DE2711519B2 - Datenübertragungs-Anlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Datenübertragungs-Anlage, bei der eine zentrale Überwachungseinheit mit einer Vielzahl von entfernt angeordneten Endgeräten durch eine zumindest zur Datenübertragung dienende, zur Aufrechterhaltung des Datenflusses im ungestörten Bereich der Anlage beim Auftreten von Störungen durch eine Vielzahl von verteilt angeordneten Schaltvorrichtungen in Unterabschnitte auftrennbare Ringleitung verbunden ist

Derartige Anlagen 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 Endgeräten zu überwachen, diese an einer zentralen Überwachungseinheit anzuzeigen und von der Zentraleinheit aus Steuerungsfunktionen an den Endgeräten auszuführen bzw. in Gang zu setzen.

Bei einer bekannten Anordnung der eingangs beschriebenen Art (DE-OS 24 09 471) soll verhindert werden, daß durch eine zufällige oder wartungsbedingte Störung bzw. Abschaltung eines einzigen in der Ringleitung liegenden Gerätes auch der Datenfluß zwischen der voll funktionsfähigen zentralen Überwachungseinheit und den übrigen intakten Endgeräten so stark beeinträchtigt bzw. unterbrochen wird, daß es zu einem Totalausfall der Anlage kommt.

Zu diesem Zweck sind in die die Daten nur in einem einzigen, fest vorgegebenen Richtungssinn übertragende Ringleitung zwischen den einzelnen Endgeräten bzw. zwischen Endgerätegruppen Umschalteinheiten eingefügt, die ihrerseits durch eine zweite, normalerweise nicht benutzte, eine der Übertragungsrichtung der Haupt-Ringleitung entgegengesetzte Übertragungsrichtung aufweisende Hilfs-Ringleitung miteinander verbunden sind. Die Endgeräte selbst bzw. deren Anschlußgeräte an die Haupt-Ringleitung besitzen hierbei keine Verbindung mit der Hilfs-Ringleitung.

Bezüglich der Funktion dieser Anordnung wird nun davon ausgegangen, daß eine im Bereich eines zwischen zwei Umschalteinheiten liegenden Endgerätes bzw. einer entsprechenden Endgerätegruppe entstehende Störung bzw. Unterbrechung des Datenflusses in der Haupt-Ringleitung nicht schlagartig auftritt, sondern sich so rechtzeitig ankündigt, daß die zentrale Steuereinheit in der Lage ist, die beiden an die Störungsstelle angrenzenden Umschalteinheitcn zu veranlassen, sowohl die durch sie durchgehende

Haupt-Ringleitung als auch die durch sie hindurchgehende Hilfs-Ringleitung aufzutrennen und die freien Enden der nicht zur Störungsstelle führenden Abschnitte dieser beiden Leitungen miteinander zu verbinden, so daß rechtzeitig vor einer ernstlichen Beeinträchtigung des Datenflusses im ungestörten Teil der Anlage die beim ungestörten Betrieb nur von der Haupt-Ringleitung gebildete Verbindungsschleife durch eine neue, aus Teilen der Haupt-Ringleitung und Teilen der Hilfs-Ringleitung bestehende Schleife ersetzt wird.

Die bekannte Anordnung weist aber eine ganze Reihe von Nachteilen auf. So ist sie sowohl hinsichtlich der Schaltungstechnischen Anordnung als auch des steuerungsmäßigen Betriebs außerordentlich aufwendig und benötigt eine verhältnismäßig große Anzahl von Schaltvorgängen, d. h. einen relativ langen Zeitraum, bis eine erkannte Störungsquelle isoliert ist

