本發(fā)明涉及一種用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備耦合連接至上級(jí)的總線系統(tǒng)的總線耦合器(buskoppler)，包括：用于上級(jí)的總線系統(tǒng)的總線接口；用于相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相應(yīng)的接口；主發(fā)送接收單元，設(shè)計(jì)用于發(fā)送和接收在上級(jí)的總線系統(tǒng)上的電文；相應(yīng)的發(fā)送接收單元，設(shè)計(jì)用于與每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信；其中，相應(yīng)的發(fā)送接收單元具有：用于上級(jí)的總線系統(tǒng)的電文的信號(hào)輸入端，該信號(hào)輸入端與主發(fā)送接收單元連接；用于連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端，通過(guò)該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端將電文從主發(fā)送接收單元發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；接收信號(hào)接口，通過(guò)該接收信號(hào)接口將電文從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)一步傳輸?shù)街靼l(fā)送接收單元；和控制輸入端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明提出，相應(yīng)的發(fā)送接收單元如下地設(shè)計(jì)，即信號(hào)輸入端與阻抗轉(zhuǎn)換器的第一輸入端連接，阻抗轉(zhuǎn)換器的第二輸入端連接至能控制的參考件，阻抗轉(zhuǎn)換器的輸出端利用在串聯(lián)電路中的終端電阻連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端，其中，用于測(cè)定電壓降的測(cè)量件連接至終端電阻并且測(cè)量件與參考件連接。有利地，該終端電阻形成了具有傳輸介質(zhì)的阻抗的終端電阻，也就是至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的部分導(dǎo)線的阻抗的終端電阻，并且同時(shí)形成了電流限制電阻，如其對(duì)于在爆炸保護(hù)區(qū)域中使用的總線耦合器所要求的那樣。

在另一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，總線耦合器具有控制裝置，該控制裝置設(shè)計(jì)用于，通過(guò)控制輸入端在用于第二輸入端的參考電壓方面對(duì)參考件進(jìn)行匹配，以便減小通過(guò)終端電阻的電流并因此實(shí)現(xiàn)用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端的電流限制。通過(guò)由終端電阻和電流限制結(jié)構(gòu)構(gòu)成的終端電阻的組合，可以有利地通過(guò)控制單元如下地設(shè)定參考電壓，即能夠設(shè)定電流限制或者也能夠完全地?cái)嚅_(kāi)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備被斷開(kāi)，那么干擾輸入耦合就不再能有干擾地被察覺(jué)到。

用于在爆炸保護(hù)區(qū)域中使用的設(shè)備的、附加的電流限制電阻現(xiàn)在可以有利地被放棄。

在另外的設(shè)計(jì)方案中，總線耦合器在信號(hào)輸入端和阻抗轉(zhuǎn)化器的第一輸入端之間具有開(kāi)關(guān)件。用于電文的信號(hào)輸入端現(xiàn)在能夠被有利地被斷開(kāi)。利用開(kāi)關(guān)件能夠?qū)崿F(xiàn)斷開(kāi)主發(fā)送接收單元的調(diào)制，其例如有利地用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)地址分配。

在一個(gè)特別有利的設(shè)計(jì)方案中，阻抗轉(zhuǎn)換器根據(jù)運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)造并且如下地設(shè)計(jì)，即阻抗轉(zhuǎn)換器的輸出阻抗不為零并因此形成虛擬的接地點(diǎn)，其中，由對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送的接收電文由此通過(guò)接收信號(hào)接口到達(dá)主發(fā)送接收單元。

在改善的診斷方面，在接收信號(hào)接口處連接有用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的診斷信號(hào)的診斷信號(hào)準(zhǔn)備件，并且診斷信號(hào)準(zhǔn)備件設(shè)計(jì)用于將診斷信號(hào)進(jìn)一步傳輸?shù)娇刂蒲b置。

附圖說(shuō)明

根據(jù)附圖示出了用于總線耦合器的、尤其是用于發(fā)送接收單元的設(shè)計(jì)方案的實(shí)施例。圖中示出：

圖1示出具有用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的多個(gè)接口的總線耦合器，

圖2示出圖1中的發(fā)送接收單元的改進(jìn)方案，

圖3示出用于應(yīng)用到ff基金會(huì)(fieldbusfoundation，現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì))中的發(fā)送接收單元的設(shè)計(jì)方案，以及

圖4示出總線耦合器的或者發(fā)送接收單元的替代設(shè)計(jì)方案，其中主發(fā)送接收單元的功能通過(guò)由電壓上升限制電路和相應(yīng)編程的控制裝置的組合實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式

