JPH09232999A - フィールドバスによる信号伝送装置 - Google Patents

フィールドバスによる信号伝送装置

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JPH09232999A
JPH09232999A JP8281012A JP28101296A JPH09232999A JP H09232999 A JPH09232999 A JP H09232999A JP 8281012 A JP8281012 A JP 8281012A JP 28101296 A JP28101296 A JP 28101296A JP H09232999 A JPH09232999 A JP H09232999A
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Heinrich Hansemann
ハインリッヒ・ハンゼマン
Herbert Laupichler
ヘルベルト・ラウピッヒラー
Jan-Hermann Mueller
ヘルマン・ミユーラー ヤーン−
Joachim-Christian Dr Politt
ヨハヒム−クリステイアン・ポリット
Guenter Schmitz
ギユンター・シユミット
Hoger Schroeter
ホルガー・シユレーター
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Gestra AG
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 例えばボイラー室の設備の計測・監視系で
は、従来、温度・圧力・液体状態などを監視する各々の
信号変換器が別々のケーブルで信号受信器に接続され、
ケーブル配線が大きなコスト要因となっていた。 【解決手段】 信号の伝送をフィールドバス導線で行う
ようにする。導体系の４つの電気導線１６〜１９のうち
１８，１９がフィールドバス導線であり、１６，１７が
電源用の電力導線である。信号変換器１，２，および
３，４は、それぞれフィールドバス導線にフィールドバ
ス制御装置８および１０を介して接続し、また電圧変換
器９および１５を介して電力導線に接続する。導体系の
両端にはそれぞれ抵抗２０〜２２が接続され、波動イン
ピーダンスを整合させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、少なくとも一つ
の信号変換器と少なくとも一つの信号受信器の信号の伝
送および電力の供給に対する導体系を備えた、前記信号
変換器と前記信号受信器の間で信号を伝送する装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】例えばボイラー室の技術的な設備の計測
・監視系では、今まで変換器（信号変換器）の各々が別
々のケーブルで付属する評価装置（信号受信器）に接続
していた。例えば、温度監視、圧力監視、最小液体状態
の安全監視、最大液体状態の安全監視、実際の液体状態
の検出に対してしばしば必要となる多数の信号変換器は
多くのケーブル配線が行われる。特に、信号変換器と信
号受信器の間の距離が長い場合、例えば信号受信器が遠
くに離れたコントロールセンターに配置されているな
ら、ケーブル配線は大きなコスト要因となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、ケ
ーブル配線のコストが少ない、冒頭に述べた種類の装置
を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、冒頭に述べた種類の装置にあって、各信号変換
器１，２と各信号受信器３，４が一つのフィールドバス
制御装置８，１０を有し、導体系が４つの電気導線１６
〜１９を有し、そのうちの２つの導線１８，１９が信号
の伝送用のフィールドバス導線であり、残りの二つの導
線１６，１７が電源用の電力導線を形成し、各信号変換
器１，２と各信号受信器３，４が一つのフィールドバス
制御装置８，１０を介してフィールドバス導線１８，１
９に接続し、各信号変換器１，２と各信号受信器３，４
が電力導線１６，１７に接続し、そして、導体系の両端
で、フィールドバス導線の二つの導線１８，１９の間に
第一抵抗２０を、フィールドバス導線の一方の導線１８
と電力導線の一方の導線１６の間に第二抵抗２１を、そ
してフィールドバス導線の他方の導線１９と電力導線の
他方の導線１７の間に第二抵抗２２を接続し、抵抗２０
〜２２の抵抗値がフィールドバス導線１８，１９の波動
インピーダンスに一致している、ことにより解決されて
