WO2020233807A1 - Schnelle potenzialgetrennte datenübertragung über zweidrahtleitungen - Google Patents

Schnelle potenzialgetrennte datenübertragung über zweidrahtleitungen Download PDF

Info

Publication number
WO2020233807A1
WO2020233807A1 PCT/EP2019/063185 EP2019063185W WO2020233807A1 WO 2020233807 A1 WO2020233807 A1 WO 2020233807A1 EP 2019063185 W EP2019063185 W EP 2019063185W WO 2020233807 A1 WO2020233807 A1 WO 2020233807A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
communication
field
input module
transformer
field distributor
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/063185
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Khalid EL HAIMOUR
Jens Gottron
Valentin Kort
Sergej Sosedov
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to PCT/EP2019/063185 priority Critical patent/WO2020233807A1/de
Publication of WO2020233807A1 publication Critical patent/WO2020233807A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G05B19/0425—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24008—Safety integrity level, safety integrated systems SIL SIS

Definitions

  • the present invention is based on a field distributor in automation technology
  • the field distributor has an input module, which in turn has a communication connection so that the input module is able to communicate via its communication connection with a central unit on top of the field distributor,
  • the field distributor having a number of output modules, each of which has a communication connection, so that the respective output module is able to communicate via the respective communication connection with a respective field device subordinate to the field distributor,
  • the input module communicates with the output modules.
  • Field distributors used in a potentially explosive environment must also have electrical isolation for their data transmission with other devices, so that inadvertently high potential differences, which can lead to spark formation and an explosion caused by this, are not applied to connections that are not intended for this purpose.
  • To ensure voltage security relatively large distances (creepage distances and clearances) must be maintained for the communication connections. There are only a few components that are suitable for such a potential separation.
  • Another approach is to transfer data from and to the field distributors via fiber optics.
  • fiber optic cables both a high data rate and a high dielectric strength can be achieved.
  • the use of optical fibers is expensive and requires a lot of space. The costs in particular are an obstacle.
  • the object of the present invention is to create possibilities by means of which a communication of a field distributor of automation technology with other devices is possible in a simple and reliable manner, with both the potential separation being maintained and a high data rate being made possible.
  • a field distributor of the type mentioned is designed in that
  • the potential separation is therefore not implemented directly during communication between the field distributor and the central unit and the communication between the field distributor and the field devices, but within the field distributor as part of the communication between the input module and the output module, using the respective transformer.
  • the respective transformer is preferably designed as a planar transformer. As a result, the respective transformer can be implemented simply and inexpensively. Furthermore, this configuration is considerably smaller than a solution with optical waveguides and considerably faster than a solution with optocouplers.
  • the communication via the respective transformer is preferably based on the Ethernet standard. Such communication would not be possible with a high data rate if the connection established by the respective primary-side and the respective secondary-side two-wire line were of greater length. However, the length can be kept very short (in the range of a few cm). Corresponding communication is easily possible over such short distances. It is possible that the communication between the input module and the at least one output module via the respective transformer is unidirectional. In this case, a separate transformer must be available for each communication direction in order to achieve bidirectional communication. Alternatively, the communication between the input module and the at least one output module can be bidirectional. The hardware expenditure can be reduced through bidirectional communication. It is particularly advantageous if the communication between the input assembly and the at least one output assembly is simultaneously bidirectional. As a result, the speed of the data transfer can be increased with the same hardware expenditure.
  • the field distributor according to the invention can easily be used in an explosive environment, since the inventive communication of the input module with the output modules reliably ensures electrical isolation.
  • FIG. 3 shows a section through the circuit board of FIG.
  • a system of automation technology comprises at least one central unit 1, at least one field distributor 2 and sensors 3 and actuators 4 connected to the field distributor 2. Often several field distributors 2 are present.
  • the central unit 1 is the field distributor 2 übergeord net.
  • the sensors 3 and actuators 4 are subordinate to the field distributor 2 to which they are connected.
  • the number of Sensors 3 and actuators 4, which are connected to the respective field distributor 2 can be as required.
  • the number of two sensors 3 and actuators 4 shown in FIG. 1 is purely exemplary.
  • the sensors 3 and actuators 4 are also referred to collectively as field devices 3, 4 below.
  • the field distributor 2 and the field devices 3, 4 can in particular be used in an explosive environment.
  • the field distributor 2 - often referred to as a switch in practice - has an input module 5.
  • the input assembly 5 for its part has a communication connection 6.
  • the input module 5 is thereby able to communicate with the central unit 1 via its communication connection 6.
  • the communication can take place via a two-wire line 7 and in particular according to the Ethernet protocol.
  • both the communication connection 6 of the input module and a communication connection 8 of the central unit can have a transformer 9 to isolate the communication.
  • the communication of the field distributor 2 with the central unit 1 can, however, also be implemented differently.
  • the communication of the field distributor 2 with the central unit 1 can be based on the Ethernet standard, the PROFIBUS standard or another field bus standard. Communication via fiber optics is also possible.
  • the output modules 10 are usually designed as so-called APL-PHY. For their part, they likewise each have a communication connection 11. The output modules 10 are thereby able to communicate with the respective field device 3, 4 via the respective communication connection 11. This is shown in FIG. 1 for only one of the field devices 3, 4. However, the corresponding communication connection 11 is present in all output modules 10. The communication of the output modules 10 with the field devices 3, 4 usually takes place via a two-wire line 12. The two-wire line 12 is also shown in FIG. 1 for only one of the output modules 10, but is present in all output modules 10.
  • the field distributor 2 is an intermediate station in the context of the communication between the central unit 1 and the field devices 3, 4. The input module 5 therefore communicates with the output modules 10.
  • the input module 5 receives control signals from the central unit 1, which is then transmitted from the input module 5 are transmitted to those output modules 10 to which the actuators 4 are connected.
  • the corresponding output modules 10 output the control signals to the respective actuators 4.
  • the output modules 10 connected to the sensors 3 receive their sensor signals from the sensors 3 and then transmit them to the input module 5, which in turn forwards them to the central unit 1.
  • the communication of the input module 5 with the output modules 10 can - as well as the communication of the field distributor 2 with the central unit 1 - based on the Ethernet standard.
  • the field distributor 2 has a number of transformers 13 with a respective primary winding 14 and a respective secondary winding 15 on. This is shown in FIG. 1 only for a transformer 13. Using this transformer 13, the present invention will be explained below. The corre sponding remarks also apply to any other transformers 13 which connect output modules 10 to the input module 5.
  • the primary winding 14 of the respective transformer 13 is connected to the input module 5 via a two-wire line 16 on the primary side.
  • the secondary winding 15 of the respective transformer 13 is connected to at least one of the output assemblies 10 via a secondary two-wire line 17.
  • the transformer 13 it is thus achieved that the communication between the input module 5 and the corresponding output module 10 is electrically isolated.
  • the secondary winding 15 of the transformer 13 is only connected to a single output module 10.
  • a multiplexer 18 is present, by means of which the secondary winding 15 of the transformer 13 can be verbun sequentially one after the other, ie in time division multiplex, with one of several output modules 10 in each case.
  • the data transmission via the multiplexer 18 as such can - but does not have to - be electrically isolated.
  • the input assembly 5, the output assembly groups 10 and the transformer 13 on a circuit board 19 are arranged.
  • the transformer 13 is an independent component, as shown in FIG.
  • the transformer 13 is preferably designed as a planar transformer according to the Dar position in FIG. So there is a transformer 13 used, in which the primary winding 14 and the secondary winding 15 as etched Lei terbahnen a separate circuit board 20 are formed. Ge optionally several such transformers 13 can be arranged on its own circuit board 20.
  • the input assembly 5 and the output assemblies 10, however, are usually on the other, larger circuit board 19 is arranged.
  • the distance between the primary windings 14 and the secondary winding 15 can be ensured, for example, in that the primary winding 14 and the secondary winding 15 of the transformer 13 are applied to different sides of the circuit board 20 as shown in FIG.
  • the formation of the transformer 13 as a planar transformer results in a particularly compact design of the transformer 13 with low costs, high efficiency and low stray field.
  • the transformer 13, via which the input module 5 communicates within the field distributor 2 with the output module 10 or with the output modules 10, can be made considerably more robust than the transformers 9, which can optionally be arranged in the communication path of the field distributor 2 with the central unit 1.
  • the transformer 13 can have a significantly higher breakdown voltage. In this way, it can guarantee a considerably better electrical isolation. Nevertheless, a high data rate is possible because the distance to be bridged is only a few cm. This is in contrast to the communication of the field distributor 2 with the central unit 1 and the sensors 3 and the actuators 4. Here, distances of many meters - often over 100 m and sometimes up to 1 km - have to be bridged.
  • the voltage supplies for the input module 5 and the output modules 10 must also be electrically isolated. However, this is easily possible and as such is not the subject of the present invention.
  • the communication via the transformer 13 prefferably be unidirectional, i.e. either exclusively from the input module 5 to the corresponding output modules 10 or, conversely, exclusively from the corresponding output modules 10 to the input module 5.
  • the communication of the input module 5 with the output modules 10 via the transformer 13 can, however, also be bidirectional without further res. In this case, it may be sufficient that the field distributor 2 has a single transformer 13.
  • the communication via the transformer 13 can even be bidirectional simultaneously.
  • the input module 5 has to acquire the signal pending on the primary-side two-wire line 16 to implement simultaneous bidirectional communication.
  • the input module 5 - of course - known which signal it feeds into the two-wire line 16 on the primary side.
  • the input module 5 can therefore also form the difference between these two signals. This difference corresponds to the signal that the corresponding output module 10 causes via the secondary-side two-wire line 17 and the transformer 13 in the primary-side two-wire line 16.
  • the respective output module 10 can also form the difference between the signal pending on the secondary-side two-wire line 17 and the signal fed into the secondary-side two-wire line 17 by itself. This difference corresponds to the signal that the input assembly group 5 causes via the primary-side two-wire line 16 and the transformer 13 in the corresponding secondary-side two-wire line 17.
  • the present invention relates to the following facts:
  • a field distributor 2 of automation technology has an input module 5, which in turn has a communication connection 6 so that the input module 5 is able to communicate with a central unit 1 superordinate to the field distributor 2 via its communication connection 6.
  • the field distributor 2 furthermore has a number of output modules 10, each of which has a communication connection 11, so that the respective output module 10 is able to communicate via the respective communication connection 11 with a respective field device 3, subordinate to the field distributor 2, 4 to communicate.
  • the input module 5 communicates with the output modules 10.
  • the field distributor 2 has a number of transformers 13 with a respective primary winding 14 and a respective secondary winding 15.
  • the primary winding 14 is via a pri-
  • the two-wire line 16 on the maritime side is connected to the input module 5.
  • the secondary winding 15 is connected to at least one of the output modules 10 via a two-wire line 17 on the secondary side.
  • the present invention has many advantages.
  • a high data rate can be achieved at low cost, with good electrical isolation with high dielectric strength (250 V AC and more).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

