DE102017128249B4

DE102017128249B4 - Anordnung für einen Aktuator-Sensor Interface Feldbus (AS-i-Bus) mit einem Diagnosegerät

Info

Publication number: DE102017128249B4
Application number: DE102017128249.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gohr; Ralf Morent; Dieter Götz
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: DE102017128249A1

Abstract

Anordnung für einen Aktuator-Sensor Interface Feldbusmit einem Master (1),einem Netzteil (11) undeiner Anzahl davon versorgten AS-i-Devices (12), sowieeine diese verbindende erste AS-i-Leitung (13),wobei AS-i-Signale im Frequenzbereich bis 10 MHz übertragen werden, undein Diagnosegerät (22), das mit der ersten AS-i-Leitung (13) signaltechnisch verbunden ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Diagnosegerät (22) galvanisch von der ersten AS-i-Leitung (13) getrennt ist und von einer zweiten AS-i-Leitung (23) versorgt wird,wobei die beiden AS-i-Leitungen (13, 23) als Buskoppler (2) wirken, dabei einen Meter parallel nebeneinander angeordnet sind und die jeweiligen Plus- und Minusleitungen einander zugeordnet sind,,wobei der Buskoppler (2) im Verlauf der Leitung (13) oder am Leitungsende angeordnet sein kannund das Diagnosegerät (22) mit dem Buskoppler (2) derart gekoppelt ist, dass AS-i-Signale im Frequenzbereich von 1 bis 10 MHz an das Diagnosegerät (22) übertragen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen Aktuator-Sensor Interface Feldbus mit einem Diagnosegerät gemäß Anspruch 1.
Der Aktuator-Sensor Interface Feldbus (AS-Interface), oder kurz AS-i, ist wohl der einfachste und günstigste Feldbus. Er ist besonders für die Steuerung und zur Kontrolle von dezentralen Aktoren und Sensoren in industriellen Anlagen geeignet. Das AS-i-System ist international genormt und in dem Buch „AS-Interface - Die Lösung in der Automation“, von Rolf Becker, Verlag: AS-International Association, 2002, beschrieben.
Seit einiger Zeit wird ein erweitertes AS-i-Kommunikationssignal verwendet, das parallel zum bestehenden AS-i Signal übertragen werden kann.
Der unter der Bezeichnung AS-i 5 bekannte Standard nutzt ein Frequenzspektrum zwischen 1 und 10 MHz, wobei die Kommunikation über das OFDM-Kommunikationsverfahren (OFDM = Orthogonal Frequency Division Multiplex) erfolgt.
Die Busteilnehmer sind dabei in bekannter Weise über eine zweiadrige Leitung galvanisch miteinander verbunden, wobei die Leitung neben den Bussignalen auch Energie überträgt.
AS-i-Systeme, die das erweiterte AS-i Kommunikationssignal nutzen, erlauben den Anschluss von mehr AS-i-Devices als Systeme mit dem herkömmlichen AS-i-Signal. So erhöht sich die Anzahl der AS-i-Devices von 62 auf 128, was zu einem höheren Strom auf der AS-i-Leitung und damit zu einem höheren Spannungsabfall führt, weil nun bis zu doppelt so viele Busteilnehmer zu versorgen sind.
Außerdem erlauben AS-i-Systeme, die das erweiterte AS-i Kommunikationssignal nutzen, eine größere Leitungslänge als AS-i-Systeme, die nur das bestehende AS-i-Signal verwenden. Des Weiteren verdoppelt sich die erlaubte Leitungslänge von 100 m auf 200 m, was ebenfalls zu einem höheren Spanungsabfall auf der AS-i-Leitung führt. Bedingt durch das erweiterte AS-i Kommunikationssignal erfordert ein AS-i-System, welches das erweiterte AS-i 5-Kommunikationssignal nutzt, den Anschluss des AS-i-Netzteils in der Nähe des AS-i-Masters.
Vor diesem Hintergrund möchte man die Funktionsfähigkeit eines AS-i-Systems überprüfen, ohne dabei in das System eingreifen zu müssen.
Dabei sollen weder der AS-i-Master noch das AS-i-Netzteil zusätzlich belastet werden.
Die DE 199 47 501 A1 beschreibt einen Aktuator-Sensor-Interface-Slave (Device) mit einem Trennbauelement zur galvanischen Trennung zwischen der Busleitung und den Anschlüssen für Aktuatoren oder Sensoren. Die galvanische Trennung erfolgt vorzugsweise über einen Transformator, wobei die Verwendung von Optokopplern nicht unerwähnt bleibt, ohne jedoch näher auf die damit verbundenen Probleme einzugehen.