いる。
【０００５】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】この発明の装置によれば、信号変
換器と信号受信器の間の信号の伝送は２芯線フィールド
バス導線を介して行われる。その場合、信号変換器と信
号受信器のフィールドバス制御装置は、信号の相互の擾
乱あるいは影響を抑制するような信号伝送を行ってい
る。信号伝送は必ずしも信号変換器と信号受信器の間で
のみ行う必要はない。一つの信号変換器の信号を、例え
ば多数の信号受信器でも受け取り、利用することができ
る。そこでは、フィールドバス制御装置は多種の組み合
わせを可能にする。フィールドバス導線に加えて、導線
系には電源電圧を導く２芯線の電力導線が敷設され、導
線系の両端には端末がある。従って、フィールド導線の
両端には同じ電位の電圧が印加されているので、遷移電
流が流れることがなく電力消費は少ない。同時に、信号
伝送時にフィールドバスの電圧と定常状態での電圧の間
に大きな相違があると、所謂大きな雑音比（著しいＳ／
Ｎ比の低下）となる。同じ電位である限り、電磁ビーム
に対する乱感度は極度に小さい。全ての信号変換器と受
信器を共通の電力導線で結線すると電源供給の多種の可
能性が生じる。その場合、何れにしても、接続されてい
る全ての信号変換器や受信器に同じ電源電圧が印加する
だけでなく、これ等の信号変換器や受信器が全て同じ電
位になっていることを保証する。
【０００７】変換器を信号変換器として使用するため
に、請求項２の構成は、特に変換器が装置に「分散」さ
せて配置している場合、つまり非常に異なった位置に配
置している場合、有利である。変換器に乱れがある場
合、乱れはエネルギ源を持っていないので、中心位置か
ら電源までの電力導電に対して簡単に電源を落とすこと
ができる。新たに動作させた後には、変換器の計算ユニ
ットは再びソフトウェヤで規定されている基本状態から
スタートし、信号データの変質は生じない。
【０００８】変換器と信号受信器の電源は、例えば必要
な電力を電力導線に供給するただ一つの中心回路網装置
により行われる。請求項３によれば、一つまたはそれ以
上の信号受信器も電力ユニットを有し、必要な電力を供
給する。電力導線はその都度必要に応じて簡単に信号受
信器や変換器により整合される。請求項４に設けた CAN
フィールドバスは乱れに強いことに特徴がある。何故な
ら、このフィールドバスは差動伝送信号で動作している
からである。一つの伝送信号の二つの二進状態はフィー
ルドバスの正と負の電圧で表され、信号の認識には電圧
の極性が決定的である。電圧変動は乱れの影響が全くな
い。
【０００９】請求項５の構成は外部からの電磁的な照射
に対してフィールドバスが特に鈍感であることを提示す
る。
【００１０】
【実施例】以下、添付図面に示す実施例に基づき、この
発明をより詳しく説明する。産業設備、例えばボイラー
室（図示せず）の物理量を監視するためには、信号変換
器として末端に配置された二つの変換器１，２が、また
信号受信器として中央に配置された二つの評価装置３，
４がある。
【００１１】変換器１，２は、監視すべき物理量（例え
ば、充填度、温度、圧力）を検出するそれぞれ一つのセ
ンサを有する。このセンサ５は計算ユニット７に接続す
る整合装置６に接続している。計算ユニット７もフィー
ルドバス制御装置８に接続している。電圧変換器９はそ
れぞれ運転に必要な直流電圧を供給するため設けてあ
る。各評価装置３，４は、一つのフィールドバス制御装
置１０と、この制御装置に接続し、出力リレー１２を制
御する一つの計算ユニット１１とそれぞれを有する。更
に、どの評価装置３，４にも、共通の電流網１３に接続
するエネルギ源としての電源部１４があり、運転に必要
な直流電圧の電源に対する前記電源部に接続する電圧変
換器１５とが設けてある。
【００１２】更に、電気導線系としては、４本の導線１
６〜１９を有するケーブルが設けてある。この導線のう
ちの二つの導線１６と１７が電力導体である。他の二つ
の導線１８と１９は互いに撚り合わせてあり、フィール
ドバス導体を形成する。導体系の両端には、分圧器のタ
イプであるそれぞれ三つの抵抗２０〜２２が接続してい
る。第一の抵抗２０はフィールドバス導体の二つの導線
１８と１９の両端の間に接続されている。第二の抵抗２
１はフィールドバス導体の第一導線１８の端部と電力導
体の第一導線１６の端部の間に、そして第三の抵抗２２
はフィールドバス導体の第二導線と電源導体の第二導線
との間に接続されている。抵抗２０〜２２の全抵抗値は
フィールドバス導線１８，１９の波動インピーダンスに
一致している。変換器１，２と評価装置３，４のフィー
