Die Erfindung betrifft einen Erdschlusswächter in einem ASI-Bussystem mit einer Gleichspannungsquelle (5), z. B. einem Netzgerät (5), das die ASI-Busgleichspannung zur Verfügung stellt, mit einem induktiven Datenentkoppler (9), der in die beiden Verbindungsleitungen (ASI+, ASI–, L+, L–) vom ASI-Netz (10) und vom Netzgerät (5) geschaltet ist und vorzugsweise in jedem Zweig aus einer Induktivität und einem parallelgeschalteten ohmschen Widerstand besteht, mit einer Spannungsteiler-Symmetriereinheit (6), wobei diese parallel zum Ausgang (9a+, 9a–) des Datenentkopplers (9) und zu den Ausgangsanschlüssen (5f, 5b) des Netzgerätes (5) geschaltet ist, ihr Mittepunkt (18) über eine Erdungsleitung (16) mit Erde (E), vorzugsweise Funktionserde (EF), verbunden ist und sie aus zwei als Spannungsteiler geschalteten Kapazitäten (C1, C2) und/oder Widerständen (R1, R2) besteht und eine somit kapazitive und/oder ohmsche Symmetrierung der Signale im ASI-Netz (10) bewirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein ASI-Bussystem mit einem derartigen Erdschlusswächter. Und drittens, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Messung eines Erdschlusses oder mehrerer in einem ASI-Bussystem
mit einer Gleichspannungsquelle (5), z. B. einem Netzgerät (5), das die ASI-Busgleichspannung zur Verfügung stellt, mit einem induktiven Datenentkoppler (9), der in die beiden Verbindungsleitungen (ASI+, ASI–, L+, L–) vom ASI-Netz (10) und vom Netzgerät (5) geschaltet ist und vorzugsweise in jedem Zweig aus einer Induktivität und einem parallelgeschalteten ohmschen Widerstand besteht, mit einer Spannungsteiler-Symmetriereinheit (6), wobei diese parallel zum Ausgang (9a+, 9a–) des Datenentkopplers (9) und zu den Ausgangsanschlüssen (5f, 5b) des Netzgerätes (5) geschaltet ist, ihr Mittepunkt (18) über eine Erdungsleitung (16) mit Erde (E), vorzugsweise Funktionserde (EF), verbunden ist und sie aus zwei als Spannungsteiler geschalteten Kapazitäten (C1, C2) und/oder Widerständen (R1, R2) besteht und eine somit kapazitive und/oder ohmsche Symmetrierung der Signale im ASI-Netz (10) bewirkt.The invention relates to a ground fault monitor in an ASI bus system having a DC voltage source (US Pat. 5 ), z. B. a power supply ( 5 ), which provides the ASI bus DC voltage, with an inductive data decoupler ( 9 ) connected to the two interconnections (ASI +, ASI-, L +, L-) of the ASI network ( 10 ) and the power supply ( 5 ) is connected and preferably in each branch of an inductance and a parallel-connected ohmic resistance, with a voltage divider balancing unit ( 6 ), which are parallel to the output ( 9a + . 9a ) of the data decoupler ( 9 ) and to the output terminals ( 5f . 5b ) of the power supply ( 5 ), its middle point ( 18 ) via a grounding line ( 16 ) is connected to earth (E), preferably functional earth (EF), and it consists of two capacitors (C1, C2) and / or resistors (R1, R2) connected as voltage dividers and thus a capacitive and / or ohmic balancing of the signals in ASI network ( 10 ) causes. Furthermore, the invention relates to an ASI bus system with such a ground fault monitor. And thirdly, the invention relates to a method of measuring one or more ground faults in an ASI bus system
with a DC voltage source ( 5 ), z. B. a power supply ( 5 ), which provides the ASI bus DC voltage, with an inductive data decoupler ( 9 ) connected to the two interconnections (ASI +, ASI-, L +, L-) of the ASI network ( 10 ) and the power supply ( 5 ) is connected and preferably in each branch of an inductance and a parallel-connected ohmic resistance, with a voltage divider balancing unit ( 6 ), which are parallel to the output ( 9a + . 9a ) of the data decoupler ( 9 ) and to the output terminals ( 5f . 5b ) of the power supply ( 5 ), its middle point ( 18 ) via a grounding line ( 16 ) is connected to earth (E), preferably functional earth (EF), and it consists of two capacitors (C1, C2) and / or resistors (R1, R2) connected as voltage dividers and thus a capacitive and / or ohmic balancing of the signals in ASI network ( 10 ) causes.