根據(jù)圖1示出了用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11，12，...，n耦合連接至上級(jí)的總線系統(tǒng)10的總線耦合器100。為了將總線耦合器100耦合連接至上級(jí)的總線系統(tǒng)10，總線耦合器100具有總線接口20。為了將總線設(shè)備11，…，n耦合連接至總線耦合器100，該總線耦合器具有用于第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11的第一接口11a，用于第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12的第二接口12a以及用于第n個(gè)總線設(shè)備n的第n接口na。對(duì)于各個(gè)接口11a，12a，…，na來(lái)說(shuō)分別存在發(fā)送接收單元1，2，…，n。因?yàn)榘l(fā)送接收單元1，…，n在其結(jié)構(gòu)上類似，因此在接下來(lái)僅僅對(duì)第一發(fā)送接收單元1進(jìn)行詳細(xì)描述。

該第一發(fā)送接收單元1具有用于上級(jí)的總線系統(tǒng)10的電文的信號(hào)輸入端31，其與主發(fā)送接收單元30連接。對(duì)于與第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11的連接來(lái)說(shuō)，第一發(fā)送接收單元1具有用于連接第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端32。通過(guò)該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端32，由主發(fā)送接收單元30發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11，…，n的電文tx被進(jìn)一步傳輸。

對(duì)于從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11，…，n進(jìn)一步傳輸?shù)街靼l(fā)送接收單元30的電文tx來(lái)說(shuō)，第一發(fā)送接收單元1具有接收信號(hào)接口33。為了通過(guò)控制輸入端34進(jìn)行控制地對(duì)第一發(fā)送接收單元1進(jìn)行訪問(wèn)，總線耦合器100具有控制裝置μc。該控制裝置μc能夠通過(guò)控制輸入端34對(duì)在參考電壓方面影響參考件35。此外，控制裝置μc設(shè)計(jì)為對(duì)開(kāi)關(guān)件39施加影響。

第一發(fā)送接收單元1的信號(hào)輸入端31與阻抗轉(zhuǎn)換器36的第一輸入端-連接，阻抗轉(zhuǎn)換器36的第二輸入端+連接至能控制的參考件35。阻抗轉(zhuǎn)換器36的輸出端37利用在串聯(lián)電路中的終端電阻ra連接至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端32。為了測(cè)定在終端電阻ra上的電壓降，在該終端電阻上連接有測(cè)量件38，其中該測(cè)量件38與參考件35連接。因?yàn)闇y(cè)量件38持續(xù)地將其測(cè)量值傳輸至參考件35，因此參考件35能夠通過(guò)在阻抗轉(zhuǎn)換器36的第二輸入端+上的相應(yīng)的電壓預(yù)定值來(lái)設(shè)定在阻抗轉(zhuǎn)換器36的輸出端37上的輸出電流，或者完全將其斷開(kāi)。由此，為了避免干擾輸入耦合，在例如未連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況中提供用于斷開(kāi)聯(lián)絡(luò)線的部件。

在信號(hào)輸入端31和阻抗轉(zhuǎn)換器36的第一輸入端-之間布置有開(kāi)關(guān)件39。利用開(kāi)關(guān)件39能夠完全地中斷主發(fā)送接收單元30的電文。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備由調(diào)制進(jìn)行準(zhǔn)(quasi)斷開(kāi)，那么到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的聯(lián)絡(luò)線上的干擾輸入耦合就不再能夠有干擾地被察覺(jué)到。開(kāi)關(guān)件39能夠以有利的方式斷開(kāi)調(diào)制，但是盡管這樣還能保持對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的供應(yīng)電壓，其例如對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)地址分配是必要的。

阻抗轉(zhuǎn)換器36根據(jù)運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)造并且如下地設(shè)計(jì)，即阻抗轉(zhuǎn)換器的輸出阻抗接近零并且輸出端37因此形成虛擬的接地點(diǎn)vm。通過(guò)虛擬的接地點(diǎn)vm可以實(shí)現(xiàn)的是，終端電阻ra形成聯(lián)絡(luò)線的遵守標(biāo)準(zhǔn)的終端阻抗，并且由對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11發(fā)送的接收電文rx能夠通過(guò)接收信號(hào)接口33到達(dá)主發(fā)送接收單元30。阻抗轉(zhuǎn)換器36通過(guò)電阻r2和r3進(jìn)行負(fù)反饋，以便實(shí)現(xiàn)輸出阻抗為零。第一電阻r1接地地布置在主發(fā)送接收單元30處的信號(hào)輸入端31上。通過(guò)r1的電壓在此與在第一接口11a上的發(fā)送信號(hào)tx成比例。

控制裝置μc具有程序，其設(shè)計(jì)用于預(yù)設(shè)用于參考件35的電壓值，并且還設(shè)計(jì)用于通過(guò)開(kāi)關(guān)件39實(shí)現(xiàn)到第一發(fā)送接收單元1的調(diào)制信號(hào)的斷開(kāi)。

