ES2252128T3 - Procedimiento y dispositivo para determinar la topologia de bus de un sistema de bus. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para determinar la topología de un sistema (1) de bus con al menos un segmento (B1) de bus que presenta un número de abonados (Tn) de bus conectados a un cable (2) de bus, - en el que se transmite al abonado (Tn) o a cada uno de los abonados de bus del segmento (B1) de bus una señal (FS) de petición a través del cable (2) de bus solicitándole el envío de una señal (AS) de respuesta, - en el que durante la transmisión de la señal (AS) de respuesta se envía una señal (MS) de medición a través del cable (2) de bus que es reflejada por el abonado (Tn) de bus que responde y - en el que a partir del intervalo de tiempo entre el envío de la señal (MS) de medición y la llegada de la señal (RS) de reflexión se determina la posición del abonado (Tn) de bus que responde dentro del segmento (1) de bus.

Description

Procedimiento y dispositivo para determinar la topología de bus de un sistema de bus.

La invención se refiere a un procedimiento para determinar la topología de bus de un sistema de bus con al menos un segmento de bus que presenta un número de abonados del bus conectados a un cable de bus. Se refiere adicionalmente a un dispositivo para la realización del procedimiento.

Un sistema de bus o bus de campo comprende, dentro de una red compleja con un número de segmentos de bus, una pluralidad de abonados del bus en forma de aparatos de campo, tales como, por ejemplo, sensores, actuadores, elementos de control de memoria programable y estaciones de control. Así, por ejemplo, la denominada red DP PROFIBUS comprende normalmente hasta 127 abonados del bus a los que pueden asignarse normalmente de 0 a 126 direcciones de abonado. En este caso, a un segmento de bus como trozo de cable pueden acoplarse hasta 32 componentes de red como abonados de bus.

La longitud del cable de un segmento de bus individual está limitada en función de la denominada "tasa de baudios". Ésta indica la tasa de transferencia de datos que puede transmitirse a través del segmento de bus. En caso de una tasa de transferencia de datos habitual de 12 M baudios = 12 \cdot 10^{6} Bit/s sucede que 1 Bit tiene una longitud de 83 ns. Dentro de la red, los segmentos de bus individuales se unen mediante unidades de mando del cable o los denominados "repetidores", sirviendo éstos al mismo tiempo para realizar ramificaciones en el bus de campo o la red. En este caso, debería ser conocida la topología de como mínimo el segmento de bus o de cada uno de los segmentos de bus del sistema de bus, es decir, la topología de segmentos de bus que viene dada por la secuencia y la separación relativa de los abonados del bus y, por tanto, por su disposición en este segmento de bus. La topología de red tiene en cuenta además la interconexión de los segmentos individuales del bus entre sí.

El documento US5434861 da a conocer un procedimiento actual para determinar la topología de bus mediante la dispersión en el tiempo de la señal de interrogación/respuesta.

Por tanto, la invención se basa en el objetivo de indicar un procedimiento especialmente adecuado para determinar la topología de un sistema de bus que posibilite una determinación especialmente fiable de la disposición de abonados de bus en un segmento de bus o en cada segmento de bus también de un sistema de bus complejo. Además, debe indicarse un dispositivo especialmente adecuado para realizar el procedimiento.

En relación con el procedimiento, este objetivo se consigue según la invención gracias a las características de la reivindicación 1. Variantes ventajosas de este procedimiento son objeto de las reivindicaciones dependientes que remiten a ésta.

Para determinar la topología primero se transmite al abonado del bus o a cada uno de los abonados del bus del segmento de bus una señal de petición a través del cable de bus solicitándole el envío de una señal de respuesta. Durante la transmisión de la señal de respuesta se envía una señal de medición a través del cable de bus que es reflejada por el abonado del bus que responde. En esta aplicación del principio de la medición por reflexión, a partir del intervalo de tiempo entre el envío de la señal de medición y la llegada de la señal de reflexión del abonado del bus que responde se determina su posición relativa a lo largo del cable de bus y, con ello, dentro del segmento de bus.

En relación con el dispositivo, el objetivo citado se consigue según la invención gracias a las características de la reivindicación 5. Las configuraciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes que remiten a ésta.