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 oder ASI 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 ASI-System besteht aus einem ASI-Master, mehreren ASI-Slaves, einem ASI-Netzteil und einer ASI-Leitung. Ein wesentlicher Bestandteil des ASI-Systems ist der ASI-Slave, der in der Regel als ASI-Chip realisiert ist und mit dem die Aktuatoren bzw. Sensoren an eine Busleitung, 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 53ff ). Die AS-Interface-Bus-Technologie erlaubt es, bis zu 62 Teilnehmer wie Aktoren und Sensoren auf ein und derselben zweipoligen Leitung mit Energie zu versorgen und an eine Steuerung anzubinden. Das gelbe AS-Interface Kabel bietet in Verbindung mit der Durchdringungstechnik beim Anschluss von Slaves den hohen Schutzgrad IP67. Die Kommunikationssignale der einzelnen Busteilnehmer werden der Versorgungsspannung aufmoduliert. Daher benötigt man für AS-Interface Systeme besondere Netzteile mit integrierter Datenentkopplung. Eine Unsymmetrie der Gleich- und/oder Wechselstromsignale wirkt sich negativ auf die Kommunikationssicherheit und -fähigkeit des Bussystems aus. Aus diesem Grunde muß eine bestimmte Symmetrierung erfolgen, die aber auch nicht zu stark sein darf, damit auch „leichtere” Erdschlüsse erkannt werden können.In 1990, a large number of well-known actuator, sensor and control manufacturers have begun industrial joint development of an actuator-sensor interface system, which is always referred to as an AS-Interface system or, in the following, an ASI system or ASI. The ASI system has been used as a novel interface since 1994 for industrial communication and occupies the area below the previous fieldbus systems. It combines in particular binary sensors and actuators, but also analog sensors via a common bus with the first control level, z. A PLC or a PC. The ASI system is internationally standardized by the Standards EN 50295 and IEC 62026-2 (see. "AS-Interface The Solution in Automation", Rolf Becker, et. al., AS-International Association, 2002 ). The ASI system consists of an ASI master, several ASI slaves, one ASI power supply and one ASI cable. An essential component of the ASI system is the ASI slave, which is usually implemented as an ASI chip and with which the actuators or sensors are digitally coupled to a bus line, the ASI line. The ASI chip is either built into a module, to which conventional actuators and sensors are connected, or it is installed directly in the actuator or sensor. The ASI master forms the interface between the actuators or sensors and the core of the controller, for example a PLC or a PC (cf. "AS-Interface: The Solution in Automation", page 53ff ). The AS-Interface bus technology makes it possible to supply power to up to 62 subscribers, such as actuators and sensors, on one and the same two-pole line and connect them to a controller. The yellow AS-Interface cable in conjunction with the penetration technology when connecting slaves offers the high degree of protection IP67. The communication signals of the individual bus subscribers are modulated onto the supply voltage. Therefore, special power supplies with integrated data decoupling are required for AS-Interface systems. An imbalance of the DC and / or AC signals has a negative effect on the communication reliability and capability of the bus system. For this reason, a certain symmetrization must be made, but not too strong, so that "lighter" ground faults can be detected.
Das ASI-Netzteil dient primär der Energieversorgung der Slaves (und damit auch der an die Slaves angeschlossenen Aktuatoren und Sensoren) und zumindest eines Teils des Masters. Hierzu stellt das ASI-Netzteil eine DC-Spannung von ca. 30 V bei Strömen bis zu 8 A zur Verfügung. Darüber hinaus dient das ASI-Netzteil auch zur Symmetrierung des ASI-Netzes und zur Datenentkopplung. Hierzu weisst das ASI-Netzteil eine Symmetrieschaltung und ein Datenentkopplungsnetzwerk auf, wobei das Datenentkopplungsnetzwerk aus zwei Induktivitäten und zwei parallel dazu geschalteten Widerständen besteht (vgl. ”AS-Interface Die Lösung in der Automation”, Seite 60f ). Als ASI-Leitung wird ein ungeschirmtes Zweiteiter-Flachbandkabel (2 × 1,5 mm<2>) oder ein Standard-Rundkabel verwendet, über das gleichzeitig Signale und Energie übertragen werden. Über die ASI-Leitung erfolgt damit sowohl die Energieversorgung der Slaves und des Masters, als auch die Datenübertragung zwischen den Slaves untereinander sowie zwischen den Slaves und dem Master (vgl. ”AS-Interface Die Lösung in der Automation”, Seite 56–60 ). 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 durch Differentiation der gewünschte Signalspannungspegel auf der ASI-Leitung erzeugt wird. Auf der Empfangsseite werden diese Spannungssignale auf der Leitung delektiert und wieder in die gesendete Bitfolge zurückgewandelt. Wenn dabei die Spannungspulse näherungsweise wie Sinus2-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.The ASI power supply primarily serves the power supply of the slaves (and thus also the actuators and sensors connected to the slaves) and at least part of the master. For this purpose, the ASI power supply provides a DC voltage of approx. 30 V at currents up to 8 A. In addition, the ASI power supply also serves to balance the ASI network and to decouple data. For this purpose, the ASI power supply has a symmetry circuit and a data decoupling network, the data decoupling network consisting of two inductors and two resistors connected in parallel therewith (cf. "AS-Interface The Solution in Automation", page 60f ). The ASI line uses an unshielded 2-conductor ribbon cable (2 x 1.5 mm < 2 >) or a standard round cable through which signals and power are transmitted simultaneously. The power supply of the slaves and the master as well as the data transmission between the slaves with each other as well as between the slaves and the master takes place via the ASI line (cf. "AS-Interface The Solution in Automation", page 56-60 ). For the simultaneous transmission of the signals and the energy via the ASI line, a special modulation method has been developed which meets the numerous requirements of the ASI Systems in a special way is enough. The message signal, which is superimposed on the power supply of the ASI slaves, must be DC-free and relatively narrow-band and must not radiate in an inadmissible manner electromagnetic. For these reasons, an alternating pulse modulation (APM) has been selected as the modulation method, wherein the transmit bit sequence is first transcoded into a Manchester-encoded (MAN-encoded) bit sequence which makes a phase change each time the transmit signal is changed. From the coded bit sequence, a transmission current is then generated, from which the desired signal voltage level is generated on the ASI line by differentiation. On the receiving side, these voltage signals are detected on the line and converted back into the transmitted bit sequence. Here, when the voltage pulses, such as sine 2 pulses are shaped approximately, and the demands for low cut-off frequency and low noise radiation is taken into account (cf. simultaneously. "AS-Interface The Solution in Automation", page 62-65 ). The ASI system is a master-slave system with cyclic polling and uses one master per network, which cyclically calls all subscribers (slaves) with their address. The ASI system transfers the information (ASI messages) between a master and the different slaves not in parallel, but serially.
