DE112016001598T5

DE112016001598T5 - Busnetzabschluss

Info

Publication number: DE112016001598T5
Application number: DE112016001598.4T
Authority: DE
Inventors: Frederic Vladimir Esposito
Original assignee: Cooper Technologies Co
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US11030140B2; CA2983786A1; WO2016174428A1; GB201507495D0; CN107567697B; US20180285303A1; CN107567697A; CA2983786C

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen verbesserten Busnetzabschluss (49) und zugehörige Busnetze und Busnetzsegmente/-Trunks (1) und umfasst einen Busnetzabschluss (4), der eine Busnetzabschlussfunktionalität und einen diagnostischen Analysator (2) umfasst, und wobei der Grad einer Diagnosefunktionalität, die innerhalb des Abschlusses (4) bereitgestellt wird, wie der Abschluss an sich, als inhärentes Merkmal des Segments/Trunks (1) und somit auch des Busnetzes bereitgestellt werden kann, und eine begrenzte, einfache, aber ausreichend effektive Diagnosefunktionalität umfassen kann, die von Natur aus für eine Busanalyse während einer Kommissionierungs- und/oder Erstverwendungsphase geeignet sein kann und auf kostengünstige Weise bereitgestellt werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Terminator bzw. Abschluss zur Verwendung bei der Bereitstellung eines Endabschlusses innerhalb eines Busnetzes und insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, einen Fieldbus H1- oder Profibus PA-Abschluss.
Probleme wie Kommunikationsfehler können aus Signalreflexionen in Busnetzen entstehen, wenn die Enden solcher Netze nicht ordnungsgemäß abgeschlossen sind. Ein geeigneter Endabschluss beinhaltet die Verwendung einer Abschlussvorrichtung an jedem Ende des Busnetzes, die dazu dient, Signale zu absorbieren, die im Netz auftreten, um Reflexionen zu verhindern.
Beispielsweise benötigt in Fieldbus/Profibus-Netzen jedes Bussegment oder – bünde (Trunk) zwei Abschlüsse, an jedem Ende jeweils einen, die generell einem 1 μF-Kondensator und einem 100 Ω-Widerstand, die in Reihe geschaltet sind, äquivalent sind. Jeder Abschluss dient sowohl dazu, den Busstrom parallel zu leiten, um die Stromsignale auf dem Segment/Trunk innerhalb der vorgegebenen Pegel zu halten, als auch zum Schutz vor Signalreflexion durch geeignetes Angleichen an die Leitungsimpedanz des Segments/Trunks.
Innerhalb eines Fieldbus/Profibus-Netzes kann der Abschluss eine eigenständige Vorrichtung umfassen oder kann in die Gerätekoppler eingebaut sein, die dazu dienen, Fieldbus-Geräte über Abzweigleitungen mit dem Segment/Trunk zu verbinden. Wenn der Abschluss in einen Gerätekoppler eingebaut ist, ist dem Abschluss oft auch eine Schaltanordnung zugeordnet, um eine selektive Aktivierung des Abschlusses zu ermöglichen. Nur der Gerätekoppler, der am Ende des Segments/Trunks angeschlossen ist, sollte den erforderlichen Endabschluss bereitstellen, und daher kann der Abschluss nach Bedarf und abhängig von der Position des Gerätekopplers am Segment/Trunk aktiviert/deaktiviert werden.
Ein Abschluss kann als ein wesentliches und daher immer vorhandenes Element am Ende eines Fieldbus/Profibus-Segments/Trunks erachtet werden. Jedoch ist seine Funktionalität derzeit lediglich darauf beschränkt, den benötigten Endabschluss zu bieten.
Busnetze wie Fieldbus/Profibus-Netze haben häufig komplexe/spezialisierte Konfigurationen für die Betätigung/Überwachung komplexer, leistungskritischer und häufig möglicherweise teurer und gefährlicher industrieller Systeme/Prozesse. Dann ist auch eine entsprechend komplexe/spezialisierte diagnostische Analyse erforderlich.
