DE19520596A1 - Anordnung zum Übertragen von Daten und Energie über eine Busleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Übertragen von Da­ ten und Energie, insbesonderer einer ersten Versorgungsspan­ nung, zwischen mehreren Geräten über eine erste Busleitung, insbesondere einer Energieversorgungsleitung für die Geräte.

Aus der EP-0 355 532 B1 ist eine Anordnung zum Übertragen von Daten und einer Versorgungsspannung über eine Busleitung be­ kannt, wobei eine Anwendung in der Verfahrens- und Prozeß­ technik vorgesehen ist. Dabei können räumlich voneinander entfernt liegende Feldgeräte eigensicher und explosionsge­ schützt mit geringem Aufwand an eine entfernte Zentrale an­ geschlossen werden. Als Busleitung kann dabei bevorzugt eine Spannungsversorgungsleitung in der jeweiligen Anlage dienen.

Derartige Versorgungsleitungen sind jedoch in der Regel von Fehlern und Spannungseinbrüchen betroffen, so daß in sicher­ heitstechnischen Anlagen eine zuverlässige Datenübertragung zwischen den jeweiligen Geräten nicht unbedingt gewährleistet ist. Dies ist insbesondere bei der Anwendung in Schaltanlagen zur Energieversorgung kritisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anordnung zum Übertragen von Daten und einer ersten Versorgungsspannung zwischen mehreren Geräten über eine erste Busleitung eine ge­ genüber dem Stand der Technik verbesserte Ausfallsicherheit zu erzielen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Anordnung zum Übertragen von Daten und Energie, insbesondere einer ersten Versorgungsspannung, zwischen mehreren Geräten über eine erste Busleitung, wobei eine zweite Busleitung vorgese­ hen ist, und wobei eine Einrichtung zur Überwachung der er­ sten Busleitung vorgesehen ist, wobei die Einrichtung beim Auftreten einer Störung auf der ersten Busleitung die Daten­ übertragung auf der zweiten Busleitung aktiviert.

Auf diese einfache Weise kann eine ohnehin in der jeweiligen Anlage vorhandene Hilfsenergieversorgungsleitung zur Redun­ danz oder zur gesicherten Datenübertragung verwendet werden. Die Umschaltung oder Aktivierung erfolgt dabei derart schnell, daß Fehler in der Datenübertragung nahezu ausge­ schlossen sind. Bei Anwendung in einer Schaltanlage können bevorzugt derartige Geräte angeschlossen sein oder derartige Daten übertragen werden, bei denen kein extrem zeitkritisches Verhalten nötig ist.

Mit Vorteil dient als erste Busleitung eine Gleichspannungs­ leitung und als zweite Busleitung eine Gleich- oder eine Wechselspannungsleitung. Hiermit ist die Anordnung für viel­ fältigste Anlagenauslegungen einsetzbar. Die Datenübertragung kann dabei mit üblichen Übertagungsverfahren, bei Wechsel­ spannung z. B. auch nach Art eines Tonfrequenzüberlagerungs­ verfahrens, erfolgen.

Bei Anwendung in einer Schaltanlage dienen als Busleitungen die Hilfsspannungsversorgungsleitungen in der Anlage. Auf diese Weise brauchen keine separaten Versorgungsleitungen in der Anlage verlegt werden. Die ohnehin in der Anlage vorhan­ denen Leitungen werden genutzt. Die Hilfsspannungsversor­ gungsleitungen dienen somit gleichzeitig als Feldbus.

Die Einrichtung zur Spannungsüberwachung ist zumindestens in einem Gerät, insbesondere einem Zentralgerät zugeordnet. Alternativ können auch alle Geräte eine derartige Einrichtung umfassen. Dadurch ist eine autarke Funktion für jedes Gerät gewährleistet.

Ist nur eine Einrichtung zur Spannungsüberwachung im Zentral­ gerät vorgesehen, so kann nach Erkennen eines Spannungsfeh­ lers ein Befehl an die übrigen Geräte zur Umschaltung auf die zweite Busleitung abgegeben werden. Der Befehl kann je nach Art des Fehlers auf der ersten oder zweiten Busleitung über­ tragen werden. Dadurch ist ein gemeinsames Umschalten er­ zielt.

Mit Vorteil kann in den Geräten, bevorzugt im Zentralgerät, auch eine Überwachung des Datenverkehrs erfolgen, wobei beim Auftreten einer fehlerhaften Datenübertragung für zumindest eine vorgebbare Zeitspanne eine Umschaltung des Datenverkehrs auf die zweite Busleitung erfolgt. Somit ist zusätzlich zur Spannungsüberwachung auch eine Überwachung des Datenverkehrs gegeben. Das Zentralgerät kann auch für die Datenübertragung an beide Busleitungen gleichzeitig angekoppelt sein. Damit ist eine Überwachung in Sende- und/oder Empfangsrichtung mög­ lich.

Es ist günstig, wenn ein Datenkoppler vorgesehen ist, der die beiden Busleitungen in bezug auf den Datenverkehr miteinander verbindet. Damit ist ein Umschalten der jeweiligen Geräte le­ diglich in bezug auf ihre Versorgungsspannung nötig. Alter­ nativ hierzu können auch die jeweiligen Geräte den Datenver­ kehr auf beiden Busleitungen abhören.

Vorteilhafterweise kann nach Beendigung des Spannungsfehlers eine automatische Zurückschaltung auf die erste Busleitung erfolgen. Damit ist die ursprüngliche Konfiguration wieder hergestellt. Bevorzugt ist dabei für die Um- und Zurückschal­ tung eine Zeithysterese mit einer vorgebbaren Zeitspanne vor­ gesehen. Dadurch kann in ungünstigen Fehlersituationen ein unbeabsichtigtes Hin- und Herschalten vermieden sein.

Bevorzugt hat die erste Busleitung eine höhere Datenübertra­ gungsrate als die zweite Busleitung. Damit ist ein Vorzugs­ system gegeben, auf das zurückgeschaltet werden kann. In ei­ ner weiteren Ausbildung können an der ersten und zweiten Bus­ leitung Teilnehmergeräte angeschlossen sein, so daß ein je­ weiliges Umschalten von betroffenen Teilnehmergeräten möglich ist.

Eine bevorzugte Anwendung der Anordnung erfolgt in Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, wobei die dort verwendeten Hilfsspannungsversorgungsleitungen der Schaltgeräte als Bus­ leitungen dienen. Es ist dabei auch eine gestaffelte Umschal­ tung zwischen mehreren Systemen oder Busleitungen möglich.

Die Erfindung, weitere Details und Vorteile werden nachfol­ gend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild anhand dessen verschiede­ ne Ausführungsbeispiele im Prinzip näher erläutert werden. Dabei sind eine erste und eine zweite Busleitung 1 bzw. 2 gezeigt, an die jeweils Geräte A bis D angeschlossen sind.

Als Busleitungen 1 und 2 können die verschiedensten Systeme in einer Anlage, z. B. einer Schalt- oder Industreianlage, dienen. Eine spezielle Anwendung kann insbesondere bei Frei­ luftschaltanlagen in der Hochspannungstechnik oder in Mittel­ spannungsanlagen gegeben sein. Die erste Busleitung 1 kann dabei als Gleich- oder Wechselspannungsversorgungsleitung ausgebildet sein. Vorliegend wird bevorzugt von einer Gleich­ spannungsversorgungsleitung ausgegangen. Die zweite Buslei­ tung 2, die als Ausweich- oder Redundanzleitung dient, kann ebenfalls als Gleich- oder Wechselspannungsversorgung aus­ gebildet sein.

Es ist auch denkbar, daß als zweite Busleitung 2 ein Schirm­ leiter, eine Funk- oder Infrarot-Datenverbindung dient. Die letztgenannten Verbindungen dienen in der Regel nur als reine Datenverbindung. Als erste Busleitung 1 dient bevorzugt eine Leitung oder ein Versorgungssystem, das eine erhöhte Daten­ übertragungsrate hat. Die Busleitung 1 dient in einem solchen Fall als Vorzugssystem mit Priorität.

Die Geräte A bis D sind bevorzugt als leittechnische Geräte, -komponenten oder Teilnehmergeräte in einer Anlage räumlich verteilt und können die verschiedensten Aufgaben, insbeson­ dere Steuerungsaufgaben, erfüllen. Sie können dabei auch Teil von Anlagenteilen oder in Anlagenteilen integriert sein.

Beispielhaft für weitere Geräte weist das erste Gerät A eine Einrichtung 3 zur Spannungsüberwachung auf. Diese überwacht die Versorgungsspannung auf der ersten Busleitung 1, auf der zunächst der Datenverkehr und die Versorgung mit Energie erfolgt. Eine Überwachung auf folgende Fehlerfälle ist mög­ lich:

• - Versorgungsspannung fehlt (U = 0),
• - Versorgungsspannung ungleich Sollspannung,
• - Leiterkurzschluß gegen Erde,
• - Iststrom größer als Sollstrom.

Beim Erkennen eines Spannungsfehlers wird in dem Gerät A eine Umschalteinrichtung 5 aktiviert, die dann zumindest die Ver­ sorgung mit Energie auf die zweite Busleitung 2 umschaltet. Die Umschalteinrichtung kann auch gegebenenfalls unabhängig von einem Teilnehmer oder Zentralgerät die Überwachung vor­ nehmen, wozu sie ggf. mit der Einrichtung 3 eine autarke Ein­ heit als selbstständiges Gerät bildet.

Gegebenenfalls kann selbstverständlich auch der Datenverkehr auf der Busleitung 2 erfolgen. Die Spannungsüberwachung auf der ersten Busleitung 1 kann dabei fortbestehen, so daß beim Wiederkehren der vorgegebenen Spannungssollwerte eine Zurück­ schaltung auf die erste Busleitung 1 erfolgt. Die Um- und Zurückschaltung kann dabei mit einer Zeithysterese erfolgen, so daß ein unkontrolliertes Hin- und Herschalten zwischen den beiden Busleitungen 1 und 2 vermieden ist.

Die beiden Busleitungen 1 und 2 können für die Datenübertra­ gung auch miteinander gekoppelt sein. Dazu kann beispielswei­ se das Gerät D als Datenkoppler ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Damit ist für die jeweiligen Geräte A bis D lediglich eine Umschaltung in Bezug auf ihre Versorgungsspan­ nung nötig.

Beim Erkennen eines Spannungsfehlers auf der ersten Buslei­ tung 1 kann von dem Gerät A auch ein Umschaltbefehl an weite­ re Geräte B bis D gegeben werden. Dies erfolgt dann natürlich bevorzugt auf einer zur Datenübertragung noch geeigneten Busleitung 1 oder 2. Dazu kann das Gerät A auf beiden Busleitungen 1 und 2 senden. Alternativ können die übrigen Geräte B bis D zum Datenempfang auf beiden Busleitungen 1 und 2 ausgebildet sein.

In einem solchen Fall kann beispielsweise das Gerät A als Zentralgerät ausgebildet sein, so daß eine zentrale Leit­ funktion gegeben ist. Vom Zentralgerät können gegebenenfalls auch andere Fehler als Spannungsversorgungsfehler erkannt werden. Dies sind z. B. auch Datenübertragungsfehler, wie z. B. eine fehlerhafte Datenübertragung oder auch eine Dauerauf­ schaltung eines Teilnehmergerätes. Beim Erkennen eines der­ artigen Fehlers kann zusätzlich eine Umschaltung - auch ein­ zelner ausgewählter Geräte oder Teilnehmer - erfolgen.

In der Praxis, z. B. in einer Schaltanlage, ist es denkbar, daß die Umschaltung zunächst zwischen zwei vorhandenen Gleichspannungsversorgungsleitungen erfolgt. Es kann dann gegebenenfalls bei einer Störung auf dem zweiten System eine weitere Umschaltung auf ein noch weiteres System, z. B. einer Wechselspannungsversorgungsleitung, erfolgen. Es ist dadurch quasi eine Kettenumschaltung oder eine gestaffelte Umschal­ tung gegeben.

Wesentlich für die vorliegende Idee ist, daß beim Auftreten eines Fehlers in der Spannungsversorgung oder Datenübertra­ gung auf einer Busleitung die Funktion der Anordnung im Sinne einer Redundanz oder Hilfsversorgung durch ein Umschalten auf die andere Busleitung gesichert ist. Die Anordnung ist bevor­ zugt mit Automatisierungseinrichtungen oder leittechnischen Einrichtungen in Schaltanlagen realisierbar.

Claims (13)

1. Anordnung zum Übertragen von Daten und Energie, insbeson­ dere einer ersten Versorgungsspannung, zwischen mehreren Geräten (A bis D) einer Anlage über eine erste Busleitung (1), wobei eine zweite Busleitung (2) vorgesehen ist, und wobei eine Einrichtung (3) zur Überwachung der ersten Bus­ leitung (1) vorgesehen ist, und wobei die Einrichtung (3) beim Auftreten einer Störung auf der ersten Busleitung (1) die Datenübertragung und/oder die Energieversorgung der Ge­ räte (AA bis D) auf der zweiten Busleitung (2) aktiviert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei als erste und zweite Bus­ leitung (1, 2) Gleich- oder Wechselspannungsleitungen dienen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Anwendung in einer Schaltanlage als erste und zweite Busleitung (1, 2) die Hilfsspannungsversorgungsleitungen in der Schaltanlage die­ nen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste Bus­ leitung (1) eine höhere Datenübertragungsrate als die zweite Busleitung (2) hat.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ein­ richtung (3) zur Überwachung zumindest einem Gerät (A bis D), insbesondere einem Zentralgerät, oder mehreren, insbesondere allen, Geräten der Anlage zugeordnet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei nach dem Erkennen einer Störung auf der ersten Busleitung (1) in dem einen Gerät (A) ein Befehl für die übrigen Geräte (C bis D) zur Umschaltung auf die zweite Busleitung (2) ausgegeben wird.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei im Zen­ tralgerät (A) mit der Einrichtung (3) eine Überwachung des Datenverkehrs erfolgt und beim Auftreten einer zumindest für eine vorgegebene Zeitspanne fehlerhafte Datenübertragung eine Umschaltung auf die zweite Busleitung (2) erfolgt.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Zen­ tralgerät (A) zumindest in Senderichtung für die Datenüber­ tragung an beide Busleitungen (1, 2) aktiv angekoppelt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Da­ tenkoppler vorgesehen ist, der die beiden Busleitungen (1, 2) in bezug auf den Datenverkehr miteinander verbindet.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Ge­ räte (A bis D) den Datenverkehr auf beiden Busleitungen (1, 2) empfangen.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei nach Aufhebung der Störung eine Zurückschaltung auf die erste Bus­ leitung (1) erfolgt.

12. Anordnung nach Anspruch 11, wobei für die Um- und Zurück­ schaltung eine Zeithysterese mit einer vorgegebenen Zeitspan­ ne vorgesehen ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei für die Aktivierung oder Umschaltung eine Umschalteinrichtung (5) vorgesehen ist.