DE19922467B4

DE19922467B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Spannungsquelle und Datenentkopplung bei AS-Interface

Info

Publication number: DE19922467B4
Application number: DE1999122467
Authority: DE
Inventors: Jochen Bihl; Bernhard Wiedemann; Michael Dr. Lupik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: DE19922467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die Vorteile von AS-Interface wie geringe Kosten pro AS-Interface Slave in hoher Schutzart, einfache Verdrahtung in hoher Schutzart zu ermöglichen, wobei die Erfindung die Schwierigkeit der Verlustleistung bei AS-Interface Netzteilen in hoher Schutzart kompensiert, dadurch gekennzeichnet, daß erfindungsgemäß die Datenentkopplung getrennt von der Spannungsquelle in hoher Schutzart aufgebaut wird, wodurch die Spannungsquelle in einfacher Schutzart räumlich getrennt von der Datenentkopplung in hoher Schutzart einfacher aufgebaut sein kann und Verlustleistung einfacher abgeben kann.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft ein Aktuator-Sensor-Interface mit Bussystem, Master und Spannungsquelle, zur Steuerung und Aktivierung von miteinander vernetzten und kommunizierenden, binären Mehrfachmodulen, AS- Interface Slaves, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft gleichermaßen eine Funktionserweiterung eines Bussystems zur Ansteuerung von miteinander vernetzten und kommunizierenden Slaves, vorwiegend das Bussystem AS-Interface, weil dieses System aus Kostengründen möglichst einfach aufgebaut wird, um eine möglichst preisgünstige Vernetzung von einfachen binären Sensoren und Aktuatoren zu ermöglichen. Der preisgünstige Aufbau des Bussystems wird unter anderem vor allen Dingen durch eine Beschränkung im Busprofil auf nur 4 Nutzbits erzielt.
Unabhängig von dieser Beschränkung ist ein AS-Interface Bussystem bestens geeignet zur Vernetzung von Sensoren und Aktuatoren mit einem Hostrechner, wie z.B. speicherprogrammierbare Steuerungen oder Industrie-PC oder beliebige andere Busrechner. An den Hostrechner werden über einen AS-i Master die binären Sensoren/Aktuatoren angeschlossen, wobei der AS-i Master die auf das Bussystem von den AS-i Slaves aufgegebenen Signale in einem vorgegebenen Zeitraster (AS-i Masterprogramm) dem Hostrechner zur Verfügung stellt.

Das AS-Interface oder Aktuator-Sensor-Interface ist ein einfaches Bussystem für die Vernetzung von binären Sensoren und Aktuatoren. Eine Besonderheit bei AS-Interface ist die Spannungsversorgung und die Datenübertragung über die gleichen zwei Leitungen. Die gleichzeitige Spannungsversorgung und Datenübertragung erfordert ein Datenentkopplung zwischen der Spannungsquelle und den restlichen AS- Interface Teilnehmern. Die Datenentkopplung ist fast immer Bestandteil eines speziellen AS-Interface Netzgerätes.

Es existieren auch AS-Interface Master in niederer Schutzart mit integrierter Datenentkopplung. Mit Hilfe dieser AS-Interface Master kann ein Standard- Netzteil ohne Datenentkopplung den AS-Interface Kreis über die Datenentkopplung im AS-Interface Master mit Spannung versorgen.

Es sind bereits Applikationen realisiert, bei denen mehrere AS-Interface Master jeweils mit integrierter Datenentkopplung über ein AS-Interface Netzteil angeschlossen sind. Die zusätzliche Datenentkopplung im AS-Interface Netzteil hat keinen negativen Einfluss auf die Kommunikation in den einzelnen AS-Interface Kreisen.

Die Leitungslänge bei AS-Interface ist aufgrund der Datenübertragung und aufgrund von Reflektionen auf 100m begrenzt. Darüber hinaus kann mit Hilfe eines Extenders oder eines Repeaters die Leitungslänge auf maximal 300m verlängert werden, mit Hilfe von beispielsweise zwei Repeatern oder zwei Extendern.

Ein AS-Interface wird im Schaltschrank und direkt an Maschinen oder Anlagen im Feld eingesetzt. Für die Montage im Feld oder direkt an Maschinen müssen alle Komponenten in hoher Schutzart ausgeführt werden. Dies ist jedoch vor allem für Spannungsquellen aufwendig und teuer, da die Verlustleistung der Spannungsquellen, die beim Transformieren der Netzwechselspannung in eine geregelte Gleichspannung von 30V entsteht, abgeführt werden muss.

