DE3615954A1 - Zweidraht fernwirksystem mit einer zentralen steuerstelle und mehreren unterstationen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fernwirksystem für Datenverarbeitungsgeräte insbesondere Personalcomputer, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Computer benötigen für ihren vielseitigen Einsatz die Fähigkeit Meßwerte von externen Geräten aufzunehmen und Steuerbefehle an externe Geräte abgeben zu können.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse, ZweidrahtbusSysteme zu verwenden, die über Bit-Telegramme Informationen bidirektional über den Bus schicken, dazu eine A/D-Wandlung in den Sensorstationen vornehmen. Ebenso sind Bussysteme bekannt, die zur Meßwerterfassung eine Spannungsfrequenzwandlung vornehmen und die Frequenz erst in der Zentrale in ein digitales Bitmuster verwandeln

Dabei sind diese Bussysteme entweder nur zum Steuern oder Messen geeignet oder sie erfordern durch A/D-Wandlung und aufwendiges Busmanagement und deren Steuerung eine aufwendige Schaltungstechnik. Außerdem sind sie nicht in der Lage über nur zwei Drähte zu steuern, zu messen, und die Stromversorgung zu gewährleisten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bussystem zu erstellen, daß Messung, Steuerung, Regelung, sowie die Stromversorgung der Unterstationen mit nur zwei ungeschirmten Drähten störsicher übernehmen kann.

Blockstruktur der Sensorstation. 1. Funktionsbeschreibung des Busses.

Der Zweidrahtbus hat die Aufgabe, die Adressierung, die Messwertübermittlung und gleichzeitig die Stromversorgung zu gewährleisten.

Dies erfordert zwei Zustände des Busses.

• a) Bus low:
  Adressierungssignal für die Sensorstation wird auf den stromlosen Bus geprägt.
• b) Bus high:
  Während dieser Zeit übernimmt der Bus die Stromversorgung der Sensorstationen. Das Sensorsignal kann während dieser Zeit dem Bus als Stromsignal beliebig lange aufgeprägt werden.

Funktionsbeschreibung der Sensorstation.

Fig. 1 zeigt die Blockstruktur der Sensorstation. Anhand dieses Blockdiagramms kann die Funktionsstruktur der Sensorstation am besten erläutert werden.

Logik 1 hat die Aufgabe den Eingangsoptokoppler auszuschalten, falls die Sensorstation nicht selbst angewählt wurde.

Der Optokoppler trennt den Bus galvanisch von der Restschaltung und übergibt das PPM-Signal an den Adressdecoder Ad..

Gleichzeitig stellt die Buszustandslogik Bl. fest ob gerade ein Adressierungssignal geliefert wird oder der Bus in high-Zustand übergeht.

Die Auswerteschaltung As liefert ein high-Signal, sobald die angewählte Adresse mit der Sensoradresse übereinstimmt und so lange keine andere Adresse gesendet wird.

Die Bl. liefert ein zeitverzögertes high-Signal, wenn der Bus hochgeschaltet wird, an die Steuerlogik 2. Hat die Auswerteschaltung As. die richtige Adresse erkannt, so schaltet die Logik 2 mit zusätzlichem Bl. high das Rechteckmeßsignal des V/F-Converters auf den Optokoppler OP 2, der den Bustreiber aktiviert.

Der Bustreiber wiederum verhindert ein Abschalten der Logik 1.

Wird die Sample- und Holdadresse aktiviert, so sorgt die Bl. beim Hochsetzen des Busses für ein zeitverzögertes Signal, das den S den neuen Spannungswert speichern läßt.

Ändert sich die Temperatur während der Zeit, in der die S anliegt, um mehr als ein Grad Celsius bei einer der Stationen, so gibt die S/H-Schaltung der Steuerlogik 2 den Befehl, das V/F-Signal auf den Bus zuzuschalten.

Die Spannungsversorgung muß während der Adressierungszeit die Spannung in der Schaltung aufrecht erhalten, da in dieser Zeit der Bus stromlos ist.

Während der Bus-high-Phase muß sie eine genügend stabile Spannung für das Gesamtsystem gewährleisten.

Zeitverhalten der Sensorstation.

Unter diesem Punkt wird speziell das Verhalten und die Aufgabe der drei Zeitglieder betrachtet, da die exakte Aufeinanderfolge der verschiedenen Blockfunktionen über den richtigen Ablauf des Messvorgangs entscheidet.

Die Stromversorgung ist in zwei Komponenten geteilt:

• a) Die direkte Stromversorgung über den Bus ist nicht gepuffert, so daß sie mit dem low-Setzen des Busses zusammenbricht. Mit ihr werden der Sensor, dessen Verstärkerschaltung und die V/F-Umsetzung versorgt.
• b) Die über eine Kondensatorbatterie gepufferte Stromversorgung. Sie ist in der Lage, die notwendigsten Systemteile, wie Adressierungsdecoder und S, während der Bus-low-Periode mit Strom zu versorgen.

Zeitglied 1.

Diese Zweiteilung bedeutet jedoch, daß das Teilsystem Sensor, Spannungsumsetzer, V/F-Converter erst mit der steigenden Flanke des Busses zu arbeiten beginnt.

Da jedoch Adressierung und Auswertung busunabhängig sind, muß Zeitglied 1 dafür sorgen, daß LK 2 das V/F-Signal erst dann weiter gibt, wenn im Sensorteil die Versorgungsspannung stabil ist.

Zeitglied 2.

Zeitglied 2 muß dafür sorgen, daß der S erst dann den zu speichernden Spannungspegel übernimmt, wenn im Umsetzteil stabile Zustände herrschen und gleichzeitig die Ladephase lang genug ist um diesen Pegel unverfälscht zuerfassen.

