DE60010327T2 - Verfahren und vorrichtung zum senden und empfangen von stromversorgung und daten mittels zeitmultiplexübertragung - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung und Überwachung multiplexierter Nachrichtennetzwerke und, insbesondere, auf das Multiplexieren von Daten- und Leistungsübertragung über einen einzelnen Leiter eines gemeinsamen Bus.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Es sind bereits verschiedene Systeme zum Übertragen von einer großen Anzahl von Teilnehmern erzeugten Daten von einem Ort zum anderen bekannt, z. B. aus dem U.S. Patent 4 059 729 (Eddy et al.). Typischerweise wird zeitunterteilende Multiplexierung verwendet, um Daten in einem multiplexierten Datenstrom zu kombinieren und über ein Übertragungsnetzwerk zu übertragen, einschließlich Telefonleitungen, Radio-Sendegeräte und dgl. Ferner ist es beispielsweise bekannt, zwischen Peripheriegeräten und einer Zentrale Busleitungen zur Steuerung der Datenübertragung zum Steuern gepulster Dateninformation über verschiedene wünschenswerte leitfähige Wege zu übertragen, siehe z. B. das U.S. Patent 4 105 871 (Ely et al.). Solche Multiplexsysteme erfordern typischerweise getrennte Leitungen für die Übertragung von Leistung, synchronisierenden Taktimpulsen und Daten. Andere Verfahren zum Übertragen von Daten mit Leistung erfordern die Verwendung eines hochfrequenten Trägers, der eine komplexe Filterung und Schaltungsanordnungen zur Modulation und Demodulation der Daten erfordert. Ferner ist es bekannt, dass die Anzahl der Geräte, die typischerweise an ein Multiplexbus angeschlossen werden können, unerwünscht eingeschränkt ist.
  • Im U.S. Patent 4 535 401 (Penn) und 4 926 158 (Zeigler) wurden Geräte mit Zweidrahtsystemen beschrieben, die sowohl eine Leistungs- als auch eine Datenübertragung ermöglichen. Eine Kontroller adressiert jeweils einen Subkontroller und liefert verschiedene Spannungspegel zum Synchronisieren sowohl der Leistung als auch der Adressierung durch die Leiter. Die Daten werden vom Subkontroller als Analog- oder Digitalsignal übertragen. Die Leistung wird als Leistungsimpuuls übertragen, während die Daten während Zeitperioden zwischen den Leistungsimpulsen übertragen werden. Es werden verschiedene Spannungssignale zu geeigneten Zeiten zum Synchronisieren erzeugt, so dass die Datensignale in einen geeigneten oder vorgewählten Zeitschlitz gelegt werden können. Während aber die Daten zwischen Leistungsimpulsen als Impuls übertragen wurden, bleibt ein Bedarf für eine volle Duplex- oder Zweirichtungs-Kommunikation zwischen Geräten wie Kontrollern und Transceivern oder Kontrollern und Subkontrollern zum Aktivieren und Überwachen von Ein/Ausgabegeräten.
  • Es besteht daher ein Bedarf, ein Multiplex-Bussystem zum Senden und Empfangen von Daten mit einer möglichst geringen Anzahl von Komponenten zu schaffen, wodurch die Kosten eines solchen Multiplexsystems dramatisch vermindert werden. Ferner besteht ein Bedarf für ein System, das viele Hunderte von Transceivern zum Kommunizieren mit Ein- und Ausgabegeräten unterstützt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Multiplexierung von Daten und Leistung zu Transceivern zu ermöglichen, die auf einem gemeinsamen Bus kommunizieren. Es ist ferner eine Aufgabe der Erfindung, ein solches Multiplexsystem mit einem Minimum an Komponenten zu schaffen, um die Kosten verglichen mit Systemen zu vermindern, die typische Multiplexfunktionen bieten.
