WO2009121375A1 - Supply circuit and method for operating a supply circuit - Google Patents

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WO2009121375A1
WO2009121375A1 PCT/EP2008/002547 EP2008002547W WO2009121375A1 WO 2009121375 A1 WO2009121375 A1 WO 2009121375A1 EP 2008002547 W EP2008002547 W EP 2008002547W WO 2009121375 A1 WO2009121375 A1 WO 2009121375A1
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WO
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supply circuit
detector
decoupling network
frequency
power supply
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PCT/EP2008/002547
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Rainer Keil
Bernhard Wiesgickl
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Definitions

  • the invention relates to a supply circuit according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a supply circuit.
  • Such supply circuits are well known. They serve e.g. In bus systems in which both energy and data are transmitted via a bus line, for the power supply of connectable to a bus line subscribers, such. Actuators and sensors. In addition, the supply circuits serve to decouple the data transported via the bus line from the power supply.
  • AS-i Actuator Sensor Interface
  • a plurality of actuators and sensors and the transmission of data from and to at least one in the system acting as a master device uses non-grounded 30 volt DC power supplies as specified in the power supply specification.
  • a disadvantage of this known supply circuit is that with this non-grounded power supply actuators and sensors based on 24 volts DC can not be operated. For such bus subscribers, an additional power supply is necessary, which increases, especially in small networks with few bus users and low expansion of the relative cost.
  • a standard 24-volt power supply is grounded and can therefore be used when using a supply circuit of the above mentioned type.
  • the invention is therefore based on the object to provide a solution for a supply circuit, with the o.g. Disadvantages are avoided.
  • the advantage of the invention is that can be networked with a supply circuit according to the invention commercial actuators and sensors with an operating voltage of up to 24 volts when using an optionally existing 24 volt DC power supply to a lower control level, in a manner such as this for devices with a different operating voltage, such as AS-i, already known.
  • sensors and actuators with the aforementioned operating voltage and, on the other hand, a standard power supply can be used, whereby the standard power supply is effective via the supply circuit for supplying power to the actuators and sensors connectable to the bus.
  • the standard power supply unit can therefore be used simultaneously in one system for different purposes, namely on the one hand to supply the bus-coupled lower control level and on the other hand to supply local units. The previously required in such a situation providing two power supplies, namely once a standard power supply and even a power supply for operation and communication in the lower control level, is no longer necessary. Both functions are covered by a power supply.
  • a low cost embodiment is provided as a single component that is easy to install.
  • an alternative embodiment with two components results compared to the one-component combination of data decoupling network, radio frequency generator and detector.
  • This has the advantage that when a defect of one of the components only this has to be replaced.
  • a signal having a frequency higher than a maximum operating frequency of signals transmitted during operation via a bus line can be fed into the data decoupling network as a high-frequency signal, since such a signal does not disturb the data transmission on the bus line.
  • a maximum operating frequency is about 600 kHz, so that the frequency of the high-frequency signal should be higher.
  • the supply circuit has a display device for signaling an error condition when a voltage measured by the detector is equal to zero or below a predefinable threshold value.
  • the ground fault thus indicated which leads to an increase in the number of errors in the system, can be quickly detected and eliminated in this way.
  • FIG. 3 shows a structure of a supply circuit with a high-frequency generator and a detector
  • FIG. 4 shows a graphical representation of measured data of a detector in normal operation
  • FIG. 5 shows a graphical representation of measured data of a detector in disturbed operation.
  • FIG. 1 shows an automation system, generally designated by 10, which has at least one automation device 12, e.g. a host computer.
  • the automation device 12 is connected via a communicative connection, for. B. a bus 14, in particular a field bus, communicatively connected to one or more programmable controllers 16 and / or peripheral devices 18.
  • a bus 14 in particular a field bus, communicatively connected to one or more programmable controllers 16 and / or peripheral devices 18.
  • sensor / actuator bus 20 which transports both data and energy, so-called slaves, such as e.g. one or more sensors 22 and / or one or more actuators 24 communicatively connected.
  • a technical process 28 shown here only in a simplified manner is controlled and / or monitored by the automation system 10. On the lower control level 26, this is done, for example, via a system called AS-i (actuator-sensor interface).
  • AS-i actuator-sensor interface
  • the peripheral device 18 can, for example, serve as master for this purpose. ren and transfer data to and from the or each sensor 22 and / or actuator 24.
  • a supply circuit 30, as shown in FIG. 2, is used for the lower control level 26 (FIG.
  • This supply circuit 30 includes a power supply 32 having a 30 volt power supply 34 which provides a terminal 36 for an external power supply, e.g. with 230 V AC, and a data decoupling network 38. 30 volt
  • Power supply 34 and data decoupling network 38 are thus combined in one component.
  • the supply circuit 30 is connected to a bus line 40, e.g. the sensor / actuator bus 20 (FIG 1), coupled.
  • the data decoupling network 38 has the function of decoupling data and power supply so that bus subscribers connected to the sensor / actuator bus 20 can be supplied with power and data via the 30 volt power supply 34 via the same lines.
  • the data is modulated onto the supply voltage as high-frequency data signals.
  • the supply voltage therefore acts as a carrier voltage for the data signals.
