ES2341014T3 - Red interfaz sensor-actuador para grandes distancias. - Google Patents

Abstract

Red interfaz sensor-actuador con una pluralidad de participantes en la comunicación (6-8), los cuales se encuentran conformados como maestro o como sensores y/o actuadores y, los cuales se encuentran conectados, mediante un respectivo circuito de adaptación (13), a una línea de bus (4) y, mediante al menos un alimentador (11) conectado a la línea de bus (4) son abastecidos de energía, con lo cual se prevé una transmisión de datos entre los participantes en la comunicación (6-8), caracterizada porque, - el alimentador (11) se encuentra conectado a la línea de bus (4) mediante una unidad de desacoplamiento de datos (12), - se transmiten pulsos de tensión no diferenciados entre los participantes en la comunicación (6-8) mediante la línea de bus (4), - los pulsos de tensión enviados por el emisor mediante la línea de bus (4) son dirigidos al respectivo participante en la comunicación (6-8), a través del respectivo circuito de adaptación (13), y - estos pulsos de tensión son transformados en pulsos de corriente en el circuito de adaptación (13) y éstos se diferencian en el mismo circuito de adaptación (13) o en un alimentador de la interfaz sensor-actuador de una subred de la red conectada, conectado al circuito de adaptación (13), encontrándose de este modo, conforme a la especificación, a disposición de los participantes en la comunicación (6-8).

Description

Red interfaz sensor-actuador para grandes distancias.

La presente invención hace referencia a una red interfaz sensor-actuador (interfaz AS o AS-I) con una pluralidad de participantes en la comunicación, los cuales se encuentran conformados como maestros o como sensores y/o actuadores y, los cuales se encuentran conectados, mediante un respectivo circuito de adaptación, a una línea de bus y, mediante al menos un alimentador conectado a la línea de bus, son abastecidos de energía, con lo cual se prevé una transmisión de datos entre los participantes en la comunicación.

El concepto "interfaz" de sensor-actuador para la automatización define un sistema de una línea de bus con participantes en la comunicación conectados a la misma.

En la publicación de Werner Kriesel, Otto W. Madelung (Editor): "AS-I- la interfaz de sensor-actuador para la automatización", editorial Hansa, Munich, Viena, 1994, es descrita, en el apartado 6.3, con respecto al tema "Repetidores y ampliaciones de la red", la posibilidad de extender tales redes AS-I también a distancias mayores.

AS-I se comprende como una "interfaz", es decir como una interfaz para sensores y actuadores, los cuales se encuentran conectados a un control microprocesador.

Por este motivo, AS-I tampoco es un bus de campo, sino que ha sido concebido especialmente para el intercambio de información de sensores y actuadores con un controlador, y por ello se ubica por debajo de lo que actualmente se conoce como "la capa del bus de campo".

La parte principal de AS-I es un chip esclavo, al cual se encuentran acoplados en forma digital, y al mismo tiempo a bajo costo, los sensores y actuadores en el circuito AS-I. En cada ciclo de petición se transmiten en serie informaciones de 6 bits netos desde un maestro a cada esclavo y 4 bits de retorno. Éstas pueden ser utilizadas como datos de entrada o de salida. El circuito AS-I es, a grandes rasgos, un cable de banda plana blindado de dos conductores o un cable redondo estándar, mediante el cual son transmitidas, al mismo tiempo, señales y energía.

Las redes interfaz sensor-actuador se limitan a una extensión máxima de aproximadamente 100 m, cuando no debe instalarse ningún repetidor. La causa de tal limitación es la distorsión de la señal de transmisión, a través de reflexiones en el extremo abierto del cable, así como de oscilaciones en el cable, las cuales son accionadas por pulsos de envío. Incluso con repetidores, la extensión de la red sólo puede extenderse otros 200 m. Existen también otras posibilidades (el sensor fotoeléctrico, entre otras), las cuales, sin embargo, emplean todos los circuitos analógicos de la interfaz AS-I estándar en la interfaz.

Existe también una solución más novedosa mediante una impedancia final, la cual nos lleva al mismo solicitante (DE-GM 202004004637.7), el cual permite un alargamiento del cable sin un repetidor.

