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Die
Erfindung betrifft einen Feldbusteilnehmer in einem Kommunikationssystem
für dezentral strukturierte
Automatisierungssysteme und Feldgeräte, die zum Einsatz in explosionsgefährdeten
Bereichen geeignet sind.
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Ein
Feldbus ist ein digitaler, serieller Mehrpunktdatenbus zur Kommunikation
zwischen Geräten
der industriellen Mess-, Steuer- und Regeltechnik, wie beispielsweise
Messumformer und Stellglieder, und zentralen Einrichtungen, wie
beispielsweise Regler oder Steuereinrichtungen. Der Feldbus ist drahtgebunden
und dabei beliebig verzweigbar. Zum ordnungsgemäßen Betrieb des Feldbusses
ist die Bushauptleitung an den Leitungsenden durch einen sogenannten
Busabschluß abzuschließen. Ein
solcher Busabschluß besteht
regelmäßig aus
passiven Bauelementen, mit denen die Leitungsenden der Busleitung
symmetrisch auf ein Bezugspotential geschaltet werden. Bei eigensicheren
Feldbussen wird als Bezugspotential regelmäßig die Schirmerde verwendet.
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Aus
der Veröffentlichung „Easylon
Netzwerkkomponenten -Alles, was das Netzwerk braucht" der Firma Gesytec
ist bekannt, einen Busabschluss als Baueinheit in einem separaten
Gehäuse,
hier für
Hutschienenmontage, vorzusehen und bedarfsweise an den Feldbus anzuschalten.
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Ferner
ist aus der Veröffentlichung „Feldbus Direkt – Hochkompakt
und platzsparend!" der
Firma Festo ein Feldbusknoten mit der Typenbezeichnung CPV-DI01
bekannt, bei dem ein aktiver Busabschluss im Gerät fest eingebaut ist und bedarfsweise mittels
integrierter DIL-Schalter zuschaltbar ist.
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In
der Praxis hat sich gezeigt, dass die manuelle Anschaltung beziehungsweise
Abschaltung des Busabschlusses sowohl bei der Inbetriebnahme als
auch insbesondere bei Änderungen
der Bustopologie fehlerträchtig
ist. Störungen
der Kommunikation sind die nachteilige Folge.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Feldbusteilnehmer
anzugeben, der den Feldbus in Abhängigkeit von der Bustopologie selbsttätig abschließt.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen genannt.
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Die
Erfindung geht von einem Feldbusteilnehmer aus, der mindestens mit
einem Feldbuseingang, einem Feldbusausgang und einem integrierten Busabschluss
ausgestattet ist. Der Feldbuseingang ist mit dem Feldbusausgang
verbunden. Der integrierte Busabschluss ist schaltbar mit dem Feldbuseingang
verbunden.
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Erfindungsgemäß ist der
Feldbusausgang mit einem Detektor ausgestattet. Dem Detektor ist eine
Kettenschaltung bestehend aus den Elementen Filter, Komparator und
Schalter nachgeschaltet. Der Schalter ist mit einer Mehrzahl von
Kontaktsätzen ausgestattet. Über die
Kontaktsätze
ist der Busabschluss mit den Busleitungen verbindbar.
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Mit
Hilfe des Detektors wird kontinuierlich ermittelt, ob am Feldbusausgang
mindestens ein weiterer Feldbusteilnehmer angeschlossen ist. Derjenige Feldbusteilnehmer,
an dessen Feldbusausgang kein weiterer Feldbusteilnehmer ermittelt
wird, ist der letzte Feldbusteilnehmer. In Abhängigkeit vom Vorhandensein
oder Fehlen weiterer Feldbusteilnehmer am Feldbusausgang wird der
Busabschluss von den Busleitungen getrennt oder mit den Busleitungen
verbunden. Folglich wird sowohl bei der Inbetriebnahme als auch
bei jeder Änderung
der Bustopologie am aktuell jeweils letzten Feldbusteilnehmer der
Busabschluss mit den Busleitungen verbunden. Bei allen anderen Feldbusteilnehmern
wird der Busabschluss von den Busleitungen getrennt.