Die Ausgangsspannung der ASI-Netzteile muß erdfrei sein, um eine Symmetrierung zu ermöglichen, wie sie z. B. die DE 10 2008 008 647 A1 zeigt. Um einen Erdschluss anzuzeigen, ist es gemäß 1 bekannt, im ASI-Netz die Gleichspannungen auf den Leitungen der ASI+ und ASI– zu messen. Das erfordert aber zwei Messgeräte. 2 zeigt einen Erdschlusswächter im ASI-Netz, als rechts des Datenentkopplers, der sowohl Gleich- als auch Wechselspannung misst, wobei die beiden Spulen der Datenentkopplung nicht magnetisch gekoppelt sind. Dadurch leidet die HF-Symmetrierung im ASI-Netz. Die Grundidee dieser Schrift, neben einer Gleichspannungsmessung eine Wechselspannungsmessung durchzuführen, vergrößert den Messaufwand.The output voltage of the ASI power supplies must be ungrounded to allow symmetrization, as z. B. the DE 10 2008 008 647 A1 shows. To indicate a ground fault, it is according to 1 Known to measure in the ASI network, the DC voltages on the lines of ASI + and ASI-. But that requires two gauges. 2 shows a ground fault monitor in the ASI network, as the right of the data decoupler, which measures both DC and AC voltage, the two coils of data decoupling are not magnetically coupled. As a result, HF balancing suffers in the ASI network. The basic idea of this document, in addition to a DC voltage measurement to perform an AC voltage measurement, increases the measurement effort.
Eine bekannte Definition für die Funktionserde lautet: „Die Funktionserde FE ist ein Bezugspotential, das nicht oder nur über besondere Maßnahmen mit der Schutzerdung verbunden ist. Die Funktionserde dient dem Potentialausgleich bei erdungsfreier Installation (z. B. →SELV).”A well-known definition for the functional earth is: "The functional earth FE is a reference potential which is not connected to the protective grounding or only through special measures. The functional earth is used for equipotential bonding in the case of ground-free installation (eg → SELV). "
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile der obengenannten, bekannten Lösungen zu vermeiden, insbesondere darin, einen Erdschlusswächter aufzuzeigen, der auf einfache und zuverlässige Weise feststellen kann, dass die Kommunikationssicherheit auf dem Bus gefährdet oder gestört ist. Außerdem soll ein ASI-Bussystem zur Verfügung gestellt werden, das eine sichere Feststellung von Unsymmetrie-Störungen erlaubt und ein entsprechendes Verfahren angegeben werden.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the above known solutions, in particular to show a ground fault, which can determine in a simple and reliable way that the communication security is compromised or disturbed on the bus. In addition, an ASI bus system is to be made available, which allows a safe detection of imbalance disorders and a corresponding method can be specified.
Diese Aufgabe ist bei dem eingangs beschriebenen Erdschlusswächter dadurch gelöst, dass er aufweist:
- a) zwei als kapazitiver Spannungsteiler geschalteten Kapazitäten mit einem Mittelpunkt, der über eine Erdungsleitung mit dem Erdungspunkt, vorzugsweise mit Funktionserde, verbunden ist
- b) ein Wechselstrommessgerät, das nur den Wechselstrom misst, der vom Mittepunkt zum Erdungspunkt bzw. zur Funktionserde, fließt,
- c) ein Bandfilter für das Wechselstromsignal des Wechselstrommessgerätes, dessen Filterbereich im Wesentlichen den Übertragungsbereich der Feldbusdatenübertragungssignale abdeckt.