Sin embargo, también en este caso, las limitaciones físicas imposibilitan un alargamiento por encima de entre 200 m a 300 m de extensión de la red. Uno de los motivos para ello, es que la red interfaz sensor-actuador no se encuentra ajustada en forma óptima a la impedancia de la línea, es decir, que de esto último provienen reflexiones que alteran las señales de transmisión. Otro motivo es que, en el caso de participantes que se encuentren dispuestos a gran distancia del alimentador con su acoplamiento de datos, el cual conforma pulsos, la conversión de la señal de corriente en una señal de tensión ya no funciona correctamente. El motivo es la impedancia de la línea entre el participante y el alimentador, la cual ya no es insignificantemente pequeña con respecto a la impedancia del acoplamiento de datos. De este modo, la señal se distorsiona con tal intensidad, que un receptor de la interfaz sensor-actuador conforme a la especificación, ya no puede decodificarla sin errores.

En numerosas aplicaciones, por ejemplo en la técnica del transporte, sería deseable el que la interfaz sensor-actuador pueda franquear también distancias mayores, hasta de varios kilómetros. Una aplicación típica, es el control de bandas transportadoras para canteras. En este caso, la tarea consiste en controlar si cada banda del tramo de transporte se encuentra sobrecargada. Si es éste el caso, cada banda por separado, o todas, deben ser detenidas, para impedir que se produzcan daños mayores. Además, pueden ser instalados disyuntores de emergencia en distancias regulares. También en la técnica de procedimientos y de procesos, y en la automatización en edificios, deben franquearse frecuentemente distancias mayores entre cada dispositivo de campo dentro de un bus.

Otra tarea podría consistir, en conectar unas con otras varias partes de la instalación, las cuales se encuentran ubicadas a gran distancia unas de otras, y poder controlarlas mediante un dispositivo de control. La red interfaz sensor-actuador puede, de este modo, encontrarse dividida en varias subredes, las cuales se encuentren separadas físicamente, pero las que, formen un conjunto lógico.

El objeto de la presente invención es el perfeccionar la red interfaz sensor-actuador, de modo tal, que los datos en la línea de bus puedan ser transmitidos con la menor distorsión posible, también a través de distancias mayores. Dentro del marco de la invención, deben comprenderse distancias mayores como distancias de la red de más de 300 m sin un repetidor.

Este objeto se alcanzará mediante las características conformes a la reivindicación 1.

Una característica fundamental de la presente invención, es el que una nueva clase de acoplamiento de datos en dirección a la línea de bus es añadida al alimentador, y que cada participante en la comunicación se encuentra conectado a la línea de bus mediante un circuito de adaptación.

Otros perfeccionamientos de la presente invención resultan de las reivindicaciones dependientes.

Una ventaja de las medidas conformes a la invención es que, de ahora en adelante, no se producen reflexiones en la línea de bus, incluso si la longitud del bus es considerablemente mayor a 300 m. Esto reside, en primer lugar, en la óptima adaptación de las resistencias de terminación conectadas en ambos extremos de la línea de bus y, en segundo lugar, en la unidad de desacoplamiento de datos del alimentador en dirección de la línea de bus y en los circuitos de adaptación adicionales de cada participante en la comunicación en la línea de bus, los cuales son una novedad con respecto al estado de la técnica. A través de este concepto se materializa un enfoque diferente:

La unidad de desacoplamiento de datos del alimentador (fuente de tensión constante) se compone, en una conformación preferente, de dos bobinas con

una inductancia mayor a 2000 \muH sin resistencias conectadas en forma paralela.

La impedancia del acoplamiento de datos es evidentemente mayor que la impedancia de terminación de la línea de bus.

La topología de la red se limita a una estructura de líneas con ramificaciones breves.

Se prevén dos resistencias de terminación en ambos extremos de la línea de bus de alrededor de 120 ohmios respectivamente (en serie, con una capacidad de bloqueo de la tensión continua de aproximadamente de 500 nF). Las resistencias son escogidas de modo tal en cuanto a su tamaño, que aíslen la línea de bus en forma óptima y supriman completamente las reflexiones.

Entre la red y los participantes en la comunicación (es decir, maestros, esclavos, monitor de seguridad, comprobadores de diagnóstico y similares) son intercalados los circuitos de adaptación conformes a la invención o es modificado el circuito receptor del esclavo.

La señal en la línea de bus se encuentra siempre también a la misma distancia con respecto a los participantes en la comunicación colocados en la línea de bus, y es independiente del participante en la comunicación emisor y receptor en la línea de bus.

La transmisión de los datos lleva, en cada punto de la línea, a una sucesión de variaciones de tensión, las cuales pueden ser fácilmente evaluadas por un receptor, el cual se encuentra conectado al circuito de adaptación. Estos pulsos no corresponden a los pulsos de tensión definidos en la especificación de la interfaz sensor-actuador, sino fundamentalmente a su integral.

