DE3626033C2 - Transformator-Überbrückungs/Repeaterschaltung für ein Neztleitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine für ein Netz­ leitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensystem bestimmte Transformator-Überbrückungs/Repeaterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, also um ein Gerät zur Übertragung von Daten bei solchen Nachrichten­ systemen.

Netzleitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensysteme sind seit einiger Zeit zu einer gangbaren Alternative als Nachrichtenverbindung für viele Anwendungszwecke ge­ worden. Wenngleich verschiedene andere Datenverbindungen, wie z. B. optische Verbindungen, Hochfrequenzverbindungen, Ultraschallverbindungen und Drahtverbindungen auf manchen Gebieten Vorteile aufweisen, so bestehen jedoch für jede von ihnen Beschränkungen für ihre Anwendbarkeit. Zum Beispiel funktionieren optische nur bei Sichtverbindung, Hochfrequenzverbindungen unterliegen zahlreichen behörd­ lichen Bestimmungen, Ultraschallverbindungen werden durch Wände und Mauern unterbrochen und Drahtverbindungen er­ fordern kostspielig zu installierende signalführende Leitungen. Bei Verwendung von Netzleitungs-Trägerfrequenz- Nachrichtensystemen dagegen können bereits vorhandene mit Wechselstrom betriebene Starkstromnetzleitungen für die Nachrichtenverbindungen verwendet werden.

Bei manchen Anwendungen wie z. B. Energieverteilungs­ anlagen in Gebäuden machen Netzleitungs-Trägerfrequenz- Nachrichtensysteme die Umrüstung vorhandener Gebäude zu einer verhältnismäßig einfachen Aufgabe. Durch Verwendung der mit Wechselstrom betriebenen Starkstrom­ leitung ist keine besondere Installation für den Ein­ bau der Fernsteuermodulen erforderlich, welche energie­ verbrauchende Geräte und Maschinen wie Kompressoren, Motoren, Heiz- und Klimaanlagen sowie Beleuchtungsanlagen steuern. Diese Fernsteuerneinheiten sowie zusätzliche Fühlereinheiten können über die Starkstromleitung mit­ einander in Verbindung stehen.

Die Ausnutzung der mit Wechselstrom betriebenen Stark­ stromleitung als Nachrichtenverbindung erlaubt eine Daten­ übertragung direkt über die Wechselstrom-Starkstromleitung zusammen mit dem normalen Wechselstrom. Die Wechselstrom- Starkstromleitung führt nicht nur die regelmäßigen 120 Volt (quadratischer Mittelwert) Spannung ungewünschter Signale, sondern auch Kilovolt betragende Spannungsspitzen, die eine grundlegende Herausforderung für die Ausbildung von Trägerstrom-Sendeempfängerschaltungen darstellen. Bei Industrieanlagen erzeugt das unerwünschte Rauschen von Motoren, Kompressoren und anderen Bestandteilen in­ dustrieller Anlagen sogar ein Rauschen von noch größerer Stärke, das Fehler in den über die Starkstromleitungen übertragenen Daten verursachen kann.

Bei manchen Anwendungen wird die Eingangsenergie einer Anlage oder eines Speichers durch einen Transfor­ mator bezüglich ihrer Spannung untersetzt, um für nie­ drigere Spannung ausgelegte Anlagenteile zu speisen. Bestimmte Anlagenteile verwenden zwar die höhere Span­ nung aufweisende Eingangsenergie. Jedoch ist es erfor­ derlich, daß die mit jeweils einer Starkstromleitung gekoppelten, die Anlage steuernden Modulen oder Geräte miteinander kommunizieren. Der die Spannung untersetzende Transformator ermöglicht es nicht, Nachrichtensignale eines Netzleitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensystems zwischen Starkstromleitungen unterschiedlicher Spannung zu übertragen. Wenn es sich um Datensignale in dem Milli­ voltbereich und mit einer bedeutend höheren Frequenz als der normale Wechselstrom handelt, so ermöglicht es der Transformator nicht, die Signale von einer Seite des Transformators auf die andere zu koppeln. Für solche Fälle ist es erforderlich, eine Transformatorbrücke zur Verfügung zu haben, welche die Übertragung des Signals zwischen Primär- und Sekundärseite des Transformators ermöglicht, ohne die Spannungsuntersetzung durch den Transformator zu beeinträchtigen.

Der Brückenmodul wird zusätzlich angewendet, um Datennachrichten unter Umgehung des Transformators zu übertragen, und zwar dient er als Repeater oder Relais zur Förderung der Datenübertragungen zwischen entfernt voneinander angeordneten Modulen, wobei normale Signale eine vergrößerte Dämpfung erfahren. Wenn der Brückenmodul als Repeater wirkt, kann er in Systemen verwendet werden, bei denen die Eingangsenergie an alle Einrich­ tungen einer Anlage bzw. eines Speichers dieselbe Span­ nung liefert. Der Brückenmodul kann auch dazu benutzt werden, Nachrichtenverbindungen zwischen Modulen herzu­ stellen, die an verschiedenen Phasenleitungen eines mehrphasigen Leitungsnetzes angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche Nachrichtenverbindungen von besonders hoher Verläßlichkeit ermöglicht. Sie soll es insbesondere ermöglichen, Daten einwandfrei an einem Transformator vorbei zu übertragen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestal­ tung der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 ange­ geben.

Die Erfindung betrifft eine für ein Netzleitungs- Trägerfrequenz-Nachrichtensystem bestimmte Transformator- Überbrückungs/Repeater oder Relaisschaltung zum Empfang einer Reihe von Original-Nachrichten-Bitfolgen, die von einem Sendemodul erzeugt sind, und zum Umsetzen entsprechender für die Weiterleitung bestimmter Nachrichten-Bitfolgen zum Empfang durch Empfangsmodulen. Die Transformator-Überbrückungs/Repeaterschaltung gemäß der Erfindung ermöglicht die Kopplung von auf Starkstromleitungen übertragenen Nachrichten von der Primärseite eines Transformators an dem Transformator vorbei auf die Starkstromleitungen an der Sekundärseite des Transfor­ mators. Die Schaltung ermöglicht außerdem die Kopplung von auf einer Phasenleitung eines mehrphasigen Energie­ systems übertragenen Nachrichten zum Empfang durch einen an einer anderen Phasenleitung angeordneten Modul.

Die Transformator-Überbrückungs/Repeaterschaltung gemäß der Erfindung enthält Kopplungseinrichtungen zur Verbindung mit einem Starkstrom-Netzleitungs-Nachrichtensystem für den Empfang von Original-Nachrichten-Bitfolgen, die von einem Sendemodul erzeugt sind und auf das Netzwerk übertragen werden, sowie zur Kopplung entsprechender für die Weiterleitung bestimmter Nachrichten-Bitfolgen, die von der Transformator- Überbrückungs/Repeaterschaltung erzeugt sind, auf das Netzwerk. Ein Prozessor ist mit der Kopplungseinrichtung verbunden und spricht an auf bestimmte von den Original-Nachrichten-Bitfolgen, so daß entsprechende für die Weiterleitung bestimmter Nachrichten-Bitfolgen erzeugt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschema eines Netzleitungs-Träger­ frequenz-Nachrichtensystems;

Fig. 2 ein Blockschema einer anderen Ausführungs­ form eines Netzleitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensystems;

Fig. 3 ein Blockschema eines ein Netzleitungs- Trägerfrequenz-Nachrichtensystem benutzenden Paares von Steuermodulen gemäß der Erfindung und der dazu gehören­ den Wellenformen;

Fig. 4 das schematische Schaltbild einer Netz­ leitungs-Trägerfrequenz-Sendeempfängerschaltung und einer Trägerdetektorschaltung;

Fig. 5 das Schaltschema einer Datenabtastschal­ tung und einer Mikrocontrollerschaltung;

Fig. 6 die graphische Darstellung eines gemäß der Erfindung zu benutzenden Nachrichtenformats und

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Bitperioden- Abtasttaktzeiten.

Nach Fig. 1 wird der Gesamtanlage, beispielsweise einem Speicher, die Eingangsenergie, beispielsweise Dreiphasenenergie mit 40 Volt, auf den Leitungen 10a-10d (01-03 und eine neutrale Leitung) und 12a-12d (01-03 und eine neutrale Leitung) zugeführt, um die elektrischen Einrichtungen der Anlage, wie z. B. Heizung, Belüftung, Klimatisierung (HVAC) und Kühlanlagen zu speisen. Die Eingangsenergie wird über Leitungen 12a-12d dem Trans­ formator 14 zugeführt, durch den die Spannung untersetzt wird. Die auf den Leitungen 16a-16d geführte Energie ist beispielsweise eine Dreiphasenspannung mit 208 Volt.

Sie wird benutzt für die Beleuchtung und verschiedene andere Einrichtungen der Anlage. An die Leitungen 10a und 10d ist durch Leitungen 18 und 19 ein binärer Steuer­ modul (BCM) 20 angeschlossen. In ähnlicher Weise ist an die Leitungen 10c und 10d durch die Leitungen 22 und 23 ein binärer Steuermodul (BCM) 24 angeschlossen. Die binären Steuermodulen 20 und 24 benutzen die Starkstrom­ leitungen 10 und 16 als Nachrichtennetzwerk. Die binären Steuermodulen 20 und 24 steuern Einrichtungen, die aus der Starkstromleitung 10 gespeist werden. In entsprechen­ der Weise ist der binäre Steuermodul 26 durch Leitungen 27 und 28 mit den Starkstromleitungen 16b und 16d ver­ bunden. Ebenso ist der binäre Steuermodul 30 durch Lei­ tungen 31 und 32 mit den Leitungen 16a und 16d verbunden. Die binären Steuermodulen 26 und 30 stehen miteinander und mit anderen Modulen an dem Starkstromnetzwerk, das die Starkstromleitungen 10a-10d und 16a-16d auf­ weist, in Verbindung.

Um Nachrichtenverbindungen zwischen den Netzteilen mit verschiedener Spannung, d. h. an dem Transformator 14 vorbei zu schaffen, ist die Brücke 34 vorgesehen. Die Brücke 34 koppelt unter Umgehung des Transformators 14 mit den Leitungen 36a-36d und 38a-38d die von den einzelnen Modulen gebildeten Datennachrichten. Die Brücke 34 ermöglicht auch eine Nachrichtenverbindung zwischen den Modulen, die an Starkstromleitungen unterschiedlicher Phasen angeordnet sind.

Ein Rechner-Schnittstellenmodul 40 ist durch Lei­ tungen 41 und 42 an die Leitungen 16b und 16d ange­ schlossen. Diese ermöglicht einen Nachrichtenzugriff durch den Rechner 44, der mit dem Schnittstellenmodul 40 durch die Leitung 46 verbunden ist. Der Rechner 44 kann dazu verwendet werden, Steuerparameter abzuladen und einen Datenzugang für die Erzeugung eines Berichts über den jeweiligen Stand des Energiehandhabungssystems zu ermöglichen. Eine Bedienungsschnittstelle wird an dem Rechner 44 durch ein Sichtgerät 48 in Form einer Kathoden­ strahlröhre CRT gebildet, das durch die Leitung 50 mit dem Rechner 44 verbunden ist. Außerdem ist ein Drucker 52 durch eine Leitung 54 an den Rechner 44 angeschlossen, mit dem Berichte über den Stand des Systems in schrift­ licher Form festgehalten werden können (so as to provide hard copy reports on system status).

