DE10131094B4 - Eigensicheres Koppler-Modul zum Anschluss an ein Datennetzwerk - Google Patents

Abstract

Koppler-Modul zum Anschluss an ein Datennetzwerk, insbesondere an einen Kommunikationsbus (8), wobei Eigensicherheit gegeben ist, umfassend mehrere Schnittstellen (A₁, A₂, A_n, A_K, A_{US B}, A_CAN, B, C, D, E, F) unterschiedlichen Standards sowie eine mit dem Kommunikationsbus (8) koppelbare, nach dem FSK (Frequenz-Shift-Keying) Verfahren arbeitende Modemeinheit (2), wobei neben der Modemeinheit (2) wenigstens ein weiterer mit der Modemeinheit (2) in Verbindung stehenden Umsetzer (3, 4, 5) vorgesehen ist, welcher im Zusammenspiel mit der Modemeinheit (2) und/oder einem anderen Umsetzer (3, 4, 5) die ihm zugeführten Signale derart umwandelt, dass Daten unterschiedlicher Übertragungsprotokolle über die den Umsetzern (3, 4, 5) und der Modemeinheit (2) oder einem anderen Umsetzer zugeordneten Schnittstellen (A₁, A₂, A_n, A_K, A_{US B}, A_CAN, B, C, D, E, F) austauschbar sind, ferner umfassend eine mit der Modemeinheit (2) verbundene, einen Datenspeicher aufweisende Diagnose- und Überwachungs-Einheit (6), welche über eine Schnittstelle (F) an den Kommunikationsbus (8) anschließbar ist, wobei die Adresse...