Los pulsos de tensión recibidos son transportados en el mismo circuito de adaptación o en el alimentador conectado al circuito de adaptación de acuerdo a la forma prevista por la especificación de la interfaz sensor-actuador. El receptor transforma los pulsos de tensión detectados en el circuito de adaptación en pulsos de corriente. Éstos se diferencian en el mismo circuito de adaptación o en el alimentador de la interfaz sensor-actuador de la subred de la red conectada, encontrándose de este modo, conforme a la especificación, a disposición de los participantes en la comunica-
ción.

A un circuito de adaptación puede conectarse no sólo un participante en la interfaz sensor-actuador (maestro, esclavo, monitor de seguridad, comprobador de diagnóstico y similares), sino también un grupo de participantes de la interfaz sensor-actuador. En cada punto de conexión puede instalarse una subred de la interfaz sensor-actuador. Naturalmente, la corriente continua proporcionada por el circuito de adaptación debe ser suficiente para abastecer con energía eléctrica a todos los participantes conectados. En forma alternativa es también posible modificar al receptor del participante en la comunicación de modo tal, que él decodifique los pulsos directamente. De esta forma, el circuito de adaptación puede ser suprimido.

La duración típica de un pulso en la línea se ubica en 0,6 Ps (picosegundos)/100 m. El valor máximo posible en los datos de cable específicos se ubica aproximadamente en 1 Ps/100 m. La especificación de la interfaz sensor-actuador prevé actualmente que el maestro tolere incluso un tiempo de pausa máximo de 61 Ps. De estos 61 Ps, 30 Ps como máximo corresponden al tiempo de reacción, de modo que restan 31 Ps para la duración en la línea y eventualmente tiempos de retardo de repetidores intercalados. De allí resulta una limitación de la extensión de la red de por lo general 2,5 km, cuando el maestro se encuentra dispuesto en un extremo de la línea y, de por lo general 5 km, cuando el maestro se encuentra dispuesto en el centro de la línea. Bajo las peores condiciones resultaría una limitación de 1,5 km como distancia máxima entre un esclavo y el maestro. Los repetidores causarían tiempos de retardo adicionales, su empleo conduciría a una reducción de las distancias máximas alcanzables.

En principio, son franqueables incluso distancias mayores, cuando el tiempo de pausa en el maestro es correspondientemente prolongado. Los límites físicos del procedimiento de transmisión aquí descrito sólo se determinan a través de la atenuación de los pulsos enviados a lo largo de la línea y de las caídas de tensión de la corriente continua durante el abastecimiento de los participantes.

El mensaje de la interfaz sensor-actuador, cuya tensión en el punto del emisor asciende a aproximadamente 4,6 Vss (tensión negativa de alimentación), se atenúa por kilómetro de la longitud de la línea alrededor de un 10%. Después de 2 km, la tensión asciende todavía a aproximadamente 3,7 Vss. Dado el caso, esta atenuación de la señal debe ser tenida en cuenta al extender el circuito de adaptación. Por ejemplo, ésta puede compensarse a través de un circuito de regulación apropiado.

Las ventajas más importantes de la interfaz sensor-actuador se mantienen:

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todos los componentes estándar (a excepción de los repetidores) pueden seguir siendo utilizados como hasta el momento. Sólo debe ser intercalado un circuito de adaptación conforme a la invención.

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cada componente del sistema de la interfaz sensor-actuador puede ser conectado en cualquier punto de la red. Para ello el cable no debe ser abierto mediante una separación.

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el abastecimiento de energía del esclavo y la comunicación entre el maestro y el esclavo tiene lugar en las mismas dos líneas.

El tiempo de ciclo de la interfaz sensor-actuador se mantiene también dentro del marco especificado; no es más prolongado, tal como si estuviera en una configuración estándar con dos repetidores conectados en serie.

El abastecimiento de tensión de la red en su totalidad tiene lugar mediante la línea de bus. El alimentador proporciona una tensión de abastecimiento de, por ejemplo, 30 V de corriente continua en la red. Al alimentador se encuentra conectada aguas arriba una unidad de desacoplamiento de datos, la cual está compuesta por dos inductividades de aproximadamente 2000 a 5000 \muH respectivamente. Para un mejor apoyo de la corriente continua pueden también preverse, de acuerdo a la necesidad, varios de estos alimentadores con unidad de desacoplamiento de datos a lo largo de la línea. Al extender apropiadamente el circuito de adaptación, son también posibles otras tensiones (más elevadas), para compensar, así como reducir, la caída de tensión a lo largo de la línea.

