DE10163393B4

DE10163393B4 - Anschlusselement für einen Bus

Info

Publication number: DE10163393B4
Application number: DE10163393A
Authority: DE
Inventors: Klaus Schneider; Uwe Schaefer
Original assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Current assignee: Werner Turck GmbH and Co KG
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: DE10163393A1

Abstract

Anschlusselement (1) für einen an seinem Ende mit mindestens einem Terminierungselement zu terminierenden Bus, mit einem Eingang (4), mit welchem das Anschlusselement (1) mittels einer ersten Busleitung (6) an einen Ausgang (7) eines vorgeordneten Anschlusselementes (2) verbindbar ist und mit einem Ausgang (5), mit welchem das Anschlusselement (1) mittels einer zweiten Busleitung (8) an einen Eingang (9) eines nachgeordneten Anschlusselementes (3) verbindbar ist, mit einem dem Anschlusselement (1) zugeordneten, zumindest einen Widerstand (R1, R2, R3) aufweisenden Terminierungselement, welches von einem bei Unterbrechung der zweiten Busleitung (8) abgegebenen Schaltsignal (14) von einem zumindest einen Transistor aufweisenden Schalter (S1, S2) geschaltet selbsttätig den Bus terminiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1, S2) von mindestens zwei entgegengerichtet (NPN, PNP) geschalteten Transistoren (T1, T2 bzw. T3, T4) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anschlusselement gemäß Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
In automatisierten Fertigungsstraßen werden zur Übermittlung von Steuerungs- oder Sensor-Signalen Busleitungen verwendet. Den einzelnen Sensoren bzw. Steuerungsaggregaten sind dabei Anschlusselemente zugeordnet. Die Anschlusselemente können aber auch Verteiler sein, die die Signale an untergeordnete Systeme weiterleiten. Derartige Bussysteme sind beispielsweise unter der Bezeichnung CAN-Bus oder Profibus im Stand der Technik bekannt. Wesentlich ist, dass über die Bussysteme Signale mit hoher Geschwindigkeit ungestört übertragen werden. Insbesondere werden mittels eines derartigen Bussystems die Steuerungssignale an Handhabungsautomaten übertragen. Insbesondere werden Signale zu dem Werkzeug, welches beispielsweise von einem Greifer gebildet wird übertragen, damit das Werkzeug betätigt werden kann. Während des Produktionsprozesses ist es oftmals erforderlich, das Werkzeug zu wechseln. Dabei wird die Busleitung unterbrochen. Zum störungsfreien Funktionieren eines Busses müssen die Enden desselben terminiert werden. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines oder mehrerer Widerstände, die in die Signalleitungen geschaltet werden. Ein Standard-Buskabel, etwa eines Profibusses, enthält zwei Signalleitungen. Zusätzlich können Versorgungs-Leitungen vorgesehen sein. Die Versorgungsleitungen können auch getrennt zu den Signalleitungen verlaufen. Beim Profibus werden mittels drei Widerstanden, die in Reihe zwischen zwei Potentialleitungen geschaltet werden, die beiden Signalleitungen auf ein definiertes Potential gebracht.
Bei dem vorgenannten Beispiel sitzt das Terminierungselement in dem Bus-Anschlusselement, welches dem Werkzeug, beispielsweise dem Greifer, zugeordnet ist. Dieses Anschlusselement ist einem anderen Anschlusselement, welches beispielsweise dem Antriebsmotor für den Greifarm des Handhabungsautomaten zugeordnet ist, nachgeordnet. Wird dieses nachgeordnete Anschlusselement durch Unterbrechung der Busleitung abgetrennt, so ist das dem Antriebsmotor des Greifarmes zugeordnete Anschlusselement das letzte, allerdings unterminierte Anschlusselement. Diese Unterminierung hat zur Folge, dass der Bus nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert. Da der Werkzeugwechsel in vorteilhafter Weise aber automatisch erfolgen soll, also über Befehle, die über den Bus übertragen werden, muss der Bus nach Unterbrechung der zum letzten Anschlusselement führenden Busleitung sofort wieder funktionieren. Es ist deshalb erforderlich, dass der Bus auch bei einer Unterbrechung sofort wieder funktionsfähig wird.
Für Busleitungen, die eine Signalleitung und eine Masseleitung aufweisen, schlägt die EP 0 698 977 A1 ein gattungsgemäßes Anschlusselement vor. Ein Transistorschalter wird dort bei einer bestehenden Leitungsverbindung auf einem definierten Potential gehalten. Wird die Leitungsverbindung getrennt, so wechselt das Potential, so dass ein von einem Widerstand gebildetes Terminierungselement in Wirkung tritt.
