DE20201249U1

DE20201249U1 - Feldbussystem

Info

Publication number: DE20201249U1
Application number: DE20201249U
Authority: DE
Original assignee: Moeller GmbH
Current assignee: Eaton Industries GmbH
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2012-01-30

Description

Feldbussystem

Die Erfindung betrifft ein Feldbussystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Feldbussystem ist an sich bekannt. Es weist in der Regel eine übergeordnete Steuerungseinrichtung - einen Master, zum Beispiel eine speicherprogrammierbare Steuerung SPS - auf, die über eine redundante Verkabelung mit zwei Kabeln mit einer Mehrzahl von beispielsweise y-koppelnden Repeatern verbunden sind, welche jeweils mit einem untergelagerten System zum Beispiel über ein Gateway verbunden sein können. Die redundante Verkabelung stellt sicher, dass das Feldbussystem auch nach dem Ausfall eines Kabels noch sicher arbeitet.

Diese Lösung hat sich zwar an sich bewährt. Es ist aber wünschenswert, das Feldbussystem mit möglichst geringem Aufwand noch weiter gegen Ausfälle abzusichern.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch den Gegenstand des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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Anmeldetext vom 28.01.2002 Seite 2

Mit Hilfe der Erfindung werden die Repeater als Multiportrepeater ausgelegt, die wenigstens fünf Schnittstellen aufweisen. Die Multiportrepeater sind dabei nach Art einer Reihen- oder Ringschaltung mit jeweils direkter redundanter Verkabelung zwischen den einzelnen Multiportrepeater miteinander verbunden.
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Dies hat den besonderen Vorteil, dass durch die integrierte Repeaterfünktion mit aktiver Signalregenerierung eine maximale Leitungslänge zwischen zwei Multiportrepeatern möglich ist.

Durch die Erfindung kann ferner die Notwendigkeit entfallen, einen redundanten Master vorzusehen.

Die redundante Verkabelung zwischen den Multiportrepeatern ermöglicht es, dass zwischen jeder Verbindungsstrecke zwischen den einzelnen Multiportrepeatern jeweils eine Leitung durchtrennt sein kann, ohne dass die Übertragung zusammenbricht.

Der Multiportrepeater selbst muß nicht redundant aufgebaut sein. Es kann sich vielmehr um ein Gerät mit einer zentralen Logik handeln, welches dazu ausgelegt ist, jeweils von einer Datenleitung her die Signale aufzufrischen und dann zum nächsten Multiportrepeater weiterzugeben. Auf diese Weise wird das Feldbussystem auch gegen mehrfache Leitungsunterbrechung gesichert, so lange nicht beide Datenleitungen bzw. Kabel zwischen zwei benachbarten Multiportrepeatern ausfallen.

Auch der apparative Aufwand der Erfindung ist relativ gering. Es muß nämlich lediglich ein Zusatzmodul zur Integration bereitgestellt werden, welches ohne sonstige Modifikationen die Leistungsredundanz bereitstellt. Das Modul hat fünf Ports, die zu dem Multiportrepeater zusammengeschaltet werden.

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Anmeldetext vom 28.01.2002 Seite 3

Es sind beispielsweise bei einem Profibussystem wegen der Signalverformung maximal drei Repeater zugelassen. Mit der Erfindung wird es aber möglich, auch mehr Repeater zuzulassen, da jeder Multiportrepeater eine Einrichtung zur aktiven Signalregenerierung aufweist. Dieser erzeugt ein Delay von einem Datenbyte pro Multiportrepeater, was sich aber in einer festen Applikation tolerieren bzw. über Timingeinstellungen des Masters ausgleichen läßt. Vorteilhafte Varianten des Systems zeichnen sich daher dadurch aus, dass die Multiportrepeater jeweils eine Einrichtung zur Signalformung und/oder Startbiterkennung aufweisen.

Vorzugsweise wird jeweils im System ein erster Multiportrepeater über wenigstens eine Schnittstelle mit dem Master verbunden, wogegen die weiteren Multiportrepeater vorzugsweise über jeweils eine Schnittstelle bzw. einen der Ports mit jeweils einem Slave (zum Beispiel einem Gateway) verbunden sein können.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Feldbussystem; und

Figur 2 ein Blockschaltbild eines Multiportrepeaters.

Figur 1 zeigt ein tokenorientertes Feldbussystem, wie es insbesondere in der dezentralen Steuerungstechnik eingesetzt wird. Diese Datenverarbeitungsanlage kann als Profibussystem oder als beliebiges anderes tokenorientiertes Bussystem ausgelegt sein.

Dabei ist an eine übergeordnete Steuerungseinheit SPS - einen Master - über ein Kabel 1 ein erster Multiportrepeater MPRl angeschlossen.

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Anmeldetext vom 28.01.2002 Seite 4

Der prinzipielle Aufbau eines derartigen Multiportrepeaters ist aus Figur 2 ersichtlich.

Jeder Multiportrepeater MPR weist insgesamt fünf bidirektionale Schnittstellen (&ldquor;Ports") Pl bis P5 auf. An Port 1 und 2 sind die ankommenden Buskabel bzw. leitungen aus Richtung des Masters angeschlossen, Port 3 und 4 dienen zur Verbindung mit dem nächsten Multiportrepeater. An einen weiteren Port P5 können Geräte wie Gateways oder Master (SPS) oder unter Umständen auch direkt Peripheriegeräte angeschlossen werden.

Mit Hilfe von vier der Ports Pl bis P4 werden die Multiportrepeater MPR also reihen- oder sogar ringartig miteinander verbunden, wobei jeweils direkt zwischen zwei benachbarten Multiportrepeatern - zum Beispiel zwischen MPR2 und MPR3 eine redundante Verkabelung mit Kabeln K2 und K3 realisiert wird.