Description

• Die Erfindung betrifft ein eigensicheres Koppler-Modul zum Anschluss an ein Datennetz.
• Koppler-Module sind in vielfältiger Ausführungsform aus dem Stand der Technik bekannt (z.B. aus R.A. Pascoe: Interconnecting devices of different communication protocols, IBM Technical Disclosure Bulletin Vol 26 No. 7A Seite 3483–3484, Dezember 1983). Das dort beschriebene Koppelsystem besitzt mehrere Schnittstellen sowie Protokollwandler und Modems. Das Koppelsystem dient zum Anschluss an ein Datennetzwerk bestehend aus einem Hostcomputer und weiteren Einheiten. R. Gallagher beschreibt in „Electronics" Seite 3E bis 4E, 22.09.1983 „Input/output board connects many types of digital equipment" ein "Board", welches als Interface zum Datentransfer zwischen mehreren Dateneinheiten dient und dabei die jeweiligen Übertragungsprotokolle umwandelt.
• In der DE 42 30 796 A1 wird eine elektronische Einrichtung zur Erfassung, Verarbeitung und Beeinflussung des Datenverkehrs zwischen einem extern zuschaltbaren Testgerät und in der Karosserie eines Fahrzeuges angebrachten elektronischen Steuergeräten offenbart. Für den Datenverkehr von abgasrelevanten Steuergeräten zu dem Testgerät ist ein Protokollwandler vorgesehen, durch den das Testgerät mit unterschiedlichen Normungen des Protokolls kommunizieren kann, wobei das Testgerät über eine geführte Steckverbindung mit den Steuergeräten unmittelbar oder mittelbar über den Protokollwandler verbindbar ist.
• Auch in der EP 0 424 658 A2 wird ein Koppler-Modul beschrieben, das zwischen unterschiedlichen Ein-Ausgabeeinheiten mit unterschiedlichen Protokollen verwendet werden kann. Dieses Kopplermodul soll beispielsweise im Ethernet zum Einsatz kommen. Auch herkömmliche PC's sind mit mehreren unterschiedlichen Schnittstellen ausgestattet, wie beispielsweise von G. Schnurer in dem Artikel „Freie Auswahl", c't Magazin für Computertechnik Heft 2000/25, Seite 238–241, 242, 244, 246, 248, 250–251, Dezember 2000 beschrieben wird.
• Mit der zukünftigen Standardisierung von untertägigen Arbeits- und Betriebsmitteln und mit der Einführung von eigensicheren Bussystemen unter Tage, verbunden mit der Anschließung aller für die Steuerung und Überwachung der Kohleförderung relevanten Maschinen, Geräte und Sensoren, sind umfangreiche Fortschritte in Richtung der Automatisierung gemacht worden, wobei es bis zur Erreichung des sogenannten mannlosen Strebs, also des vollautomatischen Kohleabbaus ohne Bergleute noch eine Reihe von Problemen zu lösen gibt. Im internationalen Vergleich ist die deutsche Kohleproduktion sehr teuer, weshalb eine weitgehende Automatisierung der Kohleproduktion angestrebt wird.
• Ein modernes Management-System ist bei seinen Entscheidungen auf Informationen des gesamten Systems von der untersten bis zur obersten Ebene angewiesen. Moderne Datenkommunikationsnetze ermöglichen es jederzeit, die ak tuelle Lage einer Produktion, Lagerhaltung etc. abzufragen, um gegebenenfalls in den Prozess korrigierend eingreifen zu können.
• Das derzeit bei Computernetzwerken am häufigsten eingesetzte Datenkommunikationssystem ist das Ethernet. Allerdings eignet sich ein solches System nicht für den Einsatz als Netzwerk in explosionsgefährdeten Bereichen, unter Tage oder auch in der Chemieindustrie, da dort unter anderem Eigensicherheit gefordert wird. Auf der Steuerungsebene vor Ort, beispielsweise unter Tage, erfolgt die Datenübertragung und Steuerung von unter- nach über Tage über Busnetzwerke, insbesondere Profibusnetzwerke. Um von über Tage schnelle Entscheidungen für den Kohleabbau treffen zu können, müssen im Idealfall alle dazu notwendigen Betriebsmittel unter Tage an den Profibus angekoppelt sein. Aufgrund der großen Vielfalt der unter Tage eingesetzten Geräte ergeben sich eine Vielzahl von Schnittstellen zwischen den Geräten und dem Profibus, was zu umfangreichen Problemen führt.
• Zur Zeit müssen Verbindungen zwischen den eingesetzten Geräten und dem Kommunikationsbus in jedem Einzelfall aus mehreren Teilkomponenten zusammengestellt werden. Hierzu kommen Gateways sowie eine Vielzahl von Kopplern zum Einsatz, beispielsweise serielle/FSK (Frequence/Shift/Keying)-Koppler oder FSK/Lichtwellenleiter (LWL-Koppler).
• Dazu kommt, dass die untertägigen Geräte viele unterschiedliche Aktoren, wie z.B. Ventile, Motoren, Antriebe, Stellglieder, Klappen, Schieber, etc. und Sensoren, wie z.B. Messfühler für Temperatur, Druck, Feuchte, Länge, Gase, Flüssigkeiten etc. umfassen, die miteinander kommunizieren und Daten untereinander austauschen müssen. Auf dieser sogenannten Feldebene bietet sich daher als Kommunikationssystem ein Kommunikationsbus an, wie z.B. der Profibus.