El circuito de adaptación presenta los siguientes componentes:

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una conexión a la red de hasta 4 km de largo y una conexión para el participante de la interfaz sensor-actuador

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un abastecimiento de corriente continua de los participantes de la interfaz sensor-actuador conectados (opcional)

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una unidad de desacoplamiento de datos de la interfaz sensor-actuador, compuesta por un circuito inductor de 50 \muH paralelamente a 39 ohmnios (opcional)

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una conexión, la cual transmite los pulsos de tensión transmitidos en la red en pulsos de corriente en el lado del participante de la interfaz sensor-actuador y,

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una conexión, la cual transmite los pulsos de corriente generados en una relación 1:1 con respecto a los pulsos de corriente del lado de la red.

El circuito de adaptación puede ejecutarse también, si fuera necesario, con una separación galvánica con respecto a la red. En lugar del abastecimiento simple de corriente continua del participante conectado de la interfaz sensor-actuador, se utiliza un convertidor DC/DC con separación galvánica. Los convertidores de tensión en corriente pueden, por ejemplo, realizarse con una separación galvánica, con la ayuda de un transformador o de un optoacoplador que opere en forma análoga.

Puesto que la línea larga del bus es relativamente insensible con respecto a la carga capacitiva, pueden preverse -en caso necesario- dispositivos protectores de sobretensiones de uso corriente, cuando se presente una capacidad de <5 nF. Sólo se producirían reflexiones no deseadas al tratarse de capacidades aún mayores, en los lugares donde se ha instalado el dispositivo protector de sobretensiones.

En otra conformación de la presente invención, pueden conectarse también unas a otras, dos o varias subredes de la interfaz sensor-actuador y los circuitos de adaptación, mediante la línea anteriormente descrita. Esta solución reemplaza al repetidor de la interfaz utilizado hasta el momento, y permite disponer las subredes a una distancia de varios kilómetros entre una y otra.

Ambas variantes se diferencian a través de la clase de abastecimiento de tensión de los participantes. Obviamente, pueden realizarse también otras configuraciones, en las cuales, de acuerdo a las necesidades, pueden aplicarse ambas variantes en una misma red.

En otra conformación de la presente invención es posible reunir al maestro, al esclavo o a los demás componentes y al circuito de adaptación e integrarlos en una carcasa.

En otra conformación de la presente invención puede también reemplazarse la línea de bus de hasta 4 km también a través de otros medios.

Éstos pueden ser, por ejemplo, barras de toma de corriente o líneas aéreas. Es también posible, en forma alternativa, el empleo de cables de fibra óptica o radioenlaces.

Particularmente ventajosa es la utilización de la red interfaz AS en zonas donde se presentan riesgos de explosión, en las cuales pueden presentarse elevados requerimientos para la protección de posibles explosiones. Precisamente para la automatización de procesos, se presentan frecuentemente nuevas áreas, en las cuales, a partir de polvo, gas, vapor o niebla puede originarse una atmósfera potencialmente explosiva.

A continuación, la presente invención es explicada en detalle mediante dibujos que representan diferentes formas de ejecución. De este modo, de los dibujos y de su descripción resultan otras características fundamentales de la invención, así como sus ventajas.

Los dibujos muestran:

Figura 1: un diagrama temporal de tensión de una sucesión de pulsos en el maestro, el cual se ubica junto al alimentador en el mismo lugar (estado de la técnica),

Figura 2: una sucesión de pulsos de tensión en un participante en la comunicación, situado a distancia del alimentador, mediante una longitud de la línea de 300 m (estado de la técnica),

Figura 3: una forma de ejecución de una red interfaz sensor-actuador conforme a la invención,

Figura 4: un circuito de adaptación conforme a la figura 3,

Figura 5: un diagrama temporal del pulso de tensión del tráfico de datos entre el maestro y un esclavo, el cual se encuentra dispuesto a 600 m de distancia,

Figura 6: una segunda forma de ejecución de una red AS-I en comparación con la figura 3,

Figura 7: una segunda forma de ejecución de un circuito de adaptación y

Figura 8: una forma de ejecución de un circuito de adaptación para zonas donde se presenta un riesgo de explosión.

Las figuras 1 y 2 describen una disposición conforme al estado de la técnica, con lo cual, en la parte inferior de la figura 2 se representa en forma esquematizada la instalación de medición.

