DE102005059012A1

DE102005059012A1 - ASI-Sytem zum Anschluß mehrerer Sensoren und/oder Aktuatoren an eine Steuerung

Info

Publication number: DE102005059012A1
Application number: DE102005059012A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schneider; Bernd Füßl; Peter Schoepe; Andreas Gohr; Peter Wienzek
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2005-12-08
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: DE102005059012B4

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein ASI-System zum Anschluß mehrerer Sensoren und/oder Aktuatoren an eine Steuerung, mit einem ASI-Master (1), mit mehreren ASI-Slaves (2, 2') und mit einer ASI-Leitung (3), wobei über die ASI-Leitung (3) Adreßbits und Informationsbits enthaltende Signale seriell vom ASI-Master (1) an die ASI-Slaves (2, 2') und Informationsbits enthaltende Signale seriell von den einzelnen ASI-Slaves (2, 2') an den ASI-Master (1) übertragen werden.
Das ASI-System ist gemäß einer ersten Alternative dadurch weiterverbessert, daß die die Informationen übertragende ASI-Übertragungsverbindung zumindest teilweise als Koax-Kabel (4) oder als Triax-Kabel ausgebildet ist. Gemäß einer zweiten Alternative ist die die Informationen übertragende ASI-Übertragungsverbindung zumindest teilweise drahtlos ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein ASI-System zum Anschluß mehrerer Sensoren und/oder Aktuatoren an eine Steuerung, mit einem ASI-Master, mit mehreren ASI-Slaves und mit einer ASI-Übertragungsverbindung, wobei über die ASI-Übertragungsverbindung Adreßbits und Informationsbits enthaltenen Signale seriell vom ASI-Master an die ASI-Slaves und Informationsbits enthaltenden Signale seriell von den einzelnen ASI-Slaves an den ASI-Master übertragen werden.

Im Jahre 1990 haben eine größere Anzahl namhafter Aktuator-, Sensor- und Steuerungshersteller mit der industriellen Gemeinschaftsentwicklung eines Aktuator-Sensor-Interface-Systems begonnen, welches als AS-Interface-System oder im folgenden stets als ASI-System bezeichnet wird. Das ASI-System wird als neuartige Schnittstelle seit 1994 für die industrielle Kommunikation eingesetzt und belegt den Bereich unterhalb der bisherigen Feldbussysteme. Es verbindet insbesondere binäre Sensoren und Aktuatoren, aber auch analoge Sensoren über einen gemeinsamen Bus mit der ersten Steuerungsebene, z. B. einer SPS oder einem PC. Das ASI-System ist international genormt durch die Normen EN 50295 und IEC 62026-2 (vgl. "AS-Interface Die Lösung in der Automation", Rolf Becker, et. al AS-International Association, 2002).

Das bekannte ASI-System, von dem die Erfindung ausgeht, besteht aus einem ASI-Master, mehreren ASI-Slaves und einer ASI-Leitung. Ein wesentlicher Bestandteil des ASI-Systems ist der ASI-Slave, der in den Regel als ASI-Chip realisiert ist und mit dem die Aktuatoren bzw. Sensoren an die ASI-Leitung digital angekoppelt werden. Der ASI-Chip wird konstruktiv entweder in ein Modul eingebaut, an das dann konventionelle Aktuatoren und Sensoren angeschlossen werden, oder er wird direkt in den Aktuator bzw. Sensor eingebaut. Der ASI-Master bildet die Schnittstelle zwischen den Aktuatoren bzw. Sensoren und dem Kern der Steuerung, beispielsweise einer SPS oder einem PC (vgl. "AS-Interface Die Lösung in der Automation", Seite 53 ff).

Als ASI-Leitung wird ein ungeschirmtes Zweileiter-Flachbandkabel (2 × 1,5 mm²) oder ein Standard-Rundkabel verwendet, über das gleichzeitig Signale und Energie übertragen werden. Die ASI-Leitung dient damit einerseits der Energieversorgung der Slaves (und damit auch der an die Slaves angeschlossenen Aktuatoren und Sensoren) sowie der Energieversorgung des Masters, andererseits der Datenübertragung zwischen den Slaves untereinander sowie zwischen den Slaves und dem Master (vgl. "AS-Interface Die Lösung in der Automation", Seite 56 – 60). Die herkömmliche ASI-Leitung ist das nichtgeschirmte und nicht verdrillte Zweileiter-Flachbandkabel, das eine normierte Mantelfarbe (gelb) und einen geometrisch kodierten Querschnitt aufweist. Da die Lage der Leiter im Kabel festliegt und keine Abschirmung hinderlich ist, lassen sich die Leiter mittels Durchdringungstechnik einfach kontaktieren.