• Der Profibus ist ein herstellerunabhängiger, offener Feldbus Standard für umfassende Anwendungen in der Steuerungs-, Fertigungs-, Prozess- und Gebäudeautomation (EN 50170). Mit dem Profibus ist eine Kommunikation der Akto ren/Sensoren untereinander als auch der Datenaustausch zu der nächsten Informationsebene, beispielsweise der Steuerungsebene, möglich.
• Der Anschluss aller untertägigen Betriebsmittel an ein Bussystem erleichtert die Überwachungs- und Steuerfunktion von über Tage aus erheblich, da alle notwendigen Informationen von unter Tage in einem System in der Leitwarte des Bergwerks zusammenlaufen und auf deren Grundlage weitere Entscheidungen getroffen werden können.
• Bei neueren eigensicheren Geräten werden Kommunikationsbus-Schnittstellen, insbesondere FSK-Profibusschnittstellen vorgesehen, die viele zur Zeit Untertage eingesetzte Geräte nicht besitzen.
• Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eigensicheres Koppler-Modul zum Anschluss an ein Datennetzwerk, insbesondere an einen Kommunikationsbus, bereitzustellen, mit dem die unterschiedlichsten Geräte an den Kommunikationsbus angekoppelt werden können, und welches die Diagnose und Überwachung des Datennetzwerks vereinfacht.
• Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Kopplermodul gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Im Unterschied zu anderen Koppler-Modulen umfasst das erfindungsgemäße Koppler-Modul mehrere Schnittstellen unterschiedlichen Standards und dient somit als universeller Umsetzer der von den Schnittstellen der untertägigen Sensoren/Aktoren oder Geräten abgehenden Daten auf den Kommunikationsbus, der wiederum von den Bergwerken als zentrales Medium zur Datenübertragung von unter nach über Tage und umgekehrt genutzt wird. Wesentlicher Bestandteil des Koppler-Moduls ist die mit dem Kommunikationsbus koppelbare Modemeinheit, die vorzugsweise nach dem Frequence/Shift/Keying (FSK)-Modulationsprinzip (Frequenzumtastung) arbeitet. Bei diesem Verfahren wird das Sendesignal durch Frequenzumschaltung übertragen, wobei eine Frequenz die digitale "Eins" und die andere Frequenz die digitale "Null" repräsentiert, wobei beide Frequenzen im gleichen Frequenzabstand um eine Trägerfrequenz angeordnet sind.
• Mit der Modemeinheit steht wenigstens ein weiterer Umsetzer in Verbindung, der die ihm von den Schnittstellen oder der Modemeinheit zugeführten Signale derart umwandelt, dass Daten, die in unterschiedlicher Signalform und auch in unterschiedlichen Übertragungsprotokollen vorliegen, über die den Umsetzern und der Modemeinheit oder einem anderen Umsetzer zugeordneten Schnittstellen austauschbar sind. Das erfindungsgemäße Koppler-Modul hat die Funktion, dass jedem unter Tage angeschlossenen Gerät eine Busteilnehmeradresse zugeteilt wird, über die alle nach über Tage gesendeten Daten dem jeweiligen Gerät unter Tage zugeordnet werden können. Das Koppler-Modul setzt dann die gerätespezifischen Daten in genormte Kommunikationsbusübertragungsprotokolle um und gibt sie je nach eingestellter Priorität an den Kommunikationsbus zur Weiterleitung ab.
• Eine wesentliche Erweiterung der Funktionalität des Koppler-Moduls ist dadurch gegeben, dass eine Diagnose- und Überwachungseinheit mit der Modemeinheit in Verbindung steht. Die Diagnose- und Überwachungseinheit ist über eine Schnittstelle an den Kommunikationsbus anschließbar. Sie besitzt einen Datenspeicher, in welchem die Adresse und/oder der Betriebsstatus und/oder die Signalhöhe und/oder die Art und Form des ausgesendeten Signals anderer Busteilnehmer über einen bestimmten Zeitraum speicherbar sind.
• Durch diese Merkmale ist die Kontrolle umfangreicher Kommunikationsbusnetzwerke und die Überwachung aller einzelnen Kommunikationsbusteilnehmer möglich. Das Koppler-Modul kann somit nicht nur eine Vielzahl verschiedener Kopplungsfunktionen erfüllen, sondern auch als zweite Hauptfunktion als Diagnosegerät betrieben werden, wobei das Kopplermodul auch ausschließlich zu Diagnose- und Überwachungszwecken eingesetzt werden kann.
• Es ist eine Schnittstelle zur drahtlosen Weiterleitung der gespeicherten Daten vorgesehen, z.B. zu einer mobilen Speichereinheit, deren Inhalt über Tage mit einem PC ausgelesen werden kann. Die Datenübertragung kann hierbei vorzugsweise per Funk oder per Infrarot-Signal übertragen werden.
