DE69711904T2

DE69711904T2 - Verteiltes serielles steuersystem

Info

Publication number: DE69711904T2
Application number: DE69711904T
Authority: DE
Inventors: Yehuda Binder
Original assignee: SercoNet Ltd
Current assignee: Mosaid Technologies Inc
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: EP0932959A1; JP4633784B2; JP4355028B2; JP5607122B2; JP2010283887A; JP2009159642A; JP2013042515A; JP2008148340A; JP2001502864A; EP0932959B1; JP5143876B2; DE69711904D1; JP4359860B2

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft das Feld der leitungsgebundenen Kommunikations- und Steuersysteme, insbesondere solche Systeme, die die gleichzeitige Verteilung von Strom und Nachrichteninformation entlang der gleichen Leitungen in einem Netzwerk vorsehen, das eine Vielzahl von Sensoren, Betätigern und Verarbeitungselementen aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Es sind verteilte Steuersysteme bekannt, die eine Anzahl von intelligenten "Zellen" umfassen, denen Strom und Daten zugeführt werden, und die mit externen Nutzlastelementen wie zum Beispiel einem oder mehreren Sensoren und Betätiger verbunden sein können, und in denen die Betätiger auf ein Steuersignal reagierend arbeiten, das durch einen Prozessor erzeugt wird, der selbst auf die Datensignale und auch Sensorsignale reagiert, die durch die Sensoren erzeugt werden.
Solch ein Netzwerk ist beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 4,918,690 (Makkula, Jr. et al.) übertragen an Echelon Corporation gezeigt, in deren Name verschiedene andere U.S. Patente bestehen, die diese Technik betreffen. Jeder der programmierbaren Zellen wird während der Herstellung eine eindeutige 48 Bit- Identifikationsnummer (a) zugewiesen, die permanent innerhalb der Zelle verbleibt. Die Zellen können mit verschiedenen Medien wie Stromleitungen, verdrillte Leitungspaare, Funkfrequenzen, etc. verbunden werden, um ein Netzwerk zu bilden.
Gruppen von Zellen innerhalb eines Netzwerks sind gebildet, um besondere Funktionen auszuführen und sind über ihre jeweiligen IDs adressiert. Einige Zellen (Ansager) sind mit der Aufgabe des Abfragens, beispielsweise des Zustandes eines Schalters, und andere (Hörer) sind mit der Aufgabe des Steuerns, wie zum Beispiel ein Licht zu steuern, betraut. Zellen können vielfache Aufgaben ausführen und können Glieder verschiedener Gruppen innerhalb eines Netzwerks sein. Beispielsweise kann eine Zelle als ein Verstärker für eine Gruppe und als Hörer für eine andere Gruppe dienen.
Fig. 1 zeigt, wie in U.S. Patent Nr. 5,454,008 (Baumann et al.) beschrieben, das ebenfalls an die Echelon Corporation übertragen ist, eine typische Netzwerkkonfiguration 1. Die Zellen sind durch eine Vielzahl von Knoten 2 bezeichnet, die durch verdrillte Doppelleitungen 3 miteinander verbunden sind. Die Leitungen bilden zahlreiche Zweige, wobei jeder einen einzelnen, damit verbundenen Knoten aufweist, und wobei diese alle Strom über die verdrillten Doppelleitungen von einer zentralen Energieversorgung 4 empfangen. Die Energieversorgung 4 ist durch einen Quellenverbinder 5 mit dem Netzwerk 1 verbunden. Daher bildet jeder Knoten in solch einer Anordnung einen tatsächlichen Leitungsanschluss, sodass durch einfaches Verbinden zusätzlicher Zweige, wo es nötig ist und Abschließen jedes Zweiges mit einem neuen Knoten, mehr Knoten in dem Netzwerk untergebracht werden können.
Solch eine Netzwerkkonfiguration erlaubt einen relativ leichten Ausbau, um zusätzliche Knoten unterzubringen, während der Verkabelungsaufwand im Vergleich zu bekannten Stern- Topologien verringert wird. Jedoch benötigt die in Fig. 1 gezeigte Bus-Topologie ein kompliziertes Adressieren, um es jeder Zelle oder jedem Knoten zu erlauben, individuell adressiert zu werden. Darüber hinaus bindet ein übertragender Knoten das gesamte Netzwerk, und hindert daher zwei oder mehr Knoten daran gleichzeitig Daten zu übertragen.
Überdies setzen die in dem vorstehend erwähnten U.S. Patent Nr. 4,918,690 gezeigten Knoten oder Zellen, wie auch in anderen Systemen des Standes der Technik eine zentralisierte Verwaltung ein, mit dem jeder Knoten in Übereinstimmung mit einer, zu den Knoten selbst externen Logik arbeiten.
Die Entwicklung von Steuerungsnetzwerken der beschriebenen Art leitet sich von der Überlagerung von Daten auf einem Stromsignal her, so wie es in dem U.S. Patent Nr. 5,148,144 (Sutterlin et al.) beschrieben ist, das ebenfalls an die Echelon Corporation übertragen ist. Solche Topologien werden durch die Topologie von Haushalts- und Industrie- Leitungs-, Verteilungssystemen vorgeschrieben, die zum größten Teil radiale oder Stern-Topologien einsetzen, wobei jede Stromanschlussstelle in radialer Weise mit einem zentralen Verteiler verbunden ist. Daher wird, wenn in solch einem System jede Zelle dazu angepasst ist, sich mit einer jeweiligen Stromanschlussstelle zu verbinden, es zwangsläufig ein nicht-verteiltes Netzwerk mit einer Stern-Topologie formen.
Es wird klar, dass die Konfigurationen des Standes der Technik unter verschiedenen Nachteilen leiden. Allgemein wird die Kommunikation zwischen einem Ausgang der einen Zelle, und einem entsprechenden Eingang einer Vielzahl von damit verbundenen Zellen durchgeführt. Dies führt zu einem begrenzten Datentransfer in dem System. Darüber hinaus ist es im Fall von Kommunikationsproblemen wie Störungen, die mit einem Teil des Netzwerks verbunden sind, schwieriger die Quelle des Problems wegen der parallelen Verbindung von mehreren Zellen zu lokalisieren, und die Störung verursacht einen Leistungsrückgang des gesamten Netzwerks.
Außerdem sind solche Konfigurationen in dem Strom begrenzt, da der verfügbare Strom an den Verbindungsstellen zwischen benachbarten Zweigen aufgeteilt wird: jeder Zweig empfängt daher nur einen Teil des von der Stromversorgung bereitgestellten Stroms.
