DE19648783C2 - Baugruppe für ein Akuator-Sensor-Interface eines Feldbus-Systems - Google Patents
Baugruppe für ein Akuator-Sensor-Interface eines Feldbus-SystemsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für ein Aktuator-Sensor-Interface
(ASI) eines Feldbus-Systems, insbesondere Sensor und/oder Aktuator
und/oder Eingangs-Ausgangsmodul, über das mehrere Baugruppen
ansteuerbar sind und jede Baugruppe mit zwei Leiterbahnen an da
Bussystem angeschlossen ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Feldbussystemen war es bisher nicht möglich, binäre Sensoren oder
Aktuatoren direkt busfähig zu machen. Durch hochintegrierte Technolo
gien können heute Sensoren neben dem eigentlichen Schaltzustand noch
weitere Funktionen liefern, die Einstell- und Diagnosemöglichkeiten der
Sensoren oder Aktuatoren bieten. Dazu wurde der Aktuator-Sensor-Inter
face-Standard, ASI-Standard genannt, geschaffen, der ein Feldbuskonzept
darstellt, mit dem binäre Aktuatoren and Sensoren mit der untersten bzw.
ersten Steuerungsebene verknüpft werden, um sie kommunikationsfähig
zu machen. Das Aktuator-Sensor-Interface ersetzt dabei den Kabelbaum,
Verteilerschränke, Klemmleisten usw. durch ein einfaches Zweileiter-
Flachbandkabel, nämlich ASI-P und ASI-N, über das ASI-Daten mit den
Peripherie-Elementen ausgetauscht werden und das diese zugleich mit
Energie versorgt. Mit einem separaten ASI-Anschluß in Form eines
standardisierten Moduls, der Teil der Busstruktur ist, macht ASI zunächst
einmal die meisten konventionellen Peripherie-Elemente busanschlußfä
hig. Beim integrierten ASI-Anschluß befindet sich hingegen in einer ASI-
Baugruppe ein sogenannter Slave-Baustein, die dadurch selbst busfähig ist
(ASI-Verein in: Sonderdruck aus Feldbussysteme für die Investitions
güterindustrie, Herausgeber VDMA, Frankfurt 1992, Stand 3.12.1992 sowie
Druckschrift: Fabrikautomation VariNet-A Aktuator-Sensor-Interface
Katalog Sensorsysteme 5, Ausgabe 1994, Herausgeber: Pepperl + Fuchs
GmbH, D- 68301 Mannheim; Druckschrift: ASI: Das Aktuator-Sensor-
Interface für die Automation, herausgegeben von Werner Kriesel und Otto
Madelung, Hanser-Verlag 1994).
Der Master, ASI-Master genannt, übernimmt alle Aufgaben, die für die Ab
wicklung des Busbetriebs der Slaves notwendig sind einschließlich von
Aufgaben der Initialisierung und der Diagnose. Über den AST-Master ist an
den Feldbus ein übergeordneter Verarbeitungsrechner, wie speicherpro
grammierbare Steuerung oder Bus-Rechner oder PC oder VME-Busrech
ner, angeschlossen, dem sämtliche Signale aller ASI-Slaves zugeführt
werden.
Bei den an den Bus angeschlossenen ASI-Baugruppen muß die Erdkapa
zität der Leitungen des Zweileiter-Flachbandkabels, nämlich ASI-P und
ASI-N, sehr klein sein und darf nur um maximal 10% voneinander
abweichen. Durch ein geeignetes Layout der Schaltungsplatine kann eine
Unsymmetrie kompensiert werden, was jedoch eine hohe Entwicklungszeit
benötigt, da nur durch iterative Änderungen der Leiterbahnführungen die
Symmetrie hergestellt werden könnte.
Durch den Aufsatz von Bresch, Güttler, Patzke "Übertragungssicherheit bei
Feldbussen", Automatisieren Feldbusse, Elektronik 15/1991, ist bekannt
geworden, Feldbusse zu verwenden, die in stark störender Prozeßum
gebung eingesetzt werden, die deshalb einem deutlich höheren Stör
aufkommen gerecht werden, wobei Übertragungssysteme mit hoher
Störsicherheit (Standard EIA 485; RS-485) einsetzt werden, die Störabstände
nach ISO 8482 aufweisen. Damit soll verhindert werden, daß bei solchen
Bussystemen durch induktive oder kapazitive Einkopplungen auf die
Datenleitungen es zu störenden Gegentaktaussteuerungen kommt, deren
Ursache in Unsymmetrieen in unterschiedlichen Leiterbahnführungen für
die Datenleitungen auf Platinen liegen kann:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ASI-Baugruppen für ein
Aktuator-Sensor-Interface der eingangs genannten Gattung zu schaffen,
bei welchen die Erdkapazitäten zu den Zuleitungen ASI-P und ASI-N bzw.
