EP1652013A2 - Busankopplung ohne steckverbindungen für automatisierungsgeräte - Google Patents

Busankopplung ohne steckverbindungen für automatisierungsgeräte

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Publication number
EP1652013A2
EP1652013A2 EP04741005A EP04741005A EP1652013A2 EP 1652013 A2 EP1652013 A2 EP 1652013A2 EP 04741005 A EP04741005 A EP 04741005A EP 04741005 A EP04741005 A EP 04741005A EP 1652013 A2 EP1652013 A2 EP 1652013A2
Authority
EP
European Patent Office
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bus
interface
optical interface
connection
bus module
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04741005A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Meinke
Klaus Windesheimer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1652013A2 publication Critical patent/EP1652013A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
    • H05K7/1475Bus assemblies for establishing communication between PLC modules
    • H05K7/1477Bus assemblies for establishing communication between PLC modules including backplanes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1438Back panels or connecting means therefor; Terminals; Coding means to avoid wrong insertion
    • H05K7/1459Circuit configuration, e.g. routing signals
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1462Mounting supporting structure in casing or on frame or rack for programmable logic controllers [PLC] for automation or industrial process control
    • H05K7/1484Electrical diagrams relating to constructional features, e.g. signal routing within PLC; Provisions for disaster recovery, e.g. redundant systems

Definitions

  • the present invention relates to a bus module for connecting an automation device to a backplane bus, via which data and / or energy can / are transported, with at least one bus connection device for connection to the backplane bus and at least one device connection device including serial, optical interface for connection to the automation device.
  • the present invention relates to a load feeder device for coupling to a backplane bus with an interface for communication with a backplane bus module.
  • Back plane buses are used to connect decentralized peripheral devices to data buses such as Profibus, ASI bus or CAN bus.
  • the requirements for backplane buses are correspondingly reduced compared to the latter buses.
  • a backplane bus module as shown in FIG. 1, is usually used to connect an automation device or actuator to a backplane bus.
  • Connection lines ALI are branched off from the multiple bus lines BLl of the backplane bus module RMl. These each lead to connector contacts, not shown.
  • a bus connection or a load feeder VAl is plugged into these connector contacts. In the present example, eight plug connections are necessary. After the voltages and currents at the interface are low, the contacts have to meet high demands. Therefore, only gold-plated contacts are generally suitable.
  • the data received from the backplane bus module RM1 and the energy provided by the bus are to be forwarded to a microcontroller ⁇ Cl in the load feeder.
  • This requires electrical isolation between the bus and the power supply (24 V).
  • This separation is usually implemented via five optocouplers OK, which are controlled by a BUS-ASIC BAI.
  • the BUS-ASIC thus provides a serial interface with five lines. With the help of the optical coupling, an insulation resistance of, for example, 500 V or 6 kV can be guaranteed.
  • the microcontroller is used to implement technology and control functions such as B. Driver for
  • the object of the present invention is therefore to propose a backplane bus coupling in which contact damage when connecting a load feeder can be avoided.
  • a bus module for connecting an automation device to a backplane bus, via which data and / or energy can / are transported, with at least one bus connection device for connection to the backplane bus and at least one device connection device including serial, optical interface for connection to the automation device, the device connection device opening a coupling element points with which a point-to-point communication connection to the automation device can be established.
  • the invention provides a corresponding consumer branching device for coupling to a backplane bus with an interface for communication with a backplane bus module, the interface being a serial, optical interface.
  • the optical interface provides a galvanic separation between a load feeder to be connected and the backplane bus module at their connection point. This means that there is no need for electrical isolation within the load feeder.
  • the optical interface further increases the flexibility for connecting load feeders. If necessary, several load feeders can be supplied by one bus module.
  • optical interface always represents a defined electrical termination, there are no undefined states in the bus system if a load feeder is not connected. In particular, an unplugged load feeder does not lead to an interruption in the bus.
  • the coupling element for establishing a point-to-point communication preferably comprises a BUS-ASIC. Adapted communication on a simple level can thus be implemented very effectively.
  • the device connection device of the backplane bus module can furthermore have a microcontroller which is connected to the coupling element is connected and controls the serial, optical interface. This means that optical communication can be handled flexibly.
  • the serial, optical interface can comprise a UART interface. This standardized interface opens up a wide range of applications.
  • the UART interface can be integrated directly into the coupling element, in particular the BUS-ASIC, so that there is no need for a separate microcontroller.
  • the optical interface can also enable half-duplex or full-duplex operation. Thus, depending on the individual circumstances, a simpler or more complex connection to a load feeder can be established.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a backplane bus coupling according to the prior art
  • FIG. 2 shows a block diagram of a backplane bus coupling according to the present invention.
  • the backplane bus module RM2 shown in FIG. 2 has increased functionality compared to the backplane bus module RM1 of FIG.
  • a bus ASIC BA2 in the backplane bus module RM2 is connected directly to the connection lines AL2, which represent branches from the bus lines BL2.
  • the BUS-ASIC BA2 provides a simple communication connection (point-to-point) to one connected to it optical interface, which is also housed in the backplane bus module RM2.
  • the optical interface consists of a microcontroller ⁇ C2. which in turn addresses an OE1 optics unit via an integrated UART interface.
  • the optical unit OE1 is symbolically indicated by a transmitting diode and a light-sensitive receiving transistor.
  • transmission data TxD can be emitted via an infrared transmission diode and reception data RxD can be received via an IR light-sensitive transistor.
  • a load feeder module VA2 is placed at a suitable distance from the backplane bus module RM2. This distance should be selected so that optical communication can take place without hindrance and, on the other hand, the necessary electrical insulation from voltages of 500 V or 6 kV is guaranteed.
  • the load feeder VA2 in turn has an optical unit OE2, which is also symbolized in FIG 2 with a light-emitting diode and a light-sensitive transistor. It optically connects to the OE1 optics unit of the RM2 backplane bus module.
  • the electrical isolation achieved in this way enables, for example, the load feeder VA2 to be operated safely with a potential of 24 V.
  • the OE2 optics unit is also controlled by another microcontroller ⁇ C3 via a standardized UART interface.
  • the microcontroller ⁇ C3 takes on technology functions such as driving contactor coils and performing diagnostic or soft starter functions.

