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Die
Neuerung betrifft ein AS-Interface Abschlussimpedanz nach dem Oberbegriff
des Schutzanspruches 1.
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AS-Interface-Netze
werden insbesondere im Anlagenbau, in der Fördertechnik und in der Gebäudetechnik
zur Kommunikation mehrerer Kommunikationseinrichtungen miteinander
verwendet. Dabei handelt es sich bei den Netzwerkkomponenten meistens
um einen sogenannten Master und einer Anzahl von Slaves, wobei der
Master den Ablauf der Kommunikation steuert. Dabei ist zur Kommunikation
der Kommunikationseinrichtungen miteinander ein Netzwerkkabel vorgesehen,
an das auch eine Spannungsversorgung angeschlossen ist, so dass
die Kommunikationseinrichtungen, die auch Aktuatoren und Sensoren
umfassen, über
das Netzwerkkabel mit der erforderlichen Betriebsspannung und Antriebsenergie
versorgt werden.
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Dabei
ist es üblich,
dass das AS-Interface-Netz (Aktuator-Sensor-Interface) als offenes Netz
mit beliebiger Topologie (Baumstruktur) geführt wird, d. h. es ist kein
gesonderter Netzwerkabschluss vorgesehen. Auf Grund des Signalverlaufes
in einem solchen offenen Netzwerk ist die maximale Übertragungslänge von
Signalen in der Praxis auf Kabellängen im Bereich von ca. 100
m (Summe aller Kabellängen)
begrenzt, soweit kein Repeater eingesetzt wird. Repeater haben den
Nachteil, dass sie ein zusätzliches
Bauteil sind, eine galvanische Trennung von hintereinander liegenden
Leitungsabschnitten vornehmen und daher eine eigene Spannungsversorgung
benötigen.
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Bei
der Verlängerung
maximal möglichen Kabellängen hat
sich gezeigt, dass auf dem zweiadrigen Netzwerkkabel ohmsche Verluste
entstehen, welche die maximal mögliche
Kabellänge
begrenzen. Die am entfernten Ende des Netzwerkkabels angeordneten
Slaves werden dann nur noch mit einer ungenügenden Spannung versorgt.
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Mit
der
DE 102 34 479
A1 ist ein Übertragungssystem
mit einer Signalquelle offenbart, wobei die Signalquelle einen Innenwiederstand
und eine Signalübertragungsleitung
aufweist, welche mit der Signalquelle an einem Ende verbunden ist
und ein Abschlusswiederstand, verbunden mit einem anderen Ende der
Signalübertragungsleitung,
wobei der Innen- und Abschlusswiederstand komplex sind und eine
frequenzabhängige
Signaldämpfung
des Übertragungssystems
verringern, das Frequenzen von Signalen aufweist, die durch die
Signalquelle erzeugt werden.
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Diese
Erfindung hat den Nachteil, dass diese Lösung lediglich für eine gestreckte
Leitung ohne Abzweigung mit einem Sender und Empfänger vorgesehen
ist und eine neuerungsgemäße, baumartige Netzstruktur
nicht berücksichtigt.
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Der
Neuerung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Netzwerkabschluss
für ein
AS-Netzwerkkabel der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass
ein unzulässiger
Spannungsabfall am Netzwerkabschluss erkannt werden kann.
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Zur
Lösung
der gestellten Aufgabe ist die Neuerung durch die technische Lehre
des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Wesentliches
Merkmal der Neuerung ist, dass im Netzwerkabschluss ein Spannungskomparator
angeordnet ist, der eine unzulässige
Spannungsunterschreitung erfasst und verarbeitet.
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Damit
ergibt sich der Vorteil, dass auf dem Netzwerkkabel unzulässige Spannungsabfälle in einfacher
Weise im Bereich des Netzwerkabschlusses erfasst werden können.
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Hierzu
sieht die Neuerung einen Spannungskomparator im Netzwerkabschluss
vor, der die Unterschreitung der zulässigen Spannung erfasst und
in bestimmter Weise weiterverarbeitet.
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In
einer ersten Ausgestaltung der Neuerung ist es vorgesehen, dass
die Weiterverarbeitung des vom Spannungskomparator erfassten Spannungsabfalls
in eine optische Signalgebung mündet.
Der Spannungskomparator steuert eine LED-Ansteuerung an, die ihrerseits
eine oder mehrere LEDs zum Aufleuchten bringt.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Neuerung ist es vorgesehen, dass
der Spannungskomparator sein Messergebnis einem im Netzwerkabschluss
angeordneten Slave mitteilt, der diesen unzulässigen Spannungsabfall als
Signal über
das Netzwerkkabel trägt
und dem Master mitteilt. Im Master können dann entsprechende Anzeigeelemente oder
sonstige Auswertungen dieses unzulässigen Betriebsfalles vorgesehen
sein.