  • the inductors and resistors associated with the data decoupling network 38 substantially effect a filtering of the data signals modulated onto the carrier voltage, thereby preventing them from being dissipated via the power supply.
  • a power supply 42 with 24 volts supply voltage available because many devices are operated by default with a supply voltage of 24 volts instead of 30 volts.
  • This power supply 42 is for example for the supply of
  • PLC Programmable logic controllers
  • FIG. 3 shows a supply circuit 30 according to the invention, with a power supply 42 having an external power supply terminal 36 and a data decoupling network 38 is powered by the power supply 42 during operation.
  • the supply circuit 30 can be coupled to a bus line 40, such as the sensor / actuator bus 20 (FIG. 1), to which one or more sensors 22 and actuators 24 (FIG. 1) can be connected.
  • the power supply 42 is disconnected from the data decoupling network 38 and can be used to supply power to other devices associated with the automation system 10 (FIG. 1).
  • the negative pole 44 of the power supply 42 is grounded.
  • the data decoupling network 38 is associated with a ground fault detection 46, with which it is possible to detect a ground fault on a minus branch 48 of the supply circuit 30.
  • a conventional ground fault check is not possible because it would detect the grounding present at the negative pole 44 of the power supply 42 as a ground fault.
  • the ground fault detection 46 comprises a high-frequency generator 50 and a detector 52 which are connected to the data decoupling network 38 via the minus branch 48 of the supply circuit 30. With the high-frequency generator 50, a high-frequency signal 54 is generated. With the detector 52, this high-frequency signal 54 can be measured as a voltage.
  • the detector 52 measures no or only a very low voltage, that is to say a voltage below a predefined or predefinable threshold value.
  • the frequency of the RF signal 54 injected into the data decoupling network 38 should be higher than a maximum operating frequency of data signals transmitted over the bus 40 during operation. This maximum operating frequency is approximately 600 kHz.
  • the ground fault detection 46 shown in FIG. 3 is integrated in the data decoupling network 38.
  • the earth fault detection 46 is connected as a separate device to the minus branch 48 of the data decoupling network 38.
  • the data decoupling network 38 and the ground fault detection 46 which are manufactured either in one component or separately in two components, to be used as a master functioning device, for example, the peripheral device 18 (FIG 1) to integrate.
  • FIG. 3 measured during operation of the supply circuit 30, wherein there is no ground fault.
  • FIG. 5 shows a further graphical representation of measurement data, this time of an operation of the supply circuit 30 disturbed by a ground fault.
  • the high-frequency signal 54 measured by the detector 52 (FIG. 3) has only a very small amplitude. If this amplitude falls below a predefined or predefinable threshold value, an earth fault in the negative branch 48 (FIG. 3) of the supply circuit 30 (FIG. 3) can be recognized. Due to the measurement data shown graphically here, an error signal can be output, so that, for example, an error message is displayed on a corresponding display device.
  • the invention relates briefly to a supply circuit 30 having a grounded power supply 42, which has a connection 36 for an external power supply, and a data decoupling network 38, wherein the supply circuit 30 can be coupled to a bus line 40, to which bus-capable sensors 22 and actuators 24 can be connected, and is characterized in that the data decoupling network 38, an earth fault detection 46 is associated with a high-frequency generator 50 and a detector 52 and the high-frequency generator 50, a high-frequency signal 54 can be fed into the data decoupling network 38, with the detector 52 is observable, so that a check for an undesirable, leading to errors ground fault is feasible even when using a grounded standard power supply for a supply circuit and contributes to their undisturbed operation.

Abstract

The invention relates to a supply circuit (30), comprising a grounded power pack (42), which has a connection (36) for an external power supply, and a data decoupling network (38), the supply circuit (30) being able to be coupled to a bus line (40), to which bus-compatible actuators (24) and sensors (22) can be connected, characterized in that the data decoupling network (38) is associated with a ground leakage detection (46) having a high-frequency generator (50) and a detector (52) and that by way of the high-frequency generator (50) a high-frequency signal (54) can be fed into the data decoupling network (38), wherein said signal can be observed with the detector (52), such that a check for undesirable ground leakage resulting in faults can be carried out even when using a grounded standard power pack for a supply circuit and contributes to the fault-free operation thereof.

Description

Beschreibungdescription
Versorgungsschaltung und Verfahren zum Betrieb einer VersorgungsschaltungSupply circuit and method for operating a supply circuit
Die Erfindung betrifft eine Versorgungsschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Versorgungsschaltung.The invention relates to a supply circuit according to the preamble of claim 1 and a method for operating such a supply circuit.