Aus der DE 102 53 566 A1 ist ein AS-i-System, bekannt, bei dem zur Erkennung einer Doppeladressierung eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die den durch den AS-i-Bus fließenden Modulationsstrom misst, und anhand der Amplitude des Modulationsstroms feststellt, ob er von der Antwort eines AS-i-Devices oder durch Überlagerung der Antworten zweier AS-i-Devices hervorgerufen worden ist.
Die DE 10 2007 025 852 B3 beschreibt eine Überwachungseinrichtung zur Erkennung einer fehlerhaften Adressierung in einem AS-i-System, mit einer Spannungserfassungseinheit, die die zwischen den Busleitern anstehende Modulationsspannung rückwirkungsfrei abgreift, mit Hilfe einer Impedanzschaltung den Modulationsstrom ermittelt, und über eine erhöhte Stromaufnahme den durch die Impedanzschaltung fließenden Strom bestimmt, wobei anhand des gemessenen Stromes eine fehlerhafte oder eine doppelte Adressierung feststellbar ist.
Als weiteren Stand der Technik ist die DE 10253566 A1 zu nennen, aus der ein AS-i-System mit einem Übertragungsverfahren bekannt ist, das zwei Spulen verwendet, wobei die Spulen einer einzelnen Leitung des AS-i-Busses zugeordnet sind. Weiter zeigt die Schrift keine AS-i-5 Anwendung, d.h. eine Anwendung, welche im Frequenzbereich von 1 bis 10 MHz arbeitet.
Nachteilig ist entweder die fehlende galvanische Trennung oder der mit den vorgeschlagen Trennungsmöglichkeiten verbundenen Aufwand. Alle vorgeschlagenen galvanischen Trennungen sind nicht ohne zusätzliche Maßnahmen geeignet um das oben genannte erweiterte AS-i Kommunikationssignal (Frequenzbereich von 1 bis 10 MHz) zu übertragen.
Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, den Aufwand für eine galvanische Trennung in einem AS-Interface deutlich zu verringern.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs1 gelöst.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, ein Diagnosegerät für einen Aktuator-Sensor Interface Feldbus zu verwenden, das lediglich mithören kann, ohne dabei Signale an den betroffenen Master auszusenden, was erfindungsgemäß mit Hilfe eines nur für die erweiterten AS-i 5-Kommunikationssignale geeigneten, galvanisch von der AS-i-Leitung getrennten Buskopplers geschieht, der lediglich signaltechnisch mit dem zu überprüfende ASi-System verbunden wird.
Das hat den Vorteil, dass weder das AS-i-Netzteil zusätzlich belastet wird, noch eine Adresse für einen weiteren Busteilnehmer reserviert werden muss.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass kein galvanischer Anschluss, an die Leitung geschaffen werden muss. Insbesondere bei dem bei AS-i typischerweise verwendeten Flachbandkabel ist keine galvanische Kontaktierung mittels der Durchdringungstechnik notwendig.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass weder die Kopplung noch die Trennung des erfindungsgemäßen Diagnosegerätes zu einer Fehlermeldung führt.
So wird das AS-i-System zunächst in bekannter Weise in zwei Spanungszonen aufgeteilt, die von separaten, galvanisch nicht miteinander verbunden AS-i-Netzteilen versorgt werden.
Um die im Frequenzbereich von 1 bis 10 MHz liegende AS-i 5-Signale zu übertragen, werden die codierten AS-i-Leitungen an den Enden der beiden Spannungszonen um etwa einen Meter überlappend angeordnet, und zwar derart, dass die Plus- und Minusleitungen unmittelbar nebeneinander liegen, was in überraschender Weise zur Übertragung der erweiterten AS-i-Kommunikationssignale und damit völlig zu einer bidirektionaler Kopplung an den AS-i-Bus ausreicht. So werden weder ein Repeater noch die oben genannten Signalübertragungsmittel benötigt. Ein derartiger Buskoppler muss nur sicherstellen, dass die beiden AS-i-Leitungen stets in einer für die Übertragung geeigneten Position fixiert bleiben, was die Verwendung jeglicher nicht abgeschirmter Zweidrahtleitungen einschließen soll.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Buskoppler zur Aufnahme und zu überlappenden Fixierung zweier beliebiger, für AS-i-Systeme verwendbarer nicht abgeschirmter Leitungen, vorzugsweise für die üblichen Flachbandkabel (AS-i-Standardleitung), geeignet, wobei eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung oder deren Kombination in Frage kommt.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die 1 eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Diagnosegerät und einem Buskoppler zeigt.