Los pulsos de tensión son generados por un maestro 10, con lo cual el maestro se encuentra conectado directamente a un alimentador 11. Mediante una línea de bus 4, a una distancia de aproximadamente 300 m, un esclavo 9 se encuentra conectado a una línea de bus 4, con lo cual, de acuerdo al estado de la técnica, sólo se encuentra presente una única resistencia de terminación 5.

La sucesión de pulsos de tensión 1, enviada por el maestro en dirección al esclavo, presenta la conformación representada en la figura 1 y se compone de pulsos de tensión relativamente abruptos, dado que se producen a través de la diferenciación en el alimentador 11.

El esclavo 9 responde con una curva de pulso de tensión correspondiente, tal como se representa en la figura 1.

Sin embargo, si el esclavo se encuentra dispuesto en la línea de bus 4, alejado del maestro a una distancia de 300 m, los pulsos de tensión enviados por el maestro, al llegar al esclavo 9, conducen a pulsos de tensión 1 retardados en cuanto a su duración, tal como resulta de la comparación en la abscisa de las figuras 1 y 2.

El esclavo recibe estos pulsos de tensión 1 retardados en cuanto a su duración y responde con una sucesión distorsionada de pulsos de tensión 3, tal como se representa en la figura 2.

Después de que el esclavo 9 envía una sucesión distorsionada de pulsos de tensión 3 en la línea de bus, esta respuesta del esclavo no puede ya ser comprendida por todos los participantes en la comunicación. Por este motivo, la red no opera ya en forma segura.

En este caso, la presente invención, de acuerdo a la forma prevista en una primera forma de ejecución conforme a la figura 3 de acuerdo a la invención, sugiere que el alimentador 11 se encuentre conectado a una línea de bus 4 mediante una unidad de desacoplamiento de datos 12.

Los participantes en la comunicación 6, 7, 8 pueden ser muy diferentes unos de otros.

De este modo, el participante en la comunicación 6, por ejemplo, se compone de un maestro 10, mientras que el participante en la comunicación 7 se compone de un esclavo 9 y el participante en la comunicación 8 de dos esclavos 9 conectados en forma paralela.

Asimismo, pueden definirse participantes adicionales de la comunicación, con lo cual, por ejemplo, se encuentra presente un monitor de seguridad 15 y un participante adicional en la comunicación se compone de un comprobador de diagnóstico 16.

De acuerdo con la invención, es importante que cada participante en la comunicación 6, 7, 8 se encuentre conectado a un circuito de adaptación 13 en la línea de bus 4.

Esto significa una transmisión de datos completamente distinta en la línea de bus, en comparación con la explicada en la figura 5.

En la parte inferior de la figura 5 se representa la instalación de medición.

De este modo -en forma correspondiente al esquema de conexiones en la figura 3- se representa esquemáticamente la línea de bus conectada a través de dos resistencias de terminación 5 dispuestas respectivamente en un extremo y, en algún punto de la línea de bus 4, se encuentra dispuesto un alimentador 11, con lo cual, conforme a la invención, ya no llega hasta el lugar del alimentador, porque éste se desacopla de la línea de bus 4 mediante la unidad de desacoplamiento de datos 12 conforme a la invención.

Por este motivo, tiene lugar un tráfico de datos completamente diferente entre el maestro 10 y el esclavo 9, dispuesto en forma alejada, a una distancia de 2000 m.

El diagrama superior en la figura 5 muestra un pulso de tensión 29, el cual es provocado por un maestro 10 y la respuesta del pulso de tensión 32 correspondiente de un esclavo 9, el cual se ubica alejado a 600 m.

Esta medición del diagrama superior ha sido efectuada en el lugar del maestro 10.

El diagrama de tensión en la figura 5 muestra que la sucesión de pulsos, la cual es enviada por el maestro, sólo se encuentra retardada en cuanto a su duración en una distancia de 600 m, pero no se encuentra distorsionada.

El esclavo devuelve al maestro 10 una señal no distorsionada, la cual no se encuentra distorsionada, no presenta armónicos ni picos de sobretensión. El esclavo envía una señal no distorsionada en dirección del maestro 10, en forma esencialmente independiente de la longitud de línea de la línea de bus 4.

Esto se logra a través de un novedoso tráfico de datos en la línea, es decir, a través de los nuevos circuitos de adaptación 13, los cuales se agregan a los participantes en la comunicación 6-8.

El circuito de adaptación 13 se encuentra acoplado a la línea de bus 4 y, en primer lugar, lleva a cabo una conversión de tensión en corriente en dirección de los participantes en la comunicación 9, 10.

