WO2000062478A9 - Bussystem - Google Patents

Bussystem

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WO2000062478A9
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Elmar Flaschka
Clemens Hoga
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Siemens Ag
Elmar Flaschka
Clemens Hoga
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    • H04L12/42—Loop networks
    • H04L12/437—Ring fault isolation or reconfiguration

Definitions

  • the invention relates to a bus system with one on one
  • Coupling module interconnected to form a ring structure, a line structure of the bus being implemented by a separation point in the coupling module, and with a monitoring device contained in the coupling module, which monitors the bus for matching states on both sides of the separation point and, in the event of non-compliance, the separation point via a controllable one Switching device closes.
  • Such a bus system is made of Siemens power generation - K U: Control technology power generation: Products & Services: SIMATIC NET bus system, online on the Internet: URL: http: // www. sJemens. de / kwu / d / foa / 1 / products / prodl60.htm (as of January 29, 1999).
  • the bus subscribers are connected to a bus via star couplers.
  • the bus is interconnected with the star couplers in a ring structure, a line structure being implemented by a separation point in one of the star couplers.
  • the signals (telegrams) arriving from both directions are monitored at the separation point. If the signals only come from one direction, the bus must be interrupted. In this case, the separation point is closed by a controllable switch, so that a closed line structure of the bus is restored and all bus participants can communicate with each other again via the bus.
  • Monitoring the bus for matching telegrams on both sides of the separation point is comparatively complex and can be associated with delays due to the telegram evaluation required for this.
  • the monitoring function only effective during the times in which telegrams are transmitted via the bus.
  • the invention has for its object to ensure a particularly simple and safe bus redundancy.
  • the object is achieved in that in the bus system of the type specified at the beginning, the bus has wires for the power supply of bus subscribers and in that the monitoring device is designed to detect and compare the supply voltage on the wires on both sides of the separation point.
  • the supply voltage on both sides of the separation point is monitored and compared instead of the telegrams in order to detect an interruption in the bus.
  • the monitoring of the supply voltage is particularly simple, fail-safe and also possible if no telegrams are transmitted.
  • all buses come m question in which the power supply and data transfer are carried out over the same cable, be it that the telegrams on the supply voltage for the bus participants are modulated or that, such as. B. with optical data transmission, the telegrams and the supply voltage are transmitted on separate wires.
  • the coupling module preferably contains a bus subscriber device coupled to the bus, the monitoring device detecting the mismatching of the supply voltage on both sides of the separation point Bus subscriber device to deliver a
  • the error message advantageously contains information about it Which side of the disconnection point the detected supply voltage falls below a minimum value, so that the location of the interruption of the bus with respect to the point at which the supply voltage m is fed in can be located more easily on the bus.
  • the controllable switching device used to close the separation point is preferably additionally controllable by a command that can be transmitted to the bus subscriber device via the bus.
  • the bus master can then specifically open and close the disconnection point to test the coupling module and to restart the bus that has been repaired after an interruption.
  • the coupling module can have a manually operable control element and / or a separate control signal input for actuating the controllable switching device.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of the bus system according to the invention and Figure 2 shows an exemplary embodiment of the bus coupler.
  • FIG. 1 shows a bus system consisting of a bus 1 with connected bus subscribers 2 ... 6, of which here the bus subscriber designated 4 as the bus master, ie active bus subscriber, and the other bus subscribers 2, 3, 5, 6 as Bus slaves, ie passive bus participants, are formed.
  • the bus 1 serves both for the transmission of telegrams, ie information, between the bus participants 2 ... 6, and for the transmission of the supply voltage for the power supply of the bus participants 2 ... 6, for which purpose a power supply unit 7, which supplies the supply voltage, to the Bus 1 is connected.
  • the ends of the bus 1 are interconnected to form a ring structure on a coupling module 8, but with a separation point 9 in the coupling module 8 is actually a line structure of the bus 1.
  • the coupling module 8 contains a controllable switching device 10, by means of which the normally open disconnection point 9 can be closed and opened again, and a monitoring device 11, which detects the supply voltage on the bus 1 on both sides of the disconnection point 9 and compares the voltage values obtained thereby.
  • the comparison includes determining whether the supply voltage supplied by the power supply unit 7 is present on the respective side of the disconnection point 9 or is not present as a result of an interruption 12 in the bus 1.
