DE102007032845A1 - Feldbus-Stecker mit integriertem bidirektionalen Bus-Repeater zur Kopplung von Bus-Teilnehmern und Verfahren hierzu - Google Patents

Feldbus-Stecker mit integriertem bidirektionalen Bus-Repeater zur Kopplung von Bus-Teilnehmern und Verfahren hierzu Download PDF

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Abstract

In der Praxis fehlen kostengünstige Kommunikationsschnittstellen bzw. Bus-Repeater für ein in Echtzeit betreibbares Automatisierungssystem, welche eine individuelle, insbesondere automatisch anpassbare, interaktive Systemerweiterung und Kommunikation sicherstellen. Um einen Bus-Repeater und ein Verfahren zur Systemerweiterung eines Automatisierungssystems derart auszugestalten, dass der Anschluss eines Bus-Teilnehmers an den jeweiligen Bus ermöglicht wird, ist der erfindungsgemäße bidirektionale Bus-Repeater (3) zur Ankopplung von zumindest einem ersten seriellen Feldbus (1) an einen zweiten seriellen Feldbus (2) oder Bussegment als integrierter Schaltkreis aufgebaut und in einem Feldbus-Stecker integriert, wobei: . mindestens eine erste und eine zweite Sende-/Empfangseinrichtung (31, 32) vorgesehen sind, an die der erste bzw. der zweite Feldbus (1, 2) ankoppelbar ist und über die der Bus-Repeater (3) von dem ersten Feldbus (1) empfangene Signalpulsfolgen auf den zweiten Feldbus (2) senden kann und umgekehrt, . der im Feldbus-Stecker integrierte Bus-Repeater (3) zur Ankopplung eines Bus-Teilnehmers (11, 21) ausgestaltet ist, . der Bus-Repeater (3) seine Stromversorgung ausschließlich aus der vom Bus-Teilnehmer (11, 21) zur Bestromung von mindestens einem Abschlusswiderstand (12, 22) des jeweiligen Feldbusses (1, 2) zur Verfügung gestellten Spannung bezieht und . der Bus-Repeater (3) mindestens Mittel zur Baudraten-Detektion (33a), Mittel zur ...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Feldbus-Stecker mit integriertem bidirektionalen Bus-Repeater gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und gemäß Patentanspruch 7 ein Verfahren zur Kopplung hierzu.
  • Feldbusse, d. h. Bussysteme im prozessnahen Bereich zum direkten Anschluss von Sensoren und Aktuatoren mit eigener Intelligenz sind seit längerem bekannt. Zurzeit gibt es etwa 50 verschiedene Feldbussysteme, die sich hinsichtlich ihrer technischen Funktionen und den daraus resultierenden Einsatzgebieten und Anwendungshäufigkeiten grundsätzlich von einander unterscheiden Beispiele für bekannte Feldbusse sind CAN-Bus, Profibus, Modbus, DeviceNet oder Interbus. Auf einem Feldbus werden kleinere Datenmengen zwischen Sensorik, Aktorik und Steuereinrichtung in digitaler Form übertragen. Die Übertragung muss dabei möglichst schnell, d. h. echtzeitnah erfolgen. Zudem muss eine feste minimale und maximale Antwortzeit garantiert sein. Darüber hinaus müssen Feldbusse einfach montierbar, konfigurierbar und wartbar sein und den industriellen Umgebungsbedingungen standhalten. Die Kommunikation der Einheiten erfolgt auf dem Feldbus anhand von spezifizierten Protokollen. Um der Forderung nach offenen Systemen zur Vernetzung entsprechen zu können, besteht die Notwendigkeit, einfache und kostengünstige Kommunikationsmechanismen zur Verfügung zu stellen, um industrielle Geräte netzwerkfähig zu machen. Diese Forderung besteht vor allem auch im Zusammenhang mit der Kopplung von Antriebskomponenten, wie zwischen Antriebsregelungen, Leistungsteilen und Gebern bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen und Robotern, bei denen eine Mehrzahl interpolierender Achsen synchron betrieben werden müssen. Bei der zunehmenden Vernetzung verschiedenster technischer Systeme wächst deshalb die Forderung nach standardisierten Strukturen in der Industrie. In modernen Automatisierungssystemen ersetzen zunehmend serielle Feldbusse die konventionelle parallele Feldverkabelung. Die serielle Vernetzung der Komponenten spart Zeiten bei der Planung und Installation, außerdem werden Schaltschrankausmaße reduziert sowie Ausfall- und Wartungszeiten verkürzt und damit eine bessere Anlagenverfügbarkeit erzielt. Systemerweiterungen, -änderungen und -ergänzungen sind einfach zu realisieren.