Derartige Versorgungsschaltungen sind allgemein bekannt. Sie dienen z.B. in Bussystemen, bei denen über eine Busleitung sowohl Energie als auch Daten übertragen werden, zur Stromversorgung von an eine Busleitung anschließbaren Busteilnehmern, wie z.B. Aktoren und Sensoren. Außerdem dienen die Ver- sorgungsschaltungen der Entkopplung der über die Busleitung transportierten Daten, von der Stromversorgung. Für eine Automatisierung technischer Prozesse bietet die Anmelderin der vorliegenden Erfindung für eine untere Steuerungsebene ein als AS-i (Aktor-Sensor-Interface) bezeichnetes System an. Dieses System erlaubt die kommunikative Verknüpfung einerSuch supply circuits are well known. They serve e.g. In bus systems in which both energy and data are transmitted via a bus line, for the power supply of connectable to a bus line subscribers, such. Actuators and sensors. In addition, the supply circuits serve to decouple the data transported via the bus line from the power supply. For automation of technical processes, the Applicant of the present invention offers for a lower control level a system called AS-i (Actuator Sensor Interface). This system allows the communicative linking of a
Mehrzahl von Aktoren und Sensoren und die Übertragung von Daten von und zu mindestens einem im System als Master fungierenden Gerät. Bei diesem Gerät werden gemäß Spezifikation zur Stromversorgung nicht geerdete Netzteile mit 30 Volt Gleich- Spannung eingesetzt.A plurality of actuators and sensors and the transmission of data from and to at least one in the system acting as a master device. This equipment uses non-grounded 30 volt DC power supplies as specified in the power supply specification.
Nachteilig bei dieser bekannten Versorgungsschaltung ist jedoch, dass mit diesem nicht geerdeten Netzteil Aktoren und Sensoren, die auf 24 Volt Gleichspannung basieren, nicht be- trieben werden können. Für solche Busteilnehmer ist ein zusätzliches Netzteil notwendig, wodurch sich insbesondere bei kleinen Netzwerken mit wenigen Busteilnehmern und geringer Ausdehnung der relative Kostenaufwand erhöht. Ein 24-Volt- Standardnetzteil ist jedoch geerdet und kann deshalb bei ei- ner Verwendung einer Versorgungsschaltung der o.g. Art zuA disadvantage of this known supply circuit, however, is that with this non-grounded power supply actuators and sensors based on 24 volts DC can not be operated. For such bus subscribers, an additional power supply is necessary, which increases, especially in small networks with few bus users and low expansion of the relative cost. However, a standard 24-volt power supply is grounded and can therefore be used when using a supply circuit of the above mentioned type. Kind too
Problemen führen, da eine konventionelle Erdschlusserkennung auf einem Minuszweig der VersorgungsSchaltung nicht verwendet werden kann, da die betriebsgemäße Erdung des Netzteils als Erdschluss erkannt würde. Ein unerkannter Erdschluss im Minuszweig einer Versorgungsschaltung kann jedoch eine massive Zunahme von Fehlern zur Folge haben.Cause problems, since a conventional ground fault detection on a minus branch of the supply circuit can not be used because the proper earthing of the power supply as Earth fault would be detected. However, an undetected ground fault in the minus branch of a supply circuit can result in a massive increase in errors.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung für eine VersorgungsSchaltung anzugeben, mit der die o.g. Nachteile vermieden werden.The invention is therefore based on the object to provide a solution for a supply circuit, with the o.g. Disadvantages are avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An- Spruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer VersorgungsSchaltung mit einem Netzteil mit Anschluss für eine externe Spannungsversorgung und einem im Betrieb vom Netzteil gespeisten Datenentkopplungsnetzwerk, wobei die Versorgungsschaltung an eine Busleitung ankoppelbar ist, an welche busfähige Aktoren und Sensoren anschließbar sind, vorgesehen, dass das Netzteil geerdet ist und dem Datenentkopplungsnetzwerk eine Erdschlusserkennung mit einem Hochfrequenzgenerator und einem Detektor zugeordnet ist und dass mit dem Hochfrequenzgenerator ein Hochfrequenzsignal in das Datenentkopplungsnetzwerk einspeis- bar ist, das mit dem Detektor beobachtbar ist.This object is achieved with the features of claim 1. According to the invention. For this purpose, in the case of a supply circuit with a power supply unit with a connection for an external power supply and a data decoupling network fed by the power supply during operation, wherein the supply circuit can be coupled to a bus line, to which bus-capable actuators and sensors can be connected, it is provided that the power supply is grounded and Data decoupling network is assigned a ground fault detection with a high-frequency generator and a detector and that with the high-frequency generator, a high-frequency signal is fedbar-bar in the data decoupling network, which is observable with the detector.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8.With regard to the method, this object is achieved according to the invention by the features of claim 8.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit einer erfindungsgemäßen Versorgungsschaltung handelsübliche Aktoren und Sensoren mit einer Betriebsspannung von bis zu 24 Volt bei Verwendung einer gegebenenfalls bereits vorhandenen 24- Volt-DC-Spannungsversorgung auf einer unteren Steuerungsebene vernetzbar sind, in einer Art, wie dies für Geräte mit einer anderen Betriebsspannung, wie z.B. AS-i, bereits bekannt ist. Es können also jetzt einerseits Sensoren und Aktoren mit der genannten Betriebsspannung und andererseits ein Standardnetzteil verwendet werden, wobei das Standardnetzteil über die Versorgungsschaltung zur Energieversorgung der an die Busleitung anschließbaren Aktoren und Sensoren wirksam ist. Das Standardnetzteil ist damit in einer Anlage gegebenenfalls gleichzeitig für unterschiedliche Zwecke verwendbar, nämlich einerseits zur Versorgung der busgekoppelten unteren Steuerungsebene und andererseits zur Versorgung lokaler Einheiten. Das bisher in einer solchen Situation notwendige Vorsehen zweier Netzteile, nämlich einmal ein Standardnetzteil und einmal ein Netzteil für den Betrieb und die Kommunikation in der unteren Steuerungsebene, ist nicht mehr erforderlich. Beide Funktionalitäten werden durch ein Netzteil abgedeckt.The advantage of the invention is that can be networked with a supply circuit according to the invention commercial actuators and sensors with an operating voltage of up to 24 volts when using an optionally existing 24 volt DC power supply to a lower control level, in a manner such as this for devices with a different operating voltage, such as AS-i, already known. Thus, on the one hand, sensors and actuators with the aforementioned operating voltage and, on the other hand, a standard power supply can be used, whereby the standard power supply is effective via the supply circuit for supplying power to the actuators and sensors connectable to the bus. The standard power supply unit can therefore be used simultaneously in one system for different purposes, namely on the one hand to supply the bus-coupled lower control level and on the other hand to supply local units. The previously required in such a situation providing two power supplies, namely once a standard power supply and even a power supply for operation and communication in the lower control level, is no longer necessary. Both functions are covered by a power supply.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombina- tionen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. DesAdvantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. This used backlinks point to the further development of the subject matter of the main claim by the features of the respective subclaim; they should not be construed as a waiver of the attainment of independent, objective protection for the combination of features of the related sub-claims. Of
Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachge- ordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vor- handen ist.Furthermore, with a view to an interpretation of the claims in a closer specification of a feature in a subordinate claim, it is to be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.
