DE3939188A1

DE3939188A1 - Bus coupler for power-circuit control data transmission - includes transformer for galvanic isolation of AC control signals from DC power supply on three wires

Info

Publication number: DE3939188A1
Application number: DE19893939188
Authority: DE
Inventors: Hans Ing Grad Ott
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-11-27
Publication date: 1990-06-13

Abstract

Transmitting and receiving stations (2) are coupled to a three-wire bus (3) conveying communication traffic on two wires (12) at the same DC voltage, while power is supplied to the stations (2) by one or other of these wires (12) and the third wire (13). Communication is sepd. galvanically from power transmission by a transformer (4) which has a communication branch (8) connected to a coupling circuit (10) by a transceiver (9) of transmission and reception signals, while a bus branch (11) is connected to the equipotential wires (12), and a centre tap supplies a power branch (15). USE/ADVANTAGE - For power supply e.g. for motors for curtains, lamps or heaters. Communication is switched in and out without DC premagnetisation. Undistorted transmission is achievable with low transmitter power, and practically unaffected by current peaks.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bus-Ankoppler zur Ankopp lung von Sende- und Empfangsstationen an einen Dreileiter-Bus. Bus-Systeme sind in den verschiedenartigsten Ausführungen und mit den verschiedenartigsten Übertragungsphilosophien bekannt. Es können digitale Daten übertragen werden zum Messen oder Steuern oder es können Analogsignale übertragen werden. Bus- Systeme eignen sich auch zur Sprachübertragung.The invention relates to a bus coupler for coupling Sending and receiving stations on a three-wire bus. Bus systems come in a wide variety of designs and known with the most diverse transmission philosophies. Digital data can be transmitted for measuring or Control or analog signals can be transmitted. Bus- Systems are also suitable for voice transmission.

Mit einem Bus in Verbindung stehende Stationen werden über Bus- Ankoppler angeschlossen. Es ist bekannt, außer datenverarbei tenden Stationen auch andere Stationen wie Sensoren, Installa tionsgeräte und motorisch angetriebene Geräte wie Jalousien zu betreiben. Das System kann zentral oder dezentral ausge führt sein, wobei außer der Information, den Nachrichten, auch die Energie für die Bordnetze zuzuführen ist. Außerdem sind Energieverbrauchern wie Motoren, Leuchten oder Heizgeräten auch die Verbraucherenergie zuzuführen.Stations connected to a bus are Coupler connected. It is known, except for data processing other stations such as sensors, installa tion devices and motor-driven devices such as blinds to operate. The system can be centralized or decentralized leads, and besides information, news, too the energy for the electrical system is to be supplied. Also are Energy consumers such as motors, lights or heaters also supply consumer energy.

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit eines Bus-Systems ist das Zusammenspiel zwischen Bus und Bus-Ankopplern sowie die Anzahl der erforderlichen Übertragungswege.Crucial for the economy of a bus system is the interaction between bus and bus coupler as well the number of transmission paths required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wirtschaft lichen Bus-Ankoppler im Hinblick auf ein wirtschaftliches Bus-System zu entwickeln.The invention has for its object an economy bus coupler with a view to an economical Develop bus system.

Die Lösung der geschilderten Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Bus-Ankoppler nach Patentanspruch 1. Danach dient der Bus-Ankoppler zur Ankopplung von Sende- und Empfangsstationen an einem Dreileiter-Bus, der Gleichstrom zur Versorgung der Bordnetze von Stationen mittels zwei Leitern auf gleichem Gleichstrompotential einerseits und dem dritten Leiter an dererseits zuführt und bei dem für den Nachrichtenverkehr vollsymmetrische Wechselspannung überlagert wird. Der Bus- Ankoppler koppelt die Nachricht galvanisch vom Energiepfad getrennt an den zwei Leitern aus bzw. ein. Über den Bus können digitale und bzw. analoge Daten zum Messen und Steuern sowie Sprache übertragen werden. Das System läßt sich besonders einfach ausführen, ermöglicht Baumstrukturen und benötigt für Nachrichtenübertragung und für die Übertragung von Energie für die Bordnetze lediglich drei Leiter.The solution to the problem described is according to the invention in a bus coupler according to claim 1 Bus coupler for coupling transmitting and receiving stations on a three-wire bus, the direct current to supply the On-board network of stations using two conductors on the same DC potential on the one hand and the third conductor on the other hand feeds and at which for the communication fully symmetrical AC voltage is superimposed. The bus- Coupler galvanically couples the message from the energy path separately on or off on the two conductors. Can on the bus digital and / or analog data for measuring and controlling as well Speech are transmitted. The system can be special simply execute, enables tree structures and required for transmission of messages and for the transmission of energy only three conductors for the on-board network.