Ein Feldverteiler (2) der Automatisierungstechnik weist eine Eingangsbaugruppe (5) auf, die ihrerseits einen Kommunikationsanschluss (6) aufweist, so dass die Eingangsbaugruppe (5) in der Lage ist, über ihren Kommunikationsanschluss (6) mit einer dem Feldverteiler (2) übergeordneten Zentraleinheit (1) zu kommunizieren. Der Feldverteiler (2) weist weiterhin eine Anzahl von Ausgangsbaugruppen (10) auf, die jeweils einen Kommunikationsanschluss (11) aufweisen, so dass die jeweilige Ausgangsbaugruppe (10) in der Lage ist, über den jeweiligen Kommunikationsanschluss (11) mit einem jeweiligen, dem Feldverteiler (2) untergeordneten Feldgerät (3, 4) zu kommunizieren. Die Eingangsbaugruppe (5) kommuniziert mit den Ausgangsbaugruppen (10). Der Feldverteiler (2) weist eine Anzahl von Transformatoren (13) mit einer jeweiligen Primärwicklung (14) und eine jeweiligen Sekundärwicklung (15) auf. Die Primärwicklung (14) ist über eine primärseitige Zweidrahtleitung (16) mit der Eingangsbaugruppe (5) verbunden. Die Sekundärwicklung (15) ist über eine sekundärseitige Zweidrahtleitung (17) mit mindestens einer der Ausgangsbaugruppen (10) verbunden. Dadurch ist die Kommunikation der Eingangsbaugruppe (5) mit den Ausgangsbaugruppen (10) potenzialgetrennt.

