用于电流调制地通过电流回路传输数据的通信系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于电流调制地通过电流回路(140)传递数据的通信系统(10)，主设备(20)和至少一个从设备(1501,150n)连接在该电流回路上。至少一个从设备(1501,150n)具有能够由分析和控制设备(1601,160n)控制的开关设备(2501,250n)，其构造用于在闭合状态使电流回路(140)短路，其中分析和控制单元(1601,160n)构造用于在系统配置识别阶段期间暂时闭合并随后再次打开开关设备(2501,250n)。主设备(20)的分析和控制单元(60)构造用于识别至少一个从设备(1501,150n)在电流回路(140)中的接入。

Communication system for data transmission through current loop through current modulation ground

The invention relates to a communication system (10) for transmitting data through a current loop (140) with current modulation. The main device (20) and at least one slave device (1501, 150n) are connected to the current loop. At least one slave device (1501,150n) has a switching device (2501,250n) that can be controlled by an analysis and control device (1601,160n), which is constructed to short-circuit the current loop (140) in a closed state, and the analysis and control unit (1601,160n) is constructed to temporarily close and then open the switching device (2501,250n) again during the system configuration identification phase. The analysis and control unit (60) of the main device (20) is constructed to identify the access of at least one slave device (1501,150n) in the current loop (140).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电流调制地通过电流回路传输数据的通信系统
本专利技术涉及一种用于电流调制地在主设备和至少一个从设备之间传递数据的通信系统。此外，本专利技术还涉及用于此种通信系统中的主设备以及从设备，以及此种通信系统配置的自动识别方法。
技术介绍
已知在自动化技术中使用通信系统，其例如具有中央控制装置以及多个输入/输出工具，其通过传输介质彼此相连，从而能够彼此交换数据。由EP0836967B1已知一种在汽车中实施的通信系统。该通信系统具有中央单元以及多个控制模块，其借助总线系统相连，从而能够交换数字数据。总线系统构造为单芯系统，其既用于为控制模块供应运行电能，又用于传输数字数据。数字数据从中央单元向控制模块的传输通过对直流电压的电压调制进行，而从控制模块向中央单元发送数据信号通过对总负载电流的调制进行。此外，还由EP1180278B1已知一种根据主从原理的通信系统，其用于汽车乘客保护系统中。在此，上级的控制单元通过整个数据总线与功能单元相连。上级的控制单元将呈单极电压信号形式的数据字符通过数据总线传递至功能单元，该电压信号的电平状态在较高和较低电压值之间切换。因此，在数据总线上总是存在电压，从而功能单元能够向上级的控制单元发送呈通过相应阻抗负载形成的电流脉冲形式的反馈。在根据德国专利法第3章第2条第1款第2项为在先申请的DE102015111112.8中，描述了一种用于将数据在主设备与至少一个通过电流回路彼此相连的从设备之间电流调制地传递的数据传输系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，进一步发展已知的数据传输系统，从而能够自动地识别系统配置。本专利技术的出发点为上述在先申请，其中，数据能够借助调制静态电流而通过电流回路传输。静态电流原理表明，在静止状态，即数据传输系统的无故障运行状态，总是有预先设定的恒定的静态电流流经电流回路。