Der schematisch dargestellte AS-i-Feldbus weist eine erste Spanungszone 10 mit einem AS-i-Master 1, einem ersten AS-i-Netzteil 11 und einer Anzahl von ersten AS-i-Devices (Slaves) 12 auf, die auf in bekannter Art und Weise durch eine erste AS-i-(Standard-) Leitung 13 mit Strom und den Feldbussignalen versorgt werden und galvanisch miteinander verbunden sind. Außerdem weist der AS-i-Feldbus eine zweite, galvanisch von der ersten Spannungszone 10 getrennte zweite Spanungszone 20 auf, die ein separates Netzteil 21 und das erfindungsgemäß angekoppelte Analysegerät 22 enthält, ohne jedoch einen (eigenen) AS-i-Master zu besitzen.
Die Kopplung der beiden Spannungszonen 10 und 20 erfolgt elektromagnetisch über die nebeneinander angeordneten Leitungsenden der beiden AS-i-Leitungen 13 und 23, die hier nur in einer Richtung als Buskoppler 2 wirken, obwohl auch eine bidirektionaler Kopplung möglich wäre. Die ersten AS-i-Leitung (13) und die zweite AS-i-Leitung (23) sind als AS-i-Standardleitung (Flachbandkabel) ausgeführt und derart angeordnet sind, dass die Leitungen gleicher Polarität jeweils stärker miteinander gekoppelt sind, als die Leitungen mit ungleicher Polarität.
Die Figur zeigt auch den oben beschriebenen Buskoppler 2 für den Aktuator-Sensor Interface Feldbus gemäß den vorangegangenen Ausführungen. Der Buskoppler 2 ist vorzugsweise zur Aufnahme von Leitungsenden vorgesehen, was aber Leitungsabschnitte im Verlaufe einer der beiden Spannungszonen 10 und 20 nicht ausschließt. Er dient hier zur überlappenden Fixierung zweier für AS-i-Systeme üblicher Flachbandkabel (AS-i-Standardleitung), wobei sowohl eine formschlüssige als auch eine kraftschlüssige Fixierung oder deren Kombination in Frage kommt. Insbesondere sind an die Konturen der AS-i-Standardleitungen angepasste Hohlräume nebst Klemm- oder Klebemittel vorhanden.
In einer vorteilhaften Ausführung des Buskopplers 2 werden die beiden AS-i-Leitungen im einer Schleife geführt oder aufgerollt, um die notwendige Überlappungslänge von mindestens 0,5 m (besser 1 m), mit einer deutlich kürzeren Baulänge zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Master, AS-i5-Master
10: Erste Spannungszone in einem AS-Interface Feldbus
11: Erstes AS-i-Netzteil
12: Erste AS-i-Devices (Slaves)
13: Erste AS-i-Leitung, AS-i-Flachbandkabel = AS-i-Standardleitung
20: Zweite Spannungszone in einem AS-Interface Feldbus
21: Zweites AS-i-Netzteil
22: Zweites AS-i-Device (Diagnosegerät)
23: Zweite AS-i-Leitung, AS-i-Flachbandkabel = AS-i-Standardleitung
2: Buskoppler

Claims

Anordnung für einen Aktuator-Sensor Interface Feldbus mit einem Master (1), einem Netzteil (11) und einer Anzahl davon versorgten AS-i-Devices (12), sowie eine diese verbindende erste AS-i-Leitung (13), wobei AS-i-Signale im Frequenzbereich bis 10 MHz übertragen werden, und ein Diagnosegerät (22), das mit der ersten AS-i-Leitung (13) signaltechnisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Diagnosegerät (22) galvanisch von der ersten AS-i-Leitung (13) getrennt ist und von einer zweiten AS-i-Leitung (23) versorgt wird, wobei die beiden AS-i-Leitungen (13, 23) als Buskoppler (2) wirken, dabei einen Meter parallel nebeneinander angeordnet sind und die jeweiligen Plus- und Minusleitungen einander zugeordnet sind,, wobei der Buskoppler (2) im Verlauf der Leitung (13) oder am Leitungsende angeordnet sein kann und das Diagnosegerät (22) mit dem Buskoppler (2) derart gekoppelt ist, dass AS-i-Signale im Frequenzbereich von 1 bis 10 MHz an das Diagnosegerät (22) übertragen werden.