Description

Beschreibung
Schnelle potenzialgetrennte Datenübertragung über Zweidraht leitungen
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Feldverteiler der Automatisierungstechnik,
- wobei der Feldverteiler eine Eingangsbaugruppe aufweist, die ihrerseits einen Kommunikationsanschluss aufweist, so dass die Eingangsbaugruppe in der Lage ist, über ihren Kom munikationsanschluss mit einer dem Feldverteiler übergeord neten Zentraleinheit zu kommunizieren,
- wobei der Feldverteiler eine Anzahl von Ausgangsbaugruppen aufweist, die jeweils einen Kommunikationsanschluss aufwei sen, so dass die jeweilige Ausgangsbaugruppe in der Lage ist, über den jeweiligen Kommunikationsanschluss mit einem jeweiligen, dem Feldverteiler untergeordneten Feldgerät zu kommunizieren,
- wobei die Eingangsbaugruppe mit den Ausgangsbaugruppen kom muniziert .
In einer explosionsgefährdeten Umgebung eingesetzte Feldver teiler müssen auch für ihre Datenübertragung mit anderen Ge räten eine Potenzialtrennung aufweisen, damit nicht verse hentlich hohe Potenzialunterschiede, welche zu einer Funken bildung und einer hierdurch hervorgerufenen Explosion führen können, an hierfür nicht bestimmte Anschlüsse angelegt wer den. Zur Gewährleistung der Spannungssicherheit müssen hier bei bei den Kommunikationsanschlüssen relativ große Abstände (Kriechstrecken und Luftstrecken) eingehalten werden. Es gibt nur wenige Bauelemente, die für eine derartige Potenzialtren- nung geeignet sind.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Datenübertragung von und zu den Feldverteilern mittels Optokopplern zu realisieren.
Die Datenübertragung über Optokoppler ist jedoch relativ langsam, weil die Optokoppler bei den erforderlichen großen Abständen die Daten nur mit einer geringen Datenrate - in der Regel bis maximal 2 MHz - übertragen können. Weiterhin sind zusätzliche Bauelemente wie beispielsweise eine Sicherung und Zenerdioden erforderlich, um die Optokoppler zuverlässig vor Überlastung zu schützen. Nur auf diese Weise kann bei der Verwendung von Optokopplern die erforderliche Sicherheit im explosionsgefährdeten Bereich erreicht werden.
Demnächst werden erheblich höhere Datenraten von 10 MBit und mehr gefordert. Derartige Datenraten können mit einem Opto koppler nicht erreicht werden, wenn zugleich die Sicherheits vorschriften für die explosionsgefährdeten Umgebung eingehal ten werden sollen. Es ist zwar bereits angedacht, dennoch Optokoppler einzusetzen. Dieser Einsatz ist aber nur möglich, wenn eine Trennspannung, welche die Optokoppler maximal tren nen können, deutlich unter 250 V Wechselspannung liegt. Wenn hingegen eine derart hohe Trennspannung gefordert ist, können entweder die Sicherheitsvorschriften nicht eingehalten werden oder die Spannungsfestigkeit muss anderweitig eingehalten werden .
Ein anderer Ansatz besteht darin, die Datenübertragung von und zu den Feldverteilern über Lichtwellenleiter vorzunehmen. Mit Lichtwellenleitern können zwar sowohl eine hohe Datenrate als auch eine hohe Spannungsfestigkeit erreicht werden. Die Verwendung von Lichtwellenleitern ist jedoch teuer und erfor dert viel Platz. Insbesondere die Kosten stellen ein Hemmnis dar .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und zuver lässige Weise eine Kommunikation eines Feldverteilers der Au tomatisierungstechnik mit anderen Geräten möglich ist, wobei sowohl die Potenzialtrennung erhalten bleiben soll als auch eine hohe Datenrate ermöglicht werden soll.
Die Aufgabe wird durch einen Feldverteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Feldverteilers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
7. Erfindungsgemäß wird ein Feldverteiler der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
- dass der Feldverteiler eine Anzahl von Transformatoren mit einer jeweiligen Primärwicklung und eine jeweiligen Sekun därwicklung aufweist und
- dass die Primärwicklung des jeweiligen Transformators über eine jeweilige primärseitige Zweidrahtleitung mit der Ein gangsbaugruppe verbunden sind und die Sekundärwicklung des jeweiligen Transformators über eine jeweilige sekundärsei tige Zweidrahtleitung mit jeweils mindestens einer der Aus gangsbaugruppen verbunden sind, so dass die Kommunikation der Eingangsbaugruppe mit den entsprechenden Ausgangsbau gruppen potenzialgetrennt ist.
Die Potenzialtrennung wird somit nicht unmittelbar bei der Kommunikation des Feldverteilers mit der Zentraleinheit und der Kommunikation des Feldverteilers mit den Feldgeräten im plementiert, sondern innerhalb des Feldverteilers im Rahmen der Kommunikation der Eingangsbaugruppe mit den Ausgangsbau gruppen, und zwar mittels des jeweiligen Transformators.
