, at least on an order of magnitude, to comparable results.

Wenn die unterschiedlichen Teilnehmer weiter gegeneinander verfahrbar sind, als die berechnete Länge der kurzen elek trischen Leitung, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass die Schleifleitung segmentweise als elektrisch kurze Leitung ausgebildet ist, wobei die Sendedaten eines orts festen sendenden Teilnehmers jedem Segment der Schleifleitung über einen eigenen Leitungskoppler energieverstärkt zugeführt werden. Der ortsfeste Teilnehmer und die Leitungskoppler können dann über einen gemeinsamen Datenbus miteinander verbunden sein. Da auf dem Datenbus im Unterschied zu der Schleifleitung keine energiereichen Signale übertragen werden müssen, braucht der Datenbus nicht segmentiert zu sein, sondern kann aufwandsarm an seinen Enden mit seinem Wellen widerstand abgeschlossen sein.If the different participants continue against each other are movable than the calculated length of the short elec trical line is provided within the scope of the invention that the conductor rail is segmentally short as an electrically short one Line is formed, the transmission data of a location fixed sending subscriber to each segment of the conductor line fed in an energy-reinforced manner via its own line coupler become. The fixed subscriber and the line coupler can then use a common data bus be connected. Because on the data bus in contrast to that Conductor line no high-energy signals are transmitted the data bus need not be segmented, but can be effortless at its ends with its waves resistance to be completed.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen, von denenTo further explain the invention, the following is based on the figures of the drawing referenced, of which

Fig. 1 ein erstes und Fig. 1 a first and

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsge mäßen Einrichtung zeigen. Fig. 2 show a second embodiment of the device according to the invention.

Die die Fig. 1 gezeigte Einrichtung enthält einen ortsfesten Teilnehmer 1 und zwei oder mehr mobile Teilnehmer 2 und 3, die hier z. B. in Fahrzeugen 4 und 5 entlang einer Schiene 6 verfahrbar sind. Einsatzgebiete für solche Fahrzeuge sind beispielsweise Hochregallager, Krananlagen, Aufzüge, Trans porteinrichtungen, Hängebahnen, Werkzeugwechselwagen usw. In der Regel enthalten die Fahrzeuge hier nicht gezeigte Automa tisierungsgeräte, die über die fahrzeugeigenen Teilnehmer und den ortsfesten Teilnehmer untereinander bzw. mit einem orts festen Leitsystem kommunizieren. Die Teilnehmer 1, 2 und 3, die hier sowohl sende- als auch empfangsfähig ausgebildet sind, sind über Leitungskoppler 7, 8 und 9 an einer zweiadrigen Schleifleitung 10 angeschlossen, wobei im Fall der mobilen Teilnehmer 2 und 3 der Anschluss über Abnehmer 11 erfolgt. Die Leitungskoppler 7, 8 und 9 dienen dazu, von den zugeordneten Teilnehmern 1, 2 und 3 gesendete binäre Sende daten energieverstärkt auf die Schleifleitung 10 zu geben bzw. energieverstärkte Signale auf der Schleifleitung 10 in energiearme Empfangsdaten für die Teilnehmer 1, 2 und 3 umzusetzen. Sendedaten werden, bevor sie verstärkt werden, in Einrichtungen 12, 13 und 14 bezüglich ihres Frequenzgehalts begrenzt. Die Schleifleitung 10 ist an beiden Enden offen, d. h. ohne Abschlusswiderstände. Die Stromversorgung der Fahrzeuge 4 und 5 kann durch Batterien oder in an sich bekannter Weise über dafür vorgesehene weitere Schleiflei tungen erfolgen, die hier aber nicht dargestellt sind.The device shown in FIG. 1 contains a fixed subscriber 1 and two or more mobile subscribers 2 and 3 , which here, for. B. in vehicles 4 and 5 along a rail 6 are movable. Areas of application for such vehicles are, for example, high-bay warehouses, crane systems, elevators, transport facilities, overhead conveyors, tool changing trolleys, etc. As a rule, the vehicles contain automation devices (not shown) which communicate with one another via the vehicle's own participants and the fixed participants or with a stationary control system , The subscribers 1 , 2 and 3 , which are both capable of transmitting and receiving here, are connected via line couplers 7 , 8 and 9 to a two-wire conductor line 10 , in the case of the mobile subscribers 2 and 3 being connected via the subscriber 11 . The line coupler 7, 8 and 9 serve, transmitted by the associated subscribers 1, 2 and 3, transmission binary data energy more on the conductor line 10 to enter or energy amplified signals on the conductor line 10 in low-energy receiving data for the subscriber 1, 2 and 3 implement , Before being amplified, transmission data is limited in devices 12 , 13 and 14 with regard to its frequency content. The conductor line 10 is open at both ends, ie without terminating resistors. The power supply to the vehicles 4 and 5 can be done by batteries or in a known manner via additional lines provided for this purpose, but these are not shown here.