  • Der CAN-Bus (Controller Area Network) ist ein serielles Bussystem mit dem Aufbau nach ISO 11898, wobei das Bus-Medium ein verdrilltes Leiterpaar ist. Der CAN-Bus weist gute Übertragungseigenschaften im Kurzstreckenbereich unterhalb 40 m bei 1 Mbit/s Datenübertragungsrate auf und die maximale Anzahl der Teilnehmer ist theoretisch unbegrenzt, in der Praxis bis zu 120 Knoten je Einzelbus. Weitere Eigenschaften sind die echtzeitfähig, d. h. definierte maximale Wartezeiten für Nachrichten hoher Priorität, die hohe Zuverlässigkeit durch Fehlererkennung, Fehlerbehandlung, Fehlereingrenzung sowie die Hamming-Distanz: 6. CANopen ist eine standardisierte Profilfamilie für die Kommunikation zwischen interoperabel arbeitenden Geräten in verteilten industriellen Automatisierungssystemen auf der Basis des CAN-Bus. Sie basiert auf einem so genannten. Kommunikationsprofil, welches die zugrunde gelegten Kommunikationsmechanismen und deren Beschreibung spezifiziert. Dabei werden die wichtigsten, in der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzten Gerätetypen, wie digitale und analoge Ein/Ausgabemodule, Antriebe, Regler, programmierbare Steuerungen, oder Encoder in so genannten Geräteprofilen beschrieben. Darin sind sowohl Funktionalität, als auch Parameter von Standardgeräten des jeweiligen Typs festgelegt. Auf der Grundlage dieser standardisierten Profile kann auf identische Art und Weise über den Bus auf CANopen Geräte zugegriffen werden. Insbesondere erreicht man hiermit eine weitgehende Herstellerunabhängigkeit durch Interoperabilität und Austauschbarkeit von Geräten verschiedener Hersteller. CANopen liegt seit Ende 2002 als EN 50325-4 in standardisierter Form vor.
  • Bei Systemerweiterungen werden häufig Repeater zur Anwendung kommen, das sind Netzwerkelemente zum Verstärken und Regenerieren von Signalen in einem Netzwerk. Informationen, die einen Repeater passieren, können größere Entfernungen zurücklegen als sie es ohne Unterstützung durch den Repeater könnten. Beispielsweise betrifft die EP 1 199 836 A2 den Aufbau eines vernetzten Systems, insbesondere eine baumartige Bus-Topologie, bei der zur Verkopplung zweier Busse ein sogenannter Bus-Repeater erforderlich ist. Bei bekannten Bus-Repeater von denen die EP 1 199 836 A2 ausgeht, liest ein Mikrokontroller die von einem Bus über eine Bus-Schnittstelle empfangenen Signalpulsfolgen ein und sendet diese anschließend über eine weitere Bus-Schnittstelle an den zweiten Bus und umgekehrt. Üblicherweise werden dabei die Signalpulsfolgen ganzer Nachrichten jeweils vollständig eingelesen, bevor diese an den zweiten Bus weitergesendet werden. Dadurch kommt es zu unerwünschten Verzögerungen bei der Signalübertragung zwischen den jeweils verkoppelten Bussen. Zudem sind die bekannten Bus-Repeater aufgrund der erforderlichen Mikrokontroller teuer. Um einen preisgünstigen und schnellen Bus-Repeater zu schaffen, ist beim Gegenstand der EP 1 199 836 A2 vorgesehen, dass der bidirektionale Bus-Repeater Sperrmittel aufweist, die während des Sendens eines von dem ersten Bus empfangenen Signalpulses auf den zweiten Bus ein Senden des Bus-Repeaters von von dem zweiten Bus empfangenen Signalpulsen auf den ersten Bus für eine Sendesperrzeit sperren und umgekehrt. Im Vergleich zum Stand der Technik wartet der Bus-Repeater gemäß der EP 1 199 836 A2 also nicht erst den Eingang einer eine Nachricht bildenden Signalpulsfolge ab, sondern überträgt die jeweiligen Signalpulse unmittelbar nach deren Empfang, ohne Verzögerung und ohne Zwischenspeicherung, von dem einen Bus in den jeweils anderen Bus. Beim