Der Analog-Eingangsmodul 56 ist durch Leitungen 57 und 58 an die Netzleitungen 16c und 16d angekoppelt. In entsprechender Weise ist der Analog-Eingangsmodul 60 durch Leitungen 61, 62 an die Netzleitungen 16a bzw. 16d ange­ schlossen. Die Analog-Eingangsmodulen (AIM) 56 und 60 sind mit (nicht dargestellten) Analogwertfühlern, z. B. Temperatur- und Taupunktfühlern, verbunden. Die Analog- Eingangsmodulen liefern Daten an die binären Kontroll­ modulen zur Errechnung von Steuerkommandos für die Anlage.

Nach Fig. 2 wird die Eingangsenergie für die Ge­ samteinrichtung, in der Regel 480 Volt Drehstromleistung, auf Leitungen 64a-64d dem die Spannung untersetzenden Transformator 66 zugeleitet. Die Ausgangsleistung aus dem Transformator 66 ist dann 208 Volt Drehstrom und an den Leitungen 68a-68d verfügbar. Eine Brücke 60 ist durch Leitungen 72a-72d mit den Netzleitungen 68a-68d gekoppelt. Ein binärer Steuermodul 74 ist durch Lei­ tungen 75 und 76 mit den Netzleitungen 68a und 68d ver­ bunden. Die binären Steuermodulen 78 und 82 sind an die - Netzleitungen 68b und 68d über Zweigleitungen 68b′ und 68d′ angeschlossen. Der binäre Steuermodul 78 ist durch die Leitung 79 an die Leitung 68b′ und durch die Leitung 80 an die Leitung 68d′ angeschlossen. Der binäre Steuer­ modul 82 ist ebenfalls-durch eine Leitung 83 mit der Leitung 68b′ und durch eine Leitung 84 mit der Leitung 68d′ verbunden. Der analoge Eingangsmodul 86 ist an die Phase 2 (02) durch Leitungen 87 bzw. 88 über die Lei­ tungen 68b′ bzw. 68d′ angeschlossen.

Der binäre Steuermodul 90 und die Rechnerschnitt­ stelle 94 sind an die Phase 3 (03) des Energienetzes durch die Starkstromabzweigleitung 68c′ und 68d′ ange­ schlossen. Der binäre Steuermodul 90 ist durch Leitungen 91 bzw. 92 mit den Leitungen 68c′ und 68d′′ gekoppelt. In entsprechender Weise ist die Rechnerschnittstelle 94 durch Leitungen 95 und 96 mit den Leitungen 68c′ und 68d′′ verbunden.

Die durch Leitungen 72a-72d angeschlossene Brücke ermöglicht die Nachrichtenverbindung zwischen Modulen und Rechnerschnittstelle auch bei deren Anschluß an unterschiedliche Phasenleitungen. Ohne den Gebrauch der Brücke 70 würden die Signale innerhalb des Transformators gedämpft und könnten nicht von einer Phasenleitung zur anderen gelangen.

Wie in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht, besteht das Energiehandhabungssystem aus den unterschiedlichsten Ge­ räten (BCM′s, AIM′s, Brücke usw.), die alle miteinander unter Verwendung der Starkstromleitungen als Nachrichten­ netzwerk verbunden sind. Während des normalen Betriebs erfordert jeder BCM Daten aus anderen Modulen des Netz­ werks, um deren strategische Funktionen durchzuführen. Um die Netzleitungsnachrichtenverbindungen zu erleichtern, ist zwischen den Modulen eine Zeichen-Durchlaßregel (a token passing protocol) vorgesehen.

Durch Verwendung eines Zeichen-Durchlaßschemas kann jeweils nur ein Modul zu einer bestimmten Zeit Nach­ richten auf das Netzwerk zu übertragen beginnen. Dieser Modul, hier als Hauptmodul bezeichnet, gibt eine Anfrage oder ein Kommando an einen anderen Modul heraus und wartet dann auf eine Quittierung. Andere Nachrichten können nicht zusätzlich gesandt werden, bis eine Quittierung empfangen oder eine Sperrzeit abgelaufen ist. Die Sperr­ zeit (timeout) wird benutzt, um eine Erholung in Fällen zu ermöglichen, in denen die als Ziel bestimmte Vor­ richtung gerade unwirksam oder die Datennachricht in­ folge von Rauschen verlorengegangen ist.

Für Fälle, in denen ein Modul nicht verläßlich mit anderen über das Netzwerk kommunizieren kann, ist die Überbrückungs/Repeaterschaltung vorgesehen. Die Brücke ist an einer zentralen Stelle angeordnet, vorzugsweise in der Nähe des Transformators, und der Brückenmodul kann stets direkt mit jedem anderen Modul an dem Netzwerk kommu­ nizieren oder verkehren. Wenn also für einen BCM eine Schwierigkeit bezüglich des Sendens oder Empfangens von Nachrichten zu bzw. von einem anderen Modul besteht, kann die Nachricht über die Brücke übertragen werden.

Wenn der Modul alle seine Anfragen über das Netzwerk abgegeben hat, läßt der Hauptmodul das Zeichen zu dem nächsten Modul an dem Netzwerk weiterlaufen. Nach dem Empfang dieses Zeichens wird dieser Modul zum Hauptmodul, und er kann dann den Netzwerkbetrieb einleiten.

Zur Identifizierung jeder Vorrichtung ist jedem Modul an dem Netzwerk eine einmalige Netzwerkstations­ adresse zugeordnet. Jede Stationsadresse wird unabhängig an jeweils einem Modul gesetzt oder eingestellt, in dem ein Satz von Sechseckschaltern benutzt wird, und wird in den Direktzugriffspeicher-Modul bei Rückstellung (upon power-up or reset) geladen. (Soweit in dieser Beschreibung von Sechseckschaltern (hex switches) gesprochen wird, handelt es sich um Hexadezimalschalter bzw. Sedezimal­ schalter.)

Bei dem Energiehandhabungssystem bzw. der Energie­ schalt- und -verteilungsanlage wird ein einfaches Ver­ fahren zum Zugriff auf die Sammelleitung für das Durch­ lassen des Zeichens benutzt, um die Nachrichtenverbindungen zwischen den verschiedenen Elementen des Systems zur Wirkung gelangen zu lassen. Das Zeichen-Durchlaßschema garantiert nacheinander jedem möglichen Hauptmodul die ausschließliche Steuerung des Netzwerks.

Derjenige Modul, der gerade mit dem Zeichen behaftet ist und daher die Steuerung des Netzwerks ausübt, wird hier als Hauptmodul bezeichnet. Jeder binäre Steuermodul (BCM) verfügt über eine Kopie des Netzwerkplans, welche die Adressen sämtlicher potentieller Hauptmodulen in dem Netzwerk enthält. Jedoch sind alle mit dem Netzwerk ver­ bundenen Modulen nicht notwendigerweise in der Lage, den Zustand des Netzwerkhauptmoduls anzunehmen, wie z. B. der Brückenmodul oder die AIM-Modulen.

Die Netzwerkregel (network protocol) beruht auf der Theorie, daß alle Modulen verläßlich miteinander kommu­ nizieren können, wobei gelegentliche Fälle eines Nach­ richtverlusts infolge einer Übertragung von Rauschstörun­ gen auf dem Netzwerk vorkommen. Um die Integrität des Netzwerks zu gewährleisten, werde alle Nachrichten mit Ausnahme von Rundfunknachrichten (broadcast messages) quittiert. Auch wenn die "Zeichen"-Durchgänge quittiert werden, lauscht für den Fall, daß nach einem Durchlaß des Zeichens durch einen Modul dieses zu dem nächsten potentiellen Hauptmodul weiterläuft, dieser an dem Netz­ werk auf Aktivität.

Zunächst, beim Einschalten der Leistung, ist das "Zeichen" nicht vorhanden. Sobald ein Selbsttest und ein Einleitungsvorgang erfolgreich durchgeführt sind, "lauscht" jeder Modul auf das Netzwerk und wartet auf Aktivität. Wenn nach einer kurzen Zeitspanne keine Netzwerknachricht festgestellt wird, erzeugt der Modul ein Zeichen und erlaubt sich selbst, eine Anfrage an das Netzwerk heraus­ zugeben. Um zu gewährleisten, daß nicht zwei oder gar mehr Modulen gleichzeitig Zeichen erzeugen, wartet jeder Modul eine unterschiedliche Verzögerungszeit ab, bevor er ein Zeichen erzeugt.

Weil es möglich ist, daß manche Modulen nicht den ganzen Netzwerkverkehr übersehen, ist eine Mindestzeit­ verzögerung notwendig, um zu gewährleisten, daß keine Zeichen in nachteiliger Weise fehlerhaft erzeugt werden. Innerhalb der Mindestverzögerungszeit hat ein Modul seine gesamte eigene Aktivität durchgeführt und das Zeichen an den nächsten Modul weitergeleitet. Da sämtliche Zeichen über die Brücke geleitet werden, ist dies diejenige Zeit, in welcher alle Modulen mit Sicherheit die Netzwerk­ aktivität bemerken konnten.

Jeder mögliche Hauptmodul verfügt über eine Liste aller Modulen, die das Zeichen aufzunehmen in der Lage sind. Diese Liste, hier als "Netzwerkschaltplan" ("Net­ work Configuration Map") bezeichnet, wird von einem Speichercomputer über den Speicherschnittstellenmodul jedem BCM an dem Netzwerk zugeleitet. Nach Durchführung seiner Netzwerkaktivität stellt der jeweilige Hauptmodul die Stationsadresse des nächsten BCM in seinem Netzwerk­ schaltplan fest und läßt dann das Zeichen zu dem betref­ fenden Modul durchlaufen. Er tut dies, indem er eine Zeichen"-Nachricht zu diesem Modul sendet.

Die Zeichen-Nachricht folgt - im Gegensatz zu son­ stigen Nachrichten - einem besonderen Laufweg in dem Netzwerk. In der Regel sendet der BCM das Zeichen zu der Brücke, in dem die Adresse des Bestimmungs- oder Ziel-BCM in der Zeichen-Nachricht gespeichert ist. Die Brücke quittiert dann den Empfang des Zeichens, indem sie eine "Zeichen erhalten-Nachricht ("token ack" message) zurück zu dem absendenden Modul sendet. Unmittelbar darauf sendet die Brücke das Zeichen an das entsprechende Ziel.

Sie wartet dann eine vorbestimmte Zeit ab, etwa zwei Nachrichtenzeitabschnitte, und prüft auf Aktivität. Wenn irgendeine Netzwerkaktivität oder ein Netzwerkbetrieb vorhanden ist, wie z. B. eine Datenanfrage eines BCM von einem Ziel, wird angenommen, daß das Zeichen erfolgreich durchgelaufen ist. Wenn keine Aktivität von der Brücke festgestellt wird, führt die Brücke verschiedene noch­ malige Anfragen durch, bis das Zeichen durchgelaufen ist.