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In
besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist der Detektor als Stromsensor
ausgebildet.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die
dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
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1 ein
Prinzipschaltbild eines Feldbusteilnehmers
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2 ein
Detailschaltbild eines Detektors
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3 ein
Detailschaltbild eines Busabschlusses
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Feldbusteilnehmer 100 prinzipiell
dargestellt. Der Feldbusteilnehmer 100 ist mit einem Feldbuseingang 110,
einem Feldbusausgang 120 und einem integrierten Busabschluss 180 ausgestattet.
Der Feldbuseingang 110 ist mit drei Anschlüssen zum
Anschluss von zwei Busleitungen 111 und 112 sowie
einem Schirmanschluss 113 ausgestattet. Der Feldbusausgang 120 ist
gleichwohl mit drei Anschlüssen
zum Anschluss von zwei Busleitungen 121 und 122 sowie
einem Schirmanschluss 123 ausgestattet. Der Schirmanschluss 113 des
Feldbuseingangs 110 ist mit dem Schirmanschluss 123 des
Feldbusausgangs 120 verbunden.
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Die
Anschlüsse
der Busleitungen 111 und 112 des Feldbuseingangs 110 sind über einen
Detektor 140 mit den Anschlüssen der Busleitungen 121 und 122 des
Feldbusausgangs 120 verbunden. Der Detektor 140 weist
einen Signalausgang 141 auf, an den über einen Filter 150 ein
Komparator 160 angeschlossen ist.
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Der
Komparator 160 weist einen ersten und einen zweiten Ausgang
auf. Der erste Ausgang ist zur Betätigung eines Schalters 170 ausgebildet.
An den zweiten Ausgang ist ein Anzeigemittel 190 angeschlossen.
Beide Ausgänge
sind derart logisch miteinander verknüpft, dass das Anzeigemittel 190 stets den
Schaltzustand des Schalters 170 anzeigt.
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Der
Schalter 170 weist zwei Kontaktsätze auf. Jeder Kontaktsatz
ist in eine der Busleitungen 111 und 112 des Feldbuseingangs 110 eingeschaltet. Zur
Unterscheidung werden die geschalteten Busleitungen mit den Bezugszeichen 111' und 112' gekennzeichnet.
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Der
integrierten Busabschluss 180 ist an die geschalteten Busleitungen 111' und 112' und den Schirmanschluss 113 des
Feldbuseingangs 110 geschaltet.
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Der
Feldbusteilnehmer 100 weist mindestens einen Feldgeräteanschluss 130 auf,
der mit dem Feldbuseingang 110 verbunden ist. Der Feldbusteilnehmer 100 ist
gemäß 1 zur
Anschaltung einer Mehrzahl von Feldgeräten mit einer Mehrzahl von Feldgeräteanschlüssen 130 ausgestattet.
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In
die Zuleitungen zu den Feldgeräteanschlüssen 130 können nicht
dargestellte Mittel zur Strombegrenzung eingeschaltet sein. Vorteilhafterweise
werden auf diese Weise Forderungen aus einschlägigen Rechtsvorschriften zum
Expolosionsschutz erfüllt.
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Darüber hinaus
können
in die Zuleitungen zu den Feldgeräteanschlüssen 130 nicht dargestellte Mittel
zur Spannungsbegrenzung eingeschaltet sein. Dabei können mit
Vorteil Gruppen von Feldgeräteanschlüssen 130 gemeinsame
Mittel zur Spannungsbegrenzung aufweisen.
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In 2 ist
ein Detektor 140 unter Verwendung gleicher Bezugszeichen
für gleiche
Mittel gezeigt. Der Detektor 140 ist mit den Busleitungen 111 und 112 des
Feldbuseingangs 110 und mit den Busleitungen 121 und 122 des
Feldbusausgangs 120 verbunden. Innerhalb des Detektors 140 sind
die Busleitungen 111 und 112 des Feldbuseingangs 110 mit
den Busleitungen 121 und 122 des Feldbusausgangs 120 verbunden.
In einfachster Ausführung
des Detektors 140 ist gemäß 2 ein Paar
zusammengehöriger
Busleitungen 111/121 des Feldbuseingangs 110 und
des Feldbusausgangs 120 unter Zwischenschaltung eines Messwiderstands 142 und
ein Paar zusammengehöriger
Busleitungen 112/122 des Feldbuseingangs 110 und
des Feldbusausgangs 120 unmittelbar miteinander verbunden.
