DE4413569A1 - Anlage mit elektrischen Einheiten und Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage mit Befehls-, Melde- und/oder Schalteinheiten oder dergleichen, die durch eine Busleitung verbunden sind, die neben der Übertragung von Daten und Signalen auch der Span­ nungsversorgung dient. Die Erfindung betrifft weiter eine solche Anlage.

Mit solchen Einheiten können Meldungen abgegeben werden (z. B. Lampen, Anzeigen, akustische Signale), Befehle erteilt werden (z. B. durch Betätigung von Schaltern der Einheiten), oder auch externe Geräte gesteuert oder überwacht werden.

Eine Anlage der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Betreiben derselben hat den Vorteil, daß für die Spannungsver­ sorgung der einzelnen Einheiten keine zusätzlichen Drähte oder Kabel notwendig sind. Eine solche Anlage wurde auch in der älteren nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 43 12 623.5 der Anmelderin erwähnt.

Normalerweise ist das Betreiben einer solchen Anlage sowie die Anlage selbst sehr kompliziert. Es muß selbstverständlich die Versorgungsspannung, die am Bus anliegt, von den Signalen getrennt werden, die über die Busleitung gesendet werden. Dies geschieht normalerweise durch Drosseln oder Kondensatoren, die aber den Nachteil haben, ziemlich viel Raum einzunehmen, was insbesondere für Drosseln gilt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, bei der die genannten Nachteile voluminöser Bauteile bei der Trennung von Versor­ gungsspannung und Signalen vermieden werden.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß während be­ stimmter Zeitfenster die Spannungsversorgung von der Buslei­ tung getrennt wird, über die Busleitung versorgte Leistungs­ verbraucher wie Lampen, Schalteinheiten und dergleichen abgeschaltet werden, die Busleitung mit einer Konstantstrom­ quelle verbunden wird, die im wesentlichen den Stromverbrauch der Eingänge der Einheiten deckt, und ausschießlich während dieser Zeitfenster Signale und Daten durch Überbrücken der Busleitung abgegeben und übermittelt werden.

Die einzelnen Einheiten sind also über die Busleitung mit der Spannungsversorgung verbunden. Diese Spannungsversorgung wird von Zeit zu Zeit während bestimmter Zeitfenster unterbrochen, um Signale übertragen zu können. Zu diesem Zweck wird die Spannungsversorgung von der Busleitung getrennt. Außerdem werden Leistungsverbraucher wie Lampen, Schalteinheiten und dergleichen abgeschaltet, so daß die einzelnen Einheiten nur noch sehr wenig Strom aufnehmen (den Lesestrom), wenn in der Busleitung eine Spannung anliegt. Diese Spannung wird nun durch die Konstantstromquelle, die an den Bus angeschaltet wird, aufgrund des Spannungsabfalls an den Leseeingängen der Einheiten gebildet. Die Konstantstromquelle deckt dabei im Wesentlichen den Stromverbrauch der Eingänge der Einheiten, so daß an diesen Einheiten im Wesentlichen die Spannung anliegt, die auch vorher anlag, als die Spannungsversorgung noch mit der Busleitung verbunden war. Zum Beispiel könnte eine Span­ nungsversorgung mit 24 V verwendet werden, wobei ein Stromver­ brauch von 1 A auftritt. Sind die Lampen und sonstigen Lei­ stungsverbraucher abgeschaltet, reicht ein Strom von viel­ leicht 50 mA der Konstantstromquelle aus, um wieder einen Spannungsabfall von 24 V zu erzeugen, solange keine Überbrüc­ kung des Bus (Signal) stattfindet. Selbst wenn weniger Strom fließt, steigt bei den üblicherweise realisierten Konstant­ stromquellen diese Spannung nicht mehr wesentlich an.

Die Signale, die eine Einheit oder die Zentralstation senden will, werden dadurch erzeugt, daß die Busleitung überbrückt wird, wodurch deren Spannungspegel von H (Hoch) auf L (Tief) fällt. Dieser Spannungsabfall wird dann nicht nur von der sendenden Einheit detektiert, die ihr Signal überprüfen kann, sondern auch von allen anderen Einheiten. In bekannter Weise kann dabei das Signal mit einer Adresse versehen werden, damit es nur von der Einheit verarbeitet wird, für die es bestimmt ist.

Auf diese Weise werden wie erwähnt Kopplungs- bzw. Entkopplun­ gselemente wie Drosseln oder Kondensatoren zwischen Busleitung und den Einheiten nicht notwendig.