Bei einem Bus-Ankoppler zur Ankopplung von Sende- und Empfangs stationen an einen Zweileiter-Bus mit älterem Zeitrang (E 8 81 17 678.8) ist man in der Wahl der Spannungshöhe für die Energieversorgung der Bordnetze frei von der Spannungshöhe für die Nachrichtenübertragung. Dieser Vorteil wird auch nach der Erfindung erzielt. Für eine Reihe von Anwendungen ist es gün stig, die Spannung der Bordnetze niedriger zu wählen als die Spannung der anzusteuernden Energieverbraucher. Durch die gal vanische Trennung vermeidet man sonst häufig störende Brumm schleifen im Signalpfad. Die Betriebsspannung für die Bordnetze läßt sich dabei als unterbrechungsfreie Gleichstromübertragung ausführen.With a bus coupler for coupling transmit and receive stations on a two-wire bus with an older seniority (E 8 81 17 678.8) one is in the choice of the voltage level for the Power supply of the on-board networks free from the voltage level for the message transmission. This benefit will continue even after Invention achieved. It is good for a number of applications always choose the voltage of the on-board electrical system lower than that Voltage of the energy consumers to be controlled. Through the gal Vanic separation is usually avoided by annoying hum loop in the signal path. The operating voltage for the on-board network can be used as an uninterruptible direct current transmission To run.

Der besondere Vorteil eines Bus-Ankopplers in Verbindung mit dem Dreileiter-Bus nach der Erfindung liegt darin, daß die Weiche zum Aus- und Einkoppeln der Nachricht ohne Gleich stromvormagnetisierung auskommt. Bei einer Weiche, die mit einem Übertrager arbeitet, kann der Arbeitspunkt in die Mitte der Transformator- bzw. Magnetisierungskurve gelegt werden. Man erhält dadurch eine gute verzerrungsfreie Nachrichten übermittlung, für die eine vergleichsweise kleine Senderlei stung genügt. Ein entsprechender Vorteil tritt beim Spannungs versorger hinsichtlich von Sperrdrosseln auf. Wesentlich ist auch, daß sich Sprünge im Versorgungsstrom praktisch nicht auf die Nachricht auswirken können.The particular advantage of a bus coupler in connection with the three-wire bus according to the invention is that the Switch to couple the message in and out without equal current pre-magnetization needs. With a switch that with a transformer works, the operating point can be in the middle the transformer or magnetization curve. This gives you good distortion-free news transmission, for which a comparatively small broadcasting station is enough. A corresponding advantage occurs with tension supplier with regard to blocking chokes. Is essential also that there are practically no jumps in the supply current can affect the message.