CAN-Bus, der ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die Erfindung bildet, wird dabei ein Zustandswechsel rezessiv-dominant-rezessiv vom Bus-Repeater vom einen in den anderen Bus übertragen. Um einen Kreisverkehr (der sendende Bus-Repeater empfängt die von ihm an den zweiten Bus gesendeten Signalpulse wieder, d. h. dieser hört sozusagen mit) zu vermeiden, sind in dem Bus-Repeater gemäß der EP 1 199 836 A2 die Sperrmittel vorgesehen, die beim CAN-Bus während der Übertragung eines von dem ersten Bus empfangenen dominanten Signalpulses auf den zweiten Bus aktiv sind und umgekehrt. In der Praxis tritt bedingt durch Leitungskapazitäten der Busleitungen häufig das Problem auf, dass eine Signalflanke am Ende eines auf einem Bus gesendeten Signalpulses, beim CAN-Bus die Signalflanke vom dominanten in den rezessiven Zustand, z. B. in einer Exponentialfunktion ausläuft. Ein an den jeweiligen Bus angeschlossener Teilnehmer, also auch der Bus-Repeater, erkennt das Ende eines derart langsam abklingenden Signalpulses erst dann, wenn dieser eine vorbestimmte Spannungsschwelle unterschreitet. Damit der Bus-Repeater nicht aufgrund der Abklingzeit wieder das Anstehen eines zu übertragenden Signalpulses auf dem zweiten Bus ermittelt und diesen wieder an den ersten Bus zurück überträgt, sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Bus-Repeaters gemäß der EP 1 199 836 A2 die Sperrmittel derart ausgestaltet, dass diese die Sendesperrzeit für eine vorbestimmte Nachlaufzeit verlängern. Somit kann ein auf dem zweiten Bus noch verlängert anstehender Signalpuls abklingen, ohne dass der Bus-Repeater diesen Signalpuls fälschlicherweise wieder an den ersten Bus zurücksendet. Bei höheren Baudraten kann es dabei im Extremfall zu Wartezeiten kommen, die bei etwa 50 Prozent einer an sich vorgesehenen Länge des jeweiligen Signalpulses liegen. Daher weist der Bus-Repeater gemäß der EP 1 199 836 A2 vorzugsweise Entlademittel zum Entladen des ersten Busses und/oder des zweiten Busses nach erfolgtem Senden eines Signalpulses auf dem ersten Bus bzw. dem zweiten Bus auf, so dass die Abklingzeit der Signalpulse verkürzt wird und erneut Signalpulse übertragen werden können. Beim CAN-Bus wird dabei ein Zustandswechsel von dominant auf rezessiv beschleunigt. Die Entlademittel enthalten hierfür einen zeitgesteuerten Kurzschlussschalter, wobei es alternativ auch möglich ist, dass die Entlademittel einen Spannungspegel erfassen. Die Entlademittel können während der gesamten Nachlaufzeit der Sperrmittel, aber auch nur während eines Teils der Nachlaufzeit aktiviert werden. Für den zuletzt genannten Fall ist für die Entlademittel und die Sperrmittel zur Bildung eines Nachlaufzeit-Impulses einen gemeinsamen Zeitgeber vorgesehen. Somit weist der Bus-Repeater Mittel auf, die dessen Übertragungswege vom ersten Bus an den zweiten Bus und umgekehrt bei der Übertragung eines Signalpulses wechselseitig verriegeln und anschließend wieder freigeben. Der bidirektionale Bus-Repeater gemäß der EP 1 199 836 A2 ist bei diesem Übertragungsprinzip kompakt bauend und kann aus preisgünstigen Komponenten gefertigt werden, so dass er z. B. in einen Verbindungsstecker zum Anschluss zweier oder mehrerer Busse integriert werden kann. Der Bus-Repeater kann aus diskreten Bauelementen oder in einer vorteilhaften Variante als integrierter Schaltkreis aufgebaut werden und erfordert dabei keine teueren Komponenten, wie z. B. Mikrokontroller. Ferner muss an dem Bus-Repeater keine Baudrate eingestellt werden, da sich dieser sozusagen automatisch an die jeweiligen Baudraten anpasst.