Der Haupt- oder Quell-BCM läßt das Zeichen zu der Brücke durch und wartet dann eine vorbestimmte Zeit­ spanne, beispielsweise sechs Nachrichtseiten, wobei er auf Aktivität prüft. Wenn Aktivität vorhanden ist, nimmt der BCM an, daß das Zeichen erfolgreich zu der Brücke durchgelaufen ist. Diese Aktivität besteht beispielsweise darin, daß die Brücke das Zeichen quittiert, indem sie eine "Zeichen erhalten"-Nachricht zurück zu dem Quell-BCM sendet. Wenn nicht, versucht der Hauptmodul oder -BCM das Zeichen zu der Brücke durchzulassen.

Nach Absenden der "Zeichen erhalten"-Nachricht zurück zu dem Quell-BCM läßt die Brücke das Zeichen zu dem Ziel-BCM weiterlaufen. Die Brücke wartet dann eine vorbestimmte Zeitspanne, etwa zwei Nachrichtenzeitabschnitte, und prüft auf Netzwerkaktivität. Ist Aktivität vorhanden, dann wird angenommen, daß das Zeichen zu dem Ziel-BCM ge­ langt ist. Wird dagegen keine Aktivität durch die Brücke festgestellt, so sucht die Brücke auf diesen ersten Fehl­ schlag hin, das Zeichen erneut zu dem Ziel-BCM durchlaufen zu lassen, wobei angenommen wird, daß die Netznachricht durch Rauschen beeinträchtigt wurde. Die Brücke wartet dann erneut und prüft auf Netzwerkaktivität. Ist nach zwei Nachrichtverzögerungen, d. h. einem zweiten Fehl­ schlag, noch keine Aktivität vorhanden, so sucht die Brücke das Zeichen zu dem Quell-BCM zurückzuleiten. Die Brücke sendet eine Nachricht "Zeichen nicht erhalten" ("token nak"), um auf diese Weise mitzuteilen, daß der Zielmodul das Zeichen nicht empfangen hat. Die Brücke wartet dann zwei Nachrichtverzögerungen ab und prüft auf Aktivität; wenn keine Aktivität vorhanden ist, weder eine vom Quell-BCM noch vom Ziel-BCM, versucht die Brücke das Zeichen zurück zu dem Quell-BCM zu senden. Die Brücke sendet eine Nachricht "Zeichen nicht erhalten", um mitzuteilen, daß der Ziel-BCM das Zeichen nicht empfangen hat. Nochmals wartet dann die Brücke zwei Nach­ richtverzögerungen ab und prüft auf Aktivität vom Quell-BCM oder vom Ziel-BCM.

Wenn keine Aktivität festgestellt wird, nimmt die Brücke an, daß zu starkes Rauschen auf dem Netz vorhanden ist, um einen verläßlichen Nachrichtenverkehr zu erlauben und beendet ihre Wiederholungsversuche. Die Brücke veran­ laßt dann eine BCM-Sperrzeit und erzeugt ein neues Zeichen (token).

Beim Normalbetrieb wird das Zeichen von dem Schnitt­ stellenmodul (SCI) des Rechners zu einem BCM und dann zurück zu dem SCI geleitet. Der SCI wiederum leitet das Zeichen dem nächsten BCM in der Reihenfolge zu, worauf es von dort zurück zu dem SCI gelangt. Dies geschieht, um zu ermöglichen, daß der Rechner den größtmöglichen Zugang zu dem Netzwerk erhält.

Alle BCM′s speichern in ihrem Gedächtnis die ge­ schichtliche Information, welchen Modulen das Zeichen (token) erfolgreich zugeleitet wurde. Falls ein Modul wiederholt das Zeichen nicht aufgenommen hatte, setzt der BCM ein anderes, hier als Flagge (flag) bezeichnetes Zeichen, um einen nicht-arbeitenden Modul zu kennzeichnen. Der BCM minimiert dann die Zahl von Malen, welche das Zeichen zu dem nicht-arbeitenden Modul geführt wird. Dies geschieht unter Steuerung eines Programms durch ge­ legentliches Überspringen des nicht-arbeitenden Moduls, um Verzögerungen infolge des Durchlassens eines Zeichens zu einem nicht-arbeitenden oder "toten" Modul möglichst kleinzuhalten. Bei dem hier beschriebenen Ausführungs­ beispiel wird dem nicht-arbeitenden Modul das Zeichen bei drei Versuchen nur jeweils einmal durch den Plan zugeleitet. Hat der Modul einmal ein Zeichen angenommen, so wird die Flagge gelöscht und das zu diesem Modul durch­ gelaufene Zeichen nimmt seine normale betriebliche Funktion auf.

Beim normalen Zeichendurchgang werden sämtliche Zeichen über die Brücke geleitet. Wenn der Modul drei oder mehr aufeinanderfolgende Fehler beim Durchleiten von Nachrichten über die Brücke verzeichnet, setzt der Quell-Modul eine Flagge, die anzeigt, daß die Brücke nicht arbeitet. Wenn dies einmal geschieht, wird der Quell-Modul abwechselnd versuchen, das Zeichen zuerst direkt zu dem nächsten BCM und dann über die Brücke zu leiten. In vielen Fällen setzt das Netzwerk seine Funktion fort, auch wenn die Brücke unwirksam geworden ist.

Wenn einmal das Zeichen angenommen ist, wird der Ziel-Modul zum Hauptmodul oder Quellen-Modul und gibt Anfragen über das Netzwerk heraus. Es kann nur jeweils eine Anfrage zur gleichen Zeit gesendet werden und alle Anfragen, mit Ausnahme von an alle gerichtete Nachrichten (broadcast messages), werden stets quittiert. Wenn eine Quittierung von dem Ziel-Modul nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne empfangen wird, versucht der Quell-Modul nochmals die Durchgabe der Nachricht.

Wenn die Anfrage direkt an einen Ziel-Modul ge­ richtet wird, wartet der Modul eine vorbestimmte Zeit­ spanne, in der Regel zwei Nachrichtzeiten, bevor die Anfrage wiederholt wird. Wenn die Anfrage über die Brücke gesendet wurde, wartet der Modul in der Regel vier Nach­ richtzeiten vor einem nochmaligen Versuch. Um die Wahr­ scheinlichkeit möglichst kleinzuhalten, daß überhaupt keine Daten von einem Ziel-Modul erhalten werden, wird die Nachrichtenübertragung mehrere Male versucht, in der Regel viermal, bevor der Ziel-Modul als unwirksam betrachtet wird.

An alle gerichtete Nachrichten (broadcast messages) werden nicht von einem der empfangenden Ziel-Modulen quittiert, jedoch folgen an alle gerichtete Nachrichten dem gleichen Weg wie normale Nachrichten. Vorzugsweise werden an alle gerichtete Nachrichten mehr als einmal gesandt, um zu gewährleisten, daß alle Modulen die Daten empfangen. Wenn eine an alle gerichtete Nachricht gesandt wird, wartet der Quellen-Modul die normale Sperr­ zeit ab, bevor er eine andere Nachricht überträgt. Dann ist für jeden der empfangenden Modulen genügend Zeit vorhanden, um die Nachricht zu verarbeiten.

Wenn die Brücke dazu benutzt wird, Nachrichten an einen Ziel-Modul umzusetzen, wird von dem Quell-Modul zunächst angenommen, daß die Brücke in Betrieb ist. Wenn der Quell-Modul drei oder mehr aufeinanderfolgende Fehlleistungen verzeichnet, wird eine Flagge gesetzt, die anzeigt, daß möglicherweise ein Brückenfehler vor­ handen ist. Dann werden Nachrichten, die normalerweise mittels der Brücke umgesetzt werden, abwechselnd direkt zu den Ziel-Modulen und dann im Falle des Versagens über die Brücke gesandt.

Fig. 3 zeigt ein Blockschema für den Nachrichten­ vermittlungsteil eines beispielhaften Paares binärer Kontroll-Modulen (BCM′s) 100 und 102. Wenngleich sie als BCM′s dargestellt sind, verwendet der Brücken-Modul ein identisches Signalkonditionierungsformat, wobei ein Mikrocontroller auch die Funktion des Mikroprozessors übernimmt. Der Modul 100 enthält einen Mikroprozessor 102, welcher Daten über die Leitung 104 zu dem Mikro­ controller 106 sendet bzw. von diesem empfängt. Die Daten werden formatiert durch den Mikrocontroller 106 für die Sendung auf der Leitung 108 zu dem Sendeempfänger 110. Der Sendeempfänger 110 moduliert die digitalen Daten zu einem analogen Signal zwecks Übertragung über die Starkstromleitung 112.

Wenn eine Nachricht von dem Modul 102 empfangen wird, wandelt der Sendeempfänger 100 das Analogsignal in die Form eines digitalen Signals, das über Leitungen 114 der Abtastvorrichtung 116 zugeführt wird. Die Abtastvor­ richtung 116 liefert ein Datensignal auf der Leitung 118 an den Mikrocontroller 106. Ein Trägerdetektor 120 wird in Verbindung mit dem Sendeempfänger 110 dazu benutzt, das Vorhandensein eines gültigen Trägers auf der Stark­ stromnetzleitung festzustellen. Der Trägerdetektor wird in dem System benutzt wegen der einem Vielfach-Modular­ system innewohnenden Möglichkeit eines Widerstreits. Nach Feststellung eines gültigen Trägersignals liefert der Trägerdetektor 120 ein Freigabesignal auf der Leitung 122 an den Mikrocontroller 106, um den Mikrocontroller in die Lage zu versetzen, die über den Sendeempfänger 110 über die Abtastvorrichtung 116 empfangenen Daten zu verarbeiten.

Der Modul 102 ist ähnlich aufgebaut wie der Modul 100. Er enthält einen Sendeempfänger 126 und einen Trägerde­ tektor 128, die mit der Starkstromnetzleitung verbunden sind. Der Ausgang des Sendeempfängers 126 ist durch die Leitung 130 mit der Abtastvorrichtung 132 verbunden. Der Ausgang der Abtastvorrichtung 132 ist durch die Leitung 134 mit dem Mikrocontroller 136 verbunden. Der Mikro­ controller 136 ist außerdem durch Leitungen 138 bzw. 140 mit dem Sendeempfänger 126 und dem Trägerdetektor 128 verbunden. Die Daten werden zwischen dem Mikrocontroller 136 und dem Mikroprozessor 144 über die Leitung 142 über­ tragen.

In Fig. 3 ist als Beispiel ein Nachrichtenabschnitt veranschaulicht, der von dem Mikrocontroller 106 auf der Leitung 108 zu dem Sendeempfänger 110 übertragen wird. In dem auf der Leitung 108 übertragenen Nachrichtenab­ schnitt haben die Bits i und i+2 den logischen Pegel "0", während die Bits i+1 und i+3 den logischen Pegel "1" auf­ weisen. Wenn der übertragene Nachrichtenabschnitt auf die Starkstromleitung 112 gekoppelt wird, kann das auf der Leitung induzierte unechte Rauschen, das von Motoren, Kompressoren und anderen elektrischen Anlagenteilen her­ rührt, gleichzeitig mit einer Nachrichtenübertragung auf­ treten. Dieses Rauschen kann Fehler in den Daten oder eine Abweisung der Nachricht als ungültig zur Folge haben.