Die meisten ASI-Slaves entnehmen ihre Betriebsenergie direkt der herkömmlichen ASI-Leitung. Reicht die hierüber zur Verfügung gestellte Energie nicht aus, dann wird ein zweiter Versorgungskreis zur Verfügung gestellt. Für diesen Fall der Zusatzversorgung gibt es eine schwarze Version der ASI-Leitung, die Versorgungsspannungen bis 30 V DC vorbehalten ist, aber ebenso einfach kontaktiert werden kann, wie die herkömmliche gelbe ASI-Leitung. Auch für die schwarze ASI-Leitung wird zumeist ein ungeschirmtes Zweileiter-Flachbandkabel verwendet, das dann ebenfalls mittels Durchdringungstechnik kontaktiert werden kann.

Zur Versorgung des ASI-Systems ist in der Regel ein ASI-Netzgerät vorgesehen. Das ASI-Netzgerät hat dabei mehrere Aufgaben. Zum einen dient es der – zuvor bereits beschriebenen – Energieversorgung der ASI-Slaves sowie eines Teils des ASI-Masters über die ASI-Leitung. Hierzu stellt es eine DC-Spannung von 29,5 bis 31,6 V bei Strömen bis zu 8 A zur Verfügung. Zum zweiten dient das ASI-Netzgerät zur Symmetrierung des ASI-Netzes, wozu in dem ASI-Netzgerät eine entsprechende Symmetrieschaltung vorgesehen ist. Schließlich dient das ASI-Netzgerät auch der Datenentkopplung. Hierzu wird ein Datenentkopplungsnetzwerk mit zwei Induktivitäten und zwei parallel geschalteten Widerständen verwendet.

Zur gleichzeitigen Übertragung der Signale und der Energie über die ASI-Leitung ist ein spezielles Modulationsverfahren entwickelt worden, welches den zahlreichen Anforderungen des ASI-Systems in besonderer Weise genügt. Das Nachrichtensignal, das der Energieversorgung der ASI-Slaves überlagert wird, muß gleichstromfrei und relativ schmalbandig sein und darf zudem nicht in unzulässiger Weise elektromagnetisch abstrahlen. Aus diesen Gründen ist als Modulationsverfahren eine Alternierende Puls Modulation (APM) ausgewählt worden, wobei die Sende-Bitfolge zunächst in eine Manchester-codierte (MAN-codierte) Bitfolge umcodiert wird, die bei jeder Änderung des Sendesignals eine Phasenänderung vornimmt. Aus der codierten Bitfolge wird dann ein Sendestrom erzeugt, aus dem dann durch Differentiation der gewünschte Signalspannungspegel auf der ASI-Leitung erzeugt wird. Auf der Empfangsseite werden diese Spannungssignale auf der Leitung detektiert und wieder in die gesendete Bitfolge zurückgewandelt. Wenn dabei die Spannungspulse näherungsweise wie sin²-Pulse geformt werden, wird gleichzeitig auch den Forderungen nach niedriger Grenzfrequenz und geringer Störabstrahlung Rechnung getragen (vgl. "AS-Interface Die Lösung in der Automation", Seite 62 – 65).

Das ASI-System ist ein Master-Slave-System mit zyklischem Polling und nutzt einen Master pro Netz, der alle Teilnehmer (Slaves) zyklisch mit ihrer Adresse aufruft. Das ASI-System überträgt die Informationen (ASI-Nachrichten) zwischen einem Master und den verschiedenen Slaves somit nicht parallel, sondern seriell. Die ASI-Nachrichten sind kurz, einfach strukturiert und haben eine feste Länge. In jedem Abfragezyklus werden Informationen seriell vom Master zu jedem Slave und zurück übertragen. Sie können als Ein- oder als Ausgabedaten benutzt werden. Um keine zu großen Wartezeiten bei der seriellen Übertragung der Informationen vom Master zu den einzelnen Slaves bzw. umgekehrt zu haben, ist für das ASI-System eine bestimmte Struktur der über die ASI-Leitung übertragenen Signale vorgegeben. Diese im nachfolgenden noch genauer beschriebene Struktur der übertragenden Signale, d. h. die Struktur der ASI-Nachrichten, zusammen mit einer vorgegebenen maximalen Anzahl von an die ASI-Leitung anschließbaren ASI-Slaves, gewährleistet eine für die Praxis in vielen Fällen ausreichende Zykluszeit von maximal 5 ms.