此种通信系统的适用的应用领域可以为工业的、尤其符合安全的自动化装置。本专利技术的中心思想在于，从设备配有另外的、能够由分析和控制单元控制的开关设备，其在系统配置识别阶段期间暂时关闭、并因此使电流回路短路并且随后再次打开。上述技术问题通过权利要求1的特征以及通过从属权利要求15至17的特征解决。附图说明下文中根据结合附图的实施例进一步阐述本专利技术。附图示出：图1具有主设备和至少两个从设备的通信系统的原理框图，图2示例性的、冗余构造的从设备的框图，图3另一示例性的、冗余构造的从设备的框图，图4另一示例性的、冗余构造的从设备的框图，图5示例性的、冗余构造的主设备的框图，图6另一示例性的、冗余构造的主设备的框图，图7示例性的、图1所示的可调控电流源的电路结构原理图，图8a电流源的受控电流的示例性的时间走势，图8b电流源的输出电流的示例性的时间走势，图8c电流回路示例性的逻辑电路状态，图8d输出电压的时间走势，以及图9具有两个光电耦合器的示例性的从设备的框图。具体实施方式图1示出了一种示例性的通信系统10，其实现了数据从主设备20向至少一个从设备1501,150n以及反向的电流调制的传递。主设备和从设备在下文中也简称为Master或Slave。通信系统10可例如为工业自动化装置的一部分。作为数据，可传递例如控制数据、例如状态切换要求信号或断电指令，过程数据，参数数据，诊断数据，配置数据和/或安全相关的数据。例如，通信系统10仅包含两个串联在主设备20上的从设备1501和150n，其中，两个Slave1501和150n之间的点表示也可将多于两个的Slave与Master串联。示例性的通信系统10因此设计为主从系统。通信系统10具有电流回路140，主设备20和从设备1501和150n类似于链状地连接到该电流回路上。电流回路140尤其用作数据总线。通信系统10以及尤其主设备和从设备的能量供应可通过电流回路或优选通过多个单独的、但并非本专利技术主体的能量供应装置进行。Master20和Slave1501和150n优选分别具有自己的电压供应。例如，主设备20具有接口90,230和231，用于主设备20电压供应的外部供能源可连接在该接口上。类似地，在从设备1501或150n的接口2201和220n上可分别连接用于相应从设备电压供应的供能源。主设备20具有两个接线夹或连接端口130和131，电流回路140的导线区段141和142可连接在其上。接线夹131接地，而接线夹用作信号接口。如仍将说明的，Slave1501和150n以及Master20由此方式分别通过两个连接端口130和131彼此相连。主设备20还具有第一分析和控制单元60，其在图1中表示为逻辑电路。分析和控制单元60可包含微控制器。分析和控制单元60例如构造用于获取信号传递通信系统10的停机状态或及工作状态的外部开关状态。为此，主设备20可具有输入端40，提供外部开关状态的开关设备30可连接在该输入端上。开关设备30例如可以是急停开关。由开关设备30产生的信号可通过信号准备单元50传送给分析和控制单元60。此外，主设备20还包含连接在电流回路140上的电流源100，其尤其构造用于保证电流回路140内的恒定的静态电流。根据实施形式，可调控或限制静态电流的电平。电流源100可以是电压控制的电流源，其根据实施形式在必要时可以由分析和控制单元60控制。控制电压可例如通过能够连接到接口90上的直流电压源520(图7中示出)提供，其同样接地。在图7中示出了一种有利的、用于实现电流源的可调控电路布置。电流源100是恒流电源，其例如具有带有调节器和降压变压器(Step-Down-Converter)的开关电源500，其中，在调节器的反馈输入端FB处进行电流控制的电压反馈530。图7示出了电压源520，其可连接到Master20的输入端90上。通过能够由分析和控制单元60控制的开关510和ON/OFF输入端可接通或切断开关电源500。在运行故障时，可关闭开关电源500；但不是必须将其关闭。换而言之：如果电流回路140短时间地或者在较长时间段内中断，则无须关闭开关电源500。电流回路短时间的中断导致的Master20接口131和132处的电压升高通过图7所示的电路布置调整。为了进行电流控制的电压反馈，在开关电源500的输出端SW处连接具有二极管540、线圈541和电容542的PI电路。二极管540的阳极端子接地，而阴极端子与开关电源500的输出端SW相连。具有电阻543和544的第一分压器与电容542并联。分压器的中间导线与比较器548的正向输入端相连，而电阻543的一个端子接地，电阻544的一个端子与线圈541相连。线圈541的另一端子与开关电源500的输出端SW相连。设置另一具有电阻546和547的分压器，其中间导线与比较器548的反向输入端相连。电阻547的一个端子与比较器548的输出端相连，该输出端又与一个另外的比较器549的正向输入端相连。纵向电阻545连接到线圈541的端子和电阻546的端子上。另一分压器包含三个电阻550,551和554。