This object is achieved in the ground fault monitor described above in that it has: - a) two capacitors connected as a capacitive voltage divider with a center, which is connected via a grounding line to the grounding point, preferably with functional earth
- b) an AC meter measuring only the AC current flowing from the center point to the ground point or functional earth,
- c) a band-pass filter for the AC signal of the AC meter whose filter area substantially covers the transmission range of the fieldbus data transmission signals.
Das erfindungsgemäße eingangs beschriebene ASI-Bussystem weist einen Erdschlusswächter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 auf.The ASI bus system described above has a ground fault monitor with the features of claim 1.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Patentanspruch 5 gekennzeichnet durch die Verwendung zweier als kapazitiver Spannungsteiler geschalteten Kapazitäten mit einem Mittepunkt, der über eine Erdungsleitung mit dem Erdungspunkt, vorzugsweise mit Funktionserde, verbunden ist, sowie folgende Verfahrensschritte:
- a) Messung des Wechselstromsignales des kapazitiven Spannungsteiler zwischen Mittepunkt und Erdungspunkt, vorzugsweise zwischen Mittepunkt und der Funktionserde,
- b) Filtern des Stromsignals mit einem Bandpassfilter und
- c) Überwachung des gefilterten Stromsignals auf Abweichungen gegenüber einem Vorgabekriterium.
Finally, the method according to the invention is characterized by the use of two capacitors connected as capacitive voltage dividers with a center point, which is connected via a grounding line to the grounding point, preferably with functional earth, and the following method steps: - a) Measurement of the AC signal of the capacitive voltage divider between center point and ground point, preferably between the center point and the functional earth,
- b) filtering the current signal with a bandpass filter and
- c) monitoring the filtered current signal for deviations from a default criterion.
Die bekannten Lösungen messen Gleichspannung oder gleichzeitig Gleich- und Wechselspannung im ASI-Netz. Es wurde jedoch erkannt, dass der ASI-HF-Kreis. über den Gleichstromkreis „linksseitig” der notwendigen Datenentkopplereinheit wechselstrommäßig geschlossen sein muss und das relativ niederohmig, u. a. um die unbestimmte oder wechselnde Impedanz des Netzteiles einflusslos zu machen und definierte Impedanz-Verhältnisse herzustellen. Wenn das über einen kapazitiven Spannungsteiler mit Mitteabgriff geschieht, so ist es möglich, die Unsymmetrie der HF-Signale im ASI-Netz (also „rechtsseitig” vom Datenentkoppler), die durch einen oder mehrere Erdschlüsse in Form einer gleichstrom- und/oder impedanzmässigen Last bzw. mehrerer impedanzmässiger Lasten hervorgerufen werden, auf einfache Weise durch eine Wechselstrommessung festzustellen. Diese reine Wechselstrommessung, deren Niederohmigkeit bei einer Messung „rechts” vom Datenentkoppler zu einer Kommunikationsunfähigkeit des ASI-Bussystems führen würde, ist ohne Probleme für die sichere Datenübermittlung, weil der HF-Kreis über die „rechte” Seite des Datenentkopplers ohnehin geschlossen werden muß. Der neuartige Erdschlusswächter geht gegenüber den bekannten Lösungen also den Weg der Einführung und Nutzung eines „linksseitigen”, geerdeten kapazitiven Spannungsteilers, wobei nur dieser Wechselstrom, frequenzbandbegrenzt auf die relevanten ASI-HF-Signale, gemessen wird und nicht Gleichspannung oder Gleich- und Wechselspannung zusammen im ASI-Netz oder Wechselspannung „linksseitig” zweier stromkompensierter Drosseln (Datenentkopplung) wie es aus der DE 10 2008 008 647 A1 , insb. 4, bekannt ist. Vorzugsweise wird bei Vorhandensein eines kapazitiven geerdeten Spannungsteilers als Symmetrieschaltung bzw. -einheit, der i. d. R. auch eine entsprechend niedrige Impedanz hat, dieser gleichzeitig als Bestandteil des Erdschlusswächters genutzt, in dem dessen Erdleitung aufgetrennt und in Reihe zu diesem das Wechselstrommessgerät geschaltet wird. Alternativ kann der Wechselstrom auch ohne Auftrennung gemessen werden, in dem eine induktive Ankopplung des Wechselstrommessgerätes erfolgt, vorzugsweise wie bei einem Transformator mit stark gekoppelten Spulen. Hier ist es ausreichend und vorteilhaft, wenn die Primärwicklung nur eine Windung hat, weil dann eine einfache Ankopplung an die Erdleitung erfolgen kann. Das erfindungsgemäße ASI-Bussystem zeichnet sich durch einen derartigen integrierten Erdschlusswächter aus.The known solutions measure DC voltage or simultaneously DC and AC voltage in the ASI network. However, it was recognized that the ASI RF circuit. must be closed via the DC circuit "left side" of the necessary Datenentkopplereinheit AC and the relatively low impedance, inter alia, to make the indefinite or changing impedance of the power supply ineffective and produce defined impedance ratios. If this is done via a capacitive voltage divider with center tap, then it is possible, the imbalance of the RF signals in the ASI network (ie "right" of the data decoupler), by one or more ground faults in the form of a DC and / or impedance load or more impedance loads are determined in a simple manner by