Zeitglied 3.

Zeitglied 3 muß den Befehl "Eingangsopto abschalten" so lange sperren, bis der Bustreiber das Signal "Adressierung erfolgt" an Eingangslogik LK 1 abgeben kann.

Kommt dieser Befehl zu spät wird der Eingangsoptokoppler gesperrt, obwohl die Sensorstation angewählt wurde. Dann meldet die Bl. "Bus low" und verhindert eine Uebertragung des Meßwertes.

Langzeitkonstanz der Zeitglieder.

Zeitglieder bergen, durch die darin enthaltenen R/C- Glieder, immer die Gefahr einer nicht unerheblichen Langzeitdrift.

Daher muß dafür gesorgt werden, daß die Drift eines Zeitgliedes nicht die Funktion des gesamten Systems gefährdet.

Dies ist nur möglich in dem man die Zeitkonstanten der einzelnen Zeitglieder weit genug auseinander legt, so daß Drifterscheinungen nicht zu einem Funktionsausfall führen können.

Schaltzähler

Dieser Zähler kann angewählt werden, wenn ein externer Schalter ein/aus-geschaltet werden soll. Dazu ist es nötig, zweimal umzuadressieren für "Schalter auf" und dreimal für "Schalter zu".

Blockstruktur der Zentrale. Funktionsbeschreibung der Zentrale.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der Zentrale.

Die Zentrale muß über den Bus alle Sensorstationen mit Strom versorgen, die Adressierung der Sensorstationen übernehmen und das dem Versorgungsstrom überlagerte Frequenzsignal ausfiltern und verarbeiten.

Dabei wird der folgende Weg beschritten:

Der prozessorkompatible Adressierungsport liefert das 5 bit breite Adressierungswort.

Die Adressmatrix verarbeitet dieses Signal in eine vom Adressdecoder verwertbare Adresse.

Die serielle PPM-Adresse wird mit einem low-Signal vom Befehlsport auf den Bus übertragen. Wird das Adressierungssignal vom Befehlsport wieder high, wird der Bus automatisch mit voller Spannung beaufschlagt.

Der Filter hat die Aufgabe, das Stromsignal in ein verstärktes Spannungssignal umzuwandeln und Störimpulse und Einstreuungen zu unterdrücken.

Vom Filter läuft das Frequenzsignal über die Signalregenerierung zum Zähler. Die Signalregenerierung verbessert die Flankensteilheit des Signals und unterdrückt Einzelimpulse.

Dem Zähler dient ein 8 MHz Takt als Zeitbasis.

Die Zählfenstersteuerung ermöglicht nach Freigabe vom Befehlsport, die Messung von einer Periode der zu zählenden Frequenz.

Am Ende der Zählperiode setzt sie ein bit des Zustandsmeldeports.

Sollte der Zähler während dieser Zeit den maximalen Zählerinhalt überschritten haben, setzt die Zähfenstersteuerung ein weiteres bit im Zustandsmeldeport, welches den fehlerhaften Zählzyklus anzeigt.

Claims (6)

1. Zweidraht Fernwirksystem mit einer zentralen Steuerstelle und mehreren Unterstationen, für die Übertragung von Meßwerten zur Zentrale, Steuerbefehlen und der Energieversorgung zu den Unterstationen, insbesondere für Datenverarbeitungsgeräte (Personalcomputer) dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstationen in Meßunterstationen mit zusätzlichem Ein/Aus-Schalter für externe Geräte und in Steuerunterstationen mit Steuerschalter und Laufrichtungsschalter unterteilt sind, deren Adressierung als PPM-Code auf den stromlosen Zweileiterbus erfolgt, die Unterstationen während der Adressierungszeit ihre Stromversorgung selbst aufrecht erhalten und die Meßwertmeldung auf den, nach der Adressierung, von der Zentrale gespeisten Stromfluß der Versorgungsspannung als frequenzanaloges Signal aufgeprägt wird.

2. Unterstationen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen PPM-Decoder als Einzel-IC besitzen, einen Spannungsfrequenzwandler, einen Analogspeicher mit einer Zusatzlogik und eine Erkennungslogik für den Buszustand.

3. Einen Analogspeicher mit Zusatzlogik nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Analogspeicher einen vorhergehenden Meßwert speichert und seine Zusatzlogik diesen bei einer vorgegebenen Meßwertabweichung auf den stromführenden Bus gibt, ohne angewählt zu sein.

4. Meßwertunterstationen nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach erfolgter Adressierung das Zuschalten der Gleichstromversorgung erkennen und dem Strom einen frequenzproportionalen Meßwert aufprägen, zusätzlich einen Schaltzähler enthalten, der die Anzahl der Adressierungsblöcke zählt und danach einen Schalter öffnet oder schließt.

5. Steuerunterstationen nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß sie die steigende Flanke der Stromversorgung erkennen, um einen Steuerschalter zu bedienen, die der Stromversorgung einen frequenzanalogen Steuer-Ist-Wert aufprägen und den Steuerschalter mit der fallenden Flanke der Stromversorgung zurückschalten, ebenso einen Schaltzähler aus Anspruch 4 enthalten, der insbesondere als Laufrichtungsschalter genützt wird.

6. Zentrale nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerbefehle "PPM-Adressierung ein/aus", "Zähler ein/aus", "Versorgungsspannung ein/aus", die Anzeige "Zähler start/stop", sowie die Ausgänge des Zählers mit dem frequenzproportionalen Meßwert sämtlich asynchron durch TTL-Ports von einem Datenerfassungssystem mit I/O- Baustein ein und ausgelesen werden können.