Wenn bei einer Versorgungsschaltung das Datenentkopplungsnetzwerk den Hochfrequenzgenerator und den Detektor umfasst, ergibt sich eine kostengünstige Ausführungsform als einzelnes Bauteil, das sich einfach einbauen lässt.In a power supply circuit, when the data decoupling network includes the high frequency generator and the detector, a low cost embodiment is provided as a single component that is easy to install.
Ist stattdessen ein separates Gerät, das den Hochfrequenzgenerator und den Detektor umfasst und an das Datenentkopplungsnetzwerk angeschlossen ist, vorgesehen, ergibt sich im Vergleich zu dem als ein Bauteil ausgeführten Kombination aus Datenentkopplungsnetzwerk, Hochfrequenzgenerator und Detektor eine alternative Ausführungsform mit zwei Bauteilen. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Defekt eines der Bauteile nur dieses ausgetauscht werden muss. Außerdem besteht hierbei die Möglichkeit einer flexibleren und/oder platzsparenderen Anordnung der Bauteile. Wenn der Hochfrequenzgenerator und der Detektor einem Minuszweig der Versorgungsschaltung zugeordnet sind, kann diese Anordnung dazu verwendet werden, einen Erdschluss des Minuszweigs zu erkennen, obwohl der Minuspol des Netzteils geerdet ist und dies von konventionellen Erdschlussüberwachungsmodu- len bereits als Erdschluss erkannt würde.Instead, if a separate device comprising the radio-frequency generator and the detector and connected to the data decoupling network is provided, an alternative embodiment with two components results compared to the one-component combination of data decoupling network, radio frequency generator and detector. This has the advantage that when a defect of one of the components only this has to be replaced. In addition, there is the possibility of a more flexible and / or space-saving arrangement of the components. If the radio-frequency generator and the detector are assigned to a minus branch of the supply circuit, this arrangement can be used to detect a ground fault of the minus branch, although the negative terminal of the power supply unit is earthed and this would already be detected as ground fault by conventional ground fault monitoring modules.
Bevorzugt ist als Hochfrequenzsignal ein Signal mit einer Frequenz höher als eine maximale Betriebsfrequenz von im Be- trieb über eine Busleitung übertragenen Signalen in das Datenentkopplungsnetzwerk einspeisbar, da ein solches Signal die Datenübertragung auf der Busleitung nicht stört. Eine solche maximale Betriebsfrequenz liegt bei etwa 600 kHz, so dass die Frequenz des Hochfrequenzsignals darüber liegen sollte.Preferably, a signal having a frequency higher than a maximum operating frequency of signals transmitted during operation via a bus line can be fed into the data decoupling network as a high-frequency signal, since such a signal does not disturb the data transmission on the bus line. Such a maximum operating frequency is about 600 kHz, so that the frequency of the high-frequency signal should be higher.
Vorteilhaft besitzt die Versorgungsschaltung eine Anzeigevorrichtung zur Signalisierung eines Fehlerzustandes, wenn eine vom Detektor gemessene Spannung gleich Null ist oder einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet. Der hierdurch angezeigte Erdschluss, der zu einer Erhöhung der Fehleranzahl im System führt, kann auf diese Weise schnell erkannt und behoben werden.Advantageously, the supply circuit has a display device for signaling an error condition when a voltage measured by the detector is equal to zero or below a predefinable threshold value. The ground fault thus indicated, which leads to an increase in the number of errors in the system, can be quickly detected and eliminated in this way.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Ab- Wandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hin- blick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen.The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants, elements and combinations described, for example, by combination or modification of individual in conjunction with the general or specific description part and in the claims and / or the Drawing or elements or method steps for the person skilled in the art in view of the solution of the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps.