an AC measurement. This pure AC current measurement, their low resistance in a measurement "right" from the data decoupler to a Communication inability of the ASI bus system would be without problems for the secure data transmission, because the RF circuit on the "right" side of the data decoupler must be closed anyway. The novel ground fault monitor is compared to the known solutions so the way of introduction and use of a "left-side" grounded capacitive voltage divider, with only this AC, frequency band limited to the relevant ASI RF signals, is measured and not DC or DC and AC together in the ASI network or AC voltage "left" of two current-compensated chokes (data decoupling) as it is from the DE 10 2008 008 647 A1 , esp. 4 , is known. Preferably, in the presence of a capacitive grounded voltage divider as Symmetrieschaltung or unit, which usually has a correspondingly low impedance, this also used as part of the ground fault, in which the earth wire is separated and connected in series to this the AC meter. Alternatively, the alternating current can also be measured without separation, in which an inductive coupling of the alternating current measuring device takes place, preferably as in the case of a transformer with strongly coupled coils. Here it is sufficient and advantageous if the primary winding has only one turn, because then a simple coupling can be made to the ground line. The ASI bus system according to the invention is distinguished by such an integrated earth fault monitor.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand mehrerer Figuren erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained below with reference to several figures. Show it
1 eine bekannte ASI-Bussystem-Lösung mit einem Erdschlusswächter, der die Gleichspannungen im ASI-Netz misst, 1 a well-known ASI bus system solution with a ground fault monitor, which measures the DC voltages in the ASI network,
2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Erdschlusswächters und entsprechenden ASI-Bussystems mit direkter Wechselstrommessung, 2 a schematic diagram of a ground fault monitor according to the invention and corresponding ASI bus system with direct AC measurement,
3 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Erdschlusswächters und entsprechenden ASI-Bussystems mit indirekter Wechselstrommessung. 3 a schematic diagram of a ground fault monitor according to the invention and corresponding ASI bus system with indirect AC measurement.
Die 1 zeigt ein ASI-Bussystem mit Erdschlusswächter (W) in Anlehnung an die DE 10 2008 008 647 A1 . Das ASI-Bussystem besteht aus einem Netzteil (5) mit Primäranschlüssen (5a, 5c) für die Netzspannung (z. B. 230 V). Die Sekundäranschlüsse (5b, 5f) liefern die nötige erdfreie ASI-Gleichspannung von ca. 30 V. und gehen an die Ausgänge des Datenentkopplers (9), der in jeder Leitung zwischen Gleichstromnetz ASI-Netz aus einer Parallelschaltung einer Reaktanz in Form einer Spule und eines Wirkwiderstandes in Form eines ohmschen Widerstandes besteht. Zwischen Datenentkoppler (9) und Netzgerät (5) liegt eine Symmetriereinheit bzw. -schaltung (6) als Parallelschaltung eines ohmschen und kapazitiven Spannungsteilers mit gemeinsamen Mitteanschlüssen (18), die über die Erdungsleitung (16) auf den Erdungspunkt (E) gehen, der als Funktionserde (FE) ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass nur besondere Erdungspunkte (E), z. B. die unmittelbare Maschine, benutzt werden dürfen, u. a., um die Einstreuung unnötiger Wechsel- und Gleichstromsignale zu minimieren. Die Symmetrierung erfolgt hier nur über die Teiler (Tc, Tr) und nicht über die magnetisch nicht gekoppelten Spulen des Datenentkopplers (9). Der Erdungswächter (W) besteht aus zwei Gleichspannungsmessgeräten (U+, U–), die an beliebiger Stelle des gelben ASI-Kabels im ASI-Netz angeklemmt sein können.The 1 shows an ASI bus system with earth fault monitor (W) based on the DE 10 2008 008 647 A1 , The ASI bus system consists of a power supply ( 5 ) with primary connections ( 5a . 5c ) for the mains voltage (eg 230 V). The secondary connections ( 5b . 5f ) provide the necessary ground-free ASI DC voltage of approx. 30 V. and go to the outputs of the data decoupler ( 9 ), which consists of a parallel connection of a reactance in the form of a coil and an effective resistance in the form of an ohmic resistance in each line between DC network ASI network. Between data decoupler ( 9 ) and power supply ( 5 ) is a balancing unit or circuit ( 6 ) as a parallel connection of an ohmic and capacitive voltage divider with common center connections ( 18 ), which are connected via the earthing cable ( 16 ) go to the grounding point (E), which is designed as a functional earth (FE). This means that only special grounding points (E), z. As the direct machine may be used, among other things, to minimize the spill of unnecessary AC and DC signals. The balancing takes place here only via the dividers (Tc, Tr) and not via the magnetically uncoupled coils of the data decoupler ( 9 ). The grounding monitor (W) consists of two DC voltage measuring devices (U +, U-), which can be connected to any point of the yellow ASI cable in the ASI network.