Diagnosebedarf entsteht sowohl bei der Kommissionierung als auch während des anschließenden Betriebs des Netzes, und eine Reihe verschiedener hochentwickelter Netzwerkanalysatoren stehen zur Verfügung, die detaillierte Diagnosefunktionen bereitstellen und eine Reihe verschiedener problematischer Situationen berücksichtigen, die sich ergeben können. Derzeit werden im Zusammenhang mit Busnetzen wie Fieldbus/Profibus-Netzen separate hochentwickelte Diagnosevorrichtungen verwendet.
Dies kann insofern von Nachteil sein, als separate Schritte erforderlich sind, um bekannte Diagnoseanalysatoren bzw. -melder zu beschaffen, vorzubereiten und zu verwenden, und weil das Niveau der diagnostischen Fähigkeiten häufig nicht abgestimmt ist auf das erforderliche Niveau der diagnostischen Aktivität, da es im Vergleich dazu häufig zu komplex und hochfunktional ist. Daher kann der Diagnoseprozess ineffizienter werden und eine mögliche Wirtschaftlichkeit kann ebenfalls herabgesetzt werden, insbesondere deshalb, weil bekannte Diagnosevorrichtungen, beispielsweise bekannte Busanalysatoren teuer sind. Bekannte Busanalysatoren erfordern auch meist speziell geschultes Personal für ihre Implementierung und Verwendung, was ihre Wirtschaftlichkeit noch weiter herabsetzt und die Einfachheit und Geschwindigkeit, mit der sie eingerichtet werden können, begrenzen kann, wenn solches Personal nicht ohne Weiteres zur Verfügung steht.
Die vorliegende Erfindung trachtet danach, einen Netzbusabschluss mit Vorteilen gegenüber bekannten Abschlüssen dieser Art bereitzustellen, der ferner Busnetze und Busnetzsegmente/-Trunks mit Vorteilen gegenüber bekannten Netzen/Segmenten/Trunks dieser Art schaffen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Busnetzabschluss angegeben, der eine Busnetz-Endabschlussfunktion und einen Diagnosemelder einschließt.
Die Erfindung kann sich insofern als vorteilhaft erweisen, als der Grad der Diagnosefunktionalität, die innerhalb des Abschlusses bereitgestellt wird, wie der Abschluss selbst als inhärentes Merkmal des Segments/Trunks und somit auch des Busnetzes bereitgestellt wird.
Vorteilhafterweise ist der Diagnosemelder des Busses dafür ausgelegt, elementare Informationen in Bezug auf das Segment/den Trunk bereitzustellen.
Solche elementaren Informationen können unter anderem eine(n) oder mehrere von einer Segmentspannung, eine Segmentdatenverkehr und einer Segmentintegrität umfassen.
Die Erfindung ermöglicht somit vorteilhafterweise eine rasch zu erfassende Diagnosefunktionalität ohne die Notwendigkeit für einen hochentwickelten Analysator, um so bestimmen zu können, wo etwaige Anfangsprobleme entstehen könnten. Wenn eine tiefergehende Untersuchung erforderlich ist, kann diese dann ohne Weiteres mittels eines separaten, höher entwickelten Analysators ausgeführt werden.
Die Erfindung kann sich als besonders vorteilhaft während der Kommissionierungsphase eines Segments/Trunks und Busnetzes erweisen, insbesondere deswegen, weil die elementare Diagnosefunktionalität in jedem Abschluss enthalten ist, der seinerseits ein wesentliches inhärentes Element des Segments/Trunks bildet. Daher ist eine sofortige elementare Diagnose ohne Weiteres schon in den frühesten Stadien der Bildung des Busnetzes möglich, insbesondere eine elementare einfache Analyse, die für die Netzkommissionierungsphase besonders geeignet ist.
Der diagnostische Busanalysator der vorliegenden Erfindung kann einen elementaren Mikroprozessor mit geringer Leistung und nur minimalem Elektronikbedarf umfassen, um das erforderliche elementare Niveau einer Busanalyse bereitzustellen.
Lediglich als Beispiel kann der Busanalysator dafür ausgelegt sein, eine Trunk-Spannung dahingehend zu analysieren, ob diese hoch, niedrig, verrauscht oder zu wenig stabil ist.