  • Für den Informationsaustausch von Automatisierungssystemen untereinander sowie mit den angeschlossenen dezentralen Feldgeräten wird heute vorwiegend der Profibus (Process Field Bus) eingesetzt. Profibus ist ein serieller Feldbus, welcher als universell einsetzbares, offenes Feldbussystem mit Übertragungsgeschwindigkeit bis zu 12 Mbit/s, üblicherweise 0,5 bis 4 Mbit/s konzipiert ist. Mit dem Profibus-DP (Profibus für den Bereich der „Dezentralen Peripherie") können einfache digitale und analoge Ein-/Ausgabebaugruppen sowie intelligente signal- und prozessdatenverarbeitende Einheiten vor Ort verlagert werden und damit u. a. die Kosten für den Verkabelungsaufwand deutlich gesenkt werden. Profibus-DP ist vorwiegend für zeitkritische Anwendungen in der Fertigungsautomatisierung vorgesehen. Weitere Varianten sind Profibus-FMS (Profibus-Fieldbus Message Specification), ein Feldbus für den Einsatz auf der Systemebene mit relativ geringen Echtzeitanforderungen sowie Profibus-PA (Process Field Bus for Process Automation) eine eigensichere Variante des Profibus, welche sich von der Profibus-DP-Variante nur durch das physikalische Medium unterscheidet und welche vorwiegend für die Prozessautomatisierung in der Verfahrenstechnik zur Anwendung kommt.
  • Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, werden in der Automatisierungstechnik zur Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten verschiedene Schnittstellen mit ihren physikalischen Eigenschaften und Übertragungsprotokolle definiert und in internationale Normen eingebracht oder etablieren sich als Industriestandards. Diese Systeme werden allgemein als Feldbussystem bezeichnet, wobei auch die Ethernet-basierten Technologien dazu zu zählen sind. Die Schnittstellen bzw. Busanschaltungen des jeweiligen Bus-Teilnehmers sind in Form von dedizierten Kommunikations-Controllern, zum Teil mit CPU als integrierte Schaltkreise (Kommunikations-Prozessor) aufgebaut, siehe beispielsweise DE 198 31 405 (ASIC: ASPC2), DE 299 07 909 (ASIC: SPC3) oder DE 199 28 517 C2 (ASIC: SUPI). Dabei sind in der Regel spezielle Hard- und Softwarekomponenenten mit einer Reihe von teueren, für die Kommunikation speziell ausgelegten Komponenten, wie HUB und Leitungstreiber, Ethernet-Controller, Media Interpent Interface für die Verbindung zu einem anderen Netz (öffentliches Datennetz, anderes LAN oder einem Hostsystem), Feldbus-Schnittstellen bzw. Sensorbus-Schnittsteile, insbesondere Serial Peripheral Interface mit Master- bzw. Slave-Protokollchips, sowie die Umsetzung entsprechender Netzwerk-Zugangsprotokolle, z. B. CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), Token-Passing (Bitmuster als Berechtigungsmarke) oder TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) in für den Feldbus spezifizierte Protokolle erforderlich. Wenig Beachtung findet jedoch die Entwicklung einer solchen Schnittstelle bzw. Busanschaltung, welche eine individuelle und komfortable Systemerweiterung und Anpassung der Kommunikationsfunktionen ermöglicht. Deshalb fehlen in der Praxis kostengünstige Kommunikationsschnittstellen bzw. Bus-Repeater für ein in Echtzeit betreibbares Automatisierungssystem, welches eine individuelle, insbesondere automatisch anpassbare, interaktive Systemerweiterung und Kommunikation sicherstellt. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Telekommunikations- und Computerindustrie als fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrien anzusehen sind, die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreifen und in die Tat umsetzen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bus-Repeater und ein Verfahren zur Systemerweiterung eines Automatisierungssystems derart auszugestalten, dass der Anschluss eines Bus-Teilnehmers an den jeweiligen Bus ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem bidirektionaler Bus-Repeater mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch gelöst, dass der im Bus-Stecker integrierte Bus-Repeater zur Kopplung eines Bus-Teilnehmers ausgestaltet ist und dass der Bus-Repeater seine Stromversorgung ausschließlich aus der vom Bus-Teilnehmer zur Bestromung von mindestens einem Abschlusswiderstand des jeweiligen Bus zur Verfügung gestellten Spannung bezieht.