In Abhängigkeit von der vorgesehenen Datenübertragungsrate (Baudrate) von beispielsweise B = 500 kbit/s ist die Fre quenzbegrenzung der Sendedaten in den Einrichtungen 12, 13 und 14 eingestellt bzw. die maximale Länge L der Schleiflei tung 10 wie folgt bestimmt. Aus der Baudrate B = 500 kbit/s ergibt sich die Grundschwingungsfrequenz der Sendedaten 15 beispielsweise des Teilnehmers 1 mit f = B/2 = 250 kHz. Wird in der Einrichtung 12 beispielsweise durch Tiefpassfilterung oder durch Begrenzung der Steilheiten der Impulsflanken der Sendedaten der Frequenzgehalt der Sendedaten oberhalb der dritten harmonischen Oberschwingungen f₃ = 3f = 750 kHz ge dämpft (frequenzbegrenzte Sendedaten 16), so kann die Länge L der offenen Schleifleitung 10 nach der Dimensionierungsregel L < λ/10 = c₀/10f₃ bis zu 40 m betragen, ohne dass Reflexi onen an den Leitungsenden die Datenübertragung beeinflussen. In der Dimensionierungsregel bezeichnen λ die Wellenlänge der dritten harmonischen Oberschwingung und c₀ die Wellenaus breitungsgeschwindigkeit, hier Lichtgeschwindigkeit, auf der Schleifleitung 10. Depending on the intended data transmission rate (baud rate) of, for example, B = 500 kbit / s, the frequency limit of the transmission data in the devices 12 , 13 and 14 is set or the maximum length L of the conductor line 10 is determined as follows. The baud rate B = 500 kbit / s results in the fundamental frequency of the transmission data 15, for example of the subscriber 1, with f = B / 2 = 250 kHz. If the device 12 dampens the frequency content of the transmission data above the third harmonic harmonics f ₃ = 3f = 750 kHz (frequency-limited transmission data 16 ), for example by low-pass filtering or by limiting the steepness of the pulse edges of the transmission data, the length L of the open conductor line 10 according to the dimensioning rule L <λ / 10 = c ₀ / 10f ₃ up to 40 m, without reflections on the cable ends influencing the data transmission. In the dimensioning rule, λ denotes the wavelength of the third harmonic and c ₀ the wave propagation speed, here the speed of light, on the conductor line 10 .

Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist die Verfahrstrecke (Schiene 6) für die Fahrzeuge 4 und 5 mit den Teilnehmern 2 und 3 länger als die für die offene Leitung berechnete Länge L. Die Schleifleitung 10 ist daher in voneinander getrennte aufein ander folgende Segmente 17 und 18 unterteilt, wobei jedes Segment 17, 18 bezüglich seiner Länge als elektrisch kurze Leitung ausgebildet ist und über einen eigenen Leitungs koppler 7 bzw. 19 und einen diesen gemeinsamen Datenbus 20 mit dem ortsfesten Teilnehmer 1 verbunden ist. Der Datenbus 20 ist nicht segmentiert sondern angesichts seiner Länge mit seinem Wellenwiderstand 21 abgeschlossen. Wie angedeutet ist, kann die Einrichtung 12 zur Frequenzbegrenzung der Sendedaten des Teilnehmers 1 alternativ auch im Bereich der Eingänge 22 und 23 der Leitungskoppler 7 und 9 vorgesehen sein.In the example according to FIG. 2, the travel distance (rail 6 ) for the vehicles 4 and 5 with the participants 2 and 3 is longer than the length L calculated for the open line. The conductor line 10 is therefore divided into segments 17 that follow one another and 18 divided, each segment 17 , 18 being configured as an electrically short line with respect to its length and being connected to the fixed subscriber 1 via its own line coupler 7 or 19 and a data bus 20 common to this. The data bus 20 is not segmented but, given its length, is terminated with its characteristic impedance 21 . As indicated, the device 12 for frequency limitation of the transmission data of the subscriber 1 can alternatively also be provided in the area of the inputs 22 and 23 of the line couplers 7 and 9 .

Claims

1. Device for the transmission of binary data between two relatively movable participants ( 1 , 2 , 3 ) via a conductor line ( 10 ), with transmission data ( 15 , 16 ) of a sending participant (z. B. 1) via an energy-enhancing line coupler get (7) to the conductor line (10), characterized in that the conductor rail (10) is open at its ends, that the Fre quenzgehalt of which reaches the contact line (10) Sen dedaten (16) to a predetermined function of a maximum data transfer rate permissible dimension is limited and that the conductor line ( 10 ) is designed as an electrically short line in relation to the limited frequency content of the transmission data ( 16 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the frequency content of the transmission data ( 15 , 16 ) is limited before it is energy-reinforced.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the third and higher harmonic cal harmonics of the transmission data ( 15 , 16 ) are damped by low-pass filtering.

4. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the steepness of the pulse edges of the transmission data ( 15 , 16 ) are limited.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the contact wire ( 10 ) is not greater than approximately one tenth of the wavelength of the third harmonic harmonic supply of the transmission data ( 16 ).

6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the length of the conductor line ( 10 ) is not greater than approximately one tenth of the wavelength, which is the reciprocal of the product of the number π and the rise or fall time of the pulse edges corresponds to the transmission data ( 16 ).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the case of long travel distances of the mobile subscribers ( 2 , 3 ) the conductor line ( 10 ) is designed in segments (segments 17 , 18 ) as an electrically short line, the transmission data ( 15 , 16 ) of a stationary transmitting subscriber ( 1 ) each segment ( 17 , 18 ) of the conductor line ( 10 ) via its own line coupler ( 7 , 19 ) are fed with energy amplification.

8. The device according to claim 7, characterized in that the fixed transmitting subscriber ( 1 ) and the line coupler ( 7 , 19 ) are connected to one another via a common data bus ( 20 ) and that the data bus ( 20 ) at its ends with its Wave resistance is completed.