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß sie mit Hilfe eines vergleichsweise geringen schaltungstechnischen Aufwandes in der Lage ist, beim plötzlichen Auftreten von für den Datenfluß in der Anlage gefährlichen Störungen an Endgeräten oder Endgerätegruppen diese Störstellen schnell und sicher zu isolieren, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung des Datenflusses in dem verbleibenden Teil der Anlage kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß im Normalbetrieb der Datenaustausch zwischen der zentralen Überwachungseinheit und jedem der Endgeräte über die beiden die Überwachungseinheit mit dem betreffenden Endgerät verbindenden Zweige der Daten in beiden Richtungen übertragenden Ringleitung gleichzeitig erfolgt.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird erreicht, daß eine plötzlich auftretende Störungsstelle in der Ringleitung auf einfache Weise dadurch isoliert werden kann, daß die beiden der Störungsstelle benachbarten Schaltvorrichtungen die Ringleitung unterbrechen. Es ist nicht erforderlich, die dadurch entstehenden, quasi »im Leeren« endenden Leitungszweige durch irgendwelche zusätzliche Schaltvorgänge wieder zu einer Ersatzschleife zusammenzufügen, da alle mit den nunmehr sternförmig an die Zentraleinheit angeschlossenen Ringleitungs-Stücken in Verbindung stehenden Endgeräte weiterhin völlig ungestört mit der Zentraleinheit und untereinander Daten austauschen können.

Es ist offensichtlich, daß durch eine derartige Anordnung der schaltungstechnische Aufwand wesentlich verringert wird und sich auch die Ansteuerung der Schaltvorrichtungen wesentlich einfacher gestaltet als beim oben gewürdigten Stand der Technik. Durch die verringerte Zahl der zur Isolation einer Störungsstelle benötigten Schaltschritte läßt sich eine erhebliche Zeitersparnis erzielen, so daß auch bei sehr plötzlich auftretenden Störungen die Beeinträchtigung des Datenflusses im ungestörten Teil der Anlage auf ein absolutes Minimum reduziert ist.

Die über die Ringleitung geführten Datensignale können sich dabei auf Parameter bzw. Kenngrößen beziehen, die an den Endgeräten überwacht werden, und/oder Steuerfunktionen betreffen, die auf Befehl der zentralen Überwachungseinheit an irgendeinem der Eindgeräte ausgeführt werden sollen.

Die Übertragungsleitung kann irgendeine geeignete Form besitzen und beispielsweise ein Streifenleitcr, ein Drahtkabel oder ein Koaxialkabel sein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen niedergelegt

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt die einzige Figur ein schematisches Blockschaltdiagramm einer Prozeßsteuerungs- und Überwachungs-Datenübertragungsanlage.

Gemäß der Figur ist die Anlage so beschaffen, daß sie verschiedene Kenngrößen an einer Vielzahl von entfernt liegenden Stellen überwacht, diese Parameter für eine Wiedergabe an einer Zentralstelle überträgt und auch von der Zentralstelle Steuerungs- bzw. Regelungssignale zu den entfernt liegenden Stellen übertragen kann. Zu diesem Zweck ist an der Zentralstelle eine zentrale Steuerungs- und Überwachungseinheit 1 und an jeder entfernt liegenden Stelle ein Endgerät2A₁2B,2Q2Dund2£ vorgesehen.

Die Zentraleinheit 1 und jedes der Endgeräte 2A bis 2/isind miteinander durch ein Mehrwegekabel in einer einzigen Ringleitung 3 verbunden. Die Ringleitung 3 enthält einen Versorgungsenergie- bzw. Versorgungsstrom-Leitungsweg 4 für die von der zentralen Überwachungseinheit 1 zugeführte Betriebsleistung, einen Datenweg 5 sowohl für die Datenkontrollsignale, die von der zentralen Überwachungseinheit 1 zu jedem der Endgeräte 2A bis 2£geführt werden als auch für die Datenüberwachungssignale, die der zentralen Überwachungseinheit 1 von jedem der Endgeräte 2A bis 2£ zugeführt werden, sowie einen Leitungsweg 6 für ein gemeinsames Potential bzw. Referenzpotential.

Die zu und von den Endgeräten 2A bis 2E übertragenen Datensignale werden auf bekannte Weise nach dem Multiplex-Verfahren übermittelt, so daß die Datensignale für ein spezielles Endgerät und von einem speziellen Endgerät mit einem eindeutigen Code identifiziert werden.

Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei, daß im Normalbetrieb sowohl der Datenaustausch als auch die Betriebsleistungsübertragung zwischen der zentralen Überwachungseinheit 1 und jedem der Endgeräte 2A bis 2E gleichzeitig über die beiden Zweige der Ringleitung 3 erfolgt, die die Zentraleinheit 1 jeweils mit jedem Endgerät 2A bis 2£verbinden.

Wird die Ringleitung 3 zwischen der zentralen Überwachungseinheit und irgendeinem Endgerät vollständig getrennt oder wird ein Endgerät schaltungsmäßig geöffnet, so arbeitet das Gesamtsystem in normaler Weise weiter, da die Versorgungsstrom- und Signalverbindung mit der zentralen Überwachungseinheit 1 über die verbleibenden beiden Ringleitungszweige erhalten bleibt. Wird das Mehrwegekabel der Ringleitung 3 an zwei Stellen getrennt oder werden zwei Endgeräte geöffnet, dann werden nur die zwischen den beiden Schadstellen liegenden Endgeräte betroffen sein.

Um das bisher beschriebene System noch weniger anfällig gegen schwerwiegende Unterbrechungen bei einem Kurzschluß entweder in einem Endgeriit oder an irgendeiner Stelle der Ringleitung 3 zu machen, können folgende Maßnahmen getroffen werden:

Die zentrale Überwachungseinheit 1 enthält eine Konsole 7 mit einem Wiedergabegerät, einem Steuer- bzw. Regelgerät und einem Meßgerät, sowie Betriebsleisüiiigsversorgungen 8 und 9, die da/u dienen. Versorgungsstrom in jedes Ende des L.eitungswcges 4 der Ringleilung 3 einzuspeisen, Datensender 10 und 11, die dazu dienen, an jedes Ende des Leitungsweges 5 der Ringleitung 3 Datensteuersignale anzulegen, und

Datenempfänger 12 und 13, die dazu dienen, Überwachungssignale von jedem Ende des Leitungsweges 5 der Ringleitung 3 zu empfangen. Das einen Teil der Konsole bildende Meßgerät ist für eine Überprüfung vorgesehen, ob der in jedes Ende des Leitungsweges 4 fließende Betriebsstrom über einem vorgegebenen Maximum und die von jedem Ende des Leitungsweges 5 der Ringleitung 3 empfangene Datensignalspannung unter einem vorgegebenen Minimum liegt.

Jedes der Endgeräte 2/4 bis 2£enthält Vorrichtungen, wie sie im folgenden nur für das Endgerät 2A beschrieben sind. Innerhalb jedes Endgerätes ist eine Kombination aus einem Schalter 15 und einem durch den Schalter überbrückten Widerstand 14 vorgesehen, die den Versorgungsstromweg 4 durch das Endgerät hindurch schließt. Eine Kombination aus einem Schalter

16 und einem durch den Schalter 16 überbrückten Widerstand 17 schließt den Datenweg 5 durch das Endgerät hindurch.

Der Wert eines jeden der beiden Widerstände 14 und

17 ist ungefähr lOmal so groß wie die Lastimpedanz des in der Ringleitung nächsten Endgerätes.

Die Schalter 15 und 16, die so miteinander verbunden sind, daß sie gemeinsam geöffnet oder geschlossen werden, werden von einer Meß- und Steuerschaltung 18 gesteuert, die so angeschlossen ist, daß sie über die Gleichrichter 19 und 20 Versorgungsstrom bzw. Versorgungsleistung von jedem Ende des Versorgungsstrom-Leistungsweges 4 erhält. Die Meß- und Steuerschaltung 18 ist so geschaltet, daß sie vom Brückenwiderstand 14 ein Eingangssignal für eine Versorgungsstrom-Überprüfung und vom Brückenwiderstand 17 ein Eingangssignal für eine Daten-Spannungspegelüberprüfung ableitet.

Auch sind in dem Endgerät multiplex arbeitende Schaltungen vorhanden, die dazu dienen, Datensignale, die sich auf an dem Endgerät überwachte Parameter beziehen, in den Datenweg 5 einzuspeisen und vom Datenweg 4 von der zentralen Überwachungseinheit 1 stammende Datensignale abzunehmen, die sich auf am Endgerät auszuführende Steuerfunktionen beziehen. Auch können noch andere Prozeßfunktionen und Verknüpfungen an Meß-Steuer-Einheiten enthalten sein.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Anlage beschrieben.

Vor dem Einschalten sind, wie es in der Figur dargestellt ist, die Schalter 15 und 16 in allen Endgeräten 2/4 bis 2£ offen, d. h. nichtleitend. Die zentrale Überwachungseinheit 1 führt beiden Enden des Versorungsstrom-Leitungsweges 4 des Mehrwegekabels der Ringleitung 3 Leistung bzw. Versorgungsstrom zu und speist in beiden Enden des Datenweges 5 des Mehrwegekabels der Ringleitung 3 Steuerdaten für die Endgeräte 2/4 bis 2E ein. Der resultierende Versorgungsstrom und die Datenspannung wird von der Konsole 7 gemessen. Wenn der Versorgungsstrom über einem vorgegebenen Pegel liegt oder diesen Pegel zu irgendeiner Zeit überschreitet, oder wenn die von den Datenempfängern 12 und 13 empfangene Dalenspannung unter einen vorgegebenen Wert liegt oder zu irgendeiner Zeit unter diesen Wert fällt, dann können mit dieser Anordnung sowohl die Stromzufuhr als auch die Datenzufuhr unterbrochen werden, da jeder der

■ zuvor erwähnten Zustände einen möglichen Kurzschluß anzeigen kann. Vorsorgungsstrom und Daten werden wiederholte Male mit einer vorgegebenen Wiederholungszahl angelegt, bevor die Konsole 7 für eine Untersuchung durch eine Bedienungsperson ein endgültiges Abschalten bewirkt.

Nimmt man an, daß der oben erwähnte Betriebsstrom und die oben erwähnte Datenspannung in Ordnung sind und die Betriebsstrom- und Daten-Zufuhr aufrechterhalten wird, so erreichen der Betriebsstrom und die Daten zuerst die Endgeräte 2C und 2D. Bei jedem Endgerät legt entweder Gleichrichter 19 oder Gleichrichter 20 den Versorgungsstrom an die Meß- und Steuerschaltung 18, so daß diese erregt wird. Die Meß- und Steuerschaltung 18 überwacht daraufhin die Brückenwiderstände 14 und 17 und prüft, ob der Versorgungsstrom und die Datenspannung in Ordnung sind. Falls dies zutrifft, werden die Schalter 15 und 18 geschlossen, d. h. leitend gemacht und Versorgungsstrom und Daten werden den entsprechenden nächsten Endgeräten, d. h. den Endgeräten 2ß und 2£ zugeführt. Dieser Vorgang wird für alle in der Ringleitung enthaltenen Endgeräte so oft wiederholt, bis die Ringleitung geschlossen ist.

Wenn in irgendeinem Endgerät gemessen wird, daß das nächstfolgende Endgerät kurzgeschlossen ist, dann schließen sich die Schalter 15 und 16 nicht und die defekte Einheit wird auf diese Weise automatisch von jedem Ringleitungsende her isoliert.

Wenn ein Kurzschluß nach irgendeiner Zeit bei einer

' bereits geschlossenen Ringleitung auftritt, unterbricht die Konsole 7 bei der zentralen Überwachungseinheit, wie bereits erwähnt, die Versorgungsstrom- und Daten-Zuführung. Dann öffnen sich alle Schalter 15 und 16 der Endgerä'e und die Startprozedur wird wieder begonnen, womit das defekte Endgerät oder das beim Fehler liegende Endgerät isoliert wird. An der zentralen Überwachungseinheit 1 läßt sich feststellen, welches der Endgeräte kurzschließt oder welches in der Nähe eines Kurzschlusses in der Ringleitung 3 liegt, da von diesem Endgerät natürlich keine Daten mehr erhalten werden. Auch im Falle eines einzelnen Kabelfehlers kann die Konsole 7 das Endgerät identifizieren, dessen Daten bei den beiden Empfängern 12 und 13 nicht mehr empfangen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Datenübertragungsanlage, bei der eine zentrale Überwachungseinheit mit einer Vielzahl von entfernt angeordneten Endgeräten durch eine zumin- s dest zur Datenübertragung dienende, zur Aufrechterhaltung des Datenflusses im ungestörten Bereich der Anlage beim Auftreten von Störungen durch eine Vielzahl von verteilt angeordneten Schaltvorrichtungen in Unterabschnitte auftrennbare Ringleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Normalbetrieb der Datenaustausch zwischen der zentralen Überwachungseinheit (1) und jedem der Endgeräte (2) über die beiden die Überwachungseinheit (1) mit dem betreffenden is Endgerät (2) verbindenden Zweige der Daten in beiden Richtungen übertragenden Ringleitung (3) gleichzeitig erfolgt

2 Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (3) eine Mehrwegübertragungsleitung ist, von der ein Leitungsweg (5) für die Führung von Datensignalen und ein anderer Leitungsweg (4) dazu benützt wird, um der Reihe nach den Endgeräten (2A bis 2E) in der Ringleitung (3) von der zentralen Überwachungseinheit (1) her 2^r> Betriebsleistung zuzuführen, so daß die Betriebsleistung von der zentralen Überwachungseinheit (1) zu irgendeinem Endgerät (2/4 bis 2E) in jeder Richtung um die Ringleitung (3) herum geführt werden kann.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich- «1 net, daß ein weiterer Leitungsweg (6) der Ringleitung (3) auf gemeinsamem Potential liegt.

4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Überwachungseinheit (3) Vorrichtungen (7) r> enthält, die dazu dienen, den Pegel der Datenspannung in der Ringleitung (3) und/oder den Pegel des Versorgungsstromes zu überwachen, der durch die zentrale Überwachungseinheit il) den Endgeräten (2A bis 2E) zugeführt wird, so daß die zentrale Überwachungseinheit (1) die Versorgongsstrom- und/oder Daten-Zuführung zur Ringleitung (3) unterbricht, wenn die Datenspannung unter einem vorgegebenen Wert bzw. der Versorgungsstrom über einem vorgegebenen Wert liegt. 4^r>

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Überwachungseinheit (1) in der Lage ist, nach einer Unterbrechung den Versorgungsstrom und die Daten mit einer vorgegebenen Häufigkeit wiederholte Male anzulegen, bevor κι Versorgungsstrom und Daten endgültig unterbrochen werden.

6. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Endgeräte (2A bis 2E) innerhalb des durch das r> Endgerät führenden Datenweges (5) einen Schalter (16) und einen durch den Schalter (16) überbrückten Widerstand (17), eine Vorrichtung (18) zum Überwachen des über dem Widerstand (17) abfallenden Datenspannungspegels und eine Vorrichtung besitzt, w> die dazu dient, den Schalter (16) leitend zu machen, wenn der Datenspannungspegel über einem vorgegebenen Wert liegt, was anzeigt, daß das nächstfolgende Endgerät in der Ringleitung (3) keinen Kurzschluß oder keinen kurzschlußähnlichen Zu- . · stand aufweist.

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Endgerät (2.A bis 2E) in dem durch das Endgerät führenden Leitungsweg (4) einen Schalter (15) und einen durch den Schalter (15) überbrückten Widerstand (14), eine Vorrichtung (13) zum Überwachen des Pegels des durch den Widerstand (14) fließenden Vmorgungsstroms und Vorrichtungen besitzt, die dazu dienen, den Schalter (15) dann leitend zu machen, wenn der Pegel des Versorgungsstroms anzeigt, daß das nächstfolgende Endgerät in der Ringleitung (3) keinen Kurzschluß oder keinen kurzschlußähnlichen Zustand aufweist

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Falle die Widerstände (14,17) einen Wert besitzen, der ungefähr lOmal so groß ist, wie die maßgebliche Lastimpedanz des nächstfolgenden Endgerätes.