DE102019116657A1

DE102019116657A1 - System und Verfahren zur kombinierten Energieübertragung und Datenübertragung in einem Automatisierungssystem

Info

Publication number: DE102019116657A1
Application number: DE102019116657.8A
Authority: DE
Inventors: Christopher Pohl; Johannes Künne; Fabian Meyn; Thomas Rettig
Original assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Current assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-24
Also published as: CN112118163B; CN112118163A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (100) zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem (300), umfassend:- einen Teilnehmer (101) und wenigstens einen weiteren Teilnehmer (103) eines Automatisierungssystems (300), die über einen Datenbus (105) miteinander verbunden und ausgebildet sind, über den Austausch von Datensignalen (DS) über den Datenbus (105) miteinander zu kommunizieren; und- eine Spannungsversorgung (107) zur Versorgung wenigstens des Teilnehmers (101) mit einer Versorgungsspannung über den Datenbus (105);- wobei wenigstes der Teilnehmer (101) ein Schaltelement (117) zum Schalten des Teilnehmers (101) von einem Ruhezustand, in dem der Teilnehmer (101) keine vom weiteren Teilnehmer (103) ausgesendeten Datensignale (DS) ausliest, in einen Auslesezustand, in dem der Teilnehmer (101) von dem weiteren Teilnehmer (103) ausgesendete Datensignale (DS) ausliest, umfasst;- wobei das Schaltelement (117) ausgebildet ist, zu bestimmen, ob eine von dem weiteren Teilnehmer (103) zur Initialisierung einer Datenübertragung ausgesendete Signalkennung (SK) mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer (101) in den Auslesezustand zu schalten, falls die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, oder den Teilnehmer (101) in dem Ruhezustand zu halten, falls die empfangene Signalkennung (SK) nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt; und- wobei der Teilnehmer (101) ausgebildet ist, sich von dem Auslesezustand in den Ruhezustand zurückzuversetzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem. Die Erfindung betrifft ferner einen Teilnehmer für ein System zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem. Die Erfindung betrifft zusätzlich ein Verfahren zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem.
Die kombinierte Energieübertragung und Datenübertragung in Automatisierungssystemen hat den Vorteil, dass substantielle Einsparungen in der Verkabelung der einzelnen Teilnehmer des Automatisierungssystems erzielt werden können. Indem zur Energieversorgung der Teilnehmer des Automatisierungssystems die zur Datenübertragung benötigte Verkabelung genutzt wird, kann auf eine zusätzliche Verkabelung der Teilnehmer zur Energieversorgung verzichtet werden.
In Automatisierungssystemen hat sich der Power over Ethernet-Standard (PoE) zur kombinierten Energie- und Datenübertragung bewährt. Für viele Anwendungen, bei denen beispielsweise vergleichsweise einfach aufgebaute Sensoren, Motoren oder Aktoren eines Automatisierungssystems zum Einsatz kommen, kann der PoE-Standard jedoch unnötig komplex ausgestaltet sein.
Für derartig einfach gestaltete Anwendungen ist somit eine Lösung gefragt, die zugleich eine sichere und verlässliche Datenübertragung sowie kombinierte Energieübertragung ermöglicht, bei der die Datenübertragung jedoch den Anforderungen entsprechend einfach gestaltet ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, ein effizientes und vereinfachtes System und Verfahren zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein System zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem bereitgestellt, wobei das System umfasst:

einen Teilnehmer und wenigstens einen weiteren Teilnehmer eines Automatisierungssystems, die über einen Datenbus miteinander verbunden und ausgebildet sind, über den Austausch von Datensignalen über den Datenbus miteinander zu kommunizieren, und eine Spannungsversorgung zur Versorgung wenigstens des Teilnehmers mit einer Versorgungsspannung über den Datenbus, wobei wenigstes der Teilnehmer ein Schaltelement zum Schalten des Teilnehmers von einem Ruhezustand, in dem der Teilnehmer keine vom weiteren Teilnehmer ausgesendeten Datensignale ausliest, in einen Auslesezustand, in dem der Teilnehmer von dem weiteren Teilnehmer ausgesendete Datensignale ausliest, umfasst, wobei das Schaltelement ausgebildet ist, zu bestimmen, ob eine von dem weiteren Teilnehmer zur Initialisierung einer Datenübertragung ausgesendete Signalkennung mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer in den Auslesezustand zu schalten, falls die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, oder den Teilnehmer in dem Ruhezustand zu halten, falls die empfangene Signalkennung nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und wobei der Teilnehmer ausgebildet ist, sich von dem Auslesezustand in den Ruhezustand zurückzuversetzen.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein robustes und einfaches System zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem bereitgestellt werden kann.
In dem System sind ein Teilnehmer und wenigstens ein weiterer Teilnehmer über einen Datenbus miteinander verbunden und kommunizieren über den Austausch von Datensignalen über den Datenbus miteinander. Hierzu kann der Teilnehmer als Empfänger und der weitere Teilnehmer als Sender der Datensignale ausgebildet sein. Es können aber auch der Teilnehmer und der wenigstens eine weitere Teilnehmer sowohl als Sender als auch als Empfänger der Datensignale ausgebildet sein. Hierzu können sowohl der Teilnehmer als auch der wenigstens eine weitere Teilnehmer eine Sende-/Empfangseinheit und ein Schaltelement zum Überprüfen einer Signalkennung aufweisen.
Ferner kann sowohl der Teilnehmer als auch der wenigstens eine weitere Teilnehmer ausgebildet sein, eine entsprechende Signalkennung zu erzeugen.
Über eine mit dem Datenbus verbundene Spannungsversorgung ist wenigstens der Teilnehmer über den Datenbus mit einer Versorgungsspannung versorgt. Hierzu ist der Teilnehmer entsprechend ausgebildet, über den Datenbus mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt zu werden. Es können auch sowohl der Teilnehmer als auch der wenigstens eine weitere Teilnehmer über den Datenbus mit der Versorgungsspannung versorgt werden.
Der Teilnehmer kann sich wenigstens in einem Ruhezustand oder in einem Auslesezustand befinden. In dem Ruhezustand ignoriert der Teilnehmer die über den Datenbus gesendeten Signale, die sowohl auf ausgesendete Datensignale wie auch auf die an dem Datenbus anliegende Versorgungsspannung zurückzuführen sind. Solange sich der Teilnehmer im Ruhezustand befindet, ist eine Kommunikation zwischen dem Teilnehmer und wenigstens einem weiteren Teilnehmer nicht möglich, da der Teilnehmer vom weiteren Teilnehmer ausgesendete Datensignale nicht ausliest. In dem Auslesezustand ist der Teilnehmer hingegen in der Lage, die über den Datenbus ausgesendeten Signale zu empfangen und diese auszulesen. Da neben den zur Kommunikation ausgesendeten Datensignalen auf dem Datenbus zusätzlich die Versorgungsspannung anliegt, besteht für den Teilnehmer die Aufgabe, zu unterscheiden, welche der über den Datenbus gesendeten Signale Datensignale zur Kommunikation zwischen dem Teilnehmer und dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer sind, und von dem Teilnehmer somit auszulesen sind, und welche der ausgesendeten Signale beispielsweise der Versorgungsspannung zuzuordnen sind und folglich nicht ausgelesen werden.
Hierzu sendet der wenigstens eine weitere Teilnehmer zur Initialisierung einer Datenübertragung zwischen dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer und dem Teilnehmer eine Signalkennung an den Teilnehmer. Über die Signalkennung signalisiert der wenigstens eine weitere Teilnehmer dem Teilnehmer, dass auf die Signalkennung folgend Datensignale zur Datenübertragung vom weiteren Teilnehmer zum Teilnehmer ausgesendet werden, und dass der Teilnehmer diese Datensignale aufzunehmen und auszulesen hat.
Zum Erkennen der ausgesendeten Signalkennung und zur Identifikation der ausgesendeten Signalkennung als eine Signalkennung, die zur Initialisierung einer Datenübertragung dient, weist der Teilnehmer ein Schaltelement auf, das ausgebildet ist, zu bestimmen, ob die vom weiteren Teilnehmer ausgesendete Signalkennung einer vorbestimmten Signalkennung entspricht. Wird die ausgesendete Signalkennung als identisch zu der vorbestimmten Signalkennung bestimmt, erkennt der Teilnehmer die ausgesendete Signalkennung als eine Signalkennung, die zur Initialisierung einer Datenübertragung dient, und interpretiert den Empfang der Signalkennung als Initialisierung einer bevorstehenden Datenübertragung.
Eine Datenübertragung ist im Folgenden das erfolgreiche Aussenden von Datensignalen durch einen Sender und das erfolgreiche Aufnehmen und Auslesen der ausgesendeten Datensignale durch einen Empfänger.
Datensignale sind im Folgenden Spannungssignale mit entsprechenden Spannungspegeln, die gemäß einem Signalübertragungsprotokoll jeweils einem logischen Eins-Zustand 1 oder einem logischen Null-Zustand 0 entsprechen.
Eine Signalkennung ist im Folgenden eine Sequenz von bestimmten Spannungssignalen, wobei ein Spannungssignal ein Spannungspegel ist, der einem logischen Eins-Zustand oder einem logischen Null-Zustand entspricht. Eine Signalkennung ist damit eine eindeutige Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen.
Das Schaltelement ist ferner ausgebildet, den Teilnehmer aus dem Ruhezustand in den Auslesezustand zu schalten, falls das Schaltelement erkennt, dass die empfangene Signalkennung der vorbestimmten Signalkennung entspricht, um so die durch die Signalkennung angekündigte Datenübertragung zu ermöglichen.
Nach Schalten in den Auslesezustand ist der Teilnehmer in der Lage, die vom weiteren Teilnehmer zur Datenübertragung gesendeten Datensignale auszulesen, sodass eine datenbasierte Kommunikation zwischen den beiden Teilnehmern zustande kommt. Der weitere Teilnehmer sendet hierbei die Datensignale, die zur Datenübertragung dienen, umgehend nach der ausgesendeten Signalkennung.
Für den Fall, dass das Schaltelement erkennt, dass die empfangene Signalkennung nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, hält das Schaltelement den Teilnehmer im Ruhezustand und eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem weiteren Teilnehmer kommt nicht zustande. Dies kann beispielsweise vorkommen, wenn die ausgesendete Signalkennung nicht für den jeweiligen Teilnehmer bestimmt ist, da keine Datenübertragung mit diesem Teilnehmer initiiert werden soll. Auch kann eine willkürliche Sequenz von Spannungspegeln, die nicht auf eine ausgesendete Signalkennung zurückzuführen sind, sondern willkürlichen Spannungsfluktuationen der am Bus anliegenden Spannung entstammen oder durch externe Störungen z. B. über kapazitive oder induktive Kopplung hervorgerufen werden und lediglich einer Signalkennung ähnlich sehen, von einer Signalkennung unterschieden werden. Eine durch solche Sequenzen von Spannungspegeln fehlerhaft initiierte Datenübertragung kann vermieden werden, indem die vermeintlich als Signalkennung empfangene Sequenz von Spannungspegeln auf Identität mit der vorbestimmten Signalkennung überprüft wird.
Kommt eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer durch das Aussenden der korrekten Signalkennung durch den wenigstens einen weiteren Teilnehmer und durch das folgende Aussenden der zur Datenübertragung bestimmten Datensignale zustande, ist nach Beendigung der Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem weiteren Teilnehmer der Teilnehmer in der Lage, sich wieder in den Ruhezustand zurückzuversetzen. Wieder im Ruhezustand liest der Teilnehmer keine weiteren Spannungssignale vom Datenbus, bis der Teilnehmer durch das erneute Aussenden der Signalkennung wieder in den Auslesezustand geschaltet wird.
Der Teilnehmer kann auch einen Sendezustand aufweisen, in dem der Teilnehmer in der Lage ist, entsprechende Datensignale auszusenden.
Über das Schaltelement und die vom weiteren Teilnehmer ausgesendete Signalkennung kann somit auf einfache Weise dem Teilnehmer signalisiert werden, dass eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem weiteren Teilnehmer bevorsteht und der Teilnehmer somit über den Datenbus ausgesendete Signale auszulesen hat.
Somit kann das Problem behoben werden, dass die aufgrund der kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung auf dem Datenbus zu jeder Zeit vorherrschenden Spannungspegel beziehungsweise Pegeländerungen der Versorgungsspannung durch den Teilnehmer fälschlicherweise als ausgesendete Datensignale zur Datenübertragung interpretiert werden. Durch das Schaltelement kann somit auf einfache Weise der Teilnehmer in einem Ruhezustand verbleiben, wenn keine Datenübertragung ansteht, und in einen Auslesezustand, in dem der Teilnehmer die Signale auf dem Datenbus ausliest, versetzt werden, wenn eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem weiteren Teilnehmer ansteht.
Eine Fehlinterpretation der auf dem Datenbus anliegenden Spannungspegel durch den Teilnehmer als ausgesendete Datensignale kann somit durch das Schalten des Teilnehmers in den Ruhezustand vermieden werden. Darüber hinaus kann eine störungsfreie Datenübertragung erzielt werden, indem der Teilnehmer durch das Schaltelement in den Auslesezustand versetzt wird und die ausgesendeten Datensignale ausliest.
Wie bereits erwähnt, ist eine Signalkennung eine Abfolge von Datensignalen, die einer individuellen Abfolge von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen entspricht. Eine Signalkennung kann eine 4-Bit-, 8-Bit-, 16-, 32-Bit-Sequenz oder eine beliebig lange Signalsequenz umfassen.
Eine vorbestimmte Signalkennung ist eine für den Teilnehmer individuelle Signalkennung. Eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und einem weiteren Teilnehmer ist nur möglich, wenn die vom weiteren Teilnehmer ausgesendete Signalkennung der vorbestimmten Signalkennung des Teilnehmers entspricht. Für ein Automatisierungssystem mit einer Vielzahl von Teilnehmern kann für jeden Teilnehmer eine individuelle vorbestimmte Signalkennung bestimmt werden, sodass bei Aussenden dieser bestimmten Signalkennung nur eine Datenübertragung mit diesem einen Teilnehmer ermöglicht ist.
Es kann auch eine vorbestimmte Signalkennung für die Kommunikation mit einer Mehrzahl von Teilnehmern verwendet werden, sodass mit dem Aussenden dieser allgemeinen Signalkennung eine simultane Datenübertragung der Mehrzahl von Teilnehmern ermöglicht ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Schaltelement ausgebildet, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine eindeutige Übereinstimmung der empfangenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung erzielt werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass der Teilnehmer ausschließlich dann in den Auslesezustand versetzt wird, wenn dieser die korrekte Signalkennung empfangen hat.
Somit kann vermieden werden, dass der Teilnehmer irrtümlich in den Auslesezustand geschaltet wird, obwohl keine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer ansteht. Ferner kann vermieden werden, dass der Teilnehmer über den Datenbus gesendete Datensignale ausliest und als Datenübertragung interpretiert, wenn diese Datensignale entweder nicht für den Teilnehmer bestimmt sind oder die vom Teilnehmer ausgelesenen Signale beziehungsweise Spannungspegel nicht einer Datenübertragung entsprechen sondern auf Pegelschwankungen der am Datenbus anliegenden Versorgungsspannung basieren.
Die Logikoperation ermöglicht eine eindeutige Identifizierung der empfangenen Signalkennung.
Eine Logikoperation kann im Folgenden eine logische Verknüpfung der einzelnen logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände der Signalkennung sein. Die logische Verknüpfung kann hierbei eine Und-Verknüpfung, eine Oder-Verknüpfung, eine Nicht-Verknüpfung, eine Nicht-Und-Verknüpfung, eine Nicht-Oder-Verknüpfung, eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung oder eine Exklusiv-Nicht-Oder-Verknüpfung sein. Mittels der Auswertung einer derartigen logischen Verknüpfung der einzelnen logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände der Signalkennung kann eine Übereinstimmung der empfangenen Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung erreicht werden.
Denkbar ist auch eine andere logische Operation, die geeignet ist, eine Übereinstimmung zwischen der empfangenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung zu erreichen.