En la dirección opuesta se lleva a cabo nuevamente -cuando lo envía el participante en la comunicación- una conversión de tensión a corriente y se acoplan a la línea de bus 4 los pulsos así convertidos.

Mediante el acoplamiento 17, cada participante en la comunicación 6-8 es conectado a la línea de bus 4.

De este acoplamiento 17 se ramifica otro acoplamiento 21, con lo cual tiene lugar en la parte superior de este acoplamiento 21 la así llamada conversión de tensión a corriente 19, la cual es derivada, mediante la línea doble 26, a la entrada del maestro 10, del esclavo 9 o de otro participante en la comunicación 15, 16.

Para garantizar nuevamente un abastecimiento de corriente de los respectivos participantes en la comunicación, se prevé un abastecimiento de corriente adicional, el cual alcanza el circuito de adaptación 13. Para ello se prevé un convertidor de corriente continua 18, detrás del cual, con un condensador 23 y un circuito paralelo inductor 24, se efectúa la diferenciación de los pulsos de corriente, la cual -de acuerdo al estado de la técnica- tiene lugar previamente en el alimentador.

De este modo, conforme a la invención, una función, la cual anteriormente era materializada en el alimentador, de acuerdo al estado de la técnica, es trasladada al circuito de adaptación, el cual es agregado a cada participante en la comunicación.

En dirección de los participantes en la comunicación en la línea de bus, es efectuada una conversión de tensión a corriente, mediante una línea doble 25, con lo cual el pulso de corriente generado por el participante en la comunicación es transformado en pulsos de tensión mediante la resistencia 28 y, mediante el convertidor de tensión a corriente 20, es transformado en pulsos de corriente.

También debe señalarse que, conforme a la invención, se prevé que aun el circuito de adaptación 13 se encuentre también integrado en forma directa a los participantes en la comunicación. No se requiere, por lo tanto, ninguna disposición separada del circuito de adaptación. Los así llamados participantes en la comunicación, como por ejemplo un esclavo 9, un maestro 10, un monitor de seguridad 15 o un comprobador de diagnóstico 16 pueden contener en sí mismos el circuito de adaptación conforme a la invención. Esto se reduce a una exposición alternativa del receptor, el cual se encuentra instalado de modo tal, que decodifica directamente los pulsos, los cuales se encuentran presentes en la línea.

Las figuras 6 y 7 muestran otros ejemplos de ejecución de redes del bus más complejas, donde puede observarse cómo ambos participantes en la comunicación 6a, 7a, pueden también ser conformados de un modo más complejo.

El participante en la comunicación 6a se encuentra compuesto, a modo de ejemplo, por dos esclavos 9, los cuales son controlados por un maestro 10 común, con lo cual, para este caso, debe preverse aún un alimentador adicional 31. Este alimentador 31 se trata de un alimentador de la interfaz sensor-actuador estándar, tal como figura en el estado de la técnica.

También para estos participantes complejos en la comunicación 6a, 7a, los cuales entre sí dirigen líneas del bus propias 4a, se requiere un circuito de adaptación 14, tal como se representa en detalle en la figura 7.

La figura 7 muestra, partiendo del acoplamiento 17, mediante el acoplamiento 21, que se encuentran presentes dos convertidores opuestos 19, 20, los cuales, sin embargo, en este ejemplo de ejecución, presentan una separación galvánica 27 entre los convertidores 19, 20, para posibilitar un desacoplamiento galvánico completo de los respectivos participantes en la comunicación 6a, 8a, de la línea de bus 4.

La base de esta medida es que se emplea un alimentador 31 propio para cada participante en la comunicación 6a, 8a, y a causa de esto, puede renunciarse a un abastecimiento por separado del alimentador, tal como tiene lugar en un alimentador central en la figura 4.

La presente invención no se restringe a que en un circuito de adaptación conforme a la invención se encuentre presente un convertidor de tensión a corriente y, en forma inversa, un convertidor de corriente a tensión. En otra conformación puede preverse, que dos circuitos de adaptación 13, 14 conformes a la invención, se integren directamente en el esclavo 9. En este caso, el algoritmo de decodificación, el cual era usual hasta el momento en la interfaz AS (véanse figuras 1 y 2), es reformado de modo tal, que puede decodificar y reconocer directamente los pulsos de tensión de acuerdo a la figura 5.