  • Weiterhin wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Ankoppelung von zumindest einem ersten Bus an einem zweiten Bus mittels einem bidirektionalen Bus-Repeater, welcher als integrierter Schaltkreis aufgebaut und in einem Bus-Stecker integriert ist und mindestens eine erste und eine zweiten Sende-/Empfangseinrichtung aufweist, nach Patentanspruch 7 gelöst, bei dem:
    • • der im Bus-Stecker integrierte Bus-Repeater einen Bus-Teilnehmer ankoppelt und
    • • der Bus-Repeater ausschließlich vom Bus-Teilnehmer gespeist werden kann.
  • Der erfindungsgemäße Bus-Repeater und das erfindungsgemäße Verfahren weisen den Vorteil auf, dass auf überraschend einfache Art und Weise die Funktion eines Bus-Steckers, beispielsweise Profibus-Steckers, und eines Repeaters in einem Gerät vereinigt ist. Auch kann der Anschluss eines Bus-Teilnehmers an den Bus erfolgen, ohne dass dieser vom Benutzer spezielle Handfertigkeiten oder Vorkenntnisse erfordert.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 weist der Bus-Repeater mindestens Mittel zur Baudraten-Detektion, Mittel zur Taktwiederherstellung und Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung auf.
  • Bei dieser Ausgestaltung wird zunächst ermittelt, welcher Bus zuerst sendet und dann wird mindestens ein vollständiges Byte zum anderen Bus übertragen.
  • Dabei wird das Timing der Bits bezogen auf die Baudrate wiederhergestellt. Vorzugsweise überträgt der erfindungsgemäße Bus-Repeater jedes Byte um mindestens eine Bit-Zeit verzögert.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 das Blockschaltbild eines bidirektionalem Bus-Repeaters gemäß der Erfindung.
  • In der Automatisierungstechnik sind seit Jahren verschiedene Kommunikationssysteme mit standardisierten Kommunikationsdiensten und Protokollen, mit denen man zwischen heterogenen und homogenen Netzwerken kommunizieren kann, im Einsatz. In der untersten Ebene sind beispielsweise einfache Sensor-Aktuator-Bussysteme oder Rückwandbussysteme (z. B. auf handelsüblichen Norm-Tragschienen anbringbare modulare Ein-/Ausgabe-Geräte), in der mittleren Ebene „eingebettete" Netzwerke zur Steuerung der Maschinen (welche programmierbare Steuerungen, komplexe elektrische und hydraulische Antriebsgeräte, Ein-/Ausgabe-Geräte. Datenerfassungsgeräte oder Mensch/Maschine-Schnittstellen verbinden) und in der obersten Ebene die Netzwerke zur Fabrikautomation angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Lösung liegt in Hinblick auf die Kommunikationsbeziehungen ein einheitliches logisches Netzwerk vor, so dass eine scharfe Trennlinie zwischen der Technik in herkömmlichen Telekommunikationsnetzen und (Computer)-Datennetzen nicht mehr gezogen werden kann.
  • Bei der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Lösung werden zwei Bussegmente 1, 2, auf denen digitale serielle Daten übertragen werden, logisch miteinander verbunden und elektrisch voneinander getrennt (Trennstelle 34; optional Trennstelle 34', insbesondere optischer oder magnetischer Übertrager). Der bidirektionale Bus-Repeater 3 dient also zur Ankoppelung von zumindest dem ersten Bus bzw. Bussegment 1 an den zweiten Bus bzw. Bussegment 2, und weist zumindest eine erste und eine zweite Sende-/Empfangseinrichtung 31, 32 auf, an die der erste bzw. der zweite Bus 1, 2 ankoppelbar sind und über die der Bus-Repeater 3 von dem ersten Bus 1 empfangene Signalpulsfolgen auf den zweiten Bus 2 senden kann und umgekehrt. Der Bus-Repeater 3 ist als integrierter Schaltkreis aufgebaut und in einem Bus-Stecker integriert. Im Einzelnen ist der im Bus-Stecker integrierte Bus-Repeater 3 zur Kopplung eines Bus-Teilnehmers 11, 21 ausgestaltet und bezieht seine Stromversorgung ausschließlich aus der vom Bus-Teilnehmer 11, 21 zur Bestromung von mindestens einem Abschlusswiderstand 12, 22 des jeweiligen Bus 1, 2 zur Verfügung gestellten Spannung.