电阻551的一个端子与开关电源500的FB输入端相连；因此，其构成电流控制的电压反馈530的一部分。电阻551的另一端子与另外的比较器549的输出端相连。齐纳二极管555的阳极端子可连接在反馈输入端FB上以限制电压，而齐纳二极管555的阴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电流调制地在主设备和至少一个从设备之间传输数据的通信系统(10)，其中，所述通信系统(10)具有下列特征：a)电流回路(140)，b)主设备(20)，所述主设备具有‑第一分析和控制设备(60)，‑连接在所述电流回路(140)中的、能够由所述第一分析和控制设备(60)控制的第一开关设备(110)，所述第一开关设备构造用于打开和关闭电流回路(140)以传递数据，‑连接在所述电流回路(140)上的电流源(100)，所述电流源构造用于向所述电流回路(140)内供入恒定的静态电流，‑连接在所述电流回路(140)内的第一电流测量设备(120)，所述第一电流测量设备与所述第一分析和控制设备(60)相连，其中，所述第一分析和控制设备(60)构造用于分析由所述第一电流测量设备(120)测得的电流，c)至少一个从设备(1501,150n)，所述从设备连接在所述电流回路(140)上并具有下列特征：‑第二分析和控制单元(1601,160n)，‑连接在所述电流回路(140)中的、能够由所述第二分析和控制设备(1601,160n)控制的第二开关设备(2001,200n)，所述第二开关设备构造用于打开和闭合所述电流回路(140)以传递数据，‑能够由所述第二分析和控制设备(1601,160n)控制的第三开关设备(2501,250n)，所述第三开关设备构造用于在闭合状态使所述电流回路(140)短路，其中所述第二分析和控制单元(1601,160n)构造用于在系统配置识别阶段期间暂时关闭并随后再次打开所述第三开关设备(2501,250n)，并且其中，所述第一分析和控制单元(60)构造用于，识别到至少一个所述从设备(1501,150n)连接在所述电流回路(140)上，‑连接在所述电流回路(140)中的第二电流测量设备(1701,170n)，所述第二电流测量设备与所述第二分析和控制单元(1601,160n)相连，其中，所述第二分析和控制单元(1601,160n)构造用于分析由所述第二电流测量设备(1701,170n)测得的电流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.23 DE 102016118004.11.一种用于电流调制地在主设备和至少一个从设备之间传输数据的通信系统(10)，其中，所述通信系统(10)具有下列特征：a)电流回路(140)，b)主设备(20)，所述主设备具有-第一分析和控制设备(60)，-连接在所述电流回路(140)中的、能够由所述第一分析和控制设备(60)控制的第一开关设备(110)，所述第一开关设备构造用于打开和关闭电流回路(140)以传递数据，-连接在所述电流回路(140)上的电流源(100)，所述电流源构造用于向所述电流回路(140)内供入恒定的静态电流，-连接在所述电流回路(140)内的第一电流测量设备(120)，所述第一电流测量设备与所述第一分析和控制设备(60)相连，其中，所述第一分析和控制设备(60)构造用于分析由所述第一电流测量设备(120)测得的电流，c)至少一个从设备(1501,150n)，所述从设备连接在所述电流回路(140)上并具有下列特征：-第二分析和控制单元(1601,160n)，-连接在所述电流回路(140)中的、能够由所述第二分析和控制设备(1601,160n)控制的第二开关设备(2001,200n)，所述第二开关设备构造用于打开和闭合所述电流回路(140)以传递数据，-能够由所述第二分析和控制设备(1601,160n)控制的第三开关设备(2501,250n)，所述第三开关设备构造用于在闭合状态使所述电流回路(140)短路，其中所述第二分析和控制单元(1601,160n)构造用于在系统配置识别阶段期间暂时关闭并随后再次打开所述第三开关设备(2501,250n)，并且其中，所述第一分析和控制单元(60)构造用于，识别到至少一个所述从设备(1501,150n)连接在所述电流回路(140)上，-连接在所述电流回路(140)中的第二电流测量设备(1701,170n)，所述第二电流测量设备与所述第二分析和控制单元(1601,160n)相连，其中，所述第二分析和控制单元(1601,160n)构造用于分析由所述第二电流测量设备(1701,170n)测得的电流。2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述主设备(20)具有与所述第一分析和控制设备(60)相连的电压测量设备(240),所述电压测量设备能够连接在所述电流回路(140)的输入端上，其中，所述第一分析和控制设备(60)构造用于分析由所述电压测量设备(240)测得的电压。