Ähnliche Schaltungen beschreiben die US 6,029,216 und US 5,961,619 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Anschlusselement derart weiterzubilden, dass auch Bussysteme mit zwei Signalleitungen, die wie beim Profibus wechselnde Potentiale aufweisen können, sicher selbsttätig terminiert werden.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
Erfindungsgemäß besitzt das Anschlusselement einen Schalter, der von mindestens zwei entgegengerichtet geschalteten Transistoren ausgebildet ist. Wird eine von zwei an das Anschlusselement angeschlossenen Busleitungen unterbrochen, so wird der Bus selbsttätig terminiert. Dies hat zur Folge, dass das Terminierungselement sowohl bei einer positiven Halbwelle als auch bei einer negativen Halbwelle seine Terminierungsfunktion erfüllt.
Das Terminierungselement ist bei einer nicht unterbrochenen Busleitung zum nachgeordneten Anschlusselement inaktiviert. Es wird nur dann aktiviert, wenn die zweite Busleitung unterbrochen also unterminiert ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt das mit dem selbsttätig in Wirkung tretenden Terminierungselement ausgestattete Anschlusselement eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Bestandes bzw. der Terminierung der zweiten Leitung. Diese Überwachungseinrichtung gibt ein Schaltsignal ab, wenn die Signal-Leitung unterbrochen ist bzw. die Terminierung fehlt. Bei Leitungsunterbrechung wird das Terminierungselement in den Bus geschaltet. Der Ausgang des Anschlusselementes weist zwei elektrische Kontakte auf. Einer dieser elektrischen Kontakte ist die Signalleitung. Der andere elektrische Kontakt kann ein Schirm sein. Diese beiden elektrischen Kontakte werden bei einem abgegebenen Schaltsignal, also bei einer festgestellten Leitungsunterbrechung, mittels eines vom Terminierungselement ausgebildeten Widerstandes miteinander verbunden. In einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bus ein oder mehrere Signalleitungen und ein oder mehrere Potentialleitungen besitzt. Beim Profibus können zwei Signalleitungen und zwei Potentialleitungen vorgesehen sein, wobei an den Potentialleitungen plus fünf Volt und Masse anliegen. Durch drei zwischen die Potentialleitungen geschaltete Widerstände werden zwei Potentiale definiert, die zwischen den Potentialen der Potentialleitungen liegen. Bei einer festgestellten Leitungsunterbrechung werden die Signalleitungen jeweils auf eines dieser definierten Potentiale gebracht, indem eine Leitverbindung zwischen den Widerständen und den Signalleitungen geschaltet wird. Das Schalten der Leitverbindung erfolgt mittels Schaltern, die von Relais oder von elektronischen Schaltelementen bevorzugt von Transistoren gebildet werden. Das Schaltsignal, mittels welchem die Schalter betätigt werden, kann aus einer Änderung der Eigenschaften der zweiten Busleitung gewonnen werden, wenn diese unterbrochen wird. Im einfachsten Fall besitzt die zweite Busleitung eine zusätzliche Leitung, die beim Eingang des nachgeordneten Anschlusselementes oder im Bereich einer definierten Trennstelle mit einer Potentialleitung verbunden ist. Wird die Busleitung getrennt, so ist die Schaltleitung nicht mehr mit der Potentialleitung verbunden, so dass sich das Potential der Schaltleitung ändert. Aus dieser Potentialänderung wird das Schaltsignal gewonnen, um die Terminierungselemente in die Busleitung zu schalten. Das 4 nachgeordnete Anschlusselement ist bevorzugt einem Werkzeug eines Handhabungsautomaten zugeordnet. Die Trennstelle kann dabei einer Steckverbindung zugeordnet sein. Wird die Steckverbindung getrennt, so ändert sich das Potential der Schaltleitung. Die Überwachungseinrichtung stellt die Potentialänderung fest und schaltet die Schalter, so dass die Widerstände in den Bus geschaltet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 grob schematisch den Aufbau eines Anschlusselementes eines ersten Ausführungsbeispiels,
2 grob schematisch den Aufbau eines Anschlusselementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
3 den Aufbau der Schaltung eines Anschlusselementes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Das erfindungsgemäße Anschlusselement 1 besitzt wie in 1 gezeigt einen Eingang 4 und einen Ausgang 5. Der Eingang 4 ist mit einer ersten Busleitung 6 verbunden, mittels welcher das Anschlusselement 1 mit einem vorgeordneten Anschlusselement 2 leitverbunden ist. Die Busleitung 6 des Ausführungsbeispiels besitzt insgesamt vier Leiter. Die Leiter 10 und 13 sind Potentialleiter. Der Leiter 10 wird auf einem Potential von fünf Volt und der Leiter 13 auf Masse gehalten. Die beiden Leiter 11, 12 sind Signalleitungen.