Vorzugsweise ist der jeweilige Transformator als Planartrans formator ausgebildet. Dadurch kann der jeweilige Transforma tor einfach und kostengünstig realisiert werden. Weiterhin ist diese Ausgestaltung erheblich kleiner als eine Lösung mit Lichtwellenleitern und erheblich schneller als eine Lösung mit Optokopplern.
Vorzugsweise basiert die Kommunikation über den jeweiligen Transformator auf dem Ethernet-Standard. Eine derartige Kom munikation wäre mit einer hohen Datenrate zwar nicht möglich, wenn die durch die jeweilige primärseitige und die jeweilige sekundärseitige Zweidrahtleitung hergestellte Verbindung eine größere Länge aufweisen würde. Die Länge kann jedoch sehr kurz gehalten werden (im Bereich von wenigen cm) . Über derart kurze Strecken ist eine entsprechende Kommunikation ohne wei teres möglich. Es ist möglich, dass die Kommunikation der Eingangsbaugruppe mit der jeweils mindestens einen Ausgangsbaugruppe über den jeweiligen Transformator unidirektional ist. In diesem Fall muss zum Bewirken einer bidirektionalen Kommunikation pro Kommunikationsrichtung jeweils ein eigener Transformator vor handen sein. Alternativ kann die Kommunikation der Eingangs baugruppe mit der jeweils mindestens einen Ausgangsbaugruppe bidirektional sein. Durch eine bidirektionale Kommunikation kann der Hardwareaufwand reduziert werden. Besonders vorteil haft ist, wenn die Kommunikation der Eingangsbaugruppe mit der jeweils mindestens einen Ausgangsbaugruppe simultan bidi rektional ist. Dadurch kann - bei gleichem Hardwareaufwand - die Geschwindigkeit des Datentransfers gesteigert werden.
Der erfindungsgemäße Feldverteiler kann ohne weiteres in ei ner explosionsgefährdeten Umgebung verwendet werden, da durch die erfindungsgemäße Kommunikation der Eingangsbaugruppe mit den Ausgangsbaugruppen die Potenzialtrennung zuverlässig ge währleistet ist.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
FIG 1 Teile eines Systems der Automatisierungstechnik
FIG 2 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte und auf der
Leiterplatte angeordnete Komponenten und FIG 3 einen Schnitt durch die Leiterplatte von FIG 2.
Gemäß FIG 1 umfasst ein System der Automatisierungstechnik zumindest eine Zentraleinheit 1, mindestens einen Feldvertei ler 2 sowie an den Feldverteiler 2 angeschlossene Sensoren 3 und Aktoren 4. Oftmals sind mehrere Feldverteiler 2 vorhan den. Die Zentraleinheit 1 ist dem Feldverteiler 2 übergeord net. Die Sensoren 3 und Aktoren 4 sind dem Feldverteiler 2, an den sie angeschlossen sind, untergeordnet. Die Anzahl an Sensoren 3 und Aktoren 4, die an den jeweiligen Feldverteiler 2 angeschlossen sind, kann nach Bedarf sein. Die in Figur 1 dargestellte Anzahl von je zwei Sensoren 3 und Aktoren 4 ist rein beispielhaft. Die Sensoren 3 und Aktoren 4 werden nach stehend zusammen auch als Feldgeräte 3, 4 bezeichnet. Der Feldverteiler 2 und die Feldgeräte 3, 4 können insbesondere in einer explosionsgefährdeten Umgebung verwendet werden.
Der Feldverteiler 2 - in der Praxis oftmals als Switch be zeichnet - weist eine Eingangsbaugruppe 5 auf. Die Eingangs baugruppe 5 weist ihrerseits einen Kommunikationsanschluss 6 auf. Die Eingangsbaugruppe 5 ist dadurch in der Lage, über ihren Kommunikationsanschluss 6 mit der Zentraleinheit 1 zu kommunizieren. Die Kommunikation kann über eine Zweidrahtlei- tung 7 und insbesondere gemäß dem Ethernet-Protokoll erfol gen. Zur Potenzialtrennung der Kommunikation können im Ein zelfall sowohl der Kommunikationsanschluss 6 der Eingangsbau gruppe als auch ein Kommunikationsanschluss 8 der Zentralein heit einen Transformator 9 aufweisen. Die Kommunikation des Feldverteilers 2 mit der Zentraleinheit 1 kann jedoch auch anders realisiert sein. Die Kommunikation des Feldverteilers 2 mit der Zentraleinheit 1 kann auf dem Ethernet-Standard, dem PROFIBUS-Standard oder einem anderen Feldbus-Standard ba sieren. Auch eine Kommunikation über Lichtwellenleiter ist möglich .