Der Dialog des ASI-Masters mit einem ASI-Slave besteht immer aus der Kombination von Telegramm des ASI-Masters und Antworttelegramm des ASI-Slaves. Das Telegramm des ASI-Masters wird auch als Masteraufruf, das Antworttelegramm des ASI-Slaves als Slaveantwort bezeichnet. Wie üblich beginnen die Telegramme, d. h. die ASI-Nachrichten mit einer Startkennung und enden mit einer Stopkennung. Zwischen dem Masteraufruf und der Slaveantwort bzw. zwischen der Slaveantwort und einem neuen Masteraufruf ist jeweils eine Masterpause bzw. eine Slavepause vorgesehen. Der Masteraufruf besteht insgesamt aus vierzehn Bits, wobei darin fünf Adreßbits und fünf Informationsbits an den ASI-Slave enthalten sind. Die Slaveantwort besteht aus insgesamt sieben Bits, von denen vier Bits als Informationsbits an den ASI-Master vorgesehen sind.

Über die am Anfang des Masteraufrufs stehenden Adreßbits wird jedem ASI-Slave mitgeteilt, ob die nachfolgende Information für ihn oder für einen anderen ASI-Slave bestimmt ist. Jedem ASI-Slave ist dabei eine fünf Bit lange Adresse zugeordnet, wobei die Adresse 0 eine Sonderfunktion hat. Sie wird üblicherweise bei der Herstellung als Defaultwert benutzt, d. h. herstellungsmäßig ist den ASI-Slaves die Adresse 0 zugewiesen. Wenn dann beispielsweise ein defekter ASI-Slave ausgetauscht wird, wird im neuen ASI-Slave die Adresse 0 durch die Adresse des ausgefallenen ASI-Slaves ersetzt, was durch ein entsprechendes Kommando des ASI-Masters an den neuen ASI-Slave ausgeführt werden kann. Mit den fünf Adreßbits können somit im Normalfall maximal 31 Teilnehmer adressiert und an die ASI-Leitung angeschlossen werden. In einem Abfragezyklus wird jeder angeschlossene ASI-Slave – maximal 31 ASI-Slaves – vom ASI-Master- angesprochen und sendet jeder ASI-Slave seine Slaveantwort mit den vier Informationsbits an den ASI-Master zurück (vgl. "AS-Interface Die Lösung in der Automation", Seite 66 – 60).

Durch die vorgegebene Struktur der ASI-Nachrichten ergibt sich sowohl eine Beschränkung der maximal an die ASI-Leitung bzw. an einen ASI-Master anschließbaren ASI-Slaves als auch eine Beschränkung der maximal innerhalb eines Abfragezyklusses zwischen dem ASI-Master und dem ASI-Slave austauschbaren Informationsbits. Die erste Beschränkung ist bei der neuen ASI-Version 2.1 dadurch behoben worden, daß sich zwei ASI-Slaves eine Adresse teilen. Als sogenannte A- und B-Slaves heißen sie dann z. B. 10 A und 10 B. Im ersten Abfragezyklus werden alle A-Slaves, im folgenden alle B-Slaves bearbeitet. Der Vorteil, daß nunmehr maximal 62 AST-Slaves anstelle von 31 ASI-Slaves an das ASI-System angeschlossen werden können, ist somit durch eine von 5 ms auf 10 ms angestiegene Zykluszeit erkauft worden.

Die Übertragung von 8 bis 16 Bit langen Werten, wie sie bei analogen Meßwerten für Temperaturen oder Durchflüsse anfallen können, lassen sich mit dem bestehenden ASI-System nicht ohne weiteres übertragen. Soll beispielsweise eine 12 Bit lange Information übertragen werden, so ist dies bisher nur dadurch realisierbar, daß die 12 Bit lange Information in Portionen von drei Bit über vier Zyklen verteilt übertragen wird. Anstelle der normalerweise nutzbaren vier Informationsbits können hierbei nur drei Bits für die Information verwendet werden, da das vierte Bit als sogenanntes Steuer- oder Toggelbit benötigt wird. Das Steuer- bzw. Toggelbit wird als "Handshake-Bit" verwendet, um dem jeweiligen Empfänger anzuzeigen, daß der Informationsteil einen neuen gültigen Wert enthält. Sollen mit einem ASI-System nicht nur binäre sondern auch analoge Größen übertragen werden, so werden dafür mehrere Zykluszeiten benötigt, was zu einer entsprechend längeren Übertragungszeit führt.