Gehäusekapazitäten auf einfache Weise symmetriert sind.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zur
Kompensation einer Unsymmetrie der Leiterbahnen oder Streukapazitäten
gegenüber Bezugspotential zur Eingangsimpedanz (RIN, LIN, CIN) der
Baugruppe die Baugruppe innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, wobei
wenigstens ein Teil der auf einer Schaltungsplatine angeordneten Bau
elemente der Baugruppe von einer metallisierten Folie oder einer Kupfer
fläche innerhalb des Gehäuses in isolierter Weise umgeben ist und zur
Kompensation einer Unsymmetrie der Kapazitäten der Leiterbahnen zur
Eingangsimpedanz (ZIN = RIN, LIN, CIN) der Baugruppe gegenüber der
metallisierten Folie oder Kupferfläche die ausgemessenen Kapazitäten und
der Leiterbahnen gegen die metallisierte Folie oder Kupferfläche durch
mindestens zwei Kondensatoren entsprechender Größe zwischen den
Leiterbahnen und der metallisierten Folie oder Kupferfläche symmetriert
werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Somit ist zur Kompensation einer Unsymmetrie der Leiterbahnen- oder
Streukapazitäten von ASI-N, ASI-P, CNS und Cps zu Erde oder zu einem
Bezugspotential, zur Eingangsimpedanz (ZIN = RIN, LIN, CIN) der ASI-
Baugruppe die ASI-Baugruppe innerhalb eines Gehäuses angeordnet,
wobei wenigstens ein Teil der auf einer Schaltungsplatine angeordneten
Bauelemente der ASI-Baugruppe von einer metallisierten Folie oder einer
Kupferfläche innerhalb des Gehäuses in isolierter Weise umgeben ist; zur
Kompensation einer Unsymmetrie der Kapazitäten der Leiterbahnen und
der Bauelemente von ASI-N und ASI-P zur Eingangsimpedanz (RIN, LIN,
CIN) der ASI-Baugruppe gegenüber der metallisierten Folie oder
Kupferfläche werden die ausgemessenen Kapazitäten CNS und Cps der
Leiterbahnen gegen die metallisierte Folie oder Kupferfläche durch min
destens zwei Kondensatoren entsprechender Größe zwischen ASI-P und
ASI-N und der metallisierten Folie oder Kupferfläche symmetriert.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß in einfacher Weise eine ASI-
Baugruppe mittels wenigstens zwei Kapazitäten symmetriert werden kann,
so daß die Forderung von maximal 10% Abweichung der Erdkapazitäten
bzw. parasitären Kapazitäten von ASI-N und ASI-P leicht einzuhalten ist.
Desweiteren hat sich gezeigt, daß sich aufgrund der Symmetrierung das
EMV-Verhalten der einzelnen ASI-Baugruppen verbessert. In vorteilhafter
Weise werden Unsymmetrieen innerhalb einer ASI-Baugruppe, nämlich
der Leitungs- oder Streukapazitäten von ASI-N, CNS, und ASI-P, CPS zu
Erde oder zu einem Bezugspotential, zur Eingangsimpedanz (RIN, LIN,
CIN) der ASI-Baugruppe kompensiert, wobei die ausgemessenen Leitungs-
oder Streukapazitäten der Leiterbahnen ASI-P und ASI-N gegen Erde bzw.
gegen das Bezugspotential der ASI-Baugruppe symmetriert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ASI-Baugruppe mit komplexem
Eingangswiderstand und zwei parasitären Streukapazitäten
zwischen ASI-N und ASI-P und dem Gehäuse und
Fig. 2 ein Schaltbild gemäß Fig. 1 zur Darstellung der Erfindung, wobei
die Bauelemente auf einer metallischen Folie oder Kupferfläche der
Schaltungsplatine innerhalb eines Metallgehäuses angeordnet
sind.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer ASI-Baugruppe 1, nämlich ein ASI-
Slave, der insbesondere ein Sensor und /oder ein Aktuator und /oder ein
Eingangs- oder Ausgangsmodul sein kann, Teil eines Aktuator-Sensor-
Interface (ASI-Master), der gemäß ASI-Standard aufgebaut ist. Derartige
ASI-Baugruppen 1 und der ASI-Master sind Teile eines Bussystems, über
das eine Mehrzahl derartiger ASI-Baugruppen 1 ansteuerbar ist und
umgekehrt. Die ASI-Baugruppe 1 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet,
welches vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff besteht oder sonstwie
metallisiert ist und mit Erde 10 bzw. Masse 10 verbunden sein kann. Jede
ASI-Baugruppe 1 ist durch zwei metallische Leiterbahnen 3, 4, wie Drähte
oder Flachbandkabel oder ähnliches, nämlich ASI-P 3 und ASI-N 4, die zu
Steckbuchsen 16, 17 innerhalb einer der Wandungen 18 des Gehäuses 2
führen, über dies Steckbuchsen 16, 17 an den (nicht dargestellte) außen
vorbeiführenden ASI-Bus angeschlossen.