Werden in den Zeitfenstern Signale gesendet, so sinkt wie erwähnt die Spannung der Busleitung vom H-Pegel auf den L-Pegel ab. Diese Spannung reicht dann nicht mehr aus, um die Elektronik der Einheiten mit Strom zu versorgen. Damit auch während dieser Signale die elektronischen Schaltkreise der Einheit mit Spannung versorgt sind, sieht man zweckmäßigerwei­ se vor, daß die Versorgungsspannungen der Einheiten mittels Pufferkondensatoren und Schaltern (am einfachsten Dioden) aufrechterhalten werden. Die Kondensatoren können dabei während der Zeiten aufgeladen werden, bei denen die Spannungs­ versorgung an der Busleitung liegt. Sie können sich nicht über den Bus entladen, wenn die Spannung der Busleitung abnimmt, da dies durch die Schalter verhindert wird.

Andererseits kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen werden, daß die Überbrückung der Busleitung während der Zeitfenster mit einer zusätzlichen Spannungsbegrenzenden Komponente, z. B. einer Zeuerdiode bewirkt wird, die die Spannung in der Busleitung bis auf höchstens die erforderliche Versorgungsspannung der Elektroniken absinken läßt. Die Spannung des L-Pegels entspricht ungefähr der Durchbruchsspan­ nung der Zeuerdiode. Nimmt man bei dieser vorteilhaften Ausführungsform eine Zeuerdiode mit genügend hoher Durch­ bruchsspannung, so erhält man einen größeren L-Pegel von vielleicht 15 V, was als Versorgungsspannung für die Elektro­ niken der Einheiten ausreicht.

Probleme, die auftreten, wenn mehrere Einheiten gleichzeitig senden, können in an sich bekannter Weise vermieden werden.

Zweckmäßigerweise wird das Zeitfenster jeweils dadurch er­ zeugt, daß die Zentralstation, die die Spannungsversorgung abschaltet und die Konstantstromquelle einschaltet, anschlie­ ßend durch Überbrückung der Busleitung einen Startpuls für den Beginn des Zeitfensters erzeugt, während dem die Spannung der Busleitung auf den L-Pegel absinkt.

Zweckmäßigerweise sind die Zeitfenster periodisch.

Bei einer Anlage hat es sich erfindungsgemäß als vorteilhaft erwiesen, wenn die die Spannungsversorgung aufweisende Zen­ tralstation am Ausgang einen Strombegrenzer aufweist, so daß Schäden vermieden werden können, wenn die Busleitung oder der Ausgang der Spannungsversorgung kurzgeschlossen wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Anlage zeichnet sich dadurch aus, daß mit Ausnahme der Zentralstation jede Einheit am Eingang eine Schaltung zum Isolieren der Einheit vom Bus im Falle eines Fehlers derselben, insbesondere beim Senden von Signalen außerhalb der Zeitfenster aufweist. Auf diese Weise können fehlerhafte Einheiten abgeschaltet werden, wobei der Rest der Anlage weiter verwendet werden kann. Selbstverständlich wird man in diesem Falle zweckmäßigerweise irgendwelche Warnlampen oder dergleichen vorsehen, damit erkannt werden kann, daß eine Einheit oder einige Einheiten nicht mehr arbeiten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß sie mehrere Buszweige aufweist. Dies hat einmal den Vorteil, daß die maximale Strombelastung für die Busleitung sinkt, so daß ein Kabel mit geringerem Querschnitt verwendet werden kann. Das ist flexibler und läßt sich damit problemloser verlegen als ein Kabel mit grobem Durchmesser. Eine ganz wesentliche Verbesserung ergibt sich bei der Zuver­ lässigkeit. Wird die Busschnittstelle einer Einheit in der Form defekt, daß die Sendestufe dauernd L-Pegel annimmt, dann wird der entsprechende Buszweig vollkommen stillgelegt. Wenn nun mehrere Buszweige existieren, dann wird nur ein Teil des gesamten Bussystems außer Betrieb gehen.

Um eine geringe Störabstrahlung zu erzielen, wird die Anlage vorteilhafterweise mit einer relativ niedrigen Datenübertra­ gungsgeschwindigkeit, insbesondere einer Datenübertragungsge­ schwindigkeit von höchstens ungefähr 10 600 Bd (Baud) betrie­ ben. Zur weiteren Reduzierung der Störabstrahlung kann der Oberschwingungsanteil der Schaltflanken bei der Datenübertra­ gung gefiltert oder speziell geformt (Sinus angenähert) werden. Hierdurch kann man gleichzeitig die Empfindlichkeit gegenüber eingekoppelten Störimpulsen senken. Hat der L-Pegel einen ausreichend hohen Wert, wie dies bei der Ausführungsform der Fall ist, bei der man auf Pufferkondensatoren und Dioden zum Aufrechterhalten der Versorgungsspannung während der Zeitfenster verzichten kann, so wird der Spannungshub bei der Datenübertragung verringert, was ebenfalls das Störverhalten verbessert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun­ gen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teil einer Anlage der Erfindung; und

Fig. 2 ein Spannungsdiagramm verschiedener Teile.