Schließlich muss, wie vorstehend erwähnt, das Adressieren durch eine eindeutige ID durchgeführt werden, die während der Herstellung oder manuell während des Einbaus eingebrannt wird. Dies macht das Netzwerk inflexibel, da das Steuergerät programmiert werden muss, um im Voraus die Position jeder Zelle im Netzwerk zu kennen. Deshalb muss, wenn Zellen ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt werden, das Steuergerät entsprechend umprogrammiert werden: es bestehen keine Vorkehrungen in solchen Topologien Adressen während des Verarbeitens "im Flug" in Echtzeit zuzuordnen.
U.S. Patent Nr. 5,535,336 (Smith et al.) beschreibt ebenfalls im wesentlichen ein Computernetzwerk, das eine Bus-Topologie für die Kommunikation von Strom und Daten entlang getrennter Leitungen in dem Netzwerk einsetzt. Um das mit der Bus-Topologie verbundene Adressierungsproblem unterzubringen, was von der Tatsache herrührt, dass die Knoten in dem Netzwerk nicht elektrisch voneinander unterschieden werden können, wird ein zusätzliches, in "Reihe hintereinander und miteinander" verbundenes Netzwerk bereitgestellt, das "nur einmalige" Übertragung eines Steuersignals an alle Zellen in dem Netzwerk beim Einschalten während der Initialisierung berücksichtigt. Dies gestattet es, logische Adressen an die Netzwerkzellen zuzuweisen und macht das vorherige Zuweisen von eindeutigen Adressen während der Herstellung oder als Teil des Systemeinbaus unnötig.
Ein prinzipieller Nachteil, der mit den durch Smith et al. und anderen, ähnlichen Netzwerken verbunden ist, die auf Bus-Topologien zum Befördern von Daten basieren, ist, dass das gesamte Netzwerk zusammenbrechen wird, wenn die Kommunikation zwischen zwei beliebigen Zellen wegen eines Kurzschlusses in den Leitungen oder zu starken eingeleiteten Störungen einbricht. Dies sorgt für eine Abhängigkeit zwischen den Kommunikationspfaden des Netzwerks, sodass verschiedene Abschnitte des Netzwerks nicht in der Lage sind, unabhängig voneinander zu arbeiten.
Die Netzwerke des Standes der Technik machen keine Vorkehrungen für zwei unabhängige Kommunikationswege, die gleichzeitig eingesetzt werden können, sodass eine gegebene Zelle mit mehr als einer benachbarten Zelle unabhängig kommunizieren kann; oder, sodass verschiedene Paare von Zellen gleichzeitig kommunizieren können.
Diese Nachteile beeinflussen weiter die Anfälligkeit des Netzwerks. Im Falle eines einzelnen Kurzschlusses zwischen zwei Leitungen irgendwo in dem Netzwerk, wird das Smith et al. Netzwerk zusammenbrechen, was jede weitere Kommunikation in dem System lahm legt. Außerdem ist es in bekannten Netzwerken des Standes der Technik schwer die Position des Fehlers zu isolieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine verteilte Topologie bereitzustellen, worin jede Zelle über eine integral bzw. vollständig darin gespeicherte Steuerlogik gesteuert werden kann, anstelle von oder zusätzlich zu einer externen Steuerungsverwaltung, und die eine Verbindung der Zellen in Reihe erlaubt, um dabei die Verkabelung zu reduzieren.
Diese Ziele werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mittels einer Netzwerk-Topologie realisiert, die verteiltes Abfragen, verteiltes Steuern und verteilte Kommunikation gestattet, und aufweist:
- eine Stromversorgung,
- mindestens drei netzbetriebene in Reihe verbundene intelligente Zellen (PSICs), wovon mindestens eine direkt von der Stromversorgung erregt wird, wobei die PSICs über jeweilige Kommunikationskanäle, die mindestens zwei elektrische Leiter aufweisen, in Reihe hintereinander und miteinander verbunden sind,
- Adressiereinrichtungen in jedem PSIC, um jedem der PSICs eine eindeutige Adresse zuzuweisen, und
- wobei mindestens eines der PSICs ein oder mehrere, damit verbundene Nutzlastelemente aufweist, um gemäß einer in einem der PSICs eingebetteten oder zugeführten Steuerlogik zu arbeiten;
dadurch gekennzeichnet, dass:
- mindestens einer der PSICs zwei oder mehr getrennt gesteuerte, zugeordnete Kommunikationsanschlüsse zum Durchführen wechselseitig unabhängiger Kommunikation über jeweilige der Kommunikationskanäle mit jeweiligen benachbarten PSICs aufweist, und
- wobei mindestens einer der Kommunikationskanäle Kommunikation in beide Richtungen ermöglicht.
Daher gestattet die Verwendung einer solchen Topologie eine Verbindung der Zellen in Reihe, und gestattet ebenfalls Daten in beide Richtungen von einer Zelle zu einer benachbarten Zelle weiterzugeben. Außerdem ist die Kommunikation zwischen einem Paar benachbarter Zellen unabhängig von einer gleichzeitigen Kommunikation zwischen einem anderen Paar benachbarter Zellen. Dies ist natürlich mit den bisher vorgeschlagenen Systemen, die eine Stern- oder Bus- Topologie einsetzten, nicht möglich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Steuerdaten dem Stromsignal überlagert, und werden innerhalb jeder Zelle aus dem Stromsignal extrahiert, das von einer vorangehenden Zelle in dem Netzwerk empfangen wird, und werden ebenso dem Stromsignal überlagert, das einer nachfolgenden Zelle in dem Netzwerk zugeführt wird.
Alternativ kann der Strom diskret zu allen Zellen in dem Netzwerk in einer Bus-artigen Anordnung übertragen werden, wobei nur die Daten selbst in Reihe, in einer oder in beiden Richtungen von einer Zelle zu einer anderen zugeführt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Um die Erfindung zu verstehen und, um zu sehen wie dieselbe in Praxis ausgeführt werden kann, werden nun einige bevorzugte Ausführungsformen in Art eines lediglich nicht beschränkenden Beispiels, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 schematisch ein, für den Stand der Technik typisches verteiltes Netzwerk zeigt;