  • Diese und andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden erreicht durch ein Nachrichten- und Steuersystem mit einem einen Signalleiter aufweisenden Bus, einem elektrisch mit dem Bus verbundenen Transceiver zum Senden und Empfangen eines elektrischen Signals über den Signalleiter und einem mit dem Bus zusammenarbeitenden Prozessor zum Steuern der diesem zugeführten Leistung und Daten. Der Kontroller erzeugt das elektrische Signal zum Transceiver über die Signalleitung als gepulste Welle mit mehreren durch einen Zeitschlitz getrennten Spannungsimpulsen, wobei Leistung mit jedem Spannungsimpuls zugeführt wird und während des Zeitschlitzes ausbleibt. Ferner überträgt der Kontroller zum Transceiver durch eine Pulsbreitenmodulation des gepulsten Signals, wobei der Transceiver Daten zum Signaldraht des Bus während des Zeitschlitzes als logisches Bit zum Lesen durch den Kontroller überträgt. Im Ergebnis werden die Daten über den einen Signaldraht des Bus, über den die Leistung für den Transceiver zugeführt wird, zum Transceiver übertragen und von diesem empfangen.
  • Ein Verfahrensaspekt der Erfindung umfasst die Übertragung und Steuerung eines Systems durch einen einzelnen Leiter durch Zufuhr von Leistung zu einem einzelnen Leiter als Spannungswelle mit einer gepulsten Arbeitsspannung, die durch einen Zeitschlitz aufgeteilt ist, wobei dem Bus während des Zeitschlitzes keine Leistung zugeführt wird. Die Spannungswelle wird pulsbreitenmoduliert, so dass eine erste Pulsbreite eine logische Eins und eine zweite Pulsbreite eine logische Null darstellt; ein Transceiver wird mit dem einzelnen Leiter verbunden und empfängt die Spannungswelle von diesem zur Leistungsversorgung und zum Empfang von Daten von diesem. Die Daten vom Transceiver werden während des Zeitschlitzes als logisches Bit übertragen. Im Ergebnis überträgt die Pulsbreitenmodulation der Spannungswelle Daten zum Transceiver und die innerhalb des Zeitschlitzes durch den Transceiver übertragenen Daten in Form eines logischen Bit können vom Transceiver empfangen werden, und zwar über den einzelnen Leiter, über den dem Transceiver Leistung zugeführt wird.
  • In einer Ausführungsform wird die Breite des Leistungsuimpulses mit der Breite des Zeitschlitzes verglichen, wobei eine Leistungsimpulsbreite gleich der Zeitschlitzbreite einen ersten logischen Bitwert und eine Leistungsimpulsbreite ungleich der Zeitschlitzbreite einen zweiten logischen Bitwert darstellt. Ferner werden Daten gesendet und empfangen, indem ein Mehrfach-Bitschema übertragen wird, wobei ein einzelnes niedriges Bit ein Startbit bedeutet, durch Übertragen mehrerer Datenbits nachfolgend auf das Startbit und durch Übertragen eines Endbits, das ein Datenbit oder ein Adressbit darstellt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Eine erste und eine zweite Ausführungsform der Erfindung werden als Beispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 ein System-Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2A im Diagramm einen Spannungsverlauf mit der Darstellung eines Zeitschlitzes zwischen Spannungsimpulsen, wobei der Zeitschlitz ohne Reaktion von einem Transceiver dargestellt ist,
  • 2B einen den Zeitschlitz zwischen Spannungsimpulsen darstellenden Spannungsverlauf, wobei der Zeitschlitz ein Signal enthält, das eine logische Eins als Reaktion von einem Transceiver darstellt,
  • 2C einen Spannungsverlauf mit einem Zeitschlitz zwischen Spannungsimpulsen, wobei der Zeitschlitz ein Signal enthält, das eine logische Null als Reaktion von einem Transceiver darstellt,
