DE20112558U1

DE20112558U1 - Multimasterbussystem

Info

Publication number: DE20112558U1
Application number: DE20112558U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2011-07-31

Description

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Beschreibung
Multimasterbussystem

Die Erfindung betrifft ein Multimasterbussystem, bei dem alle am CAN-Feldbus angeschlossenen Teilnehmer nach dem Multimasterprinzip miteinander kommunizieren können.

Ein Bussystem in den Stromversorgungsanlagen hat die Aufgabe, alle Teilnehmer kommunikativ miteinander zu verbinden.

Typische Teilnehmer von Stromversorgungsanlagen sind:

Gleichrichter (AC/DC-Wandler) Wechselrichter (DC/AC-Wandler) Temperaturmessmodul

Spannungsmessmodul

Strommessmodul

Sicherungsüberwachungsmodul Relais-Ausgangsmodul zum Schalten von potentialfreien Kontakten

Überwachung von Kontakten, digitalen Eingängen (Türkontakte) Tiefentladeschutz

Dieselanlage
Klimaanlage und

Systemcontroller,

die jeweils als Module ausgebildet sind.

Die Kommunikation dieser Module untereinander erfolgt dabei in der Regel über den Systemcontroller. Dieser erfasst von allen Teilnehmern die Daten und sendet die Befehle bzw. die Ergebnisdaten selbst zu den entsprechenden Zielteilnehmern.

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Nachteilig ist hierbei, dass bei Ausfall des Systemcontrollers die Teilnehmer untereinander nicht mehr kommunizieren können, da die Zwischenstation Systemcontroller dann deaktiviert ist. Die Übertragungsprotokolle zwischen den Teilnehmern und dem Systemcontroller benötigen relativ viel Systemressourcen und sind nach komplizierten Ablauffunktionen aufgebaut, so dass andere kundenfremde Teilnehmer sich nur schwierig an diese Protokolle anpassen können.

Ebenfalls ist es von großem Nachteil, dass jedem Teilnehmer eine eindeutige Teilnehmer-Kennung zuzuweisen ist und diese gleichzeitig dem Systemcontroller mitzuteilen. Das wird entsprechend dem gegenwärtigen Stand der Technik bei jedem Teilnehmer und beim Systemcontroller manuell vorgenommen. Hierbei können Teilnehmer jedoch nicht während des Betriebes ausgetauscht oder hinzugefügt werden, weil der Systemcontroller dann nicht mehr ständig über den aktuellen Teilnehmerbestand informiert ist.

Außerdem ist es möglich, dass versehentlich eine Teilnehmer-Kennung gleichzeitig· an mehrere Teilnehmer zugewiesen wird. Dieses kann zu Fehlerzuständen und zum Totalausfall des gesamten Bussystems führen.

Die Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und ein einfaches Übertragungsprotokoll zur Verfügung zu stellen, welches eine Kommunikation aller Teilnehmer des CAN-Feldbusses untereinander und unabhängig von einem Systemcontroller ermöglicht und welches sich bei Ausfall oder Austausch von Teilnehmern während des Betriebes in Abhängigkeit von der Anzahl der noch in Betrieb befindlichen Teilnehmer selbst konfiguriert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Ü-bertragungsprotokoll zur Anwendung kommt, bei dem als Nach-

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richtenkennung die eigene Typkennung eines Teilnehmers in Form eines ausgewählten Identifiers zur Anwendung kommt, das von jedem Teilnehmer in vorbestimmten gleichen Zeitabständen auf den Bus gesendet wird.

Die Typkennung ist dabei in Form eines 29-Bit-Identifiers aufgebaut und zwar wie folgt:

1 Bit (1/0)

10 6 Bit (64 Varianten) 3 Bit (8 Varianten) 19 Bit (524.288 Varianten!

für Sende- und Empfangsnachricht für Teilnehmertyp für Funktionscode für Teilnehmerkennung entsprechend seiner Serien-Nummer

Die Übertragung der Typkennung von Teilnehmern, die dabei mehr als 8 Bytes Nutzdaten zu versenden haben, erfolgt zeitgestaffelt .

Die Typkennung der jeweiligen Teilnehmer ist denselben durch Software-Download zugewiesen. Bei Ausfall oder Entnahme eines Teilnehmers des CAN-Feldbus, bspw. eines Gleichrichters, erfolgt eine automatische Stromaufteilung aller dieser an den CAN-Feldbus angeschlossenen Gleichrichter nach einer durch den Sendetakt bestimmten Zeit, in dem von jedem Gleichrichter der Summenstrom auf der DC-Stromschiene berechnet und seinen eigenen Ausgangsstrom so einstellt, dass dieser den Wert des Summenstromes durch Anzahl der angeschlossenen Teilnehmer bspw. Gleichrichter aufweist.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt damit ein selbstkonfigurierendes Multimasterbussystem mit einem echten HOT Plug & Play zur Verfügung.

Weiterhin ist eine Einsparung von Speicherressourcen möglich und externe RAM-Speicher sind nicht notwendig. Hardware-

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Komponenten zum Einstellen der Typkennung an den jeweiligen Geräten können entfallen, da die Typkennung denselben durch Software-Download zugewiesen wird. Weiterhin entfällt der Einsatz gesonderter Software-CAN-Bibliotheken.

Mit einer etwa 75 % niedrigeren Übertragungsrate gegenüber einem standardisierten Übertragungsprotokoll, wie bspw. CANopen wird die gleiche Nutzdatenrate erzielt und die CAN-Übertragungsrate von 10 KBaud reicht für die Stromversorgung bspw. einer Telekommunikationsanlage völlig aus.

Durch die niedrigere CAN-Übertragungsrate können billigere Microcontroller mit niederen Taktfrequenzen und langsameren Befehlsausführungszeiten verwendet werden. Des weiteren liegt die Störfrequenz einer CAN-Übertragungsrate von 10 KBaud bei 10 kHz und ist somit weit von den Spezifikationsfrequenzen ab 150 kHz bzw. 30 MHz entfernt.

Nachfolgend ist die Erfindung am Beispiel eines Gleichrichters in einer Telekommunikationsanlage mit einem CAN-Feldbus für die Stromversorgungsanlage näher beschrieben.

Jeder CAN-Teilnehmer sendet nach einer bestimmten Zeit (etwa 5s) seinen kompletten Status auf den Bus. Als Nachrichtenkennung (Identifier) wird die eigene Typkennung verwendet.

Für diese Typkennung stehen im vorliegenden Fall (entsprechend der CAN Spezifikation 2.0, Part B kurz CAN 2.0 B) 29 Bit zur Verfügung.

Nachfolgend wird der Aufbau der Typkennung für bspw. ein Gleichrichtermodul erläutert:

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Bitwertigkeit der Typkennung (29-Bit Identifier)

26 j

22

21

19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9

Gleichrichterkennung 19 Bit (524288)

Eigenschaften, der*" Nachrichten 3 Bit '(8)

wobei der jeweiligen Wertigkeit nachfolgender Inhalt entspricht :

Wertigkeit:

Inhalt:

Das Modul setzt dieses eine Bit beim Senden auf 1 Um dieses Modul durch andere Teilnehmer des CAN-Busses ansteuern zu können, müssen diese das Bit auf 0 setzen.

Dadurch können Sende- und Empfangsnachrichten unterschieden werden.

28 - 23

22 - 20

Für den Modultyp gibt es 64 Möglichkeiten. Diese können Temperatur-, Strom-, Spannungsmessmodule oder Gleichrichtermodule sein. Jeder am Bussystem mögliche Modultyp kann durch diese 6 Bits angesprochen werden.

Da die Anzahl der Nutzdaten beim CAN-Bus für jede Nachricht nur 8 Bytes beträgt, muss es möglich sein, bei einem hohen Datenvolumen, diese Daten gestaffelt versenden zu können. Ein Gleichrichtermodul kann beispielsweise 8 Bytes für die eigene Spannungsmessung, 8 Bytes für die Strommessung und 8 Bytes für die Herstellerdaten jeweils in einer

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CAN-Nachricht separat versenden. Die Identifier unterscheidet sich dann nur durch diese 3 Eigenschaftsbits, dem sogenannten Funktionscode.

19-1 Diese Bits dienen der Gleichrichterkennung. Die Anzahl dieser Bits muss so dimensioniert sein, dass während eines Produktlebenszyklus keine gleichen Kennungen auftreten. In diesem Beispiel sind das 524288 Geräte eines bestimmten Gleichrichtertyps. 10

Da sich in der Typkennung die eigene Teilnehmerkennung nämlich Modultyp und Gleichrichterkennung, wie vorstehend beschrieben, befindet, ist in jeder Typkennung auch ein Auszug aus der Seriennummer des Teilnehmers mit enthalten. Da eine Seriennummer nicht doppelt vorkommt, ist auch die Typkennung nie mehrfach vorhanden.

Alle Teilnehmer am CAN-Bus senden mit unterschiedlichen Typkennungen. Jede Typkennung kommt nur einmal vor. Daher können auch keine Nachrichtenkollisionen auf dem CAN-Bus entstehen.

In diesem selbstkonfigurierenden Multimasterbussystem bekommt jeder Teilnehmer durch einen Software-Download seine eigene Typkennung schon während des Fertigungsprozesses fest zugewiesen .

Die gesamten Hardware-Komponenten zum Einstellen der Kennung am Teilnehmer, wie bspw. Drehschalter, DIP-Schalter sind nicht mehr erforderlich.

Da jeder Teilnehmer am CAN-Bus neben dem ständigen Senden seines Status auch alle Nachrichten der anderen Teilnehmer empfängt, ist jeder Teilnehmer darüber informiert, welche und wie viele Teilnehmer am CAN-Bus angeschlossen sind.

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Jeder Teilnehmer kann alle anderen Teilnehmer bedienen, dessen Nachrichten er empfangen hat. Um einen bestimmten Teilnehmer anzusprechen, wird seine zuletzt empfangene Typkennung mit einigen definierten Änderungen versendet. Der Zielteilnehmer erkennt seine Typkennung mit der Modifikation und kann nun entsprechende Anweisungen ausführen.

Die Nutzdaten der CAN-Nachricht eines Gleichrichtermoduls können bspw. folgende Werte enthalten:

DC-Ausgangsspannung

DC-Ausgangsstrom

AC-Eingangsspannung
AC-Eingangsstrom

Kühlkörpertemperatür

Lüfterzustand

Unter- oder Überspannung

Spannungsmodus des Gleichrichters
Elektronisches Typschild

Fehlerprotokoll

Da in einer CAN-Nachricht maximal 8 Bytes Nutzdaten gesendet werden können, müssen die Typkennungen der Teilnehmer, welche mehr als 8 Bytes zu versenden haben, eventuell auch gestaffelt übertragen werden. Das wird in der Typkennung mit den drei Eigenschaftsbits, dem sogenannten Funktionscode der Nachricht, erreicht.

Nachfolgend wird erläutert, wie Teilnehmer, bspw. Gleichrichter sich den Summenstrom der Anlage untereinander gleichmäßig aufteilen. Diese Aufteilung des Stromes ist aus Gründen der Sicherheit und der Lebensdauer der Gleichrichter erforderlich.

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Da alle am Bus angeschlossenen Gleichrichter ihren eigenen Ausgangsstrom auf den Bus senden und jeder Gleichrichter alle Nachrichten der anderen Gleichrichter empfängt, kann von jedem Gleichrichter der Summenstrom auf der DC-Stromschiene berechnet werden.

Um einen Stromausgleich der Gleichrichter untereinander zu erreichen, muss jeder Gleichrichter seinen eigenen Ausgangsstrom so einstellen, dass dieser den Wert Summenstrom dividiert durch Anzahl der Gleichrichter hat. Nach einer bestimmten Zeit, etwa 30 s (bei alle 5 s Senden), ist der Stromausgleich komplett.

Claims

1. Multimasterbussystem, bei dem alle am CAN-Feldbus angeschlossenen Teilnehmer miteinander kommunizieren, mit

- einem Übertragungsprotokoll, bei dem als Nachrichtenkennung die eigene Typkennung eines Teilnehmers in Form eines ausgewählten Identifiers zur Anwendung kommt, das von jedem Teilnehmer in vorbestimmten Zeitabständen auf den Bus gesendet wird.

2. Multimasterbussystem, nach Anspruch 1, bei der die Typkennung in Form eines 29-Bit Identifiers wie folgt aufgebaut ist:
1 Bit (1/0) für Sende- und Empfangsnachricht
6 Bit (64 Varianten) für Teilnehmertyp
3 Bit (8 Varianten) für Funktionscode
19 Bit (524.288 Varianten) für Teilnehmerkennung entsprechend seiner Serien-, Nummer

3. Multimasterbussystem nach Anspruch 1, bei der

- die Übertragung der Typkennung von Teilnehmern, die mehr als 8 Bytes zu versenden haben, zeitgestaffelt erfolgt.

4. Multimasterbussystem nach Anspruch 1, bei der die Typkennung den Teilnehmern durch Software-Download zugewiesen ist.

5. Multimasterbussystem nach Anspruch 1, bei der eine automatische Stromaufteilung aller am CAN-Feldbus angeschlossener Gleichrichter nach einer durch den Sendetakt bestimmten Zeit erfolgt, indem von jedem Gleichrichter der Summenstrom auf der DC-Stromschiene berechnet und seinen eigenen Ausgangsstrom so einstellt, dass dieser den Wert des Summenstromes durch Anzahl der angeschlossenen Gleichrichter hat.