Obwohl in den letzten zehn Jahren im Zusammenhang mit dem zuvor beschriebenen ASI-System eine Vielzahl von Verbesserungen und Neuerungen eingeführt worden sind, weist das bestehende ASI-System – trotz aller Vorteile – auch einige Nachteile auf. Hierzu gehören trotz des speziellen Modulationsverfahrens die Anfälligkeit gegen Störeinkopplungen sowie die Übertragung von Störungen, die nur in einem Slave eingekoppelt werden, auf das gesamte Netz. Auch die begrenzte Leitungslänge sind in bestimmten Anwendungsfällen nachteilig. Müssen in speziellen Anwendungsfällen größere Übertragungsstrecken realisiert werden, so werden bisher Repeater eingesetzt, deren Aufgabe darin besteht, die Signalqualität durch eine Signalauffrischung zu verbessern. Aufgrund der beim ASI-System vorgegebenen Zykluszeit, die im ASI-Master die maximale Wartezeit auf eine Slaveantwort auf zehn Bitzeiten limitiert, und aufgrund der durch den Einsatz des Repeaters bedingten Signalverzögerung ergibt sich eine Beschränkung auf zwei Repeater in Reihe, so daß auch bei der Verwendung von Repeatern die Länge der Übertragungsstrecke begrenzt ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das zuvor beschriebene ASI-System weiter zu verbessern, so daß die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden oder zumindest verringert werden.

Diese Aufgabe ist gemäß einer ersten Alternative bei dem eingangs beschriebenen ASI-System dadurch gelöst, daß die die Informationen übertragende ASI-Übertragungsverbindung zumindest teilweise als Koax-Kabel oder als Triax-Kabel ausgebildet ist. Durch die Verwendung eines Koax-Kabels oder eines Triax-Kabel als ASI-Leitung anstelle des herkömmlichen ungeschirmten Zweileiter-Flachbandkabels kann die Gefahr einer Störeinkopplung auf dem Übertragungsweg verringert werden, da keine Störspannungen durch Influenz in das Kabel gelangen können. Die im Kabel fließenden Ströme erzeugen keine magnetischen Störfelder, so daß der Störabstand erhöht werden kann. Außerdem sind Koax-Kabel günstiger als die bisher verwendeten ASI-Leitungen.

Vorzugsweise werden die zu übertragenden Signale verstärkt, so daß die Amplitude beispielsweise das zwei bis dreifache der Amplitude der über eine herkömmliche ASI-Leitung übertragenen Signale beträgt. Bei Signalen, die über herkömmliche ASI-Leitungen übertragen werden, beträgt der Spitze-Spitze-Wert U_SS, welcher die Höhe des Ausschlages des übertragenen Signals wiedergibt, 6 V_SS. Vorzugsweise wird somit der Spitze-Spitze-Wert U_SS der übertragenen Signale auf 12 V_SS bis 18 V_SS erhöht. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise ein größere maximale Leitungslänge erreicht werden.

Damit im Anschluß an ein Koax-Kabel oder ein Triax-Kabel der Anschluß eines "herkömmlichen" (Teil-) ASI-Systems möglicht ist, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Amplitude der übertragenen Signale am Empfänger bzw. an dem an das Koax-Kabel angeschlossenen ASI-Slave auf den Wert der Amplitude der über- eine herkömmliche ASI-Leitung übertragenen Signale reduziert. Entsprechend den zuvor genannten Zahlenwerten wir der Spitze-Spitze-Wert U_SS dann wieder auf 6 V_SS reduziert.

Darüber hinaus kann im Empfänger bzw. in dem an das Koax-Kabel angeschlossenen ASI-Slave das über das Koax-Kabel übertragene Signal auf Signalamplitude und Signalform überprüft werden und über eine entsprechende Anpassschaltung an den theoretischen Idealwert angepaßt werden. Eine solche aktive Anpassschaltung kann insbesondere eine Impendanz und/oder einen Widerstand aufweisen.

Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor genannte aktiven Anspaßschaltung ist vorzugsweise sowohl am Anfang als auch am Ende des Koax-Kabels bzw. des Triax-Kabels ein Busabschluß, insbesondere ein Abschlußwiderstand, vorgesehen. Ein derartiger Abschlußwiderstand dient dabei zur Impedanzanpassung des Koax-Kabels an das Übertragungssystem.

Gemäß einer zweiten Alternative der vorliegenden Erfindung ist die zuvor beschriebene Aufgabe bei einem ASI-System dadurch gelöst, daß die die Informationen übertragende ASI-Übertragungsverbindung zunmindest teilsweise drahtlos ausgebildet ist. Die Übertragung der Informationen erfolgt dabei gemäß einer ersten Variante über Funk und gemäß einer zweiten Variante über optische Signale, insbesondere über Lichtsignale im infraroten Bereich.

Eine solche drahtlose Übertragung der Informationen ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Verlegung der herkömmlichen ASI-Leitung oder auch die Verlegung eines Koax-Kabels oder eines Triax-Kabels nur mit relativ großem Aufwand möglich ist. Außerdem bietet sich eine drahtlose Übertragung immer dann an, wenn eine Übertragung der Informationen zwischen einem stationären Sender, beispielsweise dem ASI-Master, und einem beweglichen bzw. verfahrbaren Empfänger, beispielsweise einem ASI-Slave erfolgen muß. Schließlich ist die Verwendung einer drahtlosen Übertragung auch dann vorteilhaft, wenn die ASI-Slaves sich in Bereichen mit starken elektronischen Störfeldern, in Bereichen mit hoher statischer Aufladung oder in explosionsgefährderten Bereichen befinden, oder wenn andernfalls eine ASI-Leitung durch einen solchen Bereich geführt werden müßte.