  • 3 ein Teil-Schaltbild mit der Darstellung einer Ausführungsform eines Kontroller-Leistungsschalt- und Abschlusswiderstandskreis, der als Taktmodul im System der 1 arbeitet,
  • 4 ein Teil-Schaltbild mit der Darstellung einer Ausführungsform eines Kontroller-Empfänger- und Empfänger-Schaltungsteils, der als Taktmodul der Schaltung der 3 arbeitet,
  • 5 ein Teil-Schaltbild mit der Darstellung einer Ausführungsform eines mit dem System der 1 arbeitenden Transceivers,
  • 6 einen Bitstrom, der ein im Datenmodus der Ausführungsform der 1 übertragenes Byte zeigt,
  • 7 einen Bitstrom, der ein im Datenmodus der Ausführungsform der 1 empfangenes Byte zeigt,
  • 8 eine schematische Teilansicht eines typischen Überwachungs- und Steuersystems für Maschine und Generator eines Schiffes,
  • 9 eine schematische Teilansicht eines typischen, mit Halbleitertechnologie und Signalwandlern arbeitenden Überwachungs- und Steuersystems für Maschine und Generator in einem Schiff, und
  • 10 eine schematische Teilansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems mit der Darstellung einer Anwendung der vorliegenden Erfindung zum Überwachen von Maschine und Generator in einem Schiff.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung eingehender beschrieben, in der bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Die Erfindung kann jedoch auch in vielen unterschiedlichen Formen realisiert werden und ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr werden diese Ausführungsformen zur sorgfältigen und vollständigen Offenbarung angeführt und bringen dem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig zur Kenntnis. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Elemente.
  • Mit Bezug auf 1 wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Nachrichten- und Steuersystem 10 beschrieben, das einen Kontroller 12 enthält. Der Kontroller 12 stellt ein Multiplex-Businterface dar, das es ermöglicht. Leistung und Daten auf einem Zweidraht-Bus 14 zu senden und zu empfangen, wobei nur ein einzelner Signaldraht 15 verwendet wird; der zweite ist ein Rückleiter 13 oder dgl. Wie im Folgenden noch beispielhaft beschrieben, werden Ein-/Ausgabegeräte 16 mit Transceivern 18 betrieben, die an den Bus 14 angeschlossen sind, die miteinander kommunizieren, indem sie, gesteuert durch den Kontroller 12, ihre Daten zu einer vorbestimmten Zeit auf den Bus geben; der Kontroller 12 arbeitet bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Taktmodul, das allen mit dem Bus 14 verbundenen Transceivern Daten zuführt. Wie weiter in 1 dargestellt, wird dem Bus 14 durch eine Leistungsquelle 20 Leistung zugeführt, die an den Kontroller 12 angeschlossen ist, der die dem Bus 14 zugeführte Leistung steuert. Damit wird der Transceiver durch eine gepulste Leistungswelle 22 mit Leistung versorgt, wie in 2A gezeigt. Wie weiter im Folgenden beschrieben, werden den Transceivern 18 durch den Kontroller 12 durch eine Pulsbreitenmodulation 24 der gepulsten Welle 22 Daten zugeführt. Die durch ein Ein/Ausgabegerät 16 oder durch ein internes Programm an einem Transceiver 18 initiierten Daten werden während eines Zeitschlitzes 26 zwischen den Impulsen 28 der Welle 22 als logi sche Eins- und Null-Bits 30 bzw. 32 übertragen, wie anhand der 2B und 2C gezeigt. Die Datenintegrität wird geprüft durch das Initiieren der Eingangstransceiver; Fehler werden am Ende eines Zerteilungszyklus gemeldet. Ausgangstransceiver benutzen die Daten als geeignet für das überwachte oder kontrollierte Gerät und den überwachten oder kontrollierten Zustand.
  • Mit Bezug auf die 3 bis 5 wird eine Ausführungsform des Kontrollers 12 und des Transceivers 18 beschrieben, wobei dem Fachmann bekannt ist, dass mit der vorliegenden Erfindung alternative Ausführungsformen möglich sind. Der anhand 1 als Beispiel beschriebene Zweidraht-Bus 14 liefert Leistung von dem als Master wirkenden Kontroller 12 zu dem als Slave wirkenden Transceiver 18. Ein in den 3 und 4 als Mikroprozessor dargestellter Prozessor 34 des Kontrollers 12 schaltet einen MOSFET-Schalter Q12 ein, der seinerseits Q10 einschaltet, der wiederum Leistung zum Bus 14 zuführt. Somit enthält der Kontroller 12 einen Leistungsschalter mit einem ersten Halbleiterschalter zur Zufuhr von Leistung zum Bus, und einem zweiten Halbleiterschalter zur Steuerung der Zeitbreite des Spannungsimpulses 28, der die Leistungswelle 22 darstellt. Wie verständlich für den Fachmann, kann als Verarbeitungselement der hier als Beispiel beschriebene Mikroprozessor dienen, oder eine Gate-Reihe, eine diskrete Logik oder dgl., ohne von der Erfindung abzuweichen. Wie ferner in 3 gezeigt, hält der Mikroprozessor 34 Q11 ausgeschaltet, während dem Bus 14 Leistung zugeführt wird. Wie in 5 gezeigt, werden die Transceiver 18 durch Strom mit Leitung versorgt, der durch eine einen Speicherkondensator C1 aufladende Diode D1 fließt. Die Leistung wird auf den Mikroprozessor 36 des Transceivers 18 und die Stromübertragungsschaltung von Q1 und Q2 des Transceivers verteilt. Nach Zufuhr der Leistung beginnt der Kontroller 12, die anhand der 2A bis 2C erläuterten Zeitschlitze 26 zu erzeugen, in denen Daten beispielsweise als logische Bits 30, 32 vom Transceiver 18 zum Kontroller 12 übertragen werden. Während des Zeitschlitzes 26 wird dem Bus 14 keine Leistung zugeführt. Die Transceiver 18 werden, wie hier beispielhaft beschrieben, durch die im Kondensator C1 der 5 gespeicherte Ladung mit Leistung versorgt, wenn die Zeitschlitze 26 erzeugt werden.
  • Während des Betriebs wird der Zeitschlitz 26 durch folgende Ereignisse erzeugt (siehe 3 bis 5). Der Kontroller schaltet zum Abschluss des Bus 14 Q12 und Q10 ab und Q11 ein. Eine Verzögerungszeit erlaubt es den nicht abgeschlossenen Ende des Bus 14 zum Kontroller 12 zu reflektieren. Der Kontroller liefert ein Nulltastsignal 38 von Q20 (4), der die Spannungswelle 22 auf einen Bezugspunkt 40 setzt, wie in 2A bis 2C gezeigt. Hierdurch wird ein bekannter Wellenpegel für Q1 bereitgestellt, der nominell wesentlich kleiner ist als die zugeführte Spannung des die Spannung liefernden Impulses. Der Kontroller 12 entkoppelt im Wesentlichen die einlaufenden Daten-Leckströme, entkoppelt die Wechselspannung und stellt die Gleichspannung auf einen vorbestimmten Pegel. Wie in 5 gezeigt, liefert der Transceiver 18 mit Q1 und Q2 ein reguliertes Stromimpulssignal 42 zum Bus 14 und am Abschlusswiderstand 44 des Kontrollers 12 (3). Der Strom über den Abschlusswiderstand 44 erzeugt ein Spannungssignal, das von Q21 erfasst und dem Mikroprozessor 34 des Kontrollers 12 als Datenbit zugeführt wird, d. h. als logische Eins 30 oder logische Null 32, wie anhand der 2b und 2C beschrieben. Der als Beispiel vom Transceiver 18 bereitgestellte Stromimpuls 42 wird einer Pulsbreitenmodulation unterzogen, so dass ein 1/4 des Zeitschlitzes 26 gleich ist der logischen Eins 30 und ein Impuls gleich 1/2 des Zeitschlitzes oder bis zum Ende des Zeitschlitzes gleich ist einer logischen Null. Auf diese Weise kann der Kontroller 12 feststellen, wenn der Transceiver 18 nicht reagiert. Wie hier dargestellt, werden die Daten nach dem Festlegen des Pegels eingefügt. Der Fachmann wird verstehen, dass Mehrfachbits innerhalb eines vorgewählten Zeitschlitzes eingefügt werden können, wie vom Benutzer vorgeschrieben und von der durchzuführenden Funktion gefordert.
  • Das Ende des Zeitschlitzes wird nach einer vorgewählten Zeitschlitzperiode erzeugt. Der Kontroller 12 schaltet Q12 und Q10 ein, wodurch dann dem Bus 14 Leistung zugeführt wird. Q12 wird ausgeschaltet, so dass der Abschlusswiderstand 44 vom Bus 14 entfernt wird.
  • Als Beispiel für die Arbeitsweise der hier beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Daten-Arbeitsmodus identifiziert und benutzt zur Kommunikation mit einem gewählten Transceiver 18 zum Zugriff auf den Transceiver und zum Programmieren seiner Funktion. Jeder Transceiver 18 "schaut" nach Befehlsbytes und Erfassen das Byte als pulsbreitenmodulierte Bits, um einen Datenstrom zu starten. Beispielsweise können die Transceiver-Adressen während des Datenmodus reprogrammiert werden. Der Datenmodus bereitet den Transceiver vor, auf den Kontroller zu hören. Beispielsweise wird ein 10-Bit-Übertragungsschema während des Datenmodus benutzt, wobei ein einzelnes niedriges Bit ein Startbit anzeigt, wie in 6 gezeigt. Die acht dem Startbit folgenden Bits sind ein Byte bildende Datenbits und werden mit dem niedrigst signifikanten Bit (LSB) vorausgesendet. Das neunte Bit wird zur Unterscheidung von Datenbytes und Adressbytes verwendet. Z. B. werden Adressbytes durch ein niedriges neuntes Bit und Datenbytes durch ein hohes neuntes Bit angezeigt. Ein in 1 als Beispiel gezeigter Computer 46 kommuniziert mit dem Kontroller 12 und bewirkt die Initialisierung der Programmier- und Überwachungsfunktion. Der Kontroller 12 enthält einen Kommunikationsport 47, z. B. eine RS-232-Port als Schnittstelle mit dem Computer 46. Wie dem Fachmann bekannt, können eine Vielfalt von Kommunikationsverbindungen wie USB oder Ethernet-Verbindungen als Schnittstelle mit dem Computer 46 verwendet werden. Für das hier beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet der Kommunikationsport des Kontrollers allgemein bei 38400 Baud. Jegliches vom Computer 46 zum Kontroller 12 gesendete Byte wird zum Lesen durch den Transceiver 18 auf den Bus 14 übertragen. Jegliches vom Transceiver 18 empfangene Byte, wie in 7 gezeigt, wird vom Kontroller 12 zum Computer 46 übertragen.
  • Ein weiterer Arbeitsmodus umfasst einen Multiplexmodus oder Anreihungsmodus, wobei der Kontroller 12 einen Multiplexbefehl sendet, gefolgt von einem Strom von Leistungsimpulsen 28 und Zeitschlitzen 26, wie anhand der 2A bis 2C erläutert. Jedem Transceiver 18 wird eine bezeichnete Schlitzposition mit einer vorprogrammierten Anzahl von Zeitschlitzen gegeben. Der Kontroller 12 wiederholt die Daten, die er von einem Zeitschlitz auf dem als nächstem auftretenden Leistungsimpuls liest, so dass jeder Transceiver innerhalb des Systems 18 die übertragen werdenden Daten benutzen kann. Am Ende des Datenstroms oder am Ende eines Verteilungszyklus kehrt das System zu dem zuvor beschriebenen Datenmodus zurück und wartet auf den nächsten Multiplexbefehl.
  • Das System 10 bietet somit einen vollen Duplexbetrieb mit Übertragung in zwei Richtungen zwischen dem Kontroller und den Transceivern und damit den Ein-/Ausgabegeräten. Die Datenintegrität kann beispielsweise durch einen initiierenden Eingangstransceiver geprüft werden, wobei Fehler am Ende eines Verteilungszyklus berichtet werden. Ein Ausgangstransceiver kann dann die Daten als geeignet für das Gerät und den Zustand, die überwacht und gesteuert werden, benutzen. Zusammengefasst verteilt der Kontroller 12 Daten sowohl im Datenmodus als auch im Multiplexmodus. Der Kontroller 12 erzeugt einen pulsbreitenmodulierten Strom durch wiederholtes Anlegen eines Leistungsimpulses und darauf eines Zeitschlitzes, wie beschrieben. Der Transceiver 18 liest Bitinformationen vom Bus 14, indem er die Länge des Zeitschlitzes 26 mit der Länge des Leistungsimpulses 28 vergleicht. Der Kontroller 12 variiert die Länge der Ein-Zeit zur Erzeugung unterschiedlicher Bitwerte. Wenn beispielsweise zwei Impulse die gleiche Länge haben, wird ein hoher Bitwert gelesen. Ist der Leistungsimpuls 1,5- bis 2,3 länger als der Zeitschlitz, so wird, als weiteres Beispiel, ein niedriger Bitwert gelesen. Ist beispielsweise die Breite des Leistungsimpulses gleich der Breite des Zeitschlitzes, wird ein erster logischer Bitwert beispielsweise als Eins gewertet; ist die Leistungsimpulsbreite ungleich der Zeitschlitzbreite, so wird ein zweiter logischer Bitwert als Null gewertet. Der Transceiver 18 überträgt zum Kontroller 12 durch Bereitstellung eines Stromimpulses auf den Bus 14 während der Intervalle des Zeitschlitzes 26, der transparent ist für die anderen Transceiver im System, jedoch von der Schaltung des Kontrollers 12 gelesen werden kann. Wie aus der in 5 gezeigten Transceiverschaltung ersichtlich, bilden die Zenerdiode Z1 und die Widerstände R1 und R2 die Schaltungselemente für diese Funktionen. Die Zenerdiode wird so gewählt, dass sie nicht leitet, wenn der Transceiver 18 auf den Bus 14 zugreift, jedoch während der Leistungsimpulse 28 leitet. Die Widerstände R1 und R2 passen den Leistungsimpuls an den für den Mikroprozessor 36 geeigneten Eingangspegel an.
  • Als Beispiel sei die Verwendung der vorliegenden Erfindung auf einem Kriegsschiff 48 zum Steuern und Überwachen der elektrischen Ausrüstung an Bord anhand der 8 bis 10 betrachtet. Das oben beschriebene System 10 kann verwendet werden zur Steuerung der Generatoren, Sicherheit, Multimedia, Sonaranlage, Beleuchtung und Überwachung eines GPS und der Maschineninformation. Wie beispielhaft in 8 gezeigt, hat sich die Schiffssteuerung typischerweise von einer einfachen mechanischen Maschinensteuerung auf Leitungen und Schaltern 49 weiter entwickelt, wobei jedes Gerät eine getrennte Gruppe von Steuerungen und Schaltungen aufweist. Je mehr Systeme im Schiff installiert werden, um so dicker werden die Leitungsbündel. Zusätzlich zu den hohen Kosten zusätzlicher oder veränderter Systeme können wegen des begrenzten Zugangs manche Kontrollsysteme nicht hinzugefügt werden. Mit dem Fortschritt der Elektronik wurden Steuerung und Überwachung immer komplizierter, wie anhand 9 gezeigt, jedoch bedeuten Schwierigkeiten mit Bandbreite und Protokollen eine langsame Kommunikation und eine begrenzte Anzahl von Geräten auf einem Überwachungs- und Steuersystem. Mangelnde Kompatibilität zwischen der Vielzahl der auf dem Schiff verwendeten Geräte erfordert die Verwendung von Konvertern 50. Ferner muss ein programmierbarer Logikkontroller (PLC) 51 im System zentral angeordnet werden, da getrennte Leitungen von jeder Kontrollfunktion zum PLC verlegt werden müssen. Wie bekannt, sind solche Systeme und Systeminstallationen kostspielig und vermindern nur teilweise den Leitungsbedarf verglichen mit Systemen, die anhand 8 beschrieben wurden. Im Vergleich mit der vorliegenden Erfindung kann ein System 10 einer Maschine zum Überwachen der interessierenden Funktionen an der Maschine zugeordnet werden, z. B. Temperatur, Druck, Drehzahl und dgl. Einige hundert Geräte können mit einem System verbunden werden, um interessierende Geräte und Einrichtungen zu steuern und zu überwachen, beispielsweise die Maschine 52 und Generatoren 54, wie nur z. B. in 10 gezeigt, ohne Bedarf für zusätzliche Konverter, Sensoren oder Relais, wie typisch im Stand der Technik. Ferner arbeitet das System auch, wenn der Computer 46 ausfällt.