Die Ausgangsbaugruppen 10 sind in der Regel als sogenannte APL-PHY ausgebildet. Sie weisen ihrerseits ebenfalls jeweils einen Kommunikationsanschluss 11 auf. Die Ausgangsbaugruppen 10 sind dadurch in der Lage, über den jeweiligen Kommunikati onsanschluss 11 mit dem jeweiligen Feldgerät 3, 4 zu kommuni zieren. Dargestellt ist dies in FIG 1 nur für eines der Feld geräte 3, 4. Der entsprechende Kommunikationsanschluss 11 ist jedoch bei allen Ausgangsbaugruppen 10 vorhanden. Die Kommu nikation der Ausgangsbaugruppen 10 mit den Feldgeräten 3, 4 erfolgt in der Regel über eine Zweidrahtleitung 12. Auch die Zweidrahtleitung 12 ist in FIG 1 nur für eine der Ausgangs baugruppen 10 dargestellt, aber bei allen Ausgangsbaugruppen 10 vorhanden. Der Feldverteiler 2 ist eine Zwischenstation im Rahmen der Kommunikation der Zentraleinheit 1 mit den Feldgeräten 3, 4. Die Eingangsbaugruppe 5 kommuniziert daher mit den Ausgangs baugruppen 10. Insbesondere nimmt die Eingangsbaugruppe 5 von der Zentraleinheit 1 Steuersignale entgegen, die von der Ein gangsbaugruppe 5 sodann an diejenigen Ausgangsbaugruppen 10 übermittelt werden, an welche die Aktoren 4 angeschlossen sind. Die entsprechenden Ausgangsbaugruppen 10 geben die Steuersignale an die jeweiligen Aktoren 4 aus. Umgekehrt neh men die an die Sensoren 3 angeschlossenen Ausgangsbaugruppen 10 von den Sensoren 3 deren Sensorsignale entgegen und über mitteln sie sodann an die Eingangsbaugruppe 5, die sie ihrer seits wiederum an die Zentraleinheit 1 weiterleitet. Die Kom munikation der Eingangsbaugruppe 5 mit den Ausgangsbaugruppen 10 kann - ebenso wie die Kommunikation des Feldverteilers 2 mit der Zentraleinheit 1 - auf dem Ethernet-Standard basie ren .
Um im Rahmen der Kommunikation der Eingangsbaugruppe 5 mit den Ausgangsbaugruppen 10 und damit im Ergebnis in der Kommu nikation der Zentraleinheit 1 mit den Feldgeräten 3, 4 eine zuverlässige Potenzialtrennung zu gewährleisten, weist der Feldverteiler 2 eine Anzahl von Transformatoren 13 mit einer jeweiligen Primärwicklung 14 und einer jeweiligen Sekun därwicklung 15 auf. Dargestellt ist dies in FIG 1 nur für ei nen Transformator 13. Anhand dieses Transformators 13 wird nachstehend die vorliegende Erfindung erläutert. Die entspre chenden Ausführungen gelten aber auch etwaige andere Trans formatoren 13, welche Ausgangsbaugruppen 10 mit der Eingangs baugruppe 5 verbinden.
Die Primärwicklung 14 des jeweiligen Transformators 13 ist über eine primärseitige Zweidrahtleitung 16 mit der Eingangs baugruppe 5 verbunden. Die Sekundärwicklung 15 des jeweiligen Transformators 13 ist über eine sekundärseitige Zweidrahtlei- tung 17 mit mindestens einer der Ausgangsbaugruppen 10 ver bunden. Mittels des Transformators 13 wird somit erreicht, dass die Kommunikation der Eingangsbaugruppe 5 mit der ent sprechenden Ausgangsbaugruppe 10 potenzialgetrennt ist. Theoretisch ist es denkbar, dass die Sekundärwicklung 15 des Transformators 13 nur mit einer einzigen Ausgangsbaugruppe 10 verbunden ist. In der Regel ist jedoch ein Multiplexer 18 vorhanden, mittels dessen die Sekundärwicklung 15 des Trans formators 13 sequenziell nacheinander, also im Zeitmultiplex, mit jeweils einer von mehreren Ausgangsbaugruppen 10 verbun den werden kann. Die Datenübertragung über den Multiplexer 18 als solche kann - nicht aber muss - potenzialgetrennt sein.
Gemäß FIG 2 sind die Eingangsbaugruppe 5, die Ausgangsbau gruppen 10 und der Transformator 13 auf einer Leiterplatte 19 angeordnet. Der Transformator 13 ist hierbei entsprechend der Darstellung in FIG 2 ein eigenständiges Bauteil.
Vorzugsweise ist der Transformator 13 entsprechend der Dar stellung in FIG 3 als Planartransformator ausgebildet. Es wird also ein Transformator 13 verwendet, bei dem die Pri märwicklung 14 und die Sekundärwicklung 15 als geätzte Lei terbahnen einer eigenen Leiterplatte 20 ausgebildet sind. Ge gebenenfalls können auf der eigenen Leiterplatte 20 auch meh rere derartige Transformatoren 13 angeordnet sein. Die Ein gangsbaugruppe 5 und die Ausgangsbaugruppen 10 sind hingegen in der Regel auf der anderen, größeren Leiterplatte 19 ange ordnet .
Der Abstand zwischen der Primärwicklungen 14 und der Sekun därwicklung 15 kann beispielsweise dadurch gewährleistet wer den, dass die Primärwicklung 14 und die Sekundärwicklung 15 des Transformators 13 entsprechend der Darstellung in FIG 3 auf verschiedene Seiten der Leiterplatte 20 aufgebracht sind. Durch die Ausbildung des Transformators 13 als Planartrans formator ergibt sich eine besonders kompakte Bauform des Transformators 13 bei gleichzeitig geringen Kosten, hoher Ef fizienz und geringem Streufeld.
Der Transformator 13, über welche die Eingangsbaugruppe 5 in nerhalb des Feldverteilers 2 mit der Ausgangsbaugruppe 10 bzw. mit den Ausgangsbaugruppen 10 kommuniziert, können er heblich robuster dimensioniert sein als die Transformatoren 9, die gegebenenfalls im Kommunikationspfad des Feldvertei lers 2 mit der Zentraleinheit 1 angeordnet sein können.