Ferner kann der Busanalysator dafür ausgelegt sein, festzustellen, ob Daten auf dem Segment/Trunk vorhanden sind, und falls dies der Fall ist, auch den Grad der Datenaktivität und/oder die Richtung der Übertragung.
Als weitere Beispiele kann der Busanalysator dafür ausgelegt sein, eine Datensignalamplitude und auch eine Datensignalbreite und/oder einen Jitter festzustellen.
Als noch weiteres Merkmal kann eine zusätzliche Anzeige für einen Kurzschluss mit der Abschirmung (short-to-shield) bereitgestellt werden. Der Abschluss kann auch eine Benutzerschnittstelle bereitstellen, die jede beliebige geeignete akustische und/oder optische Ausgabe, beispielsweise eine einfache LED-Ausgabevorrichtung oder -reihe umfassen kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann in dem Abschluss ein Bus-Abschirmungs-Niederimpedanzanzeiger angeordnet sein, der beispielsweise auf die Erfassung eines Isolierungsverlusts ansprechen und eine Impedanz mit Werten von einigen 100 KΩ bis hinunter zu einer Kurzschlussbedingung zeigen kann.
Der Abschluss der Erfindung kann auch eine Busvorrichtung umfassen, die ferner mittels einer Kabel- oder einer drahtlosen Verbindung von einer Host-Vorrichtung aus adressierbar ist und/oder von einem separaten System und gegebenenfalls von jedem nötigen entfernten Ort aus adressierbar ist.
Der Abschluss der Erfindung kann in jedes geeignete/benötigte Fieldbus/Profibus-Segment/Trunkbündel eingebaut werden, sei es in explosiven Umgebungen oder woanders.
Daraus geht hervor, dass der Abschluss der Erfindung einen Leitungsimpedanzabschluss umfassen kann, der eine in-line-Diagnosefunktionalität bereitstellt.
Insbesondere kann die elementare, einfache, aber wirkungsvolle Funktionalität des Analysators der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise ohne irgendeine Auswirkung auf die Wirtschaftlichkeit und möglicherweise als Standardausstattung in situ verbleiben. Dieser Aspekt der Erfindung steht im Gegensatz zu den möglicherweise teuren und unnötig komplexen Analysatoren, die häufig an- und abgebaut werden und die nur bestimmte komplexe Problembehandlungsszenarios kennen.
Die Erfindung wird nun lediglich anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
1 ist eine Skizze einer tragbaren Abschlussvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ähnlich wie 1 eine Skizze einer Abschlussvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die auf einem Bus mit einer Busabschirmung angeordnet ist; und
3 ist eine Skizze eines typischen Fieldbus-Segments/Trunks, für das bzw. den Abschlussvorrichtungen wie die von 1 und 2 verwendet werden.
Zunächst ist in 1 ein Abschnitt eines Netzwerkbusses 1, beispielsweise ein Trunk/Segment eines Fieldbus- oder Profibus-Systems dargestellt, innerhalb von dem ein Abschluss 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und somit in diesem Beispiel auch eine Diagnosefunktionalität integral bereitgestellt sind.
Der als Beispiel dargestellte Abschluss 4 schließt einen Abschlusswiderstand 10 ein, der in Reihe mit einem Abschlusskondensator 11 verbunden ist, die beide ebenfalls in Reihe mit einem optionalen Trennschalter 12 verbunden sind, der, falls vorhanden, selektiv geöffnet werden kann (in die Konfiguration, die in 1 dargestellt ist), um die Funktionalität des Abschlusses 4 vom Bus 4 zu trennen.
Ein Nebenschlusswiderstand 13 ist zur Verwendung bei der Abfühlung eines Busstroms bereitgestellt und wird weiter unten unter Bezugnahme auf 2 näher erörtert.
Als wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung schließt der Abschluss 4 einen Busanalysator 20 ein, der seine Leistung über eine Speiseeinrichtung 21 erhält. Man beachte, dass der Busanalysator dafür ausgelegt ist, eine relativ einfache Busanalyse durchzuführen, die rasch und effizient durchgeführt werden kann, ohne dass dafür spezialisiertes Personallspezialisierte Mitarbeiter nötig wäre(n). Der Abschluss 4 kann dann jederzeit, je nach Bedarf, eine elementare Analyse liefern, beispielsweise während der Kammissionierung des Busses 1, während der erstmaligen Verwendung oder als Teil einer „Fehlerbehandlungs”-Prozedur, oder auch während Phasen einer regelmäßigen/unregelmäßigen Ausgabe von Steuersignalen auf dem Bus.