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Abstract

Verbraucherabzweige sollen an Rückwandbusse ohne die Gefahr von Beschädigungen an den Verbindungsstellen angekoppelt werden können. Daher wird ein Rückwandbusmodul (RM2) mit einem Kopplungselement, insbesondere einem BUS-ASIC (BA2) ausgestattet, mit dem eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zu dem Automatisierungsgerät bzw. Verbraucherabzweig (VA2) hergestellt werden kann. An den BUS-ASIC (BA2) ist eine optische Schnittstelle (µC2, OE1) angeschlossen, mit der eine Kommunikation auf optischem Wege zu einem Verbraucherabzweig (VA2) hergestellt werden kann. Durch die optische Kopplung kann beispielsweise eine Beschädigung von Steckverbindungen beim Ankoppeln eines Verbraucherabzweigs verhindert und gleichzeitig eine galvanische Trennung herbeigeführt werden.

Description

Beschreibung
Busankopplung ohne Steckverbindungen für Automatisierungsgeräte
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Busmodul zum Anschließen eines Automatisierungsgeräts an einen Rückwandbus, über den Daten und/oder Energie transportierbar ist/sind, mit mindestens einer Busanschlusseinrichtung zum Anschluss an den Rückwandbus und mindestens einer Geräteanschlusseinrichtung einschließlich serieller, optischer Schnittstelle zum Anschluss an das Automatisierungsgerät. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbraucherabzweigvorrichtung zur Ankopplung an einen Rückwandbus mit einer Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Rückwandbusmodul.
Rückwandbusse (back plane bus) dienen zur Ankopplung dezentraler Peripheriegeräte an Datenbusse wie Profibus, ASI-Bus oder CAN-Bus . Die Anforderungen an Rückwandbusse sind gegen- über letzteren Bussen entsprechend reduziert.
Zum Anschluss eines Automatisierungsgeräts bzw. Aktors an einen Rückwandbus dient üblicherweise ein Rückwandbusmodul, wie dies in FIG 1 dargestellt ist. Von den mehreren Busleitungen BLl des Rückwandbusmoduls RMl sind Anschlussleitungen ALI abgezweigt. Diese münden jeweils in nicht dargestellte Steckverbindungskontakte. In diese Steckverbindungskontakte wird eine Busanschaltung bzw. ein Verbraucherabzweig VAl eingesteckt. Im vorliegenden Beispiel sind acht Steckverbindungen notwendig. Nachdem die Spannungen und Ströme an der Schnittstelle gering sind, sind entsprechend hohe Anforderungen an die Kontakte zu stellen. Daher eignen sich in der Regel nur vergoldete Kontakte.
Da ein Verbraucherabzweig VAl üblicherweise verhältnismäßig groß und schwer ist, sollte ein Einschwenken des Verbraucherabzweigs VAl in das Rückwandbusmodul RMl zur komfortableren Bestückung möglich sein. Dieses Einschwenken kann bei unsachgemäßer Handhabung zu Kontaktbeschädigungen führen, vor allem, wenn die Kontakte beispielsweise in dem kleinen 2,54 mm- Raster angeordnet sind. Die Kontakte sind daher möglichst weit entfernt von der Einschwenkachse zu platzieren, damit die Stifte oder Buchsen der Steckverbindungen nicht verbogen werden.
In dem Verbraucherabzweig sind die vom Rückwandbusmodul RMl erhaltenen Daten und die vom Bus zur Verfügung gestellte E- nergie an einen MikroController μCl weiterzuleiten. Dazu ist eine galvanische Trennung zwischen dem Bus und der Energieversorgung (24 V) notwendig. Diese Trennung wird üblicherweise über fünf Optokoppler OK realisiert, die von einem BUS- ASIC BAI angesteuert werden. Durch den BUS-ASIC wird somit eine serielle Schnittstelle mit fünf Leitungen zur Verfügung gestellt. Mit Hilfe der optischen Kopplung kann ein Isolationswiderstand von beispielsweise 500 V bzw. 6 kV gewährleistet werden. Der MikroController dient zur Realisierung von Technologie- bzw. Steuerfunktionen, wie z. B. Treiber für
Schützspulen, thermisches Motormodell, Diagnosen, Sanftstarter und dergleichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Rückwandbusankopplung vorzuschlagen, bei der Kontaktbeschädigungen beim Anschließen eines Verbraucherabzweigs vermieden werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Busmodul zum Anschließen eines Automatisierungsgeräts an einen Rück- wandbus, über den Daten und/oder Energie transportierbar ist/sind, mit mindestens einer Busanschlusseinrichtung zum Anschluss an den Rückwandbus und mindestens einer Gerätean- schlusseinrichtung einschließlich serieller, optischer Schnittstelle zum Anschluss an das Automatisierungsgerät, wobei die Geräteanschlusseinrichtung ein Kopplungselement auf- weist, mit dem eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikationsverbindung zu dem Automatisierungsgerät herstellbar ist.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen eine entspre- chende Verbraucherabzweigvorrichtung zur Ankopplung an einen Rückwandbus mit einer Schnittstelle zur Kommunikation mit einem Rückwandbusmodul, wobei die Schnittstelle eine serielle, optische Schnittstelle ist.
Vorteilhafterweise ist durch die optische Schnittstelle keine mechanische Steckverbindung nötig. Folglich können auch Kontaktbeschädigungen vermieden werden.
Durch die optische Schnittstelle folgt eine galvanische Tren- nung zwischen einem anzuschließenden Verbraucherabzweig und dem Rückwandbusmodul an deren Verbindungsstelle. Somit bedarf es keiner galvanischen Trennung innerhalb des Verbraucherabzweigs.
Durch die optische Schnittstelle ist weiterhin die Flexibilität zur Anbindung von Verbraucherabzweigen erhöht . So können gegebenenfalls mehrere Verbraucherabzweige von einem Busmodul versorgt werden.
Da die optische Schnittstelle stets einen definierten elektrischen Abschluss darstellt, kommt es nicht zu Undefinierten Zuständen im Bussystem, wenn ein Verbraucherabzweig nicht angeschlossen ist. Insbesondere führt ein nicht gesteckter Verbraucherabzweig nicht zu einer Busunterbrechung.
Vorzugsweise umfasst das Kopplungselement zur Herstellung einer Punkt-zu-Punkt-Kommunikation einen BUS-ASIC. Damit kann sehr wirkungsvoll eine angepasste Kommunikation auf einfacher Ebene realisiert werden.
Die Geräteanschlusseinrichtung des Rückwandbusmoduls kann ferner einen Mikrocontroller aufweisen, der an das Kopplungs- element angeschlossen ist und die serielle, optische Schnittstelle steuert. Damit ist die optische Kommunikation flexibel handhabbar.
Die serielle, optische Schnittstelle kann eine UART-Schnitt- stelle umfassen. Mit dieser standardisierten Schnittstelle ist ein breites Einsatzgebiet eröffnet.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann die UART-Schnitt- stelle direkt in das Kopplungselement, insbesondere den BUS- ASIC, integriert sein, so dass auf einen separaten Mikrocon- troller verzichtet werden kann.
Die optische Schnittstelle kann ferner Halbduplex- oder Voll- duplexbetrieb ermöglichen. Somit kann je nach den individuellen Gegebenheiten eine einfachere oder komplexere Verbindung zu einem Verbraucherabzweig aufgebaut werden.
Die vorliegende Erfindung ist anhand der beigefügten Zeich- nungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 ein Blockschaltbild zu einer Rückwandbusankopplung gemäß dem Stand der Technik und FIG 2 ein Blockschaltbild einer Rückwandbusankopplung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Das in FIG 2 wiedergegebene, erfindungsgemäße Rückwandbusmodul RM2 besitzt gegenüber dem Rückwandbusmodul RMl von FIG 1 erhöhte Funktionalität. An die Anschlussleitungen AL2, die Abzweigungen von den Busleitungen BL2 darstellen, ist unmit- telbar ein BUS-ASIC BA2 in dem Rückwandbusmodul RM2 angeschlossen. Der BUS-ASIC BA2 stellt eine einfache Kommunikationsverbindung (Punkt-zu-Punkt) zu einer daran angeschlossenen optischen Schnittstelle dar, die ebenfalls im Rückwandbusmodul RM2 untergebracht ist.
Die optische Schnittstelle besteht aus einem MikroController μC2,. der seinerseits über eine integrierte UART-Schnittstelle eine Optikeinheit OE1 anspricht. Die Optikeinheit OEl ist durch eine Sendediode und einen lichtempfindlichen Empfangstransistor symbolisch angedeutet. So können beispielsweise Sendedaten TxD über eine Infrarot-Sendediode abgestrahlt und Empfangsdaten RxD über einen IR-lichtempfindlichen Transistor empfangen werden.
In einem geeigneten Abstand zu dem Rückwandbusmodul RM2 wird ein Verbraucherabzweigmodul VA2 platziert. Dieser Abstand ist so zu wählen, dass die optische Kommunikation ungehindert vonstatten gehen kann und andererseits die notwendige elektrische Isolation gegenüber Spannungen von 500 V bzw. 6 kV gewährleistet ist.
Der Verbraucherabzweig VA2 besitzt seinerseits eine Optikeinheit OE2, die ebenfalls mit einer Leuchtdiode und einem lichtempfindlichen Transistor in FIG 2 symbolisiert ist. Sie tritt mit der Optikeinheit OEl des Rückwandbusmoduls RM2 auf optischem Wege in Verbindung. Die dadurch erzielte galvani- sehe Trennung ermöglicht beispielsweise, dass der Verbraucherabzweig VA2 sicher mit einem Potential von 24 V betrieben werden kann.
Die Optikeinheit OE2 wird von einem weiteren MikroController μC3 ebenfalls über eine standardisierte UART-Schnittstelle angesteuert. Der Mikrocontroller μC3 übernimmt auch hier Technologiefunktionen wie das Treiben von Schützspulen und das Durchführen von Diagnose- oder Sanftstarterfunktionen.