3.根据权利要求1或2所述的通信系统，其特征在于，所述第一电流测量设备(120)和至少一个从设备(1501,150n)的所述第二电流测量设备(1701,170n)分别具有i)光电耦合器，或者ii)测量电阻(121；1721,172n)以及差分放大器(122；1711,171n)，差分放大器与所述第一或第二分析和控制单元(60；1601,160n)相连。4.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述主设备(20)具有至少一个与所述第一分析和控制单元(60)相连的第一输入端(40)，和/或至少一个所述从设备(1501,150n)具有至少一个与所述第二分析和控制设备(1601,160n)相连的第二输入端(1831,183n)，其中，所述第一输入端(40)和所述第二输入端(1831,183n)上可分别连接传感器。5.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述主设备(20)具有能够由所述第一分析和控制单元(60)控制的至少一个第一输出端(70,71)，和/或至少一个所述从设备(1501,150n)具有能够由所述第二分析和控制设备(1601,160n)控制的至少一个第二输出端(1841,1851；184n，185n)。6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，所述主设备(20)的第一分析和控制单元(60)能够以设定的方式控制所述第一开关设备(260)以产生状态切换要求信号，所述第二分析和控制单元(1601,160n)能够以设定的方式控制所述第二开关设备(2001,200n)，从而产生状态切换要求信号，所述主设备(20)的第一分析和控制设备(60)构造用于，作为对接收到的状态切换要求信号的响应而将所述第一输出端(70,71)转换为安全状态，并且所述第二分析和控制单元(1601,160n)构造用于，作为对接收到的状态切换要求信号的响应而将所述第二输出端(1841,1851；184n，185n)转换为安全状态。7.根据权利要求6所述的通信系统，其特征在于，所述主设备(20)的第一分析和控制设备(60)构造用于，作为对接收到的状态切换要求信号的响应而打开所述第一开关设备(110)，并且所述第二分析和控制单元(1601,160n)构造用于，作为对接收到的状态切换要求信号的响应而打开所述第二开关设备(2001,200n)。8.根据权利要求6或7所述的通信系统，其特征在于，所述第一分析和控制设备(60)构造用于，将所述第一输出端(70,71)保持在安全状态的同时实现通过所述电流回路(140)传递数据，并且所述第二分析和控制单元(1601,160n)构造用于，使所述第二输出端(1841,1851；184n，185n)保持在安全状态的同时实现通过所述电流回路(140)传递数据。9.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述第一分析和控制设备(60)构造用于，在系统配置识别阶段期间闭合所述第一开关设备(110)并将预先设定的系统信息输入所述电流回路(140)中，并且至少一个所述从设备(1501,150n)的第二分析和控制设备(1601,160n)构造用于，在系统配置识别阶段期间闭合所述第二和第三开关设备(2001,2501；200n，250n)，并且在接收到预先设定的系统信息之后再次打开所述第三开关设备(2501,250n)。10.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述电流源(100)构造用于提供具有可调节的电平的恒定电流。11.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述电流源(100)构造为开关电源(800)，所述开关电源具有调节器和降压变压器，在所述调节器上设置电流控制的电压反馈(801)。12.根据前述权利要求中任一项所述的通信系统，其特征在于，所述主设备(20′，20″)具有下列其他特征：-另外的第一分析和控制设备(380)，-连接在所述电流回路(140)中的、能够由所述另外的第一分析和控制设备(380)控制的另外的第一开关设备(420)，所述另外的第一开关设备构造用于打开和闭合所述电流回路(140)，-连接在所述电流回路(140)中的另外的第一电流测量设备(410；440)，所述另外的第一电流测量设备与所述另外的第一分析和控制设备(380)相连，其中，所述另外的第一分...

【专利技术属性】
技术研发人员：于尔根·托滕伯格，亨利·彼得，维克托·奥斯特，克劳斯彼得·萨克，
申请(专利权)人：菲尼克斯电气公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE