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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für bezüglich der Versorgungsspannung
in Reihe angeordnete Baugruppen einer Steuer- und Datenübertragungsanlage,
insbesondere für
Busteilnehmer in einem Automatisierungsbussystem. Baugruppen einer Steuer-
und Datenübertragungsanlage,
d.h. elektrische Komponenten und Geräte, die beispielsweise zum
Aufbau eines Automatisierungsbussystems verwendet werden, sind häufig hintereinander
an die Versorgungsspannung angeschlossen. Zu diesem Zweck weisen
die Geräte
im allgemeinen einen Versorgungsspannungseingang und einen diesem
zugeordneten Versorgungsspannungsausgang auf, wobei an letzteren
das nachfolgende Gerät
mit seinem Versorgungsspannungseingang angeschlossen wird. Weist
ein einzelnes Gerät
einer Anzahl von derartig in Reihe geschalteter Geräte einen
Kurzschluß auf, so
bricht im allgemeinen für
alle Geräte
die Versorgungsspannung zusammen, bzw. kann die gesamte Kette der
Geräte
oder Baugruppen nicht in Betrieb genommen werden, da das Versorgungsnetzteil
aufgrund des Kurzschlusses seine Ausgangsspannung reduziert, so
daß die
Funktion von Einzelgeräten
infrage gestellt ist. Weiterhin ist eine Fehlerdiagnose unmöglich, da
alle Geräte
nicht betriebsbereit sind. Das defekte Gerät kann nur dadurch ermittelt
werden, daß alle
Geräte
aus der Reihe entfernt und einzeln in Betrieb genommen werden.
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Eine
derartige Vorgehensweise ist jedoch für den Betrieb heutiger sehr
komplexer Automatisierungsbussysteme extrem arbeitsintensiv und
zeitaufwendig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung bereitzustellen mit
welcher bezüglich
ihrer Versorgungsspannung in Reihe geschaltete Baugruppen einer
Steuer- und Datenübertragungsanlage betriebssicher
eingeschaltet werden können
ohne das die Gefahr besteht, daß die
Gesamtanlage oder zumindest größere Abschnitte
vollkommen ausfallen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. eine Steuer- und Datenübertragungsanlage
mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
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Danach
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
zumindest einen Versorgungsspannungseingang und zumindest einen
diesem zugeordneten Versorgungsspannungsausgang auf, wobei wenigstens
eine erste Einrichtung zum lösbaren
Verbinden des Versorgungsspannungseingangs mit dem zugeordneten
Versorgungsspannungsausgang sowie eine zweite Einrichtung zur Erfassung
einer elektrischen Last und/oder zur Erfassung des Versorgungsstromes
umfaßt
ist. Im Ansprechen auf die Erfassung der elektrischen Last und/oder
des Versorgungsstromes kann der Versorgungsspannungsausgang mit dem
Versorgungsspannungseingang verbunden werden. Wird beispielsweise
ein Kurzschluß am
Versorgungsspannungsausgang festgestellt, so wird dieser nicht mit
dem Versorgungsspannungseingang verbunden, womit eine Überlastung
der Einrichtung, welche die Versorgungsspannung bereitstellt, sicher verhindert
werden kann. Wird dagegen keine Überlast
oder kein Kurzschluß festgestellt,
so wird der Versorgungsspannungsausgang mit dem Versorgungsspannungseingang
verbunden und damit die am Versorgungsspannungsausgang anliegende Baugruppe
an die Versorgungsspannung angeschlossen.
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Weiterhin
kann auf diese Weise sichergestellt werden, daß nur die Baugruppe oder Verbindungsleitung
von der Versorgungsspannung abgetrennt ist, welche den Kurzschluß oder die Überlast erzeugt
hat, sowie die dem Fehlerort nachgeordneten Baugruppen. Hierfür kann jede
der bezüglich
der Versorgungsspannung in Reihe angeordneten Baugruppen eine erfindungsgemäße Vorrichtung
aufweisen. Diese Vorrichtung ist der jeweiligen Baugruppe bezüglich der
Versorgungsspannung vor- oder nachgeschaltet. Somit lassen sich
alle in Benutzung befindlichen und bezüglich der Versorgungsspannung in
Reihe geschalteten Baugruppen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nachrüsten.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
direkt in der Baugruppe, beispielsweise einem Busteilnehmer integriert
ist, was eine kompakte Bauweise der erfinderischen Vorrichtung mit
einer Baugruppe einer Steuer- und Datenübertragungsanlage ermöglicht.
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Zusätzlich läßt sich
der Fehlerort in einer in Reihe angeordneten Baugruppe mittels der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
leicht feststellen, da die Baugruppen vor dem Fehlerort weiter in
Betrieb gehalten werden können,
ohne daß die
Versorgungsspannung zusammenbricht.