  • Vorzugsweise sind alle Funktionen um die jeweilige Baudrate zu ermitteln in einem integrierten Schaltkreis gepackt. Dieser weist mindestens Mittel zur Baudraten-Detektion 33a, Mittel zur Taktwiederherstellung 33b und Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung 33c auf und ermittelt, welcher Bus 1, 2 zuerst sendet und überträgt dann mindestens ein vollständiges Byte zum anderen Bus 1, 2. Dabei wird das Timing der Bits bezogen auf die Baudrate wiederhergestellt. Insbesondere wird jedes Byte um mindestens eine Bit-Zeit verzögert übertragen. Vorrichtungen zum Umladen der Leitungskapazitäten wie beim bidirektionalen Bus-Repeater gemäß der EP 1 199 836 A2 sind nicht erforderlich.
  • Vorzugsweise weist der Bus-Repeater 3 einen Speicher für die Abspeicherung von Testdaten mit verschiedenen Baudraten auf, wodurch es möglich ist nacheinander diese Testdaten zu senden, bis die Mittel zur Baudraten-Detektion 33a diese jeweils erkennen. Insbesondere weist der Bus-Repeater 3 eine Steuereinrichtung 33 auf, welche die Baudrate aufgrund von speziellen Test-Telegrammen errechnet. Alternativ ist die Steuereinrichtung 33 mit den Mittel zur Baudraten-Detektion 33a verbunden oder weist diese auf und die Baudrate wird beginnend mit der zuletzt detektierten erraten. Weiterhin kann vorgesehen werden, dass die Steuereinrichtung 33 eine gezielte, modifizierte Wiederholung des Sendens der Daten mit verschiedenen Baudraten nach Maßgabe einer empfangsseitigen Fehlererkennung und unter Berücksichtigung, dass die Übertragungssicherheit der Datenblöcke von dem Inhalt der Daten abhängt, durchführt.
  • Vorzugsweise sind die Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung 33c zur Detektion welcher Bus zuerst sendet ausgestaltet. Bei den Mitteln zur Taktwiederherstellung 33b wird berücksichtigt, dass die Bit-Erkennungszeiten variabel sein können, z. B. in Abhängigkeit der Baudrate und dass der Wechsel von Bus aktiv zu Bus inaktiv ebenfalls variabel sein kann, z. B. in Abhängigkeit der Baudrate.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-Repeater 3
    • • zunächst ermittelt, welcher Bus (1, 2) zuerst sendet,
    • • dann mindestens ein vollständiges Byte zum anderen Bus (1, 2) überträgt, wobei das Timing der Bits bezogen auf die Baudrate wiederhergestellt wird und wobei jedes Byte um mindestens eine Bit-Zeit verzögert wird und
    • • nach dem Erkennen einer gültigen Baudrate bei nachfolgenden Übertragungen eine Änderung der Baudrate erkennt und diese entsprechend einstellt
  • Insbesondere empfängt der Bus-Repeater 3 nach dem Einschalten von beiden Busen 1, 2 (bzw. bei einer baumartigen Struktur oder Sternstruktur von den jeweils aktiven beiden Bussegmenten) solange Datensignale, bis anhand der Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung 33c und der Mittel zur Baudraten-Detektion 33a eine gültige Baudrate erkannt wird.
  • Auch wenn die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung für den Einsatz bei der Automatisierungstechnik (einschließlich universelle Kommunikations-Plattform für Barcode- und Identifikationssysteme, intelligente EAs, Low-Cost-Antriebe, SPSen oder Maschinenterminals) beschrieben ist, so ist der Einsatz des erfindungsgemäßen bidirektionalen Bus-Repeater bzw. erfindungsgemäßen Verfahrens auch in anderen Nachrichtennetzen mit entsprechenden Netzwerkübergängen möglich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das erfindungsgemäße Konzept auf Vorleistungen in Nachrichtennetzen oder Systemen/Anlagen (auch für vermittelte Verbindungen) aufbaut und die einfache Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten und Einbindung ohne Änderung der Erfindung bzw. des Grundkonzepts erlaubt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Patentanspruch 1 oder 7 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Patentanspruchs 1 oder 7 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1199836 A2 [0004, 0004, 0004, 0004, 0004, 0004, 0004, 0004, 0018]
    • - DE 19831405 [0006]
    • - DE 29907909 [0006]
    • - DE 19928517 C2 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ISO 11898 [0003]
    • - EN 50325-4 [0003]

Claims (9)

  1. Bidirektionaler Bus-Repeater (3) zur Ankoppelung von zumindest einem ersten Bus (1) an einem zweiten Bus (2) auf denen Daten durch serielle, digitale Signalpulsfolgen übertragen werden, mit mindestens einer ersten und einer zweiten Sende-/Empfangseinrichtung (31, 32), an die der erste bzw. der zweite Bus (1, 2) ankoppelbar sind und über die der Bus-Repeater (3) von dem ersten Bus (1) empfangene Signalpulsfolgen auf den zweiten Bus (2) senden kann und umgekehrt, wobei der Bus-Repeater (3) als integrierter Schaltkreis aufgebaut und in einem Bus-Stecker integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bus-Stecker integrierte Bus-Repeater (3) zur Kopplung eines Bus-Teilnehmers (11, 21) ausgestaltet ist und dass der Bus-Repeater (3) seine Stromversorgung ausschließlich aus der vom Bus-Teilnehmer (11, 21) zur Bestromung von mindestens einem Abschlusswiderstand (12, 22) des jeweiligen Bus (1, 2) zur Verfügung gestellten Spannung bezieht.