Fig. 2 schematisch ein verteiltes, in Reihe geschaltetes, erfindungsgemäßes Netzwerk zeigt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das funktionell die prinzipiellen Komponenten in einem PSIC zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten Netzwerk zeigt; und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm ist, das die prinzipiellen Arbeitsschritte zum Bewirken der Adressierung für jeden einzelnen PSIC in solch einem Netzwerk zeigt.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 2 zeigt ein verteiltes intelligentes Netzwerk, das allgemein als 10 dargestellt ist, aufweisend eine Stromversorgung 11 zum Zuführen von Strom an eine netzbetriebene, über ein verdrilltes Leitungspaar 12 in Reihe verbundene, intelligente Zelle (PSIC) 13, die wiederum mit anderen PSICs 14, 15, 16 und 17 über jeweilige verdrillte Leitungspaare 18, 19, 20 und 21 (die jeweils bidirektionale Kommunikationskanäle bilden) in Reihe verbunden ist.
Zum Zwecke der folgenden Beschreibung wird auf die PSICs 13, 14, 15, 16 und 17 als erster, zweiter, dritter, vierter beziehungsweise fünfter PSIC Bezug genommen, und tatsächlich ist es gemäß dieser Reihenfolge, in der die PSICs einzeln adressiert werden, sodass Daten, die in Reihe in jeder Richtung entlang der, durch die verdrillten Doppelleitungen gebildeten bidirektionalen Kommunikationskanäle übertragen werden, korrekt an oder von dem zuständigen PSIC gerichtet werden.
Ein Sensor 22 ist mit einem Eingang des ersten PSIC 13 verbunden, ein Paar Sensoren 23 und 24 sind mit jeweiligen Eingängen des dritten PSIC 15 verbunden, und ein Sensor 25 ist ebenfalls mit einem Eingang des fünften PSIC 17 verbunden. Ebenso sind ein Paar Betätiger 26 und 27 mit jeweiligen Ausgängen des zweiten PSIC 14 verbunden, und ein Betätiger 28 ist ebenfalls mit einem Ausgang des fünften PSIC 17 verbunden. Ein Verwalter 29 ist mit einem Eingang des dritten PSIC 1 S verbunden, und bildet eine externe Logiksteuerungs- und Überwachungselement, um dem Netzwerk eine vorbestimmte Logik zuzuführen, um die PSICs anzuweisen wie die Steuerdaten an andere PSICs in dem Netzwerk zu führen sind, und wie irgendwelche damit verbundene Betätiger zu steuern sind und, um den Zustand von PSICs, Betätigern und Sensoren in dem Netzwerk zu überwachen.
Vor der Beschreibung des Arbeitens und des Adressierens der PSICs sind verschiedene, gattungsmäßige Merkmale davon mit Bezug auf Fig. 2 zu betrachten. Vor allem ist zu bemerken, dass die PSICs 13 bis 17 nicht notwendigerweise identisch sind. Beispielsweise weist der erste PSIC 13 zwei Ausgänge auf einer ist mit einem Eingang des zweiten PSIC 14 verbunden, und der andere ist mit einem Eingang des vierten PSIC 16 verbunden. Andererseits sind alle PSICs tatsächlich dadurch gekennzeichnet, dass sie nur einen einzigen Stromeingang aufweisen. Zweitens kann mit dem PSIC optional ein Sensor oder ein Betätiger oder tatsächlich gar nichts, wie im Fall des vierten PSIC 16 verbunden sein. Wenn kein Nutzlastelement mit einem PSIC verbunden ist, dient dieser PSIC als ein Verstärker zum Verstärken des Strom/Datensignals auf dem Kommunikationskanal, um eine Abschwächung des Signals über lange Kommunikationsleitungen auszugleichen. Solche Verstärker, die gemeinhin in Abständen über lange Längen von Kommunikationskanälen bereitgestellt sind, sind per se bekannt, und beispielsweise in dem vorstehend verwiesenen U.S. Patent Nr. 5,454,008 von Baumann et al. beschrieben.
Drittens, ist zu bemerken, dass eine externe Logiksteuerungseinheit, die durch den Verwalter 29 gebildet wird, optional mit einem der PSICs in dem Netzwerk 10 verbunden sein kann. Wenn so bereitgestellt, kann der Verwalter 29 eine diskrete Logik, die in jedem der PSICs gespeichert ist ergänzen oder kann, wenn gewünscht, jede Notwendigkeit einer internen Logik unnötig machen, die innerhalb der PSICs bereitzustellen ist. In einem sehr einfachen System kann beispielsweise der Sensor 22 ein lichtabhängiger Widerstand sein, und der Betätiger 28 könnte eine Beleuchtungslampe sein, die durch den PSIC 17 gesteuert wird, um deren Helligkeit als eine Funktion des Beleuchtungsniveaus zu steuern, das auf den Sensor 22 fällt. In so einem Fall würde der Betätiger 28 auf ein Steuersignal reagieren, das das benötigte Beleuchtungsniveau darstellt, und dieses Signal würde durch den fünften PSIC 17 entweder gemäß einer darin enthaltenen lokalen Logik, oder gemäß einer Logik, die durch das Netzwerk 10 von dem Verwalter 29 übertragen wird oder tatsächlich gemäß einer Kombination davon, erzeugt wird.
Je nachdem, welcher Ansatz eingesetzt wird, werden durch den Sensor 22 erzeugte Daten, die ein Sensorsignal darstellen durch den ersten PSIC 13 jeweils über den ersten und den zweiten PSIC 14 und 15 dem Verwalter 29 zugeführt, und wird über den vierten PSIC 16 dem fünften PSIC 17 zugeführt. In dieser Weise kann sowohl der Verwalter 29 als auch der fünfte PSIC 17 der mit dem Betätiger 28 verbunden ist auf das Beleuchtungsniveau auf dem Sensor 22 antworten, um das korrekte Steuersignal zum Steuern des Betätigers 28 zu erzeugen. Wenn der fünfte PSIC 17 durch den Verwalter 29 gesteuert wird, wird dann das Steuersignal seriell entlang der verdrillten Doppelleitungen 19 und 18 zu dem ersten PSIC 13 zugeführt, von dem es dann seriell entlang der verdrillten Doppelleitungen 20 und 21 zu dem fünften PSIC 17 zugeführt wird. In beiden Fällen werden Zusandsdaten von jedem der PSICs in dem Netzwerk zu dem Verwalter 29 zugeführt, um es dem Verwalter 29 zu gestatten den Zustand von allen Sensoren und Betätigern in dem Netzwerk 10 zu überwachen.