Durch die WO 98/18236 A1 ist als weiterer Stand der Technik ein leitungsgebundene Kommunikations- und Steuersystem bekannt geworden, welches die gleichzeitige Verteilung von Strom und Nachrichteninformation entlang der gleichen Leitungen in einem Netzwerk vorsieht, welches eine Vielzahl von Sensoren, Betätigern und Verarbeitungselementen aufweist. Das Kommunikations- und Steuersystem besitzt eine Netzwerktopologie mit einer Stromversorgung, zumindest drei netzbetriebenen, in Reihe geschalteten intelligenten Zellen (PSICs), von denen zumindest eine direkt durch die Stromversorgung erregt wird, wobei die PSICs über entsprechende Kommunikationskanäle, die jeweils zumindest zwei elektrische Leiter aufweisen, in Reihe hintereinander und miteinander verbunden sind, eine Adressiereinrichtung innerhalb jedes PSIC, um jeden der PSICs durch eine eindeutige Adresse aufrufen zu können und wobei zumindest einer der PSICs ein oder mehrere Nutzlastelemente hat, die mit ihm verbunden sind um entsprechend einer Steuerlogik zu arbeiten, die in den betreffenden PSIC eingebettet ist oder ihm zugeführt wird. Zumindest einer der PSICs hat zwei oder mehr getrennt gesteuerte und zugeordnete Kommunikationsanschlüsse, um wechselseitig unabhängige Kommunikation mit entsprechend benachbarten PSICs über entsprechende Kommunikationskanäle zu bewirken und wobei zumindest einer der Kommunikationskanäle eine Kommunikation in beiden Richtungen erlaubt. Es ist somit eine Datenentkopplung vorhanden, welche räumlich getrennt von einer Spannungsquelle aufgebaut ist.

Des Weiteren ist durch die WO 99/45621 A1 eine Feldbusanordnung mit einem Feldbusverteiler zur Montage im explosionsgefährdeten Bereich zur Speisung von im explosionsgefährdeten Bereich angeordneten Feldgeräten über eigensichere Stromkreise aus einer im nicht-explosionsgefährdeten Bereich angeordneten, energiereichen Spannungsquelle und zur Datenübertragung bekannt geworden. Ein im nicht-explosionsgefährdeten Bereich angeordneter Feldbuskoppler ist mit drei voneinander galvanisch getrennten Stromkreisen vorgesehen, wobei der Feldbuskoppler über den ersten Stromkreis mit einem im nicht-explosionsgefährdeten Bereich geführten Feldbushauptstrang verbunden ist, die Spannungsquelle über den zweiten Stromkreis mit dem Feldbuskoppler verbunden ist und der dritte Stromkreis als nichteigensicherer Stromkreis in den explosionsgefährdeten Bereich geführt ist.

Der Feldbusverteiler ist ausgestattet mit einer gehäuseartigen, alle spannungsführenden Bauteile gesamtheitlich umschließenden Kapselung, mit Anschlüssen für eigensichere Stromkreise zum Anschluss einer Mehrzahl von Feldgeräten, mit mindestens einem gesicherten Anschluss zum Anschluss des nichteigensicheren Stromkreises, mit Strom- und Spannungsbegrenzungsmitteln, und einer Sammelschienenanordnung. Jeder der Anschlüsse für eigensichere Stromkreise ist jeweils über ein Strombegrenzungsmittel mit der Sammelschienenanordnung verbunden, wobei der gesicherte Anschluss zum Anschluss eines nichteigensicheren Stromkreises über die Spannungsbegrenzungsmittel mit der Sammelschienenanordnung verbunden ist.

Die Erfindung beschreibt einen Weg die Spannungsquelle in niederer Schutzart, zum Beispiel in IP20, zu belassen und trotzdem AS-Interface in hoher Schutzart zu nutzen. Es gibt heute zwar bereits Spannungsquellen, die in hoher Schutzart, zum Beispiel in IP65, ausgeführt sind. Diese sind erheblich teurer als konventionelle Spannungsquellen in niederer Schutzart und im Temperaturbereich eingeschränkt.

Beschreibung der Spannungsquelle von AS-Interface Kreisen in hoher Schutzart heute: Es werden heute bereits AS-Interface Kreise dezentral in hoher Schutzart eingesetzt. Dabei wird der AS-Interface Master, die AS-Interface Slaves und das AS-Interface Netzteil in hoher Schutzart ausgeführt. Vor allem die AS-Interface Netzteile in hoher Schutzart sind wesentlich teurer als AS-Interface Netzteile für die Montage im Schaltschrank. Die Verlustleistung kann bei Netzteilen, die für hohe Schutzart in spezielle Gehäuse eingebaut werden nur schwer abgegeben werden. Die heutigen AS-Interface Netzteile in hoher Schutzart bauen groß und sind im Temperaturbereich gegenüber Netzteilen in niederer Schutzart für die Montage im Schaltschrank im Temperaturbereich eingeschränkt. Die hohen Kosten dieser Lösung verhindern oft ihren Einsatz.