Die Übertragung der Informationen über Funk kann dabei sowohl zwischen einem ASI-Master und einem oder mehreren ASI-Slaves als auch zwischen einzelnen ASI-Mastern oder zwischen einem ASI-Master und mindestens einem ASI-Netzteil, an dem dann weitere ASI-Slaves angeschlossen sind, erfolgen. Hierzu sind der ASI-Master, ein eventuell vorhandenes ASI-Netzteil und gegebenenfalls die ASI-Slaves jeweils mit mindestens einer Sende-/Empfangseinrichtung verbunden, die untereinander über Funk kommunizieren.

Bei der Übertragung der Informationen über optische Signale sind entsprechend der ASI-Master, ein eventuell vorhandenes ASI-Netzteil oder die ASI-Slaves direkt oder indirekt mit mindestens einer optischen Sende-/Empfangseinrichtung verbunden, wobei zwischen der mit dem ASI-Master verbundenen Sende-/Empfangseinrichtung und der mit einem ASI-Slave oder einem ASI-Netzteil verbundenen Sende-/Empfangseinrichtung die optischen Signale übertragen werden.

Der Vorteil einer drahtlosen Übertragung der Informationen besteht dabei unter anderem auch darin, daß eine galvanische Trennung durch die drahtlose Übertragung erfolgt. Störungen, die nur in einen ASI-Slave eingekoppelt werden, werden somit nicht mehr auf das gesamte ASI-System übertragen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen ASI-Systems wird die Energie zur Versorgung der ASI-Slaves, die die Informationen über Funk oder über optische Signale erhalten – und der an den ASI-Slaves angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren –, über eine separate Busleitung oder über separate Leitungen übertragen. Über Funk oder über optische Signale werden somit – abweichend vom bisherigen Prinzip der ASI-Leitung – nur die digitalen Informationen übertragen. Dadurch ist es möglich, das erfindungsgemäße ASI-System sehr preiswert zu gestalten. Daneben besteht auch die Möglichkeit, die ASI-Slaves über eine Batterie oder mittels Solarzellen fremd zu versorgen.

Wenn es zuvor geheißen hat, daß die die Informationen übertragende ASI-Übertragungsverbindung zumindest teilweise als Koax-Kabel oder als Triax-Kabel bzw. drahtlos ausgebildet ist, so soll dadurch zum Ausdruck gebracht werden, daß in einem ASI-System nebeneinander sowohl eine "herkömmliche" ASI-Leitung (Zweileiter-Flachbandkabel) als auch die erfindungsgemäßen neuen ASI-Übertragungsverbindungen, d. h. Koax-Kabel, Triax-Kabel oder drahtlose Übertragung, zusammen eingesetzt werden können. Das erfindungsgemäße ASI-System ist somit voll kompatibel zum bestehenden ASI-System, wobei die durch die Erfindung erreichbaren Vorteile natürlich nur bei Verwendung entsprechend angepaßter Komponenten erreicht werden.

Vorzugsweise wird die Information als codierte, insbesondere Manchestercodierte (MAN-codierte) Bitfolge übertragen. Voraussetzung für die übertragenden Informationen ist jedoch nur, daß diese dem ASI-Protokoll entsprechen müssen, d. h. die im ISO – OSI-Referenzmodell beschriebene Schicht 2 (Data Link Layer) des ASI-Protokolls (vgl. "AS-Interface Die Lösung in der Automation", Seite 53 ff) wird bei der Übertragung durch optische Signale beibehalten. Trotz der Verwendung eines Koax-Kabels oder eines Triax-Kabel als ASI-Leitung oder einer drahtlosen Übertragung mittels Funk oder mittels Lichtsignalen bleibt ansonsten das ASI-System, insbesondere der Dialog des ASI-Masters mit den ASI-Slaves und damit die Ablaufsteuerung sowohl im ASI-Master als auch in den ASI-Slaves im wesentlichen unverändert.

Werden die Informationen direkt als MAN-codierte Bitfolge übertragen, können nicht nur die bekannten ASI-Telegramme unverändert benutzt werden, sondern es ergibt sich sogar eine Vereinfachung bei der Erzeugung der Bitfolgen. Vorzugsweise wird nämlich zumindest bei der Übertragung mittels optischer Signale auf die Umwandlung der codierten Bitfolge zunächst in einen analogen Sendestrom und anschließend in die entsprechende Signalspannung verzichtet.

Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße ASI-System auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt
1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen ASI-Systems,
2 ein Blockschaltbild eines Teils eines erfindungsgemäßen ASI-Systems gemäß einer ersten Alternative der Erfindung,
3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer zweiten Alternative des erfindungsgemäßen ASI-Systems,
4 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer dritten Alternative des erfindungsgemäßen ASI-Systems,
5 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der dritten Alternative des erfindungsgemäßen ASI-Systems, und
6 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der dritten Variante des erfindungsgemäßen ASI-Systems.
Die Figuren zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen ASI-Systems, wobei unterschiedliche Ausführungsvarianten sowohl miteinander als auch mit einem herkömmlichen ASI-System verbunden werden können. Zu dem erfindungsgemäßen ASI-System gehören – wie auch zu einem herkömmlichen ASI-System – zunächst ein ASI-Master 1 und mehrere ASI-Slaves 2, die beim herkömmlichen ASI-System über eine ASI-Leitung 3 miteinander und mit dem ASI-Master 1 verbunden sind.
Das in 1 dargestellte ASI-System weist dabei sowohl herkömmliche ASI-Leitungen 3, d. h. ein ungeschirmtes Zweileiter-Flachbandkabel, als auch Koax-Kabel 4 auf. Anstelle der nachfolgend stets nur erwähnten Koay-Kabel 4 können natürlich auch Triax-Kabel eingesetzt werden. Die herkömmliche ASI-Leitung 3 dient dabei – wie eingangs bereits ausgeführt – sowohl zur Energieversorgung der angeschlossenen ASI-Slaves 2 als auch zur Datenübertragung zwischen dem ASI-Master 1 und den ASI-Slaves 2. Die ASI-Slaves 2 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich zur ASI-Leitung 3 über ein weiteres ASI-Zweileiter-Flachbandkabel 5 mit einer Hilfsspannung verbunden. Grundsätzlich besteht jedoch die Möglichkeit, die ASI-Slaves 2 ausschließlich über die ASI-Leitung 3 miteinander und mit dem ASI-Master 1 zu verbinden.
Aus 2 ist ersichtlich, daß am Anfang und am Ende des Koax-Kabels 4 ein Abschlußwiderstand 6 vorgesehen ist. Derartige Abschlußwiderstände 6 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt, was jedoch nicht bedeuten soll, daß dort keine Abschlußwiderstände im Zusammenhang mit den Koax-Kabeln 4 vorgesehen sind. Auch bei den ASI-Slaves 2, die über ein Koax-Kabel 4 mit dem ASI-Master 1 verbunden sind, ist ein zusätzlicher Anschluß für die Energieversorgung der ASI-Slaves 2 sowie der an den ASI-Slaves 2 angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren über eine separate Bus leitung möglich. Dargestellt ist in 1 jedoch nur ein ASI-Slave 2, welchem die erforderliche Energie über eine separate Einzelleitungen 7 zur Verfügung gestellt wird.
Der in 1 dargestellte ASI-Master 1 weist zusätzlich zu dem herkömmlichen ASI-Anschluß 8 noch mehrere Anschlüsse 9 für jeweils ein Koax-Kabel 4 auf. Entsprechend weisen die ASI-Slaves 2 einen entsprechenden Anschluß 10 für ein Koax-Kabel 4 auf. Außerdem kann der ASI-Master 1 auch noch eine Feldbus-Schnittstelle aufweisen, über die der ASI-Master 1 und damit das gesamte ASI-System mit einem übergeordneten Feldbus verbunden werden kann; der ASI-Master 1 fungiert dann als Gateway.
3 zeigt eine zweite Variante des erfindungsgemäßen ASI-Systems, bei dem die Informationen zwischen dem ASI-Master 1 und den ASI-Slaves 2 mittels optischer Signale übertragen werden. Die optischen Signale werden dabei direkt als ASI-konforme kodierte Bitfolge übertragen, wozu zunächst der ASI-Master 1 mit einer Sende-/Empfangseinrichtung 11 verbunden ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung des ASI-Masters 1 mit der Sende-/Empfangseinrichtung 11 über eine herkömmliche ASI-Busleitung 3. Korrespondierend zu der mit dem ASI-Master 1 verbundenen Sende-/Empfangseinrichtung 11 ist eine zweite Sende-/Empfangseinrichtung 12 vorgesehen, die entweder direkt mit einem ASI-Slave 2 oder über ein zusätzliches ASI-Netzteil 13 mit einem oder mehreren ASI-Slaves 2 verbunden ist. Die aufeinander ausgerichteten Sende-/Empfangseinrichtungen 11, 12 fungieren somit als Lichtschranke, zwischen denen die zu übertragenden Informationen bidirektional übertragen werden können.