  • Obwohl zahlreiche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung in der vorstehenden Beschreibung zusammen mit Einzelheiten des Aufbaus und der Funktion der Erfindung beschrieben wurden, ist die Beschreibung nur beispielhaft. Im Detail sind Änderungen möglich, insbesondere hinsichtlich Form, Größe und Anordnung der Teile, innerhalb der Prinzipien der Erfindung in vollem Maße innerhalb der breiten allgemeinen Bedeutung der Begriffe, in denen die nachfolgenden Ansprüche abgefasst sind.

Claims (14)

  1. Nachrichten- und Steuersystem (10) mit einem einen Signalleiter (15) aufweisenden Bus (14), einem elektrisch mit dem Bus (14) verbundenen Transceiver (18) zum Senden und Empfangen eines elektrischen Signals (22) über den Signalleiter (15), einem mit dem Bus (14) zusammenarbeitenden Kontroller (12), der die ihm zugeführte Leistung und die ihm zugeführten Daten steuert, wobei der Kontroller (12) die dem Transceiver (18) über den Signalleiter (15) zugeführte Leistung als gepulste Welle mit mehreren durch einen Zeitschlitz (26) getrennten Leistungsimpulsen (28) steuert, wobei die Leistung mit jedem Spannungs- oder Leistungsimpuls (22) zugeführt wird und während des Zeitschlitzes (26) ausbleibt, um währenddessen Datenimpulse (30) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontroller (12) Steuer-Datensignale zum Signalleiter (15) und damit zum Transceiver (18) durch eine Pulsbreitenmodulation der gepulsten Welle (22) bereitstellt, wobei eine erste Pulsbreite des Leistungsimpulses einen ersten Datenwert und eine zweite Impulsbreite des Leistungsimpulses einen zweiten Datenwert darstellt, und wobei der Transceiver (18) Daten zum Signalleiter (15) des Bus (14) innerhalb des Zeitschlitzes (26) als logisches Bit (30) und damit zum Kontroller (12) für eine volle Duplex-Operation mit bidirektionaler Kommunikation zwischen Kontroller (12) und Transceiver (18) liefert, wobei über den einen Signalleiter (15) des Bus (14) Datensignale übertragen werden, durch den die Leistung zugeführt wird.
  2. System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitschlitz (26) eine vorgewählte feste Zeitperiode zwischen jedem Leistungsimpuls (28) bildet.
  3. System (10) nach Anspruch 1, ferner mit einem Computer (46) zum Programmieren des Kontrollers (12) und/oder des Transceivers (18), und zum Überwachen der von diesen gesendeten und empfangenen Daten.
  4. System (10) nach Anspruch 1, wobei der Transceiver (18) mehrere Transceiver (T1, T2, T3, T4) umfasst.
  5. System (10) nach Anspruch 1, wobei der Transceiver (18) umfasst: einen mit einem Ein-/Ausgabegerät (18) zusammenarbeitenden Prozessor (36) zur Bereitstellung eines elektrischen Signals, das einen zum Ein-/Ausgabegerät (16) gesendeten und vom Ein-/Ausgabegerät (16) empfangenen Zustand anzeigt, eine auf das elektrische Signal ansprechende Stromübertragungsschaltung, die eine Stromquelle für das logische Bit (30) darstellt, und einen Speicherkondensator (C1) zum Verteilen von Leistung zum Prozessor (36) und zur Stromübertragungsschaltung.