Es zeigenShow it
FIG 1 ein Automatisierungssystem zur Steuerung eines technischen Prozesses,1 shows an automation system for controlling a technical process,
FIG 2 einen Aufbau einer Versorgungsschaltung nach dem Stand der Technik,2 shows a structure of a supply circuit according to the prior art,
FIG 3 einen Aufbau einer Versorgungsschaltung mit einem Hochfrequenzgenerator und einem Detektor,3 shows a structure of a supply circuit with a high-frequency generator and a detector,
FIG 4 eine graphische Darstellung von Messdaten eines Detektors im Normalbetrieb und FIG 5 eine graphische Darstellung von Messdaten eines Detektors im gestörten Betrieb.4 shows a graphical representation of measured data of a detector in normal operation and FIG. 5 shows a graphical representation of measured data of a detector in disturbed operation.
FIG 1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Automatisierungssystem, das zumindest ein Automatisierungsgerät 12, z.B. einen Leitrechner, umfasst. Das Automatisierungsgerät 12 ist über eine kommunikative Verbindung, z. B. einen Bus 14, insbesondere einen Feldbus, mit einem oder mehreren Automatisierungsgeräten 16 und/oder Peripheriegeräten 18 kommunikativ verbunden. Mit dem Peripheriegerät 18 sind über einen weite- ren, hier als Sensor/Aktor-Bus 20 bezeichneten Bus, der sowohl Daten als auch Energie transportiert, sogenannte Slaves, wie z.B. ein oder mehrere Sensoren 22 und/oder ein oder mehrere Aktoren 24 kommunikativ verbunden.1 shows an automation system, generally designated by 10, which has at least one automation device 12, e.g. a host computer. The automation device 12 is connected via a communicative connection, for. B. a bus 14, in particular a field bus, communicatively connected to one or more programmable controllers 16 and / or peripheral devices 18. With the peripheral device 18, via a further bus, referred to here as sensor / actuator bus 20, which transports both data and energy, so-called slaves, such as e.g. one or more sensors 22 and / or one or more actuators 24 communicatively connected.
Das in FIG 1 dargestellte Peripheriegerät 18 stellt zusammen mit dem Sensor/Aktor-Bus 20, dem Sensor 22 und Aktor 24 eine untere Steuerungsebene 26 dar. Ein hier nur vereinfacht dargestellter technischer Prozess 28 wird von dem Automatisierungssystem 10 gesteuert und/oder überwacht. Auf der unteren Steuerungsebene 26 geschieht dies beispielsweise über ein als AS-i (Aktor-Sensor-Interface) bezeichnetes System. Das Peripheriegerät 18 kann hierzu beispielsweise als Master fungie- ren und Daten zu und von dem oder jeden Sensor 22 und/oder Aktor 24 übertragen.The peripheral device 18 shown in FIG. 1, together with the sensor / actuator bus 20, the sensor 22 and the actuator 24, represents a lower control plane 26. A technical process 28 shown here only in a simplified manner is controlled and / or monitored by the automation system 10. On the lower control level 26, this is done, for example, via a system called AS-i (actuator-sensor interface). The peripheral device 18 can, for example, serve as master for this purpose. ren and transfer data to and from the or each sensor 22 and / or actuator 24.
Nach dem Stand der Technik wird für die untere Steuerungsebe- ne 26 (FIG 1) gemäß Spezifikation eine Versorgungsschaltung 30 verwendet, wie sie in FIG 2 dargestellt ist. Diese Versorgungsschaltung 30 umfasst ein Netzteil 32 mit einer 30-Volt- Spannungsversorgung 34, welche einen Anschluss 36 für eine externe SpannungsVersorgung, z.B. mit 230 V Wechselspannung, aufweist, und einem Datenentkopplungsnetzwerk 38. 30-Volt-According to the prior art, a supply circuit 30, as shown in FIG. 2, is used for the lower control level 26 (FIG. This supply circuit 30 includes a power supply 32 having a 30 volt power supply 34 which provides a terminal 36 for an external power supply, e.g. with 230 V AC, and a data decoupling network 38. 30 volt
Spannungsversorgung 34 und Datenentkopplungsnetzwerk 38 sind somit in einem Bauteil zusammengefasst . Die Versorgungsschaltung 30 ist an eine Busleitung 40, wie z.B. den Sensor/Aktor- Bus 20 (FIG 1), koppelbar. Das Datenentkopplungsnetzwerk 38 hat die Funktion der Entkopplung von Daten und Energieversorgung, so dass an den Sensor/Aktor-Bus 20 angeschlossene Busteilnehmer über die 30-Volt-Spannungsversorgung 34 über dieselben Leitungen mit Energie und Daten versorgt werden können. Die Daten werden als hochfrequente Datensignale auf die VersorgungsSpannung aufmoduliert. Die Versorgungsspannung fungiert daher als Trägerspannung für die Datensignale. Die dem Datenentkopplungsnetzwerk 38 zugeordneten Induktivitäten und Widerstände bewirken im Wesentlichen eine Filterung der auf die Trägerspannung aufmodulierten Datensignale, wodurch verhindert wird, dass diese über die Spannungsversorgung abgeleitet werden. Außerdem ist in vielen Automatisierungssystemen 10 (FIG 1) ein Netzteil 42 mit 24 Volt Versorgungsspannung vorhanden, da viele Geräte standardmäßig mit einer Versorgungsspannung von 24 Volt statt 30 Volt betrieben werden. Dieses Netzteil 42 wird beispielsweise zur Versorgung vonPower supply 34 and data decoupling network 38 are thus combined in one component. The supply circuit 30 is connected to a bus line 40, e.g. the sensor / actuator bus 20 (FIG 1), coupled. The data decoupling network 38 has the function of decoupling data and power supply so that bus subscribers connected to the sensor / actuator bus 20 can be supplied with power and data via the 30 volt power supply 34 via the same lines. The data is modulated onto the supply voltage as high-frequency data signals. The supply voltage therefore acts as a carrier voltage for the data signals. The inductors and resistors associated with the data decoupling network 38 substantially effect a filtering of the data signals modulated onto the carrier voltage, thereby preventing them from being dissipated via the power supply. In addition, in many automation systems 10 (FIG 1), a power supply 42 with 24 volts supply voltage available because many devices are operated by default with a supply voltage of 24 volts instead of 30 volts. This power supply 42 is for example for the supply of
Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) als Beispiel für ein Automatisierungsgerät 12, 16 (FIG 1) oder als Hilfsspan- nung, z.B. für Sensoren und Aktoren, verwendet. Bei dem Netzteil 42 ist der Minuspol betriebsmäßig geerdet.Programmable logic controllers (PLC) as an example of an automation device 12, 16 (FIG. 1) or as an auxiliary voltage, e.g. for sensors and actuators. In the power supply 42, the negative terminal is operationally grounded.