Das ASI-Netzteil 13 dient dabei zur Versorgung herkömmlicher ASI-Slaves 2 mit Energie, wozu an dem ASI-Netzteil 13 eine herkömmliche ASI-Leitung 3 sowie ein weiteres ASI-Zweileiter-Flachbandkabel 5 angeschlossen sind. Das ASI-Netzteil 13 selber ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine herkömmliche ASI-Leitung 3 mit der Sende-/Empfangseinrichtung 12 verbunden.
Die 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer dritten Variante des erfindungsgemäßen ASI-Systems, bei dem die Informationen zwischen dem ASI-Master 1 und den ASI-Slaves 2 zumindest teilweise über Funk übertragen werden. Hierzu weist gemäß 4 der ASI-Master 1 eine Sende-/Empfangseinrich-tung 14 und einzelne ASI-Slaves 2 eine korrespondierende Sende-/Empfangs-einrichtung 15 auf, die untereinander über Funk kommunizieren. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 weist neben dem ASI-Master 1 ein zur Versorgung herkömmlicher ASI-Slave 2 vorgesehenes ASI-Netzteil 13 anstelle der einzelnen ASI-Slaves 2 eine entsprechende Sende-/Empfangsein-richtung 15 auf.
Sowohl bei dem Ausfühungsbeispiel gemäß 4 als auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 sind an dem ASI-Master 1 auch herkömmliche ASI-Slaves 2 über eine herkömmliche ASI-Leitung 3 bzw. ein zusätzliches ASI-Zweileiter-Flachbandkabel 5 verbunden. Zur Versorgung der ASI-Slaves 2 bzw. der an den ASI-Slaves 2 angeschlossenen Sensoren oder Akuatoren mit Energie ist in dem ASI-Master 1 auch ein ASI-Netzteil 13 integriert. Durch die dem ASI-Master 1 zugeordnete Sende-/Empfangseinrichtung 14 kann der ASI-Master 1 außer mit den ASI-Slaves 2 auch mit einem Rechner 16 oder einem anderen Bussystem kommunizieren, so daß der ASI-Master 1 als Gateway fungiert.
Die Kommunikation einzelner ASI-Master 1 untereinander und mit einem übergeordneten Rechner 16 ist in 6 dargestellt. Bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sende-/Empfangseinrichtungen 14 als zu den ASI-Mastern 1 separate Bauteile dargestellt. Diese Darstellung ist jedoch nur funktional zu verstehen, da die Sende-/Empfangseinrichtungen 14 selbstverständlich auch in den ASI-Mastern 1 integriert sein können. An die einzelnen ASI-Master 1 können dann mehrere ASI-Slaves 2 sowohl über herkömmliche ASI-Leitungen 3 als auch über Koax-Leitungen 4 angeschlossen werden.
Eine mögliche Kombination der verschiedenen ASI-Übertragungsverbindungen in einem gemeinsamen ASI-System ist in 1 dargestellt. Wie zuvor bereits ausgeführt worden ist, sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 mehrere ASI-Slaves 2 über herkömmliche ASI-Leitungen 3 und über Koax-Kabel 4 mit dem ASI-Master 1 verbunden. Darüber hinaus sind bei dem dargestellten ASI-System auch noch zwei ASI-Netzteile 13 zur Versorgung der ASI-Slaves 2 mit Energie vorgesehen. Die ASI-Netzteile 13 sind dabei unter einander und mit dem ASI-Master 1 über Funk verbunden, so daß die ASI-Netzteile 13 jeweils eine Sende-/Empfangseinrichtung 15 aufweisen. Außerdem sind die beiden ASI-Netzteile 13 jeweils über eine herkömmliche ASI-Leitung 3 mit mehreren ASI-Slaves 2 verbunden. Darüber hinaus ist ein ASI-Netzteil 13 auch noch über ein Koax-Kabel 4 mit weiteren, an einem weiter entfernten Ort 17 angeordneten ASI-Slaves 2 verbunden.
Aus den zuvor beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen geht hervor, daß das erfindungsgemäße ASI-System an unterschiedliche Einsatzbedingungen anpaßbar ist. Insbesondere können in dem ASI-System sowohl "herkömmliche" Komponenten, d. h. ein herkömmlicher ASI-Master 1, herkömmliche ASI-Slaves 2 und eine herkömmliche ASI-Leitung 3, als auch "neue" Komponenten miteinander kombiniert werden.