  6. System (10) nach Anspruch 1, wobei der Kontroller (12) einen Leistungsschalter umfasst, der einen ersten Halbleiterschalter, der zur Leistungszufuhr zum Bus dient, und einen zweiten Halbleiterschalter enthält, der die Zeitbreite des Leistungsimpulses (22), der die Spannungs-Welle (28) bildet.
  7. System nach Anspruch 1, wobei das innerhalb des Zeitschlitzes (26) gebildete logische Bit (30) eine Pulsbreiten-Signalspannung aufweist, die eine erste, eine logische Eins darstellende Breite und/oder eine zweite, eine logische Null darstellende Breite aufweist.
  8. System nach Anspruch 1, wobei der Leiter (15) einen Draht aufweist.
  9. Nachrichten- und Steuerverfahren, bei dem Leistung (22) und Daten über einen Signalleiter (15) gesendet und empfangen werden, wobei das Verfahren verwendet: einen elektrisch mit dem Signalleiter (15) verbundenen Transceiver (18), und einen mit dem Signalleiter (15) zusammenarbeitenden Kontroller (12), der die ihm zugeführte Leistung und die ihm zugeführten Daten steuert, wobei der Kontroller (12) die dem Transceiver (18) über den Signalleiter (15) zugeführte Leistung als gepulste Welle mit mehreren durch einen Zeitschlitz (26) getrennten Leistungsimpulsen (28) steuert, wobei die Leistung mit jedem Leistungsimpuls zugeführt wird und Datenimpulse (30) während des Zeitschlitzes übertragen werden, während der Leistungsimpuls (22) ausbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass die gepulste Wellenform (22) einer Pulsbreitenmodulation unterzogen wird, um Steuer-Datensignale zum Signalleiter (15) und damit zum Transceiver (18) bereitzustellen, wobei eine erste Pulsbreite des Leistungsimpulses einen ersten Datenwert und eine zweite Impulsbreite des Leistungsimpulses einen zweiten Datenwert darstellt, und dass Daten zum Signalleiter (15) innerhalb des Zeitschlitzes (26) als logisches Bit (30) zugeführt werden, für eine volle Duplex-Operation mit bidirektionaler Kommunikation zwischen Kontroller (12) und Transceiver (18), wobei über den einen Signalleiter (15) Datensignale übertragen werden, durch den die Leistung zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, weiter gekennzeichnet durch Bilden einer vorgewählten festen Zeitperiode für den Zeitschlitz (26) zwischen jedem Leistungsimpuls (28).
  11. Verfahren nach Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch Programmieren eines Computers (46) zum Betrieb mit dem Kontroller (12) und/oder dem Transceiver (18), und zum Überwachen der von diesen gesendeten und empfangenen Daten.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Ein- und/oder das Ausgeben eines elektrischen Signals von einem Ein-/Ausgabegerät (16), das mit dem Transceiver (18) zusammenarbeitet.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Senden der Daten während des Zeitschlitzes (26) das Bilden eines logischen Bit (30) als Pulsbreiten-Signalspannung umfasst, die eine erste, eine logische Eins darstellende Breite und/oder eine zweite, eine logische Null darstellende Breite aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das Vergleichen der Breite des Leistungsimpulses mit der Breite des Zeitschlitzes, wobei eine Leistungsimpulsbreite gleich der Zeitschlitzbreite einen ersten logischen Bitwert und eine Leistungsimpulsbreite ungleich der Zeitschlitzbreite einen zweiten logischen Bitwert darstellt.
DE60010327T 1999-12-08 2000-12-07 Verfahren und vorrichtung zum senden und empfangen von stromversorgung und daten mittels zeitmultiplexübertragung Expired - Lifetime DE60010327T2 (de)

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