  • the presence of the supply voltage is detected by the fact that the detected voltage value exceeds a predetermined threshold value, while the absence of the supply voltage is detected by falling below a minimum value.
  • the detection and monitoring of the supply voltage on both sides of the disconnection point 9 can also be simplified in that the voltage across the disconnection point 9 is detected.
  • the monitoring device 11 If the interruption 12 of the bus 1 is detected on both sides of the disconnection point 9 due to different supply voltages, the monitoring device 11 generates a
  • the monitoring device 11 Simultaneously with the set signal 13, the monitoring device 11 generates an error signal 15 which is fed to a passive bus subscriber device (slave) 16 in the coupling module 8.
  • the bus subscriber device 16 which is connected to the bus 1 in the same way as the bus subscribers 2 ... 6, then gives an error message to the Bus 1, which is received by the bus participants, in particular the bus master 4.
  • the error message contains information about on which side of the disconnection point 9 the absence of the supply voltage was detected, so that the location of the interruption 12 is facilitated.
  • the disconnection point 9 can be opened again, either by a command transmitted from the bus master 4 to the bus subscriber device 16 or by manual actuation of an operating element 17 arranged on the coupling module 8.
  • the bus subscriber device 16 then generates a reset signal 18 with which the register 14 controlling the switching device 10 is reset.
  • the bus subscriber device 16 can also generate a set signal 19 for setting the register 14 depending on a command supplied to it via the bus 1 or on the actuation of the operating element 17, so that the isolating point 9 is specifically opened and closed for testing and for restarting can be.
  • the coupling module 8 contains a power supply device 20, which is connected to the bus 1 on both sides of the disconnection point 9 and draws the supply voltage from it.
  • both the bus telegrams and the supply voltage are transmitted via bus 1.
  • the telegrams and the supply voltage can be transmitted either on separate wires or a common wire of the bus 1, the telegrams being modulated onto the supply voltage in the latter case.
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment of the coupling module 8, which is coupled to a bus 1 with a first wire 21 for transmitting the telegrams, a second wire 22 for transmitting the supply voltage and a third wire 23 as a ground line.
  • Core 21 can be both an electrical line and an optical waveguide.
  • a separation point 24, 25, which can be opened or closed by means of the controllable switching device 10, is provided both for the wire 21 and for the wire 22, possibly also for the wire 23.
  • the other components of the coupling module 8 correspond to those in Figure 1 and are provided with the same reference numerals.
  • the detection of the supply voltage on both sides of the isolating point 25 is carried out by the monitoring device 11 via filters 26 and 27, suppress the interference voltages and serve for level adjustment to the logic level of the logic circuit of the monitoring device 11.
  • the power supply device 20 is connected via decoupling diodes 28 and optionally 29 to the wire 22 of the bus 1, thereby preventing the disconnection point 25 from being short-circuited.

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Abstract

Ein Bussystem ist aus Redundanzgründen an einem Koppelmodul zu einer Ringstruktur zusammengeschaltet, wobei durch eine Trennstelle in dem Koppelmodul eine Linienstruktur des Busses realisiert ist. Eine in dem Koppelmodul enthaltene Überwachungseinrichtung überwacht den Bus auf übereinstimmende Zustände beiderseits der Trennstelle, die im Falle der Nichtübereinstimmung durch eine steuerbare Schalteinrichtung geschlossen wird. Eine besonders einfache und sichere Busredundanz wird dadurch erreicht, daß der Bus (1) Adern zur Stromversorgung der Busteilnehmer (2 ... 6) aufweist und daß die Versorgungsspannung auf den Adern beiderseits der Trennstelle (9) überwacht wird.

Description

Beschreibung
Bussystem
Die Erfindung betrifft ein Bussystem mit einem an einem
Koppelmodul zu einer Ringstruktur zusammengeschalteten Bus, wobei durch eine Trennstelle in dem Koppelmodul eine Linienstruktur des Busses realisiert ist, und mit einer in dem Koppelmodul enthaltenen Überwachungseinrichtung, die den Bus auf übereinstimmende Zustände beiderseits der Trennstelle überwacht und im Falle der Nichtübereinstimmung die Trennstelle über eine steuerbare Schalteinrichtung schließt.