Vorteilhafterweise kann das galvanisch getrennte Aus- bzw. Einkoppeln der Nachricht durch einen Übertrager nach Patent anspruch 2 erfolgen. Dessen einer Zweig ist als Nachrichten zweig mit einer Ankoppelschaltung verbunden und dessen ande rer Zweig als Bus-Zweig mit den zwei Bus-Leitern auf gleichem Gleichstrompotential verbunden, wobei zwischen einer Mittel anzapfung dieses Zweiges des Übertragers und dem dritten Lei ter der Ankoppelschaltung Energie zugeführt wird. Die Übertra gerspule im Nachrichtenpfad ist in ihrem Potential frei wähl bar und kann den Erfordernissen hinsichtlich der Impedanz der Ankopplungsschaltung und bzw. oder der Bus-Impedanz angepaßt werden. Hierbei ist bedeutsam, daß bei dieser Anordnung nur geringe Anpassungsverluste entstehen. Wesentlich höhere Ver luste treten bei den üblichen galvanischen Ankopplungen nach dem allgemeinen Stand der Technik auf.The galvanically isolated removal or Coupling the message through a patented transmitter claim 2 take place. Whose branch is as news branch connected to a coupling circuit and the other rer branch as a bus branch with the two bus conductors on the same DC potential connected, being between a means tapping this branch of the transmitter and the third lei ter the coupling circuit energy is supplied. The transfer gerspule in the message path is freely selectable in its potential bar and can meet the impedance requirements Coupling circuit and or or adapted to the bus impedance will. It is important that only with this arrangement low adjustment losses arise. Much higher ver Lusts occur with the usual galvanic connections the general state of the art.

Ein weiterer Vorteil, die Empfänger galvanisch vom Bus zu trennen, was beispielsweise kapazitiv, induktiv oder optisch erfolgen kann, liegt darin, daß die Nachricht durch die Ener gietransformation von Störgrundgrößen auf dem Bus, wie bei spielsweise der Betriebsspannung und deren Schwankungen, frei wird.Another advantage is that the receivers are galvanically isolated from the bus separate what is, for example, capacitive, inductive or optical can be done is that the message by the Ener transformation of basic disturbance variables on the bus, as with for example the operating voltage and its fluctuations, free becomes.

Wegen der symmetrischen Übertragung heben sich nach außen gesehen die Signale gegenseitig auf, da zu jeder momentan positiven Signalamplitude eine gleich große negative be steht - und umgekehrt. Dies bedeutet, daß von den Bus-Lei tungen nur sehr geringe Störabstrahlungen erfolgen können. Die symmetrische Übertragung bewirkt außerdem in Verbindung mit dem Übertrager eine sehr hohe Störfestigkeit bezüglich einer Fremdsignaleinstreuung auf die Bus-Leitungen, weil über den Übertrager nur Differenzsignale gelangen können, nicht aber Gleichtaktsignale, wie sie im wesentlichen von äußeren Störquellen verursacht werden. Ohne dieses Übertragerprinzip müßten bei Gleichtaktstörungen die am Bus angeschlossenen Bauteile leistungsstärker und unwirtschaftlicher bemessen werden.Because of the symmetrical transmission stand out seen the signals on each other, as to everyone at the moment positive signal amplitude be an equal negative stands - and vice versa. This means that from the bus lei very little interference radiation. The symmetrical transmission also works in conjunction with the transformer a very high immunity to interference an external signal interference on the bus lines because over the transmitter can only get differential signals, not but common mode signals, as they are essentially from outside Sources of interference are caused. Without this transmitter principle would have to be connected to the bus in the case of common mode interference Components are designed to be more powerful and uneconomical will.

Die Erfindung soll nun anhand von in der Zeichnung grob sche matisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden:The invention is now based on in the drawing roughly cal illustrated exemplary embodiments will:

In Fig. 1 ist ein Bus-Ankoppler im Zusammenspiel mit einem Bus und einem Installationsgerät veranschaulicht.In Fig. 1, a bus coupler is illustrated in conjunction with a bus and a service device.

In Fig. 2 ist in einem Diagramm der Signalverlauf auf dem Bus wiedergegeben.In Fig. 2 a diagram showing the waveform is played back on the bus.

In Fig. 3 ist eine Installationsanlage mit Bus-System schema tisch dargestellt.In Fig. 3, an installation system with a bus system is shown schematically.