Wenn der Modul 100 eine Nachricht überträgt, wird diese von dem Modul 102 und zugleich allen anderen Modulen an dem Netzwerk empfangen. Ein auf der Leitung 130 des Moduls 102 empfangener Nachrichtenabschnitt entspricht dem gesendeten Nachrichtenabschnitt auf der Leitung 108 des Moduls 100. Der empfangene Nachrichten­ abschnitt ist mit unechten Rauschimpulsen während der Bitperioden behaftet. Zum Beispiel tritt während der Periode des Bit i der Rauschimpuls 150 auf. In ähnlicher Weise sind während des Bit i+1 Rauschimpulse 152 und 154 vorhanden, wogegen während des Bit i+2 Rauschimpulse 156 und 158 auftreten. Der empfangene Nachrichtenab­ schnitt wird durch die Abtastvorrichtung 132 konditioniert, deren Arbeitsweise später behandelt wird. Dadurch wird ein im wesentlichen rauschfreier Nachrichtenabschnitt entsprechend dem gesendeten Nachrichtenabschnitt er­ halten. Mit der Eingabe des konditionierten Nachrichten­ abschnitts aus dem Abtaster 132 in den Mikrocontroller 136 über die Leitung 134 wird die Wahrscheinlichkeit, daß der Mikrocontroller 136 den Bit unrichtig interpre­ tiert, wesentlich herabgesetzt. Ohne den Abtaster 132 könnte der Mikrocontroller 136 den Bitzustand während eines Rauschimpulses abtasten und irrtümlich den Rausch­ impuls als einen gültigen logischen Zustand auf dem Daten­ bit der Nachricht interpretieren. Durch Verwendung des Abtasters 132 werden die empfangenen Nachrichten derart konditioniert, daß jegliche derartige Rauschimpulse von den Bits entfernt werden und dadurch eine unrichtige Datenablesung verhindert wird.

Fig. 4 zeigt das Schaltbild des Sendeempfängers und des Trägerdetektors des gemäß Fig. 1 angewendeten Brücken-Moduls. Nach Fig. 4 werden Nachrichten auf den Leitungen A, B, C und N der Eingangswechselstromenergie­ leitung (Primärseite des Transformators) übertragen, wobei die Leitungen A, B und C getrennte Phasenleitungen und die Leitung N die gemeinsame neutrale Leitung ist. Die Leitungen A, B und C sind durch Kondensatoren 200a-200c an die Wicklung 203 des Transformators 204 und an die neutrale Leitung N gekoppelt. Jeder Kondensator 200a-200c trennt die Phasenleitungen des Eingangs­ wechselstromes A-C voneinander, läßt aber die Daten­ übertragung über die einzelnen verschiedenen Phasenlei­ tungen zu. Die Widerstände 201a-201c sind parallel zu den Kondensatoren 200a-200c angeschlossen, um einen Entladungsstrompfad zu bilden, wenn die Schaltung von der 480 Volt Wechselstromleitung abgetrennt wird.

In entsprechender Weise werden Nachrichten auf den Leitungen D, E, F und N′ der untersetzten Wechselstrom­ netzleitung (Sekundärseite des Transformators) über­ tragen, wobei die Linien D, E und F getrennte Phasen­ leitungen und die Leitung N′ die gemeinsame neutrale Leitung sind. Die Leitungen D, E und F sind durch die Kondensatoren 200a-200c an die Wicklung 202 des Trans­ formators 204 und an die neutrale Leitung N′ angekoppelt. Die neutralen Leitungen N und N′ sind elektrisch mit­ einander verbunden und bilden eine lokale gemeinsame Sammelleitung zwischen den Starkstromnetzen. Die neu­ tralen Leitungen sind gemeinsam extern zu der Brücken-/ Wiederholerschaltung angeordnet. Jeder der Kondensatoren 202a-202c trennt die Phasenleitungen D-F des unter­ setzten Wechselstromenergienetzes voneinander, erlaubt aber die Datenübertragung auf jede der verschiedenen Phasenleitungen. Der Widerstand 203 liegt parallel zu dem Kondensator 202c und bildet einen Entladungsstrom­ pfad für den Kondensator, wenn die Schaltung von dem 208 Volt Wechselstromnetz getrennt wird.

Die Wicklung 206 des Transformators 204 ist induktiv mit der Wicklung 203 gekoppelt. Das eine Ende der Wick­ lung 206 liegt an einem positiven Potential von 18 Volt und über einen Kondensator 208 an Erde. Der Kondensator 210 liegt zwischen den Enden der Wicklung 206. Konden­ sator 210 und Wicklung 206 bilden einen abgestimmten Tankkreis, durch den der Empfang von Daten optimiert wird, während das Rauschen in der Datennachricht ge­ dämpft wird. Das andere Ende der Wicklung 206 liegt über dem Widerstand 212 an dem Punkt 214. Die beschriebene Transformatorkopplungsschaltung koppelt zugleich die gesendeten bzw. empfangenen Signale auf der Starkstrom­ leitung an die bzw. von den Starkstromleitungen und Mo­ dulen. Es wird ins Auge gefaßt, daß der Modul auch an eine einzelne der Dreiphasenleitungen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, angeschlossen werden kann, wobei die Leitungen A, E, C und N sowie die Kondensatoren 202a-202c und die Widerstände 201a-201c fortgelassen sind.

Der Knotenpunkt 214 ist mit der Kathode der Zener­ diode 216 verbunden, deren Anode an Erde liegt. Der Knotenpunkt 214 ist ferner mit dem Träger Ein-/Ausgangs­ anschluß (CARI/O) des Starkstromleitungs-Träger-Sende­ empfängers 218 verbunden. Der Sendeempfänger 218 ist regelmäßig ein Trägerstromsendeempfänger (Erzeugnis der Firma National Semiconductor Corporation, Santa Clara, Kalif., Typenbezeichnung LM1893). Die Arbeitsweise des Sendeempfängers 218 ist beschrieben in den Veröffent­ lichungen "A New Carrier Current Transceiver I.C." von Mitchell Lee, in IEEE Transactions on Consumer Electronics, Teil 1, Band CE-28, Nr. 3, vom August 1982; ferner in "A Carrier Current Transceiver I.C. for Data Transmission over the AC Power Lines" von Dennis M. Miticelli und Michael E. Wright, in IEEE Journal of Solid State Circuits, Band SC-17, Nr. 6, vom Dezember 1982.

Der Sendeempfänger 218 wandelt ein an einem Daten­ sendeeingang (TxD) in Form eines digitalen Bitstroms empfangenes Signal in ein durch Frequenzverschiebung getastetes moduliertes analoges Ausgangssignal um, wenn ein logisches Signal "hoch" oder "1" in einen Sende­ empfängerwahleingang (Tx/Rx) eingegeben wird. Der Tx/Rx-Eingang ist über einen Widerstand 226 mit einem positiven Potential von 5 Volt verbunden. Das gesendete Signal wird aus dem Sendeempfänger 218 ausgegeben und über eine externe Verstärkerstufe an den Sendeempfänger 218 geleitet.

Die Verstärkerstufe enthält einen Widerstand 220, der zwischen Basis und Emitter eines Transistors 222 liegt, dessen Basis mit dem Basisanschluß (BB) des Sende­ empfängerverstärkers verbunden ist, während sein Emitter mit dem Emitteranschluß (BE) des Sendeempfängerver­ stärkers verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 222 ist mit dem Punkt 214 verbunden. Der Emitter des Tran­ sistors 222 ist über den Widerstand 224 mit Erde ver­ bunden.

Beim Empfangsbetrieb wird der Tx/Rx-Eingang mit einem logischen Signal "niedrig" oder "0" gespeist. Von dem Knotenpunkt 214 wird an dem CARI/O-Eingang ein Trägersignal in Form eines seriellen, durch Frequenz­ verschiebung getasteten (FSK) Bitstroms geliefert. Der Sendeempfänger wandelt die FSK-Daten in die digitale Form oder derart um, daß an einem Empfängerausgang (RxD) ein entsprechender serialer digitaler Bitstrom vorhanden ist.

Eine dem Sendeempfänger 218 zugeordnete Sichtan­ zeigeschaltung dient dazu anzuzeigen, wann der Sende­ empfänger sich im Sendebetrieb oder im Empfangsbetrieb befindet. Die Sichtanzeigeschaltung umfaßt einen Inver­ ter 228, dessen Eingang mit dem Tx/Rx-Eingang und dessen Ausgang mit der Kathode der Leuchtdiode LED 230 ge­ koppelt ist. Der Empfangsdatenausgang (RxD) ist in ähn­ licher Weise über einen Hochziehwiderstand 238 an ein positives Potential mit 5 Volt gelegt.

Der Tx/Rx-Eingang ist auch mit der Anode der Zener­ diode 234 verbunden. Die Kathode der Diode 234 ist über den Kondensator 236 mit Erde und außerdem über den Widerstand 237 mit dem ALC-Eingang des Sendeempfängers 218 verbunden. Dieser Teil der Sendeempfängerschaltung wird zur Steuerung der automatischen Pegelregelungs­ schaltung des Sendeempfängers 218 benutzt.

Die dem Sendeempfänger 218 zugeführte Energie hat regelmäßig eine positive Spannung von 18 Volt und wird an einen V+-Eingang angelegt. Der V+-Eingang ist außerdem über eine Parallelschaltung von Kondensatoren 240 und 242 mit Erde verbunden. Der Sendeempfänger 218 enthält eine interne, an einem Z-Eingang liegende Zener­ diode für 5,6 Volt Bezugsspannung, die über einen Wider­ stand 244 mit einer positiven Spannung von 18 Volt ver­ bunden ist. Ein Kondensator 246 liegt zwischen den Ein­ gangsanschlüssen CAP 1 und CAP 2 und der Eingangsan­ schluß FREQ liegt über einem Reihenwiderstand 248 und einem Potentiometer 250 an Erde; durch ihn wird die Mittenfrequenz des Trägers festgelegt. Eine typische Mittenfrequenz ist 125 kHz. Der Eingangsanschluß eines Begrenzerfilters (LF) liegt über einen Kondensator 252 an Erde. In entsprechender Weise liegen der Eingangs­ anschluß eines Abstandhaltekondensators (OHCAP) und der Eingangsanschluß eines Rauschintegrators (NI) über Widerstände 254 bzw. 256 an Erde. Der Eingangs­ anschluß eines Phasenverriegelungs-Schleifenfilters (PLLF1) des Sendeempfängers ist mit dem Eingang eines zweiten Phasenverriegelungs-Schleifenfilters (PLLF2) durch die Reihenschaltung des Widerstandes 258 und des Kondensators 260 verbunden.