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Der
Detektorausgang 141 ist an die Anschlüsse des Messwiderstands 142 angeschlossen. In
einfachster Ausführung
des Detektors 140 gemäß 2 ist
der Detektorausgang 141 mit der Busleitung 111 des
Feldbuseingangs 110 und mit der Busleitung 121 des
Feldbusausgangs 120 verbunden.
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In 3 ist
unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ein Detailschaltbild
eines Busabschlusses 180 gezeigt. Der Busabschluss 180 weist
drei Anschlüsse
auf, an die die geschalteten Busleitungen 111' und 112' und der Schirmanschluss 113 des
Feldbuseingangs 110 geschaltet sind. Der Anschluss der
geschalteten Busleitungen 111' ist über ein erstes Dämpfungsglied
bestehend aus der Reihenschaltung eines Kondensators 183 mit
einem Widerstand 181 auf einen Knoten geschaltet. Der Anschluss
der geschalteten Busleitungen 112' ist über ein zweites Dämpfungsglied
bestehend aus der Reihenschaltung eines Kondensators 184 mit
einem Widerstand 182 auf denselben Knoten geschaltet. Schließlich ist
der Schirmanschluss 113 des Feldbuseingangs 110 über ein
drittes Dämpfungsglied
bestehend aus einem Kondensator 185 auf denselben Knoten
geschaltet. Das erste und das zweite Dämpfungsglied sind gleich.
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Mit
Hilfe des Detektors 140 wird kontinuierlich ermittelt,
ob am Feldbusausgang 120 mindestens ein weiterer Feldbusteilnehmer
angeschlossen ist. Dabei wird der Stromfluß durch den als Stromsensor
ausgebildeten Messwiderstand 142 bewertet. Solange mindestens
ein weiterer Feldbusteilnehmer am Feldbusausgang 120 angeschlossen
ist, fällt über dem
Messwiderstand 142 eine Spannung ab, die im Komparator 160 als
Kriterium für
das Vorhandensein des weiteren Feldbusteilnehmers bewertet wird.
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Mit
dem zwischengeschalteten Filter 150 wird vermieden, dass
die Messung durch das Wechselstromsignal auf dem am Feldbusausgangs 120 abgehenden
Feldbus gestört
wird.
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Derjenige
Feldbusteilnehmer, an dessen Feldbusausgang kein weiterer Feldbusteilnehmer
ermittelt wird, ist der letzte Feldbusteilnehmer. In Abhängigkeit
vom Vorhandensein oder Fehlen weiterer Feldbusteilnehmer am Feldbusausgang 120 wird
mit dem Schalter 170 der Busabschluss 180 von
den Busleitungen 111 und 112 getrennt oder mit
den Busleitungen 111 und 112 verbunden.
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Bei
geschlossenem Schalter 170 sind die Busleitungen 111 und 112 symmetrisch über das
erste und das zweite Dämpfungsglied
mit dem dritten Dämpfungsglied
verbunden. Das dritte Dämpfungsglied
ist an Schirmerdpotential angeschlossen.
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Demnach
wird sowohl bei der Inbetriebnahme als auch bei jeder Änderung
der Bustopologie am aktuell jeweils letzten Feldbusteilnehmer der
Busabschluss 180 mit den Busleitungen 111 und 112 verbunden.
Bei allen anderen Feldbusteilnehmern wird der Busabschluss 180 von
den Busleitungen 111 und 112 getrennt.
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- 100
- Feldbusteilnehmer
- 110
- Feldbuseingang
- 111,
112
- Busleitung
- 111', 112'
- geschaltete
Busleitung
- 113
- Schirmanschluss
- 120
- Feldbusausgang
- 121,
122
- Busleitung
- 123
- Schirmanschluss
- 130
- Feldgeräteanschluss
- 140
- Detektor
- 141
- Detektorausgang
- 142
- Messwiderstand
- 150
- Filter
- 160
- Komparator
- 170
- Schalter
- 180
- Busabschluss
- 181,
182
- Widerstand
- 183
bis 185
- Kondensator
- 190
- Anzeigemittel