Das Ergebnis einer solchen Analyse kann dann mittels jeder geeigneten Form von Benutzerschnittstelle präsentiert werden. Unter Bezugnahme auf 1 werden verschiedene Beispiele dargestellt, aber man beachte, dass die Schnittstellenvorrichtungen in jeder benötigten Zahl und Kombination bereitgestellt werden können. In der von 1 bereitgestellten Darstellung sind Beispiele für solche Vorrichtungen ein optischer Anzeiger 22 und ein akustischer Anzeiger 23, ein Anzeigebildschirm 24, ein Funksender 25, eine alternative Funkschnittstelle 26 und eine Anschlussbuchse 28.
Somit sollte klargeworden sein, dass der Abschluss 4, in dem die vorliegende Erfindung ausgeführt wird, vorteilhafterweise einen Teil des Busses 1 umfassen und einen Fernzugriff ermöglichen kann, falls nötig. Eine solche Fernzugriffsmöglichkeit kann dafür ausgelegt sein, eine Aktivierung/Deaktivierung des Busanalysators 20 und/oder der Abschlussfunktionalität und/oder eine Auswahl der spezifischen diagnostischen Prüfung, die vom Analysator 20 durchgeführt werden soll, zu ermöglichen. Der Abschluss 4 hat somit die inhärente Fähigkeit, zumindest einen gewissen Grad an diagnostischer Analyse zu bieten, die insbesondere während der Kammissionierung eines Netzwerkbusses 1, beispielsweise eines Fieldbus- oder Profibus-Trunks/Segments nützlich ist.
2 ist eine Skizze ähnlich 1, in der aber außerdem eine Feldseite 2 des Busses 1 angegeben ist und die natürlich wichtig ist, wenn vom Nebenschlusswiderstand 13 ein Strom abgefühlt werden soll. Die Konfiguration des Nebenschlusswiderstands 13 in Bezug auf den Bus 1 in 2 ist gemäß Busstrom-Abfühleigenschaften dargestellt, und dieses weitere Beispiel für die vorliegende Erfindung ist auch in Bezug auf einen Bus 1 dargestellt, für den eine Busabschirmung 3 verwendet wird. Auf diese Weise kann je nach Bedarf eine Abschirmungsisolierung abgefühlt oder eine Strommessung bereitgestellt werden.
3 ist eine schematische Darstellung eines vollständigen Netzsegments(-Trunks 1, für das bzw. den Abschlussvorrichtungen 4 wie die von 1 und 2 verwendet werden. Bei dem dargestellten vollständigen Segment/Trunk 1 sind die entsprechenden Abschlussvorrichtungen 4 an jedem Ende angeordnet, um den benötigten Endabschluss für das Segment/den Trunk bereitzustellen. Schematische Darstellungen weiterer Vorrichtungen, die typischerweise beispielsweise mit einem Fieldbus-Segment/Trunk verwendet werden. Das heißt, in dem dargestellten Beispiel sind ein Prozessleitsystem (PLS) oder auch irgendeine andere Art von Steuereinrichtung 30, eine Fieldbus-Leistungsquelle 31 für das Segment/den Trunk 1, ein Power Conditioner 32, der dafür ausgelegt ist, Daten auf die Segment/Trunk-Leistungsquelle zu legen und ein Übersprechen zwischen solchen, die einander benachbart sind, zu verhindern, und eine Abschlussvorrichtung wie eine Feldeinheit 33 und/oder eine Sperre 34 und/oder ein Busisolator 35 bereitgestellt.
Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten der obigen Beispiele und Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann jede weitere geeignete Abschluss- und Busanalysefunktionalität bereitgestellt werden, falls nötig. Was die Konfiguration des Segments/Trunks 1 von 3 betrifft, so kann das Segment/der Trunk natürlich Teil eines beliebigen Signalnetzes sein, und es kann jede nötige Anzahl von Abschluss-/Analysevorrichtungen 4 der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Wie oben angegeben, kann die Abschlussfunktionalität solcher Vorrichtungen 4 als Reaktion auf die Anordnung der Vorrichtung 4 auf dem Segment/der Abzweigleitung 1 selektiv initiiert werden.