Claims

ASI-System zum Anschluß mehrerer Sensoren und/oder Aktuatoren an eine Steuerung, mit einem ASI-Master (1), mit mehreren ASI-Slaves (2) und mit einer ASI-Übertragungsverbindung, wobei über die ASI-Übertragungsverbindung Adreßbits und Informationsbits enthaltenen Signale seriell vom ASI-Master (1) an die ASI-Slaves (2) und Informationsbits enthaltenden Signale seriell von den einzelnen ASI-Slaves (2) an den ASI-Master (1) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Informationen übertragende ASI-Übertragungsverbindung zumindest teilweise als Koax-Kabel (4) oder als Triax-Kabel ausgebildet ist.
ASI-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der über das Koax-Kabel (4) oder das Triax-Kabel zu übertragenden Signale verstärkt ist, vorzugsweise um das 2 bis 3-fache der Amplitude der über eine herkömmliche ASI-Leitung übertragenen Signale.
ASI-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der übertragenen Signale am Empfänger bzw. an einem ASI-Slave (2) auf den Wert der Amplitude der über eine herkömmliche ASI-Leitung übertragenen Signale reduziert wird.
ASI-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Empfänger bzw. im ASI-Slave (2) und/oder im Sender bzw. im ASI-Master (1) eine, vorzugsweise eine Impedanz und/oder einen Widerstand aufweisende Anpaßschaltung vorgesehen ist, die eine Überprüfung und ggf. eine Anpassung des übertragenen Signals vornimmt.
ASI-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang und/oder am Ende des Koax-Kabels (4) bzw. des Triax-Kabels ein Busabschluß, insbesondere ein Abschlußwiderstand (6), vorgesehen ist.
ASI-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zur Versorgung der ASI-Slaves (2) – und der an den ASI-Slaves (2) angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren –, die an dem Koax-Kabel (4) oder dem Triax-Kabel angeschlossen sind, über eine separate Busleitung oder über separate Leitungen (7) übertragen wird.
ASI-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ASI-Master (1) mindestens einen Anschluß (9) für mindestens ein Koax-Kabel (4) oder ein Triax-Kabel aufweist.
ASI-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ASI-Slave (2') mindestens einen Anschluß (10) für mindestens ein Koax-Kabel (4) oder ein Triax-Kabel aufweist.
ASI-System zum Anschluß mehrerer Sensoren und/oder Aktuatoren an eine Steuerung, mit einem ASI-Master (1), mit mehreren ASI-Slaves (2) und mit einer ASI-Übertragungsverbindung, wobei über die ASI-Übertragungsverbindung Adreßbits und Informationsbits enthaltenen Signale seriell vom ASI-Master (1) an die ASI-Slaves (2) und Informationsbits enthaltenden Signale seriell von den einzelnen ASI-Slaves (2) an den ASI-Master (1) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Informationen übertragende ASI-Übertragungsverbindung zumindest teilweise drahtlos ausgebildet ist.
ASI-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Information über optische Signale, insbesondere über Lichtsignale im infraroten Bereich, übertragen werden, und daß die Informationen direkt als ASI-konforme, vorzugsweise codierte Bitfolge übertragen werden.
ASI-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der ASI-Master (1) direkt oder indirekt mit mindestens einer optischen Sende-/Empfangseinrichtung (11) und mindestens ein ASI-Slave (2) oder ein ASI-Netzteil (13) zur Versorgung herkömmlicher ASI-Slaves (2) und der an diesen ASI-Slaves (2) angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren mit Energie direkt oder indirekt mit einer optischen Sende-/Empfangseinrichtung (12) verbunden sind.
ASI-System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen über Funk übertragen werden.
ASI-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der ASI-Master (1) mit mindestens einer Sende-/Empfangseinrichtung (14) und mindestens ein ASI-Slave (2) mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (15) verbunden sind, die untereinander über Funk kommunizieren.
ASI-System nach Anspruch 12 oder 13, mit einem ASI-Netzteil (13) zur Versorgung herkömmlicher ASI-Slaves (2) und der an diesen ASI-Slaves (2) angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren mit Energie, dadurch gekennzeichnet, daß der ASI-Master (1) mit mindestens einer Sende-/Empfangseinrichtung (14) und das ASI-Netzteil (13) mit einer Sende-/Empfangseinrichtung (15) verbunden sind, die untereinander über Funk kommunizieren.
ASI-System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie zur Versorgung der ASI-Slaves (2) – und der an den ASI-Slaves (2) angeschlossenen Sensoren und/oder Aktuatoren –, die die Information über Funk oder über optische Signale übertragen bekommen, über eine separate Busleitung oder über separate Leitungen (7) übertragen wird.
ASI-System nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ASI-Slaves (2) fremdversorgt sind, insbesondere mittels einer Batterie oder mittels Solarzellen.
ASI-System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der ASI-Master (1) als Gateway mit einer Schnittstelle zur Verbindung mit einem Rechner (16) oder einem anderen Bussystem ausgebildet ist.
ASI-System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ASI-Master (1) auch ein ASI-Netzteil (13) integriert ist.