Dadurch kann der Transformator 13 eine erheblich größere Durchschlagspannung aufweisen. Er kann dadurch eine erheblich bessere Potenzialtrennung gewährleisten. Dennoch ist eine ho he Datenrate möglich, weil die zu überbrückende Entfernung nur im Bereich weniger cm liegt. Dies steht im Gegensatz zur Kommunikation des Feldverteilers 2 mit der Zentraleinheit 1 und den Sensoren 3 und den Aktoren 4. Hier müssen oftmals Entfernungen von vielen Metern - oftmals über 100 m und manchmal bis zu 1 km - überbrückt werden.
Um eine vollständige Potenzialtrennung der Eingangsbaugruppe 5 von den Ausgangsbaugruppen 10 zu erreichen, müssen auch Spannungsversorgungen für die Eingangsbaugruppe 5 und die Ausgangsbaugruppen 10 potenzialgetrennt sein. Dies ist jedoch ohne weiteres möglich und als solches nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Es ist möglich, dass die Kommunikation über den Transformator 13 unidirektional ist, also entweder ausschließlich von der Eingangsbaugruppe 5 zu den entsprechenden Ausgangsbaugruppen 10 gerichtet ist oder umgekehrt ausschließlich von den ent sprechenden Ausgangsbaugruppen 10 zu der Eingangsbaugruppe 5 gerichtet ist. In diesem Fall müssen in der Regel mindestens zwei Transformatoren 13 vorhanden sein, nämlich je ein Trans formator 13 für die Kommunikation von der Eingangsbaugruppe 5 zu den entsprechenden Ausgangsbaugruppen 10 und für die Kom munikation von den Ausgangsbaugruppen 10 zu der Eingangsbau gruppe 5.
Die Kommunikation der Eingangsbaugruppe 5 mit den Ausgangs baugruppen 10 über den Transformator 13 kann aber ohne weite res auch bidirektional sein. In diesem Fall kann es ausrei chen, dass der Feldverteiler 2 einen einzigen Transformator 13 aufweist.
Es ist sogar möglich, dass die Kommunikation über den Trans formator 13 kann sogar simultan bidirektional sein. Zur Im- plementierung einer simultanen bidirektionalen Kommunikation muss die Eingangsbaugruppe 5, um Informationen von der jewei ligen Ausgangsbaugruppe 10 entgegennehmen zu können, das an der primärseitigen Zweidrahtleitung 16 anstehende Signal er fassen. Weiterhin ist der Eingangsbaugruppe 5 - selbstver ständlich - bekannt, welches Signal sie selbst in die primär seitige Zweidrahtleitung 16 einspeist. Die Eingangsbaugruppe 5 kann daher auch die Differenz dieser beiden Signale bilden. Diese Differenz entspricht demjenigen Signal, das die ent sprechende Ausgangsbaugruppe 10 über die sekundärseitige Zweidrahtleitung 17 und den Transformator 13 in der primär seitigen Zweidrahtleitung 16 hervorruft. In völlig analoger Weise kann auch die jeweilige Ausgangsbaugruppe 10 die Diffe renz zwischen dem an der sekundärseitigen Zweidrahtleitung 17 anstehenden Signal und dem von ihr selbst in die sekundärsei tige Zweidrahtleitung 17 einspeisten Signal bilden. Diese Differenz entspricht demjenigen Signal, das die Eingangsbau gruppe 5 über die primärseitige Zweidrahtleitung 16 und den Transformator 13 in der entsprechenden sekundärseitigen Zwei drahtleitung 17 hervorruft.
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit fol genden Sachverhalt:
Ein Feldverteiler 2 der Automatisierungstechnik weist eine Eingangsbaugruppe 5 auf, die ihrerseits einen Kommunikations anschluss 6 aufweist, so dass die Eingangsbaugruppe 5 in der Lage ist, über ihren Kommunikationsanschluss 6 mit einer dem Feldverteiler 2 übergeordneten Zentraleinheit 1 zu kommuni zieren. Der Feldverteiler 2 weist weiterhin eine Anzahl von Ausgangsbaugruppen 10 auf, die jeweils einen Kommunikations anschluss 11 aufweisen, so dass die jeweilige Ausgangsbau gruppe 10 in der Lage ist, über den jeweiligen Kommunikati onsanschluss 11 mit einem jeweiligen, dem Feldverteiler 2 un tergeordneten Feldgerät 3, 4 zu kommunizieren. Die Eingangs baugruppe 5 kommuniziert mit den Ausgangsbaugruppen 10. Der Feldverteiler 2 weist eine Anzahl von Transformatoren 13 mit einer jeweiligen Primärwicklung 14 und eine jeweiligen Sekun därwicklung 15 auf. Die Primärwicklung 14 ist über eine pri- märseitige Zweidrahtleitung 16 mit der Eingangsbaugruppe 5 verbunden. Die Sekundärwicklung 15 ist über eine sekundärsei tige Zweidrahtleitung 17 mit mindestens einer der Ausgangs baugruppen 10 verbunden. Dadurch ist die Kommunikation der Eingangsbaugruppe 5 mit den Ausgangsbaugruppen 10 potenzial getrennt .
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere ist mit geringen Kosten eine hohe Datenrate erreichbar, wobei eine gute Potenzialtrennung bei hoher Spannungsfestig keit (250 V AC und mehr) erreicht werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .
Bezugszeichenliste
1 Zentraleinheit
2 Feldverteiler
3 Sensoren, Feldgeräte
4 Aktoren, Feldgeräte
5 Eingangsbaugruppe
6, 8, 11 Kommunikationsanschlüsse 7, 12, 16, 17 Zweidrahtleitungen
9, 13 Transformatoren
10 Ausgangsbaugruppen
14 Primärwicklung
15 Sekundärwicklung
18 Multiplexer
19, 20 Leiterplatten