Technische Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die AS-Spannungsversorgung bei AS-Interface Systemen, die in hoher Schutzart ausgeführt werden, zur Verfügung zu stellen, ohne die gesamte Spannungsquelle in hoher Schutzart auszuführen.

Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Verfügung, bei welcher die AS-Interface Spannungsversorgung bei AS-Interface-Systemen in hoher Schutzart ausgeführt werden, ohne die gesamte Spannungsquelle in hoher Schutzart auszuführen.

Dabei wird die Datenentkopplung 9 getrennt von der Spannungsquelle in hoher Schutzart ausgeführt. Die geregelte 30V Gleichspannung wird getrennt von der Datenentkopplung erzeugt. Die Datenentkopplung wird erfindungsgemäß in ein eigenes Gehäuse, zusammen mit dem AS-Interface Master, zusammen mit einem AS-Interface Slave, zusammen mit einem AS-Interface Repeater oder zusammen mit einem AS- Interface Extender eingesetzt.

Die Spannungsquelle kann weiterhin in niederer Schutzart verbleiben. Die Leitungslänge zwischen der Spannungsquelle und der Datenentkopplung hat keinen Einfluss auf die Datenübertragung und auf Reflektionen im AS-Interface Kreis.

Der Gegenstand der Erfindung weist dadurch die Vorteile auf, dass ein solches AS-Interface geringe Kosten pro AS- Interface Slave in hoher Schutzart besitzt, eine einfache Verdrahtung in hoher Schutzart ermöglicht sowie die Schwierigkeit der Verlustleistung bei AS- Interface Netzteilen in hoher Schutzart kompensiert. Insbesondere kann die Spannungsquelle in einfacher Schutzart, räumlich getrennt von der Datenentkopplung in hoher Schutzart, einfacher aufgebaut sein, wie auch die Verlustleistung einfacher abgegeben werden kann.

Es besteht die Möglichkeit mehrere AS-Interface Kreise in hoher Schutzart über eine Spannungsquelle und mehrere Datenentkopplungen in hoher Schutzart mit Spannung zu versorgen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen, in der zeigen:

1 ein Beispiel für ein AS-Interface Netzteil

2 ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis mit einem AS-Interface Netzteil

3 ein Beispiel für mehrere AS-Interface Kreise die aus einem AS-Interface Netzteil mit Spannung versorgt werden

4 ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis mit Repeater

5 ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis mit Extender

6 ein Beispiel für eine Spannungsquelle und eine Datenentkopplung in jeweils getrennten Gehäusen gemäß der Erfindung

7 ein Beispiel für mehrere AS-Interface Kreise die gemäß der Erfindung aus einem AS-Interface Netzteil mit Spannung versorgt werden

8 ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis mit zwei Datenentkopplungen und einem Repeater gemäß der Erfindung

9 ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis mit einer Datenentkopplung und einem Extender gemäß der Erfindung

10 ein Beispiel für zwei AS-Interface Kreise mit zwei Datenentkopplungen gemäß der Erfindung und