Der Bus-Ankoppler 1 nach Fig. 1 dient zur Ankopplung von Sende- und Empfangsstationen 2 an einen Dreileiter-Bus 3. Dieser führt sowohl Gleichstrom zur Versorgung der Bordnetze der Stationen 2 als auch Signale für den Nachrichtenverkehr. Die Signale für den Nachrichtenverkehr werden in den zwei Bus-Leitern 12 ge führt, die auf gleichem Gleichstrompotential liegen. Energie für die Bordnetze und eventuell auch für die Sende- und Empfangsstationen 2 wird von den Bus-Leitern 12 auf gleichem Gleichstrompotential einerseits und vom dritten Leiter 13 andererseits dem Dreileiter-Bus 3 abgenommen. Die Nachricht wird galvanisch vom Energiepfad getrennt aus- bzw. eingekop pelt. Im Ausführungsbeispiel wird hierzu ein Übertrager 4 verwendet. Die Spannungsversorgung für den Dreileiter-Bus erfolgt durch einen Spannungsversorger 5, der im wesentlichen aus einem Wechselstrom-Gleichstromwandler 6 und aus Sperr drosseln 7 zur Begrenzung des Nachrichtenpfades besteht. The bus coupler 1 of FIG. 1 is used for coupling of transmitting and receiving stations 2 to a three-conductor bus 3. This carries both direct current to supply the on-board networks of stations 2 and signals for message traffic. The signals for the message traffic are ge leads in the two bus conductors 12 , which are at the same DC potential. Energy for the on-board networks and possibly also for the transmitting and receiving stations 2 is taken from the bus conductors 12 on the same DC potential on the one hand and from the third conductor 13 on the other hand from the three-wire bus 3 . The message is galvanically isolated from the energy path. In the exemplary embodiment, a transformer 4 is used for this. The voltage supply for the three-wire bus is carried out by a voltage supplier 5 , which consists essentially of an AC-DC converter 6 and blocking reactors 7 to limit the message path.

Der Übertrager 4 weist einen Nachrichtenzweig 8 auf, der mit einem Transceiver 9 einer Ankopplungsschaltung 10 verbunden ist. Der Transceiver sorgt für die Aufbereitung der Sende- bzw. Empfangssignale. Die Ankopplungsschaltung übernimmt darüber hinaus die Aufbereitung und die Verarbeitung der zu übermittelnden Nachrichten. Der andere Zweig des Über tragers ist als Bus-Zweig 11 mit den zwei Bus-Leitern 12 auf gleichem Gleichstrompotential verbunden. Eine Mittelan zapfung am Bus-Zweig 11 des Übertragers 4 bildet zusammen mit einer Verbindung mit dem dritten Leiter 13 einen Ener giezweig 15. Hierbei entfällt ein Kondensator im Nachrichten pfad, der den Energiepfad unterbricht, wie es bei einem Zwei leiter-Bus erforderlich wäre. Die Energieversorgung wird für die Ankopplungsschaltung 10 und gegebenenfalls auch für die Energieversorgung angeschlossener Stationen und Geräte bereit gestellt.The transmitter 4 has a message branch 8 , which is connected to a transceiver 9 of a coupling circuit 10 . The transceiver processes the send and receive signals. The coupling circuit also takes over the preparation and processing of the messages to be transmitted. The other branch of the transmitter is connected as a bus branch 11 to the two bus conductors 12 at the same DC potential. A Mittelan tap on the bus branch 11 of the transformer 4 forms together with a connection to the third conductor 13 an energy branch 15th There is no capacitor in the message path, which interrupts the energy path, as would be required with a two-wire bus. The energy supply is provided for the coupling circuit 10 and possibly also for the energy supply of connected stations and devices.