Die Busleitung ist durch das Anschlusselement hindurch geschleift. Sie tritt am Ausgang 5 aus dem Anschlusselement 1 wieder hinaus und ist mit einer zweiten Busleitung 8 mit einem nachgeordneten Anschlusselement 3 verbunden. Das nachgeordnete Anschlusselement 3 kann Terminierungselemente aufweisen in Form von Widerstanden R1, R2, R3, die zwischen die Potentialleitungen 10, 13 geschaltet sind, um so Potentiale zu definieren, die zwischen den Potentialen der Potentialleitungen 10, 13 liegen. Mit diesen Potentialen sind die beiden Signalleitungen 11, 12 verbunden. Die Signalleitungen 11, 12 haben somit nicht nur einen definierten Wellenwiderstand am Ende des Busses, so dass keine Reflexionen auftreten. Die Signalleitungen 11, 12 besitzen demzufolge auch ein definiertes Potential.
Das Terminierungselement muss aber nicht dem unmittelbar nachgeordneten Anschlusselement zugeordnet sein. Es kann auch einem weiter dahinter liegenden Anschlusselement zugeordnet sein.
Erfindungsgemäß besitzt das mit der Bezugsziffer 1 bezeichnete Anschlusselement 3 Widerstände R1, R2, R3, die in Reihe hintereinander geschaltet sind. Der Widerstand R1 ist dabei mit der Potentialleitung 10 und über den Widerstand R2 und den Widerstand R3 mit der Potentialleitung 13 verbunden. Zwischen den Widerständen R1 und R2 und der Signalleitung 11 befindet sich ein Schalter S1. Zwischen den Widerständen R2 und R3 und der Signalleitung 12 befindet sich ein weiterer Schalter S2. Wie in der 2 dargestellt, können die Schalter S1 und S2 von einer Überwachungseinrichtung S3, die ebenfalls die Form eines Schalters besitzen kann, geschlossen werden. Normalerweise sind die Schalter S1 und S2 geöffnet.
Wird die zweite Busleitung 8 im Bereich zwischen dem Ausgang 5 und dem Eingang 9 unterbrochen, so werden die Schalter S1 und S2 geschlossen, so dass das von den Widerständen R1, R2, R3 ausgebildete Terminierungselement des Anschlusselementes 1 in Wirkung tritt.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die zweite Busleitung 8, die zu dem nachgeordneten Anschlusselement 3 führt, eine zusätzliche Leitung 14. Dies ist eine Schaltleitung. Die Schaltleitung 14 ist jenseits einer definierten Trennstelle leitverbunden mit einer Potentialleitung 13. Wird die Busleitung 8 an der definierten Trennstelle unterbrochen, so ändert sich das Potential der Schaltleitung 14. Eine derartige Änderung wird insbesondere dadurch erzwungen, dass die Schaltleitung 14 innerhalb des Anschlusselementes 1 mittels eines Widerstandes R4 mit der anderen Potentialleitung 10 leitverbunden ist. Nach diesem Potentialwechsel schaltet die Überwachungseinrichtung S3 die beiden Schalter S1, S2, so dass die Widerstände R1 bzw. R2 mit der Signalleitung 12 und die Widerstände R2 bzw. R3 mit der Signalleitung 11 leitverbunden werden. Dann ist das Anschlusselement 1 terminiert.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Realisierung der Überwachungseinrichtung S3 und der beiden Schalter S1 und S2. Die beiden Schalter S1, S2 sind ebenso wie die Überwachungseinrichtung S3 in der Schaltung mit gestrichelten Linien hervorgehoben. Die beiden Schalter S1 und S2 werden jeweils von entgegengerichtet geschalteten Transistoren T1, T2 bzw. T3, T4 ausgebildet. Die beiden Transistoren werden von der Schalteinrichtung S3 dann durchgeschaltet, wenn das Potential an der Schaltleitung 14 nicht mehr das Potential der Potentialleitung 13 aufweist, also minus fünf Volt beträgt. Wegen des Widerstandes R4 besitzt das Potential der Schaltleitung 14 nach Trennung der Busleitung 8 fünf Volt. Dies führt dazu, dass die beiden Transistoren der Überwachungseinrichtung S3 durchschalten. Das Ausgangssignal der Überwachungseinrichtung S3 wird mittels Vorschaltwiderständen auf die Basen der Schaltetransistoren T1 bis T4 gebracht, so dass diese durchschalten. Die Eingänge A, B, die den Signalleitungen 11, 12 zugeordnet sind, werden dann mit dem von den Widerständen R1, R2, R3 gebildeten Terminierungselement leitverbunden. Die Widerstände R1 und R3 können 390 o, der Widerstand R2 kann 220 o betragen.
Beim Profibus in der Standardausführung braucht lediglich der in den Figuren mit R2 bezeichnete Widerstand zwischen die beiden Signalleitungen geschaltet zu werden. Wenn zusätzlich zu den beiden Signalleitungen A und B Versorgungsleitungen geführten werden, können auch die Widerstände R1 und R2 geschaltet werden, die die Signalleitungen auf ein definiertes Potential legen.