Die Anwendung der Logikoperation auf die aufgenommene Signalkennung kann zu einem logischen Wahrheitswert oder zu einer Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten führen. Eine Übereinstimmung zwischen der aufgenommenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung kann über einen Vergleich der jeweiligen logischen Wahrheitswerte erreicht werden, die für die beiden Signalkennungen erzielt werden oder zu erwarten sind. Zwei Signalkennungen sind dabei als miteinander übereinstimmend zu interpretieren, wenn die Anwendungen der Logikoperation auf die jeweiligen Signalkennungen zu einem identischen logischen Wahrheitswert beziehungsweise zu einer Mehrzahl von identischen logischen Wahrheitswerten führen.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement: ein Schieberegister zum Registrieren der Signalkennung des weiteren Teilnehmers, ein mit dem Schieberegister verbundenes Logikelement zum Bestimmen, ob die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und ein mit dem Logikelement verbundenes Halteelement zum Schalten des Teilnehmers in den Auslesezustand, falls das Logikelement die aufgenommene Signalkennung als übereinstimmend mit der vorbestimmten Signalkennung bestimmt, und zum Halten des Teilnehmers im Ruhezustand, falls das Logikelement die Signalkennung als nicht übereinstimmend mit der vorbestimmten Signalkennung bestimmt, wobei das Logikelement ausgebildet ist, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die durch das Schieberegister registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine technisch einfache und robuste Lösung für das Schaltelement bereitgestellt wird, die es erlaubt, eine eindeutige Übereinstimmung zwischen der empfangenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung zu bestimmen.
Das Schieberegister ist ausgebildet, die von dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer ausgesendete Signalkennung zu registrieren.
Aufnehmen oder Empfangen der Signalkennung durch den Teilnehmer und Registrieren der Signalkennung durch das Schieberegister wird im Folgenden synonym verstanden, sodass eine durch das Schieberegister registrierte Signalkennung einer aufgenommenen Signalkennung entspricht.
Zum Registrieren der Signalkennung weist das Schieberegister eine Mehrzahl von Flip-Flop-Elementen auf, die in der Lage sind, jeweils einen logischen Eins-Zustand oder einen logischen Null-Zustand der Signalkennung aufzunehmen. Das Schieberegister kann vier, acht, sechzehn, zweiunddreißig oder eine beliebige Anzahl von Flip-Flop-Elementen umfassen und somit ausgebildet sein, eine 4-Bit-, 8-Bit-, 16-Bit-, 32-Bit-Signalkennung oder eine Signalkennung beliebiger Größe zu registrieren. Die Anzahl von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der vom weiteren Teilnehmer ausgesendeten Signalkennung entspricht der Anzahl von Flip-Flop-Elementen des Schieberegister des Schaltelements des Teilnehmers.
Mit dem Schieberegister verbunden ist ein Logikelement ausgebildet, um die von dem Schieberegister registrierten logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände der Signalkennung aufzunehmen und mit einer Logikoperation zu überprüfen, ob die Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt. Hierzu kann das Logikgatter als ein Und-Gatter, ein Oder-Gatter, ein Nicht-Gatter, ein Nicht-Und-Gatter, ein Nicht-Oder-Gatter, ein Exklusiv-Oder-Gatter oder ein Exklusiv-Nicht-Oder-Gatter ausgebildet sein.
Das Logikgatter führt mit den aufgenommenen logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der Signalkennung eine dem Gattertyp entsprechende logische Operation durch und ermittelt einen oder mehrere logische Wahrheitswerte gemäß einer der logischen Operation entsprechenden Wahrheitstabelle.
Auf Basis dieses einen logischen Wahrheitswerts oder dieser Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten bestimmt das Logikelement die Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung, wenn die Anwendungen der logischen Operation auf die aufgenommene Signalkennung einen logischen Wahrheitswert oder eine Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten ergibt, die dem logischen Wahrheitswert oder den logischen Wahrheitswerten für die vorbestimmte Signalkennung entspricht oder entsprechen.
Beispielsweise entspricht die vorbestimmte Signalkennung einer Signalkennung, die bei Anwendung einer bestimmten Logikoperation zu einem logischen Eins-Wahrheitswert führt. Eine aufgenommene Signalkennung, die bei Anwendung der gleichen Logikoperation einen logischen Eins-Wahrheitswert ergibt, wird als übereinstimmend mit der vorbestimmten Signalkennung interpretiert.
Je nach Komplexität der Logikoperation sowie der Signalkennungen kann somit eine eindeutige Übereinstimmung zwischen zwei Signalkennungen bestimmt werden, bei der ausschließlich Signalkennungen mit identischen Sequenzen von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen als übereinstimmend bestimmt werden.
Die vorbestimmte Signalkennung ist durch die jeweilige Ausgestaltung des Schieberegisters, das die Anzahl von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der Signalkennung festlegt, und des Logikelements beziehungsweise des Logikgatters als eine entsprechende Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen bestimmt, die bei Anwendung der jeweiligen Logikoperation einen vorbestimmten logischen Wahrheitswert oder eine Mehrzahl von vorbestimmten logischen Wahrheitswerten ergibt.
Auf Basis der von dem Logikelement bestimmten Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung schaltet das mit dem Logikelement verbundene Halteelement den Teilnehmer in den Auslesezustand. Falls keine Übereinstimmung der beiden Signalkennungen besteht, wird der Teilnehmer im Ruhezustand gehalten. Das Halteelement hält den Teilnehmer auch im Ruhezustand, wenn keine Signalkennung ausgesendet wird.
Hierdurch kann ein einfaches Schaltelement realisiert werden, das den Teilnehmer auf Basis der registrierten Signalkennung in einen Auslesezustand schalten oder den Teilnehmer im Ruhezustand halten kann, wobei das Schaltelement ohne eine zusätzliche Prozessoreinheit beziehungsweise einen Mikrocontroller realisiert werden kann.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein einfaches und robustes Schaltelement bereitgestellt wird, das eine störungsarme Datenübertragung gewährleisten kann.
Nach einer Ausführungsform ist das Logikelement ein Logikgatter, wobei das Halteelement einen Set-Reset-Latch (S-R-Latch) und einen Multiplexer umfasst.
Der S-R-Latch kann mit einem S-Eingang des S-R-Latch mit einem Ausgang des Logikgatters verbunden sein. Mit einem Ausgang des S-R-Latch kann der S-R-Latch mit einem Eingang des Multiplexers verbunden sein. Der Multiplexer kann mit einem weiteren Eingang des Multiplexers mit dem Datenbus verbunden sein. Ein Ausgang des Multiplexers kann wiederum mit einer Prozessoreinheit des Teilnehmers verbunden sein. Der Set-Reset-Latch (S-R-Latch) ist ein aus dem Stand der Technik bekanntes Setz-Rücksetz-Flip-Flop-Element.
Bestimmt das Logikelement die Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung und gibt einen entsprechenden logischen Eins-Wahrheitswert oder logischen Null-Wahrheitswert an den Multiplexer aus, so schaltet dieser auf eine Durchgangsstellung und gibt eine Verbindung zwischen dem Datenbus und der Prozessoreinheit des Teilnehmers frei, sodass über das Prozessorelement Datensignale des Datenbusses ausgelesen werden können.
Nach beendeter Datenübertragung kann über einen R-Eingang des S-R-Latch der S-R-Latch zurückgesetzt werden. Hierdurch wird dem Multiplexer ein entsprechendes Signal übertragen, sodass dieser die Verbindung zwischen dem Datenbus und dem Prozessorelement des Teilnehmers unterbricht. Hierzu kann der R-Eingang des S-R-Latch mit der Prozessoreinheit des Teilnehmers verbunden sein.
Bestimmt das Logikgatter keine Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung, liegt an einem S-Eingang des S-R-Latch ein entsprechender Eins-Wahrheitswert oder Null-Wahrheitswert an, und der S-R-Latch sendet über den Ausgang an den Multiplexer ein entsprechendes Signal, sodass der Multiplexer die Verbindung zwischen dem Datenbus und der Prozessoreinheit des Teilnehmers in unterbrochenem Zustand behält.
Nach einer Ausführungsform ist der Datenbus ein differentieller Datenbus.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein robuster Datenbus mit einer zuverlässigen Signalübertragung bereitgestellt wird. Der differentielle Datenbus kann beispielsweise auf einer seriellen Schnittstelle basieren. Der differentielle Datenbus kann beispielsweise auf der seriellen Schnittstelle RS485 basieren. Ferner kann zur Datenübertragung das UART-Protokoll verwendet werden. Hierdurch wird eine technisch einfache und robuste Datenübertragung erreicht, die den Anforderungen an die Datenübertragung mit technisch einfach ausgestalteten Teilnehmern, wie beispielsweise einfach konstruierten Sensoren oder Aktoren, genügt.
Nach einer Ausführungsform sind die von dem Teilnehmer und/oder von dem weiteren Teilnehmer ausgesendeten Datensignale in einer gleichanteilsfreien Signalkodierung kodiert.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die zwischen den Teilnehmern zur Datenübertragung ausgesendeten Datensignale von der auf dem Datenbus anliegenden Versorgungsspannung eindeutig separierbar sind. Bei einer nicht-gleichanteilsfreien Signalkodierung mit nicht verschwindendem Gleichanteil der Signalpegel der ausgesendeten Signale besteht die Problematik, dass die aufeinanderfolgenden Signale mehrerer aufeinanderfolgender logischer Eins-Zustände nicht eindeutig von der am Datenbus anliegenden Versorgungsspannung trennbar sind und somit nicht eindeutig als Datensignale erkennbar sind. Eine gleichanteilsfreie Signalkodierung ermöglicht hingegen auch bei anliegender Versorgungsspannung eine eindeutige Identifikation der ausgesendeten Signale als entsprechende Datensignale.
Nach einer Ausführungsform ist der Teilnehmer und/oder der weitere Teilnehmer über eine galvanische Kopplung zur Abnahme der Versorgungsspannung an den Datenbus gekoppelt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine robuste elektrische Verbindung zwischen dem Teilnehmer und/oder dem weiteren Teilnehmer und dem Datenbus bereitgestellt werden kann, die eine kombinierte Datenübertragung und Energieübertragung über den Datenbus an den Teilnehmer und/oder den weiteren Teilnehmer ermöglicht.
Nach einer Ausführungsform umfasst das System ferner wenigstens ein Filterelement zur Separation der Datensignale des wenigstens einen Teilnehmers und der Versorgungsspannung, wobei das Filterelement einen Hochpassfilter und/oder einen Tiefpassfilter umfasst.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine technisch einfache und sichere Separation zwischen der Versorgungsspannung und den Datensignalen des Datenbusses erzielt wird. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Prozessoreinheit des Teilnehmers mit der am Datenbus anliegenden Versorgungsspannung beaufschlagt wird und dieser somit zerstört wird. Schaltet das Schaltelement aufgrund der als übereinstimmend erkannten registrierten Signalkennung den Teilnehmer in den Auslesezustand, in dem der Teilnehmer über eine Prozessoreinheit mit dem Datenbus verbunden ist, so liegen an dem Prozessorelement des Teilnehmers ausschließlich die Spannungspegel mit Frequenzen des Frequenzbereichs an, für den das Filterelement durchlässig ist. Somit liegen bei passend gewähltem Frequenzbereich des Filterelements am Prozessorelement ausschließlich die Spannungspegel der ausgesendeten Datensignale an. Das Prozessorelement kann somit die übersendeten Datensignale auslesen, ohne dass das Prozessorelement mit der am Datenbus anliegenden Versorgungsspannung beaufschlagt wird.
Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Teilnehmer für das System zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem, wobei der Teilnehmer ausgebildet ist, über einen Datenbus eines Automatisierungssystems durch den Austausch von Datensignalen mit wenigstens einem weiteren Teilnehmer des Automatisierungssystems zu kommunizieren und über den Datenbus von einer Spannungsversorgung des Automatisierungssystems mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt zu werden, und wobei der Teilnehmer umfasst: eine Prozessoreinheit zum Auslesen von Datensignalen des weiteren Teilnehmers des Automatisierungssystems, ein Kopplungselement zur Ankopplung des Teilnehmers an den Datenbus zur Aufnahme der Versorgungsspannung, und ein Schaltelement zum Schalten des Teilnehmers in einen Auslesezustand, in dem die Prozessoreinheit in der Lage ist, empfangene Datensignale auszulesen, und zum Halten des Teilnehmers in einem Ruhezustand, in dem die Prozessoreinheit empfangene Datensignale nicht ausliest, wobei das Schaltelement ausgebildet ist, zu bestimmen, ob eine von dem weiteren Teilnehmer zur Initialisierung einer Datenübertragung ausgesendete Signalkennung mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer in den Auslesezustand zu schalten, falls die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer in dem Ruhezustand zu halten, falls die empfangene Signalkennung nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und wobei der Teilnehmer ausgebildet ist, sich in den Ruhezustand zurückzusetzen.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Teilnehmer eines Automatisierungssystems bereitgestellt wird, der mittels einer kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung über einen Datenbus des Automatisierungssystems betrieben werden kann.
Über die Prozessoreinheit ist der Teilnehmer in der Lage, die von dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer ausgesendeten Datensignale auszulesen und somit eine Datenübertragung mit dem weiteren Teilnehmer durchzuführen. Über das Kopplungselement ist der Teilnehmer an die auf dem Datenbus anliegende Versorgungsspannung gekoppelt und wird somit mittels der Versorgungsspannung betrieben.
Das Schaltelement ist ausgebildet, eine empfangene Signalkennung zu überprüfen und den Teilnehmer in den Auslesezustand zu schalten, falls die Signalkennung der vorbestimmten Signalkennung entspricht. Bestimmt das Schaltelement keine Übereinstimmung der empfangenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung, hält dieses den Teilnehmer im Ruhezustand. Nach abgeschlossener Datenübertragung kann der Teilnehmer sich eigenständig in den Ruhezustand zurückversetzen.
Hierdurch wird erreicht, dass der Teilnehmer lediglich die über den Datenbus ausgesendeten Signale ausliest, wenn dieser für eine Datenübertragung mit dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer bestimmt ist. Für die Zeiten, in denen keine Datenübertragung zwischen den Teilnehmern ansteht oder der Teilnehmer nicht an der Datenübertragung teilnehmen soll, befindet sich der Teilnehmer im Ruhezustand und liest keine der auf dem Datenbus anliegenden Datensignale aus. Hierdurch kann vermieden werden, dass der Teilnehmer auf dem Datenbus anliegende Signale irrtümlich als Datensignale interpretiert und somit eine fehlerhafte Datenübertragung auftritt.
Über die kombinierte Datenübertragung und Energieübertragung des Teilnehmers, die über den Datenbus des Automatisierungssystems erzielt wird, kann mit dem Teilnehmer ein Automatisierungssystem mit einer vereinfachten Verkabelung erzielt werden, indem auf eine zusätzliche Verkabelung zur Spannungsversorgung des Teilnehmers verzichtet werden kann.
Der Teilnehmer ist nicht als Sender oder Empfänger in der Datenkommunikation ausgezeichnet, sondern kann je nach Situation Daten senden oder Daten empfangen. Der Teilnehmer ist wenigstens in der Lage, als Empfänger in der Datenkommunikation Datensignale zu empfangen und auszulesen. Der Teilnehmer kann aber auch ausgebildet sein, als Sender Datensignale auszusenden.
Nach einer Ausführungsform ist das Schaltelement ausgebildet, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Teilnehmer bereitgestellt wird, der für eine zuverlässige Datenübertragung ausgebildet ist und bei dem eine fehlerhafte Datenübertragung vermieden werden kann. Über die Logikoperation kann das Schaltelement präzise bestimmen, ob die aufgenommene Signalkennung der vorbestimmten Signalkennung entspricht. Eine Fehlinterpretation der aufgenommenen Signalkennung in Bezug auf die Übereinstimmung mit der vorbestimmten Signalkennung kann vermieden werden.
Wie oben bereits beschrieben, kann die Logikoperation eine Und-Verknüpfung, eine Oder-Verknüpfung, eine Nicht-Verknüpfung, eine Nicht-Und-Verknüpfung, eine Nicht-Oder-Verknüpfung, eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung oder eine Exklusiv-Nicht-Oder-Verknüpfung sein. Alternativ kann die Logikoperation auch eine andere logische Verknüpfung der logischen Eins-Zustände und der logischen Null-Zustände der Signalkennung sein. Die Logikoperation ist derart zu wählen, dass eine eindeutige Interpretation der aufgenommenen Signalkennung in Bezug auf die Übereinstimmung zur vorbestimmten Signalkennung ermöglicht ist.
Wie oben bereits beschrieben wird eine Übereinstimmung zwischen zwei Signalkennungen bestimmt, falls eine Anwendung der Logikoperation auf beide Signalkennungen zu identischen logischen Wahrheitswerten führt.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement ein Schieberegister zum Registrieren der Signalkennung des weiteren Teilnehmers, ein mit dem Schieberegister verbundenes Logikelement zum Bestimmen, ob die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und ein mit dem Logikelement verbundenes Halteelement zum Schalten des Teilnehmers in den Auslesezustand, falls die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und zum Halten des Teilnehmers im Ruhezustand, falls die registrierte Signalkennung nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, wobei das Logikelement ausgebildet ist, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Teilnehmer mit einem technisch einfachen und verlässlichen Schaltelement bereitgestellt wird, das gewährleistet, dass der Teilnehmer lediglich die Signale einer für ihn bestimmten Datenübertragung auf dem Datenbus ausliest und die Signale beziehungsweise Spannungspegel auf dem Datenbus, die nicht Datensignalen einer entsprechenden Datenübertragung entsprechen, ignoriert.