Ein Trägerdetektor ist mit dem Knotenpunkt 214 durch einen Schalter oder Springer bzw. eine Draht­ verbindung 262 verbunden. Eine Reihenschaltung aus Kondensator 264 und Widerstand 266 verbindet über die Drahtverbindung oder den Schalter 262 den Punkt 214 mit dem nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 268. Der nicht-invertierende Eingang des Vergleichers 268 ist außerdem durch den Widerstand 270 mit Erde ge­ koppelt. Die in Gegenparallelschaltung angeordneten Dioden 272 und 274 liegen zwischen dem nicht-inver­ tierenden Eingang des Vergleichers 268 und Erde, so daß sie die Signalamplitude am Trägerdetektor begrenzen, wenn der Sendeempfänger bei Empfang eines starken Träger­ signals eine Nachricht auf die Starkstromleitung über­ trägt, oder wenn große vorübergehende Störspannungs­ stöße von der Wechselstromleitung eintreffen. Die Reihen­ schaltung von Kondensator 264 und Widerstand 266 ist in dem Trägerdetektor vorgesehen, um eine Dämpfung des Sendeempfängerausgangs zu verhindern, wenn der Sende­ empfänger Nachrichten auf die Starkstromleitung über­ trägt.

Der invertierende Eingang des Vergleichers 268 ist mit der Mittenanzapfung des Potentiometers 276 ver­ bunden. Das Potentiometer 276 liegt zwischen Erde und dem einen Ende des Widerstands 278. Das andere Ende des Widerstands 278 liegt an einem positiven Potential mit 5 Volt. Der Kondensator 280 liegt zwischen dem inver­ tierenden Eingang des Vergleichers 268 und Erde. Die Eingangsenergie zu dem Vergleicher 268 wird von einem Spannungseingangsanschluß geliefert, der mit einem Potential von 5 Volt verbunden und außerdem über einen Kondensator 282 mit Erde gekoppelt ist. Der Vergleicher 268 ist in der Regel die eine Hälfte eines Dual-Ver­ gleicherplättchens vom Typ LM383.

Der Ausgang des Vergleichers 268 ist mit der Anode einer Diode 284 verbunden, deren Kathode über den Kon­ densator 286 mit Erde gekoppelt ist. Der Ausgang des Vergleichers 268 ist außerdem über einen Hochziehwider­ stand 268 mit einem positiven Potential von 5 Volt ver­ bunden. Anode und Kathode der Diode 284 sind durch einen Überbrückungswiderstand 290 verbunden.

Die Verbindung der Kathode der Diode 284, des Wider­ stands 290 und des Kondensators 286 ist mit dem Eingang des Vergleichers 292 verbunden. Der Verstärker 292 ist in der Regel die andere Hälfte des Dual-Vergleicher­ plättchens vom Typ LM383. Der Ausgang des Vergleichers 292 ist durch eine Rückkopplungsschaltung mit den Wider­ ständen 294, 296, 298 und 300 mit dem nicht-invertieren­ den Eingang des Vergleichers 292 verbunden. An die Rück­ kopplungsschaltung ist ein positives Potential mit 5 Volt angelegt. Das positive Potential mit 5 Volt ist über den Strombegrenzungswiderstand 302 mit der Anode der Leucht­ diode LED304 und über diese mit dem Ausgang des Ver­ gleichers 292 verbunden. Die Leuchtdiode LED304 leuchtet auf, wenn ein Träger festgestellt worden ist.

Die Arbeitsweise der Trägerdetektorschaltung besteht grundsätzlich darin, daß das an dem nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 268 empfangene Signal in eine Reihe von Rechteckwellenimpulsen umgewandelt wird, die an das Gleichrichternetzwerk (Diode 284, Widerstand 290) abgegeben werden, welche dann den Kondensator 286 auf­ lädt. An dem Kondensator 286 liegt eine gefilterte Gleich­ spannung, die eine Funktion der Trägeramplitude an dem nicht-invertierenden Eingang des Vergleichers 268 und der Spannungsschwelle an dem invertierenden Eingang des Vergleichers 268 ist. Wenn die Spannung an dem Konden­ sator 286 die Bezugsspannung erreicht, die an dem nicht­ invertierenden Eingang des Vergleichers 292 herrscht, ändert die Ausgangsspannung des Vergleichers 292 ihren Zustand. Daher herrscht an dem Ausgang des Vergleichers 292 ein logischer Zustand "1" oder "0" je nachdem, ob ein angemessenes Trägersignal am Eingang des Vergleichers 268 vorhanden ist. Das Potentiometer 276 erlaubt die Einstellung der Schwelle des Vergleichers 268 so, daß die Empfindlichkeit der Eingangsstufe bei der Feststel­ lung eines Trägersignals entsprechend festgesetzt wird.

Fig. 5 veranschaulicht die Brückenabtastvorrichtung, welche die von dem Sendeempfänger aus den Starkstromlei­ tungen empfangenen Daten abtastet. Ferner ist in Fig. 5 der Mikrocontroller gezeigt, der die Daten zur Über­ tragung über die Starkstromleitung formatiert, die Daten aus einer empfangenen formatierten Nachricht extrahiert und die Verarbeitungsfunktionen in dem "Zeichen"- und Nachrichtenverbindungsreglement oder -protokoll durch­ führt.

Die Abtastvorrichtung umfaßt Schieberegister 400 und 402, Zähler 404 und Logikgatter 406 und 408. Die Schieberegister 400 und 402 sind serielle Eingangs-/ parallele Ausgangsschieberegister für 8 Bit, insbesondere mit der Typenbezeichnung 74HC164. Das Schieberegister 400 hat zwei Signaleingänge (A und B), die mit dem RxD-Aus­ gang des Sendeempfängers 218 verbunden sind, und einen Taktsignaleingang (CLK), der so geschaltet ist, daß er ein 40 kHz-Taktsignal aufnimmt, wie später beschrieben. Der Leereingang (CLR) des Schieberegisters 400 ist mit einem Ausgang (D1) des Mikrocontrollers 410 verbunden. Ein Ausgang (QA) des Schieberegisters 400 ist mit einem Eingang des ausschließlich-oder-Gatters 406 verbunden. Ein anderer Ausgang (QH) des Schieberegisters 400 ist mit zwei Signaleingängen (A und B) des Schieberegisters 402 verbunden.

Der Taktsignaleingang (CLK) des Schieberegisters 402 empfängt das 40 kHz-Taktsignal. Der Leereingang (CLR) des Schieberegisters 402 ist auch mit dem Ausgang (D1) des Mikrocontrollers 410 verbunden. Ein Schalter oder eine Drahtverbindung (Springer) 412 erlaubt die selek­ tive Ankopplung des Ausgangsanschlusses des Schiebe­ registers 402 (QF-Ausgang oder QH-Ausgang) an einen anderen Eingang des Gatters 406. Der Ausgang des Gatters 406 ist über einen Inverter 408 mit einem Zählauslöse­ eingang (CTEN) des Zählers 404 verbunden.

Der Zähler 404 ist ein 4 Bit-Binär-Auf/Ab-Zähler, insbesondere ein solcher mit der Typenbezeichnung 74HC191. Der gewählte Ausgang des Schieberegisters 402 (QF oder QH) ist an den Ab/Auf-Eingang (DN/UP) des Zählers 404 gekop­ pelt. Der Taktsignaleingang (CLK) des Zählers 404 dient auch zum Empfang des 40 kHz-Taktsignals, während der Lastdateneingang (LD) mit dem Ausgang (D1) des Mikro­ controllers 410 verbunden ist. Die Dateneingänge des Zählers 404 (A, B, C und D) werden dadurch niedrig gehalten, daß sie mit dem Ausgang des exklusiven-oder- Gatters 414 verbunden sind, der zwei Eingänge hat, welche über den Hochziehwiderstand 416 mit einem positiven Potential von 5 Volt verbunden ist. Der Schalter oder die Drahtverbindung 418 verbindet wahlweise den Zähler­ dateneingang (A) entweder mit dem Ausgang des Inverters 414 oder dem positiven Potential mit 5 Volt über den Widerstand 416. Der Ausgang (QD) des Zählers 404 ist mit dem Eingang (A) des Puffers 420 verbunden, dessen entsprechender Ausgang (Y1) mit dem Eingang (G2) des Mikrocontrollers 410 verbunden ist.

Der Mikrocontroller 410 ist ein Ein-Chip-Mikro­ controller, beispielsweise ein solcher mit der Typen­ bezeichnung COP440, hergestellt von der Firma National Semiconductor Corporation. Der Mikrocontroller 410 be­ sitzt eine interne arithmetische Logikeinheit, einen Programmspeicher, Ein- und Ausgangspuffer, eine Befehls­ dekodier/Steuerlogik sowie eine innere Datensammel­ leitung. Die Eingangsanschlüsse L0-L7 des Mikro­ controllers 410 sind mit zwei Sechseckschaltern 422 und 424 verbunden. Die Anschlüsse L0-L3 sind mit dem Sechseckschalter 422 verbunden, wobei jede Verbindungs­ leitung über einen Hochziehwiderstand 426a-426d an einem positiven Potential mit 5 Volt anliegt. Die An­ schlüsse L4-L7 gehören zu dem Sechseckschalter 424, wobei jede Verbindungsleitung über Hochziehwiderstände 426e-426n an einem positiven Potential mit 5 Volt liegt. Die Sechseckschalter 422 und 426 erlauben das selektive Anlegen entweder eines logischen Signals "1" oder eines logischen Signals "0" an einen bestimmten L-Eingangsanschluß zur Festlegung der Brückenstations­ adresse. Die Stellung des Sechseckschalters 422 bestimmt die vier am wenigstens bedeutenden Bits der 8 Bit um­ fassenden Stationsadresse, während der Sechseckschalter 424 die vier meist bedeutenden Bits bestimmt. Die L-Anschlüsse sind mit einem internen Pufferregister des Mikrocontrollers 410 verbunden. Die in das in­ terne Pufferregister eingegebene Stationsadresse ist an einen internen Datenbit zu einem RAM-Speicher ge­ koppelt und dient zum Gebrauch bei der Erkennung durch den Mikrocontroller, wenn die Brücke von einer Daten­ nachricht oder einem "Zeichen" adressiert wird.

Von dem Oszillator 428 wird ein 4 MHz-Taktsignal an den Taktsignaleingang (CLK1) des Mikrocontrollers 410 für die Taktgebung des Prozessors geliefert. Das 4 MHz-Taktsignal wird auch dem A-Eingang der einen Hälfte eines dualen 4 Bit-Dekadenzählers 430a zugeführt. Der meist bedeutende Bitausgang (QD) des Zählers 430a ist mit dem Eingang der anderen Hälfte des dualen 4 Bit- Dekadenzählers 430b verbunden. Der meist bedeutende Bit­ ausgang des Zählers 430b ist mit den (CLK)-Eingängen der Register 400 und 402 sowie dem Zähler 404 verbunden. Die Zähler 430a und 430b untersetzen das 4 MHz-Takt­ signal auf ein 40 kHz-Taktsignal zur Verwendung in der Abtastschaltung.