Claims

Patentansprüche
1. Feldverteiler der Automatisierungstechnik,
- wobei der Feldverteiler eine Eingangsbaugruppe (5) auf weist, die ihrerseits einen Kommunikationsanschluss (6) aufweist, so dass die Eingangsbaugruppe (5) in der Lage ist, über ihren Kommunikationsanschluss (6) mit einer dem Feldverteiler übergeordneten Zentraleinheit (1) zu kommuni zieren,
- wobei der Feldverteiler eine Anzahl von Ausgangsbaugruppen
(10) aufweist, die jeweils einen Kommunikationsanschluss
(11) aufweisen, so dass die jeweilige Ausgangsbaugruppe (10) in der Lage ist, über den jeweiligen Kommunikationsan schluss (11) mit einem jeweiligen, dem Feldverteiler unter geordneten Feldgerät (3, 4) zu kommunizieren,
- wobei die Eingangsbaugruppe (5) mit den Ausgangsbaugruppen (10) kommuniziert,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass der Feldverteiler eine Anzahl von Transformatoren (13) mit einer jeweiligen Primärwicklung (14) und eine jeweili gen Sekundärwicklung (15) aufweist und
- dass die Primärwicklung (14) des jeweiligen Transformators (13) über eine jeweilige primärseitige Zweidrahtleitung (16) mit der Eingangsbaugruppe (5) verbunden ist und die Sekundärwicklung (15) des jeweiligen Transformators (13) über eine jeweilige sekundärseitige Zweidrahtleitung (17) mit jeweils mindestens einer der Ausgangsbaugruppen (10) verbunden ist, so dass die Kommunikation der Eingangsbau gruppe (5) mit den entsprechenden Ausgangsbaugruppen (10) potenzialgetrennt ist.
2. Feldverteiler nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der jeweilige Transformator (13) als Planartransformator ausgebildet ist.
3. Feldverteiler nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kommunikation über den jeweiligen Transformator (13) auf dem Ethernet-Standard basiert.
4. Feldverteiler nach Anspruch 1, 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Kommunikation der Eingangsbaugruppe (5) mit der je weiligen Ausgangsbaugruppe (10) über den jeweiligen Transfor mator (13) unidirektional ist.
5. Feldverteiler nach Anspruch 1, 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Kommunikation der Eingangsbaugruppe (5) mit der je weiligen Ausgangsbaugruppe (10) über den jeweiligen Transfor mator (13) bidirektional ist.
6. Feldverteiler nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Kommunikation der Eingangsbaugruppe (5) mit der je weiligen Ausgangsbaugruppe (10) über den jeweiligen Transfor mator (13) simultan bidirektional ist.
7. Feldverteiler nach einem der obigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der Feldverteiler in einer explosionsgefährdeten Umge bung verwendet wird.
PCT/EP2019/063185 2019-05-22 2019-05-22 Schnelle potenzialgetrennte datenübertragung über zweidrahtleitungen WO2020233807A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2019/063185 WO2020233807A1 (de) 2019-05-22 2019-05-22 Schnelle potenzialgetrennte datenübertragung über zweidrahtleitungen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2019/063185 WO2020233807A1 (de) 2019-05-22 2019-05-22 Schnelle potenzialgetrennte datenübertragung über zweidrahtleitungen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020233807A1 true WO2020233807A1 (de) 2020-11-26