Es ist daher anzumerken, dass der Betätiger 28 in so einem einfachen System auf ein Sensorsignal reagiert, das selbst weit entfernt von dem Betätiger 28 erzeugt werden kann. Andererseits kann der Betätiger, wenn gewünscht auf einen Sensor reagieren, der mit dem gleichen PSIC wie der Betätiger verbunden ist. Tatsächlich können mehrere Sensoren und mehrere Betätiger mit dem gleichen PSIC verbunden sein, natürlich vorausgesetzt, dass darin genügend Sensor- und Betätiger- Schnittstellen bereitgestellt sind.
Alle PSICs im Netzwerk 10, außer der erste PSIC 13, wie auch jeweils der dritte und fünfte PSIC 15 beziehungsweise 17 (beide sind die letzten PSICs in ihren jeweiligen Zweigen) empfangen sowohl Strom als auch Daten von einem vorangehenden PSIC und führen ebenfalls Strom und Daten einem nachfolgenden PSIC zu. Der dritte und fünfte PSIC 15 und 17 können natürlich im Allgemeinen jeweils mit einer Schnittstelle versehen sein, um damit einen weiteren PSIC zu verbinden, sogar wenn die Schnittstelle eigentlich nicht benutzt wird. Der erste PSIC 13 ist jedoch darin anders als die anderen PSICs, dass er den Strom von der Stromversorgung 11 empfängt, aber davon keine Daten empfängt. Ebenso führt er natürlich keine von nachfolgenden PSICs empfangene Daten der Stromversorgung 11 zu. Aus diesem Grund ist der erste PSIC 13 nicht völlig repräsentativ für die allgemeine PSIC Architektur, die mit Bezug auf den zweiten PSIC 14 besser beschrieben wird.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die funktionalen Komponenten zeigt, die in dem PSIC 14 in dem Fall bereitgestellt werden können, in dem Strom und Daten zusammen übertragen werden. Die Art in der Strom und Daten in einem Kommunikationsnetzwerk über das selbe Kabelbündel an eine Vielzahl von Kommunikationsknoten darin übertragen werden, ist selbst bekannt, und wurde lange in dem Fernsprechwesen benutzt, wie in dem eröffnenden Abschnitt des vorstehend erwähnten U.S. Patents Nr. 5,148,144 von Sutterlin et al. beschrieben ist.
Der zweite PSIC 14 schließt eine Leitungsschnittstelle 30 ein, die einen ersten Anschluss, zum Verbinden mit dem ersten PSIC 13 bildet, um davon ein erstes eingehendes Strom- und Datensignal zu empfangen. Das eingehende kombinierte Signal wird zu einem Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 31 zugeführt, der das erste eingehende Datensignal von dem eingehenden Stromsignal entkoppelt. Das getrennte erste Datensignal wird einem Modem 32 zugeführt, während das Gleichstrom- oder Wechselstromsignal selbst einer Strombedienungseinheit 33 zugeführt wird, um davon ein erstes ausgehendes Stromsignal zu erzeugen, um eine damit verbundene Stromversorgung 34 mit Strom zu versorgen, die wie benötigt verschiedene Ausgangskanäle aufweist, um die lokalen Schaltungen in dem PSIC 14 mit Strom zu versorgen.
Das erste durch das Modem 32 empfangene eingehende Datensignal ist analog, und wird in eine digitale Form umgewandelt, um einer Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 zugeführt zu werden, die das eingehende Datensignal gemäß einer darin gespeicherten Steuerlogik, oder aber auch oder außerdem gemäß einer externen Logik verarbeitet, die durch den Verwalter 29 über einen damit verbundenen Kommunikationsanschluss 36 der Verarbeitungs- und Steuervorrichtung 35 zugeführt wird.
Ebenso kann die Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 auf verschiedene Sensorsignale reagieren, die jeweils dazu über eine jeweilige Sensorschnittstelle 37 zugeführt werden, und wie vorstehend erwähnt kann die Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 mit einer Vielzahl von Betätigerschnittstellen 38 verbunden sein, die jeweils zum Verbinden eines jeweiligen Betätigers mit der Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 da sind.
Die Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 verarbeitet das erste eingehende Datensignal und erzeugt ein erstes ausgehendes Datensignal, das durch ein Modem 39 in ein analoges Signal umgewandelt wird, und einem zweiten Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 40 zugeführt wird (der eine zweite Datenkopplungs/Entkopplungseinrichtung bildet), der das Gleichstrom- oder Wechselstromsignal von der Strombedienungseinheit 33 empfängt, mit dem es ebenfalls verbunden ist, und kombiniert das erste ausgehende Datensignal mit dem ersten ausgehenden Stromsignal, um ein erstes ausgehendes Strom- und Datensignal zu erzeugen, das einer Leitungsschnittstelle 41 zugeführt wird. Die Leitungsschnittstelle 41 bildet einen zweiten Anschluss, der es dem PSIC 14 gestattet mit einem entsprechenden nachfolgenden PSIC verbunden zu sein. Wenn gewünscht, können mehrere PSICs mit dem PSIC 14 über entsprechende zweite Anschlüsse verbunden sein, die jede eine Leitungsschnittstelle 41 aufweisen, die mit einem jeweiligen Modem 39 und einem zweiten Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 40 verbunden ist.
In der vorstehenden Anordnung bildet jede Sensorschnittstelle 37 und jede Betätigerschnittstelle 38 einen Nutzlastanschluß, um es einem jeweiligen Nutzlastelement zu gestatten mit der Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 verbunden zu werden.
Es wird klar, das die verschiedenen über ihre jeweiligen Betätigerschnittstellen 38 mit der Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 verbundenen Betätiger, und zumindest einigen der über ihre jeweiligen Sensorschnittstellen 37 damit verbundenen Sensoren, für ihr tatsächliches Arbeiten, zusätzlich zu dem von der Verarbeitungs- und Steuereinheit erzeugten Datensignal, ebenfalls ein Stromsignal zugeführt werden muss. Schließlich ist ebenfalls jede der Sensorschnittstellen 37 und der Betätigerschnittstellen 38 eine jeweilige Laststromschnittstelle 42 zugeordnet, die selbst mit der Strombedienungseinheit 33 verbunden ist, wie auch operativ mit der Verarbeitungs- und Steuerungseinheit 35 verbunden ist, um davon ein Steuersignal zu empfangen und, um dahin ein Überwachungssignal zu senden. Durch solche Mittel können verschiedene Spannungsniveaus entsprechend zu den Anforderungen von jedem Sensor und Betätiger den entsprechenden Schnittstellen gemäß der Steuerlogik in der Verarbeitungs- und Steuereinheit, korrekt bereitgestellt werden, oder tatsächlich extern dazu über den Verwalter 29 zugeführt werden, der selbst in der Lage ist ihren Zustand zu überwachen.
In der vorhergehenden Beschreibung wurde die Leitungsschnittstelle 30 als die empfangende Schnittstelle betrachtet, zu der das erste eingehende Strom- und Datensignal zugeführt wird, während die Leitungsschnittstelle 41 das entsprechende erste ausgehende Strom- und Datensignal damit verbundenen nachfolgenden PSICs zuführt. Die Kommunikationskanäle in dem Netzwerk 10 sind jedoch wie vorstehend erwähnt bidirektional und der PSIC 14 ist daher gleichsam gut geeignet, um ein zweites eingehendes Datensignal von einem nachfolgenden PSIC zu empfangen. In diesem Fall entkoppelt der Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 40 das zweite eingehende Datensignal von dem ersten ausgehenden Stromsignal, und das Modem 39 wandelt das eingehende analoge zweite Datensignal in ein digitales Äquivalent um, um es der Verarbeitungs- und Steuereinheit 35 zuzuführen. Das Modem 32 wandelt dann das digitale Signal zu einem analogen Äquivalent zurück, und der Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 31 überlagert das analoge Signal dem eingehenden Stromsignal, um das zweite ausgehende Datensignal der Leitungsschnittstelle 30 zuzuführen.
Es ist daher zu bemerken, dass das erste Modem 32 gleichzeitige, voll-duplex Bedienung eines ersten eingehenden Signals und eines zweiten ausgehenden Signals gestattet, während zur gleichen Zeit das zweite Modem 39 gleichzeitige, voll-duplex Bedienung eines ersten ausgehenden Signals und eines zweiten eingehenden Signals gestattet. Deshalb gestattet es der PSIC 14 gleichzeitig vier unabhängige Kommunikationen auszuführen.
Während die Erfindung durch die Verbindung der PSICs in Reihe gekennzeichnet ist, um es zu gestatten, dass Daten von einem PSIC zu dem nächsten in jeder Richtung zugeführt werden, ist es keine Voraussetzung, dass die Daten dem Stromsignal überlagert werden. Wenn gewünscht, kann der Strom über einen gemeinsamen Strombus zu jedem PSIC zugeführt werden oder unter Verwendung einer bekannten Stern-Topologie radial zu jedem PSIC zugeführt werden. In beiden Fällen kann dann auf die Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 31 und 40 verzichtet werden, da die Strom- und die Datensignale diskret bedient werden. Tatsächlich wird sogar in dem Fall, dass Daten und Strom über dieselbe verdrillte Doppelleitung zugeführt werden, bemerkt, dass der erste PSIC 13 nur Strom von der Stromversorgung 11 empfängt, während Daten nur über den zweiten PSIC 14 dazu zugeführt werden können. Schließlich ist, wie vorstehend bemerkt wurde, ein Teil der internen Architektur des ersten PSIC 13 unterschiedlich zu der, der verbleibenden PSICs. Ausdrücklich kann auf den Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 31 verzichtet werden, weil das Stromsignal direkt der Strombedienungseinheit 33 zugeführt wird. Aus demselben Grund kann, wenn gewünscht auf den Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 40 in dem letzten PSIC (d. h. der fünfte PSIC 17 in dem besonderen, in Fig. 2 gezeigten Beispiel) verzichtet werden, da kein nachfolgender PSIC damit verbunden ist. Andererseits wäre es, wenn es notwendig ist das Netzwerk zu erweitern, dann nötig den vereinfachten fünften PSIC 17 gegen einen auszutauschen, der eine Leitungsschnittstelle 41 aufweist, die mit einem Strom/Daten- Koppler/Entkoppler 40 verbunden ist.
Nachdem die interne Architektur von den PSICs beschrieben wurde, wird nun deren Adressieren beschrieben. Das Adressieren gestattet es einem empfangenden PSIC zu wissen, an welchen nachfolgenden PSIC Daten zu führen sind, und spezifiziert ebenfalls von welchem Sensor Daten dazu übertragen werden. Wie im Stand der Technik bekannt, enthält schließlich jedes Datenpaket ein Kopfteil, der die Quell- und Zieladresse gemäß einem vorbestimmten Protokoll definiert.
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das die prinzipiellen Schritte zeigt, die mit dem diskreten und eindeutigen Adressieren jedes in dem Netzwerk 10 gezeigten PSICs gemäß der Topologie des Netzwerkes verbunden sind. Die Topologie des Netzwerks bestimmt die Anzahl von PSICs in dem Hauptzweig, der jeweils durch den ersten, zweiten und dritten PSIC 13, 14, und 15 gebildet wird. Der erste PSIC 13 "sieht", dass er direkt mit der Stromversorgung 11 verbunden ist, und weist sich daher selbst eine interne Adresse I = 1 zu. Nachfolgende PSICs arbeiten, je nach dem ob sie mit dem ersten Ausgang des vorangehenden PSIC oder, in dem einfachen Fall in dem nur zwei Zeige bereitgestellt sind, mit dem zweiten Ausgang davon verbunden sind. In diesem Fall weist ein PSIC, der mit dem ersten Ausgang des vorangehenden PSIC verbunden ist, sich selbst eine interne Adresse IN zu, die gleich dem Index des vorangehenden PSIC + 1, d. h. IN-1 + 1 ist.
Andererseits, wenn der gegenwärtige PSIC nicht mit dem ersten Ausgang des vorangehenden PSIC verbunden ist, dann vorausgesetzt, dass es wie in dem Fall des in Fig. 2 gezeigten Netzwerks 10 nur zwei Zweige gibt, wird der Index IN des gegenwärtigen PSIC auf eins plus der Anzahl der PSICs im Hauptzweig gesetzt. Deshalb wird der Index des vierten PSIC in dem Netzwerk 10, in dem drei PSICs (13, 14 und 15) in den Hauptzweig sind, auf (1 + 3) d. h. 4 gesetzt.
Es wird klar, dass die in Fig. 4 gezeigte Logik an den besonderen, in Fig. 2 gezeigten Netzwerkaufbau angepasst ist, sie ist aber, in dem Fall in dem zusätzliche Zweige bereitgestellt sind für eine einfache Anpassung zugänglich. Dieses Verfahren kann unabhängig und automatisch, beispielsweise beim Einschalten des Systems durchgeführt werden.
Der Vorteil, eine Logik des vorstehend in bezug auf Fig. 4 beschriebenen Typs einzusetzen, ist dass PSICs zu dem zweiten Zweig hinzugefügt, oder von dem zweiten Zweig entfernt werden können, der den vierten und fünften PSIC 16 und 17 umfasst, ohne dass die Adressierlogik in irgendeiner Weise geändert werden muss.
Tatsächlich gestattet es der Einsatz der Adressierlogik des beschriebenen Typs, in dem einfacheren Fall, in dem nur ein einzelner Zweig bereitgestellt ist, leicht PSICs zu dem einzelnen Zweig hinzuzufügen, oder von dem einzelnen Zweig zu entfernen, was das Netzwerk völlig flexibel macht.
Alternative Verfahren zum Bereitstellen der Adressierlogik sind einen Codierer in jedem PSIC bereitzustellen, der, wenn bereitgestellt, manuell auf eine diskrete Adresse gestellt wird, die ebenfalls dem Verwalter 29 bekannt ist. Der Codierer kann in der Form eines DB Schalters sein, der gewöhnlich in Netzwerkkarten verwendet wird, oder kann in der Form eines im ROM gespeicherten eindeutigen Adresscodes sein. Wenn gewünscht, kann eine Kombination eingesetzt werden, wobei einige der Adresscodes in dem PSIC gespeichert sind, während andere Adressen basierend auf der Netzwerk-Topologie gemäß der in Fig. 4 gezeigten Logik "im Flug" zugewiesen werden. Solch eine Anordnung ist besonders geeignet, wenn mehrere Zweige eingesetzt werden, sodass beispielsweise der erste PSIC in jedem Zweig mit spezifischen Adressen hardware-programmiert sein kann, die geeignet versetzt sind, um es zu gestatten weitere PSICs zu den jeweiligen Zweigen hinzuzufügen, ohne mit den jeweiligen Adressen der ersten PSICs in den nachfolgenden Zweigen in Konflikt zu geraten. Zum Beispiel kann dem ersten PSIC 13 in dem ersten Zweig in der normalen Weise eine Adresse 1 gegeben werden, während der erste PSIC 16 in dem zweiten Zweig eine Adresse gegeben werden kann, die gleich 100 ist. Dieses würde es gestatten, bis zu 96 zusätzliche PSICs mit dem Hautzweig zu verbinden ohne mit den voreingestellten Adressen des ersten PSIC 16 in dem zweiten Zweig in Konflikt zu geraten. Nachdem man damit aufgehört hat, kann dann das Adressieren jeder der PSICs in jedem Zweig, wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben gemäß der Netzwerk-Topologie bestimmt werden.
In dem Fall, dass eine externe Steuereinheit in Form des Verwalters 29 bereitgestellt ist, ist es offensichtlich notwendig, dass der Verwalter 29 vorprogrammiert ist, sodass der weiss, was in bezug auf jede der PSICs zu unternehmen ist, und schließlich über den ersten PSIC in jedem Zweig informiert ist. In solchen Fällen, in denen auf den Verwalter 29 verzichtet wird, ist es jedoch nur notwendig, dass jeder PSIC seine eigene Adresse kennt, und dass die Daten, die zu jedem PSIC gesendet werden, um einen oder mehrere damit verbundene Betätiger zu betreiben, in geeigneter Weise mit der korrekten PSIC Adresse codiert sind.
Die Verbindung zu mehreren Sensoren und Betätigern mit den PSICs wurde mit einem gewissen allgemeingültigen Vertreter eines typischen Netzwerks beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Erfindung Änderungen in Betracht zieht, ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise, kann in der einfachsten Form das Netzwerk mit nur einem Nutzlastelement versehen sein. Dies kann ein Betätiger sein, um auf eine Logik zu reagieren, die einem PSIC zugeführt wird mit dem der Betätiger verbunden ist, oder in dem die Logik gespeichert ist. Alternativ kann das Nutzlastelement ein Sensor sein, um dadurch ein jeweiliges Steuersignal an verschiedene PSICs in dem Netzwerk in Abhängigkeit von dem dabei erzeugten Sensorsignal weiterzuleiten. Solch eine Anordnung kann beispielsweise zum Verbinden des Netzwerks an ein entferntes System von Nutzen sein, das Betätiger aufweist, die auf die Steuersignale reagieren, die durch das Netzwerk erzeugt werden. Die Sensoren können ebenfalls irgendeine Vorrichtung sein, die mehr als ein festes Ausgangssignal gemäß einem Zustand des Sensors erzeugt. Daher kann der Sensor beispielsweise optional ein manueller Wahlschlater sein, dessen Ausgang nach der gewählten Schalterstellung bestimmt ist.
Es ist ebenfalls zu verstehen, dass das durch die Verarbeitungs- und Steuereinheit erzeugte Steuersignal, ganz oder teilweise durch Daten gebildet werden kann, die letzten Endes in eine, entweder direkt oder indirekt mit dem Netzwerk verbundene Datenbank eingegeben werden.
Es wird ebenfalls verstanden werden, dass, wenn gewünscht, das Netzwerk dazu verwendet werden kann Daten nur in eine Richtung zuzuführen, obgleich die Erfindung besonders für bidirektionale Datenkommunikation geeignet ist.
Es ist zu bemerken, dass im Rahmen der Erfindung und in den angefügten Ansprüchen der Ausdruck "vorangehend", wenn er auf PSIC angewendet wird, einen PSIC anzeigt, der mit einem benachbarten PSIC verbunden ist und dazu Strom zuführt. Gleichfalls zeigt der Ausdruck "nachfolgend", wenn er auf PSIC angewendet wird, einen PSIC an, der mit einem benachbarten PSIC verbunden ist, um davon Strom zu empfangen.
Die Erfindung stellt ein intelligentes, verteiltes Netzwerk bereit, wobei eine Vielzahl von intelligenten Zellen über bidirektionale Kommunikationskanäle in Reihe miteinander verbunden sind, was gestattet, Daten (und optional Strom) in Reihe entlang dem Netzwerk von einem PSIC zu dem anderen, in beiden Richtungen zuzuführen.

Claims

1. Netzwerktopologie (10), welche eine verteilte Abfrage, Steuerung und Kommunikation erlaubt, mit:

einer Stromversorgung (11),

zumindest drei netzbetriebenen, in Reihe geschalteten intelligenten Zellen (PSICs) (13, 14, 15, 16, 17), von denen zumindest eine direkt durch die Stromversorgung erregt wird, wobei die PSICs über entsprechende Kommunikationskanäle (12, 18, 19, 20, 21), die jeweils zumindest zwei elektrische Leiter aufweisen, in Reihe hintereinander und miteinander verbunden sind

eine Adressiereinrichtung innerhalb jedes PSIC, um jeden der PSICs durch eine eindeutige Adresse aufrufen zu können und wobei

zumindest einer der PSICs ein oder mehrere Nutzlastelemente (23, 24, 25, 26, 27, 28) hat, die mit ihm verbunden sind, um entsprechend einer Steuerlogik zu arbeiten, die in den betreffenden PSIC eingebettet ist oder ihm zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß:

zumindest einer der PSICs zwei oder mehr getrennt gesteuerte und zugeordnete Kommunikationsanschlüsse hat, um wechselseitig unabhängige Kommunikation mit entsprechend benachbarten PSICs über entsprechende Kommunikationskanäle zu bewirken, und

zumindest einer der Kommunikationskanäle eine Kommunikation in beiden Richtungen erlaubt.

2. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Nutzlastelement ein Sensor (23, 24, 25) ist, um ein Sensorsignal bereitzustellen, auf welches die Steuerlogik reagiert, um Steuerdaten zu zumindest einem anderen PSIC in dem Netzwerk zu leiten.

3. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Nutzlastelement einen Betätiger (26, 27, 28) aufweist, der mit einem der PSICs verbunden ist, um in Reaktion auf ihm zugeführte Steuerdaten zu arbeiten.

4. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei die Steuerlogik zumindest teilweise in einer diskreten Verwaltungseinheit (29) enthalten ist, die mit einem der PSICs verbunden ist.

5. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei die Steuerlogik vollständig in den PSICs enthalten ist.

6. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei die Adressiereinrichtung zumindest teilweise innerhalb der PSICs codiert ist.

7. Netzwerktopologie nach Anspruch 6, wobei die Adressiereinrichtung manuell einstellbare Schalter in dem PSIC aufweist, um einen eindeutigen Adreßcode einzustellen.

8. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei die Adresse zumindest eines der PSICs durch die Netzwerktopologie bestimmt wird.

9. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei die Adresse zumindest eines der PSICs teilweise durch die Netzwerktopologie bestimmt wird.

10. Netzwerktopologie nach Anspruch 8, wobei dem PSIC, der der Stromquelle am nächsten liegt und der die Energie direkt von dieser erhält, eine erste Adresse zugeordnet wird und daß nachfolgenden PSICs anschließende Adressen entsprechend der Reihenfolge zugeordnet werden, in welchen sie relativ zu der Stromquelle angeschlossen sind.