Der Spannungsverlauf auf den Bus-Leitern 12 ist in Fig. 2 beispielhaft dargestellt. Der Spannungsverlauf auf dem unteren der Leiter 12 sei auf der unteren Zeitachse und der Spannungs verlauf auf dem oberen Leiter 12 auf der oberen Zeitachse dargestellt. Der untere Leiter und der obere Leiter befinden sich auf gleichem Gleichstrompotential, wobei eine vollsym metrische Wechselspannung 16 überlagert ist. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Zeit und auf der Ordinate die Wechsel spannung aufgetragen. Zum Zeitpunkt 17 ist auf dem unteren Leiter eine negative Wechselspannung überlagert und auf dem oberen Leiter eine positive Wechselspannung.The voltage curve on the bus conductors 12 is shown as an example in FIG. 2. The voltage curve on the lower of the conductor 12 is shown on the lower time axis and the voltage curve on the upper conductor 12 on the upper time axis. The lower conductor and the upper conductor are at the same direct current potential, with a fully symmetrical alternating voltage 16 being superimposed. The time is plotted on the abscissa of the diagram and the alternating voltage is plotted on the ordinate. At time 17 , a negative AC voltage is superimposed on the lower conductor and a positive AC voltage on the upper conductor.

Im Anwendungsbeispiel nach Fig. 3 gehen von einem Haupt-Bus 19 Abzweige 20 zu Installationsverteilungsanlagen 21 ab. Von die sen führen jeweils ein Bus 3 als weitere Verzweigungen, als Linien-Bus, zu Sende- und Empfangsstationen. Im Ausführungs beispiel sind das Installationsgeräte, wie Leuchten 22, Taster 23, Infrarotsender und -empfänger 24, Lichtsensoren 25, Wind sensoren 26 und Jalousien 27 bzw. deren Motorantriebe. In der Verteilung 21 können beispielsweise Fehlerstromschutzschalter 28 und Leitungsschutzschalter 29, Bus-Ankoppler 30 anderer Art, Controler 31, Spannungsversorger 32, Verbinder 33 und Linienmodule 34 auf Tragschienen 35 und 36 angeordnet sein. Hierbei übernehmen die Tragschienen 36 zugleich Bus-Funktionen. Der Spannungsversorger 5 nach Fig. 1 kann als Spannungsversor gung 32 oder als Linienmodul 34 verstanden werden, wobei die Linienmodule 34 in an sich bekannter Weise weitere Funktionen übernehmen.In the application example according to FIG. 3, branches 20 branch off from a main bus 19 to installation distribution systems 21 . From these sen a bus 3 each lead as further branches, as a line bus, to transmitting and receiving stations. In the execution example, the installation devices, such as lights 22 , push buttons 23 , infrared transmitters and receivers 24 , light sensors 25 , wind sensors 26 and blinds 27 or their motor drives. Residual current circuit breaker 28 and circuit breaker 29 , bus coupler 30 of a different type, controller 31 , voltage supplier 32 , connector 33 and line modules 34 can be arranged on mounting rails 35 and 36 in distribution 21 , for example. Here, the mounting rails 36 also take on bus functions. The voltage supplier 5 of FIG. 1 can supply as Spannungsversor 32 or to be understood as a line module 34, wherein the line modules 34 can take on additional functions in a conventional manner.

Claims

1. Bus coupler ( 1 ) for coupling transmitting and receiving stations ( 2 ) to a three-wire bus ( 3 ), the direct current for supplying the on-board networks of stations by means of two conductors ( 12 ) on the same DC potential on the one hand and the third Head ( 13 ) on the other hand, which for message traffic, for example with digital data transmission for measurement and control and / or with analog signals for measurement and control and for voice transmission, is laid out in that the message as a fully symmetrical AC voltage with respect to the two Conductors ( 12 ) are superimposed on the same direct current potential, the message being galvanically isolated from the energy path on the two conductors in the bus coupler.

2. Bus coupler according to claim 1, characterized in that the galvanically isolated coupling or decoupling of the message is carried out by a transmitter ( 4 ), one branch of which is connected as a message branch ( 8 ) to a coupling circuit ( 10 ) and the latter another branch as a bus branch ( 11 ) is connected to the two bus conductors ( 12 ) at the same direct current potential, energy being drawn between a center tap of this branch of the transformer ( 4 ) and the third conductor ( 13 ) of the coupling circuit ( 10 ) .