FIG 3 zeigt eine Versorgungsschaltung 30 gemäß der Erfindung, mit einem Netzteil 42 mit Anschluss 36 für eine externe Spannungsversorgung und einem Datenentkopplungsnetzwerk 38, das im Betrieb von dem Netzteil 42 gespeist wird. Die Versorgungsschaltung 30 kann an eine Busleitung 40, wie z.B. den Sensor/Aktor-Bus 20 (FIG 1) , an die ein oder mehrere Sensoren 22 und Aktoren 24 (FIG 1) anschließbar sind, gekoppelt wer- den. Das Netzteil 42 ist von dem Datenentkopplungsnetzwerk 38 getrennt und kann zur Spannungsversorgung von weiteren, dem Automatisierungssystem 10 (FIG 1) zugeordneten Geräten genutzt werden. Der Minuspol 44 des Netzteils 42 ist geerdet.FIG. 3 shows a supply circuit 30 according to the invention, with a power supply 42 having an external power supply terminal 36 and a data decoupling network 38 is powered by the power supply 42 during operation. The supply circuit 30 can be coupled to a bus line 40, such as the sensor / actuator bus 20 (FIG. 1), to which one or more sensors 22 and actuators 24 (FIG. 1) can be connected. The power supply 42 is disconnected from the data decoupling network 38 and can be used to supply power to other devices associated with the automation system 10 (FIG. 1). The negative pole 44 of the power supply 42 is grounded.
Dem Datenentkopplungsnetzwerk 38 ist eine Erdschlusserkennung 46 zugeordnet, mit der es möglich ist, einen Erdschluss auf einem Minuszweig 48 der Versorgungsschaltung 30 festzustellen. Eine konventionelle Erdschlussüberprüfung ist nicht möglich, da diese die am Minuspol 44 des Netzteils 42 vorhandene Erdung als Erdschluss erkennen würde. Die Erdschlusserkennung 46 umfasst einen Hochfrequenzgenerator 50 und einen Detektor 52, die über den Minuszweig 48 der Versorgungsschaltung 30 mit dem Datenentkopplungsnetzwerk 38 verbunden sind. Mit dem Hochfrequenzgenerator 50 wird ein Hochfrequenzsignal 54 er- zeugt. Mit dem Detektor 52 kann dieses Hochfrequenzsignal 54 als Spannung gemessen werden. Liegt ein Erdschluss auf dem Minuszweig 48 der Versorgungsschaltung 30 vor, wird von dem Detektor 52 keine oder nur eine sehr geringe Spannung, also eine Spannung unterhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwerts, gemessen. Die Frequenz des in das Datenentkopplungsnetzwerk 38 eingespeisten Hochfrequenzsignals 54 sollte höher als eine maximale Betriebsfrequenz von im Betrieb über die Busleitung 40 übertragenen Datensignalen sein. Diese maximale Betriebsfrequenz beträgt in etwa 600 kHz.The data decoupling network 38 is associated with a ground fault detection 46, with which it is possible to detect a ground fault on a minus branch 48 of the supply circuit 30. A conventional ground fault check is not possible because it would detect the grounding present at the negative pole 44 of the power supply 42 as a ground fault. The ground fault detection 46 comprises a high-frequency generator 50 and a detector 52 which are connected to the data decoupling network 38 via the minus branch 48 of the supply circuit 30. With the high-frequency generator 50, a high-frequency signal 54 is generated. With the detector 52, this high-frequency signal 54 can be measured as a voltage. If a ground fault exists on the minus branch 48 of the supply circuit 30, the detector 52 measures no or only a very low voltage, that is to say a voltage below a predefined or predefinable threshold value. The frequency of the RF signal 54 injected into the data decoupling network 38 should be higher than a maximum operating frequency of data signals transmitted over the bus 40 during operation. This maximum operating frequency is approximately 600 kHz.