En este caso la invención parte del conocimiento de que en caso de un abonado del bus con un emisor que puede desconectarse, la combinación emisor - receptor con el emisor desactivado, por un lado, es de alta impedancia, de tal manera que no ocasiona ningún fallo en la transmisión en el cable de bus, por otro lado, no obstante, con el emisor activado es de baja impedancia. Además, un abonado de bus emisor reduce su impedancia interna desde el infinito (\infty) a aproximadamente 40 \Omega con la consecuencia de una variación local de la impedancia característica del cable de bus del segmento de bus correspondiente al que está conectado este abonado emisor del bus. Si ahora durante la emisión de un abonado del bus se proporciona al cable de bus un impulso o señal de medición, entonces este impulso o señal es reflejada por el abonado emisor del bus. Esta reflexión puede detectarse nuevamente según el principio de la medición por reflexión. Por ejemplo, a partir del documento DE 197 26 539 A1 se conoce un procedimiento que opera según el principio de la medición por reflexión para la localización de un cortocircuito o de una rotura del cable en un sistema de bus de dos hilos.

De forma conveniente, para determinar la topología del bus se envía a uno de los abonados del bus o a cada uno de éstos primero una señal de petición de envío, preferiblemente, en forma de un telegrama de medición, y a continuación se les envía una señal de medición que entonces es reflejada por el abonado del bus o cada uno de éstos mientras responde al telegrama de medición. El telegrama de medición lo envía de forma conveniente un abonado activo del bus del sistema de bus designado en lo sucesivo "iniciador de la medición". De forma conveniente, la señal de medición se envía a través de un repetidor ensanchado para formar un repetidor de diagnóstico por medio de un circuito de medición para la medición de la reflexión y que sirve como abonado pasivo del bus para la unión de al menos dos segmentos de bus del sistema de bus. A partir del intervalo de tiempo entre el envío de la señal de medición y la llegada de la señal de reflexión al repetidor de diagnóstico se determina la separación entre éste y el abonado correspondiente del bus, y, por tanto, su posición relativa dentro del segmento de bus.

En una configuración ventajosa, el repetidor de diagnóstico almacena en una tabla de topología la separación de los abonados del bus o de cada uno de éstos. Si durante una determinación de un lugar de fallo o un diagnóstico del cable, que en una variante ventajosa se basa también en el principio de medición por reflexión, se determina un lugar de fallo o una avería del cable a lo largo del cable de bus, se determina ventajosamente mediante la tabla de topología entre qué abonados del bus se encuentra el lugar de fallo o la avería del cable.

En esta aplicación del principio de medición por reflexión se aprovecha el conocimiento de que una avería del cable o un lugar de fallo a lo largo de un cable de bus repercuten mediante una variación local de la impedancia característica y, por tanto, refleja un impulso o una señal. Por tanto, la impedancia característica, por ejemplo, en caso de un cortocircuito, se vuelve de baja impedancia y, en caso de una interrupción, de alta impedancia. A partir del intervalo de tiempo entre el envío de un impulso o una señal y la llegada de la reflexión puede determinarse la separación de una avería del cable o un lugar de fallo. Además, a partir de la polaridad de la reflexión pueden derivarse predicciones acerca de la causa del fallo del cable.

Con este procedimiento y este dispositivo para determinar la topología es posible de forma fácil y fiable la determinación o cálculo de la separación de cada uno de los abonados del bus respecto a un abonado definido del bus del mismo segmento de bus. En especial también en caso de una variación de la topología, es decir, una variación y/o ampliación de la configuración de los abonados del bus dentro de un segmento del bus puede calcularse una determinación exacta de la secuencia y de la separación relativa de los abonados del bus y, por tanto, su disposición en cualquier segmento de bus con un esfuerzo especialmente reducido.

Por tanto, el procedimiento según la invención y el dispositivo según la invención son adecuados especialmente para sistemas de bus de campo, en especial para la denominada red DP PROFIBUS.

A continuación se explica detalladamente un ejemplo de realización de la invención basándose en un dibujo. En este caso, muestran:

la figura 1, un sistema de bus con un iniciador de medición y un repetidor de diagnóstico como abonado del bus para determinar la topología de un segmento de bus, y

la figura 2, una tabla de topología almacenada preferiblemente en repetidor de diagnóstico.

Las piezas correspondientes entre sí están dotadas en las dos figuras con los mismos números de referencia.