• In der Diagnosefunktion können von jedem Busteilnehmer die Teilnehmeradresse, der Betriebsstatus, die Signalhöhe sowie Art und Form des ausgesendeten Signals bzw. des übertragenen Telegramms über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet und gespeichert werden. Dies ist gerade beim Einsatz unter Tage sowie bei Betrieb und Fehlersuche in Kommunikationsbusnetzwerken ein entscheidender Vorteil.
• Während das erfindungsgemäße Koppler-Modul selbstverständlich auch über Tage in nicht explosionsgefährdeten Bereichen wie z.B. in der Chemie einsetzbar ist, findet sich ein breites Anwendungsfeld im untertägigen Bereich, weshalb das Koppler-Modul Eigensicherheit besitzt.
• Die gewünschte Vielseitigkeit und damit notwendige Funktionalität erreicht das Koppler-Modul nur dann, wenn eine Vielzahl unterschiedlicher Aktoren/Sensoren an den Kommunikationsbus anschließbar sind. Nach Anspruch 2 ist demnach wenigstens eine serielle Schnittstelle an dem Koppler-Modul vorgesehen, wobei unterschiedliche Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 3 bis 5 denkbar sind. Die serielle Schnittstelle kann sowohl eine USB (Universal-Serial-Bus)-Schnittstelle sein als auch eine serielle Standard-Schnittstelle insbesondere nach den durch die EIA vergebenenen Recomanded Standards RS 232 und RS 485. Des Weiteren ist auch der Einsatz einer busteilnehmerspezifischen Schnittstelle mit dem dazugehörigen teilnehmerspezifischen Umsetzer möglich, wodurch das Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Kopplermoduls noch erweitert wird.
• Die Merkmale des Anspruchs 6 sehen eine Schnittstelle zur Ankopplung an ein Lichtwellenleitersystem (LWL) sowie einen entsprechenden Lichtwellenleiterumsetzer vor. Ebenso ist eine Schnittstelle zur Anbindung des Kopplermoduls an einen CAN-Bus möglich (CAN = Controler Area Network nach ISO 11898) (Patentanspruch 7).
• Für den übertägigen Einsatz sieht Anspruch 8 wenigstens eine Schnittstelle zur Ankopplung an ein Datenkommunikationsnetzwerk für Personalcomputer (PC) und einen entsprechenden PC-Netzwerk-Umsetzer vor. Dies können beispielsweise LAN's auf Basis des Ethernets oder Token Rings sein, mit entsprechenden koaxialen oder verdrillten und abgeschirmten Kupferkabeln. Für den untertägigen Bereich bietet sich der Anschluss des Kopplermoduls über die LWL-Schnittstelle an, da Lichtwellenleitersysteme hohe Datenübertragungsraten erlauben, keinen elektromagnetischen Einflüssen unterliegen und unproblematisch bezüglich des Einsatzes in explosionsgefährdeten Bereichen sind.
• Allein anhand der bisher genannten Schnittstellen und Umsetzer ergibt sich eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten, wobei nachfolgend einige beispielhaft genannt werden sollen:
  Bus-Schnittstelle auf serielle Standardschnittstelle (z.B. RS 485, RS 232) für die Übertragung der Messwerte eines Temperatursensors mittels Profibus an die Steuerebene;
  Bus-Schnittstelle auf serielle USB für die Ansteuerung von Geräten mit USB-Schnittstellen, wie z.B. Scanner oder Drucker über den Kommunikationsbus;
  Bus-Schnittstelle auf CAN-Bus für den Datenaustausch und die Kommunikation zwischen zwei verschiedenen Bussystemen;
  Bus-Schnittstelle auf eine serielle teilnehmerspezifische Schnittstelle zum Anschluss von älteren Geräten mit noch nicht genormten Schnittstellen oder Anschluss von Prototypen;
  Bus-Schnittstelle auf Lichtwellenleiter, um die Vorteile der Bustechnik mit den Vorteilen der LWL-Technik zu kombinieren, d.h. keine elektromagnetischen Probleme bei hoher Datenübertragungsdichte sowie Eigensicherheit trotz Bustechnologie;
  Bus-Schnittstelle auf Schnittstelle zu PC-Netzwerken, insbesondere Ethernet für die netzwerküberschreitende Datenkommunikation, um z.B. von einem PC der als Workstation eines Ethernet-Firmennetzwerks eingesetzt wird, direkt zu einem Aktor/Sensor vor Ort, z.B. an einer Maschine;
  PC-Schnittstelle auf serielle Schnittstellen (Standard, teilnehmerspezifisch, CAN) zum Anschluss und Betrieb von periphären Geräten, wie z.B. Drucker, Scanner, Kameras etc. direkt vom PC-Netzwerk aus;
  PC-Netzwerkschnittstelle auf LWL-Schnittstelle zur Verbindung der Koaxialtechnik mit der LWL-Technik z.B. bei elektromagnetischen Problemen oder längeren Kabeln.