Das Schieberegister umfasst eine Mehrzahl von Flip-Flop-Elementen. Jedes Flip-Flop-Element ist in der Lage, ein Datensignal, das einem logischen Eins-Zustand oder einem logischen Null-Zustand entspricht, aufzunehmen und temporär zu speichern. Das Schieberegister kann mit vier, acht, sechzehn, zweiunddreißig oder einer beliebigen Anzahl von Flip-Flop-Elementen ausgestaltet sein und somit in der Lage sein, Signalkennungen bestehend aus vier, acht, sechzehn, zweiunddreißig oder einer beliebigen Vielzahl von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen zu registrieren. Die Anzahl der Flip-Flop-Elemente des Schieberegister bestimmt die Anzahl von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen einer Signalkennung.
Umfasst eine über den Datenbus ausgesendete Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen eine von der Anzahl der Flip-Flop-Elemente des Schieberegisters abweichende Anzahl von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen, kann die jeweilige Sequenz als nicht der vorbestimmten Signalkennung entsprechend bestimmt werden.
Auf Basis der registrierten Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der registrierten Signalkennung ist das Logikelement in der Lage, eine Logikoperation durchzuführen und zu bestimmen, ob die Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der registrierten Signalkennung der Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der vorbestimmten Signalkennung entspricht.
Hierzu kann das Logikelement beispielsweise einzelne logische Eins-Zustände oder logische Null-Zustände der registrierten Signalkennung mit den oben genannten logischen Verknüpfungen verknüpfen und auf Basis der hieraus resultierenden logischen Wahrheitswerte eine Überprüfung in Bezug auf die Übereinstimmung der registrierten Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung durchführen. Auf Basis der bestimmten Übereinstimmung der beiden Signalkennungen durch das Logikelement schaltet das Halteelement den Teilnehmer in den Auslesezustand, falls eine Übereinstimmung vorliegt.
Eine Übereinstimmung zwischen zwei Signalkennungen liegt dabei dann vor, wenn die Anwendung der entsprechenden Logikoperation auf die beiden Signalkennungen einen identischen logischen Wahrheitswert oder eine Mehrzahl identischer logischer Wahrheitswerte ergeben.
Beispielsweise entspricht eine Übereinstimmung einem logischen Eins-Wahrheitswert. Die vorbestimmte Signalkennung entspricht damit der Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen, die bei Anwendung der jeweiligen logischen Verknüpfung des Logikelements auf die Sequenz zu einem entsprechenden logischen Eins-Wahrheitswert führt.
Hierdurch wird ein technisch einfaches und verlässliches Schaltelement realisiert, das den Teilnehmer zuverlässig in den Auslesezustand schaltet, falls die registrierte Signalkennung der vorbestimmten Signalkennung entspricht, und den Teilnehmer im Ruhezustand hält, falls die registrierte Signalkennung nicht der vorbestimmten Signalkennung entspricht oder keine Signalkennung empfangen beziehungsweise registriert wird. Für das Schaltelement des Teilnehmers wird kein Prozessorelement oder Mikroprozessor benötigt.
Nach einer Ausführungsform ist das Logikelement ein Logikgatter, wobei das Halteelement einen S-R-Latch und einen Multiplexer umfasst.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Teilnehmer mit einem einfach ausgestalteten, robusten und zuverlässigen Schaltelement bereitgestellt wird.
Das Logikgatter kann ein Und-Gatter, ein Oder-Gatter, ein Nicht-Gatter, ein Nicht-Und-Gatter, ein Nicht-Oder-Gatter, ein Exklusiv-Oder-Gatter oder ein Exklusiv-Nicht-Oder-Gatter sein. Das Logikgatter ist ausgebildet, die von dem Schieberegister registrierte Sequenz von aufeinanderfolgenden logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen einzulesen und paarweise mit den eingelesenen logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen dem Logikgatter entsprechende Logikoperationen durchzuführen. Auf Basis der Logikoperationen bestimmt das Logikgatter einen logischen Wahrheitswert beziehungsweise eine Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten.
Der S-R-Latch ist über einen S-Eingang des S-R-Latch mit dem Logikgatter verbunden. Über einen Ausgang des S-R-Latch ist dieser mit einem Steueranschluss des Multiplexers verbunden. Der Multiplexer ist über einen Eingang mit dem Datenbus und über einen Ausgang mit einer Prozessoreinheit des Teilnehmers verbunden.
Bestimmt das Logikgatter die Übereinstimmung der registrierten Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung, gibt dieses einen entsprechenden Wahrheitswert an den S-Eingang des S-R-Latch aus. Der S-R-Latch gibt wiederum ein entsprechendes Signal an den Steuer-Eingang des Multiplexers aus. Hierauf schaltet der Multiplexer eine Verbindung zwischen dem Datenbus und dem Prozessorelement in einen Verbindungszustand. Hierauf ist das Prozessorelement in der Lage, Datensignale vom Datenbus auszulesen.
Nach beendeter Datenübertragung wird der S-R-Latch zurückgesetzt. Hierauf sendet der S-R-Latch über den Steuereingang des Multiplexers ein entsprechendes Signal, woraufhin der Multiplexer die Verbindung zwischen dem Datenbus und dem Prozessorelement unterbricht. Zum Zurücksetzen des S-R-Latch ist der R-Eingang des S-R-Latch mit dem Prozessorelement verbunden. Somit kann der Teilnehmer sich selbständig in den Ruhezustand zurückversetzen.
Stimmt die registrierte Signalkennung nicht mit der vorbestimmten Signalkennung überein, führt das vom Logikgatter an den S-Eingang des S-R-Latch angelegte Signal nicht zu einem Schaltvorgang des S-R-Latch und folglich zu keinem Schaltvorgang des Multiplexers, sodass die Verbindung zwischen dem Datenbus und dem Prozessorelement unterbrochen bleibt und somit der Teilnehmer im Ruhezustand gehalten wird.
Nach einer Ausführungsform ist das Kopplungselement ein induktives Kopplungselement, das eine induktive Kopplung des Teilnehmers an die auf dem Datenbus bereitgestellte Versorgungsspannung ermöglicht.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Teilnehmer mit einer robusten und zuverlässigen Kopplung an die über den Datenbus bereitgestellte Versorgungsspannung ermöglicht wird.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Teilnehmer ferner wenigstens ein Filterelement zur Separation von Datensignalen und der Versorgungsspannung, wobei das Filterelement einen Hochpassfilter und/oder einen Tiefpassfilter umfasst.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass gewährleistet werden kann, dass an der Prozessoreinheit des Teilnehmers ausschließlich Spannungspegel anliegen, die über den Datenbus ausgesendeten Datensignalen entsprechen. Ein Beaufschlagen der Prozessoreinheit mit der Versorgungsspannung und damit verbundenes Zerstören der Prozessoreinheit kann somit vermieden werden. An der Prozessoreinheit liegen ausschließlich Spannungspegel mit einer Frequenz an, die innerhalb des zulässigen Frequenzbereichs des Filterelements liegen. Bei entsprechender Wahl des Frequenzbereichs des Filterelements kann somit gewährleistet werden, dass ausschließlich Spannungspegel der Datensignale an der Prozessoreinheit anliegen.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Teilnehmer ferner wenigstens einen Sensor, einen Aktor oder ein weiteres Gerät für ein Automatisierungssystem.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Teilnehmer mit einem möglichst breiten Einsatzbereich bereitgestellt werden kann.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem bereitgestellt, wobei das Automatisierungssystem umfasst: einen Teilnehmer und wenigstens einen weiteren Teilnehmer, die über einen Datenbus miteinander verbunden sind und ausgebildet sind, über den Austausch von Datensignalen über den Datenbus miteinander zu kommunizieren, und eine Spannungsversorgung zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung über den Datenbus an wenigstens den Teilnehmer, wobei wenigstens der Teilnehmer ein Schaltelement zum Schalten des Teilnehmers aus einem Ruhezustand, in dem der Teilnehmer die von dem weiteren Teilnehmer ausgesendeten Datensignale nicht ausliest, in einen Auslesezustand, in dem der Teilnehmer die von dem weiteren Teilnehmer ausgesendeten Datensignale ausliest, umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Senden einer Signalkennung durch den weiteren Teilnehmer über den Datenbus zur Initialisierung einer Datenübertragung an den Teilnehmer in einem Kennungssendeschritt, Aufnehmen der Signalkennung durch das Schaltelement des Teilnehmers in einem Kennungsaufnahmeschritt, Überprüfen, ob die aufgenommene Signalkennung mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, durch das Schaltelement in einem Überprüfungsschritt, falls die aufgenommene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, Schalten des Teilnehmers in den Auslesezustand durch das Schaltelement in einem Schaltschritt, Senden eines Datenpakets durch den weiteren Teilnehmer zur Datenübertragung an den Teilnehmer in einem Datensendeschritt, Auslesen des durch den weiteren Teilnehmer ausgesendeten Datenpakets durch den Teilnehmer in einem Ausleseschritt, nach Beendigung der Datenübertragung Zurücksetzen des Teilnehmers in den Ruhezustand durch den Teilnehmer in einem Zurücksetzschritt, oder, falls die aufgenommene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung nicht übereinstimmt, Halten des Teilnehmers in dem Ruhezustand durch das Schaltelement in einem Halteschritt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Verfahren für eine einfache und robuste kombinierte Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem bereitgestellt wird.
Wenigstens ein Teilnehmer des Automatisierungssystems ist ein wie oben beschriebener Teilnehmer mit einem wie oben beschriebenen Schaltelement, das ausgebildet ist, den Teilnehmer in einen Auslesezustand zu schalten, wenn eine von wenigstens einem weiteren Teilnehmer des Automatisierungssystems ausgesendete Signalkennung einer vorbestimmten Signalkennung entspricht. Hierzu sendet wenigstens ein weiterer Teilnehmer eine entsprechende Signalkennung über den Datenbus. Die Signalkennung dient zur Initialisierung einer Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer des Automatisierungssystems.
Der Teilnehmer oder der wenigstens eine weitere Teilnehmer sind aber nicht als Sender oder Empfänger in der Datenkommunikation ausgezeichnet. Der Teilnehmer ist wenigstens in der Lage, als Empfänger in der Datenkommunikation Datensignale zu empfangen und auszulesen, und der wenigstens eine Teilnehmer ist wenigstens in der Lage, Datensignale zur Datenübertragung an den Teilnehmer zu senden. Der Teilnehmer kann aber auch ausgebildet sein, als Sender Datensignale auszusenden, und der weitere Teilnehmer kann ausgebildet sein, Datensignale des Teilnehmers zu empfangen und auszulesen. Der wenigstens eine weitere Teilnehmer kann hierzu ein Schaltelement aufweisen.
Die Signalkennung ist kein Teil der Datenübertragung, sondern ist lediglich eine Kennung, die vor der eigentlichen Datenübertragung an den jeweiligen Teilnehmer gesendet wird, und die diesem Teilnehmer signalisieren soll, dass im Folgenden eine Datenübertragung zu erwarten ist.
In den folgenden Schritten nimmt das Schaltelement die Signalkennung auf und überprüft die aufgenommene Signalkennung in Bezug auf Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Signalkennung. Bei Übereinstimmung der beiden Signalkennungen schaltet das Schaltelement den Teilnehmer in den Auslesezustand, in dem dieser in der Lage ist, weitere Datensignale auszulesen.
Die Signalkennung wird vom Teilnehmer nicht im eigentlichen Sinne ausgelesen, dass diese auf einen Inhalt hin interpretiert wird, wie dies bei eigentlichen Datensignalen der Fall ist. Stattdessen wird die Signalkennung lediglich auf Übereinstimmung mit der vorbestimmten Signalkennung überprüft.
Die eigentliche Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen, die die Signalkennung ausmacht, wird nicht im eigentlichen Sinne erkannt, sondern lediglich mit der jeweils erwarteten Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der vorbestimmten Signalkennung auf Übereinstimmung verglichen oder überprüft.
Nach Senden der Signalkennung und entsprechendem Schalten des Teilnehmers in den Auslesezustand sendet der wenigstens eine weitere Teilnehmer zur Datenübertragung an den Teilnehmer ein Datenpaket beziehungsweise eine Mehrzahl von Datenpaketen. Dieses Datenpaket beziehungsweise diese Mehrzahl von Datenpaketen stellt die eigentliche Datenübertragung zwischen den beiden Teilnehmern dar.
Der im Auslesezustand befindliche Teilnehmer nimmt das Datenpaket beziehungsweise die Datenpakete auf und liest die Datensignale des Datenpakets beziehungsweise der Mehrzahl von Datenpaketen aus. Das Auslesen der Datensignale bedeutet hierbei ein Identifizieren der Datensignale und ein entsprechendes Interpretieren des Inhalts der jeweiligen Datensignale. Dies geschieht jeweils nach einem vorbestimmten Kommunikationsprotokoll und wird durch die Prozessoreinheit des Teilnehmers durchgeführt.
Das Schaltelement trägt zur Datenübertragung nicht bei und dient ausschließlich zur Aufnahme und Identifikation der ausgesendeten Signalkennung und zum Schalten des Teilnehmers von dem Ruhezustand in den Auslesezustand.
Auf die Aufnahme und das Auslesen der Datenpakete der Datenübertragung folgend, führt der Teilnehmer den Informationen des Datenpakets beziehungsweise der Datenpakete entsprechende Handlungen aus. Nach Aussenden und Aufnehmen eines letzten Datenpakets ist die Datenübertragung zwischen dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer und dem Teilnehmer beendet.
Nach Beendigung der Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und dem wenigstens einen weiteren Teilnehmer setzt der Teilnehmer sich in den Ruhezustand zurück. In diesem Zustand ist der Teilnehmer nicht in der Lage, weitere Signale des Datenbusses auszulesen. Im Ruhezustand verbleibt der Teilnehmer so lange, bis durch den Empfang einer weiteren Signalkennung eine anstehende Datenübertragung initialisiert und der Teilnehmer in den Auslesezustand geschaltet wird. Sollte der Teilnehmer neben einer Empfangseinheit auch eine Sendeeinheit aufweisen, so kann der Teilnehmer aus dem Ruhezustand ebenfalls in einen Sendezustand geschaltet werden, in dem der Teilnehmer in der Lage ist, Datensignale für eine Datenübertragung über den Datenbus auszusenden.
Bestimmt das Schaltelement hingegen, dass die aufgenommene Signalkennung nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, hält das Schaltelement den Teilnehmer im Ruhezustand und eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer und einem weiteren Teilnehmer kommt nicht zustande.
Das Schaltelement hält den Teilnehmer auch dann im Ruhezustand, wenn keine Signalkennung aufgenommen wird, beziehungsweise Spannungssignale aufgenommen werden, die nicht als Signalkennung identifiziert werden.
Das Verfahren ermöglicht somit eine zuverlässige Datenübertragung, bei der eine Fehlinterpretation von Signalen des Datenbusses durch den Teilnehmer als Datensignale und eine damit verbundene fehlerhafte Datenübertragung vermieden werden kann.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Überprüfungsschritt ferner: Durchführen einer Logikoperation durch das Schaltelement in einem Logikoperationsschritt, auf Basis der Logikoperation Vergleichen der empfangenen Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung durch das Schaltelement in einem Vergleichsschritt, und Bestimmen, ob die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, durch das Schaltelement in einem Bestimmungsschritt.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mit der Logikoperation eine präzise Bestimmung einer Übereinstimmung einer gesendeten Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung erreicht wird.
Die Logikoperation kann beispielsweise eine Und-Verknüpfung, eine Oder-Verknüpfung, eine Nicht-Verknüpfung, eine Nicht-Und-Verknüpfung, eine Nicht-Oder-Verknüpfung, eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung oder eine Exklusiv-Nicht-Oder-Verknüpfung sein. Alternativ kann die Logikoperation auch eine anders geartete Verknüpfung oder Durchführungsvorschrift sein, die eine präzise und eindeutige Übereinstimmung zwischen zwei Signalkennungen ermöglicht.
Wie oben beschrieben, umfasst eine Signalkennung eine Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen.
Bei der Ausführung der Logikoperation als eine der voran genannten logischen Verknüpfungen können paarweise logische Eins-Zustände oder logische Null-Zustände der Signalkennung mit der entsprechenden Handlungsvorschrift der jeweiligen Logikverknüpfung miteinander in Relation gestellt werden. Mittels der Handlungsvorschrift der jeweiligen Logikoperation lässt sich für die Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen der Signalkennung ein logischer Wahrheitswert beziehungsweise eine Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten erzielen.