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Je
nach Anforderung kann als Einrichtung zum lösbaren Verbinden des Versorgungsspannungseingangs
mit dem zugeordneten Versorgungsspannungsausgang ein Relais, ein
Schütz-
und/oder ein Halbleiterschalter zum Einsatz kommen. Der verwendete
Schalter trennt dabei in seiner Ruhestellung den Versorgungsspannungseingang
vom zugeordneten Versorgungsspannungsausgang. Ein Halbleiterschalter
hat dabei den Vorteil, daß er
wartungsfrei ist und elektrisch bzw. elektronisch leicht ansteuerbar ist.
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Ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Anschaltung an den Automatisierungsbus eingerichtet, ist die
Vorrichtung auch direkt durch das Steuersystem des Automatisierungsbussystems
ansteuerbar. Beispielsweise kann auf diese Weise das Steuersystem
direkt eine bestimmte Baugruppe über
die Versorgungsspannung aus- oder anschalten. Zusätzlich wird
ein Datenverkehr zwischen dem Steuersystem und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ermöglicht.
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Um
die erfindungsgemäße Vorrichtung
auf die jeweiligen Anfordernisse der zugeordneten Baugruppe anzupassen,
kann eine Speichereinrichtung zum Speichern der Parametrierung der
Einrichtungen der Vorrichtung umfaßt sein. Beispielsweise umfaßt die Parametrierung
einen vorgegebenen Grenzwert des Versorgungsstromes und/oder der
elektrischen Last, bei welchem bzw. welcher die erste Einrichtung
den Versorgungsspannungsausgang vom Versorgungsspannungseingang
trennt. Diese Parametrierung kann vorteilhafterweise manuell an
der Vorrichtung selbst und/oder über
den Automatisierungsbus erfolgen. Wie oben stehend schon erläutert, kann
die Vorrichtung direkt in die zugeordnete, d.h. abzusichernde Baugruppe
integriert werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß eine eventuell schon
vorhandene Busschnittstelle der Baugruppe, beispielsweise die Schnittstelle
eines Busteilnehmer des Automatisierungsbussystems, auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Anschaltung an den Bus verwendet werden kann.
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Vorteilhafterweise
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
jeweils für
die Logik als auch für
die Aktorik/Sensorik der zugeordneten Baugruppe getrennte Versorgungsspannungseingänge und
-ausgänge
aufweisen, womit eine Trennung bezüglich der Versorgungsspannung
für die
Logikschaltkreise als auch für
die Aktorik-/Sensorik-Schaltkreise der zugeordneten Baugruppe ermöglicht werden.
Da die jeweiligen Versorgungsspannungsausgänge von unabhängigen Schaltern
bedient werden, kann beispielsweise ein Ausfall der Aktorik-Sensorik die betreffende
Baugruppe mittels der Logikschaltkreise zumindest eingeschränkt, beispielsweise
zu Diagnosezwecken, in Betrieb gehalten werden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
läßt sich in
vielfältiger
Weise beim Aufbau eines Automatisierungsbussystems, insbesondere
beim Aufbau eines seriellen Automatisierungsbussystems verwenden. Zur
Vereinfachung der Darstellung wird zuerst davon ausgegangen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
die ihr zugeordnete Baugruppe selbst umfaßt. Hierzu gleichbedeutend
ist die Betrachtungsweise, daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung
in die Baugruppe integriert ist.
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Wie
oben stehend erläutert
und unten stehend bei der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele
deutlich wird, ist die Erfindung jedoch hierauf nicht beschränkt, da
prinzipiell jeder bezüglich
der Versorgungsspannung in Reihe angeordnete Baugruppe einer Steuer-
und Datenübertragungsanlage eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
vorgeschaltet oder nachgeschaltet werden kann. In dieser Weise kann
jede beliebige Steuer- und Datenübertragungsanlage
mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen
nachgerüstet
werden, indem bezüglich
der Versorgungsspannung vor oder nach der jeweiligen Baugruppe eine
erfindungsgemäße Vorichtung
angeordnet wird.
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Im
einfachsten Fall ist eine Baugruppe, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung
umfaßt,
bezüglich
ihrer Versorgungsspannung elektrisch in Reihe mit einer weiteren
Baugruppe angeordnet, wobei die weitere Baugruppe der erstgenannten
Baugruppe nachgeschaltet ist. Bei einem Fehler, beispielsweise einer Überlast
oder einem Kurzschluß in
der nachgeschalteten Baugruppe wird der Versorgungsspannungsausgang
der ersten Baugruppe und damit auch der Versorgungsspannungseingang
der nachgeschalteten Baugruppe durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
von der Versorgungsspannung getrennt, so daß die erste Baugruppe im Betrieb
bleiben kann. Prinzipiell lassen sich auf diese Weise eine beliebige Anzahl
von in Reihe angeordneten Baugruppen eines Automatisierungsbussystems
bezüglich
der Versorgungsspannung absichern. Eine optimale Absicherung durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist dann gegeben, wenn alle der in Reihe geschalteten Baugruppen,
außer
der letzten, eine erfindungsgemäße Vorrichtung
aufweisen. Wenn jedoch die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Baugruppe
im wesentlichen vor den eigentlichen Schaltkreisen, d.h. Verbrauchern
der Baugruppe angeordnet ist, in welchen bevorzugt eine Überlast
oder ein Kurzschluß auftreten
kann, sollte auch diese letzte Baugruppe in der Reihe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet
sein, da ein Fehler durch die Verbraucher der Baugruppe mittels
der zugeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtung
erkannt und durch Trennen von der Versorgungsspannung eliminiert
wird, so daß die
vorgeschalteten Baugruppen alle weiter betrieben werden können.