  2. Bus-Repeater nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-Repeater (3) mindestens Mittel zur Baudraten-Detektion (33a), Mittel zur Taktwiederherstellung (33b) und Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung (33c) aufweist.
  3. Bus-Repeater nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-Repeater (3) einen Speicher für Abspeicherung von Testdaten mit verschiedener Baudraten aufweist und dass nacheinander diese gesendet werden bis die Mittel zur Baudraten-Detektion (33a) diese jeweils erkennen.
  4. Bus-Repeater nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-Repeater (3) eine Steuereinrichtung (33) aufweist, welche die Baudrate aufgrund von speziellen Test-Telegrammen errechnet oder dass die Steuereinrichtung (33) mit den Mittel zur Baudraten-Detektion (33a) verbunden ist oder diese aufweist und die Baudrate beginnend mit der zuletzt detektierten erraten wird, oder dass die Steuereinrichtung (33) eine gezielte, modifizierte Wiederholung des Sendens der Daten mit verschiedenen Baudraten nach Maßgabe einer empfangsseitigen Fehlererkennung und unter Berücksichtigung, dass die Übertragungssicherheit der Datenblöcke von dem Inhalt der Daten abhängt, durchführt.
  5. Bus-Repeater nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung (33c) zur Detektion welcher Bus zuerst sendet ausgestaltet sind.
  6. Bus-Repeater nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-Repeater (3) zur elektrischen Trennung zwischen erstem Bus (1) und zweitem Bus (2) mindestens einen optischen oder magnetischen Übertrager (34, 34') aufweist.
  7. Verfahren zur Ankoppelung von zumindest einem ersten Bus (1) an einem zweiten Bus (2) mittels einem bidirektionalen Bus-Repeater (3), welcher als integrierter Schaltkreis aufgebaut und in einem Bus-Stecker integriert ist und mindestens eine erste und eine zweiten Sende-/Empfangseinrichtung (31, 32) aufweist, bei dem: • der im Bus-Stecker integrierte Bus-Repeater (3) einen Bus-Teilnehmer (11, 21) ankoppelt und • der Bus-Repeater (3) ausschließlich vom Bus-Teilnehmer (11, 21) gespeist werden kann.
  8. Verfahren nach Anspruch 7 für einen Bus-Repeater (3), welcher Mittel zur Baudraten-Detektion (33a), Mittel zur Taktwiederherstellung (33b) und Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung (33c) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-Repeater (3) nach dem Einschalten von beiden Busen (1, 2) solange Datensignale empfängt, bis anhand der Mittel zur Detektion der Busbelegung und Senderichtung (33c) und der Mittel zur Baudraten-Detektion (33a) eine gültige Baudrate erkannt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bus-Repeater (3): • zunächst ermittelt, welcher Bus (1, 2) zuerst sendet, • dann mindestens ein vollständiges Byte zum anderen Bus (1, 2) überträgt, wobei das Timing der Bits bezogen auf die Baudrate wiederhergestellt wird und wobei jedes Byte um mindestens eine Bit-Zeit verzögert wird und • nach dem Erkennen einer gültigen Baudrate bei nachfolgenden Übertragungen eine Änderung der Baudrate erkennt und diese entsprechend einstellt.
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