Die Überprüfung der Übereinstimmung zwischen der aufgenommenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung kann mittels der beschriebenen Anwendung der Logikoperation auf die aufgenommene Signalkennung vorgenommen werden. Eine Übereinstimmung der aufgenommenen Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung wird anhand des entsprechenden logischen Wahrheitswerts beziehungsweise der logischen Wahrheitswerte, die die Logikoperation ergibt, bestimmt, wobei eine Übereinstimmung zwischen zwei Signalkennungen vorliegt, wenn bei Anwendung der Logikoperation für beide Signalkennungen ein identischer logischer Wahrheitswert beziehungsweise eine Mehrzahl identischer logischer Wahrheitswerte erzielt wird.
Die vorbestimmte Signalkennung entspricht dabei einer Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen, die bei Anwendung einer bestimmten Logikoperation einen entsprechenden vorbestimmten logischen Eins-Wahrheitswert oder logischen Null-Wahrheitswert ergibt.
Zwei Signalkennungen werden als miteinander übereinstimmend interpretiert, wenn die jeweilige Anwendung der Logikoperation auf die entsprechende Signalkennung zu einem identischen logischen Wahrheitswert beziehungsweise zu einer Mehrzahl von identischen logischen Wahrheitswerten führt.
Durch die entsprechende Ausführung der jeweiligen Logikoperation kann die Präzision der Übereinstimmung zweier Signalkennungen den jeweiligen Anforderungen entsprechend angepasst werden. Durch die Anwendung der Logikoperation kann somit eine präzise und zuverlässige Bestimmung der Übereinstimmung zweier Signalkennungen erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement ein Schieberegister, ein Logikelement und ein Halteelement, wobei im Kennungsaufnahmeschritt das Schieberegister die Signalkennung registriert, wobei im Überprüfungsschritt das Logikelement in einem Logikoperationsschritt eine Logikoperation durchführt und in einem Vergleichsschritt auf Basis der Logikoperation die von dem Schieberegister registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung vergleicht und in einem Bestimmungsschritt bestimmt, ob die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, wobei im Schaltschritt das Halteelement den Teilnehmer in den Auslesezustand schaltet, und wobei im Halteschritt das Halteelement den Teilnehmer im Ruhezustand hält.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Verfahren bereitgestellt wird, das eine einfache und zuverlässige Initialisierung einer bevorstehenden Datenübertragung zwischen zwei Teilnehmern eines Automatisierungssystems ermöglicht.
Wie oben bereits beschrieben, ist das Schieberegister aus einer Mehrzahl von Flip-Flop-Elementen ausgebildet und in der Lage, eine Signalkennung bestehend aus einer Mehrzahl von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen temporär zu speichern. Die Anzahl der Flip-Flop-Elemente des Schieberegisters gibt dabei die Anzahl der logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände vor, die eine Signalkennung maximal aufweisen kann und/oder mindestens aufweisen muss.
Das Logikelement ist ausgebildet, eine wie oben beschriebene Logikoperation auszuführen und auf Basis der Logikoperation die aufgenommene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die registrierte Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Das Halteelement ist ausgebildet, den Teilnehmer in den Auslesezustand zu schalten, falls eine Übereinstimmung der Signalkennungen bestimmt wird, oder den Teilnehmer im Ruhezustand zu halten, falls keine Übereinstimmung der Signalkennungen bestimmt wird oder keine Signalkennung aufgenommen wird. Hierdurch kann ein Verfahren mit einem einfach und zuverlässig ausgestalteten Schaltelement realisiert werden, das eine zuverlässige Initialisierung einer bevorstehenden Datenübertragung ermöglicht, indem das Schaltelement den Teilnehmer aus dem Ruhezustand, in dem keine Datenübertragung stattfindet, in den Auslesezustand schaltet, in dem eine Datenübertragung ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform ist das Logikelement ein Logikgatter, wobei das Halteelement einen S-R-Latch und einen Multiplexer umfasst.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Verfahren bereitgestellt wird, das eine präzise und zuverlässige Initialisierung einer Datenübertragung zwischen zwei Teilnehmern eines Automatisierungssystems ermöglicht.
Wie oben beschrieben, kann das Logikgatter ein Und-Gatter, ein Oder-Gatter, ein Nicht-Gatter, ein Nicht-Und-Gatter, ein Nicht-Oder-Gatter, ein Exklusiv-Oder-Gatter oder ein Exklusiv-Nicht-Oder-Gatter sein. Mit dem entsprechenden Logikgatter können paarweise Verknüpfungen zwischen den logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen einer registrierten Signalkennung hergestellt und entsprechend ein logischer Wahrheitswert beziehungsweise eine Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten erzielt werden. Anhand der entsprechenden logischen Wahrheitswerte kann, wie oben beschrieben, eine Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung bestimmt werden.
Ein der Übereinstimmung der aufgenommenen Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung entsprechendes Signal kann an den S-R-Latch des Halteelements übermittelt werden, der darauffolgend dem Multiplexer des Halteelements in eine Durchlassstellung schaltet und somit eine Verbindung zwischen dem Datenbus und einer Prozessoreinheit des Teilnehmers herstellt. Mit der Verbindung zwischen dem Datenbus und der Prozessoreinheit des Teilnehmers ist der Teilnehmer in der Lage, über den Datenbus ausgesendete Datensignale auszulesen.
Ermittelt das Logikgatter keine Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung, sendet dieses ein entsprechendes Signal an den S-R-Latch, der wiederum den Multiplexer in einer Unterbrechungsstellung hält, in der die Verbindung zwischen dem Datenbus und dem Prozessorelement des Teilnehmers unterbrochen ist. Mittels einer Verbindung des Prozessorelements mit dem R-Eingang des S-R-Latch kann nach einer abgeschlossenen Datenübertragung die Verbindung zwischen dem Datenbus und dem Prozessorelement getrennt werden und der Teilnehmer somit in den Ruhezustand zurückversetzt werden.
Eine Signalkennung wird nur zur Initialisierung der Datenübertragung ausgesendet. Nachdem der Teilnehmer nach vorangegangener Aufnahme einer korrekten Signalkennung in den Auslesezustand geschaltet ist, bleibt dieser solange im Auslesezustand, bis die Datenübertragung durch Aussenden eines entsprechenden Signals, beispielsweise eines Stopp-Bits am Ende des letzten Datenpakets der Datenübertragung, in den Ruhezustand zurückversetzt wird.
Hierdurch ist eine zuverlässige Datenübertragung zweier Teilnehmer eines Automatisierungssystems ermöglicht, indem eine Fehlinterpretation von beliebigen Signalen auf dem Datenbus als eine Datenübertragung durch einen Teilnehmer vermieden werden kann.
Nach einer Ausführungsform sind von dem Teilnehmer und/oder von dem weiteren Teilnehmer ausgesendete Datensignale in einer gleichanteilsfreien Signalkodierung kodiert.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine eindeutig interpretierbare Datenübertragung erreicht wird. Durch die am Datenbus anliegende Versorgungsspannung und den damit verbundenen Spannungspegel des Datenbusses, der auch für Zeiten, in denen keine Datenübertragung stattfindet, nicht Null ist, besteht das Problem der Separation der variierenden Pegelwerte, die auf ausgesendete Datensignale zurückzuführen sind, von den Pegelwerten, die der Versorgungsspannung entsprechen. Eine anteilsfreie Signalkodierung erleichtert im vorliegenden Fall die Trennung von Spannungspegeln, die tatsächlichen Datensignalen entsprechen, und Spannungspegeln der Versorgungsspannung.
Nach einer Ausführungsform beaufschlagt die Spannungsversorgung den Datenbus mit einer Versorgungsspannung für den Teilnehmer und/oder den weiteren Teilnehmer, wobei der Teilnehmer und/oder der weitere Teilnehmer mittels einer galvanischen Kopplung die Versorgungsspannung abgreift, wobei die galvanische Kopplung mittels als Tiefpassfilter fungierender Induktivitäten realisierbar ist.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine gesicherte Versorgung der Teilnehmer des Automatisierungssystems mit einer Versorgungsspannung über den Datenbus gewährleistet ist. Mittels der galvanischen Kopplung ist eine gesicherte Kopplung der einzelnen Teilnehmer an den Datenbus zur Aufnahme der Versorgungsspannung ermöglicht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen

1 eine schematische Abbildung eines Systems zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform,
2 eine schematische Abbildung eines Schaltelements eines Teilnehmers des Systems zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform,
3 eine schematische Abbildung eines Automatisierungssystems mit einem System zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung gemäß einer Ausführungsform;
4 eine weitere schematische Abbildung eines Systems zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform;
5 eine schematische Abbildung eines Teilnehmers eines Automatisierungssystems mit einem System zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform;
6 ein Ablaufdiagram eines Verfahrens zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform;
7 ein Ablaufdiagram des Verfahrens zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8a ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines Datenpakets ohne Signalkennung gemäß einem Signalübertragungsstandard des Standes der Technik; und
8b ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines Datenpakets mit Signalkennung gemäß einer Ausführungsform.

Im Folgenden können für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
1 zeigt eine schematische Abbildung eines Systems 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem 300 gemäß einer Ausführungsform. Zum besseren Verständnis wird das System 100 im Zusammenhang mit dem in 6 und 7 beschriebenen Verfahren und den unter 8a und 8b beschriebenen Datensignalen, Datenpaketen und Signalkennungen beschrieben.
Gemäß 1 umfasst ein System 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem 300 einen Teilnehmer 101 und wenigstens einen weiteren Teilnehmer 103 eines Automatisierungssystems 300, die über einen Datenbus 105 miteinander verbunden und ausgebildet sind, über den Austausch von Datensignalen über den Datenbus 105 miteinander zu kommunizieren, und eine Spannungsversorgung 107, zur Versorgung wenigstens des Teilnehmers 101 mit einer Versorgungsspannung über den Datenbus 105, wobei wenigstens der Teilnehmer 101 ein Schaltelement 109 zum Schalten des Teilnehmers 101 von einem Ruhezustand, in dem der Teilnehmer 101 keine vom weiteren Teilnehmer 103 ausgesendeten Datensignale ausliest, in einen Auslesezustand, in dem der Teilnehmer 101 von dem weiteren Teilnehmer 103 ausgesendete Datensignale ausliest, umfasst, wobei das Schaltelement 109 ausgebildet ist, zu bestimmen, ob eine von dem weiteren Teilnehmer 103 zur Initialisierung einer Datenübertragung ausgesendete Signalkennung mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand zu schalten, falls die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, oder den Teilnehmer 101 in dem Ruhezustand zu halten, falls die empfangene Signalkennung nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und wobei der Teilnehmer 101 ausgebildet ist, sich von dem Auslesezustand in den Ruhezustand zurückzuversetzen.
In 1 ist das System 100 mit einem Teilnehmer 101 und drei weiteren Teilnehmern 103 ausgebildet, die jeweils über den Datenbus 105 miteinander verbunden sind. Der Teilnehmer 101 und die drei weiteren Teilnehmer 103 sind identisch ausgebildet und weisen jeweils ein Schaltelement 109, eine Prozessoreinheit 111, eine Filtereinheit 113 und eine zweite Filtereinheit 115 auf. Darüber hinaus weisen der Teilnehmer 101 und die drei weiteren Teilnehmer 103 jeweils eine Sende-/Empfangseinheit 117 auf und sind somit ausgebildet, sowohl Datensignale für eine Datenübertragung über den Datenbus 105 auszusenden als auch Datensignale für eine Datenübertragung zu empfangen.
Der Datenbus 105 ist mit einer Spannungsversorgung 107 verbunden, die den Teilnehmer 101 und die weiteren Teilnehmer 103 mit einer Versorgungsspannung versorgt. Der Teilnehmer 101 und die weiteren Teilnehmer 103 sind ausgebildet, mittels dieser über den Datenbus 105 bereitgestellten Versorgungsspannung betrieben zu werden.
Alternativ kann zwischen der Spannungsversorgung 107 und dem Datenbus 105 eine zusätzliche Filtereinheit 113 (in der Figur nicht gezeigt) geschaltet sein, die eine Schwächung der Datensignale durch die Spannungsversorgung 107 verhindern kann.
Das System 100 in 1 kann als ein abgeschlossenes Automatisierungssystem 300 verstanden werden, bei dem einer der Teilnehmer 101 beziehungsweise der weiteren Teilnehmer 103 die Funktion einer Systemsteuerung beziehungsweise eines Busmasters übernimmt und ausgebildet ist, entsprechende Befehle und Handlungsanweisungen an die übrigen Teilnehmer 101 und weiteren Teilnehmer 103 zum Betrieb des Automatisierungssystems 300 auszusenden.
Alternativ kann das System 100 in 1 als ein abgeschlossener Teil eines Automatisierungssystems 300, wie dies in 3 dargestellt ist, ausgebildet sein. In 1 ist eine derartige Anbindung an ein übergeordnetes Automatisierungssystem 300 nicht dargestellt, da dies für die Beschreibung der Funktionsweise des Systems 100 von untergeordneter Relevanz ist. Für eine Beschreibung des Bezugs des Systems 100 zu einem übergeordneten Automatisierungssystem 300 wird auf die Beschreibung der 3 verwiesen.
Der Teilnehmer 101 und die drei weiteren Teilnehmer 103 der 1 können als gleichberechtigte Teilnehmer des Systems 100 interpretiert werden, von denen jeder gleichwertig berechtigt ist, für eine Datenübertragung zwischen den Teilnehmern Datensignale auszusenden und Datensignale zu empfangen. Alternativ kann auch einer der Teilnehmer 101 beziehungsweise der drei weiteren Teilnehmer 103 die Funktion eines Busmasters übernehmen und die weiteren Teilnehmer des Systems 100 mit dem Aussenden entsprechender Datensignale zu einer Datenübertragung und zur Ausführung entsprechender Handlungen antreiben. Für die Funktionsweise des Systems 100 ist die Funktion des Teilnehmers 101 beziehungsweise der weiteren Teilnehmer 103 innerhalb des Systems 100 von untergeordneter Relevanz, sodass im Folgenden darauf verzichtet werden soll, den einzelnen Systemteilnehmern eine Stellung als Busmaster oder Busslave zuzuweisen.
Mittels des Schaltelements 109 sind der Teilnehmer 101 sowie die drei weiteren Teilnehmer 103 in einen Ruhezustand versetzbar, in dem der Teilnehmer 101 sowie die weiteren Teilnehmer 103 über den Datenbus 105 übertragene Signale nicht auslesen.
Die Spannungspegel der am Datenbus 105 anliegenden Versorgungsspannung sowie auf ausgesendete Datensignale zurückzuführende Spannungspegel werden durch den Teilnehmer 101 sowie die weiteren Teilnehmer 103 im Ruhezustand nicht berücksichtigt. Durch den Ruhezustand wird somit vermieden, dass der Teilnehmer 101 sowie die weiteren Teilnehmer 103 Spannungspegel sowie Pegelschwankungen der am Datenbus 105 anliegenden Spannung als für eine Datenübertragung bestimmte Datensignale interpretieren, selbst wenn die entsprechenden Spannungspegel beziehungsweise Pegelschwankungen, die am Datenbus 105 anliegen, nicht auf eine Datenübertragung zurückzuführen sind, sondern ihren Ursprung beispielsweise in einer schwankenden Versorgungsspannung oder in externen Störungen z. B. in kapazitiver oder induktiver Kopplung haben. Eine derartige Fehlinterpretation von am Datenbus anliegenden Spannungspegeln als entsprechende Datensignale ist insbesondere problematisch für Zeiten, in denen der Datenbus 105 nicht getrieben wird.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Systems 100 sowie des Schaltelements 109 und die Zusammenwirkung des Schaltelements 109 mit den weiteren Bauteilen der einzelnen Teilnehmer auf Basis des Teilnehmers 101 und eines weiteren Teilnehmers 103 beschrieben.
Zur Vereinfachung der Erklärung des Systems 100 wird der Teilnehmer 101 als Empfänger und einer der weiteren Teilnehmer 103 als Sender einer Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und dem weiteren Teilnehmer 103 angesehen. Da in der Ausführungsform des Systems 100 der 1 jeder der Teilnehmer 101, 103 eine Sende-/Empfangseinheit 117 aufweist, ist jeder der Teilnehmer 101, 103 in der Lage, sowohl als Sender als auch als Empfänger zu fungieren.
Ferner soll das System 100 nicht auf eine Kommunikation zwischen ausschließlich zwei Teilnehmern des Systems 100 beschränkt sein. Vielmehr ist ebenfalls eine Kommunikation zwischen mehreren Teilnehmern des Systems 100 möglich, bei der ein als Sender fungierender Teilnehmer 101 oder weiterer Teilnehmer 103 zur Datenübertragung entsprechende Datensignale an mehrere als Empfänger fungierende Teilnehmer des Systems 100 sendet.