2 zeigt das ASI-Bussystem mit Master (M) und diversen Slaves bzw. Slavegruppen (S, S1, S2), aufweisend ein Netzteil (5) mit Primäranschlüssen (5a, 5c) für die Netzspannung (z. B. 230 V). Die Sekundäranschlüsse (5b, 5f) liefern die nötige erdfreie ASI-Gleichspannung von ca. 30 V und gehen an die Ausgänge des Datenentkopplers (9), der in jeder Leitung zwischen Gleichstromnetz und ASI-Netz aus einer Parallelschaltung einer Reaktanz in Form einer Spule und eines Wirkwiderstandes in Form eines ohmschen Widerstandes besteht. Zwischen Datenentkoppler (9) und Netzgerät (5) liegt ein erfindungsgemäßer kapazitiver Spannungsteiler (Tc) mit zwei Kapazitäten (C1, C2), die als Kondensatoren ausgebildet sind, und der Mittepunkt (18), der über die Erdungsleitung (16) zu einem Wechselstrommessgerät (A) geht. Dieses wiederum geht zu einen Erdungspunkt (E), der gemäß den ASI-Erdungsvorschriften als besonderer Erdungspunkt bzw. Funktionserde (FE) ausgebildet ist und ein Anschluss an der unmittelbaren, geerdeten Maschine sein kann, die an das ASI-Netz angeschlossen ist. Das Wechselstrommessgerät (A) weist, vorzugsweise eingangsseitig, einen nichtgezeigten Bandpass auf. Dieses filtert die Wechselstrommesssignale, die aufgrund unsymmetrischer ASI-HF-Signale über den geerdeten kapazitiven Spannungsteiler (Tc) erhalten wurden, und die durch ein oder mehrere Erdschlüsse R1, R2 und/oder R3 ausgelöst wurden. Der Bandpass blockiert somit Störsignale, die nicht im Frequenzbereich des ASI-Systems liegen (Ausfiltern der Störfrequenzen von Umrichtern, Schweißanlagen und dergleichen). Sein Filterbereich deckt also im Wesentlichen den Übertragungsbereich der Feldbusdatenübertragungssignale ab. 2 shows the ASI bus system with master (M) and various slaves or slave groups (S, S1, S2), comprising a power supply ( 5 ) with primary connections ( 5a . 5c ) for the mains voltage (eg 230 V). The secondary connections ( 5b . 5f ) supply the necessary ground-free ASI DC voltage of approx. 30 V and go to the outputs of the data decoupler ( 9 ), which consists in each line between the DC network and ASI network of a parallel circuit of a reactance in the form of a coil and a resistance in the form of an ohmic resistance. Between data decoupler ( 9 ) and power supply ( 5 ) is a capacitive voltage divider (Tc) according to the invention with two capacitors (C1, C2), which are formed as capacitors, and the center point ( 18 ), which via the grounding line ( 16 ) goes to an AC meter (A). This, in turn, goes to a grounding point (E), which according to the ASI earthing regulations is designed as a special earth ground (FE) and may be a connection to the immediate grounded machine connected to the ASI network. The AC meter (A) has, preferably on the input side, a bandpass, not shown. This filters the AC measurement signals obtained from unbalanced ASI RF signals through the grounded capacitive voltage divider (Tc) and triggered by one or more earth faults R1, R2 and / or R3. The bandpass thus blocks interfering signals that are not in the frequency range of the ASI system (filtering out the interference frequencies of converters, welding systems and the like). Its filter range thus essentially covers the transmission range of the fieldbus data transmission signals.
Beim Verfahren gemäß der Erfindung wird also nicht der Gleich- und/oder Wechselstrom gemessen, der durch den kapazitiven und/oder ohmschen Teiler (Tc, TR) geht, sondern nur der gefilterte Wechselstrom, der über den Mittelpunkt (18) des kapazitiven Teilers (Tc) und über die Erdungsleitung (16) zu Funktionserde (FE) fließt. Z. B. kann mittels eines Schwellwertschalters eine Anzeige gesteuert werden, die eine Meldung abgibt, wenn ein „harter” oder „weicher” Erdschluß vorliegt, wobei „hart” ein impedanzmässiger Kurzschluss bedeutet und „weich” einen relativ hochohmigen” Kurzschluss, der auch durch starke kapazitive Belastungen, z. B. lange Leitungsführung zu Masse bzw. Erde, entstehen kann.In the method according to the invention, therefore, the direct and / or alternating current which passes through the capacitive and / or ohmic divider (Tc, TR) is not measured, but only the filtered alternating current, which passes through the center ( 18 ) of the capacitive divider (Tc) and via the grounding line ( 16 ) flows to functional earth (FE). For example, by means of a threshold switch, a display can be controlled which gives a message when there is a "hard" or "soft" earth fault, where "hard" means an impedance short circuit and "soft" means a relatively high impedance "short circuit, which is also characterized by strong capacitive Loads, z. B. long cable routing to ground or earth, may arise.