In Fig. 1 ist eine Busleitung 1 gezeigt, an die eine Zentral­ einheit 2 und eine Melde- und Befehlseinheit 3 angeschlossen sind. Die Zentralstation 2 ist direkt an den Bus 1 angeschlos­ sen und weist eine durch einen Schalter 4 zu überbrückende Konstantstromquelle 5 auf, der durch die Steuerelektronik 6 betätigt wird. Weiter weist die Zentralstation 2 eine Span­ nungsversorgung 7 und einen Schalter 8 auf. Die Widerstände 9 und 10 bilden eine Pegelanpassung zwischen dem Bus 1 und dem Leseeingang der Datenverarbeitung 6. Zusammen mit dem Konden­ sator 11 bilden diese Widerstände einen Tiefpaß, der kurze Störimpulse von der Busleitung 1 ausfiltert.

Die Melde- und Befehlseinheit 3 weist am Eingang einen Brüc­ kengleichrichter 12 auf, aufgrund dessen es keine Rolle spielt, welche Polarität die Busleitung 1 hat bzw. mit welcher Polarität die Einheit 3 an die Busleitung 1 angeschlossen wird. Mit Hilfe einer Diode 13 und eines Pufferkondensators 14 wird die Versorgungsspannung für die Steuerelektronik und Datenverarbeitung 6′ auch während Zeiträumen aufrechterhalten, während sich die Busleitung 1 auf L-Pegel befindet. Auch die Einheit 3 weist einen Schalter 8 auf, mit dem die Busleitung überbrückt werden kann, um sie während der Zeitfenster auf L-Pegel zu bringen. Ähnlich wie die Zentralstation 2 weist auch die Einheit 3 zwei Widerstände 9 und 10 sowie einen Kondensator 11 auf, die als Pegelanpassung und Tiefpaßfilter für den Eingang der Datenverarbeitung 6′ wirken. Zwischen Brückengleichrichter 12 und Spannungsteiler 9, 10 ist noch eine spannungsbegrenzende Komponente 21 angeordnet. Mit der Daten­ verarbeitungsschaltung 6′ sind schließlich eine Anzeigelampe 15 sowie ein Schalter 16 verbunden, mit dem Befehle übermit­ telt werden können.

Die Betriebsweise ist die folgende. Normalerweise ist die Busleitung 1 mit der Spannungsversorgung 7 der Zentralstation 2 verbunden. Die Datenverarbeitungsschaltungen 6′, Lampen 15 und andere Stromverbraucher der Einheiten 3 werden durch diese Spannungsversorgung mit Spannung versorgt. Wenn ein Zeitfenster initiiert werden soll, schaltet die Zentraleinheit 2 die Spannungsversorgung 7 vom Bus 1 ab und schaltet die Konstantstromquelle 5 ein. Anschließend wird dann durch den Schalter 8 die Busleitung überbrückt, um so den Startpuls für ein Zeitfenster zu setzen. Hieran erkennen auch die an den Bus angeschlossenen Einheiten, daß das Zeitfenster für die Daten­ übertragung beginnt (d. h., der Startpuls synchronisiert das Senden der Einheiten). Zusätzlich veranlaßt dies die Einheiten 3 unter anderem, ihre Stromverbraucher, z. B. die Lampe 15 abzuschalten. Anschließend können dann die Zentralstation und/oder sämtliche Einheiten, die eine Zustandsänderung übermitteln wollen ein Signal durch Überbrücken der Busleitung mit dem Schalter 8 abgeben. Wenn keine Zustandsänderungen von einer Einheit oder der Zentralstation übertragen werden, senden die Einheiten nacheinander (pro Zeitfenster eine Einheit) ihre aktuellen statischen Zustände, so daß die Zen­ tralstation eventuelle Fehler entdecken kann. Tritt bei einer Einheit 3 ein Fehler auf, insbesondere, wenn die Einheit 3 auch außerhalb der Zeitfenster L-Pegel senden will, so wird diese Einheit 3 mit Hilfe der am Eingang angeordneten Siche­ rung 17 abgeschaltet. Dieses Abschalten wird dann beim routi­ nemäßigen Senden der statischen Zustände aller Einheiten durch die Zentralstation 2 festgestellt, so daß die Zentralstation 2 anzeigen kann, daß die entsprechende Einheit defekt ist. Die Zentralstation kann in diesem Falle wegen der ausbleibenden Meldung des statischen Zustands die Adresse der abgetrennten Einheit feststellen und anzeigen. Durch die Sicherungen 17 kann bei den meisten Fehlern in den Einheiten 3 verhindert werden, daß der gesamte Busbetrieb stillgelegt wird. Es werden vielmehr nur die defekten Einheiten 3 stillgelegt.