Ein derartiges Bussystem ist aus Siemens Energieerzeugung- K U: Leittechnik Energieerzeugung: Produkte & Leistungen: Bussystem SIMATIC NET, online im Internet: URL: http: //www. sJemens. de/kwu/d/foa/1/products/prodl60.htm (Stand: 29.01.1999) bekannt. Bei dem bekannten Bussystem sind die Busteilnehmer über Sternkoppler an einem Bus angeschlos- sen. Um die Verfügbarkeit und Fehlersicherheit des Bussystems zu erhöhen, ist der Bus mit den Sternkopplern in einer Ringstruktur zusammengeschaltet, wobei durch eine Trennstelle in einem der Sternkoppler eine Linienstruktur realisiert wird. An der Trennstelle werden die aus beiden Richtungen ankommen- den Signale (Telegramme) überwacht. Kommen die Signale nur aus einer Richtung, so muß von einer Unterbrechung des Busses ausgegangen werden. In diesem Fall wird die Trennstelle über einen steuerbaren Schalter geschlossen, so daß wieder eine geschlossene Linienstruktur des Busses hergestellt wird und alle Busteilnehmer wieder über den Bus miteinander kommunizieren können.
Die Überwachung des Busses auf übereinstimmende Telegramme beiderseits der Trennstelle ist vergleichsweise aufwendig und kann aufgrund der dazu erforderlichen Telegrammauswertung mit Verzögerungen verbunden sein. Darüber hinaus ist die Über- wachungsfunktion nur m den Zeiten wirksam, in denen Telegramme über den Bus übertragen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders ein- fache und sichere Busredundanz zu gewahrleisten.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelost, daß bei dem Bussystem der eingangs angegebenen Art der Bus Adern zur Stromversorgung von Busteilnehmern aufweist und daß die Uber- wachungsemrichtung zur Erfassung und zum Vergleich der Versorgungsspannung auf den Adern beiderseits der Trennstelle ausgebildet ist.
Bei Bussystemen, die auf demselben Bus sowohl Telegramme als auch die Versorgungsspannung für die Busteilnehmer übertragen, wird also anstelle der Telegramme die Versorgungsspannung beiderseits der Trennstelle überwacht und verglichen, um eine Unterbrechung des Busses zu detektieren. Die Überwachung der Versorgungsspannung ist besonders einfach, storsicher und auch dann möglich, wenn keine Telegramme übertragen werden. Grundsätzlich kommen alle Busse m Frage, bei denen die Stromversorgung und der Datentransfer über dasselbe Kabel gefuhrt werden, sei es, daß die Telegramme auf der Versorgungsspannung für die Busteilnehmer aufmoduliert sind oder daß, wie z. B. bei optischer Datenübertragung, die Telegramme und die Versorgungsspannung auf getrennten Adern übertragen werden.
Um im Falle einer Unterbrechung des Busses die Busteilnehmer, insbesondere den Bus-Master (aktiver Busteilnehmer) , entsprechend informieren zu können, enthalt das Koppelmodul vorzugsweise eine an den Bus angekoppelte Busteilnehmereinrichtung, wobei die Uberwachungseinrichtung bei der Detektion einer Nichtübereinstimmung der Versorgungsspannung beiderseits der Trennstelle die Busteilnehmereinπchtung zur Abgabe einer
Fehlermeldung auf den Bus ansteuert. Die Fehlermeldung enthalt dabei m vorteilhafter Weise Informationen darüber, auf welcher Seite der Trennstelle die erfaßte Versorgungsspannung einen Minimalwert unterschreitet, so daß der Ort der Unterbrechung des Busses in bezug auf die Stelle der Einspeisung der Versorgungsspannung m den Bus einfacher lokalisiert werden kann.
Die zum Schließen der Trennstelle dienende steuerbare Schalt- emπchtung ist vorzugsweise zusätzlich durch einen über den Bus an die Busteilnehmereinrichtung übertragbaren Befehl steuerbar. Der Bus-Master kann dann zum Testen des Koppelmoduls und zur Wiederinbetriebnahme des nach einer Unterbrechung reparierten Busses die Trennstelle gezielt offnen und schließen. Alternativ oder vorzugsweise zusatzlich kann das Koppelmodul ein manuell betatigbares Bedienelement und/oder einen separaten Steuersignaleingang zur Betätigung der steuerbaren Schalteinrichtung aufweisen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figur der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zeigen jeweils in Form eines Blockschaltbildes:
Figur 1 ein Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsgemaßen Bussystems und Figur 2 ein Ausfuhrungsbeispiel für den Buskoppler.
Figur 1 zeigt ein Bussystem, bestehend aus einem Bus 1 mit daran angeschlossenen Busteilnehmern 2 ... 6, von denen hier der mit 4 bezeichnete Busteilnehmer als Bus-Master, d. h. aktiver Busteilnehmer, und die anderen Busteilnehmer 2, 3, 5, 6 als Bus-Slaves, d. h. passive Busteilnehmer, ausgebildet sind. Der Bus 1 dient sowohl zur Übertragung von Telegrammen, d. h. Informationen, zwischen den Busteilnehmern 2 ... 6, als auch zur Übertragung der Versorgungsspannung für die Stromversorgung der Busteilnehmer 2 ... 6, wozu ein die Versor- gungsspannung lieferndes Netzteil 7 an dem Bus 1 angeschlossen ist. Der Bus 1 ist mit seinen Enden an einem Koppelmodul 8 zu einer Ringstruktur zusammengeschaltet, wobei aber durch eine Trennstelle 9 in dem Koppelmodul 8 tatsachlich eine Linienstruktur des Busses 1 realisiert ist.
Das Koppelmodul 8 enthalt eine steuerbare Schalteinrichtung 10, über die die normalerweise offene Trennstelle 9 geschlossen und wieder geöffnet werden kann, sowie eine Uberwachungseinrichtung 11, die die Versorgungsspannung auf dem Bus 1 beiderseits der Trennstelle 9 erfaßt und die dabei erhaltenen Spannungswerte miteinander vergleicht. Der Vergleich beinhal- tet die Feststellung, ob auf der jeweiligen Seite der Trennstelle 9 die von dem Netzteil 7 gelieferte Versorgungsspannung vorhanden oder als Folge einer Unterbrechung 12 des Busses 1 nicht vorhanden ist. Das Vorhandensein der Versorgungsspannung wird dadurch detektiert, daß der erfaßte Spannungswert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wahrend das Nichtvorhandensein der Versorgungsspannung dadurch detektiert wird, daß ein Minimalwert unterschritten wird. Die Erfassung und Überwachung der Versorgungsspannung beiderseits der Trennstelle 9 kann vereinfacht auch dadurch erfolgen, daß die Spannung ber der Trennstelle 9 erfaßt wird.
Wird aufgrund unterschiedlicher Versorgungsspannungen beiderseits der Trennstelle 9 die Unterbrechung 12 des Busses 1 detektiert, so erzeugt die Uberwachungseinrichtung 11 ein
Setzsignal 13, mit dem ein die Schalteinrichtung 10 steuerndes Register 14 gesetzt und als Folge die Trennstelle 9 über die Schalteinrichtung 10 geschlossen wird. Damit ist die Linienstruktur des Busses 1 wieder hergestellt und die Bus- teilnehmer 2 ... 6 können wieder miteinander kommunizieren.
Gleichzeitig mit dem Setzsignal 13 erzeugt die Uberwachungseinrichtung 11 ein Fehlermeldesignal 15, das einer passiven Busteilnehmereinrichtung (Slave) 16 in dem Koppelmodul 8 zu- gef hrt wird. Die Busteilnehmereinrichtung 16, die m gleicher Weise wie die Busteilnehmer 2 ... 6 an dem Bus 1 angeschlossen ist, gibt daraufhin eine Fehlermeldung auf den Bus 1, die von den Busteilnehmern, insbesondere dem Bus- Master 4, aufgenommen wird. Die Fehlermeldung enthalt eine Information darüber, auf welcher Seite der Trennstelle 9 das Nichtvorhandensem der Versorgungsspannung detektiert wurde, so daß die Ortung der Unterbrechung 12 erleichtert wird.
Nach Beseitigung der Unterbrechung 12 m dem Bus 1 kann die Trennstelle 9 wieder geöffnet werden, was entweder durch einen von dem Bus-Master 4 an die Busteilnehmereinrichtung 16 übertragenen Befehl oder durch manuelle Betätigung eines an dem Koppelmodul 8 angeordneten Bedienelements 17 erfolgt. Die Busteilnehmereinrichtung 16 erzeugt daraufhin ein Rucksetzsignal 18, mit dem das die Schalteinrichtung 10 steuernde Register 14 zurückgesetzt wird. Die Busteilnehmereinrichtung 16 kann darüber hinaus m Abhängigkeit von einem ihr über den Bus 1 zugefuhrten Befehl oder von der Betätigung des Bedien- elements 17 ein Setzsignal 19 zum Setzen des Registers 14 erzeugen, so daß die Trennstelle 9 zum Testen und zur Wiederinbetriebnahme gezielt geöffnet und geschlossen werden kann.