Die als Empfänger fungierenden Teilnehmer sind hierbei in der Lage, die vom Sender ausgesendeten Datensignale zu empfangen und gemäß den oben beschriebenen Schritten auszulesen. Ferner sind die als Empfänger fungierenden Teilnehmer 101, 103 in der Lage, nach Empfang der zur Datenübertragung ausgesendeten Datensignale entsprechende Antwortnachrichten in Form von ausgesendeten Datensignalen an den in der vorherigen Datenübertragung als Sender fungierenden Teilnehmer auszusenden. Die Teilnehmer 101, 103 des Systems 100 können in einer Master-Slave-Hierarchie angeordnet sein, in der ein Teilnehmer 101, 103 des Systems 100 die Rolle eines System-Masters einnimmt, während die restlichen Teilnehmer 101, 103 die Rolle eines System-Slaves einnehmen. Alternativ können die Teilnehmer 101, 103 als gleichwertige Teilnehmer des Systems 100 betrieben werden.
Aufgrund der identischen Ausbildung des Teilnehmers 101 und der weiteren Teilnehmer 103 in dem in 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel des Systems 100 kann die im Folgenden angeführte Beschreibung der Funktionsweise des Schaltelements 109 und der weiteren Bestandteile des Teilnehmers 101 auf die weiteren Teilnehmer 103 des Systems 100 analog übertragen werden.
Das Schaltelement 109 ist ausgebildet, den Teilnehmer 101 aus dem Ruhezustand in einen Auslesezustand zu schalten, in dem der Teilnehmer 101 über den Datenbus 105 ausgesendete Datensignale auslesen kann. Hierzu ist gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform das Schaltelement 109 mit der Sende-/Empfangseinheit 117 und der Prozessoreinheit 111 des Teilnehmers 101 verbunden. Die Sende-/Empfangseinheit 117 ist wiederum über die zweite Filtereinheit 115 mit dem Datenbus 105 verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Filtereinheit 113 als ein Tiefpassfilter ausgebildet sein, der ausschließlich für die Versorgungsspannung durchlässig ist und eine Ankopplung des Teilnehmers 101 an die am Datenbus 105 anliegende Versorgungsspannung ermöglicht.
Die zweite Filtereinheit 115 kann einen Hochpassfilter umfassen, der ausschließlich für Signale eines vorbestimmten Frequenzbereichs durchlässig ist. Der vorbestimmte Frequenzbereich entspricht vorzugsweise dem Frequenzbereich der von den weiteren Teilnehmern 103 ausgesendeten Datensignale. Somit kann gewährleistet werden, dass an der Prozessoreinheit 111, die über das Schaltelement 109 und die Sende-/Empfangseinheit 117 mit der Filtereinheit 113 verbunden ist, ausschließlich Spannungspegel der übertragenen Datensignale anliegen und die Prozessoreinheit 111 somit vor einem Beaufschlagen mit der Versorgungsspannung und einem damit verbundenen Zerstören der Prozessoreinheit 111 geschützt ist.
Ein über den Datenbus 105 ausgesendetes Datensignal wird über die zweite Filtereinheit 115 an die Sende-/Empfangseinheit 117 des Teilnehmers 101 weitergeleitet und von dieser aufgenommen. Befindet sich das Schaltelement 109 in dem Auslesezustand, so wird das durch die Sende-/Empfangseinheit 117 empfangene Datensignal an die Prozessoreinheit 111 weitergeleitet und von dieser ausgelesen. Befindet sich das Schaltelement 109 im Ruhezustand, ist eine Verbindung zwischen der Sende-/Empfangseinheit 117 und der Prozessoreinheit 111 unterbrochen, und ein Auslesen des empfangenen Datensignals durch die Prozessoreinheit 111 findet nicht statt.
Befindet sich der Teilnehmer 101 im Ruhezustand, kann der Teilnehmer 101 zur Initialisierung einer Datenübertragung mit wenigstens einem weiteren Teilnehmer 103 durch das Schaltelement 109 in den Auslesezustand geschaltet werden. Hierzu wird zur Initialisierung der Datenübertragung von wenigstens einem weiteren Teilnehmer 103 eine Signalkennung über den Datenbus 105 ausgesendet und von der Sende-/Empfangseinheit 117 des Teilnehmers 101 empfangen und an das Schaltelement 109 weitergeleitet.
Das Schaltelement 109 ist wiederum ausgebildet, zu beurteilen, ob die empfangene Signalkennung einer vorbestimmten Signalkennung entspricht. Stimmt die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung überein, so schaltet das Schaltelement 109 den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand, wodurch die Verbindung zwischen der Sende-/Empfangseinheit 117 und der Prozessoreinheit 111 über das Schaltelement 109 freigegeben ist und die Prozessoreinheit 111 weitere von der Sende-/Empfangseinheit 117 empfangene Datensignale auslesen kann.
Eine Signalkennung kann hierbei, wie in 8b dargestellt, eine Sequenz von hintereinander gesendeten Datensignalen sein, die jeweils logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen entsprechen.
Zur Überprüfung der empfangenen Signalkennung durch das Schaltelement 109 kann das Schaltelement 109 ausgebildet sein, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation eine Übereinstimmung zwischen der empfangenen Signalkennung und einer vorbestimmten Signalkennung bestimmen.
Eine Logikoperation kann hierbei beispielsweise eine Logikverknüpfung einzelner logischer Eins-Zustände und logischer Null-Zustände der Signalkennung sein. Eine logische Verknüpfung kann beispielsweise eine Und-Verknüpfung, eine Oder-Verknüpfung, eine Nicht-Verknüpfung, eine Nicht-Und-Verknüpfung, eine Nicht-Oder-Verknüpfung, eine Exklusiv-Oder-Verknüpfung oder eine Exklusiv-Nicht-Oder-Verknüpfung sein. Alternativ kann die Logikoperation auch eine anders geartete logische Verknüpfung oder logische Handlungsvorschrift sein, die es ermöglicht, eine Beurteilung der Übereinstimmung der empfangenen Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung zu bestimmen.
Auf Basis der auf die empfangene Signalkennung angewendeten Logikoperation bestimmt das Schaltelement 109 die Übereinstimmung zwischen der empfangenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung und schaltet den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand, falls die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt. Liegt keine Übereinstimmung vor, so hält das Schaltelement 109 den Teilnehmer 101 im Ruhezustand und eine Datenübertragung kommt nicht zustande.
Eine Übereinstimmung wird bestimmt, wenn die Anwendung der Logikoperation auf die aufgenommene Signalkennung einen identischen logischen Wahrheitswert oder eine Mehrzahl von identischen logischen Wahrheitswerten ergibt, wie dies für eine Anwendung der Logikoperation auf die vorbestimmte Signalkennung zu erwarten wäre.
Nach abgeschlossener Datenübertragung ist der Teilnehmer 101 ferner ausgebildet, sich selbständig in den Ruhezustand zurückzuversetzen. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass nach beendigter Datenübertragung der Teilnehmer 101 nicht im Auslesezustand verbleibt, was dazu führen könnte, dass der Teilnehmer 101 Pegeländerungen der am Datenbus 105 anliegenden Spannung irrtümlich als ausgesendete Datensignale interpretiert, was wiederum zu einer fehlerhaften Datenübertragung führen kann.
Der Datenbus 105 ist in der Ausführungsform in 1 als ein differentieller Datenbus mit einem verdrillten Leitungspaar ausgebildet. Alternativ kann der Datenbus 105 auch als ein differentieller Datenbus mit zwei verdrillten Leitungspaaren ausgebildet sein. Vorzugsweise kann der Datenbus 105 als eine serielle Schnittstelle, beispielsweise die serielle Schnittstelle RS485 ausgebildet sein. Zur Datenübertragung über die Schnittstelle RS485 kann zusätzlich das UART-Protokoll verwendet werden.
Das UART-Protokoll sieht vor, dass der Datenbus für Zeiten, zu denen keine Datenübertragung stattfindet, auf einen Hochpegel (High Level) gesetzt wird. Zur Initialisierung einer Datenübertragung wird jedes Datenpaket der Datenübertragung mit einem Start-Bit versehen, das zu einer Pegelschwankung des Datenbusses von dem Hochpegel (High Level) auf einen Niedrigpegel (Low Level) führt. Ein an dem Datenbus angeschlossener Teilnehmer interpretiert diese Pegelschwankung als eine Initialisierung einer bevorstehenden Datenübertragung und interpretiert die folgenden Pegelschwankungen als entsprechende Datensignale. Nach beendeter Datenübertragung setzt der jeweilige Sender der Datensignale den Datenbus wieder auf den Hochpegel, wodurch der Datenbus für die nächste Datenübertragung bereitgestellt ist.
Bei einem System mit mehreren Teilnehmern, bei dem eine kombinierte Datenübertragung und Energieübertragung über einen Datenbus realisiert wird, wie bei dem System 100 in 1, besteht die Problematik, dass mindestens für den Zeitpunkt, in dem ein sendender Teilnehmer in einen Empfangszustand schaltet, um entsprechenden Antwortsignale anderer Teilnehmer zu empfangen, der Datenbus 105 für eine substantielle Zeitspanne nicht getrieben ist und somit der Datenbus nicht auf einem Hochpegel (High Level) gehalten werden kann. In diesen Zeitraum fällt der Spannungspegel auf dem Datenbus auf Null.
Soll über den Datenbus zusätzlich zur Datenübertragung eine Energieversorgung bewirkt werden, ergibt sich zusätzlich die Problematik, dass aufgrund von zwischen dem Datenbus und den Teilnehmern verschalteter Filtereinheiten, die notwendig sind, um die Prozessoreinheiten der Teilenehmer vor einem Beaufschlagen mit der Versorgungsspannung zu schützen, es nicht möglich ist, durch den Sender dauerhaft einen Strom in die Bus-Leitung einzuprägen, um den Datenbus auf dem Hochpegel (High Level) zu halten.
Gemäß dem Standard für die RS485-Schnittstelle sind Spannungspegel in einem Bereich zwischen -200 mV und 200 mV für den Empfänger nicht als logische Eins-Zustände oder logische Null-Zustände interpretierbar. Für den Zeitraum, in dem die Spannung von dem Hochpegel (High Level) aufgrund des Schaltens des Senders von dem Sendezustand in den Empfangszustand auf Null fällt, ist der Empfänger in einem unbestimmten Zustand, in dem das Verhalten des Empfängers nicht vorhersagbar ist. Dieser unbestimmte Zustand kann zu Fehlinterpretationen durch den Empfänger führen, was wiederum zu einer fehlerhaften Datenübertragung der einzelnen Teilnehmer führen kann.
In dem System 100 in 1 kann mittels des Schaltelements 109 ein solch unbestimmter Zustand eines Teilnehmers 101, 103 des Systems 100 dadurch vermieden werden, dass für den Zeitraum, in dem keine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und einem weiteren Teilnehmer 103 bevorsteht, der Teilnehmer 101 beziehungsweise der weitere Teilnehmer 103 in den Ruhezustand versetzt wird, in dem der Teilnehmer 101 beziehungsweise der weitere Teilnehmer 103 die am Datenbus 105 anliegenden Spannungspegel nicht ausliest. So liegt der Spannungspegel des Datenbusses zwar weiterhin in dem unbestimmbaren Bereich zwischen -200 mV und 200 mV, der im Ruhezustand befindliche Teilnehmer 101, 103 liest die Spannungspegel aber nicht aus, wodurch eine Fehlinterpretation aufgrund unbestimmbarer Spannungspegel durch den Teilnehmer 101, 103 vermieden ist.
Zur Initialisierung der Datenübertragung wird durch das Aussenden der Signalkennung der Teilnehmer 101 durch das Schaltelement 109 in den Auslesezustand geschaltet, indem der Teilnehmer 101 die am Datenbus 105 anliegenden Spannungspegel, insbesondere die der entsprechenden Datensignale, ausliest. Der Datenbus 105, insbesondere die serielle Schnittstelle RS485, muss für die Zeiten, in denen keine Datenübertragung ansteht (Idle-Zustand des Datenbusses), nicht konstant auf einem Hochpegel (High Level) gehalten werden. Darüber hinaus ist es für die Datenübertragung unkritisch, wenn der Spannungspegel des Datenbusses beziehungsweise der seriellen Schnittstelle RS485 gegen Null geht, insbesondere in den unbestimmten Bereich zwischen -200 mV und -200 mV fällt.
Durch die Ausbildung der Teilnehmer 101, 103 des Systems 100 mit dem Schaltelement 109 kann darüber hinaus vermieden werden, das System 100 mit entsprechenden Fail-Safe-Schaltungen zu versehen. Für den Betrieb der RS485-Schnittstelle mit mehreren Busteilnehmern ist das wie oben beschriebene Problem bekannt, dass für den nicht-getriebenen Zustand (Idle-Zustand des Busses) der Spannungspegel auf dem Bus in den unbestimmten Zustand zwischen -200 mV und 200 mV fällt. Für gewöhnlich wird das Problem des unbestimmten Spannungszustands im nicht-getriebenen Zustand des Busses durch die zusätzliche Schaltung einer Fail-Safe-Schaltung behoben, die für gewöhnlich eine Kombination von Pull-up- und Pull-down-Widerständen, die jeweils an den Leitungen der RS485 Schnittstelle angeschlossen sind und dafür sorgen, dass der Spannungspegel auf der RS485-Schnittstelle im nicht-getriebenen Zustand nicht in den unbestimmten Bereich zwischen -200 mV und 200 mV fällt.
Würde die RS485-Schnittstelle beziehungsweise ein entsprechender differentieller Datenbus jedoch, wie vorliegend, für eine kombinierte Datenübertragung und Energieübertragung genutzt, wäre es notwendig, jeden Teilnehmer mit einer entsprechenden Fail-Safe-Schaltung zu versehen, da zum Schutz der entsprechenden Prozessoreinheit 111 der jeweiligen Teilnehmer 101, 103 diese mit entsprechenden Filterelementen 113, 115 versehen werden müssen. Die in den Filterelementen 113 ausgebildeten Kapazitäten sorgen dafür, dass jeder Teilnehmer 101, 103 mit einer entsprechenden Fail-Safe-Schaltung auszustatten ist.
Wie oben beschrieben, kann durch die Ausgestaltung der Teilnehmer 101, 103 jeweils mit einem Schaltelement 109 auf entsprechende Fail-Safe-Schaltungen verzichtet werden, da durch das Schalten in den Ruhezustand des Teilnehmers 101, 103 durch das Schaltelement 109 ein Spannungspegel des Datenbusses 105, insbesondere der seriellen Schnittstelle RS485, in dem unbestimmten Bereich zwischen 200 mV und -200 mV für die Datenübertragung innerhalb des Systems 100 unkritisch ist.
2 zeigt eine schematische Abbildung eines Schaltelements 109 eines Teilnehmers 101 des Systems 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem 300 gemäß einer Ausführungsform.
Gemäß 2 umfasst das Schaltelement 109 ein Schieberegister 201, ein Logikelement 205 und ein Haltelement 207. Das Schieberegister 201 ist mit dem Logikelement 205 verbunden und das Logikelement 205 ist mit dem Halteelement 207 verbunden. Das Schieberegister 201 ist ausgebildet, eine durch die Sende-/Empfangseinheit 117 empfangene Signalkennung zu registrieren. Hierzu umfasst das Schieberegister 201 eine Mehrzahl von Flip-Flop-Elementen 203, die ausgebildet sind, jeweils einen logischen Eins-Zustand oder einen logischen Null-Zustand der Signalkennung temporär zu speichern.
In 2 ist das Schieberegister 201 mit acht Flip-Flop-Elementen 203 ausgebildet. Alternativ kann das Schieberegister 201 jedoch auch vier, sechzehn, zweiunddreißig oder eine beliebige Anzahl von Flip-Flop-Elementen 203 umfassen. Die Anzahl von Flip-Flop-Elementen 203 des Schieberegisters 201 beschränkt die Anzahl von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen einer Signalkennung, die durch das Schaltelement 109 in der Beurteilung berücksichtigt werden kann.
Das Logikelement 205 ist ausgebildet, die Logikoperation zur Bestimmung der Übereinstimmung der empfangenen und durch das Schieberegister 201 registrierten Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung durchzuführen.
Das Halteelement 207 ist ausgebildet, auf Basis der durch das Logikelement 205 bestimmten Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand zu schalten oder diesen in dem Ruhezustand zu halten.
Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform ist das Logikelement 205 als ein Logikgatter ausgebildet. Insbesondere ist das Logikgatter als ein Nicht-Und-Gatter ausgebildet.
Das Logikgatter umfasst ein erstes Logikgatterelement 215, ein zweites Logikgatterelement 225, ein drittes Logikgatterelement 235 und ein viertes Logikgatterelement 245.
Das zweite Logikgatterelement 225 stellt eine Nicht-Und-Verknüpfung zwischen dem logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand des ersten Flip-Flop-Elements 213 und dem logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand des dritten Flip-Flop-Elements 233 her. Das vierte Logikgatterelement 245 erstellt eine Nicht-Und-Verknüpfung zwischen dem logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand des fünften Flip-Flop-Elements 253 und des siebten Flip-Flop-Elements 273.