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Der
wichtige Anwendungsfall für
den neuerungsgemäßen Netzwerkabschluss
ist dann gegeben, wenn man sehr lange Leitungslängen des Netzwerkkabels hat.
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Es
hat sich herausgestellt, dass man große Leitungslängen dann
erreichen kann, wenn man als Abschlussimpedanz nicht nur in üblicher
Weise eine Serienschaltung eines Widerstandes und einer Kapazität verwendet,
sondern zusätzlich
noch eine Induktivität
in die Serienschaltung der Abschlussimpedanz einbezieht.
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Die
vorgeschlagene passive Abschlussimpedanz besteht aus einer Reihenschaltung
einer Kapazität,
einer Induktivität
und einem Widerstand und ist geeignet, sowohl die Reflexion der
Pulse am offenen Ende der Leitung als auch die gedämpfte Schwingung
so weit zu reduzieren, dass sie die AS-Interface Kommunikation nicht
mehr beeinträchtigen.
Ein einfacher Abschluss-Widerstand eignet sich dazu nicht, weil
dieser die Signalamplitude zu stark dämpfen würde, so dass die Kommunikation
aus diesem Grunde nicht funktionieren würde.
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Es
wird vorgeschlagen, unter Verwendung einer passiven Abschlussimpedanz
mit konstanten Werten die Grenze für die Gesamt-Netzwerklänge von
bisher 100 m auf nunmehr 200 m zu verdoppeln. Die Topologiefreiheit
bleibt dabei vollständig
erhalten, lediglich an einem Punkt des Netzwerkes, der eine Entfernung
von >100 m vom AS-Interface
Netzteil hat (dies wird in der Regel der Punkt sein, der die größte Entfernung
vom Netzteil aufweist), muss eine Abschlussimpedanz installiert
werden.
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Unter
Verwendung von Abschlussimpedanzen und Repeatern sind nun Maximalentfernungen zwischen
Master und Slave von bis zu 400 m erreichbar, die maximale Entfernung
zwischen zwei Slaves in einem Netzwerk kann nun bis zu 600 m betragen. Hierbei
wird zudem gegenüber
dem bisherigen Stand der Technik nur die Hälfte der Zahl an Repeatern
benötigt.
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Durch
diesen Netzwerkabschluss und die im Netzwerkabschluss enthaltene
Induktivität
wird erreicht, dass die Signalamplituden der Kommunikationseinrichtungen
ausreichend groß bleiben,
so dass eine sichere Kommunikation über größere Entfernungen als die seither üblichen
Entfernungen ermöglicht wird,
ohne dass ein Signalverstärker
wie ein Repeater verwendet werden muss. Auch eine gesonderte Anpassung
der Spezifikationen der bisher üblichen AS-Interfaces
ist nicht erforderlich.
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Durch
einen Netzwerkabschluss gemäß der Erfindung
wird es ermöglicht,
bei zweidrahtigen bzw. zweiadrigen Netzwerkkabeln, wie sie beispielsweise bei
AS-Interface-Netzwerken Verwendung finden, eine Verbesserung der
Signalqualität
auf dem Netzwerk zu erreichen. Derartige Netzwerkabschlüsse für Netzwerke
mit einem durchlaufenden zweiadrigen Netzwerkkabel beinhalten neuerungsgemäß eine Reihenschaltung
aus Kapazität,
Widerstand und Induktivität.
Die Netzwerkabschlüsse
sind als gesondertes Bauteil ausgebildet und können auch bei bestehenden Netzwerken
nachgerüstet
werden.
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Gemäß neuerungsgemäßer Ausgestaltung weist
der Netzwerkabschluss eine Impedanz auf, die der Impedanz des verwendeten
Netzwerkkabels entspricht. Der Wert der Impedanz liegt bevorzugt
im Bereich von 90 Ohm.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Kapazität des Netzwerkabschlusses bei
500 nF, die Induktivität des
Netzwerkabschlusses bei 100 μH
liegen und der Widerstand des Netzwerkabschlusses 110 Ohm beträgt. Ein
derartiger Netzwerkabschluss ermöglicht es,
eine hinreichende Signalqualität
aus Netzwerken aufrecht zu erhalten, deren Kabellänge beträchtlich länger ist,
als bisher übliche
Kabellängen.