Claims

Abschluss eines Busnetzes mit Busnetzabschlussfunktionalität, einen Diagnosemelder einschließend.
Abschluss nach Anspruch 1, der dafür ausgelegt ist, eine Analyse eines Segments/eines Trunks/einer Leitung, auf dem/der er angeordnet ist, bereitzustellen.
Abschluss nach Anspruch 2, wobei die elementaren Informationen eine(n) oder mehrere von einer Segmentspannung, einem Segmentdatenverkehr und/oder einer Segmentintegrität umfassen.
Abschluss nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–3, wobei der Diagnosemelder einen elementaren Mikroprozessor mit geringer Leistung umfasst.
Abschluss nach Anspruch 4, wobei der Mikroprozessor elementare benötigte Elektronik aufweist, um eine Busanalyse auf dem benötigten elementaren Niveau bereitzustellen.
Abschluss nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, wobei der Diagnosemelder dafür ausgelegt ist, eine Trunkspannungsbedingung zu analysieren.
Abschluss nach Anspruch 6, wobei der Diagnosemelder dafür ausgelegt ist, eine oder mehrere von einer Hochspannungsbedingung, einer Niederspannungsbedingung, einer Strombedingung, einer Rauschbedingung und/oder einer instabilen Bedingung zu diagnostizieren.
Abschluss nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–7, wobei der Diagnosemelder dafür ausgelegt ist, festzustellen, ob Daten auf dem Segment/Trunk vorhanden sind.
Abschluss nach Anspruch 8, wobei der Diagnosemelder dafür ausgelegt ist, den Grad einer Datenaktivität und/oder die Richtung einer Übertragung festzustellen.
Abschluss nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–9, wobei der Diagnosemelder dafür ausgelegt ist, eine(n) oder mehrere von einer Datensignalamplitude; einer Datensignalbreite; und einer Signalstabilität/einem Jitter festzustellen.
Abschluss nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, der auch eine zusätzliche Anzeige für einen Kurzschluss mit einer Abschirmung aufweist.
Abschluss nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, der auch zum Anzeigen eines Isolierungsverlustes ausgelegt ist.
Abschluss nach Anspruch 12, der auch für die Anzeige einer Impedanz innerhalb eines Bereichs von wenigen 100 kΩ bis zu einer Kurzschlussbedingung ausgelegt ist.
Abschluss nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, der auch eine Benutzerschnittstelle aufweist, die eine akustische und/oder optische Ausgabe umfasst.
Abschluss nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, der auch eine integrale Busvorrichtung umfasst.
Abschluss nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, der auch für einen Fernzugriff ausgelegt ist.
Abschluss nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, der auch einen Temperaturanzeiger aufweist, der dafür ausgelegt ist, eine Abschlusstemperatur und/oder eine lokale oder Umgebungstemperatur anzuzeigen.
Abschluss nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, der auch einen Leitungsimpedanzabschluss umfasst, der eine in-live-Diagnosefunktionalität bietet.
Abschluss nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Diagnosemelder dafür ausgelegt ist, eine diagnostische Analyse während einer Kommissionierung des Busnetzes bereitzustellen.
Busnetzsegment/-Trunk, der mittels eines Abschlusses nach einem oder mehreren der vorliegenden Ansprüche abgeschlossen ist.
Busnetzsegment/-Trunk nach Anspruch 20, auch zum Betrieb in einer gefährlichen Umgebung.
Busnetzsegment/-Trunk nach Anspruch 20 oder 21, auch für einen eigensicheren Betrieb ausgelegt.
Busnetz, ein Segment/einen Trunk nach Anspruch 20, 21 oder 22 umfassend.
Busnetzabschluss, im Wesentlichen wie unter Bezugnahme auf 1 und 2 der begleitenden Zeichnungen beschrieben und dargestellt.
Busnetzsegment/-Trunk, im Wesentlichen wie unter Bezugnahme auf 3 der begleitenden Zeichnungen beschrieben.