• Gemäß Anspruch 9 ist vorgesehen, die Diagnose- und Überwachungseinheit mit einer Anzeigevorrichtung, wie z.B. einem Display und einer Tastatur zu versehen, und/oder einer Schnittstelle zur Weiterleitung der Daten an einen externen PC. Bei den Funktionen als Koppler- und Diagnosegerät kann das Koppler-Modul sowohl für den Betrieb mit standardmäßigen Kupferkabeln als auch mit Lichtwellenleitern eingesetzt werden. Selbstverständlich ist das Koppler-Modul auch als FSK-Modem oder Verstärker verwendbar.
• Nach Anspruch 10 ist das Koppler-Modul mit einer an den Kommunikationsbus anschließbaren Verstärkereinheit versehen. Diese Verstärkereinheit oder auch Repeater dient zum Ausgleich der Ohmschen Verluste bei langen Leitungen.
• Sowohl das Koppler-Modul als auch die Diagnose- und Überwachungseinheit können als Leiterplatine ausgeführt und in einem eigenen Gehäuse gekapselt sein (Anspruch 11). Hierdurch ergibt sich eine geringe Baugröße des Koppler-Moduls.
• Zur Spannungsversorgung kann ein separates Netzteil vorgesehen sein, oder aber sie kann von an das Koppler-Modul angeschlossenen Teilnehmern bereitgestellt werden (Anspruch 12).
• Im untertägigen Einsatz muss das Koppler-Modul mit einem eigensicheren Netzteil oder einer Batterie versorgt werden. Im übertägigen Bereich genügt ein Standardnetzteil (Anspruch 13).
• Als Kommunikationsbus ist insbesondere ein Zweidrahtbus nach internationalem Standard, wie z.B. ein Profibus geeignet (Anspruch 14). Der eigensichere Profibus verbessert die Wirtschaftlichkeit eines Produktionssystems und führt zu großen Kosteneinsparungen gegenüber lokalen, dezentralen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen aller anzusteuernden und zu überwachenden Geräte. Die Kostenreduktion wird durch Wegfall lokaler Verteilerstationen, der Minimierung des Verkabelungsaufwands zum Schaltraum durch die einfache Zweileitertechnik, dem Wegfall der galvanischen Einzel-Ex-Trennung und dem Wegfall der Rangierung zum Steuerschrank erreicht. Gleichsam werden die Anzahl der Fehlerquellen minimiert und dadurch das Fehlerrisiko reduziert und eine Verbesserung der Verfügbarkeit sowie des Bedien-, Überwachungs- und Wartungskomforts erzielt.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 einen prinzipiellen Aufbau eines Koppler-Moduls;
• 2 einen Einsatz des Koppler-Moduls als FSK-Profibuskoppler;
• 3 einen Einsatz des Koppler-Moduls als reines Diagnosegerät;
• 4 Koppler-Module als Ethernet-FSK-Profibus und als FSK-Profibus-Seriellkoppler für Kupferkabeltechnik und für LWL (Lichtwellenleiter) und
• 5 einen Einsatz eines Kopplermoduls in verschiedenen Funktionen als intelligenter Koppler.
• 1 zeigt ein universelles Koppler-Modul 1 mit einer Reihe von Datenschnittstellen zur Einbindung des Koppler-Moduls 1 in Datennetzwerke. Zentrales Bauteil des Koppler-Moduls 1 ist eine Modemeinheit 2, die über eine Schnittstelle C mit einem nicht näher dargestellten Kommunikationsbus koppelbar ist. Die Modemeinheit 2 ist intern mit weiteren Umsetzern 3, 4, 5, 6, 7 und über die Umsetzer 3, 4, 5, 6, 7 mit zugehörigen Schnittstellen B, D, E, F, A_K, A₁, A₂, A_n, A_USB, A_CAN, gekoppelt. Der Umsetzer 3 ist ein PC-Netzwerkumsetzer, um das Koppler-Modul 1 über die Schnittstelle B an ein PC-Netzwerk, insbesondere ein Ethernet, mittels Kupferkabel oder Koaxialkabel anzuschließen.
• Die Schnittstelle D des LWL-Umsetzers 4 dient zum Anschluss des Koppler-Moduls 1 an ein nicht näher dargestelltes Lichtwellenleitersystem und der teilnehmerspezifische Umsetzer 5 dient über die serielle Schnittstelle A_K zur Verbindung des Koppler-Moduls mit speziellen Geräten, die besondere Anforderungen an die serielle Schnittstellenkonfiguration stellen.
• Des Weiteren sind serielle Schnittstellen A₁, A₂, A_n sowie A_{US B} an dem Koppler-Modul 1 vorhanden und zum Datenaustausch mit der Modemeinheit 2 und dem PC-Netzwerkumsetzer 3 verbunden. Eine CAN-Busschnittstelle dient zur Kopplung an einen CAN-Bus.
• Weiterer Bestandteil des Koppler-Moduls ist eine Diagnose- und Überwachungseinheit 6, die ebenfalls mit der Modemeinheit 2 in Verbindung steht und über eine Schnittstelle F zur Wartung, Überwachung, Service- und Fehlersuche am Kommunikationsbus an diesen anschließbar ist. Eine Schnittstelle E dient zur drahtlosen Weiterleitung der in einem nicht näher dargestellten Datenspeicher der Diagnose- und Überwachungseinheit 6 gespeicherten Daten. Die drahtlose Übertragung erfolgt mittels IR/Funk-Sender/Empfänger mit einer nicht näher dargestellten mobilen Speichereinheit.