Die in FIG 3 gezeigte Erdschlusserkennung 46 ist in das Datenentkopplungsnetzwerk 38 integriert. Alternativ ist es möglich, dass die Erdschlusserkennung 46 als separates Gerät an den Minuszweig 48 des Datenentkopplungsnetzwerks 38 ange- schlössen ist. Als weitere alternative Ausführungsform ist es auch möglich, das Datenentkopplungsnetzwerk 38 und die Erd- schlusserkennung 46, die entweder in einem Bauteil oder getrennt in zwei Bauteilen gefertigt sind, in ein als Master fungierendes Gerät, z.B. das Peripheriegerät 18 (FIG 1) zu integrieren.The ground fault detection 46 shown in FIG. 3 is integrated in the data decoupling network 38. Alternatively, it is possible that the earth fault detection 46 is connected as a separate device to the minus branch 48 of the data decoupling network 38. As a further alternative embodiment, it is also possible for the data decoupling network 38 and the ground fault detection 46, which are manufactured either in one component or separately in two components, to be used as a master functioning device, for example, the peripheral device 18 (FIG 1) to integrate.
FIG 4 zeigt eine graphische Darstellung von Messdaten. Im un- teren Bereich ist der zeitlich Verlauf des vom Detektor 524 shows a graphical representation of measured data. In the lower area is the time course of the detector 52
(FIG 3) gemessenen Hochfrequenzsignals 54 im Betrieb der Versorgungsschaltung 30 aufgetragen, wobei kein Erdschluss vorliegt. [Bitte an die Erfinder um Erläuterung des oberen SignalsJ(FIG 3) measured during operation of the supply circuit 30, wherein there is no ground fault. [Please inform the inventors for explanation of the upper signal
In FIG 5 ist eine weitere graphische Darstellung von Messdaten gezeigt, diesmal von einem durch einen Erdschluss gestörten Betrieb der Versorgungsschaltung 30. Im Vergleich zu FIG 4 hat das vom Detektor 52 (FIG 3) gemessenen Hochfrequenzsig- nal 54 nur eine sehr kleine Amplitude. Wenn diese Amplitude einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert unterschreitet, ist daran ein Erdschluss im Minuszweig 48 (FIG 3) der Versorgungsschaltung 30 (FIG 3) erkennbar. Aufgrund der hier graphisch dargestellten Messdaten kann ein Fehlersignal aus- gegeben werden, so dass beispielsweise eine Fehlermeldung auf einer entsprechenden Anzeigevorrichtung angezeigt wird.FIG. 5 shows a further graphical representation of measurement data, this time of an operation of the supply circuit 30 disturbed by a ground fault. Compared with FIG. 4, the high-frequency signal 54 measured by the detector 52 (FIG. 3) has only a very small amplitude. If this amplitude falls below a predefined or predefinable threshold value, an earth fault in the negative branch 48 (FIG. 3) of the supply circuit 30 (FIG. 3) can be recognized. Due to the measurement data shown graphically here, an error signal can be output, so that, for example, an error message is displayed on a corresponding display device.
Damit lässt sich die Erfindung kurz wie folgt darstellen: Die Erfindung betrifft eine Versorgungsschaltung 30 mit einem ge- erdeten Netzteil 42, das einen Anschluss 36 für eine externe Spannungsversorgung aufweist, und einem Datenentkopplungsnetzwerk 38, wobei die Versorgungsschaltung 30 an eine Busleitung 40 koppelbar ist, an welche busfähige Sensoren 22 und Aktoren 24 anschließbar sind, und dadurch gekennzeichnet ist, dass dem Datenentkopplungsnetzwerk 38 eine Erdschlusserkennung 46 mit einem Hochfrequenzgenerator 50 und einem Detektor 52 zugeordnet ist und mit dem Hochfrequenzgenerator 50 ein Hochfrequenzsignal 54 in das Datenentkopplungsnetzwerk 38 einspeisbar ist, das mit dem Detektor 52 beobachtbar ist, so dass eine Überprüfung auf einen unerwünschten, zur Fehlern führenden Erdschluss auch bei Verwendung eines geerdeten Standardnetzteils für eine Versorgungsschaltung durchführbar ist und zu deren ungestörten Betrieb beiträgt. The invention relates briefly to a supply circuit 30 having a grounded power supply 42, which has a connection 36 for an external power supply, and a data decoupling network 38, wherein the supply circuit 30 can be coupled to a bus line 40, to which bus-capable sensors 22 and actuators 24 can be connected, and is characterized in that the data decoupling network 38, an earth fault detection 46 is associated with a high-frequency generator 50 and a detector 52 and the high-frequency generator 50, a high-frequency signal 54 can be fed into the data decoupling network 38, with the detector 52 is observable, so that a check for an undesirable, leading to errors ground fault is feasible even when using a grounded standard power supply for a supply circuit and contributes to their undisturbed operation.