11. Netzwerktopologie nach Anspruch, wobei Energie und Daten gemeinsam auf einem gemeinsamen Kanal zugeführt werden und zumindest einer der PSICs aufweist:

einen ersten Anschluß (30), um die Stromquelle so anzuschließen, daß sie ein eingehendes Leistungssignal empfängt,

eine Verarbeitungseinrichtung (35), um ein Steuersignal entsprechend einer vorbestimmten Logik zu erzeugen,

zumindest einen zweiten Anschluß (41), jeweils für das Anschließen an einen entsprechenden nachfolgenden PSIC, und

eine entsprechende Datenkopplungs/Entkopplungseinrichtung (40), die mit jedem der zweiten Anschlüsse und der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist, um ein eingehendes Datensignal ebenso wie ein ausgehendes Leistungssignal zu empfangen, welches von dem eingehenden Leistungssignal abgeleitet wurde, und um das Datensignal auf dem ausgehenden Leistungssignal zu überlagern, um so ein ausgehendes Leistungs- und Datensignal zu erzeugen, und um das ausgehende Leistungs- und Datensignal dem entsprechenden zweiten Anschluß zuzuführen, und um von dem entsprechenden zweiten Anschluß das eingehende Datensignal zu empfangen, und um das eingehende Datensignal von dem ausgehenden Leistungssignal zu entkoppeln.

12. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei Leistung bzw. Strom und Daten gemeinsam auf einem gemeinsamen Kanal zugeführt werden und wobei zumindest einer der PSICs aufweist:

einen ersten Anschluß (30), um einen vorangehenden PSIC so anzuschließen, daß er ein erstes eingehendes Leistungs- und Datensignal empfängt, und um ein zweites Signal für ausgehende Daten zu senden,

eine erste Datenkopplungs/Entkopplungseinrichtung (31), die mit dem ersten Anschluß verbunden ist, um aus dem ersten eingehenden Leistungs- und Datensignal ein erstes eingehendes Datensignal sowie ein eingehendes Leistungssignal zu entkopplen, und um dem eingehenden Leistungssignal ein zweites ausgehendes Datensignal zu überlagern, um so ein zweites ausgehendes Leistungs- und Datensignal zu erzeugen,

zumindest einen zweiten Anschluß (41), jeweils für die Verbindung mit einem entsprechenden nachfolgenden PSIC,

eine entsprechende zweite Datenkopplungs/Entkopplungeinrichtung (40), die mit jedem der zweiten Anschlüsse verbunden ist, um ein erstes ausgehendes Datensignal ebenso wie ein ausgehendes Leistungssignal zu empfangen, welches von dem eingehenden Leistungssignal abgeleitet wurde, und um dem ausgehenden Leistungssignal das erste ausgehende Datensignal zu überlagern, um so ein erstes ausgehendes Leistungs- und Datensignal zu erzeugen, und um das erste ausgehende Leistungs- und Datensignal dem entsprechenden zweiten Anschluß zuzuführen, und um von dem entsprechenden zweiten Anschluß ein zweites eingehendes Datensignal zu empfangen, und um das zweite eingehende Datensignal von dem ausgehenden Leistungssignal zu entkoppeln, und

eine Verarbeitungseinrichtung (35), die mit den ersten und zweiten Datenkopplungs/Entkopplungseinrichtungen verbunden ist, um die ersten und zweiten eingehenden Datensignale zu empfangen, und um ein Steuersignal gemäß einer vorbestimmten Logik zu erzeugen.

13. Netzwerktopologie nach Anspruch 1, wobei Leistung und Daten den PSICs auf verschiedenen Kanälen zugeführt werden und wobei zumindest einer der PSICs aufweist:

einen ersten Anschluß (30), um eine Verbindung mit einem vorangehenden PSIC herzustellen, um von diesem ein eingehendes Datensignal zu empfangen und um diesem ein zweites ausgehendes Datensignal zu übersenden,

eine Verarbeitungseinrichtung (35), die mit dem ersten Anschluß verbunden ist für das Empfangen des ersten eingehenden Datensignals, und um ein Steuersignal entsprechend einer vorbestimmten Logik zu erzeugen,

zumindest einen Nutzlastanschluß (37, 38), jeweils für die Verbindung mit einer entsprechenden Betätigung oder einem Sensor, welcher mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist, um das Steuersignal zu empfangen und um das Steuersignal der entsprechenden Betätigung zuzuführen oder um von dem entsprechenden Sensor ein Sensorsignal zu empfangen,

zumindest einen zweiten Anschluß (41), jeweils für die Verbindung mit einem entsprechenden nachfolgenden PSIC, und

einen vierten Anschluß (42) für die Verbindung mit einer Stromversorgung bzw. Stromquelle, um die Verarbeitungseinrichtung und jeden der Sensoren und/oder Betätigungseinrichtungen mit Strom zu versorgen.

14. Netzwerktopologie nach Anspruch 11 oder 12, wobei der PSIC weiterhin aufweist:

zumindest einen Nutzlastanschluß (37, 38), jeweils für die Verbindung zu einem entsprechenden Betätiger oder Sensor, welche mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist, um das Steuersignal zu empfangen und um das Steuersignal dem entsprechenden Betätiger zuzuführen oder um ein Sensorsignal von dem entsprechenden Sensor zu empfangen.

15. Netzwerktopologie nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der PSIC weiterhin einen Kommunikationsanschluß (36) aufweist, der mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist für das Verbinden mit einem externen Logiksteuerelement, um so der Prozessoreinrichtung die vorbestimmte Logik zuzuführen.

16. Netzwerktopologie nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der PSIC weiterhin einen Kommunikationsanschluß (36) aufweist, der mit der Verarbeitungseinrichtung für den Anschluß an ein externes logisches Steuerelement verbunden ist, um einen Zustand der Verarbeitungseinrichtung und eines damit verbundenen Nutzlastelementes zu überwachen.

17. Netzwerktopologie nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der PSIC weiterhin einen Kommunikationsanschluß (36) aufweist, der mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist für den Anschluß an ein externes Logiksteuerelement, um so der Verarbeitungseinrichtung die vorbestimmte Logik zuzuführen und um einen Zustand der Verarbestungseinrichtung und eines damit verbundenen Nutzlastelementes zu überwachen.