Ein Totmanntaktgeber enthält die Zähler 432a, 432b, 434a, 434b, 436a und 436b. Die Zähler sind in Kaskaden­ schaltung angeordnet, so daß ein in der ersten Stufe 430a eingehendes Taktsignal durch Teilung mittels eines Fak­ tors zehn herabgesetzt wird. Eine beispielhafte Konfi­ guration wurde vorher unter Bezugnahme auf das von der Abtastschaltung gelieferte 4 MHz-Taktsignal beschrieben. Der letzte Zähler 436b koppelt den (QA)-Ausgang als mindest-bedeutendes Bit so, daß keine Teilung durch zehn erfolgt. Ein alle 2,5 Sekunden an dem (QA)-Ausgang des Zählers 436b auftretendes Signal wird (falls kein Rück­ stellsignal vorhanden sein sollte) an die Totmann-Takt­ geberschaltung gelegt. Der Ausgang (QA) des Zählers 436b wird an den D-Eingang der Flip-Flop-Schaltung 438 vom D-Typ gelegt. Der C-Eingang der Flip-Flop-Schaltung 438 wird an den QD-Ausgang des Zählers 432b gelegt. Der vor­ eingestellte Eingang (PR) der Flip-Flop-Schaltung 438 ist über den Hochziehwiderstand 416 an ein positives Potential mit 5 Volt angeschlossen. Der Leereingang (CLR) ist an den Ausgang des AND-Gatters 454 gekoppelt. Der Q-Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 438 ist mit dem Vor­ einstelleingang (PR) vom D-Typ der Flip-Flop-Schaltung 470 gekoppelt. Die Eingänge D und C der Flip-Flop-Schal­ tung 470 sind durch den Widerstand 416 mit dem 5 Volt- Potential verbunden. Der Q-Ausgang der Flip-Flop-Schal­ tung 470 ist mit dem Eingang IN3 des Mikrocontrollers 410 verbunden. Der -Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 470 ist mit einem Eingang des AND-Gatters 450 verbunden. Der Ausgang des AND-Gatters 450 ist mit einem Eingang des Gatters 468 verbunden. Der Leereingang der Flip-Flop- Schaltung 470 ist mit dem Ausgang des AND-Gatters 442 verbunden, dessen einer Eingang mit dem H1-Ausgang des Mikrocontrollers 410 über den Inverter 476 verbunden ist, während ein anderer Eingang mit dem Ausgang des Gatters 454 verbunden ist. Das AND-Gatter 444 ist mit seinem einen Eingang an den Q-Ausgang des Flip-Flop-Schalters 438 verbunden, während sein anderer Eingang mit dem Aus­ gang des Gatters 454 verbunden ist. Der Ausgang des Gat­ ters 444 ist mit dem Eingang des NAND-Gatters 452 und dem Rückstelleingang (RST) des Mikrocontrollers 410 verbunden. Der Ausgang des Gatters 444 ist ein MR-Signal, das benutzt wird, um den Mikrocontroller zurückzustellen.

Sobald der Modul eingeschaltet wird, wird ein Rück­ stellsignal aus einer gebräuchlichen (nicht dargestellten) Schaltung geliefert, die dem Gatter 454 ein Signal zu­ leitet, welches über das Gatter 444 gekoppelt ist, um das MR-Signal in einem logisch ausgetasteten Zustand zu halten, bis die Energie einen bestimmten Pegel er­ reicht hat, der durch das Setzen des Vergleichers in der Energierückstellschaltung bestimmt wird. Die Ener­ gierückstellschaltung in Verbindung mit der Rückstellogik gewährleistet, daß der Mikrocontroller im Rück­ stellzustand gehalten wird, bis die Spannungspegel sämtlicher Logikelemente ihre betriebsmäßigen Höhen erreicht haben. Ein Handrückstellkreis, bestehend aus dem Schalter 464 und den Hochziehwiderständen 460 und 462, von denen jeder an ein 5 Volt-Potential gebunden ist, sind an die entsprechenden Eingänge der NAND-Gatter 456 und 458 gekoppelt. Die Ausgänge der NAND-Gatter 456 und 458 sind jeweils an den Eingang des anderen gekoppelt. Die Ausgänge der NAND-Gatter 456 und 458 sind an einen Eingang des AND-Gatters 454 gekoppelt. Beim Umschalten des Schalters 464 von einer in die andere Stellung wird ein Rückstellsignal über die Handrückstellschaltung, das Gatter 454 und das Gatter 444 an den Rücksetzeingang des Mikrocontrollers 410 gelegt.

Der Mikrocontroller 410 hat eine Reihe von Allge­ meinzweckausgängen (D0-D3), wobei jeder Ausgang mit einem internen Pufferregister des Mikrocontrollers verbunden ist. Der Ausgang (DO) ist mit dem TxD-Eingang des Sendeempfängers 218 verbunden, so daß die forma­ tierten Daten, d. h. ein serieller Bitstrom, zur Über­ tragung über die Starkstromleitung geliefert wird.

Der Ausgang (D1) ist an den Eingang des Rückstell­ logikinverters angeschlossen, dessen Ausgang an den Rückstelleingang (G) des Puffers 420 gekoppelt ist. Der Ausgang D1 ist auch direkt mit dem Lastdateneingang (LD) des Zählers 404 und den Leereingängen (CLR) der Schieberegister 400 und 402 zur Rückstellung von deren Betrieb nach Übertragung eines formatierten Bit­ stromes verbunden. Die Rückstellung dieser Bestandteile geschieht zur Auslöschung irgendwelcher Fremdsignale, welche die Gültigkeit zukünftiger Daten beeinträch­ tigen könnten. Der Ausgang (D2) ist an den Tx/Rx-Eingang des Sendeempfängers 218 gekoppelt, wobei der Zustand des Signals auf dieser Leitung entweder die Sendeschal­ tung oder die Empfängerschaltung des Sendeempfängers 218 einschaltet.

Der Ausgang (D3) ist über den Inverter 466 an einen Eingang des Gatters 468 angeschlossen. Der Ausgang des Gatters 468 ist über den Widerstand 470 an die Anode der Leuchtdiode LED 472 gelegt. Die Kathode der LED 472 ist an Erde gekoppelt. Die Leuchtdiode 472 leuchtet auf, wenn das Signal am Eingang (D3) niedrig und der Ausgang aus dem Gatter 450 hoch ist. Der Ausgang (D3) wird über den Mikrocontroller 410 gesetzt, und der Aus­ gang aus dem Gatter 450 wird unter der Bedingung ge­ setzt, daß der Totmann-Taktgeberkreis nicht aus läuft und das Rückstellsignal (MR-) nicht aktiv ist. Das Auf­ leuchten des LED472 zeigt an, daß der Mikrocontroller 410 in Betrieb ist, keine Totmann-Zeitsperre auftrat und daß der Modul in Ordnung ist.

Der Mikroprozessor 410 benutzt auch zwei zusätzliche Allgemeinzweck-Ausgangsanschlüsse (HO und H1). Der Aus­ gang (HO) ist über den Inverter 474 an einen Eingang des Gatters 452 angeschlossen und dient zur Rückstellung des Totmann-Zeitgeberkreises. Der Mikrocontroller 410 sendet alle 100 Millisekunden einen Impuls an den Tot­ mann-Zeitgeberkreis, um dessen Auslaufen aufzuhalten. Dieses dient als Anzeige dafür, daß die Brücke noch in Betrieb ist. Der Ausgang (H1) ist über den Inverter 176 an einen Eingang des Gatters 442 gekoppelt und soll die "Flagge" zurückstellen, welche anzeigt, daß eine Totmann-Zeitsperre eingetreten ist.

Der Mikrocontroller verwendet vier Allgemeinzweck- Eingänge (INO-IN3). Die Eingänge (INO und IN1) sind stets durch Kopplung an ein positives Potential mit 5 Volt über den Hochziehwiderstand 480 an einen Logik­ zustand "hoch" oder "1" gebunden.

Das Trägerdetektorsignal (CARDET-) aus der Täger­ detektorschaltung ist an einen Eingang (IN2) des Mikro­ controllers 410 gelegt. Das Trägerdetektorsignal ver­ setzt den Mikroprozessor in die Lage, einen am Eingang G3 aus dem Abtastkreis empfangenen Datenstrom zu ver­ arbeiten.

Der formatierte Bitstrom von Fig. 6 enthält einen dreiteiligen Einleitungsabschnitt zum Synchronisieren des empfangenden Sendeempfängers sowie zur Anfangs­ feststellung eines Nachrichtfehlers. Der Einleitungs­ abschnitt besteht aus der PLC-Einleitungsperiode, ge­ folgt von der Sende-/Empfangssynchronisationsperiode, auf die wiederum ein einmaliges Codewort folgt, das analytisch ausgewählt ist, um die Wahrscheinlichkeit der Feststellung eines Synchronisationsfehlers zu minimieren.

Der erste Teil des Einleitungsabschnitts ist die PLC-Einleitung, die aus vier Zyklen abwechselnder "1en" und "0en" besteht. Die PLC-Einleitungsfolge wird von einem empfangenden Sendeempfänger benutzt. Die Selbst­ einstellung des empfangenden Sendeempfängers erfordert den Empfang eines Hoch/Niedrigüberganges, damit die Phasenverriegelungsschleife auf den ankommenden Träger verriegelt wird. Somit kann die PLC-Schaltung keine Gewähr dafür bieten, daß sie bei dem ersten "Eins"/ "Null" -Übergang gültige Empfangsdaten wiedergibt, jedoch sucht die Empfängereinheit während dieser Zeit den Beginn einer Bitzeit zu bestimmen. Sie tut dies durch Einlei­ tung ihrer Empfangstakte, sobald ein Übergang statt­ findet. Da der erste Übergang nicht mit Sicherheit gültig ist, sind drei zusätzliche Hoch/Niedrigübergänge für den Empfänger vorgesehen, um seine Takte zu syn­ chronisieren. Drei Übergänge statt eines sind vorge­ sehen, um dem Empfänger entsprechend viele Gelegen­ heiten zur Synchronisation auf das ankommende Signal zu geben, ohne daß eine ins Gewicht fallende Verzöge­ rung der Übertragung verursacht wird.

Der zweite Teil der Einleitung besteht aus einer Sendeempfänger/Empfangs-Synchronisationsperiode. Der Sender sendet zwei Nullen, worauf eine Eins, nochmals zwei Nullen und nochmals zwei Einsen folgen. Diese werden vom Empfänger benutzt, um anzuzeigen, daß die PLC-Ein­ leitungsfolge vollendet ist. Da es für den Empfänger möglich ist, innerhalb der Einleitungsfolge auf mehr als einen Punkt zu synchronisieren, ist dieser Teil des Einleitungsabschnitts so ausgebildet, daß der Empfänger leicht das Ende der Einleitung identifizieren und sich darauf vorbereiten kann, das nachfolgende Code­ wort zu prüfen. Er tut dies, indem er auf das erste Auftreten zweier Nullen in dem empfangenen Bitstrom wartet. Dieses läßt sich leicht von dem Muster ab­ wechselnd auftretender Nullen und Einsen in dem ersten Teil des Einleitungsabschnitts unterscheiden. Gerade in dem Fall, daß die erste Reihe von zwei Nullen un­ korrekt empfangen wird, sendet der Sender eine zweite Serie von zwei Nullen. Dadurch werden dem Empfänger zwei Möglichkeiten gegeben, das Ende der Einleitungs­ folge korrekt zu identifizieren.