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Tritt
im Betrieb eine Überlast
auf oder wird ein vorgegebener Versorgungsgrenzstrom überschritten,
so kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
der Versorgungsspannungsausgang vom zugeordneten Versorgungsspannungseingang
getrennt werden, so daß die
dieser Baugruppe vorgeschalteten Baugruppen oder Geräte weiter
betrieben werden können.
Die Einrichtung zur Erfassung des fließenden Versorgungsstromes kann
dabei beispielsweise mittels einer Differenzstrombildung auch zum
Erkennen eines Erdschlusses eingerichtet sein.
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Es
ist in einer anderen Ausführungsform
der Erfindung auch möglich,
daß bei
einem Fehlerfall der Versorgungsspannungsausgang strombegrenzt mit dem
Versorgungsspannungseingang verbunden wird, so daß einerseits
unter Umständen
die nachfolgenden Baugruppen zumindest teilweise weiter betrieben
werden können
und andererseits eine Gefahr besteht, daß die vorgeschalteten Baugruppen
aufgrund einer Überlastung
der Versorgungsspannungseinrichtung für die in Reihe geschalteten
Geräte
ausfallen, da die Versorgungsspannung zusammenbricht. Ein derartiger
Fehlerfall umfaßt
das Auftreten einer elektrischen Überlast, aber keinen „harten" Kurzschluß, bei welchem
die Versorgungsspannung trotz Strombegrenzung zusammenbrechen würde.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ermöglicht
weiterhin die in Reihe geschalteten Geräte oder Baugruppen sicher in
Betrieb zu nehmen. Dies kann, je nach Ausführungsform der Erfindung, entweder automatisch
durch die Baugruppen selbst mittels sukzessiver Aufschaltung oder
durch die Steuerung kontrolliert über den Bus realisiert werden.
Die zuletzt aufgeschaltete Baugruppe, deren erfindungsgemäße Vorrichtung
den Versorgungsspannungseingang nicht mehr mit dem Versorgungsspannungsausgang verbindet
oder nur noch strombegrenzt verbindet, ist vorteilhafterweise zur
Abgabe einer Fehlermeldung ausgebildet. Dabei wird der Fehler an
der betreffenden Baugruppe bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
angezeigt oder eine Fehlermeldung über den Bus zur Steuerung abgesandt.
Um eine schnelle Identifizierung des Fehlerortes bereitzustellen,
kann die Fehlermeldung ein Datum zur Identifizierung der betreffenden
Baugruppe umfassen.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt ferner ein Verfahren zum Aufschalten
und Betreiben einer oben beschriebenen Vorrichtung mit den Schritten:
- a) Anlegen einer Versorgungsspannung an den Versorgungsspannungseingang
der Vorrichtung,
- b) Erfassen einer elektrischen Last und/oder eines Kurzschlusses
am Versorgungsspannungsausgang und
- c) Ansteuern der Einrichtung zum Verbinden des Versorgungsspannungseingangs
mit dem zugeordneten Versorgungsspannungsausgang unter Ansprechen
auf die erfaßte
elektrische Last und/oder eines Kurzschlusses.
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Vorteilhaft
umfaßt
der Verfahrensschritt c) die Schritte:
- c1)
Vergleichen der erfaßten
Last mit einem vorbestimmten Wert und
- c2) Verbinden des Versorgungsspannungseingangs mit dem zugeordneten
Versorgungsspannungsausgang, wenn die erfaßte Last den vorbestimmten
Wert nicht überschreitet.
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Ferner
umfaßt
der Verfahrensschritt c) vorteilhaft den Schritt des Verbindens
des Versorgungsspannungseingangs mit dem zugeordneten Versorgungsspannungsausgang,
wenn kein Kurzschluß erfaßt wurde.
Das Verfahren umfaßt
außerdem
vorteilhaft die zusätzlichen
Schritte des Erfassens des fließenden
Versorgungsstromes und des Trennens der Verbindung des Versorgungsspannungseingangs
mit dem zugeordneten Versorgungsspannungsausgang, wenn der erfaßte Versorgungsstrom
einen vorbestimmten Wert überschreitet.
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Zum
Aufschalten und Betreiben von in Reihe geschalteten Vorrichtungen
in einer Steuer- und Datenübertragungsanlage
sieht das Verfahren vorteilhaft vor, daß die Vorrichtungen, beginnend
mit der ersten Vorrichtung, sukzessive jeweils wie oben beschrieben
aufgeschaltet werden. Vorteilhaft kann die Aufschaltung selbständig erfolgen
oder über
den Automatisierungsbus gesteuert werden.
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Ferner
sieht das Verfahren mit Vorteil vor, daß eine nur teilweise auf geschaltete
Vorrichtung eine Fehlermeldung zur Anzeige eines Kurzschlusses oder
einer Überlast
an deren Spannungsversorgungsausgang abgibt, wobei die Fehlermeldung
an eine Anzeigeeinrichtung und/oder über den Automatisierungsbus
zur Steuerung des Automatisierungsbussystems abgegeben wird. Die über den
Automatisierungsbus abgegebene Fehlermeldung umfaßt dabei
bevorzugt zumindest ein Datum zur Identifizierung der nur teilweise
aufgeschalteten Vorrichtung.
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Die
Erfindung wird im folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen
unter Zugrundelegen der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
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1 in
einer schematischen Blockdarstellung elektrisch in Reihe angeordnete
Baugruppen eines Automatisierungsbussystems mit zugeordneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen
im Ruhezustand zeigt,
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2 die
Vorrichtungen der 1 in der Anschaltphase zeigt,
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3 in
einem schematischen Blockschaltbild elektrisch in Reihe angeordnete
erfindungsgemäße Vorrichtungen
mit integrierten Busteilnehmern veranschaulicht und
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4 in
einem schematischen Blockschaltbild wiederum eine Reihenschaltung
von erfindungsgemäßen Vorrichtungen
mit integrierten Busteilnehmern zeigt, wobei die erste Vorrichtung
eine zusätzliche
Einrichtung zur Erfassung des fließenden Versorgungsstromes aufweist.
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Eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und deren Anordnung in einer Steuer- und Datenübertragungsanlage, welche vorliegend
ein Automatisierungsbussystem ist, ist in 1 gezeigt. 1 stellt
einen Ausschnitt des Automatisierungsbussystems dar, in welchem
mehrere Busteilnehmer 2, 2', 2'' bezüglich ihrer
Versorgungsspannung in Reihe angeordnet sind. Zwischen diesen Baugruppen
ist jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1, 1', 1'' angeordnet. Somit ist jedem Busteilnehmer
eine erfindungsgemäße Vorrichtung zugeordnet.
Es ist jedoch auch möglich,
daß eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
mehreren bezüglich der
Versorgungsspannung in Reihe angeordneten Busteilnehmern zugeordnet
ist. In diesem Fall ist bezüglich
der Versorgungsspannung am Anfang der Reihenschaltung eine erfindungsgemäße Vorrichtung
angeordnet, welcher die nachfolgend in Reihe angeordneten Busteilnehmer
nachgeschaltet sind.
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Jede
der erfindungsgemäßen Vorrichtungen umfaßt zumindest
einen Versorgungsspannungseingang E, E', E'' und einen zugeordneten
Versorgungsspannungsausgang A, A',
A''.
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Zwischen
dem jeweiligen Versorgungsspannungseingang und -ausgang ist eine
Einrichtung 3, 3', 3'' angeordnet, die den jeweiligen
Eingang mit dem zugeordneten Ausgang verbinden kann. Die Verbindungseinrichtung
wird dabei von einer Einrichtung 4, 4', 4'' zur Ermittlung zumindest einer
elektrischen Größe am Versorgungsspannungsausgang angesteuert.
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Erfindungsgemäß bezeichnet
der Begriff Versorgungsspannungsausgang Orte auf der Versorgungsspannungsführung, welche
dem Verbindungsschalter der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgeordnet
sind. Entsprechend bezeichnet der Begriff Versorgungsspannungseingang
Orte auf der Versorgungsspannungsführung, welche dem Verbindungsschalter
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgeordnet sind. Etwaige Anschlußeinrichtungen für die Versorgungsspannung,
beispielsweise zum Verbinden der erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit weiterführenden
Leitern sind natürlich
in diese Definition mit eingeschlossen.
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Eine
Verbindungseinrichtungen (3, 3', 3'')
ist für
den Fall, daß keine
Versorgungsspannung am Versorgungsspannungseingang der erfindungsgemäßen Vorrichtung
anliegt, geöffnet.
Liegt an der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 keine
Versorgungsspannung an, trifft dies auch auf alle nachfolgenden
Vorrichtungen 1' und 1'' zu und alle Verbindungseinrichtungen 3, 3' und 3'' sind geöffnet. In der dargestellten
Ausführungsform
ist die Verbindungseinrichtung 3, 3', 3'' ein
Halbleiterschalter, welcher von der Einrichtung 4, 4', 4'' angesteuert wird. Diese Einrichtung 4, 4' bzw. 4'' zur Ermittlung einer elektrischen
Größe ist im
vorliegenden Fall eine Einrichtung, welche zur Erfassung einer elektrischen
Last am Versorgungsspannungsausgang ausgebildet ist. Überschreitet
die ermittelte Last einen vorbestimmten Wert, so bleibt die jeweilige
Verbindungseinrichtung 3, 3', 3'' offen.
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Die
elektrischen Verbraucher der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 1' bzw. 1'' sind dabei am Versorgungsspannungseingang
E, E' bzw. E'' angeschlossen. Zur Ermittlung der elektrischen
Last am Versorgungsspannungsausgang wird eine geringe Spannung strombegrenzt
an den Versorgungsspannungsausgang angelegt, die so gering ist,
daß die nachfolgende
Baugruppe, d.h. der nachfolgende Busteilnehmer, nicht in Betrieb
genommen wird. Die Einrichtungen 4, 4', 4'' weisen jeweils eine Strommeßvorrichtung
auf, mit welcher der fließende
Strom über
den Versorgungsspannungsausgang erfaßt werden kann. Überschreitet
der ermittelte Stromfluß einen
vorbestimmten Wert oder spricht gar die Strombegrenzung an, so kann
die Versorgungsspannung, welche am jeweiligen Versorgungsspannungseingang
anliegt, nicht zum zugeordneten Versorgungsspannungsausgang weiter
geschaltet werden und die Verbindungseinrichtung 3, 3', 3'' , d.h. der jeweilige Halbleiterschalter,
bleibt offen. Auf diese Weise wird einerseits eine Überlast
in der nachfolgenden Versorgungsspannungsleitung oder in einem der nachfolgenden
Busteilnehmern sicher erkannt und weiterhin durch das Nichtschließen des
Halbleiterschalters verhindert, daß die Spannungsversorgung für alle in
Reihe geschalteten Busteilnehmer zusammenbricht.
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Die
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeigt sich insbesondere beim Einschalten der Spannungsversorgung
für den
in 1 gezeigten Busabschnitt. 2 stellt
den Endzustand für
den Fall dar, daß beim
Einschalten eine beispielhafte Überlast
im dritten Verbraucher 2'' vor der dritten
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1'' vorliegt und erkannt wurde. Beim
Einschalten der Spannungsversorgung für die bezüglich der Versorgungsspannung in
Reihe angeordneten Busteilnehmer 2, 2' und 2'' liegt zuerst die Versorgungsspannung
am ersten Busteilnehmer 2 an. In diesem wird die Versorgungsspannung
hindurch geschleift und liegt damit auch an der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 an.
Zuerst ist deren Verbindungseinrichtung 3 geöffnet, so
daß an deren
Versorgungsspannungsausgang A keine Versorgungsspannung anliegt
und demnach der nachfolgende Busteilnehmer 2' nicht angeschaltet ist. Sobald
die Versorgungsspannung am Versorgungsspannungseingang der Vorrichtung 1 anliegt,
läuft ein in
der Vorrichtung abgelegtes Einschaltverfahren automatisch ab. Hierbei
wird zuerst die am Versorgungsspannungsausgang anliegende elektrische Last
ermittelt. Dies geschieht dadurch, daß eine geringe Spannung strombegrenzt
an den Versorgungsspannungsausgang A der Vorrichtung 1 angelegt
und der hierdurch erzeugte Stromfluß mittels der Einrichtung 4 ermittelt
wird. Die geringe Spannung beträgt
in der beschriebenen Ausführungsform
nur wenige Volt, z.B. ca. 3 Volt liegt somit weit unter der von
den Busteilnehmern benötigten
24 Volt, so daß der
nachfolgende Busteilnehmer 2' durch
das Anlegen der geringen Spannung nicht angeschaltet wird.