利用圖2沒(méi)有示出圖1中的全部耦合器，而是僅僅示出了具有相應(yīng)的控制裝置μc和主發(fā)送接收單元30的、第一發(fā)送接收單元1的變化方案。根據(jù)圖2，除了在圖1中公開(kāi)的第一發(fā)送接收單元1之外，現(xiàn)在在接收信號(hào)接口33處連接有用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11，…，n的診斷信號(hào)的診斷信號(hào)準(zhǔn)備件40。診斷信號(hào)準(zhǔn)備件40設(shè)計(jì)用于將診斷信號(hào)進(jìn)一步傳輸給控制裝置μc。

利用圖3示出的是，如經(jīng)由設(shè)計(jì)為運(yùn)算放大器的阻抗轉(zhuǎn)換器36那樣，能夠?qū)⒖偩€信號(hào)或者接收電文rx從另外的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、例如像第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備12、第三現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備13或者第四現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備14傳輸?shù)降谝滑F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備11。該傳輸類型例如在現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(ff)中提出。通過(guò)加法放大器50將接收電文rx或者其余的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接收信號(hào)進(jìn)一步傳輸?shù)街靼l(fā)送接收單元30。

圖4示出了另外的實(shí)例，其中主發(fā)送接收單元30由與電壓上升限制裝置52連接的接收器模塊51替代，其由控制單元μc控制。在接收器模塊51上能夠耦合連接所有具有其接收電文rx的其余的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

另外的對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)重要的理念如下：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通常裝配在有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域中，其在運(yùn)行中不能觸及，由此獲得一種必要性，即獲得盡可能多的診斷數(shù)據(jù)。在過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線(profibus)自動(dòng)化(pa)系統(tǒng)中或者現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(ff)總線系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)分配器連接。該分配器能夠被考慮作為根據(jù)本發(fā)明的總線耦合器，并且根據(jù)發(fā)明人迄今為止的了解，對(duì)于每個(gè)到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的、離開(kāi)的軌跡s1，s2，s3，s4來(lái)說(shuō)都包含電流限制電路，以用于無(wú)干擾的接線的和診斷裝置的電路。

軌跡s1，s2，s3，s4是一段現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)或者是在分配器或者總線耦合器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的一段導(dǎo)線。調(diào)制信號(hào)在此共同準(zhǔn)備用于所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在此有問(wèn)題的是，所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備都是連接的，并且一個(gè)設(shè)備的干擾能夠傳遞到另外的設(shè)備上。診斷值、例如像噪聲、抖動(dòng)和信號(hào)電平不會(huì)或者僅僅以高耗費(fèi)的電路分配給各個(gè)設(shè)備。利用本發(fā)明應(yīng)該獲得改進(jìn)的效果。

用于聯(lián)絡(luò)線s1，s2，s3，s4的終端電阻ra或者總線終端電阻現(xiàn)在以典型的50歐姆布置在分配器中或者每個(gè)軌跡的總線耦合器中，并且在至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的導(dǎo)線端部處連接有不帶有終端電阻的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

在總線耦合器100中的終端電阻ra上實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中定義的電流調(diào)制至電壓調(diào)制。設(shè)計(jì)作為運(yùn)算放大器的阻抗轉(zhuǎn)換器的和串聯(lián)電阻、即終端電阻ra的、用于每個(gè)聯(lián)絡(luò)線的有利的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的是，該電阻是用于爆炸保護(hù)區(qū)域的電流限制電阻，并且同時(shí)是用于導(dǎo)線的終端電阻。通過(guò)單獨(dú)地為每個(gè)軌跡進(jìn)行供應(yīng)和調(diào)制，聯(lián)系能控制的參考件以實(shí)現(xiàn)如下的功能：電壓調(diào)制，用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的總線終端電阻，電流限制，用于爆炸保護(hù)區(qū)域的電流限制電阻，用于在不同的聯(lián)絡(luò)線s1，s2，s3，s4上的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信連接的加法放大器，如其在現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(ff)中使用的那樣。開(kāi)關(guān)設(shè)備用于斷開(kāi)聯(lián)絡(luò)線s1，s2，s3，s4，以避免在未連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的干擾輸入耦合以及通過(guò)改變參考電壓而減小在有故障的導(dǎo)線上的電流。在診斷時(shí)，用于每條聯(lián)絡(luò)線s1，s2，s3，s4的信號(hào)準(zhǔn)備的總線信號(hào)能夠單獨(dú)地檢測(cè)并且輸送給控制裝置μc并進(jìn)行評(píng)估。

在用于將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(11，…，n)耦合連接至上級(jí)的總線系統(tǒng)(10)的總線耦合器(100)中，為了實(shí)現(xiàn)單獨(dú)地用于每條聯(lián)絡(luò)線的診斷能力和連接的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的診斷能力而提出，在信號(hào)輸入端(31)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備輸出端(32)之間布置有在具有終端電阻(ra)的串聯(lián)電路中的阻抗轉(zhuǎn)換器(36)，該終端電阻(ra)然后起到導(dǎo)線終端電阻和電流限制的作用。通過(guò)可控制的參考電壓源可以確定最大的輸出電流并斷開(kāi)輸出端。