ルドバス制御装置３，４は CAN-BUS（CAN ; 制御器領域
回路網、 Controller-Area-Network, 例えば ISO 11898
参照）として構成され、フィールドバス導線１８，１９
に接続している。電力導線１６，１７には、二つの評価
装置３，４の電源部１４や二つの変換器１，２の電圧変
換器９も接続している。
【００１３】動作状態では、共通の電流網１３の交流電
圧、例えば 230ボルトが電源部１４に印加し、この電源
部はそれ故に直流供給電圧、例えば 24 ボルトを発生す
る。この電圧は評価装置３，４内で電圧変換器１５によ
りそこで必要な動作電圧、例えば 5ボルトに変換され
る。電源部１４は電力導線１６，１７にも電源を供給す
る。これ等の電力導線から変換器１，２の電圧変換器９
に達し、この変換器が前記の電圧をそこで必要とする動
作電圧に変換する。
【００１４】変換器１，２のセンサ５は監視すべき物理
量に相当する電気信号を整合装置６に送り、この整合装
置６はそれに基づき計算ユニット７に適した信号を、例
えば増幅部、限流器およびアナログ・デジタル変換器に
より形成する。計算ユニット７はフィールドバス制御装
置８と整合装置６の間の交信を制御し、到来した信号を
伝送に適したデータフォーマットに変換する。フィール
ドバス制御装置８では、信号データをまとめて CANバス
信号にし、この信号はそこからフィールドバス導線１
８，１９に達する。フィールドバス制御装置８，１０
は、接続されている多数の変換器１，２および評価装置
３，４にも係わらず、信号の伝送時に相互の乱れや影響
が生じないように、２芯線のフィールド導線１８，１９
による信号伝送を規定する。それぞれ変換器１または２
に付属する評価装置３または４のフィールドバス制御装
置１０はフィールドバス導線１８，１９に存在する CAN
バス信号を受け取り、そこに含まれている信号データを
計算ユニット１１に渡し、この計算ユニット内では、評
価、例えば実測値と目標値の比較が行われる。これに基
づき、必要であれば、計算ユニット１１が制御パルスを
出力リレー１２に与えるので、出力リレーに接続する装
置、例えば警報装置、バーナー、ポンプ、調整弁が制御
される。
【００１５】共通の電力導線１６，１７および両端での
抵抗２０〜２２による導線端末処理により、電源電圧が
変換器１，２および評価装置３，４に同じ電位が印加す
る。フィールドバス導線１８，１９の両端には、同じ電
位の電圧が印加する。従って、電位差に結び付くフィー
ルドバス導線１８，１９内のバランス電流が防止され、
これが電力消費を低減する。更に、定常状態、即ち信号
の伝送が行われない時、フィールドバス導線１８，１９
の電圧は一定の電位になっている。定常状態でのフィー
ルドバス導線１８，１９の電圧と信号の伝送を行ってい
る間の電圧と間には、一定の大きな差、つまり大きな擾
乱比が生じる。フィールドバス制御装置８，１０は差動
信号を出力する。つまり、伝送すべき信号では一方の二
進信号が正の直流電圧で、また他方の二進信号が負の直
流電圧で表示される。その時の電圧のレベルでなく、極
性が信号に重要である。これが全て確実で特に乱れのな
い信号の伝送を与える。その場合、外部からの電磁輻射
に対しても、導線１８，１９が撚り合わせてあるなら鈍
感である。
【００１６】変換器１，２は設備によりしばしば場所的
に非常に離して設置されるが、評価装置３，４は主に一
つの制御センター、例えば共通のスイッチボックス内に
配設される。電源部１４とそれに関連する全監視部品１
〜４の電源は評価装置３，４の中で、従って制御センタ
ーにある。それ故、必要な場合、制御センターにより離
れたところにある変換器１，２に電力を導入したり遮断
することができる。電源を入れると、計算ユニット７と
フィールド制御装置８がソフトウェヤで規定される基礎
状態から始動する。こうして、信号の乱れあるいは信号
の変化を排除できる。
【００１７】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明のフィ
ールドバスによる信号伝送装置を用いると、ケーブル配
線のコストを著し低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による信号伝送装置の実施例の模式
回路図を示す。
【符号の説明】