La figura 1 muestra un detalle de un sistema 1 de bus más complejo, especialmente una red DP PROFIBUS. En el caso de una red DP PROFIBUS que puede comprender una pluralidad de segmentos B_{n} de bus pueden estar previstos en total 127 abonados de bus con las direcciones T_{0} a T_{126} de abonado dentro del sistema 1 de bus. En este caso, un segmento B_{n} de bus es un trozo o sección de cable de un cable 2 de bus al que pueden estar acoplados hasta 32 componentes de red o abonados T_{n}. La longitud del cable del segmento B_{n} de bus correspondiente está limitada en este caso, en función de la tasa de baudios de la transferencia de datos.

Tal como se indica en la figura 1, los segmentos B_{n} de bus individuales se unen mediante unidades de mando de cable o amplificadores de cable, los denominados "repetidores", sirviendo también al mismo tiempo estos repetidores para realizar ramificaciones en la red. Un repetidor de este tipo es en el ejemplo de realización un repetidor 3 de diagnóstico que, además de la función de repetidor, también presenta para al menos un segmento B_{1}, B_{2} de bus un circuito 4 de medición para la medición de la reflexión.

El repetidor 3 de diagnóstico presenta en el ejemplo de realización dos circuitos de medición o dispositivos 4 de medición con resistencias de terminación (no mostradas). Los dispositivos 4 de medición están unidos con el cable 2 de bus y están asociados en cada caso a un segmento B_{1} o B_{2} de bus. Cada segmento de bus comprende un número de abonados T_{n} de bus acoplados al cable 2 de bus correspondiente, estando ocupado en el ejemplo de realización únicamente el segmento B_{1} de bus con los abonados T11 a T13 de bus. Al abonado T13 de bus está conectada además una resistencia 5 de terminación. El segmento B_{1} de bus presenta un iniciador 6 de medición como abonado T12 activo del bus, mientras que el repetidor 3 de diagnóstico es un abonado T10 pasivo del bus.

La determinación de la topología del sistema 1 de bus se lleva a cabo mediante una medición de la reflexión. En este caso se aprovecha el hecho de que un abonado T_{n} emisor del bus se comporta en el segmento B_{1} del bus o en el cable 2 de bus como un lugar F de fallo indicado mediante la flecha. Un abonado T_{n} emisor del bus reduce su impedancia interna durante el envío desde \infty a aproximadamente 40 \Omega. Si se proporciona ahora un impulso de medición al cable 2 de bus, entonces este impulso de medición es reflejado por un abonado T_{n} emisor del bus.

A un abonado T_{n} emisor del bus se le induce al envío al excitarlo el iniciador 6 de medición con una señal FS de petición y, por tanto, se induce al envío. En el caso de PROFIBUS está previsto para ello un telegrama de medición en forma de un denominado SRD de alta prioridad con DSAP = 3FH sin datos (telegrama de medición SRD). Si el abonado T_{n} del bus que se ha impelido no se comporta conforme a las normas, entonces éste responde con una señal AS de respuesta que en el caso del PROFIBUS es un denominado RS (FC = x3H) o telegrama de medición RS.

Mientras un abonado T_{n} del bus responde a una señal FS de petición (telegrama de medición SRD) con una señal AS de respuesta (telegrama de medición SR), el repetidor 3 de diagnóstico envía un impulso de medición o una señal MS de medición que son reflejados por el abonado T_{n} emisor. A partir del intervalo de tiempo entre el envío del impulso MS de medición y la llegada de la reflexión, es decir, una señal RS de reflexión del abonado T_{n} del bus que responde, el dispositivo 4 de medición del repetidor 3 de diagnóstico determina la posición relativa de este abonado T_{n} del bus en el cable 2 del bus y, por tanto, dentro del segmento B_{1} del bus. A partir de la dispersión en el tiempo dividida por el doble del tiempo de dispersión del cable o línea se determina en este caso la separación del abonado T_{n} correspondiente del bus del repetidor 3 de diagnóstico.

El repetidor 3 de diagnóstico almacena las separaciones I_{n} determinadas del abonado T_{n} del bus en una tabla 7 de topología mostrada en la figura 2. En la tabla 7 de topología están incluidos todos los posibles abonados T_{n} de bus del sistema 1 de bus. En la tabla 7 de topología se almacenan todos los abonados T_{n} de bus en relación con su estado y su posición en el segmento B_{1, \ 2} de bus correspondiente, así como en relación con su separación I_{n} del repetidor 3 de diagnóstico. El estado de un abonado T_{n} del bus aún no medido está abierto, mientras que los abonados T_{n} medidos del bus tienen el estado "encontrado" o "no encontrado". En el ejemplo de realización se supone que en el segmento B_{2} del bus no queda pendiente ningún abonado T_{n} del bus y están medidos todos los abonados T_{n} del bus en el segmento B_{1} del bus. El repetidor 3 de diagnóstico se asienta como abonado T10 del bus tanto en el segmento B_{1} del bus, como también en el segmento B_{2} del bus y tiene por sí mismo la separación L_{10} = 0 m.