• Schließlich umfasst das Koppler-Modul 1 noch eine über die Schnittstelle G an den Kommunikationsbus anschließbare Verstärkereinheit 7 zur Signalverstärkung des Bussignals.
• 2 zeigt den Einsatz eines Koppler-Moduls als FSK-Profibuskoppler. Der Profibus 8 ist eine Zweileiterverbindung, über die Daten mit einem Busteilnehmer 9 ausgetauscht werden sollen. Der Datenaustausch erfolgt allerdings nicht direkt, sondern über ein zwischen dem Profibus 8 und dem Busteilnehmer 9 geschaltetes Koppler-Modul 1. Die schematische Zeichnung soll verdeutlichen, dass das Koppler-Modul 1 als Leiterplatine 10 mit elektronischen Bauteilen in beliebiger Integrationsdichte ausgeführt ist und in einem Gehäuse gekapselt ist. Dadurch ergibt sich eine geringe Baugröße des Koppler-Moduls 1.
• In 3 ist ein Koppler-Modul 1 zu erkennen, welches eine Anzeigevorrichtung 12 und eine Tastatur 13 umfasst. Das Koppler-Modul 1 ist an den Profibus 8 angeschlossen und empfängt z.B. die Information, dass einer der an den Profibus 8 angeschlossenen Teilnehmer durch einen Defekt nicht mehr am Busverkehr teilnimmt. Bei einem ordnungsgemäßen Busbetrieb wird in der Anzeige die Signalhöhe des Teilnehmers angezeigt. Diese Daten sind über die Tastatur 13 abrufbar und können auf der Anzeigevorrichtung 12 angezeigt werden. Über die Schnittstelle E kann eine drahtlose Datenübertragung von dem nicht näher dargestellten Datenspeicher der Diagnose- und Überwachungseinheit 6 auf eine mobile Speichereinheit 14 erfolgen, beispielsweise um die Daten unter Tage einzuspielen und über Tage auszulesen und auszuwerten.
• 4 zeigt verschiedene Verwendungsmöglichkeiten der Koppler-Module 1 über und unter Tage, wobei im untertägigen Bereich zwei Bussegmente 15, 16 dargestellt sind mit jeweils mehreren Teilnehmern 9, die Aktoren bzw. Sensoren oder auch intelligente Steuerungen darstellen sollen, an die wiederum weitere Aktoren/Sensoren 24 angeschlossen werden können. Die mit 1a gekennzeichneten Koppler-Module dienen als FSK/Serielle Koppler zwischen den Aktoren/Sensoren 9 und dem Profibus 8. Über Tage ist ein Datenkommunikationsnetzwerk für PC's installiert, beispielsweise ein Ethernet 17. Das Kopplermodul 1b dient somit als Ethernet/FSK-Koppler zur Verbindung des Bussegments 15 mit dem Ethernet 17. Das in der Bildebene rechte Bussegment 16 steht über einen zwischengeschalteten Lichtwellenleiter 18 mit dem Ethernet 17 über Tage in Verbindung, wobei die mit 1c und 1d bezeichneten Koppler-Module als LWL/FSK-Koppler bzw. Ethernet/FSK/LWL-Koppler fungieren.
• Das übertägige Koppler-Modul 1e verbindet ein CAN-Busgerät 19 z.B. einen Scanner, mit dem Ethernet 17. Das Koppler-Modul 1e hat hierbei die Funktion einer Ethernet/CAN-Busschnittstelle und in der Variante 1f die Funktion einer Ethernet/USB-Schnittstelle zum Anschluss eines USB-Geräts 20, z.B. eines Druckers.
• An das Ethernet 17 sind weitere PC's als Workstation zur Visualisierung, Steuerung, Überwachung und Datenspeicherung unmittelbar oder zur Fernüberwachung mittels ISDN/Modemeinheiten 22 angeschlossen.
• 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Einsatz von Koppler-Modulen 1, wobei auf die zu 4 gewählten Bezeichnungen zurückgegriffen wird. Im Unterschied zu 4 sind bei diesem Ausführungsbeispiel vier Bussegmente unter Tage vorhanden, die in ihrem Aufbau dem Bussegment 15 aus 4 entsprechen. Allerdings ist sowohl unter Tage als auch über Tage jeweils ein Koppler-Modul 1g als eigenständiges Profibus-Diagnosegerät an die jeweiligen Bussegmente angeschlossen. Zusätzlich sind die in 4 mit 1b bezeichneten Kopplermodule in 5 als Diagnosegerät im Einsatz, wobei die einzelnen Diagnosegeräte über einen Vielfachschalter auf ein weiteres zentrales Koppler-Modul 1h schaltbar sind, das ebenfalls als eigenständiges Diagnosegerät eingesetzt ist. Über dieses Kopplermodul 1h erfolgt die Auslesung der Daten der Busteilnehmer 9 und die Speicherung in einem PC 21.
• Eine Profibus-Diagnose in der Leitzentrale des Bergwerks ist über die Ankopplung der Profibussignale mittels der Koppler-Module 1 direkt an das Ethernet 17 des Bergwerks möglich. Dabei ist jedes Profibussegment unter Tage mit ca. 30 Teilnehmern mittels eines Kopplermoduls 1b mit dem Ethernet 17 verbunden. Dadurch können Informationen des Bussystems, wie z.B. Signalhöhe, Adresse, Telegramm an den PC's 21 des Ethernet-Netzes 17 analysiert werden. Der Vorteil dabei ist, dass alle Profibussignale direkt im Ethernet 17 zur Verfügung stehen.