De esta manera se presenta claramente, que no sólo se trata de la conformación de los circuitos de adaptación 13, 14, sino que lo esencial de la presente invención reside en que tiene lugar un novedoso tráfico de datos en la línea de bus 4. Esto se debe a que ya no se transmiten pulsos diferenciados desde el alimentador mediante la línea de bus, sino que se renuncia a la diferenciación de los pulsos de tensión, y en su lugar, son transmitidos sin dificultad pulsos de tensión no diferenciados. El gasto adicional, con respecto a circuitos de adaptación 13, 14 se ve justificado, ya que no serán utilizadas líneas del bus fundamentalmente largas.

En conclusión, no se requiere ningún gasto adicional, puesto que los circuitos de adaptación pueden ser integrados directamente en el maestro 10 y el esclavo 9, lo cual se asocia a una modificación de las conexiones AS-IC existentes.

De acuerdo a esto, sólo se modifica el algoritmo de recepción en el receptor esclavo.

El desacoplamiento de datos 12 previsto en el alimentador 11 en dirección a la línea de bus 4 no debe necesariamente estar dispuesto en forma separada del alimentador 11. Puede, obviamente, ser integrado al alimentador. En una forma de ejecución simple, la unidad de desacoplamiento de datos está compuesta por dos inductividades, de las cuales una se ubica en una ruta positiva y la otra en una ruta negativa.

Naturalmente, es también posible imitar las dos inductividades mencionadas, de modo que pueda renunciarse al empleo de bobinas.

En la figura 8 se representa otra forma de ejecución conforme a la invención. En forma conjunta con el esclavo que se encuentra a continuación del circuito de adaptación, este circuito de adaptación es adecuado en particular para zonas que presentan un riesgo de explosión.

Precisamente en la automatización de procesos, en dichas áreas que presentan riesgos de explosión, se encuentran reiteradamente partes de redes interfaz AS, en particular sus medios de accionamiento eléctricos, como por ejemplo los esclavos con los sensores, actuadores o dispositivos de campo. En estas áreas, conocidas como zonas Ex, se encuentran con frecuencia polvo, gases o vapores, los cuales a través de chispas eléctricas de los medios de accionamiento allí presentes, podrían conducir involuntariamente a una explosión.

La norma EN 50014 contiene a este respecto determinaciones generales para el tipo de montaje y evaluación de estos medios de accionamiento eléctricos, los cuales son determinados para dichas áreas que presentan riesgos de explosión. Redes de interfaz AS para la instalación mixta, es decir, áreas con zonas Ex y zonas no Ex, deben ser colocadas, por ejemplo, conforme al tipo de protección contra ignición El tipo de protección contra ignición Ex (de elevada seguridad), el cual se encuentra determinado a través de la norma EN 50012 exige medidas adicionales para evitar chispas de ignición. Para los esclavos realizados conforme al tipo de protección contra ignición Ex-d (encapsulamiento seguro de presión), de acuerdo a la norma EN 50018, se prevén barreras Zener adicionales para una alimentación segura. La presente invención puede, sin embargo, emplearse también de acuerdo a otros tipos de protección contra ignición, como por ejemplo la seguridad intrínseca, conforme a EN 50020.

En las redes de interfaz AS conocidas por el estado de la técnica, se debían, hasta el momento, prever medidas adicionales, como por ejemplo tubos metálicos para blindaje, para cumplir con el tipo de protección contra ignición.

Dado que, en la red de Interfaz AS conformada de acuerdo a la invención, la diferenciación de las señales de comunicación transmitidas mediante el bus ya no se efectúa en el alimentador, sino en el circuito de adaptación, es decir, en el lugar del esclavo, pueden observarse todas las condiciones exigidas para el tipo de protección contra ignición requerido sin el empleo de medidas de blindaje adicionales.

La forma de ejecución representada en la figura 8 es en gran parte idéntica a la forma de ejecución del circuito de adaptación 13 representada en la figura 4. Junto a los circuitos paralelos inductores 240 se prevén, a modo de complemento, diodos 180, mediante los cuales el circuito de adaptación 13 se encuentra conectado en forma segura a la alimentación 40. La red conectada al circuito de adaptación para una alimentación segura en el lugar 210, se encuentra dispuesta espacialmente, en forma preferente, del mismo modo que la línea de bus y abastece a los diferentes esclavos 9 de la red de interfaz AS con la tensión necesaria. La "alimentación segura" propiamente dicha (no representada aquí en detalle) se encuentra en la zona no Ex, tal como el maestro 6 y el alimentador 11 representados en la figura 3, mientras que los esclavos 9 por separado pueden también hallarse en zonas Ex, pero también en zonas no Ex.

