DE102005040932A1 - Feldbusteilnehmer - Google Patents

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feldbusteilnehmer in einem Kommunikationssystem für dezentral strukturierte Automatisierungssysteme und Feldgeräte in explosionsgefährdeten Bereichen. Zum selbsttätigen Abschluss des Feldbusses in Abhängigkeit von der Bustopologie wird vorgeschlagen, dass der Feldbusausgang (120) mit einem Detektor (140) ausgestattet ist, dem ein Filter (150), ein Komparator (160) und ein Schalter (170) in Kette nachgeschaltet sind, wobei der Busabschluss (180) in Abhängigkeit vom Vorhandensein weiterer Feldbusteilnehmer am Feldbusausgang (120) mittels des Schalters (170) mit den Busleitungen (111, 112) verbindbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Feldbusteilnehmer in einem Kommunikationssystem für dezentral strukturierte Automatisierungssysteme und Feldgeräte, die zum Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet sind.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Feldbusteilnehmer anzugeben, der den Feldbus in Abhängigkeit von der Bustopologie selbsttätig abschließt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den rückbezogenen Ansprüchen genannt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist der Detektor als Stromsensor ausgebildet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Prinzipschaltbild eines Feldbusteilnehmers
  • 2 ein Detailschaltbild eines Detektors
  • 3 ein Detailschaltbild eines Busabschlusses
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der integrierten Busabschluss 180 ist an die geschalteten Busleitungen 111' und 112' und den Schirmanschluss 113 des Feldbuseingangs 110 geschaltet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Mit dem zwischengeschalteten Filter 150 wird vermieden, dass die Messung durch das Wechselstromsignal auf dem am Feldbusausgangs 120 abgehenden Feldbus gestört wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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

Claims (2)

  1. Feldbusteilnehmer in einem Kommunikationssystem für dezentral strukturierte Automatisierungssysteme und Feldgeräte in explosionsgefährdeten Bereichen, der mindestens mit einem Feldbuseingang, einem Feldbusausgang und einem integrierten Busabschluss ausgestattet ist, wobei der Feldbuseingang mit dem Feldbusausgang verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldbusausgang (120) mit einem Detektor (140) ausgestattet ist, dem ein Filter (150), ein Komparator (160) und ein Schalter (170) in Kette nachgeschaltet sind, wobei der Busabschluss (180) in Abhängigkeit vom Vorhandensein weiterer Feldbusteilnehmer am Feldbusausgang (120) mittels des Schalters (170) mit den Busleitungen (111, 112) verbindbar ist.
  2. Feldbusteilnehmer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Anzeigemittel (190) vorgesehen sind, die den Zustand der Busterminierung signalisieren.
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