Jeder Multiportrepeater frischt nach einem vorgegebenen Algorithmus die an einem der Kabel anliegenden Signale auf und sendet die aufgefrischten Signale dann über wiederum zwei Kabel K2 und K3 an den jeweils nächsten Multiportrepeater weiter.

So ist es denkbar, dass bei den ankommenden Ports Pl und P2 Pl Priorität hat, wenn an beiden Ports Pl und P2 Daten registriert werden. Analoges kann wegen der bidirektionalen Auslegung für die abgehenden Ports P3 und P4 gelten. Die Auswertung und Auffrischung der Daten erfolgt mittels der Einrichtung zur Signalformung und Startbiterkennung des Multiportrepeaters MPR.

Es wird also keine übergeordnete redundante Verkabelung mit zwei Kabeln, an welche eine Mehrzahl von Repeatern angeschlossen ist, realisiert sondern es werden jeweils nur benachbarte - aneinandergereihte - Multiportrepeater über eine redundante Verkabelung nach Art einer Reihenschaltung miteinander verbunden.

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Anmeldetext vom 28.01.2002 Seite 5

Dies hat den Vorteil, daß die Anlage in vielen Fällen auch beim Ausfall von zwei oder mehr Kabeln zwischen den Multiportrepeatem MPR noch funktionsfähig bleibt, solange nicht die beiden parallel geschalteten Kabel zwischen benachbarten Multiportrepeatem MPR gemeinsam ausfallen.

Fällt nämlich zum Beispiel das Kabel K2' zwischen den Multiportrepeatem MPR2 und MPR3 und zusätzlich das Kabel K3' zwischen den Multiportrepeatem MPR3 und MPR4 auf, bleibt die Anlage voll funktionsfähig, denn zwischen den Multiportrepeatem ist jeweils noch eine funktionsfähige Verkabelung bzw. eine funktionsfähige Busleitung vorhanden.

An den ersten Multiportrepeater ist über ein Einzelkabel Kl der Master (SPS) angeschlossen. Zwei der Ports (Pl und P2) werden zum Beispiel dazu verwendet, das Bussystem entsprechend den Systemerfordemissen abzuschließen.
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Die Multiportrepeater &ldquor;lauschen" während des Betriebs im Ruhezustand an allen Ports. Wird eine Startbitflanke an einem der Ports erkannt, werden alle anderen Ports auf &ldquor;Senden" geschaltet.

Nun wird der ankommende Datenstrom von einem Rx-UART der Signalregenerierung zeichenweise eingelesen. Bei korrektem Empfang erfolgt eine Weiterleitung an einen Tx-UART und eine zeichenweise Neugenerierung des Signals. Damit wird das Startbit nicht wie bei üblichen Repeatern abgeschnitten, sondern es lassen sich prinzipiell beliebig viele Multiportrepeater in Reihe schalten.

Das prinzipbedingte Delay von einem Zeichen muß dem Master bekannt sein, damit das Timeout dort entsprechend verlängert wird.

Werden alle Daten übertragen bzw. sind alle Daten übertragen worden, gehen nach Ablauf der Ruhezustandszeit (Idle) alle Ports wieder in den Lauschzustand. Zusatz-

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Anmeldetext vom 28.01.2002 Seite 6

lieh werden die Daten auf den Port Pl und P2 bzw. P3 und P4 miteinander verglichen. Ebenso werden die Ruhepegel überwacht. Tritt hier ein Fehler auf, wird dies über einen Ausgang gemeldet.

Ein Ausfall von je einer ankommenden oder abgehenden Leitung kann zur Zerstörung des gerade laufenden Telegramms führen. Ein Umschalten innerhalb eines Telegramms ist nicht möglich. Der Master muß also bei Übertragungsproblemen mindestens zwei Sendeversuche unternehmen.

Besonders vorteilhaft ist die integrierte Repeaterfunktion, welche es ermöglicht, zwischen zwei Multiportrepeatern immer die maximal für eine Baudrate spezifizierte Leitungslänge zu nutzen. Ebenso ist nur eine Steuerung mit einem Profibusanschluß notwendig. An der Steuerung sitzt zum Beispiel ein Multiportrepeater als Splitter. Die weiteren Ports werden abgeschlossen.

Claims

1. Tokenorientiertes Feldbussystem

a) mit wenigstens einem Master (SPS) und einer Mehrzahl von an dem Master angeschlossenen Repeatern,

b) wobei das Feldbussystem eine redundante Verkabelung aufweist,

dadurch gekennzeichnet, dass

a) die Repeater als Multiportrepeater (MPR) mit wenigstens fünf Schnittstellen (Ports P1-P5) ausgelegt sind und

b) die Multiportrepeater (MPR) nach Art eine Reihen- oder Ringschaltung mit jeweils direkter redundanter Verkabelung (Kabel K1, K2, K1', K2'. . .) zwischen den einzelnen Multiportrepeatern (MPR) miteinander verbunden sind.

2. Feldbussystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Multiportrepeater (MPR1) über wenigstens eine Schnittstelle (Port P5) mit dem Master (SPS) verbunden ist.

3. Feldbussystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Multiportrepeater (MPR2, MPR3, . . .) jeweils über wenigstens eine Schnittstelle (Port P5) mit jeweils einem Slave (Gateway) verbunden sind.

4. Feldbussystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiportrepeater (MPR2) jeweils eine Einrichtung zur Signalformung und/oder Signalregenerierung aufweisen.

5. Feldbussystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Multiportrepeater (MPR2) jeweils eine Einrichtung zur Startbiterkennung aufweisen.