11 ein Beispiel für eine Datenentkopplungen in einem eigenen Gehäuse gemäß der Erfindung.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung:
In 1 ist ein Beispiel für ein AS-Interface Netzteil gezeigt, bestehend aus einer Spannungsquelle, ein Spannungswandler und der Datenentkopplung.
In 2 ist ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis mit einem AS-Interface Netzteil, einem AS-Interface Master und mehreren AS-Interface Slaves angegeben. Die Leitungslänge ist auf maximal 100 Meter begrenzt.
3 ist ein Beispiel für mehrere AS-Interface-Kreise, die aus einem AS-Interface Netzteil in niederer Schutzart über mehrere AS-Interface Master mit Datenentkopplung in niederer Schutzart nach dem Stand der Technik mit Spannung versorgt sind.
In 4 ist ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis der mit Hilfe eines Repeaters von ursprünglich 100 Meter maximaler Leitungslänge nach heutigem Stand der Technik auf eine maximale Leitungslänge von 200 Metern verlängert wird.
In 5 ist ein Beispiel für einen AS-Interface Kreis der mit Hilfe eines Extender von ursprünglich 100 Meter maximaler Leitungslänge nach dem Stand der Technik auf eine maximale Leitungslänge von 200 Metern verlängert wird wobei zwischen AS-Interface Master und Extender keine AS-Interface Slaves angeschlossen werden dürfen.
In 6 ist ein Beispiel für eine Spannungsquelle und eine Datenentkopplung in jeweils getrennten Gehäusen wobei erfindungsgemäß die Datenentkopplung in hoher Schutzart ausgeführt ist.
7 ist ein Beispiel für mehrere AS-Interface-Kreise, die gemäß der Erfindung aus einem AS-Interface Netzteil in niederer Schutzart über mehrere AS-Interface Master mit Datenentkopplung in hoher Schutzart mit Spannung versorgt werden.
8 ist ein Beispiel für einen AS-Interface-Kreis mit zwei Datenentkopplungen und einem Repeater, die gemäß der Erfindung zusammen in hoher Schutzart aufgebaut sind.
9 ist ein Beispiel für einen AS-Interface-Kreis mit einer Datenentkopplung und einem Extender, die gemäß der Erfindung zusammen in hoher Schutzart aufgebaut sind.
10 ist ein Beispiel für zwei AS-Interface-Kreise, die über zwei getrennt Datenentkopplungen in hoher Schutzart von einer Spannungsquelle in niederer Schutzart gemäß der Erfindung mit Spannung versorgt werden.
11 ist ein Beispiel für eine Datenentkopplungen in einem eigenen Gehäuse gemäß der Erfindung. Die Datenkopplung ist getrennt von der Spannungsquelle aufgebaut.
Gewerbliche Anwendbarkeit:
Der Gegenstand der Erfindung ist insbesondere für Bussysteme bei einem Aktuator-Sensor-Interface zur Steuerung und Aktivierung von miteinander vernetzten und kommunizierenden binären, Mehrfachmodulen, AS-i Slaves, anwendbar, deren Leistungsfähigkeit innerhalb des Aktuator-Sensor-Interfaces gemäß AS-i Standard wesentlich erhöht wird.

1: AS-Interface
2: AS-Interface Slave
3: AS-Interface Netzteil
4: AS-Interface Master
5: AS-Interface Repeater
6: AS-Interface Extender
7: Schutzart
8: Verlustleistung
9: Datenentkopplung
10: Spannungsquelle
11: Erdschlusswächter

Claims

Aktuator-Sensor-Interface mit Bussystem, Master und Spannungsquelle, zur Steuerung und Aktivierung von miteinander vernetzten und kommunizierenden, binären Mehrfachmodulen, AS- Interface Slaves, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der binären Mehrfachmodule die Datenentkopplung entweder zusammen mit dem AS-Interface Master oder zusammen mit einem AS-Interface Repeater oder zusammen mit einem AS-Interface Extender oder zusammen mit einem AS-Interface Erdschlusswächter oder zusammen mit einem der AS-Interface Slaves jeweils in einem eigenen Gehäuse in hoher Schutzart, zum Beispiel in IP 65, aufgebaut ist, jedoch getrennt von der Spannungsquelle, welche in niederer Schutzart, zum Beispiel in IP20, ausgeführt ist.
Aktuator-Sensor-Interface nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Gehäuse mehrere Datenentkopplungen mit höherer Schutzart räumlich getrennt von der in einem Gehäuse mit niedrigerer Schutzart aufgebauten Spannungsquelle aufgebaut sind, welche die Verlustleistung in erleichterter Weise abzugeben imstande ist.
Aktuator-Sensor-Interface nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenentkopplung räumlich getrennt von der Spannungsquelle aufgebaut ist, wodurch eine unempfindliche DC Spannung über eine längere Strecke zwischen der Spannungsquelle und der Datenentkopplung übertragen wird und hinter der Datenentkopplung die bei AS-Interface angegebene maximale Leitungslänge zur Verfügung steht.
Aktuator-Sensor-Interface nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsspannung und oder die Ausgangsspannung zusätzlich zur externen Datenentkopplung gemessen und angezeigt wird, wodurch ein Spannungsabfall aufgrund zu hoher Leitungswiderstände zwischen der Spannungsquelle und der Datenentkopplung angezeigt wird.
Aktuator-Sensor-Interface nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherung gegen Kurzschlüsse zusätzlich zur externen Datenentkopplung im AS-Interface Kreis eingesetzt ist dergestalt, dass bei einem Kurzschluss am AS-Interface-Kreis die Datenentkopplung und die Spannungsquelle vor Zerstörung geschützt werden.