In Fig. 2 sind drei Signale gezeigt, und zwar oben das interne Signal der Zentralstation 2, in der Mitte das interne Signal einer Einheit 3 und unten das Gesamtsignal auf der Bus­ leitung 1.

Die Zeitfenster sind normalerweise periodisch und werden dadurch initiiert, daß die Zentralstation 2 ein Signal 18 abgibt, währenddessen der Pegel der Busleitung der L-Pegel ist. Während bei der Darstellung der Fig. 2 die Zentralstation 2 im ersten Zeitfenster 19 selbst ein Signal sendet, tut dies bei der mittleren Wellenform im darauffolgenden Zeitfenster 20 eine Einheit 3. Das resultierende Signal ist unten gezeigt.

Diese Signale enthalten in an sich bekannter Weise soweit erforderlich die Adresse der sendenden Einheit/Station, der Empfängereinheit/Station und die zu übertragende Information.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage mit Befehls-, Melde- und/oder Schalteinheiten oder dergleichen, die durch eine Busleitung verbunden sind, die neben der Übertragung von Daten und Signalen auch der Spannungsversorgung dient, dadurch gekennzeichnet, daß während bestimmter Zeitfenster (19, 20) die Spannungsversorgung (7) von der Busleitung (1) getrennt wird, über die Busleitung (1) versorgte Lei­ stungsverbraucher wie Lampen (15), Schalteinheiten und dergleichen abgeschaltet werden, die Busleitung (1) mit einer Konstantstromquelle (5) verbunden wird, die im wesentlichen den Stromverbrauch der Eingänge der Einheiten (3) deckt, und ausschließlich während dieser Zeitfenster (19, 20) Signale und Daten durch Überbrücken der Busleitung (1) abgegeben und übermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zeitfenster (19, 20) die Versorgungsspannungen der Einheiten (3) mittels Pufferkondensatoren (14) und Schaltern, insbesondere Dioden (13) aufrechterhalten werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückung während der Zeitfenster (19, 20) mit einer zusätzlichen spannungsbegrenzenden Komponente (21) bewirkt wird, die die Spannung in der Busleitung (1) bis auf höchstens die Versorgungsspannung der Elektroniken absin­ ken läßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß durch eine Zentralstation (2) die Spannungs­ versorgung (7) abgeschaltet, die Konstantstromquelle (5) eingeschaltet und durch Überbrückung der Busleitung (1) ein Startpuls (18) für den Beginn des Zeitfensters (19, 20) erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zeitfenster (19, 20) periodisch sind.

6. Anlage mit Befehls-, Melde- und/oder Schalteinheiten oder dergleichen, die durch eine Busleitung verbunden sind, die neben der Übertragung von Daten und Signalen auch der Spannungsversorgung dient, dadurch gekennzeichnet, daß während bestimmter Zeitfenster (19, 20) die Spannungsver­ sorgung (7) von der Busleitung (1) getrennt wird, über die Busleitung (1) versorgte Leistungsverbraucher wie Lampen (15), Schalteinheiten und dergleichen abgeschaltet werden, die Busleitung (1) mit einer Konstantstromquelle (5) verbunden wird, die im wesentlichen den Stromverbrauch der Eingänge der Einheiten (3) deckt, und ausschließlich während dieser Zeitfenster (19, 20) Signale und Daten durch Überbrücken der Busleitung (1) abgegeben und übermittelt werden.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spannungsversorgung (7) aufweisende Zentralstation (2) am Ausgang einen Strombegrenzer aufweist.

8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit (3) am Eingang eine Schaltung (17) zum Isolieren der Einheit (3) vom Bus (1) im Falle eines Fehlers desselben, insbesondere beim Senden von Signalen außerhalb der Zeitfenster (19, 20) aufweist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mehrere Buszweige (1) aufweist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie mit einer Datenübertragungsgeschwind­ igkeit von höchstens 10 000 Bd (Baud) arbeitet.