Hierzu erstellt das zweite Logikgatterelement 225 eine Und-Verknüpfung zwischen dem Komplementärwert des logischen Eins-Zustands oder logischen Null-Zustands des ersten Flip-Flop-Elements 213 und dem logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand des dritten Flip-Flop-Elements 233. Der Komplementärwert entspricht dabei genau dem entgegengesetzten logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand zu dem tatsächlich durch das erste Flip-Flop-Element 213 gespeicherten logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand.
Auf Basis dieser Und-Verknüpfung erstellt das zweite Logikgatterelement 225 einen entsprechenden ersten logischen Wahrheitswert.
Das vierte Logikgatterelement 245 erstellt eine Und-Verknüpfung zwischen dem Komplementärwert des logischen Eins-Zustands oder logischen Null-Zustands des fünften Flip-Flop-Elements 253 mit dem logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand des siebten Flip-Flop-Elements 273. Auf Basis dieser Und-Verknüpfung bestimmt das vierte Logikgatterelement 245 einen entsprechenden zweiten logischen Wahrheitswert.
Das erste Logikgatterelement 215 erstellt wiederum eine Und-Verknüpfung zwischen den beiden durch das zweite Logikgatterelement 225 und das vierte Logikgatterelement 245 erstellten ersten und zweiten logischen Wahrheitswerten. Auf Basis dieser Und-Verknüpfung der zwei logischen Wahrheitswerte bestimmt das erste Logikgatterelement 215 einen dritten logischen Wahrheitswert und bestimmt auf Basis des dritten logischen Wahrheitswerts die Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung.
Eine Übereinstimmung zwischen einer registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung liegt dann vor, wenn für beide Signalkennungen der gleiche dritte logische Wahrheitswert erzielt wird. Die logischen Wahrheitswerte sind, wie oben beschrieben, logische Eins-Wahrheitswerte oder logische Null-Wahrheitswerte.
Bestimmt das Logikelement 205 für die registrierte Signalkennung einen anderen logischen Wahrheitswert als für die vorbestimmte Signalkennung, wird keine Übereinstimmung bestimmt.
In der Ausführungsform in 2 wird das dritte Logikgatterelement 235 nicht verwendet.
Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst das Halteelement 207 einen S-R-Latch 209 und einen Multiplexer 211. Der S-R-Latch 209 ist über dessen S-Eingang S mit dem ersten Logikgatterelement 215 verbunden. Über den Ausgang Q ist der S-R-Latch 209 mit einem Steuer-Eingang S0 des Multiplexers 211 mit dem Multiplexer 211 verbunden. Der Multiplexer 211 ist über einen Ausgang 0 mit der Prozessoreinheit 111 des Teilnehmers 101 verbunden. Über einen ersten Eingang E0 ist der Multiplexer 211 mit dem Datenbus 105 des Systems 100 verbunden. Ein zweiter Eingang E1 des Multiplexers 211 dient als Referenzeingang und ist auf einen logischen Eins-Zustand oder einem logischen Null-Zustand gesetzt. Vorzugsweise wird der Eingang E1 auf den Wert gesetzt, der dem Ruhepegel des nachgeschalteten UART Protokolls, also den Hochpegel (High Level), sprich auf einen logischen Eins-Zustand.
Alternativ kann zwischen dem ersten Eingang E0 des Multiplexers 211 und dem Datenbus 105 ein weiteres Schaltungselement (2 nicht dargestellt) geschaltet sein, um eine Verzögerung des Logikelements 205 zu kompensieren und eine durch die Verzögerung bewirkte fehlende Synchronisation der Prozessoreinheit 111 zu vermeiden. Beispielsweise kann der erste Eingang E0 des Multiplexers 211 mit einem Ausgang des Schieberegisters 201 verbunden sein.
Der S-R-Latch 209 ist über einen R-Eingang R wiederum mit der Prozessoreinheit 111 verbunden.
Über den S-Eingang S empfängt der S-R-Latch 209 von dem ersten Logikgatterelement 215 den dritten logischen Wahrheitswert. Entspricht der dritte logische Wahrheitswert einer Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung, schaltet der S-R-Latch 209 in einen Set-Zustand. Im Set-Zustand überträgt der S-R-Latch 209 über den Ausgang Q ein entsprechendes Schaltsignal an den Steuer-Eingang S0 des Multiplexers 211. Hierauf schaltet der Multiplexer 211 den ersten Eingang E0 und den Ausgang 0 in eine Durchlassstellung und verbindet somit die Prozessoreinheit 111 mit dem Datenbus 105. Der Teilnehmer 101 ist somit im Auslesezustand und kann über die Prozessoreinheit 111 über den Datenbus 105 übertragene Datensignale auslesen.
Gemäß 1 ist zwischen dem Schaltelement 109 und dem Datenbus 105 die Sende-/Empfangseinheit 117 geschaltet. Zur vereinfachten Darstellung ist auf diese in 2 verzichtet.
Entspricht der von dem ersten Logikgatterelement 215 bestimmte und an den S-R-Latch 209 weitergeleitete dritte logische Wahrheitswert nicht einer Übereinstimmung zwischen der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung, schaltet der S-R-Latch 209 nicht in den Set-Zustand und gibt kein Schaltsignal an den Steuer-Eingang S0 des Multiplexers 211 aus. Der Multiplexer 211 schaltet folglich nicht den ersten Eingang E0 und den Ausgang 0 in einen Durchlasszustand, und eine Verbindung zwischen dem Prozessorelement 111 und dem Datenbus 105 ist nicht hergestellt. Der Teilnehmer 101 befindet sich somit im Ruhezustand.
Nach beendeter Datenübertragung gibt die Prozessoreinheit 111 ein entsprechendes Reset-Signal an den R-Eingang R des S-R-Latch 209 aus. Hierauf schaltet der S-R-Latch 209 in den Reset-Zustand und sendet ein entsprechendes Signal über den Steuer-Eingang S0 an den Multiplexer 211, woraufhin der Multiplexer 211 die Verbindung zwischen der Prozessoreinheit 111 und dem Datenbus 105 unterbricht. Der Teilnehmer 101 ist somit in den Ruhezustand zurückversetzt.
Die mit dem Ausgang O des Multiplexers 211 verbundene Prozessoreinheit 111 und die mit dem R-Eingang R des S-R-Latch 209 verbundene Prozessoreinheit 111 in 2 stellen jeweils verschiedene Funktionen der gleichen Prozessoreinheit 111 dar.
In der Ausführungsform in 2 ist das Logikgatter des Logikelements 205 als ein wie oben beschriebenes Nicht-Und-Gatter ausgebildet, das lediglich die logischen Eins-Zustände oder die logischen Null-Zustände des ersten Flip-Flop-Elements 213, des dritten Flip-Flop-Elements 233, des fünften Flip-Flop-Elements 253 und des siebten Flip-Flop-Elements 273 berücksichtigt. Alternativ kann das Logikgatter jedoch auch als ein anderes Logikgatter mit einer anderen logischen Verknüpfung ausgebildet werden, das mehr oder weniger logische Eins-Zustände oder logische Null-Zustände der Flip-Flop-Elemente des Schieberegisters 201 berücksichtigt.
Das Schieberegister 201 kann mit einer doppelten Taktrate des Symboltaktes des weiteren Teilnehmers 103 betrieben werden, wobei der Symboltakt dem Takt entspricht, mit dem der weitere Teilnehmer 103 im Zuge der Datenübertragung Symbole zur Kommunikation aussendet. Alternativ kann das Schieberegister 201 auch mit einer anderen Datenrate betrieben werden.
Durch den Betrieb des Schieberegisters 201 mit mindestens dem doppelten Symboltakt des als Sender auftretenden weiteren Teilnehmers 103 kann erreicht werden, dass alle zu einer ausgesendeten Signalkennung gehörenden logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände durch das Schieberegister 201 registriert werden. Durch die entsprechende Taktung des Schieberegisters 201 mit dem doppelten Symboltakt wird vermieden, dass aufgrund nicht zusammenpassender Taktungen des Aussendens der logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände einer Signalkennung durch den weiteren Teilnehmer 103 und des Registrierens der jeweiligen der logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände durch das Schieberegister einzelne logische Eins-Zustände oder logische Null-Zustände nicht registriert werden.
Die Ausgestaltung des Schieberegisters 201, des Logikgatters des Logikelements 205 sowie des Halteelements 207, insbesondere der Verschaltung des S-R-Latch 209 und des Multiplexers 211, kann auch von der in 2 Gezeigten abweichen. Ebenfalls kann die Verschaltung zwischen dem Schieberegister 201, dem Logikgatter des Logikelements 205 und dem Halteelement 207 von der in 2 Gezeigten abweichen.
3 zeigt eine schematische Abbildung eines Automatisierungssystems 300 mit einem System 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung gemäß einer Ausführungsform. Das Automatisierungssystem 300 umfasst eine Steuerung 301, einen zweiten Datenbus 307, die Spannungsversorgung 107 und zwei mit dem zweiten Datenbus 307 verbundene Buskoppler 303. Das Automatisierungssystem 300 umfasst ferner zwei Systeme 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung, die jeweils einen Teilnehmer 101 und drei weitere Teilnehmer 103, die jeweils über einen Datenbus 105 verbunden sind, umfassen. Die beiden Systeme 100 sind über den Buskoppler 303 in das Automatisierungssystem 300 integriert. Jeder der Datenbusse 105 umfasst ferner eine Terminierung 305, die jeweils am Ende des Datenbusses 105 ausgebildet ist und dazu dient, eine Reflexion ausgesendeter Datensignale am Ende des Datenbusses 105 zu unterbinden. Über die Spannungsversorgung 107 sind die Teilnehmer 101, 103 des Systems 100 über den Datenbus 105 mit einer Versorgungsspannung versorgt.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist einer der weiteren Teilnehmer 103 mit dem Buskoppler 303 des Automatisierungssystems 300 verbunden. Dieser weitere Teilnehmer 103 nimmt im System 100 die Funktion eines Busmasters ein, während die beiden weiteren Teilnehmer 103 und der Teilnehmer 101 die Funktion eines Busslaves einnehmen.
Mittels des Buskopplers 303 sind das jeweilige System 100 und der entsprechende Datenbus 105 an den zweiten Datenbus 307 des Automatisierungssystems 300 gekoppelt. Der zweite Datenbus 307 kann beispielsweise als ein Feldbus ausgestaltet sein. Der zweite Datenbus 307 kann auch auf einem industriellen Ethernet-Protokoll, beispielsweise dem EtherCAT-Protokoll, basieren. Mittels des Buskopplers 303 können die beiden Kommunikationsprotokolle des Datenbusses 105 und des zweiten Datenbusses 307 miteinander gekoppelt werden, sodass eine Kommunikation der Steuerung 301 des Automatisierungssystems 300 mit einem der Teilnehmer 101, 103 der beiden Systeme 100 ermöglicht ist. Die Teilnehmer 101 und die weiteren Teilnehmer 103, die in der Ausführungsform in 3 die Funktion eines Busslaves einnehmen, können jeweils einen Sensor, einen Aktor oder ein weiteres Gerät des Automatisierungssystems 300 umfassen. Über den als Busmaster fungierenden weiteren Teilnehmer 103 können die genannten Teilnehmer 101, 103 gemäß den Handlungsvorschriften der Steuerung 301 des Automatisierungssystems 300 angesteuert werden, entsprechende Handlungen durchzuführen, Messwerte aufzunehmen oder andere Statusmeldungen auszugeben und über den Datenbus 105 und den zweiten Datenbus 307 mit der Steuerung 301 kommunizieren.
4 zeigt eine weitere schematische Abbildung des Systems 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem 300 gemäß einer Ausführungsform.
In 4 sind lediglich ein Teilnehmer 101 und ein weiterer Teilnehmer 103 des Systems 100 gezeigt, die über den Datenbus 105 miteinander verbunden sind. Über den Datenbus 105 werden der Teilnehmer 101 und der weitere Teilnehmer 103 mit einer Versorgungsspannung der Spannungsversorgung 107 versorgt.
Der Datenbus 105 ist wiederum als ein differentieller Datenbus mit zwei verdrillten Datenleitungen ausgebildet. Der Datenbus 105 weist ferner zwei Terminierungen 305 auf, die an den beiden Enden des Datenbusses 105 ausgebildet sind. Jede der Terminierungen 305 weist eine erste Kapazität 401 und eine erste Induktivität 403 auf. Die Terminierungen 305 sind ausgebildet, eine Reflexion von über den Datenbus 105 ausgesendeten Datensignalen zu unterdrücken. Die Terminierungen 305 sind dabei derart ausgestaltet, dass der Widerstand der Terminierung 305 jeweils dem Wellenwiderstand der Leitungen des Datenbusses 105 entsprechen.
Der Teilnehmer 101 und der weitere Teilnehmer 103 weisen jeweils eine zweite Filtereinheit 115 auf. Die zweite Filtereinheit 115 umfasst jeweils eine zweite Kapazität 405, eine dritte Kapazität 407, eine zweite Induktivität 409 und eine dritte Induktivität 411. In der Ausführungsform von 4 ist die zweite Filtereinheit 115 einen Passfilter, vorzugsweise ein Hochpassfilter, umfassend ausgebildet. Die zweite Filtereinheit 115 ist damit ausschließlich durchlässig für Spannungssignale mit Frequenzen aus einem ausgewählten Frequenzbereich. Vorzugsweise entspricht der ausgewählte Frequenzbereich der zweiten Filtereinheit 115 dem Frequenzbereich der Datensignale, die von dem Teilnehmer 101 oder von dem weiteren Teilnehmer 103 über den Datenbus 105 zur Datenübertragung ausgesendet werden. Somit wird vermieden, dass Spannungspegel der Versorgungsspannung an der Prozessoreinheit 111 des Teilnehmers 101 oder des Weiteren Teilnehmers 103 anliegen und diese zerstören.
In 4 umfassen der Teilnehmer 101 und der weitere Teilnehmer 103 alle Merkmale der in 1 gezeigten Teilnehmer. Lediglich zu Zwecken der Übersichtlichkeit ist in 4 auf die Darstellung des Schaltelements 109, der Prozessoreinheit 111, der zweiten Filtereinheit 115 und der Sende-/Empfangseinheit 117 verzichtet worden. Ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 4 lediglich ein Teilnehmer 101 und weiterer Teilnehmer 103 ausgebildet. Das System 100 soll aber weder auf die Anzahl der in 4 gezeigten Teilnehmer noch auf die Anzahl der in 1 gezeigten Teilnehmer beschränkt sein. Vielmehr kann das System 100 eine beliebige Anzahl von Teilnehmern 101, 103 umfassen.
5 zeigt eine schematische Abbildung eines Teilnehmers 101 eines Automatisierungssystems 300 mit einem System 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform.
Gemäß 5 umfasst der Teilnehmer 101 die Prozessoreinheit 111 zum Auslesen von Datensignalen eines weiteren Teilnehmers 103 des Systems 100 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem 300. Der Teilnehmer 101 umfasst ferner das Schaltelement 109 zum Schalten des Teilnehmers 101 aus dem Ruhezustand in den Auslesezustand. Der Teilnehmer 101 umfasst darüber hinaus die Sende-/Empfangseinheit 117 zum Senden und Empfangen der Datensignale zur Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und wenigstens einem weiteren Teilnehmer 103 des Systems 100. Darüber hinaus umfasst der Teilnehmer 101 die Filtereinheit 113 und die zweite Filtereinheit 115. Die Filtereinheit 113 kann beispielsweise als ein Tiefpassfilter ausgebildet sein und dazu dienen, die Spannungsversorgung des Teilnehmers 101 mit der an dem Datenbus 105 anliegenden Versorgungsspannung zu gewährleisten. Hierzu kann die Filtereinheit 113 mit einem Kopplungselement 501 zur galvanischen Kopplung des Teilnehmers 101 an die Versorgungsspannung ausgestaltet sein.
Die zweite Filtereinheit 115 kann einen Hochpassfilter umfassen und dazu dienen, die Datensignale von der am Datenbus 105 anliegenden Versorgungsspannung zu trennen, sodass an der Prozessoreinheit 111 ausschließlich Spannungspegel der Datensignale anliegen.
Die Prozessoreinheit 111 ist mit dem Schaltelement 109 verbunden. Das Schaltelement 109 ist mit der Sende-/Empfangseinheit 117 verbunden. Die Sende-/Empfangseinheit 117 ist mit der Filtereinheit 113 und mit der zweiten Filtereinheit 115 verbunden.
Eine über den Datenbus 105 gesendete Signalkennung wird durch die zweite Filtereinheit 115 an die Sende-/Empfangseinheit 117 weitergeleitet und von dieser empfangen. Das mit der Sende-/Empfangseinheit 117 verbundene Schaltelement 109 bestimmt die Übereinstimmung der empfangenen Signalkennung gemäß den zu 1 und 2 beschriebenen Schritten.