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Mittels
dieser Maßnahme
wird die Versorgungsspannungsleitung von der Vorrichtung 1 bis zum
Busteilnehmer 2',
sowie die Spannungsversorgungsleitung von diesem Busteilnehmer bis
zur Vorrichtung 1' und
der Busteilnehmer 2' selbst überprüft. Eine
vorhandene elektrische Überlast
aufgrund eines Fehlers oder gar ein Kurzschluß innerhalb der genannten Bereiche
wird somit festgestellt. Im vorliegenden Fall liegt keine elektrische Überlast
vor, so daß die
Einrichtung 3 zum Verbinden des Versorgungsspannungseingangs E mit
dem zugeordneten Versorgungsspannungsausgang A derart angesteuert
wird, daß die
Einrichtung 3 den Aus- und den Eingang miteinander verbindet
so daß die
Versorgungsspannung nun im vollen Umfang am Versorgungsspannungsausgang
A und damit auch am zweiten Busteilnehmer 2' anliegt, womit dieser auch angeschaltet
ist. Wie im ersten Busteilnehmer wird die Versorgungsspannung wieder
durch den Busteilnehmer hindurch geschleift und liegt damit am Versorgungsspannungseingang
E' der zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1' an. Auch in
der zweiten Vorrichtung 2' läuft nun
das beschriebene Anschaltverfahren ab. Hierbei wird jedoch eine Überlast
im dritten Verbraucher 2'' erkannt. Im
Gegensatz zum Ablauf in der ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird
die Einrichtung 3' der
Vorrichtung 1' nicht
zum Verbinden des Versorgungsspannungseingangs mit dem zugeordneten
Versorgungsspannungsausgang angesteuert, so daß die Einrichtung 3' offen bleibt. Auf
diese Weise verhindert die erfindungsgemäße Vorrichtung 1', daß durch
die Überlast
alle Busteilnehmer der bezüglich
der Versorgungsspannung in Reihe angeordneten Busteilnehmer wegen
der Überlastung
des Versorgungsspannungsnetzteils ausfallen. Statt dessen werden
nur all die Busteilnehmer angeschaltet, welche bezüglich der
Reihenanordnung vor dem Fehlerort liegen. Die zuletzt nur teilweise
angeschaltete Vorrichtung 1' zeigt
den aufgetretenen Anschaltfehler mittels einer in 2 nicht
dargestellten Anzeigeeinrichtung an. Erfindungsgemäß ist eine
Vorrichtung dann nur teilweise angeschaltet, wenn die Vorrichtung
zwar elektrisch versorgt und in Betrieb, die Verbindungseinrichtung,
hier 3',
jedoch offen ist. Auf die beschriebene Weise, d.h. mittels einer
Fehleranzeige der nicht vollständig
angeschalteten erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist eine Fehlersuche auch bei einer Vielzahl von bezüglich der
Versorgungsspannung in Reihe angeordneten Baugruppen, beispielsweise
Busteilnehmern einfach durchzuführen.
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Um
die erfindungsgemäße Vorrichtung
flexibel auf die jeweiligen Bedürfnisse,
insbesondere auf die von den jeweiligen Busteilnehmer abhängigen Versorgungsströme anpassen
zu können,
umfassen die Vorrichtungen 1, 1' und 1'' jeweils
eine Einrichtung zur Parametrierung der Vorrichtung. Manuell kann
beispielsweise an den jeweiligen Vorrichtungen die maximal erlaubte
elektrische Last am Versorgungsspannungsausgang eingestellt werden,
womit das Ansprechverhalten der Verbindungseinrichtung 3, 3', 3'' festgelegt wird.
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Während des
Betriebs wird in der beschriebenen Ausführungsform mittels der Einrichtung 4, 4' bzw. 4'' der fliessende Versorgungsstrom
erfaßt
und bei Überschreiten
eines vorbestimmten Wertes die Einrichtung 3, 3' bzw. 3'' zum Lösen der Verbindung des bestimmten
Versorgungsspannungseingangs vom zugeordneten Versorgungsspannungsausgang angesteuert.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung und deren Einsatz in einem Automatisierungsbussystem
ist in, der schematischen Blockschaltdarstellung der 3 gezeigt.
Wiederum sind als Teil einer Steuer- und Datenübertragungsanlage drei erfindungsgemäße Vorrichtungen 1, 1' und 1'' einschließlich der zugeordneten Busteilnehmer 2, 2' und 2'' bezüglich der Versorgungsspannung
in Reihe angeordnet. Dabei ist der Busteilnehmer jeweils in die
erfindungsgemäße Vorrichtung
integriert. In der dargestellten Ausführungsform sind die jeweiligen
Busteilnehmer, d.h. die elektrischen Verbraucher des Busteilnehmers, der
jeweiligen Einrichtung zur Erfassung eines Kurzschlusses 4, 4', 4'' elektrisch nachgeschaltet, so
daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung
auch den zugeordneten Busteilnehmer im Hinblick auf einen Kurzschluß überprüft. In der
in 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
die Einrichtung 4, 4' bzw. 4'' jeweils
zur Erfassung eines Kurzschlusses ausgebildet. Hierfür prägt diese
bei geöffneter
Verbindungseinrichtung 3, 3' bzw. 3'' einen
vorbestimmten Strom in den jeweiligen Versorgungsspannungsausgang
ein. Ein dem Versorgungsspannungsausgang nachgeordneter Kurzschluß hat einen
Spannungsabfall am Versorgungsspannungsausgang zur Folge, welcher
erfaßt
wird. Im Ansprechen auf den ermittelten Kurzschluß in der
nachfolgenden Versorgungsspannungsleitung oder den nachfolgenden Busteilnehmer
bleibt die Verbindungseinrichtung offen, so daß letztlich am Versorgungsspannungsaungang
der jeweiligen Vorrichtung keine Spannung anliegt. Dies trifft damit
auch auf den in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenen
Busteilnehmer zu, so daß auch
dieser nicht angeschaltet wird. In einer anderen Ausführungsform
der Erfindung sind jedoch nicht alle Einrichtungen oder Verbraucher
des Busteilnehmers hinter, sondern zumindest teilweise vor der jeweiligen
Verbindungseinrichtung 3, 3' bzw. 3'' angeordnet.
Liegt demnach am Versorgungsspannungseingang eine Versorgungsspannung
an, so ist der Busteilnehmer zumindest teilweise angeschaltet. Dies
trifft insbesondere auf eine besondere Ausführungsform der Erfindung zu,
bei welcher die Busanschaltung des Busteilnehmers bezüglich ihrer
Versorgungsspannung vor der Verbindungseinrichtung angeordnet ist,
so daß die
Busanschaltung mit Anlegen einer Spannung an den Versorgungsspannungseingang
funktionstüchtig
ist. Diese Busanschaltung des Busteilnehmers wird auch zur Parametrierung der
Verbindungseinrichtung 3, 3' bzw. 3'' verwendet. Hierfür weist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
in der speziellen Ausführungsform
eine Speichereinrichtung zum Speichern der über den Bus erfolgten Parametrierung
auf.
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Mit
dem schon oben stehend beschriebenen Verfahren zum Aufschalten der
Vorrichtungen bzw. der Busteilnehmer wird auch in dem in 3 dargestellten
Fall ein Kurzschluß an
der Versorgungsspannungsverbindung zwischen der zweiten und dritten erfindungsgemäßen Vorrichtung
erkannt und somit die Verbindungseinrichtungen 3' und 3'' nicht geschlossen, womit die zugeordneten
Busteilnehmer 2' und 2'' nicht aufgeschaltet werden. Die
erste erfindungsgemäße Vorrichtung 1 einschließlich des
zugeordneten Busteilnehmers 2 sind jedoch beide vorschriftsmäßig angeschaltet
worden.
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In 4 ist
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine
andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezeichnet.
Die Einrichtungen zur Ermittlung einer elektrischen Größe 4, 4', 4'' entsprechen denen der 3,
d.h. ein Fehler in der nachfolgenden Versorgungsspannungsleitung
oder dem nachfolgenden Busteilnehmer wird mittels Einprägen eines
Stromes am jeweiligen Versorqungsspannungsausgang erkannt. Weiterhin
sind die jeweiligen zugeordneten Busteilnehmer 2 in die
Vorrichtungen integriert, wobei die Busanschaltung wie in 3 nicht
dargestellt ist. Im Unterschied zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen
der 3 umfaßt die
erste Vorrichtung 1 weiterhin eine Vorrichtung zur Erfassung
des fließenden
Versorgungsstromes. Dabei umfaßt
dieser fließende
Versorgungsstrom beim fehlerfreien Betrieb zumindest den Versorgungstrom der
in Reihe angeordneter Baugruppen und den Versorgungsstrom der zugeordneten
erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
Die Einrichtung 5 ist in der beschriebenen Ausführungsform
direkt hinter dem Versorgungsspannungseingang E der Vorrichtung 1 angeordnet,
sie kann jedoch beispielsweise auch am Versorgungsspannungsausgang
A der Vorrichtung angeordnet werden. Die Einrichtung mißt im Betrieb der
nur ausschnittsweise dargestellten Reihenschaltung von erfindungsgemäßen Vorrichtungen
mit den zugeordneten Busteilnehmern den fließenden Versorgungsstrom. Da
die zusätzliche
Einrichtung am Anfang der Reihenschaltung angeordnet ist, wird damit
eine elektrische Überlast
oder ein Kurzschluß nach
dem Aufschalten aller in Reihe angeordneten Vorrichtungen mit zugeordneten
Baugruppen zuverlässig
erfaßt.
Auf diese Weise wird ein erhöhter Strombedarf
der Reihenschaltung während
des Betriebs der Steuer- und Datenübertragungsanlage sicher ermittelt
und die notwendigen Maßnahmen
eingeleitet.
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Die
Stromerfassungseinrichtung 5 ist zum Ansteuern der Verbindungseinrichtung 3 ausgebildet. Tritt
beim Betrieb eine elektrische Überlast
oder ein Kurzschluß auf,
kann somit die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 die
Spannungsversorgung für alle
der in Reihe angeordneten Vorrichtungen mit zugeordneten Busteilnehmern
unterbrechen, indem der Versorgungsspannungseingang E vom Versorgungsspannungsausgang
A durch entsprechendes Ansprechen der Einrichtung 3 getrennt
wird. Die in 4 gezeigte Momentandarstellung
kennzeichnet diese Situation.