Claims

Anschlusselement (1) für einen an seinem Ende mit mindestens einem Terminierungselement zu terminierenden Bus, mit einem Eingang (4), mit welchem das Anschlusselement (1) mittels einer ersten Busleitung (6) an einen Ausgang (7) eines vorgeordneten Anschlusselementes (2) verbindbar ist und mit einem Ausgang (5), mit welchem das Anschlusselement (1) mittels einer zweiten Busleitung (8) an einen Eingang (9) eines nachgeordneten Anschlusselementes (3) verbindbar ist, mit einem dem Anschlusselement (1) zugeordneten, zumindest einen Widerstand (R1, R2, R3) aufweisenden Terminierungselement, welches von einem bei Unterbrechung der zweiten Busleitung (8) abgegebenen Schaltsignal (14) von einem zumindest einen Transistor aufweisenden Schalter (S1, S2) geschaltet selbsttätig den Bus terminiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S1, S2) von mindestens zwei entgegengerichtet (NPN, PNP) geschalteten Transistoren (T1, T2 bzw. T3, T4) ausgebildet ist.
Anschlusselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Signalleitungen (11, 12) vorgesehen sind und an jede dieser Signalleitungen (11, 12) jeweils einer der von mindestens zwei entgegengerichtet (NPN, PNP) geschalteten Transistoren (T1, T2 bzw. T3, T4) ausgebildeten Schalter (S1, S2) angeschlossen ist.
Anschlusselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei zwischen zwei Potentialleitungen (10, 13) geschaltete Widderstände (R1, R2, R3) Potentiale definieren, mit denen die Signalleitungen (11, 12) mittels der Schalter (S1, S2) bei einer Leitungsunterbrechung verbunden werden.
Anschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinrichtung (S3) zur Überwachung des Bestandes oder der Terminierung der zweiten Busleitung (8), welche bei Leitungsunterbrechung oder bei fehlender Terminierung das Schaltsignal (14) erhält, um das Terminierungselement (R1, R2, R3) in den Bus zu schalten.
Anschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltsignal mittels einer der Busleitung zugeordneten Schaltleitung gewonnen wird, deren Potential sich bei Leitungsunterbrechung ändert.
Anschlusselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltleitung (14) entweder hinter einer definierten Trennstelle der zweiten Busleitung (8) oder im Bereich des nachgeordneten Anschlusselementes (3) mit einer der Potentialleitungen (10, 14) leitverbunden ist.
Anschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgeordnete Anschlusselement (3) einem Werkzeug eines Handhabungsautomaten zugeordnet ist und die zweite Busleitung beim Werkzeugwechsel an einer definierten Trennstelle unterbrochen wird.