１，２ 変換器 ３，４ 評価装置 ５ センサ ６ 整合装置 ７ 計算ユニット ８ フィールドバス制御装置 ９ 電圧変換器 １０ フィールドバス制御装置 １１ 計算ユニット １２ 出力リレー １３ 電流網 １４ 電源部 １５ 電圧変換器 １６〜１９ 導線 ２０〜２２ 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤーン− ヘルマン・ミユーラー ドイツ連邦共和国、27798 フーデ、ヴオ ステンス・カムプ、27アー (72)発明者 ヨハヒム−クリステイアン・ポリット ドイツ連邦共和国、28215 ブレーメン、 メルゼブルガー・ストラーセ、11 (72)発明者 ギユンター・シユミット ドイツ連邦共和国、26121 オルデンブル ク、フランケンストラーセ、10 (72)発明者 ホルガー・シユレーター ドイツ連邦共和国、28832 アヒム、ア ム・アイヒエンアンガー、11

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一つの信号変換器と少なくと
    も一つの信号受信器の信号の伝送および電力の供給に対
    する導体系を備えた、前記信号変換器と前記信号受信器
    の間で信号を伝送する装置において、 各信号変換器（１，２）と各信号受信器（３，４）が一
    つのフィールドバス制御装置（８，１０）を有し、 導体系が４つの電気導線（１６〜１９）を有し、そのう
    ちの２つの導線（１８，１９）が信号の伝送用のフィー
    ルドバス導線であり、残りの二つの導線（１６，１７）
    が電源用の電力導線を形成し、 各信号変換器（１，２）と各信号受信器（３，４）が一
    つのフィールドバス制御装置（８，１０）を介してフィ
    ールドバス導線（１８，１９）に接続し、 各信号変換器（１，２）と各信号受信器（３，４）が電
    力導線（１６，１７）に接続し、そして、 導体系の両端で、フィールドバス導線の二つの導線（１
    ８，１９）の間に第一抵抗（２０）を、フィールドバス
    導線の一方の導線（１８）と電力導線の一方の導線（１
    ６）の間に第二抵抗（２１）を、そしてフィールドバス
    導線の他方の導線（１９）と電力導線の他方の導線（１
    ７）の間に第二抵抗（２２）を接続し、抵抗（２０〜２
    ２）の抵抗値がフィールドバス導線（１８，１９）の波
    動インピーダンスに一致している、ことを特徴とする装
    置。
  2. 【請求項２】 信号変換器としてセンサ（５）と計算ユ
    ニット（７）を保有する変換器（１，２）を設け、前記
    計算ユニット（７）はセンサ（５）とフィールドバス制
    御装置（８）の間に接続されていて、 変換器（１，２）は電力を電力導線（１６，１７）から
    受け取り、電力導線（１６，１７）への給電はセンター
    で行われる、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 電力を電力導線（１６，１７）へ給電す
    る電源（１４）は少なくとも一つの信号変換器（３，
    ４）を有することを特徴とする請求項１または２に記載
    の装置。
  4. 【請求項４】 フィールドバス制御装置（８，１０）は
    制御器領域回路網バス（Controller-Area-Network-Bus;
    CAN-Bus) として形成されていることを特徴とする請求
    項１〜３の何れか１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 フィールドバス導体の導線（１８，１
    ９）は互いに撚り合わせてあることを特徴とする請求項
    １〜４の何れか１項に記載の装置。
JP8281012A 1995-10-27 1996-10-23 フィールドバスによる信号伝送装置 Withdrawn JPH09232999A (ja)

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DE19540093:3 1995-10-27
DE19540093A DE19540093A1 (de) 1995-10-27 1995-10-27 Anordnung zur Signalübertragung über einen Feldbus

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EP (1) EP0772320A3 (ja)
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CN (1) CN1093704C (ja)
AU (1) AU715252B2 (ja)
BR (1) BR9605265A (ja)
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