1

Koppler-Modul

1a

Koppler-Modul (SK/seriell)

1b

Koppler-Modul (Ethernet/FSK)

1c

Koppler-Modul (LWL/FSK)

1d

Koppler-Modul (Ethernet/FSK/LWL)

1e

Koppler-Modul (Ethernet/CAN-Bus)

1f

Koppler-Modul (Ethernet/USB)

1g

Koppler-Modul (Diagnose)

1h

Koppler-Modul (Diagnose)

2

Modemeinheit

3

PC-Netzwerk-Umsetzer

4

LWL-Umsetzer

5

teilnehmerspezifischer Umsetzer

6

Diagnose- und Überwachungseinheit

7

Verstärkereinheit

8

Profibus

9

Busteilnehmer

10

Leiterplatine

11

elektrische Bauteile

12

Anzeigevorrichtung

13

Tastatur

14

mobile Speichereinheit

15

Bussegment

16

Bussegment

17

Ethernet

18

Lichtwellenleiter

19

CAN-Busgerät

20

USB-Gerät

21

PC

22

ISDN-Modem-Einheit

23

Vielfachschalter

24

Aktor/Sensor

A₁, A₂, A_n

serielle Standardschnittstellen

A_K

teilnehmerspezifische Schnittstelle

A_USB

serielle USB-Schnittstelle

A_CAN

CAN-Busschnittstelle

B

PC-Netzwerk-Schnittstelle

C

Kommunikationsbusschnittstelle

D

Lichtwellenleiterschnittstelle

E

Schnittstelle zur drahtlosen Datenübertragung (IR/Funk)

F

Schnittstelle zum Kommunikationsbus zu Diagnosezwecken

G

Schnittstelle zum Kommunikationsbus zur Signalverstärkung

Claims (14)

1. Koppler-Modul zum Anschluss an ein Datennetzwerk, insbesondere an einen Kommunikationsbus (8), wobei Eigensicherheit gegeben ist, umfassend mehrere Schnittstellen (A₁, A₂, A_n, A_K, A_{US B}, A_CAN, B, C, D, E, F) unterschiedlichen Standards sowie eine mit dem Kommunikationsbus (8) koppelbare, nach dem FSK (Frequenz-Shift-Keying) Verfahren arbeitende Modemeinheit (2), wobei neben der Modemeinheit (2) wenigstens ein weiterer mit der Modemeinheit (2) in Verbindung stehenden Umsetzer (3, 4, 5) vorgesehen ist, welcher im Zusammenspiel mit der Modemeinheit (2) und/oder einem anderen Umsetzer (3, 4, 5) die ihm zugeführten Signale derart umwandelt, dass Daten unterschiedlicher Übertragungsprotokolle über die den Umsetzern (3, 4, 5) und der Modemeinheit (2) oder einem anderen Umsetzer zugeordneten Schnittstellen (A₁, A₂, A_n, A_K, A_{US B}, A_CAN, B, C, D, E, F) austauschbar sind, ferner umfassend eine mit der Modemeinheit (2) verbundene, einen Datenspeicher aufweisende Diagnose- und Überwachungs-Einheit (6), welche über eine Schnittstelle (F) an den Kommunikationsbus (8) anschließbar ist, wobei die Adresse und der Betriebsstatus und die Signalhöhe und/oder die Art und Form des ausgesendeten Signals anderer Busteilnehmer (9) über einen bestimmten Zeitraum in dem Datenspeicher der Diagnose- und Überwachungs-Einheit (6) gespeichert sind, und wobei die Diagnose- und Überwachungs-Einheit (6) eine Schnittstelle (E) zur drahtlosen Weiterleitung der gespeicherten Daten aufweist.
2. Koppler-Modul nach Anspruch 1, welches wenigstens eine serielle Schnittstelle (A₁, A₂, A_n, A_K, A_{US B}) aufweist.
3. Koppler-Modul nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine Schnittstelle (A_USB) eine serielle USB-Schnittstelle ist.
4. Koppler-Modul nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine Schnittstelle (A₁, A₂, A_n) eine serielle Standard-Schnittstelle ist, insbesondere nach den Standards RS 232 oder RS 485.
5. Koppler-Modul nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine teilnehmerspezifische serielle Schnittstelle (A_K) mit einem teilnehmerspezifischen Umsetzer (5) vorgesehen ist.
6. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens eine Schnittstelle (D) zur Ankopplung an ein Lichtwellenleitersystem und ein entsprechender Lichtwellenleiter(LWL)-Umsetzer (4) vorgesehen sind.
7. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens eine Schnittstelle (A_{CA N}) eine CAN-Bus-Schnittstelle ist.
8. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens eine Schnittstelle (B) zur Ankopplung an ein Datenkommunikationsnetzwerk (17) für Personalcomputer (PC) und ein entsprechender PC-Netzwerk-Umsetzer (3) vorgesehen sind.
9. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Diagnose- und Überwachungs-Einheit (6) eine Anzeigevorrichtung (12) und eine Tastatur (13) aufweist und/oder eine Schnittstelle zur Weiterleitung der Daten an einen externen PC vorgesehen sind.
10. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einer an den Kommunikationsbus (8) anschließbaren Verstärker-Einheit (7).
11. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches als Leiterplatine (10) ausgeführt in einem eigenen Gehäuse gekapselt ist.
12. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Versorgungsspannung von einem separaten Netzteil oder vom Netzteil der angeschlossenen Teilnehmer bereitgestellt wird.
13. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Versorgungsspannung im zu schützenden Bereich eigensicher ist.
14. Koppler-Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Kommunikationsbus (8) ein 2-Draht-Bus nach internationalem Standard, insbesondere ein Profibus, ist.