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Die
angegebenen Werte gelten dabei insbesondere für die Verwendung bei einem
AS-Interface und stellen bevorzugte Richtwerte dar, die für die Verwendung
bei üblichen
AS- Interfaces gebräuchlichen Kabel
entsprächen.
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Der
Erfindungsgegenstand der vorliegenden Neuerung ergibt sich nicht
nur aus dem Gegenstand der einzelnen Schutzansprüche, sondern auch aus der Kombination
der einzelnen Schutzansprüche
untereinander.
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Alle
in den Unterlagen, einschließlich
der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere
die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden
als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber
dem Stand der Technik neu sind.
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Im
Folgenden wird die Neuerung anhand von lediglich einen Ausführungsweg
darstellenden Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere
wesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.
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Es
zeigen:
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1: schematisiert ein AS-Interface-Netzwerk
nach der Neuerung;
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2: den Netzwerkabschluss
nach 1 im Detail in
verschiedenen Ausführungsformen;
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3: eine Seitenansicht eines
Netzwerkabschlusses nach der Neuerung.
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Das
AS-Interface 10 besteht aus einem zweidrahtigen bzw. zweiadrigen
Netzwerkkabel 11, einer Spannungsversorgung 12 und
einer Anzahl von Kommunikationseinrichtungen 13, 14.
Dabei handelt es sich bei den Kommunikationseinrichtungen 13, 14 um
einen sogenannten Master 13 sowie eine Anzahl von Slaves 14,
wobei die Kommunikation mit den Slaves 13 auf dem Netzwerkkabel 11 durch
den Master 13 gesteuert abläuft. Die Spannungsversorgung 12 kann
an einer beliebigen Stelle des Netzwerkes angeordnet werden, beispielsweise
am Ende des Netzwerkkabels 11.
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Das
Netzwerkkabel 11 weist dabei eine große Erstreckungslänge auf,
so dass auch weitere Slaves 14, abgesehen von den dargestellten,
am Netzwerkkabel 11 angeordnet sein können. Bei den Slaves 14 kann
es sich dabei sowohl um Aktuatoren, Sensoren oder allgemein um Feldgeräte handeln, wobei
die Energieversorgung der Slaves 14 genauso wie die des
Masters 13 über
die beiden Adern 11a, 11b des Netzwerkkabels 11 erfolgt.
Hierzu wird über die
Spannungsversorgung 12 zwischen den beiden Adern 11a und 11b eine
Gleichspannung erzeugt.
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Der
Repeater empfängt
auf der Eingangsseite ein Signal und leitet es auf die Ausgangsseite
weiter, wobei der Repeater bidirektional arbeitet und über eine
eigene, von einem Netzwerkkabel 11 getrennte, Spannungsversorgung
verfügt
und auf das ihm zugeordnete weitere Netzwerkkabel 11 die Spannungsversorgung
beaufschlagt, wobei das Signal der Versorgungsspannung überlagert
ist. Die beiden Netzwerkkabel 11 sind dabei im Repeater
galvanisch voneinander getrennt.
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Sobald
die Länge
eines Netzwerkkabels, gemessen von der Spannungsversorgung 12 aus,
einen vorgegebenen Grenzwert, beispielsweise 100 m, übersteigt,
wird an dem Netzwerkkabel ein Netzwerkabschluss 16 im Endbereich 15 des
Netzwerkkabels angeschlossen und mit diesem verbunden. Der Endbereich 15 des
Netzwerkkabels 11 umfasst dabei insbesondere die letzten
10 % der Kabellänge
des Netzwerkkabels 11, wobei entgegen dem dargestellten Ausführungsbeispiel
auch eine Anordnung am Ende des Netzwerkkabels möglich ist.
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Der
Netzwerkabschluss 16 beinhaltet dabei in Reihe miteinander
geschaltet eine Induktivität 17, einen
Widerstand 18 und eine Kapazität 19. Dabei können Induktivität 17,
Kapazität 19 und
Widerstand 18 so aufeinander abgestimmt sein und solche
Werte annehmen, dass die Impedanz der Reihenschaltung der Impedanz
des Netzwerkkabels annähernd
entspricht. So kann die Impedanz des Netzwerkanschlusses bei 90
Ohm liegen, Beispielswerte für
Widerstand, Kapazität
und Induktivität
sind 110 Ohm, 500 nF und 100 μH.
Die Reihenschaltung wird dabei beim Anbringen des Netzwerkabschlusses 16 am Netzwerkkabel 11 kontaktiert,
so dass die Reihenschaltung zwischen die beiden Adern 11a und 11b des
Netzwerkkabels 11 geschaltet und mit diesen verbunden ist.
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Gemäß 2 besteht der Netzwerkabschluss 16 zunächst aus
einer Schutzbeschaltung 20, die bevorzugt aus einer Zener-Diode
besteht. Hier soll Schutz gegen Überspannungen
von Seiten des Netzwerkkabels 11 in den Netzwerkabschluss 16 vermieden
werden.
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Parallel
zu der Schutzbeschaltung 20 ist die vorher erwähnte Abschlussimpedanz 21 geschaltet, die
in einer ersten Ausführungsform
in beliebiger Weise ausgebildet werden kann.
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Vorstehend
wurde jedoch angegeben, dass es bevorzugt wird, wenn eine Reihenschaltung
aus einer Induktivität 17,
einem Widerstand 18 und einer Kapazität 19 verwendet wird.
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Die
Neuerung ist jedoch nicht auf diese Reihenschaltung der Elemente 17, 18, 19 beschränkt.
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Parallel
zu der Abschlussimpedanz 21 ist der neuerungsgemäße Spannungskomparator 22 geschaltet,
der eine Unterspannung auf dem Netzwerkkabel 11 am distalen
Ende feststellt.
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Die
Schaltschwelle des Spannungskomparators liegt z. B. bei 26,5 V.
Wird dieses Spannung unterschritten, kommt es zu einem Ausgangssignal
und das Ausgangssignal des Spannungskomparators wird über die
Leitung 33 der LED-Ansteuerung 23 zugeführt, welche
ihrerseits eine LED 24 ansteuert.
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Statt
der optischen Signalgabe mittels einer LED können auch andere optische und/oder
nicht optische Melder verwendet werden.
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In
einer Weiterbildung der Neuerung ist es vorgesehen, dass das Signal
des Spannungskomparators 22 über eine weitere Leitung 34 einem
Slave 31 zugeführt
wird, der über
seine Leitungen 32 die Spannungsunterschreitung auf das
Netzwerkkabel 11 zurückmeldet
und somit dem Master 13 eine Spannungsunterschreitung mitteilt.
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Statt
der vorher erwähnten
optischen Signalgabe über
die LED ist es in einer Weiterbildung auch vorgesehen, dass man
mehrere LEDs verwendet, wobei z. B. die eine LED grün leuchtet
und einen zulässigen
Funktionszustand anzeigt, während
eine zweite LED rot leuchtet, wenn eine Spannungsunterschreitung
festgestellt wurde.
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Selbstverständlich können diese
optischen Signalgeber auch blinkend oder in anderer Weise ausgebildet
sein.
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Die 3 zeigt eine mechanische
Ausführung
des neuerungsgemäßen Netzwerkabschlusses 16.
Hierbei ist im Bereich eines Steckverbinders 25 stirnseitig
eine Stecköffnung 26 angeordnet.
Der Steckverbinder 25 besteht im Wesentlichen aus einem
Schraubgewinde 27, welches bevorzugt werkstoffeinstückig mit
einer Rändelscheibe 28 verbunden
ist.
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Durch
Angreifen an die Rändelscheibe 28 kann
somit der Netzwerkabschluss 16 in eine zugeordnete Einschrauböffnung in
einer nicht näher
dargestellten Steckaufnahme eingeschraubt werden.
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Hinter
der Rändelscheibe 28 ist
eine Drehverbindung 30 in Bezug zu einem Gehäuse 29 angeordnet.
Das Gehäuse
deckt die in 2 dargestellten Schaltungsteile
ab und diese Schaltungsteile sind bevorzugt in eine isolierende
Masse eingegossen.
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An
der Stirnseite des Gehäuses
ragt die LED 24 heraus, um so eine optische Signalgabe
am Gehäuse 29 zu
ermöglichen.
Bei einem unzulässigen Spannungsabfall
auf dem Netzwerkkabel leuchtet die LED 24 dauernd auf oder
blinkt.
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- 10
- AS-Interface
- 11
- Netzwerkkabel
- 11a
- Adern 11b
- 12
- Spannungsversorgung
- 13
- Master
- 14
- Slave
- 15
- Endbereich
- 16
- Netzwerkabschluss
- 17
- Induktivität
- 18
- Widerstand
- 19
- Kapazität
- 20
- Schutzbeschaltung
- 21
- Abschlussimpedanz
- 22
- Spannungskomparator
- 23
- LED-Ansteuerung
- 24
- LED
- 25
- Steckverbinder
- 26
- Schraubgewinde
- 27
- Rändelscheibe
- 28
- Gehäuse
- 29
- Drehverbindung
- 30
-
- 31
- Slave
- 32
- Leitung
- 33
- Leitung
- 34
- Leitung