Claims

Patentansprüche
1. Busmodul zum Anschließen eines Automatisierungsgeräts an einen Rückwandbus, über den Daten und/oder Energie transpor- tierbar ist/sind, mit
- mindestens einer Busanschlusseinrichtung (BL2) zum Anschluss an den Rückwandbus und
- mindestens einer Geräteanschlusseinrichtung (AL2, BA2, μC2, OEl) einschließlich serieller, optischer Schnittstelle (μC2 , OEl ) zum Anschluss an das Automatisierungsgerät, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
- die Geräteanschlusseinrichtung (AL2, BA2, μC2, OEl) ein Kopplungselement (BA2) aufweist, mit dem eine Punkt-zuPunkt-Kommunikationsverbindung zu dem Automatisierungsgerät herstellbar ist.
2. Busmodul nach Anspruch 1, wobei das Kopplungselement (BA2) einen BUS-ASIC aufweist.
3. Busmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Geräteanschlusseinrichtung (AL2, BA2, μC2, OEl) einen Mikrocontroller (μC2) aufweist, der an das Kopplungselement (BA2) angeschlossen ist und die serielle, optische Schnittstelle (μC2, OEl) ansteuert.
4. Busmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die serielle, optische Schnittstelle (μC2, OEl) eine UART- Schnittstelle umfasst.
5. Busmodul nach Anspruch 4, wobei die UART-Schnittstelle in das Kopplungselement (BA2) integriert ist.
6. Busmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Schnittstelle (μC2, OEl) Halbduplex- oder Voll- duplexbetrieb ermöglicht.
7. Verbraucherabzweigvorrichtung zur Ankopplung an einen Rückwandbus mit
- einer Schnittstelle (OE2, μC3) zur Kommunikation mit einem Busmodul (RM2), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
- die Schnittstelle (OE2, μC3) eine serielle, optische Schnittstelle ist.
8. Verbraucherabzweigvorrichtung nach Anspruch 7, die einen Mikrocontroller (μC3) aufweist, der die serielle, optische
Schnittstelle steuert.
9. Verbraucherabzweigvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die serielle, optische Schnittstelle (OE2, μC3) eine UART-Schnittstelle umfasst.
10. Verbraucherabzweigvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die optische Schnittstelle (OE2, μC3) Halb- duplex- oder Vollduplexbetrieb ermöglicht.
EP04741005A 2003-08-08 2004-07-14 Busankopplung ohne steckverbindungen für automatisierungsgeräte Withdrawn EP1652013A2 (de)

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