Claims

Patentansprüche claims
1. Versorgungsschaltung (30) mit einem Netzteil (42) mit An- schluss für eine externe Spannungsversorgung und einem im Be- trieb vom Netzteil gespeisten Datenentkopplungsnetzwerk (38), wobei die Versorgungsschaltung (30) an eine Busleitung (40) koppelbar ist, an welche busfähige Aktoren (24) und Sensoren (22) anschließbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (42) geerdet ist und dem Datenentkopplungsnetzwerk (38) eine Erdschlusserkennung mit einem Hochfrequenzgenerator (50) und einem Detektor (52) zugeordnet ist und dass mit dem Hochfrequenzgenerator (50) ein Hochfrequenzsignal (54) in das Datenentkopplungsnetzwerk (38) einspeisbar ist, das mit dem Detektor (52) beobachtbar ist.A supply circuit (30) having a power supply unit (42) with connection for an external power supply and a data decoupling network (38) powered by the power supply, the supply circuit (30) being connectable to a bus line (40) which bus-capable actuators (24) and sensors (22) can be connected, characterized in that the power supply (42) is grounded and the data decoupling network (38) is associated with a ground fault detection with a high-frequency generator (50) and a detector (52) and that with the radio frequency generator (50), a high frequency signal (54) in the data decoupling network (38) can be fed, which is observable with the detector (52).
2. Versorgungsschaltung (30) nach Anspruch 1, wobei das Datenentkopplungsnetzwerk (38) den Hochfrequenzgenerator (50) und den Detektor (52) umfasst.The supply circuit (30) of claim 1, wherein the data decoupling network (38) comprises the radio frequency generator (50) and the detector (52).
3. Versorgungsschaltung (30) nach Anspruch 1, mit einem separaten Gerät, das den Hochfrequenzgenerator (50) und den Detektor (52) umfasst und an das Datenentkopplungs- netzwerk (38) angeschlossen ist.3. A supply circuit (30) according to claim 1, comprising a separate device comprising the high frequency generator (50) and the detector (52) and connected to the data decoupling network (38).
4. Versorgungsschaltung (30) nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Hochfrequenzgenerator (50) und der Detektor (52) einem Minuszweig (48) der Versorgungsschaltung (30) zugeordnet sind.4. supply circuit (30) according to claim 1, 2 or 3, wherein the high-frequency generator (50) and the detector (52) are associated with a minus branch (48) of the supply circuit (30).
5. Versorgungsschaltung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Hochfrequenzsignal (54) ein Signal mit einer Frequenz höher als eine maximale Betriebsfrequenz von im Betrieb über die Busleitung (40) übertragenen Signalen in das Datenentkopplungsnetzwerk (38) einspeisbar ist.5. supply circuit (30) according to any one of claims 1 to 4, wherein as a high-frequency signal (54) a signal having a frequency higher than a maximum operating frequency of in operation via the bus line (40) transmitted signals in the data decoupling network (38) can be fed.
6. Versorgungsschaltung (30) nach Anspruch 5, wobei als Hochfrequenzsignal (54) ein Signal mit einer Frequenz höher als 600 kHz einspeisbar ist.6. supply circuit (30) according to claim 5, wherein as a high-frequency signal (54), a signal having a frequency higher than 600 kHz can be fed.
7. Versorgungsschaltung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einer Anzeigevorrichtung zur Signalisierung eines Fehlerzustands, wenn eine vom Detektor (52) gemessene Spannung einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet.7. Supply circuit (30) according to one of claims 1 to 6, with a display device for signaling an error condition when a voltage measured by the detector (52) falls below a predefinable threshold value.
8. Verfahren zum Betrieb einer Versorgungsschaltung (30) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzsignal (54) von dem Hochfrequenzgenerator (50) erzeugt, in das Datenentkopplungsnetzwerk (38) eingespeist und von dem Detektor (52) beobachtet wird.8. A method of operating a supply circuit (30) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the high frequency signal (54) generated by the high frequency generator (50), fed to the data decoupling network (38) and observed by the detector (52) becomes.
9. Verfahren nach Anspruch 8 , wobei das Hochfrequenzsignal (54) in den Minuszweig (48) der Versorgungsschaltung (30) eingespeist wird.The method of claim 8, wherein the high frequency signal (54) is fed to the minus branch (48) of the supply circuit (30).
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei als Hochfrequenzsignal (54) ein Signal mit einer Frequenz höher als eine maximale Betriebsfrequenz von im Betrieb über die Busleitung (40) übertragenen Signalen erzeugt und in das Datenentkopplungsnetzwerk (38) eingespeist wird.The method of claim 9, wherein as the high frequency signal (54), a signal having a frequency higher than a maximum operating frequency of signals transmitted in operation via the bus line (40) is generated and fed to the data decoupling network (38).
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei als Hochfrequenzsignal (54) ein Signal mit einer Frequenz höher als 600 kHz eingespeist wird.11. The method of claim 10, wherein as the high-frequency signal (54), a signal having a frequency higher than 600 kHz is fed.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei ein Fehlerzustand signalisiert wird, wenn von dem Detektor (52) eine einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitende Spannung gemessen wird.12. The method according to any one of claims 8 to 11, wherein an error condition is signaled when the detector (52) a predetermined threshold below a voltage is measured.
13. Elektrisches Gerät zum Anschluss an eine Busleitung (40) zur Kommunikation mit an die Busleitung (40) anschließbaren Sensoren (22) und Aktoren (24), mit einer Versorgungsschaltung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. 13. Electrical device for connection to a bus line (40) for communication with the bus line (40) connectable sensors (22) and actuators (24), with a supply circuit (30) according to one of claims 1 to 7.
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