Zur Symmetrierung der Gleichspannungsanteile im ASI-Netz (10) ist ein optionaler ohmscher Spannungsteiler (Tr), z. B. mit ca. 100 Kiloohm, parallel zum kapazitiven Spannungsteiler (Tc) vorgesehen, der die Gleichspannung über Funktionserde (FE) erdet. Dies bedeutet, dass nur besondere Erdungspunkte (E), z. B. die unmittelbare Maschine, benutzt werden dürfen, u. a., um die Einstreuung unnötiger Wechsel- und Gleichstromsignale zu minimieren. Die Symmetrierung erfolgt hier nicht nur über die beiden Teiler (Tc, Tr), sondern auch über die magnetisch gekoppelten und gleichsinnig wirkenden Spulen (keine Stromgegenkopplung) des Datenentkopplers (9) mittels des Kopplers (K), der allerdings auch stark koppeln bzw. symmetrieren darf, weil die erfindungsgemäße Erdschlusserkennung im Gegensatz zu bekannten Lösungen dadurch nicht beeinträchtigt ist bzw. trotzdem die Erkennung auch kleiner Erdschlüsse möglich ist. Die magnetische Kopplung (K) z. B. kann mittels eines Ferritkernes und durch nahe zueinander positionierte Spulen erreicht werden. Der Erdschlussdetektor (W) ist hier in das ASI-Netzgerät (569) integriert, das an den Punkten D und C auf einfache Weise mit dem ASI-Kabel bzw. ASI-Netz verbunden ist und das neben dem Netzgerät (5) auch einen Symmetrieentkoppler (69) aufweist, d. h. auch eine Wechsel- und Gleichstrom-Symmetrieeinheit (6) mit jeweils einem Teiler (T) für Wechsel- und Gleichstrom (Tc, Tr) sowie den üblichen und notwendigen induktiven Datenentkoppler (9). Die Besonderheit ist hier, dass der kapazitive Spannungsteiler (Tc) des Erdschlusswächters zugleich eine kapazitive Symmetriereinheit (6) für die Symmetrierung des HF-ASI-Signales ist. Der durch das Messgerät (A) gemessene und durch das Bandfilter selektierte Wechselstrom wird auf Abweichungen gegenüber einem Vorgabekriterium überwacht, das kann z. B. eine reine Pegelüberwachung sein oder auch eine kombinierte Pegel-Zeit-Überwachung, d. h. es muß ein bestimmter Pegel eine Mindestzeit vorhanden sein, damit ein entsprechendes Signal, z. B. Alarmsignal ausgelöst werden kann.For balancing the DC components in the ASI network ( 10 ) is an optional ohmic voltage divider (Tr), z. B. with approximately 100 kiloohms, parallel to the capacitive voltage divider (Tc) provided, which grounded the DC voltage via functional earth (FE). This means that only special grounding points (E), z. As the direct machine may be used, among other things, to minimize the spill of unnecessary AC and DC signals. The balancing is done here not only via the two divider (Tc, Tr), but also on the magnetically coupled and co-acting coils (no current negative feedback) of the data decoupler ( 9 ) by means of the coupler (K), however, may also strongly couple or balance, because the earth fault detection according to the invention, in contrast to known solutions, is not impaired or still detection of even small ground faults is possible. The magnetic coupling (K) z. B. can be achieved by means of a ferrite core and by closely positioned coils. The ground fault detector (W) is connected to the ASI power supply ( 569 ), which is connected at points D and C in a simple way to the ASI cable or ASI network and which, in addition to the power supply ( 5 ) also a symmetry decoupler ( 69 ), ie also an AC and DC symmetry unit ( 6 ) each with a divider (T) for AC and DC (Tc, Tr) and the usual and necessary inductive data decoupler ( 9 ). The special feature here is that the capacitive voltage divider (Tc) of the earth fault monitor at the same time a capacitive balancing unit ( 6 ) for the balancing of the RF-ASI signal. The measured by the meter (A) and selected by the band filter AC is monitored for deviations from a default criterion, which may, for. B. be a pure level monitoring or a combined level-time monitoring, ie it must be a certain level a minimum time available so that a corresponding signal, eg. B. alarm signal can be triggered.