A través de la red de interfaz AS conforme a la invención pueden cumplirse todos los requisitos para una red compleja en la automatización de procesos, en los cuales se observan, entre otros, los tipos de protección contra ignición y, al mismo tiempo, deben franquearse grandes extensiones. De esta manera, las líneas del bus pueden accionarse para la comunicación entre el maestro y los esclavos, con tensiones, por ejemplo, ubicadas por debajo de +/- 4,2 V, tal como se conoce a través de buses de campo, como por ejemplo, Profibus. Además, la línea de bus presenta una separación galvánica con respecto al abastecimiento de energía. A partir de este momento, puede efectuarse el abastecimiento de energía del esclavo mediante una alimentación segura con tensiones, por ejemplo, ubicadas por debajo de 15 V. A través de tensiones menores y de captaciones menores de energía, no deben ser previstos blindajes adicionales en la red de interfaz AS, lo que simplifica en gran medida la instalación.

De este modo, mediante la presente invención, puede cubrirse también el área de la automatización de procesos, donde frecuentemente se encuentran zonas Ex. Si la instalación en su totalidad es ejecutada, en forma preferente, de acuerdo al tipo de protección contra ignición, pueden entonces tener lugar operaciones de transformación o la ampliación de los buses, así como también el intercambio de componentes bajo las condiciones Ex, lo cual simplifica la instalación, reduciendo así los costes.

Claims (9)

1. Red interfaz sensor-actuador con una pluralidad de participantes en la comunicación (6-8), los cuales se encuentran conformados como maestro o como sensores y/o actuadores y, los cuales se encuentran conectados, mediante un respectivo circuito de adaptación (13), a una línea de bus (4) y, mediante al menos un alimentador (11) conectado a la línea de bus (4) son abastecidos de energía, con lo cual se prevé una transmisión de datos entre los participantes en la comunicación (6-8), caracterizada porque,

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el alimentador (11) se encuentra conectado a la línea de bus (4) mediante una unidad de desacoplamiento de datos (12),

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se transmiten pulsos de tensión no diferenciados entre los participantes en la comunicación (6-8) mediante la línea de bus (4),

-

los pulsos de tensión enviados por el emisor mediante la línea de bus (4) son dirigidos al respectivo participante en la comunicación (6-8), a través del respectivo circuito de adaptación (13), y

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estos pulsos de tensión son transformados en pulsos de corriente en el circuito de adaptación (13) y éstos se diferencian en el mismo circuito de adaptación (13) o en un alimentador de la interfaz sensor-actuador de una subred de la red conectada, conectado al circuito de adaptación (13), encontrándose de este modo, conforme a la especificación, a disposición de los participantes en la comunicación (6-8).

2. Red interfaz sensor-actuador conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque, la transmisión de datos en cada punto de la línea conduce a una serie de variaciones de tensión, las cuales son evaluadas por el receptor, el cual se encuentra conectado al circuito de adaptación (13) y porque, los pulsos de tensión transmitidos son directamente proporcionales a los pulsos de corriente enviados.

3. Red interfaz sensor-actuador conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque, una unidad de desacoplamiento de datos (12) se encuentra conectada aguas arriba del alimentador (11), dicha unidad de desacoplamiento se encuentra constituida por dos inductancias, cada una de alrededor de 2000 a 5000 \muH.

4. Red interfaz sensor-actuador conforme a una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque, el circuito de adaptación (13) presenta una separación galvánica con respecto a la red.

5. Red interfaz sensor-actuador conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque dos o varias subredes de la interfaz sensor-actuador se encuentran conectadas unas a otras a través de circuitos de adaptación.

6. Red interfaz sensor-actuador conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque, el circuito de adaptación (13) se encuentra acoplado a la línea de bus (4) y efectúa una conversión de tensión a corriente en dirección del participante en la comunicación (9-10), así como efectúa una conversión de tensión a corriente, cuando el participante en la comunicación (9-10) envía y acopla los pulsos así transformados a la línea de bus (4).

7. Red interfaz sensor-actuador conforme a una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque, es previsto un abastecimiento de energía, el cual actúa a través del circuito de adaptación (13) y porque, se encuentra presente un conversor DC (18), detrás del cual se lleva a cabo una diferenciación de los pulsos de corriente mediante un condensador (23) y un circuito paralelo inductor (24).

8. Red interfaz sensor-actuador conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque, el circuito de adaptación (13) se encuentra integrado directamente en el participante en la comunicación (6-8).

9. Utilización de la red interfaz sensor-actuador conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8 en zonas donde se presentan riesgos de explosión, en especial en la automatización de procesos.