DE19636031A1

DE19636031A1 - Power-Bus

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Publication number: DE19636031A1
Application number: DE19636031A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-03-12

Description

Für die Anwendung von Kommunikationssystemen in verfahrenstechnischen Anlagen ist die Gewährleistung von Explosionsschutz eine wesentliche Anforderung.

Es ist bekannt, serielle Kommunikationssysteme für den Einsatz in Meß-, Steuer- und Regelungssystemen verfahrenstechnischer oder anderer Anlagen mit integrierter Energie- und Informationsübertragung über ein gemeinsames Leitungspaar zu verwenden. Die Energieübertragung erfolgt dabei mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom niedriger Frequenz kleiner 20 kHz. Dem Versorgungsstrom aufmoduliert werden Informationssignale unterschiedlicher Datenrate. Beispiele ausgeführter Systeme sind PROFIBUS PA (DIN 19245 Teil 4), ISIBus (Norwegen), P-NET IS16 (Dänemark), ICS-MUX (Fa. STAHL, Deutschland), Sensoplex (Fa. TURCK, Deutschland). Der Schutz gegen eine Zündung von zündwilligen Umgebungen nach internationalen Vorschriften wie z. B. EN 50020 durch derartige elektrische Betriebsmittel wird mit unterschiedlichen Maßnahmen wie druckfeste Kapselung, passive oder aktive Strombegrenzungen oder ähnlichem erreicht. Die Anwendung der systemtechnisch gegenüber den anderen Varianten vorteilhaften Schutzart "Eigensicherheit" begrenzt bei den bekannten Feldbuslösungen die nutzbare elektrische Leistung erheblich und schränkt dadurch die praktische Einsetzbarkeit von Feldbussen in explosionsgefährdeten Bereichen stark ein. Untersuchungen der Physikalisch Technischen Bundesanstalt in Braunschweig (Elektrotechnische Zeitschrift etz, November 21/1994) zeigen, daß Wechselstrom unter bestimmten Voraussetzungen gegenüber Gleichstrom ein verbessertes Verhalten bezüglich des Explosionschutzes besitzt.

Eine externe Zuführung von Versorgungsleistung zu einem Gerät im Feld explosionsgefährdeter Anlagen ist aufgrund des zusätzlichen Verdrahtungsaufwands ebenso wie die Energieübertragung aufgetrennten Adern innerhalb eines Kabels oder mit Koaxialkabeln aus Kostengründen als sehr nachteilig zu bewerten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die verfügbare elektrische Leistung in Kommunikationssystemen mit integrierter Energie- und Informationsübertragung insbesondere für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Der Einsatz einer Wechselstromspeisung gemäß der Erfindung zur Versorgung von elektrischen Betriebsmitteln in explosionsgefährdeten Bereichen ermöglicht unter Beibehaltung identischer Explosionsschutzeigenschaften gegenüber einem Gleichstromsystem wesentlich höhere elektrische Leistungen. Die Erfindung gestattet die Verwendung von kostengünstigen Zweidrahtleitungen als Übertragungsmedium bei integrierter Energie- und Informationsübertragung über ein gemeinsames Adernpaar.

Eine Schirmung der Leitungen ist nicht zwingend erforderlich.

Die Anschaltung von Netzwerkknoten an eine Leitung erfolgt kontaktlos und damit auch verpolungssicher und korrosionsfrei durch induktive Koppelelemente.

Das Auftrennen von Adern zur Anschaltung von Netzwerkknoten an die Leitung ist nicht erforderlich, so daß Knoten während des laufenden Betriebs ohne elektrische Verbindungsunterbrechung der anderen Netzwerkknoten an- oder abgeschaltet werden können.

Der Einsatz einer Stromschnittstelle mit Speisung durch eine Stromquelle mit eingeprägtem Ausgangsstrom ermöglicht die Verlagerung des Leitungsabschluß in ein Speisegerät. Dadurch kann eine automatische Impedanzanpassung in Abhängigkeit von der aktuellen Netzwerkimpedanz zur Wirkleistungsanpassung des Gesamtsystems ohne Elektronik im Feld einer Anlage erfolgen.

Fehler durch nicht ordnungsgemäß installierte Leitungsabschlüsse werden so vermieden.

Das Kommunikationssystem besteht aus dem Speisegerät, der Leitung, den Buskopplern der einzelnen Netzwerkknoten und dem Busabschluß. Abb. 1 zeigt zwei mögliche Ausführungen für das Speisegerät und den Busabschluß, die in Wechselwirkung miteinander stehen. Der untere Fall b) stellt ein klassisches Netzwerk mit einem Busabschluß am Leitungsende zur Leistungsanpassung dar. Im oberen Fall a) wird die Leitung als symmetrisch aufgefaßt und aus Sicht des Speisegerätes virtuell verdoppelt, so daß die Leitung keinen Vierpol sondern nur einen Zweipol mit Kurzschluß am Leitungsende darstellt. In diesem Fall ist der Busabschluß in das Speisegerät integriert und kann als elektronische Impedanzanpassung ausgeführt werden.

Die Buskoppler der einzelnen Netzwerkknoten bilden mit der Netzwerkleitung als Primärwicklung (Windungszahl eins) und einer Sekundärwicklung einen Übertrager. Nach Abb. 2 bietet sich die Verwendung mehrerer Übertrager in jedem Buskoppler an, um so die Aufgaben der Energieauskopplung, des Informationsempfangs und -sendens signaltechnisch voneinander zu entkoppeln.

Gemäß Abb. 3 läßt sich ein Übertrager z. B. aus handelsüblichen EE-Kernen aus Ferrit oder ähnlichem Material herstellen. Der Übertrager sollte aus zwei Hälften bestehen, die gegeneinander verschoben oder aufgeklappt werden können und ein einfaches Hineinlegen der Adern des Netzwerkkabels gestatten. Auf dem Mittelsteg des Kopplers befindet sich die Sekundärwicklung zur Energie- oder Signalübertragung. Je nach Ausführung gemäß Abb. 2 besteht ein Buskoppler aus einem oder mehreren dieser Übertrager, die untereinander mechanisch verbunden oder in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut sein können, um ein gleichzeitiges Öffnen zum Einlegen des Netzwerkkabels zu gewährleisten.

Claims

1. Kommunikationssystem insbesondere für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen mit integrierter Energie- und Informationsübertragung über ein gemeinsames Adernpaar, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleistung als Wechselstrom übertragen wird.

2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Versorgungsstrom Informationssignale aufmoduliert sind.

3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Versorgungsleistung hinreichend groß zur Verringerung von zündauslösenden Funken in explosionsgefährdeten Umgebungen ist.

4. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennung der Informationssignale von dem Versorgungsstrom mit passiven elektrischen Schaltungen möglich ist.

5. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschaltung von Netzwerkknoten an das Kommunikationssystem über induktive Koppelelemente erfolgt.

6. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärseite der induktiven Koppelelemente aus nur einer Windung des Netzwerkkabels und einem geeigneten ferromagnetischen Material gebildet wird.

7. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verwendung induktiver Koppelelemente die Anschaltung von Netzwerkknoten an das Kommunikationssystem kontaktlos erfolgt.

8. Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle mit eingeprägtem Wechselstrom zur Speisung des Netzwerkes genutzt wird.

9. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitungsabschluß zur Leitungsanpassung im Speisegerät angeordnet wird.