DE2711519A1

DE2711519A1 - Datenuebertragungssystem

Info

Publication number: DE2711519A1
Application number: DE19772711519
Authority: DE
Inventors: Robert George Eley
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1977-01-27
Filing date: 1977-03-16
Publication date: 1978-08-03
Also published as: DE2711519B2; DE2711519C3; GB1567971A

Description

PATEN TA N W ALTE

MANITZ. FINSTERWALD & GR

München, den 16.3-1977 P/4/ri - M 3188

THE MARCONI COMPANY LIMITED Marconi House, New Street, Chelmsford, Essex, England

Datenübertragungssystem

Diese Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem und insbesondere ein Datenübertragungs-Steuer- und -Kontrollsystem, in dem Datensignale zwischen einer Vielzahl von Ferneinheiten und einer Zentraleinheit geführt werden. Die Datensignale können an den Ferneinheiten überwachte Parameter bzw. Kenngrößen und/oder Kontrollfunktionen betreffen, die auf Befehl der Zentraleinheit an irgendeiner der Ferneinheiten ausgeführt werden sollen.

Derartige Systeme werden nicht nur für den ausschließlichen Zweck der Datenübertragung benützt, sondern auch als Teile verschiedener Prozeßsteuerungssysteme dort verwendet, wo es notwendig ist, verschiedene Parameter an Fernstellen zu über-

OR. C. MANlTZ ■ DIPL.-INC. M. FINSTERWALD D I PlT- Γ N⁰G. i/eil AM IC O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSiANKEN

β MÖNCHEN 32. ROBERT-KOCH-STRASSE | 7 STUTTGART 50 IBAD CANNSTATT» MÜNCHEN. KONTO-NUMMER 72 70

TEL. 10891 22 43 II. TELEX S-29672 PATMF SEELBERCSTR.33/9S. TEL.I07I1IS6 73 61 POSTSCHECK, MÜNCHEN 7 7O62 - 80S

wachen, diese an einer Zentralstelle wiederzugeben oder anzuzeigen und von der Zentralstelle aus Steuerungsfunktionen an den Fernstellen auszuführen bzw. in Gang zu setzen.

Um Verbindungen zwischen den Ferneinheiten und der Zentraleinheit (oder im Falle eines ausschließlichen Datenübertragungssystems, zwischen Einheiten eines Datenhighways) zu erhalten, waren bis jetzt beachtliche Mengen an Verkabelung und darin eingeschlossen relativ komplexe Schaltungsanordnungen erforderlich. Bis jetzt mußte im allgemeinen entweder ein separater Kabelverlauf zu jeder Ferneinheit gelegt oder ein Highwaykabelsystem verwendet werden, bei dem die Kabel für die separaten Einheiten in einem einzigen, sich von Fernstelle zu Fernstelle erstreckenden Kabelsatz vereint sind und das entscheidende Kabel mit der speziellen Ferneinheit verbunden ist.

Mit vorliegender Erfindung soll ein Datenübertragungssystem geschaffen werden, bei dem eine derartige Komplikation vermieden ist und das bis zu einem gewissen Grad gegen bestimmte, möglicherweise auftretende Fehlertypen unempfindlich ist.

Nach der Erfindung wird ein Datenübertragungssystem geschaffen, in dem Datensignale zwischen einer Vielzahl von entfernt lokalisierten Ferneinheiten und einer Zentralüberwachungseinheit geführt werden, und in dem die Ferneinheiten hintereinander in einer, an beiden Enden an die Zentraleinheit angeschlossene Ubertragungsleitungsschleife verbunden sind, so daß Datensignale in jede Richtung um die Schleife zwischen irgendeiner Ferneinheit und der Zentraleinheit über einen gemeinsamen Weg geführt werden können.

Die Datensignale können sich dabei auf Parameter bzw. Kenngrößen beziehen, die bei den Ferneinheiten überwacht werden, und/oder Steuerfunktionen betreffen, die auf Befehl der Zen-

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traleinheit an irgendeiner der Ferneinheiten ausgeführt werden sollen.

Vorzugsweise ist die Übertragungsleitung eine Mehrwegsubertragungsleitung, bei der ein Leitungsweg für die Datensignalführung verwendet und ein anderer Weg der Mehrwegübertragungsleitung dafür benützt wird, von der Zentraleinheit Betriebsleistung der Reihe nach den Ferneinheiten in der Schleife zuzuführen, so daß die Betriebsleistung in jeder Schleifenrichtung von der Zentraleinheit zu irgendeiner Ferneinheit geführt werden kann.

Normalerweise ist noch ein anderer Leitungsweg in der Mehrwegübertragungsleitung vorhanden, der auf einem gemeinsamen Potential liegen soll.

Die Übertragungsleitung kann irgendeine geeignete, z.B. Streifenleiter-, Drahtkabel- oder Koaxial-Form haben.

Vorzugsweise enthält die Zentraleinheit Vorrichtungen für die Überwachung des Datenspannungspegels in der Schleife und/oder für die Überwachung des Betriebsleistungsstrompegels, der von der Zentraleinheit zu den Ferneinheiten zugeführt wird, so daß die Zentraleinheit Betriebsleistungs- und Datenversorgung zur Schleife unterbricht, wenn der Datenspannungspegel unter einem vorbestimmten Wert und der Betriebsleistungsstrompegel über einem vorbestimmten Wert liegt.

Vorzugsweise ist die Zentraleinheit so eingerichtet, daß nach einer oben erwähnten Unterbrechung Betriebsleistung und Daten mit einer vorbestimmten Anzahl von Wiederholungen wieder angelegt werden, bevor die Zuführung von Betriebsleistung und Daten endgültig unterbrochen wird.

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Bevorzugt enthält jede Ferneinheit innerhalb des durch die Einheit führenden Datenweges die Kombination aus einem Schalter und einem Widerstand, der durch den Schalter in Nebenschluß geschaltet wird, Vorrichtungen, die dort vorgesehen sind, den Datenspannungspegel über dem Widerstand zu überwachen, und Vorrichtungen, um den Schalter zu schließen bzw. leitfähig zu machen, wenn der zuletzt erwähnte Spannungspegel über einem vorbestimmten Wert liegt, was anzeigt, daß die nächstfolgende Ferneinheit in der Schleife keinen Kurzschluß oder keinen kurzschlußähnlichen Zustand aufweist.

Ebenfalls vorzugsweise enthält jede Ferneinheit in dem durch die Einheit führenden Betriebsleistungsweg die Kombination aus einem Schalter und einem Widerstand, der durch den Schalter in Nebenschluß geschaltet wird, Vorrichtungen, die für eine Überwachung des Pegels des über den zuletzt erwähnten Widerstand laufenden Betriebsleistungsstromes vorgesehen sind, und Vorrichtungen, um den zuletzt erwähnten Schalter zu schließen bzw. leitend zu machen, wenn der Betriebsleistungsstrompegel anzeigt« daß die nächstfolgende Ferneinheit in der Schleife keinen Kurzschluß oder keinen kurzschlußähnlichen Zustand aufweist.

Vorzugsweise haben die Widerstände in jedem Falle einen ungefähr 10 χ höheren Wert als die entscheidende Belastungsimpedanz der nächstfolgenden Ferneinheit.

So sind in beiden Schleifenrichtungen die Betriebsleistungsund Datenwege der Reihe nach durch jede Ferneinheit geschlossen, bzw. vervollständigt.

Die Erfindung wird im weiteren beispielsweise anband der beiliegenden Zeichnung beschrieben; diese zeigt:

ein schematisches Blockschaltdiagramm eines erfindungsgemäßen Prozeßregelungs- bzw. Prozeßsteuerungs- und Überwachungs-

Datenübertragungssystems.

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Nach der Zeichnung ist das System so beschaffen, daß es verschiedene Kenngrößen bzw. Parameter an einer Vielzahl von Fernstellen überwacht, diese Parameter für eine Wiedergabe an einer Zentralstelle überträgt und auch Steuerungs- bzw. Regelungssignale von der Zentralstelle zu den Fernstellen übertragen kann. Für dieses Ziel ist an der Zentralstelle eine zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit Λ und an jeder Fernstelle eine Fernüberwachungs- und Nebensteuerungs- oder Nebenkontroll-Einheit 2A, 2B, 20, 2D und 2E vorgesehen.

Die Zentraleinheit 1 und jede der Ferneinheiten 2A bis 2Έ sind hintereinander durch ein Mehrwegkabel 3 in einer einzigen Schleife verbunden. Das Mehrwegkabel 3 enthält einen Leistungsleitungsweg 4 für die von der Zentraleinheit 1 zugeführte Betriebsleistung, einen Datenweg 5 sowohl für Datenkontrollsignale, die von der Zentraleinheit 1 zu jedem der Ferneinheiten 2A bis 2E zugeführt werden, als auch für Datenüberwachungssignale, die der Zentraleinheit 1 von jeder der Ferneinheiten 2A bis 2E zugeführt werden, und einen Leitungsweg 6 für ein gemeinsames Fotential oder Referenzpotential.

Die zu den und weg von den Ferneinheiten 2A bis 2E übertragenen Datensignale werden nach dem Multiplexverfahren auf bereits bekannte Weise übermittelt, so daß die Datensignale für eine spezielle Ferneinheit und von einer speziellen Ferneinheit mit einem eindeutigen Kode identifiziert werden. Dieser Aspekt der Erfindung wird mit Rücksicht auf die Tatsache, daß hier Standardverfahren angewendet werden, nicht im Detail beschrieben.

Nach dem bisher Beschriebenen wird offensichtlich sogar dann, wenn das Mehrwegkabel 3 vollständig zwischen irgendwelchen zwei Zentral- oder Ferneinheiten getrennt wird oder wenn eine Ferneinheit schaltungsmäßig geöffnet wird, das Gesamtsystem normalerweise weiter arbeiten, da Betriebsleistung und Signal-

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verbindung mit der Zentraleinheit 1 über die verbleibenden zwei Schleifenabschnitte erhalten bleiben. Wenn das Mehrwegkabel 3 an zwei Stellen getrennt wird oder zwei Perneinbeiten schaltungsmäßig geöffnet werden, dann werden nur die zwischen den beiden Scbadstellen liegenden Einheiten betroffen sein.

Nach dem bisher Beschriebenen wird das System jedoch noch auf eine schwerwiegende Unterbrechung bei Kurzschluß entweder in einer Ferneinheit oder an irgendeiner Stelle des Kabels 3 empfindlich sein. Die im folgenden beschriebenen Einzelheiten der Erfindung machen das System gegenüber einer schwerwiegenden Unterbrechung im Falle eines derartigen Kurzschlusses weniger anfällig.

Die Zentraleinheit 1 enthält eine Konsole 7 mit Wiedergabegerät bzw. Sichtgerät, Steuer- bzw. Regigerät und Meßgerät, Betriebsleistungsversorgungen 8 und 9» um Betriebsleistung in jedes Ende des Leitungsweges 4 des Mehrwegkabels 3 einzuspeisen, Datenübertrager 10 und 11, um Datensteuersignale an jedes Ende des Leitungsweges 5 des Mehrwegkabels 3 anzulegen, und Datenempfänger 12 und 13» um Überwachungssignale von jedem Ende des Leitungsweges 5 des Mehrwegkabels 3 zu erhalten. Das einen Teil der Eonsole 7 bildende Meßgerät ist für eine Überprüfung vorgesehen, ob der in jedes Ende des Leitungsweges 4 fließende Betriebsleistungsstrom über einem vorbestimmten Maximum und die von jedem Ende des Leitungsweges 5 des Mehrwegkabels 3 empfangene Datensignalspannung unter einem vorbestimmten Minimum liegt.

Jede der Ferneinheiten 2A bis 2E enthält Vorrichtungen, die denen im Detail nur für die Ferneinheit 2A beschriebenen ähneln. Innerhalb jeder Ferneinheit ist die Kombination aus einem Schalter 15 und einem Widerstand 14, der durch den Schalter 15 in Nebenschluß geschaltet wird, vorhanden, was den Betriebsleistungsweg 4 durch die Einheit hindurch schließt. Die

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Kombination aus einem Schalter 16 und einem Widerstand 17, der durch den Schalter 16 in Nebenschluß geschaltet wird, schließt den Datenweg 5 durch die Einheit hindurch.

Der Wert jedes der beiden Widerstände 14 und 17 ist ungefähr zehnmal so groß wie die Lastimpedanz der in der Schleife nächsten Ferneinheit.

Eine für den Empfang der Betriebsleistung von jedem Ende des Leistungsleitungsweges 4 über Gleichrichter 19 und 20 eingebaute Meß- und-Steuer-Schaltung 18 steuert die Schalter 15 und 16, die so abgestimmt sind, daß sie gemeinsam offen sind oder geschlossen werden. Die Meß- und Steuer-Schaltung 18 ist so geschaltet, daß sie ein Eingangssignal vom Brückenwiderstand 14 für eine Leistungsprüfung und ein Eingangssignal vom Brückenwiderstand 17 für eine Datenprüfung ableitet.

Innerhalb der Ferneinheit werden ebenfalls multiplex arbeitende Schaltungen vorhanden sein, um Datensignale, die sich auf an der Fernstelle überwachte Parameter beziehen, in den Datenweg 5 einzuführen und um vom Datenweg 5 Datensignale von der Zentraleinheit 1 abzunehmen, welche sich auf Steuerfunktionen, die an der Fernstelle ausgeführt werden müssen, beziehen. Ebenfalls können noch andere Prozeßfunktionen und Verknüpfungen an Meß- Steuer-Einheiten enthalten sein. Diese zuletzt erwähnten Schaltungen werden jedoch hier nicht gezeigt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Systems beschrieben.

Vor dem Einschalten (switch on) sind, wie es in der Zeichnung gezeigt wird, die Schalter 15 und 16 in allen Ferneinheiten 2A bis 2E offen (d.h. nicht leitend). Die Zentraleinheit 1 führt beiden Enden des Betriebsleistungsweges 4 des Mehrwegkabels 3 Leistung zu und speist in beide Enden des Datenweges

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- sr -17

5 des Mehrwegkabels 3 Steuerdaten für die Ferneinheiten 2A bis 2E ein. Der resultierende Betriebsleistungsstrom und die Datenspannung wird von der Konsole 7 gemessen. Wenn der Betriebsleistungsstrpm über einem vorbestimmten Pegel liegt oder diesen Pegel zu irgendeiner Zeit überschreitet, oder wenn die von den Datenempfängern 12 und 13 empfangene Datenspannung unter einem vorbestimmten Wert liegt oder zu irgendeiner Zeit unter diesen Wert fällt, dann können mit dieser Anordnung sowohl die Leistung als auch Daten unterbrochen werden, da jeder der zuvor erwähnten Zustände einen möglichen Kurzschluß darstellen. Leistung und Daten werden wiederholt mit einer vorbestimmten Wiederholungszabl angelegt, bevor die Konsole 7 für eine Untersuchung durch eine Betriebsperson ein endgültiges Abschalten bewirkt.

Unter der Annahme, daß der oben erwähnte Betriebsleistungsstrom und die oben erwähnte Datenspannung in Ordnung sind und Leistung und Daten aufrechterhalten werden, werden Leistung und Daten zuerst die Ferneinheiten 2C und 2D erreichen. Bei jeder Einheit legt entweder Gleichrichter 19 oder Gleichrichter 20 Leistung an die Meß- und Steuer-Schaltung 18, so daß diese erregt wird. Die Meß- und Steuer-Schaltung 18 überwacht daraufhin die Brückenwiderstände 14 und 17, um zu prüfen, ob Betriebsleistungsstrom und Datenspannung in Ordnung sind. Falls dies zutrifft, werden die Schalter 15 und 18 geschlossen (leitend gemacht), und Leistung und Daten werden den entsprechenden nächsten Ferneinheiten (d.h. Ferneinheit 2B und 2E), zugeführt. Dieser Vorgang wird für alle in der Schleife enthaltenen Ferneinheiten so oft wiederholt, bis die Schleife geschlossen ist.

Wenn in irgendeiner Ferneinheit gemessen wird, daß die nächstfolgende Ferneinheit kurzgeschlossen ist, dann werden die Schalter 15 und 16 nicht schließen und die defekte Einheit wird auf diese Weise automatisch von jedem Schleifende her isoliert.

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-Sr-

Wenn ein Kurzschluß nach irgendeiner Zeit bei "bereits geschlossener Schleife auftritt, unterbricht die Konsole 7 bei der Zentraleinheit, wie bereits früher schon erwähnt wurde, die Leistungs- und Daten-Zuführung. Dann öffnen sich alle Schalter 15 und 16 der Ferneinheiten und die Startprozedur wird wieder begonnen, womit die defekte Ferneinheit oder die beim Fehler liegende Ferneinheit isoliert wird. An der Zentraleinheit 1 läßt sich feststellen, welche der Ferneinheiten kurzschließt oder welche in der Nähe eines Kurzschlusses im Kabel 3 liegt, da von dieser Ferneinheit natürlich keine Daten mehr erhalten werden. Auch im Falle eines einzelnen Kabelfehlers kann die Konsole 7 die Ferneinheit identifizieren, deren Daten nicht bei beiden Empfängern 12 und 13 empfangen werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentanspruch

(Iy Datenübertragungssystem, bei dem Datensignale zwischen einer Vielzahl von entfernt gelegenen Ferneinheiten und einer Zentralüberwachungseinbeit geführt werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Ferneinheiten 2A bis 2E hintereinander in einer mit beiden Enden an der Zentraleinheit (1 Angeschlossenen Übertragungsleitungsschleife (3) verbunden sind, wodurch Datensignale zwischen jeder Ferneinheit 2A bis 2E und der Zentraleinheiten über einen gemeinsamen Weg in jede Richtung um die Schleife (3) herumgeführt werden können.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung (3) eine Mehrwegübertragungsleitung ist, von der ein Leitungsweg (5) für die Führung von Datensignalen und ein anderer Leitungsweg (4) dazu benützt wird, der Reihe nach Betriebsleistung den Ferneinheiten in der Schüfe von der Zentraleinheit zuzuführen, so daß die Betriebsleistung von der Zentraleinheit (1) zu irgendeiner Ferneinheit 2A bis 2E in jede Richtung um die Schleife herum geführt werden kann.
3· System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein anderer Leitungsweg (6) der Leitungswege angeordnet ist, der auf gemeinsamem Potential liegen soll.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Zentraleinheit (1) Vorrichtungen (7) enthält, um den Pegel der Datenspannung in der Schleife (3) und/oder den Pegel des Betriebsleistungsstroms zu überwachen, der durch die Zentraleinheit (1) den

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ORIGINAL INSPECTED

Ferneinheiten 2A bis 2E zugeführt wird, so daß die Zentraleinheit die Leistungs- und Daten-Zuführung zur Schleife 3 unterbricht, wenn die Datenspannung unter einem vorbestimmten Wert und der Betriebsleistungsstrom über einem vorbestimmten Wert liegt.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung der Zentraleinheit dafür geeignet ist, nach einer oben erwähnten Unterbrechung Leistung und Daten wiederholt mit einer vorbestimmten Wiederholungszahl anzulegen, bevor Leistung und Daten endgültig unterbrochen werden.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Ferneinheiten 2A bis 2E innerhalb des durch die Einheit führenden Datenweges die Kombination aus einem Schalter (16) und einem Widerstand (17), der durch den Schalter (16) in Nebenschluß geschaltet wird, dort vorgesehene Vorrichtungen (18), um den Datenspannungspegel über dem Widerstand (1?) zu überwachen, und Vorrichtungen besitzt, um den Schalter (16) leitend zu machen, wenn der zuletzt erwähnte Spannungspegel über einem vorbestimmten Wert liegt, was anzeigt, daß die nächstfolgende Ferneinheit in der Schleife keinen Kurzschluß oder keinen kurzschlußähnlichen Zustand aufweist.
7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß jede Ferneinheit im durch die Einheit führenden Leistungsleitungsweg (4) die

Binem Kombination aus einem Schalter (15)und/Widerstand (14), der durch den Schalter (15) in Nebenschluß geschaltet wird, dort vorgesehene Vorrichtungen (18), um den Pegel des durch den zuletzt erwähnten Widerstandes (14) führenden Betriebsleistungsstrom zu überwachen, und Vorrichtungen besitzt, um den zuletzt

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erwähnten Schalter (15) dann leitend zu machen, wenn der Betriebsleistungsstrompegel anzeigt, daß die nächstfolgende Ferneinheit in der Schleife keinen Kurzschluß oder keinen kurzschlußähnlichen Zustand aufweist.

8« System nach Anspruch 6 oder 7_? dadurch gekennzeichnet , daß in jedem Falle die Widerstände (14, 17) in ihrem Wert ungefähr zehnmal so groß wie die entscheidende Lastimpedanz der nächstfolgenden Ferneinheit sind.

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