Bei einer Übereinstimmung der Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung schaltet das Schaltelement 109 den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand, wodurch eine Verbindung zwischen der Prozessoreinheit 111 und dem Datenbus 105 über die zweite Filtereinheit 115 und die Sende-/Empfangseinheit 117 hergestellt ist. Eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und wenigstens einem weiteren Teilnehmer 103 des Systems 100 ist somit ermöglicht.
Der Teilnehmer 101 kann ferner einen Sensor, einen Aktor, oder weiteres Gerät eines Automatisierungssystems 300 umfassen, die in 5 nicht dargestellt sind.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem 300 gemäß einer Ausführungsform.
Das Automatisierungssystem 300 umfasst, wie oben dargestellt, einen Teilnehmer 101 und wenigstens einen weiteren Teilnehmer 103, die über einen Datenbus 105 miteinander verbunden sind und ausgebildet sind, über den Austausch von Datensignalen über den Datenbus 105 miteinander zu kommunizieren. Das Automatisierungssystem 300 umfasst ferner eine Spannungsversorgung 107 zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung über den Datenbus 105 an wenigstens den Teilnehmer 101 und gegebenenfalls den weiteren Teilnehmer 103. Mindestens der Teilnehmer 101 umfasst das Schaltelement 109 zum Schalten des Teilnehmers 101 aus dem Ruhezustand in den Auslesezustand.
In 6 sind die durch den weiteren Teilnehmer 103, der als Sender von Datensignalen agiert, durchgeführten Handlungen von denen durch den Teilnehmer 101, der als Empfänger der vom weiteren Teilnehmer 103 gesendeten Datensignalen agiert, durchgeführten Handlungen getrennt dargestellt. Die in 6 dargestellten durchgezogenen Pfeile stellen eine zeitliche wie kausale Abfolge der durch den Teilnehmer 101 und der durch den weiteren Teilnehmer 103 vorgenommenen Handlungen dar. Die gestrichelten Pfeile symbolisieren hingegen eine Verknüpfung der beiden Handlungsstränge des Teilnehmers 101 und weiteren Teilnehmers 103.
Gemäß 6 umfasst das Verfahren 600: Senden einer Signalkennung durch den weiteren Teilnehmer 103 über den Datenbus 105 zur Initialisierung einer Datenübertragung an den Teilnehmer 101 in einem Kennungssendeschritt 601, Aufnehmen der Signalkennung durch das Schaltelement 109 des Teilnehmers 101 in einem Kennungsaufnahmeschritt 603, Überprüfen, ob die aufgenommene Signalkennung mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, durch das Schaltelement 109 in einem Überprüfungsschritt 605, falls die aufgenommene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, Schalten des Teilnehmers 101 in den Auslesezustand durch das Schaltelement 109 in einem Schaltschritt 607, Senden eines Datenpakets durch den weiteren Teilnehmer 103 zur Datenübertragung an den Teilnehmer 101 in einem Datensendeschritt 609, Auslesen des durch den weiteren Teilnehmer 103 ausgesendeten Datenpakets durch den Teilnehmer 101 in einem Ausleseschritt 611, nach Beendigung der Datenübertragung Zurücksetzen des Teilnehmers 101 in den Ruhezustand durch den Teilnehmer 101 in einem Zurücksetzschritt 613, oder, falls die aufgenommene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung nicht übereinstimmt, Halten des Teilnehmers 101 in dem Ruhezustand durch das Schaltelement 109 in einem Halteschritt 615.
Zur Initialisierung einer bevorstehenden Datenübertragung zwischen zwei Teilnehmern 101, 103 des Systems 100 sendet der weitere Teilnehmer 103, der in der vorliegenden Beschreibung die Funktion eines Senders übernimmt, eine Signalkennung an den Teilnehmer 101, der im Folgenden die Funktion eines Empfängers übernimmt, in einem Kennungssendeschritt 601. Der Teilnehmer 101 befindet sich zum Zeitpunkt des Sendens der Signalkennung durch den weiteren Teilnehmer 103 im Ruhezustand und ist somit nicht in der Lage, Datensignale auszulesen und an einer Datenübertragung teilzunehmen.
Der Teilnehmer 101 sowie auch der weitere Teilnehmer 103 sind wie zu den Figuren 1 bis 5 beschrieben ausgestaltet und umfassen die Filtereinheit 113, die zweite Filtereinheit 115, die Sende-/Empfangseinheit 117, das Schaltelement 109 und die Prozessoreinheit 111. Über die zweite Filtereinheit 115 separiert der Teilnehmer 101 die ausgesendete Signalkennung von der am Datenbus 105 anliegenden Versorgungsspannung.
Auf das Senden der Signalkennung durch den weiteren Teilnehmer 103 im Kennungssendeschritt 601 empfängt der Teilnehmer 101 über die Sende-/Empfangseinheit 117 die ausgesendete Signalkennung und leitet diese an das Schaltelement 109 weiter, sodass in dem Kennungsaufnahmeschritt 603 die ausgesendete Signalkennung durch das Schaltelement 109 des Teilnehmers 101 aufgenommen wird.
In dem Überprüfungsschritt 605 überprüft das Schaltelement 109 die Signalkennung hinsichtlich einer Übereinstimmung der Signalkennung mit einer vorbestimmten Signalkennung.
Bestimmt das Schaltelement 109 eine Übereinstimmung zwischen der aufgenommenen Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung, schaltet das Schaltelement 109 in dem Schaltschritt 607 den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand.
Zeitlich nach dem Aussenden der Signalkennung sendet der wenigstens eine weitere Teilnehmer 103 des Systems 100 zur Datenübertragung an den Teilnehmer 101 in einem Datensendeschritt 609 ein Datenpaket. Alternativ kann der weitere Teilnehmer 103 auch eine Mehrzahl von Datenpaketen zur Datenübertragung senden. Der Teilnehmer 101 bleibt so lange in dem Auslesezustand bis eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und dem weiteren Teilnehmer 103 beendet ist. Eine weitere Signalkennung muss nicht gesendet werden.
Das ausgesendete Datenpaket beziehungsweise die Mehrzahl von ausgesendeten Datenpaketen passiert die zweite Filtereinheit 115 und wird von der Sende-/Empfangseinheit 117 empfangen. Da das Schaltelement 109 den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand geschaltet hat, ist die Verbindung zwischen der Sende-/Empfangseinheit 117 und der Prozessoreinheit 111 in einen Durchlasszustand geschaltet. Das von der Sende-/Empfangseinheit 117 empfangene Datenpaket wird in dem Ausleseschritt 611 durch die Prozessoreinheit 111 des Teilnehmers 101 ausgelesen.
Nach Beendigung der Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und dem weiteren Teilnehmer 103 versetzt sich der Teilnehmer 101 in dem Zurücksetzschritt 613 zurück in den Ruhezustand. Eine weitere Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und dem weiteren Teilnehmer 103 ist somit zunächst nicht mehr möglich.
Bestimmt das Schaltelement 109 im Überprüfungsschritt 605, dass eine Übereinstimmung zwischen der empfangenen Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung nicht vorliegt, hält das Schaltelement im Halteschritt 615 den Teilnehmer 101 im Ruhezustand. Eine Datenübertragung zwischen dem Teilnehmer 101 und dem weiteren Teilnehmer 103 kommt somit nicht zustande. Der Teilnehmer 101 bleibt solange im Ruhezustand bis dieser eine gültige Signalkennung empfängt.
Sendet der weitere Teilnehmer 103 beziehungsweise ein anderer weiterer Teilnehmer 103 eine weitere Signalkennung, startet das Verfahren 600 wiederum mit dem Kennungssendeschritt 601. Durch den rückweisenden Pfeil vom Halteschritt 615 auf den Kennungsaufnahmeschritt 603 ist gekennzeichnet, dass im Halteschritt 615 der Teilnehmer 101 bei erneutem Aussenden einer Signalkennung SK durch den weiteren Teilnehmer 103 diese Signalkennung SK im Kennungsaufnahmeschritt 603 aufnehmen und im Überprüfungsschritt 605 überprüfen kann. Das Verfahren 600 kann folglich kontinuierlich und fortlaufend durchgeführt werden, indem kontinuierlich Signalkennungen an einen Teilnehmer 101 oder eine Mehrzahl von Teilnehmern 101 ausgesendet und von diesen empfangen werden. Bei gültiger Signalkennung schalten die entsprechenden Teilnehmer 101 in den Empfangszustand. Sind die durch die Teilnehmer 101 empfangenen Signalkennungen nicht gültig, entsprechen also nicht den für die jeweiligen Teilnehmer 101 vorbestimmten Signalkennungen, verbleiben diese Teilnehmer 101 im Ruhezustand und schalten nicht in den Empfangszustand.
Das Verfahren 600 kann ferner zwischen verschiedenen Teilnehmern 101, 103 simultan durchgeführt werden, indem von verschiedenen Teilnehmern 101, 103 Signalkennungen ausgesendet werden.
Die Energieübertragung über den Datenbus 105 in Form der Versorgungsspannung der Spannungsversorgung 107 findet kontinuierlich während aller der oben genannten Verfahrensschritte des Verfahrens 600 statt.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 600 zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem 300 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Sofern nicht anders beschrieben, entspricht das Verfahren 600 der 7 dem Verfahren 600 der 6 und umfasst die identischen Verfahrensschritte.
Wie in 6 sind in 7 die durch den weiteren Teilnehmer 103, der als Sender von Datensignalen agiert, durchgeführten Handlungen von den durch den Teilnehmer 101, der als Empfänger der vom weiteren Teilnehmer 103 gesendeten Datensignalen agiert, durchgeführten Handlungen getrennt dargestellt. Die in 7 dargestellten durchgezogenen Pfeile stellen eine zeitliche wie kausale Abfolge der durch den Teilnehmer 101 und der durch den weiteren Teilnehmer 103 vorgenommenen Handlungen dar. Die gestrichelten Pfeile symbolisieren hingegen eine Verknüpfung der beiden Handlungsstränge des Teilnehmers 101 und weiteren Teilnehmers 103.
Gemäß der Ausführungsform in 7 umfasst der Überprüfungsschritt 605 einen Logikoperationsschritt 701. In dem Logikoperationsschritt 701 führt das Schaltelement 109 eine Logikoperation durch. Ferner umfasst der Überprüfungsschritt 605 einen Vergleichsschritt 703, in dem das Schaltelement 109 auf Basis der Logikoperation die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung vergleicht. Zusätzlich umfasst der Überprüfungsschritt 605 einen Bestimmungsschritt 705, in dem das Schaltelement auf Basis des Vergleichsschritts 703 bestimmt, ob die empfange Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Liegt eine Übereinstimmung der beiden Signalkennungen vor, wird das Verfahren 600 gemäß dem Schaltschritt 607 und den darauffolgenden zu 6 beschriebenen Schritten fortgesetzt. Liegt keine Übereinstimmung der beiden Signalkennungen vor, wird das Verfahren mit dem Halteschritt 615 fortgesetzt.
Wie oben bereits beschrieben, liegt eine Übereinstimmung vor, wenn die Anwendung der Logikoperation auf die Signalkennung eine logischen Wahrheitswert oder Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten ergibt, die dem logischen Wahrheitswert oder der Mehrzahl von logischen Wahrheitswerten entspricht, die bei Anwendung der Logikoperation auf die vorbestimmte Signalkennung zu erwarten wären oder erzielt werden.
Nach einer Ausführungsform kann das Schaltelement 109 hierzu ein Schieberegister 201, ein Logikelement 205 und ein Halteelement 207 umfassen. Das Logikelement 205 ist ausgebildet, die Logikoperation im Logikoperationsschritt 701 durchzuführen, auf Basis der Logikoperation die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung im Vergleichsschritt 703 zu vergleichen und im Bestimmungsschritt 705 zu bestimmen, ob die empfangene Signalkennung mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Das Halteelement 207 ist ausgebildet, im Halteschritt 615 den Teilnehmer 101 im Ruhezustand zu halten. Ferner ist das Halteelement 207 ausgebildet, den Teilnehmer 101 im Schaltschritt 607 in den Auslesezustand zu schalten.
Gemäß einer Ausführungsform können das Schieberegister 201, das Logikelement 205 und das Halteelement 207 wie in Bezug auf 2 ausgebildet sein. Die Durchführung der Logikoperation kann hierbei analog zu dem zu 2 Beschriebenen durch das Logikgatter vorgenommen werden.
Die von der Sende-/Empfangseinheit 117 empfangene Signalkennung wird von dem Schieberegister 201 registriert. Hierzu nimmt jedes der Flip-Flop-Elemente 203 des Schieberegisters 201 jeweils einen logischen Eins-Zustand oder logischen Null-Zustand der Signalkennung auf und speichert diesen temporär. Zum Registrieren der Signalkennung durch das Schieberegister 201 wird dieses in mindestens dem doppelten Symboltakt des sendenden weiteren Teilnehmers 103 betrieben.
Nach Registrierung der aufgenommenen Signalkennung durch das Schieberegister 201 vollzieht das Logikgatter des Logikelements 205 eine dem Logikgatter entsprechende logische Verknüpfung von in den Flip-Flop-Elementen 203 gespeicherten logischen Eins-Zuständen oder logischen Null-Zuständen der registrierten Signalkennung durch.
Wie in 2 dargestellt kann das eine Nicht-Und-Verknüpfung sein, indem jeweils paarweise eine Und-Verknüpfung eines reziproken Werts eines logischen Eins-Zustandes oder eines logischen Null-Zustandes eines der Flip-Flop-Elemente 203 und eines logischen Eins-Zustandes oder eines logischen Null-Zustandes eines weiteren Flip-Flop-Elements 203 durchgeführt wird. Anhand dieser durch das Logikgatter durchgeführten Nicht-Und-Verknüpfungen werden der Verknüpfung entsprechende logische Wahrheitswerte erstellt. Signalkennungen, die in diesem Prozess zu identischen Wahrheitswerten führen, werden als übereinstimmend bestimmt.
Das Logikgatter des Logikelements 205 gibt an das Halteelement 207 ein der Übereinstimmung der registrierten Signalkennung und der vorbestimmten Signalkennung entsprechendes Signal weiter, woraufhin das Halteelement 207 den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand schaltet. Wie zu 2 beschrieben liegt eine Übereinstimmung zweier Signalkennungen vor, wenn die Anwendung der Logikoperation auf die entsprechenden Signalkennungen zu dem gleichen logischen Wahrheitswert der logischen Operation führen.
Bei Übereinstimmung und Aussenden des entsprechenden Signals von dem Logikelement 205 an das Halteelement 207 schalten der S-R-Latch 209 und der Multiplexer 211 des Halteelements 207 die Verbindung des Datenbusses 105 und der Prozessoreinheit 111 in eine Durchlassstellung, sodass der Teilnehmer 101 sich im Auslesezustand befindet und über die Prozessoreinheit 111 in der Lage ist, über den Datenbus 105 übermittelte Datensignale auszulesen.
Wie unter 2 ausgeführt, sind das Schieberegister 201, das Logikelement 205 und das Halteelement 207 nicht auf die in 2 dargestellte Ausführungsform beschränkt. Alternativ können sowohl das Schieberegister 201 als auch das Logikelement 205 und das Halteelement 207 abweichend ausgestaltet sein.
8a zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines Datenpakets DP ohne Signalkennung SK gemäß einem Signalübertragungsstandard des Standes der Technik.
In 8a ist ein Spannungsverlauf auf einem Datenbus mit einer Mehrzahl von Datensignalen DS gezeigt. In 8a, 8b wie auch der gesamten Offenbarung ist unter einem Datensignal DS ein Spannungspegel zu verstehen, der gemäß einem Signalübertragungsprotokoll einem logischen Eins-Zustand oder einem logischen Null-Zustand entspricht.
In 8a ist die Mehrzahl von Datensignalen DS zu einem Datenpaket DP zusammengefasst. Das Datenpaket DP ist gemäß dem UART-Protokoll ausgebildet. Das UART-Protokoll sieht ein Datenpaket DP vor, das ein Startbit SB1 und ein Stoppbit SB2 umfasst. Das Startbit SB1 und das Stoppbit SB2 stellen den Anfangs- und den Endpunkt des Datenpakets DP dar. Das Datenpaket DP umfasst ferner acht Datenbits DB, die jeweils einen logischen Eins-Zustand oder einen logischen Null-Zustand darstellen können und die eigentlichen Daten des Datenpakets DP umfassen. Das Startbit SB1 stellt einen logischen Null-Zustand und das Stoppbit SB2 stellt einen logischen Eins-Zustand dar und dienen ausschließlich dazu, Anfang und Ende des Datenpakets DP zu kennzeichnen, tragen darüber hinaus aber nicht zur Datenübertragung bei
Der logische Eins-Zustand ist in 8a durch einen Hochpegel HL der Spannung U dargestellt. Ein logischer Null-Zustand ist durch einen Niedrigpegel LL der Spannung U dargestellt.
Das UART-Protokoll sieht ferner vor, dass für den Zeitraum, in dem keine Datenübertragung mittels eines Datenpakets DP vorgenommen wird, an dem Datenbus eine Spannung U mit Hochpegel HL anliegt. Der durchgehende Hochpegel HL signalisiert den Idle-Zustand des Datenbusses, in dem der Datenbus durch keinen Teilnehmer getrieben wird.
Zur Initialisierung der Datenübertragung dient das Startbit SB1 des Datenpakets DP, das dem Empfänger durch den Pegelwechsel von dem Hochpegel HL für den Zeitraum, in dem keine Datenübertragung stattfindet, zu dem Niedrigpegel LL des Startbits SB1 eine bevorstehende Datenübertragung signalisiert.
Zum Beenden der Datenübertragung wird das Stoppbit SB2 an das Ende des letzten Datenpakets DP angehängt und weist einen Hochpegel HL auf, mittels dem der Datenbus wieder in den Idle-Zustand versetzt wird und dem Empfänger signalisiert wird, dass die Datenübertragung beendet ist.
In der 8a ist der Niedrigpegel LL bei dem Spannungswert 0 angeordnet, während der Hochpegel HL bei einem beliebigen positiven Spannungswert angeordnet ist. Die in 8a gezeigte Signalkodierung weist somit einen Gleichanteil auf.
Der Hochpegel HL für den Zeitraum, in dem keine Datenübertragung stattfindet, kann auch über eine Fail-Safe-Schaltung realisiert werden, die dafür sorgt, dass für den Fall, dass das UART-Protokoll beispielsweise auf der seriellen Schnittstelle RS485 betrieben wird, der Spannungspegel auf dem Datenbus im Idle-Zustand nicht in den unbestimmten Bereich zwischen 200 mV und -200 mV fällt.
8b zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines Datenpakets DP mit Signalkennung SK gemäß einer Ausführungsform.
Das Datenpaket DP ist wiederum gemäß dem UART-Protokoll gebildet und umfasst ein Startbit SB1, ein Stoppbit SB2 und acht Datenbits DB.
Abweichend zu dem Datenpaket in 8a ist in 8b vor das Datenpaket DP eine Signalkennung SK angefügt. Die Signalkennung SK ist dargestellt in 8b als eine alternierende Sequenz von logischen Eins-Zuständen und logischen Null-Zuständen. Die logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände der Signalkennung SK sind in der Ausführungsform der 8b in einer höheren Frequenz ausgesendet als die einzelnen Bits des Datenpakets DP. Abweichend können die logischen Eins-Zustände und logischen Null-Zustände der Signalkennung SK aber auch in der gleichen Frequenz der Bits des Datenpakets DP oder in einer niedrigeren Frequenz der Bits des Datenpakets DP ausgesendet sein.
Abweichend zu dem Datenpaket DP in 8a ist in 8b der Spannungspegel für den Zeitraum, in dem keine Datenübertragung stattfindet, nicht auf einen Hochpegel HL eingestellt, sondern weist den Wert Null auf. Zur Initialisierung der Kommunikation zwischen dem Sender und dem Empfänger dient in 8b nicht das Startbit SB1 des Datenpakets DP, sondern die Signalkennung SK, die zeitlich dem Datenpaket DP vorangestellt ist. Mittels der Signalkennung SK wird der Teilnehmer 101 in den Empfangszustand geschaltet, sodass dieser erst dann aufnahmefähig für eine Datenübertragung ist. Die eigentliche Datenübertragung startet dann, wie in 8a, mit dem Startbit SB1, sodass für die eigentliche Datenübertragung das UART-Protokoll eingehalten wird.
Wie oben bereits beschrieben, liest das Schaltelement 109 die dem Datenpaket DP vorgestellte Signalkennung SK aus und schaltet den Teilnehmer 101 in den Auslesezustand, falls die registrierte Signalkennung SK der vorbestimmten Signalkennung entspricht. In diesem Fall liest der Teilnehmer 101 das auf die Signalkennung SK folgende Datenpaket DP mittels der Prozessoreinheit 111 aus. Das Startbit SB1 signalisiert dem Teilnehmer 101 hierbei den Beginn des Datenpakets DP und den Start der eigentlichen Datenübertragung. Nach Beendigung der Datenübertragung, die beispielsweise über das Stoppbit SB2 des Datenpakets DP angedeutet wird, schaltet der Teilnehmer 101 in den Ruhezustand zurück, in dem kein Auslesen der auf dem Datenbus anliegenden Signale stattfindet. Es kann somit darauf verzichtet werden, den Datenbus im Idle-Zustand auf dem Hochpegel HL zu halten.
Der Beginn einer Datenübertragung wird nicht mehr durch den Pegelwechsel vom Hochpegel HL im Idle-Zustand auf den Niedrigpegel LL des Startbits, sondern durch die registrierte Signalkennung SK signalisiert. Da im Ruhezustand der Teilnehmer 101, 103 keine Signale des Datenbusses ausliest, muss dieser nicht auf einem bestimmten Spannungspegel, beispielsweise außerhalb des Bereichs zwischen -200mV und 200mV, gehalten werden.
Die Datensignale DS der Signalkennung SK und des Datenpakets DP können in einer gleichanteilsfreien Signalkodierung kodiert sein (in 8b nicht gezeigt). Beispielsweise kann hierzu die Manchester-Kodierung oder die 6b8b-Kodierung verwendet werden. Alternativ kann jede andere gleichanteilsfreie Kodierung verwendet werden.

Claims

System (100) zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem (300), umfassend: - einen Teilnehmer (101) und wenigstens einen weiteren Teilnehmer (103) eines Automatisierungssystems (300), die über einen Datenbus (105) miteinander verbunden und ausgebildet sind, über den Austausch von Datensignalen (DS) über den Datenbus (105) miteinander zu kommunizieren; und - eine Spannungsversorgung (107) zur Versorgung wenigstens des Teilnehmers (101) mit einer Versorgungsspannung über den Datenbus (105); - wobei wenigstes der Teilnehmer (101) ein Schaltelement (117) zum Schalten des Teilnehmers (101) von einem Ruhezustand, in dem der Teilnehmer (101) keine vom weiteren Teilnehmer (103) ausgesendeten Datensignale (DS) ausliest, in einen Auslesezustand, in dem der Teilnehmer (101) von dem weiteren Teilnehmer (103) ausgesendete Datensignale (DS) ausliest, umfasst; - wobei das Schaltelement (117) ausgebildet ist, zu bestimmen, ob eine von dem weiteren Teilnehmer (103) zur Initialisierung einer Datenübertragung ausgesendete Signalkennung (SK) mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer (101) in den Auslesezustand zu schalten, falls die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, oder den Teilnehmer (101) in dem Ruhezustand zu halten, falls die empfangene Signalkennung (SK) nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt; und - wobei der Teilnehmer (101) ausgebildet ist, sich von dem Auslesezustand in den Ruhezustand zurückzuversetzen.
System (100) nach Anspruch 1, wobei das Schaltelement (117) ausgebildet ist, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
System (100) nach Anspruch 1, wobei das Schaltelement (117) umfasst: - ein Schieberegister (201) zum Registrieren der Signalkennung (SK) des weiteren Teilnehmers (103), - ein mit dem Schieberegister (201) verbundenes Logikelement (205) zum Bestimmen, ob die registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und - ein mit dem Logikelement (205) verbundenes Halteelement (207) zum Schalten des Teilnehmers (101) in den Auslesezustand, falls das Logikelement (205) die aufgenommene Signalkennung (SK) als übereinstimmend mit der vorbestimmten Signalkennung bestimmt, und zum Halten des Teilnehmers (101) im Ruhezustand, falls das Logikelement (205) die Signalkennung (SK) als nicht übereinstimmend mit der vorbestimmten Signalkennung bestimmt; - wobei das Logikelement (205) ausgebildet ist, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die durch das Schieberegister (201) registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
System (100) nach Anspruch 3, wobei das Logikelement (205) ein Logikgatter ist, und wobei das Halteelement (207) einen S-R-Latch (209) und einen Multiplexer (211) umfasst.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Datenbus (105) ein differentieller Datenbus ist.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die von dem Teilnehmer (101) und/oder von dem weiteren Teilnehmer (103) ausgesendeten Datensignale (DS) in einer gleichanteilsfreien Signalkodierung kodiert sind.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Teilnehmer (101) und/oder der weitere Teilnehmer (101) über ein Kopplungselement (501) zur Abnahme der Versorgungsspannung an den Datenbus (105) gekoppelt ist.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - wenigstens ein Filterelement (113) zur Separation der Datensignale (DS) des wenigstens einen Teilnehmers und der Versorgungsspannung, wobei das Filterelement einen Hochpassfilter und/oder einen Tiefpassfilter umfasst.
Teilnehmer (101) für ein System (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei der Teilnehmer (101) ausgebildet ist, über einen Datenbus (105) eines Automatisierungssystems (300) über den Austausch von Datensignalen (DS) mit wenigstens einem weiteren Teilnehmer (103) des Automatisierungssystems (300) zu kommunizieren, und über den Datenbus (105) von einer Spannungsversorgung (107) des Automatisierungssystems (300) mit einer Versorgungsspannung beaufschlagt zu werden, umfassend: - eine Prozessoreinheit (111) zum Auslesen von Datensignalen (DS) des weiteren Teilnehmers (103) des Automatisierungssystems (300); - ein Kopplungselement (501) zur Ankopplung des Teilnehmers (101) an den Datenbus (105) zur Aufnahme der Versorgungsspannung; und - ein Schaltelement (109) zum Schalten des Teilnehmers (101) in einen Auslesezustand, in dem die Prozessoreinheit (111) in der Lage ist, empfangene Datensignale (DS) auszulesen, und zum Halten des Teilnehmers (101) in einem Ruhezustand, in dem die Prozessoreinheit (111) empfangene Datensignale (DS) nicht ausliest, - wobei das Schaltelement (109) ausgebildet ist, zu bestimmen, ob eine von dem weiteren Teilnehmer (103) zur Initialisierung einer Datenübertragung ausgesendete Signalkennung (SK) mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer (101) in den Auslesezustand zu schalten, falls die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und den Teilnehmer (101) in dem Ruhezustand zu halten, falls die empfangene Signalkennung (SK) nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt; und - wobei der Teilnehmer (101) ausgebildet ist, sich in den Ruhezustand zurückzusetzen.
Teilnehmer (101) nach Anspruch 9, wobei das Schaltelement (109) ausgebildet ist, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Teilnehmer (101) nach Anspruch 9, wobei das Schaltelement (109) umfasst: - ein Schieberegister (201) zum Registrieren der Signalkennung (SK) des weiteren Teilnehmers (103), - ein mit dem Schieberegister (201) verbundenes Logikelement (205) zum Bestimmen, ob die registrierte Signalkennung (SK) mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt; und - ein mit dem Logikelement (205) verbundenes Halteelement (207) zum Schalten des Teilnehmers (101) in den Auslesezustand, falls die registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, und zum Halten des Teilnehmers (101) im Ruhezustand, falls die registrierte Signalkennung (SK) nicht mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt; - wobei das Logikelement (205) ausgebildet ist, eine Logikoperation durchzuführen und auf Basis der Logikoperation die registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung zu vergleichen und zu bestimmen, ob die registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt.
Teilnehmer (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei das Logikelement (205) ein Logikgatter ist, und wobei das Halteelement (207) einen S-R-Latch (209) und einen Multiplexer (211) umfasst.
Teilnehmer (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei das Kopplungselement (501) ein galvanisches Kopplungselement ist, das eine galvanische Kopplung des Teilnehmers (101) an die auf dem Datenbus (105) bereitgestellte Versorgungsspannung ermöglicht.
Teilnehmer (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 13, ferner umfassend wenigstens ein Filterelement (113) zur Separation von Datensignalen (DS) und der Versorgungsspannung, wobei das Filterelement (113) einen Hochpassfilter und/oder einen Tiefpassfilter umfasst.
Teilnehmer (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 14, ferner umfassend wenigstens einen Sensor, einen Aktor oder ein weiteres Gerät für ein Automatisierungssystem (300).
Verfahren (600) zur kombinierten Datenübertragung und Energieübertragung in einem Automatisierungssystem (300), wobei das Automatisierungssystem (300) umfasst: einen Teilnehmer (101) und wenigstens einen weiteren Teilnehmer (103), die über einen Datenbus (105) miteinander verbunden sind und ausgebildet sind, über den Austausch von Datensignalen (DS) über den Datenbus (105) miteinander zu kommunizieren, und eine Spannungsversorgung (107) zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung über den Datenbus (105) an wenigstens den Teilnehmer (101), wobei wenigstens der Teilnehmer (101) ein Schaltelement (109) zum Schalten des Teilnehmers (101) aus einem Ruhezustand, in dem der Teilnehmer (101) die von dem weiteren Teilnehmer (103) ausgesendeten Datensignale (DS) nicht ausliest, in einen Auslesezustand, in dem der Teilnehmer (101) die von dem weiteren Teilnehmer (103) ausgesendeten Datensignale (DS) ausliest, umfasst, wobei das Verfahren (600) umfasst: - Senden einer Signalkennung (SK) durch den weiteren Teilnehmer (103) über den Datenbus (105) zur Initialisierung einer Datenübertragung an den Teilnehmer (101) in einem Kennungssendeschritt (601); - Aufnehmen der Signalkennung (SK) durch das Schaltelement (109) des Teilnehmers (101) in einem Kennungsaufnahmeschritt (603); - Überprüfen, ob die aufgenommene Signalkennung (SK) mit einer vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, durch das Schaltelement (109) in einem Überprüfungsschritt (605) ; - falls die aufgenommene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, Schalten des Teilnehmers (101) in den Auslesezustand durch das Schaltelement (109) in einem Schaltschritt (607); - Senden eines Datenpakets (DP) durch den weiteren Teilnehmer (103) zur Datenübertragung an den Teilnehmer (101) in einem Datensendeschritt (609); - Auslesen des durch den weiteren Teilnehmer (103) ausgesendeten Datenpakets (DP) durch den Teilnehmer (101) in einem Ausleseschritt (611); - nach Beendigung der Datenübertragung Zurücksetzen des Teilnehmers (101) in den Ruhezustand durch den Teilnehmer (101) in einem Zurücksetzschritt (613); oder - falls die aufgenommene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung nicht übereinstimmt, Halten des Teilnehmers (101) in dem Ruhezustand durch das Schaltelement (109) in einem Halteschritt (615).
Verfahren (600) nach Anspruch 16, wobei der Überprüfungsschritt (605) ferner umfasst: - Durchführen einer Logikoperation durch das Schaltelement (109) in einem Logikoperationsschritt (701); - auf Basis der Logikoperation Vergleichen der empfangenen Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung durch das Schaltelement (109) in einem Vergleichsschritt (703); und - Bestimmen, ob die empfangene Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, durch das Schaltelement (109) in einem Bestimmungsschritt (705) .
Verfahren (600) nach Anspruch 16, wobei das Schaltelement (109) ein Schieberegister (201), ein Logikelement (205) und ein Halteelement (207) umfasst, wobei im Kennungsaufnahmeschritt (603) das Schieberegister (201) die Signalkennung (SK) registriert, wobei im Überprüfungsschritt (605) das Logikelement (205) in einem Logikoperationsschritt (701) eine Logikoperation durchführt und in einem Vergleichsschritt (703) auf Basis der Logikoperation die von dem Schieberegister (201) registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung vergleicht und in einem Bestimmungsschritt (705) bestimmt, ob die registrierte Signalkennung (SK) mit der vorbestimmten Signalkennung übereinstimmt, wobei im Schaltschritt (607) das Halteelement (207) den Teilnehmer (101) in den Auslesezustand schaltet, und wobei im Halteschritt (615) das Halteelement (205) den Teilnehmer (101) im Ruhezustand hält.
Verfahren (600) nach einem der vorangehenden Ansprüche 16 bis 18, wobei von dem Teilnehmer (101) und/oder von dem weiteren Teilnehmer (103) ausgesendete Datensignale (DS) in einer gleichanteilsfreien Signalkodierung kodiert sind.
Verfahren (600) nach einem der vorangehenden Ansprüche 16 bis 19, wobei die Spannungsversorgung (107) den Datenbus (105) mit einer Versorgungsspannung für den Teilnehmer (101) und/oder den weiteren Teilnehmer (103) beaufschlagt, und wobei der Teilnehmer (101) und/oder der weitere Teilnehmer (103) mittels eines Kopplungselements (501) die Versorgungsspannung abgreift.