Die ASI-Baugruppe 1 besitzt einen komplexen Innenwiderstand ZIN, der im
wesentlichen in einem Ersatzschaltbild durch einen ohmschen Innen
widerstand 5, RIN, eine Kapazität 7, CIN, sowie gegebenenfalls eine
Induktivität 6, LIN, dargestellt werden kann. Zur Symmetrierung der
Kapazitäten zwischen den beiden Leiterbahnen oder Leitungen 3, 4, ASI-P 3
und ASI-N 4, werden diese parasitären Kapazitäten CNS und CPS,
gemessen und zwischen die Leitungen 3, 4, ASI-P 3 und ASI-N 4
wenigstens zwei Kondensatoren 11, 12 (Fig. 2) angeordnet, die entsprechend
dem Verhältnis von CNS zu CPS so demensioniert werden, daß CNS und CPS
symmetriert sind. Dadurch ist in einfacher Weise eine Symmetrierung
zwischen den beiden Leiterbahnen 3, 4, ASI-P 3 und ASI-N 4, erreicht.
Wenigstens ein Teil der auf einer Schaltungsplatine angeordneten
Bauelemente der Schaltung ist gemäß Fig. 2 von einer metallisierten Folie
13 oder Metallfolie oder von einer Kupferfläche innerhalb des
Metallgehäuses 2 umgeben sein, welches mit Erde 10 oder Masse verbunden
ist; die Folie oder Kupferfläche 13 ist in geeigneter Weise von den
Bauelementen bzw. der Schaltungsplatine elektrisch isoliert. Die ASI-
Baugruppe 1 besitzt wie in Fig. 1 wiederum einen komplexen Innen
widerstand ZIN, dargestellt in einem Ersatzschaltbild durch RIN und CIN
und gegebenenfalls LIN.
Zur Kompensation von Unsymmetrieen, die allgemein von Unsymmetrieen
der Leiterbahnführungen sowie der Anordnung der Bauelemente
herrühren können, von parasitären Streukapazitäten oder Erdkapazitäten,
nämlich hauptsächlich die inneren Kapazitäten von ASI-N 4 und ASI-P 3,
gegenüber der metallisierten Folie 13 oder Kupferfläche oder ein sonstiges
Bezugspotential innerhalb des Gehäuses, werden die ausgemessenen
Kapazitäten CNS und CPS der Leiterbahnen 3, 4 gegen die metallisierte Folie
13 oder Kupferfläche durch mindestens je einen zwischen ASI-P 3 und ASI-
N 4 angeordneten Kondensator 11, 12 symmetriert. Entsprechend dem
Verhältnis von CNS zu CPS sind die Symmetrierungskapazitäten, bestehend
aus den Kondensatoren 11, 12, so dimensioniert, daß CNS und CPS
symmetriert sind.
Die metallisierte Folie 13 ist vorteilhaft umlaufend über die Schaltung der
ASI-Baugruppe 1 geführt; dabei kann die Folie 13 rund umlaufend und/oder
auch geschlossen umlaufend sein. Zur Herstellung der metallisierten
Kupferfläche 13 kann auch ein Teil der Schaltungsplatine metallisiert sein.
Zur Symmetrierung können parallel zum komplexen Innenwiderstand ZIN
der ASI-Baugruppe 1, dargestellt im wesentlichen durch das Ersatzschalt
bild eines ohmschen Widerstandes 5 BIN, eines parallel zu den Leiter
bahnen 3, 4, ASI-P 3 und ASI-N 4, liegenden Kondensators 7 CIN sowie
einer Induktivität 6 LIN kapazitiver Spannungsteiler aus wenigstens zwei
in Reihe liegenden Kondensatoren 11, 12 CP und CN angeordnet ist, wobei
ein Mittenabgriff 15 zwischen den Kondensatoren 11, 12 CP und CN auf die
metallisierte Folie 13 oder Kupferfläche gelegt ist.
Die Symmetrierungskapazitäten 11, 12 sind nach Fig. 2 parallel zum
komplexen Innenwiderstand, RIN, CIN, LIN, der ASI-Baugruppe 1, als
kapazitiver Spannungsteiler aus wenigstens zwei in Reihe liegenden
Kondensatoren 11, 12, nämlich CP und CN, gezeigt.
1
ASI-Baugruppe
2
Gehäuse
3
,
4
ASI-P und ASI-N-Leitungen im Gehäuse
5
ohmscher Innenwiderstand der Eingangsimpedanz
6
Induktivität der Eingangsimpedanz
7
Kapazität der Eingangsimpedanz
8
,
9
parasitäre Kapazitäten
10
Erde
11
,
12
Symmetrierungskapazitäten
13
metallisierte Folie oder Kupferfläche
14
Streukapazität
15
Mittenabgriff
16
,
17
Steckerbuchsen
18
Wandung des Gehäuses
Claims (5)
1. Baugruppe für ein Aktuator-Sensor-Interface (ASI) eines Feldbus-
Systems, insbesondere Sensor und/oder Aktuator und/oder Eingangs-
Ausgangsmodul, über das mehrere Baugruppen (1) ansteuerbar sind und
jede Baugruppe mit zwei Leiterbahnen (3, 4) an das Bussystem
angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Kompensation einer Unsymmetrie der Leiterbahnen oder
Streukapazitäten (8, 9) gegenüber Bezugspotential (10) zur Eingangsimpe
danz (RIN, LIN, CIN) der Baugruppe (1) die Baugruppe (1) innerhalb eines
Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei wenigstens ein Teil der auf einer
Schaltungsplatine angeordneten Bauelemente der Baugruppe (1) von einer
metallisierten Folie (13) oder einer Kupferfläche innerhalb des Gehäuses (2)
in isolierter Weise umgeben ist und zur Kompensation einer Unsymmetrie
der Kapazitäten (8, 9) der Leiterbahnen (3, 4) zur Eingangsimpedanz (ZIN =
RIN, LIN, CIN) der Baugruppe (1) gegenüber der metallisierten Folie (13)
oder Kupferfläche die ausgemessenen Kapazitäten (8, 9) der
Leiterbahnen (3, 4) gegen die metallisierte Folie (13) oder Kupferfläche durch
mindestens zwei Kondensatoren (11, 12) entsprechender Gröle zwischen
den Leiterbahnen (3, 4) und der metallisierten Folie (13) oder Kupferfläche
symmetriert werden.
2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die metallisierte Folie (13) umlaufend über die Schaltung der
Baugruppe (1) bzw. der Schaltungsplatine geführt ist.
3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die metallisierte Folie (13) geschlossen umlaufend über die Schaltung
der Baugruppe (1) geführt ist.
4. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung der metallisierten Kupferfläche (13) ein Teil der
Schaltungsplatine metallisiert ist.
5. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß parallel zum komplexen Innenwiderstand (ZIN) der Baugruppe (1),
dargestellt im wesentlichen durch das Ersatzschaltbild eines ohmschen
Widerstandes (5) RIN, eines parallel zu den Leiterbahnen (3, 4), liegenden
Kondensators (7) sowie einer Induktivität (6) ein kapazitiver Spannungs
teiler aus wenigstens zwei in Reihe liegenden Kondensatoren (11, 12)
angeordnet ist, wobei ein Mittenabgriff (15) zwischen den Kondensatoren (11, 12) auf die
metallisierte Folie (13) oder Kupferfläche gelegt ist.
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---|---|---|---|
DE19544035 | 1995-11-25 | ||
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Publications (2)
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---|---|
DE19648783A1 DE19648783A1 (de) | 1997-05-28 |
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ID=7778450
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DE19648783A Expired - Fee Related DE19648783C2 (de) | 1995-11-25 | 1996-11-25 | Baugruppe für ein Akuator-Sensor-Interface eines Feldbus-Systems |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19648783C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011047826A1 (de) | 2009-10-20 | 2011-04-28 | "Hesch" Schröder GmbH System Engineering + Production | Steuereinrichtung und verfahren zur spannungspotentialgetriebenen ansteuerung von feldgeräten |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015221880A1 (de) | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Ifm Electronic Gmbh | Slave-Modul für einen symmetrischen erdfreien Feldbus der Automatisierungstechnik zur Verbindung mit einer externen analogen erdfreien E/A-Einheit |
-
1996
- 1996-11-25 DE DE19648783A patent/DE19648783C2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ASi: Aktuator-Sensor-Interface, Sonderdruck am: Feldbussysteme für die Investitionsgüter- industrie, Hrsg.: VDMA, Frankfurt 1992 * |
DE-Z.: BRESCH, H. Dr.-Ing. u.a., Übertragungs- sicherheit bei Feldbussen in: Elektronik 15/1991, S.54-58 * |
Firmendruckschrift der Pepperl + Fuchs GmbH, Geschäftsbereich Fabrikautomation, 68301 Mannheim, Ausgabe 1994: VauNet-A, Aktuatoar- Sensor-Interface, S. 1/1-1/7 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011047826A1 (de) | 2009-10-20 | 2011-04-28 | "Hesch" Schröder GmbH System Engineering + Production | Steuereinrichtung und verfahren zur spannungspotentialgetriebenen ansteuerung von feldgeräten |
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Publication number | Publication date |
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DE19648783A1 (de) | 1997-05-28 |
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