3 zeigt ein ähnliches Bussystem wie in 2, nur das hier ein indirekt messendes System eines Erdschlusswächters verwendet ist und keine bzw. durch den Abstand der Spulen nur eine sehr geringe magnetische Kopplung zwischen den Spulen des Datenentkopplers (9) vorhanden ist. Der Erdschlusswächter (W) besteht auch hier aus einem kapazitiven Spannungsteiler (Tc), der sich nicht im ASI-Netz befindet, sondern in einem „nichtreinen” Gleichstromnetz und der zwei Kapazitäten (C1, C2) und einen mittigen Erdanschluss (E, FE) aufweist. Der kapazitive Spannungsteiler (Tc) ist ebenso wie bei 2 parallel zu Ausgängen (9a+, 9a–) des induktiven Datenentkopplers und dem Sekundärausgang (5b, 5f) des erdfreien Netzgerätes (5) geschaltet, wobei diese beiden Einheiten (6, 9) direkt galvanisch miteinander verbunden sind. Der Wechselstrom in der Erdungsleitung (16) wird indirekt gemessen, indem vorzugsweise ein Transformator (17) mit magnetisch leitfähigem Kern (14) verwendet wird, dessen Primärwicklung z. B. nur eine Windung haben kann. in diesem Fall gestaltet sich der Abgriff besondern einfach, weil nur die ohnehin vorhandene Erdungsleitung (16) benutzt wird. Der optionale Kondensator (C3) kann dazu dienen, die Verhältnisse für eine optimale Störsicherheit besser einzustellen. 3 shows a similar bus system as in 2 , only that here an indirectly measuring system of a Erdschlusswächters is used and no or by the distance of the coils only a very small magnetic coupling between the coils of the Datenentkopplers ( 9 ) is available. The earth fault monitor (W) consists here of a capacitive voltage divider (Tc), which is not in the ASI network, but in a "non-clean" DC network and the two capacitors (C1, C2) and a central ground terminal (E, FE) having. The capacitive voltage divider (Tc) is the same as in 2 parallel to outputs ( 9a + . 9a ) of the inductive data decoupler and the secondary output ( 5b . 5f ) of the ungrounded power supply ( 5 ), these two units ( 6 . 9 ) are directly connected to each other galvanically. The alternating current in the grounding line ( 16 ) is measured indirectly, preferably by a transformer ( 17 ) with magnetically conductive core ( 14 ) is used, the primary winding z. B. only one turn can have. in this case, the tap especially designed simply because only the already existing grounding line ( 16 ) is used. The optional capacitor (C3) can be used to better set the conditions for optimum noise immunity.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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AA
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WechselstrommessgerätAC meter
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C1, C2, C3C1, C2, C3
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Kondensatorencapacitors
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Ee
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Erdungspunktground point
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EFEF
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Funktionerdefunctional ground
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KK
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Kopplercoupler
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L, L+, L–L, L +, L-
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Gleichspannungsversorgungsleitung von der DC-Quelle (5) zum Datenentkoppler (9)DC power supply line from the DC source ( 5 ) to the data decoupler ( 9 )
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MM
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Mastermaster
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R1, R2R1, R2
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DC-SymmetrierwiderstandDC balancing resistor
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SS
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Slaveslave
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S1S1
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Slavegruppeslave group
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S2S2
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Peripherie-SlavePeripheral Slave
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TT
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Spannungsteilervoltage divider
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Tctc
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kapazitiver spannungsteilercapacitive voltage divider
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TrTr
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resisitver Spannungsteilerresisitver voltage divider
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WW
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Erdschlusswächterearth fault
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1, 2 und 31, 2 and 3
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mögliche Erdschlüsse mit Widerstand oder Impedanz R = 0 oder R > 0possible earth faults with resistance or impedance R = 0 or R> 0
-
44
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Induktivitäten zur Abtrennung der AS-i Signale vor einem peripheren, aus AS-Interface versorgten VerbraucherInductors for separating the AS-i signals from a peripheral consumer powered by AS-Interface
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55
-
Gleichspannungsquelle bzw. NetzgerätDC voltage source or power supply unit
-
5a, c5a, c
-
Primäranschlussprimary connection
-
5b, f5b, f
-
Sekundärspannungsanschluss des Netzgerätes 5 Secondary voltage connection of the power supply unit 5
-
569569
-
ASi-Netzgerät mit Symmetriereinheit und DatenentkopplerASi power supply unit with balancing unit and data decoupler
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66
-
Spannungsteiler-SymmetriereinheitVoltage divider symmetry purity
-
6969
-
SymmetrierentkopplerSymmetrierentkoppler
-
99
-
DatenentkopplerDatenentkoppler
-
1010
-
ASI-NetzASI power
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1111
-
Peripherer VerbraucherPeripheral consumer
-
1313
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Sekundärspule des Induktivkopplers 17 Secondary coil of the inductive coupler 17
-
14 14
-
Magnetkern des Induktivkopplers 17 Magnetic core of the inductive coupler 17
-
1515
-
Primärspule des Induktivkopplers 17 Primary coil of the inductive coupler 17
-
1616
-
Erdungsleitungground wire
-
1717
-
Induktivkopplerinductive coupler
-
1818
-
MittelpunktFocus
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 102008008647 A1 [0004, 0010, 0015] DE 102008008647 A1 [0004, 0010, 0015]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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Normen EN 50295 [0002] Standards EN 50295 [0002]
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IEC 62026-2 [0002] IEC 62026-2 [0002]
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”AS-Interface Die Lösung in der Automation”, Rolf Becker, et. al., AS-International Association, 2002 [0002] "AS-Interface The Solution in Automation", Rolf Becker, et. al., AS-International Association, 2002 [0002]
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