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Da
durch das Trennen des Versorgungsspannungseingangs E vom Versorgungsspannungsausgang
A alle anderen erfindungsgemäßen Vorrichtungen 1' und 1'' spannungslos sind, öffnen sich
darauffolgend deren Einrichtungen 3' und 3''.
Die Verbindungseinrichtung 3 ist als schneller Halbleiterschalter ausgebildet,
somit liegt weiterhin die Versorgungsspannung am Versorgungsspannungseingang
A der Einrichtung 1 an, da das Netzteil der Versorgungsspannung
weiter funktionstüchtig
ist.
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Wie
oben stehend beschrieben, läuft
deshalb nun das Aufschaltverfahren in der Vorrichtung 1 an.
Da kein Kurzschluß am
Versorgungsspannungsausgang A festgestellt werden kann, schaltet
die Einrichtung 3 die Versorgungsspannung auf den Versorgungsspannungsausgang
A. Diese Versorgungsspannung liegt danach am Versorgungsspannungseingang
E' der Vorrichtung 1' an, womit das
Einschaltverfahren in der Vorrichtung 1' startet. Die Einprägung des
Stromes durch die Einrichtung 4' in den Versorgungsspannungsausgang
A' resultiert in
der Erfassung des Kurzschlusses in der Vorrichtung 1'' , wodurch die Verbindungseinrichtung 3' geöffnet bleibt.
Der Einschaltvorgang ist damit beendet. Zusammengefaßt wird
damit ein im Betrieb auftretender Kurzschluß erkannt und die bezüglich der
Versorgungsspannung in Reihe geschalteten Busteilnehmer zuerst abgeschaltet
und daraufhin wieder automatisch bis zum Fehlerort nacheinander,
d.h. sukzessive angeschaltet.
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Diese
sukzessive Aufschaltung der einzelnen Busteilnehmer mittels der
erfindungsgemäßen Vorrichtungen vollzieht
sich natürlich
auch beim üblichen „Anfahren" der Steuer- und
Datenübertragungsanlage.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform der
Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung jeweils für die Logik
als auch für
die Aktorik/Sensorik der zugeordneten Baugruppe getrennte und elektrisch
unabhängige
Versorgungsspannungseingänge
und -ausgänge
auf. Demnach fällt
ein Busteilnehmer nicht vollkommen aus, wenn beispielsweise die
Spannungsversorgung für
die Aktorik/Sensorik ausgefallen ist, da die Logik des Busteilnehmers noch
funktionstüchtig
bleibt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Vorrichtung über eine Schnittstelle an den
Automatisierungsbus zusätzlich
von der Systemsteuerung anschalt- und steuerbar. Beispielsweise kann
mittels der Steuerung bei Bedarf die Verbindungseinrichtung angesteuert
werden um den Versorgungsspannungseingang mit dem zugeordneten Versorgungsspannungsausgang
zu verbinden oder zu trennen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung, welche nur
teilweise aufgeschaltet wurde, d.h. deren Verbindungseinrichtung
nicht zum Verbinden des Versorgungsspannungseingangs mit dem zugeordneten
Versorgungsspannungsausgang angesteuert wurde, gibt über den
Automatisierungsbus eine Fehlermeldung an die Steuerung ab. Diese
Fehlermeldung umfaßt
dabei ein Datum, mit welchem die betroffene Vorrichtung identifizierbar
ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
läßt sich prinzipiell
in allen Steuer- und Datenübertragungsanlagen,
also beispielsweise in Automatisierungsbussystemen und insbesondere
auch in Systemen mit einem seriellen Automatisierungsbus wie einem
Bus nach EN 50254 verwenden. Je nach Bedarf kann dabei jedem der
bezüglich
der Versorgungsspannung in Reihe angeordneten Baugruppen des Automatisierungsbussystems
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in der beschriebenen Art und Weise zugeordnet werden. Dies gilt
sowohl für
das gesamte System, aber inbesondere auch für Baugruppen eines einzelnen
Lokalbusabschnitts oder einem Busstich des Automatisierungsbussystems.
Es ist jedoch auch möglich,
daß nur
eine erfindungsgemäße Vorrichtung mehreren
hintereinander angeordneten Baugruppen des Automatisierungsbussystems
zugeordnet wird, so daß die
betroffenen und bezüglich
der Versorgungsspannung in Reihe angeordneten Baugruppen alle gemeinsam
von der einzelnen erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein- bzw. ausgeschaltet werden.
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In
einer nicht dargestellten Ausführungsform ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Erfassung eines Erdschlusses eingerichtet. Hierbei wird der
Differenzstrom zwischen Plus und Minus der Versorgungsleitung erfaßt und im
Ansprechen auf diesen Differenzstrom bei Überschreiten eines vorgegebenen
Wertes der Versorgungsspannungseingang vom Versorgungsspannungsausgang
getrennt, so daß der
Versorgungsstrom für
die dem Versorgungsspannungsausgang nachgeschalteten Komponenten
unterbrochen ist.