Der dritte Teil des Einleitungsabschnitts besteht aus einem für das Format der Nachrichtenverbindung über die Starkstromleitung einmaligen Codewort, das benutzt wird, um zu bestätigen, daß der empfangende Mikrocon­ troller korrekt mit der eintreffenden Nachricht syn­ chronisiert ist. Das Codewort besteht aus zwei "Nullen", gefolgt von drei "Einsen", auf welche wiederum eine "0", eine "1" und eine "0" folgen. Der empfangende Mikro­ controller bestimmt nach Bestätigung dieser Folge durch die interne feste Schaltung des Mikrocontrollers, daß eine gültige Schaltung folgt. Ist einmal das Codewort durch den empfangenden Mikrocontroller bestätigt, so synchronisiert der Mikrocontroller nicht nochmals den Datenteil der Nachricht.

Der Mikrocontroller-Chip ist aus zahlreichen Funk­ tionsblöcken aufgebaut; diese enthalten die zentrale Prozessoreinheit (CPU), die arithmetische Logikeinheit (ALU), den Nur-Lese-Speicher (ROM), den Direktzugriffs­ speicher (RAM), die Zähler/Zeitgebereinheit sowie Ein- und Ausgangskreise. Alle diese Funktionsblöcke werden sowohl während des Sendebetriebs als auch während des Empfangsbetriebs benutzt.

Während eines Empfangsbetriebs wird zunächst die gesamte Nachricht in dem internen RAM des Mikrocontrol­ lers aufgebaut und als Reihe sequentieller Bits ge­ speichert. Sobald die Nachricht vorliegt, setzt der Mikrocontroller den Tx/Rx-Ausgang (D2) auf eine logische Eins. Dadurch wird der PLC-Sendeempfänger in den Sende­ betriebszustand versetzt. Dann setzt der Mikrocontroller den TxD-Ausgang (D0) auf den Zustand des ersten Bit in der gesendeten Nachricht. Der Zähler/Zeitgeber wird dann so eingestellt, daß er den CPU einmal während jeder Bit­ zeit (1/2300 Sekunden) unterbricht. Jedesmal, wenn eine Unterbrechung durch den Zähler/Zeitgeber stattfindet, sendet der Mikrocontroller den nächsten Bit in der Nach­ richt.

Während eines Empfangs benutzt der Mikrocontroller den Eingang RxD (G3) und den Eingang CARDET-(IN2). Wenn der CARDET-Eingang einen Übergang von einer lo­ gischen "1" auf eine logische "0" ausführt, benutzt der Mikrocontroller dies als Anzeige dafür, daß eine Nach­ richt gesendet wird. Er prüft dann die aus dem RxD-Ein­ gang ankommenden Daten und wartet auf einen "Hoch"/ "Niedrig"-Übergang. Dieser Übergang markiert den Beginn einer Bitzeit. Der Mikrocontroller verzögert dann um eine halbe Bitzeit und veranlaßt darauf, den Zähler/ Zeitgeber einmal während jeder Bitzeit (1/2300 Sekunden) von der Mitte des empfangenen Bit aus zu unterbrechen.

Danach liest der Mikrocontroller jedesmal, wenn eine Unterbrechung durch den Zähler/Zeitgeber stattfindet, den Zustand des RxD-Einganges ab und bewahrt den Zu­ stand dieses Bit in seinem RAM auf. Durch das aufein­ anderfolgende Aufbewahren der Bits baut der Mikro­ controller die gesamte empfangene Nachricht in dem RAM auf. Ist dies einmal durchgeführt, so wird eine Prüf­ summe errechnet und auf der empfangenen Nachricht be­ stätigt.

Auf das Codewort folgt ein Nachrichtenanfangsbit, bestehend aus einer "1". Anschließend an das Anfangs­ bit folgt die Datennachricht. Die Datennachricht wird von dem meist bedeutenden Byte zu dem mindest bedeu­ tenden Byte und innerhalb jedes Byte von dem meist bedeutenden Bit zu dem mindest bedeutenden Bit gesen­ det.

Direkt auf die Anfangsbits folgt ein Rahmenkon­ trollbyte, bestehend aus einem 8-Bitfeld, das dazu benutzt wird, die Art der Nachricht, wie z. B. ein "Zeichen", eine an alle gerichtete Systemnachricht, ein Modulkommando, Anfangsdaten des Systems, Modul­ anfrage oder Ein-/Ausgangskommando, zu identifizieren.

Auf das Rahmenkontrollbyte folgt ein Quellenkon­ trollbyte, bestehend aus einem 8-Bitfeld, das die Adresse des Moduls enthält, welcher die Nachricht eingeleitet hat. Diese Adresse wird bestimmt durch Sechseckschalter oder Hexadezimalschalter, die für jeden Modul auf eine vorbestimmte einmalige Identifikations­ adresse eingestellt sind. Der Quelladressenbyte identi­ fiziert den Modul, von dem die Übertragung oder Sendung ausgeht. Auf den Quelladressenbyte folgt ein Datennach­ richt-Stopp/Startbit, das eine "1" mit einer anschließenden "0" ist.

Anschließend an den Quelladressenbyte werden Daten­ nachricht-Stopp/Startbits durch den Formatiermikrocon­ troller in die gesendete Datennachricht plaziert. Die Datennachricht-Stopp/Startbits werden benutzt, um die Synchronisation auf den ankommenden Daten durch den empfangenden Mikrocontroller zu bestätigen. Die Daten­ nachricht-Stopp/Startbits werden in die gesendete Nach­ richt mit Intervallen von 16 Bits plaziert.

Auf das erste Auftreten von Datennachricht-Stopp/ Startbits folgt ein 8-Bitfeld, das als Bestimmungs­ adressenbyte bezeichnet wird; es enthält die Adresse des Moduls, der die Nachricht empfangen soll. Anschließend an den Bestimmungsadressenbit wird ein 8-Bitfeld benutzt, wenn die Datennachricht über einen Brücken­ modul gesandt wird. Diese Adresseninformation wird von dem Brückenmodul benutzt, um die letzte Bestimmung oder das endgültige Ziel zu bestimmen. Wenn diese Adresse mit der Brückenadresse übereinstimmt, dann ist das Ziel die Brücke selbst. Wenn eine andere Adresse vorhanden ist, sendet die Brücke die Nachricht an den benannten Modul weiter.

Auf den Adressenverlängerungsbyte folgen Daten­ nachricht-Stopp/Startbits, die in der Regel aus einer "1", gefolgt von einer "0" bestehen. Wie zuvor, werden die Datennachricht-Stopp/Startbits von dem empfangenden Mikrocontroller benutzt, um die Synchronisation der ankommenden Daten zu bestätigen.

Auf die zweite Gruppe von Datennachricht-Stopp/ Startbits folgt das Datenfeld. Das Datenfeld kann ent­ weder ein solches sein, das ein einzelnes Byte (8 Bits) umfaßt, wie in Fig. 5 veranschaulicht, oder ein neun Bytes (72 Bits) umfassendes Datenfeld. Wenn das Daten­ feld aus neun Bytes besteht, werden bei Intervallen von 16 Bits jeweils Datennachricht-Stopp/Startbits eingefügt wie vorher beschrieben.

Wie in Fig. 6 veranschaulicht, ist das Datenfeld ein einzelnes Datenfeldbyte, auf welches ein Prüfsummen­ byte folgt. Das Prüfsummenbyte ist ein 8-Bitfeld mit zwei 4 Bit umfassenden Prüfwerten. Der erste Prüfwert ist ein exklusiv-OR mit 4 Bit des Datennachrichtinhalts ausschließlich der Datennachricht-Stopp/Startbits, d. h. des Rahmenkontrollbytes, des Quelladressenbytes, des Bestimmungsadressenbytes, des Adressenverlängerungs­ bytes und des Datenfeldbytes. Der zweite 4 Bit umfas­ sende Prüfwert ist eine 4 Bit umfassende Summe der Zahl von Bits in der Datennachricht ausschließlich der Datennachricht-Stopp/Startbits, auf "1" gesetzt. Ein Prüfsummenbyte wird benutzt, um anzuzeigen, daß die empfangenen Datennachrichtbits genau den gesendeten Datennachrichtbits entsprechen. Auf die Prüfsummenbits folgen Stoppbits, welche das Ende der Nachrichtensen­ dung anzeigen. Die Stoppbits werden als zwei "Nullen" gesendet.

Wenn die Trägerdetektorschaltung des empfangenden Moduls ein Trägersignal feststellt, liefert sie ein CARDET- Signal an den empfangenden Mikrocontroller. Dieses Signal setzt den Mikrocontroller in die Lage, andere konkurrierende Vorgänge zu unterbrechen und die Nachricht zu empfangen. Die Synchronisation des Sende­ empfängers findet während der PLC-Einleitungsperiode der Nachricht statt, wie vorher erörtert. Die Synchro­ nisation des empfangenden Mikrocontrollers ist voll­ endet, sobald ein erster Hoch/Niedrigübergang während der Sende/Empfangssynchronisationsperiode auftritt; zu diesem Zeitpunkt leitet der Mikrocontroller seinen Empfangstakt ein. Nach dem Auftreten des Hoch/Niedrig­ überganges macht der empfangende Mikrocontroller drei zusätzliche Ablesungen des Zustands der ankommenden Daten während der gleichen Bitzeit. Wenn zwei von diesen drei Ablesungen ergeben, daß die Daten noch in dem niedrigen Zustand waren, dann ist die Synchronisation bestätigt. Sollten mindestens zwei der drei Ablesungen ergeben, daß die Daten nicht in dem niedrigen Zustand waren, z. B. der erste Hoch/Niedrigübergang durch eine Rauschespitze verursacht war, so synchronisiert der empfangende Mikrocontroller nicht zu diesem Zeitpunkt seinen Empfangstakt, vielmehr wartet dann der empfan­ gende Mikrocontroller erneut, bis der zweite Hoch/ Niedrigübergang in der Sende/Empfangssynchronisations­ periode auftritt.

Durch Verwenden des Mehrfachablesungsschemas kann die Auswirkung von Rauschespitzen auf die Gültigkeit der ankommenden Daten minimiert werden. Während des Empfangs einer eingehenden Nachricht kann der empfan­ gende Mikrocontroller es als notwendig befinden, sich auf die ankommenden Daten zu synchronisieren. Wenn dies eintritt, versucht der Mikrocontroller, die Lage der nächsten Anstiegskante vorauszusagen.

Der empfangende Mikrocontroller hält Ausschau nach dem Codewort, um zu bestätigen, daß die Synchro­ nisation mit der eintreffenden Nachricht richtig ist. Der Mikrocontroller vergleicht das empfangende Code­ wort mit einer programmierten Folge entsprechender Bits.

Auf die Bestätigung hin weiß der empfangende Mikro­ controller, daß eine gültige Botschaft folgt. Wenn einmal das Codewort bestätigt ist, synchronisiert der empfangende Mikrocontroller nicht nochmals während des Datenteils der Nachricht. Sollte das empfangende Codewort einen Fehler enthalten, der durch den Mikro­ controller festgestellt wird, so ist der Mikrocontroller darauf programmiert, die Empfangsfolge erneut zu be­ ginnen, um die sende/Empfangssynchronisationsdaten festzustellen.

Nach Gültigmachung des Codeworts und korrekter Synchronisation wartet der Mikrocontroller auf ein Startbit, das dem Codewort unmittelbar folgt und den Beginn der Datennachricht anzeigt.

Die Abtastschaltung tastet die empfangenen Nach­ richtbits ab und bildet ein Ausgangssignal mit einem Zustand, der dem während der Bitperiode herrschenden Zustand des Bits entspricht. Die Abtastschaltung tastet kontinuierlich das Datenbit ab und zwar mit fünfzehn Abtastungen während einer Periode von 375 Mikrosekunden während eines mittleren Teils der 435 Mikrosekunden betragenden Bitzeit (2300 Baud), die von dem Mikrocontroller benutzt wird, um den Bitzu­ stand zu bestimmen. Fig. 7 veranschaulicht das Ab­ tastschema, das während einer beispielhaften Bitperiode stattfindet.

Die Abtastschaltung ist in Fig. 5 erläutert; die Daten, die auf der RxD-Leitung empfangen werden, werden bei einer 40 kHz Taktgeschwindigkeit abgetastet und bei derselben Geschwindigkeit in die Schieberegister 400 und 402 eingeschoben. Der 40 kHz-Oszillator kann mit dem 4 MHz-Oszillator synchronisiert sein, wenngleich dies nicht unbedingt notwendig ist. Wenn die Daten durch das Schieberegister 402 geschoben werden, werden sie durch den 4-Bitzähler 404 gezählt. Der Zähler 404 zählt während der Abtastung eines Hochbits aufwärts, und wenn die Bits während eines folgenden Niedrigbits durch die Register 400 und 402 geschoben werden, zählt der Zähler abwärts. Wenn die Springerschalter 412 und 418 die in Fig. 5 angegebene Stellung einnehmen, liefert der Zähler 404 eine Ausgangsanzeige an dem QD-Ausgang des Zählers (d. h. an den Ausgang für die meist bedeutenden Bits des 4-Bit-Binärzählers); dieser hat den Zustand, der am häufigsten in 8 von den letzten 15 Abtastungen, die während des mittleren abgetasteten Teils der Bitperiode stattfinden, auf­ tritt. Sollten acht oder mehr Abtastungen während der Bitperiode hoch sein, dann liefert der QD-Ausgang einen Hochausgangswert als Zustand des Bit. Der QD-Ausgang wird durch den Mikrocontroller während der Bitperiode nach Zählung der 15 Abtastungen abge­ tastet. Wenngleich nach der gezeigten Darstellung drei Abtastungen während der Bitperiode durch den Mikrocontroller vorgenommen werden, so wäre doch auch nur eine Abtastung ausreichend. Durch Umschal­ ten der Springerschalter 412 und 418 in die entgegen­ gesetzte Stellung wird der Zähler derart voreinge­ stellt, daß er die Zählung von 1 aus beginnt, wobei ein QD-Ausgang hoch ist, wenn 7 von 13 Bitabtastungen hoch sind.

Durch Verwendung des beschriebenen Abtastschemas können die empfangenen Daten von dem Leitungsrauschen getrennt werden, das bis zu 150 Mikrosekunden dauert und in der Regel alle 8,3 Millisekunden auftritt. Durch Verwenden dieses Abtastschemas zur Beseitigung des Rauschens von einem ankommenden Signal wird der Mikrocontroller in die Lage versetzt, weniger Zeit zum Dekodieren von Daten zu verbrauchen, so daß er­ höhte Baud-Geschwindigkeiten beim Datenempfang er­ halten werden.

Während des Empfangs des Datenteils der ankommen­ den Nachricht werden keine anderen Arbeitsvorgänge durch den empfangenden Mikrocontroller durchgeführt, bis die ganze Nachricht empfangen ist, mit Ausnahme der Bestätigung der Stopp/Startbits.

Nachdem die gesamte Nachricht empfangen ist, errechnet der Mikrocontroller erneut die Prüfsumme der gesamten Nachricht und vergleicht dieses Rechen­ ergebnis mit den der Nachricht beigegebenen Prüf­ summendaten. Wenn die berechneten Prüfsummendaten mit den empfangenen Prüfsummendaten übereinstimmen, kann angenommen werden, daß eine gültige Nachricht empfangen worden ist. Die Datennachricht ist dann be­ reit zur Verarbeitung durch den Mikrocontroller. Der Mikrocontroller bestimmt, ob die Adresse in dem Be­ stimmungsadressenbyte des Zeichens oder der Nachricht die Stationsadresse des Brückenmoduls ist. Ist dies der Fall, so formiert die Brücke die Nachricht aufs Neue zur Übertragung an den Zielmodul. Die erneut formatierte Nachricht enthält die Daten, welche die Stationsadresse aus dem Adressenverlängerungsbyte der empfangenen Nachricht anzeigen. Der Adressenver­ längerungsbyte wird in den Bestimmungsadressenbyte der gesendeten Nachricht von der Brücke zu dem Ziel­ modul übertragen. Die erneut formatierte Nachricht enthält die Brückenstationsadresse in dem Quelladres­ senbyte und die Adresse des Ursprungsmoduls in dem Adressenverlängerungsbyte, wenn die Brücke die Nach­ richt überträgt. Die neu formatierte Nachricht ent­ hält dieselbe Information in dem Datenfeld wie die ursprüngliche Nachricht. Ferner berechnet die Brücke neue Prüfsummenwerte.

Claims (8)

1. Für ein Netzleitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensystem bestimmte Transformator-Überbrückungs/Repeaterschaltung zum Empfang einer Serie von Original-Nachrichten- Bitfolgen, die von einem sendenden Modul erzeugt worden sind, und zum Weiterleiten entsprechender für die Weiterleitung bestimmter Nachrichten-Bitfolgen in einem Netzleitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensystem an empfangende Module, umfassend:
eine Kopplungseinrichtung zur Verbindung mit dem Netzleitungs-Trägerfrequenz-Nachrichtensystem für den Empfang der Original-Nachrichten-Bitfolgen und zur Einkopplung der für die Weiterleitung bestimmten Nachrichten-Bitfolgen in das Netzleitungs- Trägerfrequenz-Nachrichtensystem,
einen mit der Kopplungseinrichtung verbundenen Prozessor, der auf bestimmte dieser Original- Nachrichten-Bitfolgen anspricht und zur Erzeugung entsprechender für die Weiterleitung bestimmter Nachrichten-Bitströme dient, und
innerhalb der Kopplungseinrichtung einen mit dem Prozessor verbundenen Sendeempfänger zur Umwandlung der für die Weiterleitung bestimmten Nachrichten-Bitfolgen aus der Form binarer Bitfolgen in die Form von FSK-Bitfolgen und zur Umwandlung der Original-Nachrichten- Bitströme aus der Form von FSK-Bitfolgen in die Form serieller binärer Bitfolgen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung weiterhin umfaßt:
einen mit dem Sendeempfänger verbundenen Transformator, welcher zugleich die gesendeten und em­ pfangenden Signale von den Netzleitungen in den Prozessor und von dem Prozessor in die Netzleitungen einkoppelt, und
eine mit dem Transformator verbundene Isolier- oder Trennvorrichtung, die zum Anschluß an eine mehrphasige Netzleitung mit mehreren Phasen ausgebildet ist und zur gegenseitigen Trennung der einzelnen Phasenleiter sowie zur Kopplung der Orginal-Nachrichten-Bitfolgen von der Netzleitung an den Transformator sowie zur Kopplung der für die Weiterleitung bestimmten Nachrichten-Bitfolgen vom Transformator an die Netzleitung dient.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor auf bestimmte andere vorbestimmte unter den Original-Nachrichten-Bitfolgen anspricht und ent­ sprechende für die Weiterleitung bestimmte Nachrichten- Bitfolgen zum Empfang durch einen bestimmten Empfangsmodul und zum Feststellen der Unwirksamkeit dieses Empfangsmoduls erzeugt, so daß eine nicht quittierte Nachrichten-Bitfolge zur Kopplung durch die Kopplungseinrichtung an das Netzleitungs- Trägerfrequenz-Nachrichtensystem erzeugt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator zur Verstärkung empfangener Original- Nachrichten-Bitfolgen zusammen mit einem Kondensator einen abgestimmten Tankkreis bildet.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen mit dem Transformator und mit dem Prozessor verbundenen Trägerdetektor aufweist, der auf jede Original-Nachrichten-Bitfolge anspricht und ein Trägerfeststellsignal liefert, das den Prozessor in die Lage versetzt, die für die Weiterleitung bestimmte Nachrichten-Bitfolge zu erzeugen.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastvorrichtung zwischen dem Sendeempfänger und dem Prozessor angeordnet ist, die zur mehrfachen Abtastung des Zustands jedes Bits in jeder Original- Nachrichten-Bitfolge dient und eine konditionierte Eingangs-Nachrichten-Bitfolge liefert, derart, daß jeder Bit in der konditionierten Eingangs-Nachrichten- Bitfolge dem vorherrschenden Abtastzustand eines jeden Bit in der Original-Nachrichten-Bitfolge entspricht.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stationsadressvorrichtung mit dem Prozessor gekoppelt ist, die dazu dient, ein vorbestimmtes Stationsadressignal zu liefern, wobei der Prozessor das vorbestimmte Stationsadressignal mit einem Teil jeder Original-Nachrichten-Bitfolge vergleicht, um die vorbestimmten unter den Original-Nachrichten-Bitfolgen zu bestimmen.

7. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor auf bestimmte, vorgewählte Original- Nachrichten-Bitfolgen anspricht, welche Zeichen- Bitfolgen sind, die von sendenden Modulen erzeugt werden, um entsprechende Überbrückungs/Repeater- Zeichen-Bitfolgen zu erzeugen, die entsprechend den von der Überbrückungs/Repeaterschaltung empfangenen Zeichen-Bitfolgen auf einen vorbestimmten empfangenden Modul gerichtet sind.

8. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor auf bestimmte, ausgewählte unter den Original-Nachrichten-Bitfolgen, welche von sendenden Modulen erzeugte Datennachrichten sind, sowie auf Bitströme anspricht, die an die Überbrückungs/Repeaterschaltung zur Rücksendung adressiert sind, um entsprechende Überbrückungs/Repeater-Nachrichten-Bitfolgen zu erzeugen, die in Übereinstimmung mit den von der Überbrückungs/Repeaterschaltung empfangenen Daten- Nachrichten-Bitfolgen an einen vorbestimmten empfangenden Modul gerichtet sind.