Zur Stromversorgung des Koppelmoduls 8 enthalt dieses eine Stromversorgungseinrichtung 20, die beiderseits der Trennstelle 9 an dem Bus 1 angeschlossen ist und von diesem die Versorgungsspannung bezieht.
Wie bereits erwähnt, werden sowohl die Bustelegramme als auch die Versorgungsspannung über den Bus 1 übertragen. Dabei können die Telegramme und die Versorgungsspannung entweder auf getrennten Adern oder einer gemeinsamen Ader des Busses 1 übertragen werden, wobei im letzteren Fall die Telegramme auf der Versorgungsspannung aufmoduliert sind.
Figur 2 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel für das Koppelmodul 8, das an einen Bus 1 mit einer ersten Ader 21 zur Übertragung der Telegramme, einer zweiten Ader 22 zur Übertragung der Versorgungsspannung und einer dritten Ader 23 als Masseleitung angekoppelt ist. Bei der die Telegramme übertragenden Ader 21 kann es sich sowohl um eine elektrische Leitung als auch um einen Lichtwellenleiter handeln. Sowohl für die Ader 21 als auch für die Ader 22, gegebenenfalls auch für die Ader 23, ist jeweils eine Trennstelle 24, 25 vorgesehen, die mit- tels der steuerbaren Schalteinrichtung 10 geöffnet oder geschlossen werden kann. Die übrigen Komponenten des Koppelmoduls 8 entsprechen denen in Figur 1 und sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Darüber hinaus ist zu sehen, daß die Erfassung der Versorgungsspannung beiderseits der Trennstelle 25 durch die Uberwachungseinrichtung 11 über Filter 26 und 27 erfolgt, die Storspannungen unterdrucken und zur Pegelanpassung auf den Logikpegel der Logikschaltung der Uberwachungseinrichtung 11 dienen.
Die Stromversorgungseinrichtung 20 ist über Entkopplungsdioden 28 und gegebenenfalls 29 an der Ader 22 des Busses 1 angeschlossen, wodurch ein Kurzschluß der Trennstelle 25 verhindert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Bussystem mit einem an einem Koppelmodul (8) zu einer Ringstruktur zusammengeschalteten Bus (1), wobei durch eine Trennstelle (9; 24, 25) in dem Koppelmodul (8) eine Linienstruktur des Busses (1) realisiert ist, und mit einer in dem Koppelmodul (8) enthaltenen Überwachungseinrichtung (11), die den Bus (1) auf übereinstimmende Zustände beiderseits der Trennstelle (9; 24, 25) überwacht und im Falle der Nicht- Übereinstimmung die Trennstelle (9; 24, 25) über eine steuerbare Schalteinrichtung (10) schließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bus (1) Adern (22, 23) zur Stromversorgung von Busteilnehmern (2 ... 6) aufweist und daß die Überwachungseinrichtung (11) zur Erfassung und zum Vergleich der Versorgungsspannung auf den Adern (22, 23) beiderseits der Trennstelle (9; 24, 25) ausgebildet ist.
2. Bussystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelmodul (8) eine an dem Bus (1) angekoppelte Busteilnehmereinrichtung enthält und daß die Überwachungseinrichtung (11) bei der Detektion einer Nichtübereinstimmung der Versorgungsspannung beiderseits der Trennstelle (9; 25) die Busteilnehmereinrichtung (16) zur Abgabe einer Fehlermeldung auf den Bus (1) ansteuert.
3. Bussystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlermeldung Informationen darüber enthält, auf welcher Seite der Trennstelle (9; 24, 25) die erfaßte Versorgungsspannung einen Minimalwert unterschreitet.
4. Bussystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Schalteinrichtung (10) zusätzlich durch einen über den Bus (1) an die Busteilnehmereinrichtung (16) übertragbaren Befehl steuerbar ist.
5. Bussystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelmodul (8) ein manuell betätigbares Bedienelement (17) und/oder einen separaten Steuersignaleingang zur Betätigung der steuerbaren Schalteinrichtung (10) aufweist.
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