Family

ID=66821176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/063185 WO2020233807A1 (de) 2019-05-22 2019-05-22 Schnelle potenzialgetrennte datenübertragung über zweidrahtleitungen

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2020233807A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997049017A1 (de) * 1996-06-17 1997-12-24 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh & Co. Schaltung für die kommunikation externer geräte mit einer zentralen/dezentralen datenverarbeitungsanlage über einen bus
DE19947501A1 (de) * 1999-10-01 2001-05-23 Ifm Electronic Gmbh Aktuator-Sensor-Interface-Slave
EP2053792A1 (de) * 2007-10-22 2009-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Busanschalteinheit zum Zwischenschalten in eine Zweileiter-Stromschleife sowie Messumformer, Stellungsregler und analoge Ein- und Ausgabebaugruppe mit einer solchen Busanschalteinheit

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997049017A1 (de) * 1996-06-17 1997-12-24 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft Für Mess- Und Regeltechnik Mbh & Co. Schaltung für die kommunikation externer geräte mit einer zentralen/dezentralen datenverarbeitungsanlage über einen bus
DE19947501A1 (de) * 1999-10-01 2001-05-23 Ifm Electronic Gmbh Aktuator-Sensor-Interface-Slave
EP2053792A1 (de) * 2007-10-22 2009-04-29 Siemens Aktiengesellschaft Busanschalteinheit zum Zwischenschalten in eine Zweileiter-Stromschleife sowie Messumformer, Stellungsregler und analoge Ein- und Ausgabebaugruppe mit einer solchen Busanschalteinheit

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1965482B1 (de) ASI-Netzwerk für explosionsgefährdete Bereiche
DE102017009355A1 (de) Verfahren zum Betreiben von elektrischen Bordnetzen
DE112007001098T5 (de) Datensignal-Isolationsvorrichtung
WO2007098909A1 (de) Bidirektionaler, galvanisch getrennter übertragungskanal
EP3381109B1 (de) Multilevelumrichter
CH664462A5 (de) Koppeleinrichtung fuer einen lichtwellenleiter.
WO2020233807A1 (de) Schnelle potenzialgetrennte datenübertragung über zweidrahtleitungen
DE19947501C5 (de) Aktuator-Sensor-Interface-Slave
DE19607971A1 (de) Leitungskoppler
EP1695158B1 (de) Eigensichere datenübertragungseinrichtung
DE102018206269A1 (de) Gleichspannungswandler, Bordnetz mit einem Gleichspannungswandler
DE10216330B4 (de) Messeinrichtung für die Prozesstechnik mit Zentralstromversorgung
DE102005055546A1 (de) Vorrichtung zur Übertragung eines Stromes und/oder eines Signals
EP0728581B1 (de) Bussystem für eine Druckmaschine
DE102017128239B3 (de) Aktuator-Sensor Interface Feldbus (AS-Interface) mit einem Buskoppler
DE3146987A1 (de) Eigendrahtloses kommunikationssystem
EP2665195B1 (de) Vorrichtung zur Bereitstellung einer eigensicheren Versorgungsspannung und zur Übertragung von Kommunikationssignalen
DE102017128249B4 (de) Anordnung für einen Aktuator-Sensor Interface Feldbus (AS-i-Bus) mit einem Diagnosegerät
WO2011047855A1 (de) Schaltungsanordnung zur galvanischen trennung
EP2256868A1 (de) Automatisierungsgerät mit einem Terminalmodul
DE3027078A1 (de) Schaltanlage
WO2024068258A1 (de) Dioden-halbbrücken zur abführung von hv-potential einer lv-leitung an überspannungsbegrenzung
DE4410301C2 (de) Elektrische Reihenklemme
DE102017111258A1 (de) Einspeisemodul für eine induktive m-phasige Energieübertragungsstrecke
DE2817788A1 (de) Umsetzereinrichtung fuer traegerfrequenz-uebertragungssysteme

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19729626

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19729626

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1