Si a continuación de la determinación de la topología del bus se determina la separación de un lugar de fallo, indicado en la figura 1 mediante la flecha F en el cable 2 de bus del segmento B_{1} de bus, entonces mediante la tabla 7 de topología puede determinarse entre qué abonados T_{n} del bus se encuentra este lugar de fallo o avería F del cable. En el ejemplo de realización, el lugar F de fallo se sitúa entre el abonado T11 del bus, cuya separación es I_{11} = 5 m del repetidor 3 de diagnóstico, y el abonado T12 del bus, es decir, el iniciador 6 de la medición, cuya separación es I_{12} = 10 m del repetidor 3 de diagnóstico. La separación exacta I_{F} del lugar F de fallo del repetidor 2 de diagnóstico se determina también mediante el dispositivo 4 de medición y, en este caso, de nuevo preferiblemente según el principio de la medición por reflexión.

Para detectar los lugares de fallo o averías F del cable en el cable 5 de bus, el repetidor 3 de diagnóstico envía una señal de medición de iniciación en el cable 2 de bus. Esta señal de medición de iniciación se refleja en el lugar F de fallo debido a la variación de la impedancia característica del cable 2 de bus y es detectada por el dispositivo 4 de medición como reflexión o señal de reflexión. A partir de la diferencia de tiempo entre el punto temporal de inicio de la señal de medición iniciada por el repetidor 3 de diagnóstico y la llegada de la señal de reflexión al dispositivo 4 de medición se determina la separación I_{F} del lugar de fallo o de la avería F del cable respecto del repetidor 3 de diagnóstico. Para ello se divide nuevamente la dispersión en el tiempo registrada entre el doble de la dispersión en el tiempo del cable o línea que es de, por ejemplo, 5 ns/m.

La señal de medición de iniciación es preferiblemente un telegrama de medición, es decir, un telegrama de datos que forma la señal útil. Una medición pasiva por reflexión realizada con ello tiene, en comparación con una medición activa por reflexión, la ventaja fundamental de un diagnóstico del cable exento de retroalimentación dado que no tiene que proporcionarse al cable 2 del bus ninguna señal de comprobación independiente o un impulso de medición independiente durante el funcionamiento del bus. Más bien, la verdadera señal útil se utiliza para detectar averías del cable o lugares F de fallo.

Para ello se aprovecha el conocimiento de que entre los telegramas de datos enviados como señal útil a través del bus, es decir, a través del cable 2 de bus está prevista siempre una pausa definida. En el caso del PROFIBUS como bus de campo, está determinado prácticamente que entre dos telegramas de datos se incorpore siempre una pausa de un caracter de largo. Esta pausa es suficientemente larga para evitar que la secuencia de los telegramas de datos enviados con la señal de iniciación se solapen con la secuencia de las reflexiones desencadenadas con ello que discurren en sentido contrario, de tal manera que ya no puede diferenciarse qué telegrama de datos ha activado la primera reflexión y, por tanto, el comienzo de la señal de reflexión.

Por tanto, mediante el empleo de la medición pasiva por reflexión es posible, además de la determinación de la topología, una detección y localización de lugares de fallo o averías F del cable sin retroalimentación y, con ello, un diagnóstico del cable especialmente efectivo también durante el funcionamiento del bus.

Mediante la integración del dispositivo 4 de medición que sirve para determinar la topología y, preferiblemente, también para el diagnóstico del cable en un repetidor ensanchado para ello en cuanto a su función respecto al repetidor 3 de diagnóstico, no se necesita para esta función de medición ningún módulo de bus adicional o independiente dentro del sistema de bus. Si además se integra también el iniciador 6 de medición o su función en el repetidor 3 de diagnóstico, se suprime a este respecto también un módulo de bus independiente.

Claims (7)

1. Procedimiento para determinar la topología de un sistema (1) de bus con al menos un segmento (B_{1}) de bus que presenta un número de abonados (T_{n}) de bus conectados a un cable (2) de bus,

- en el que se transmite al abonado (T_{n}) o a cada uno de los abonados de bus del segmento (B_{1}) de bus una señal (FS) de petición a través del cable (2) de bus solicitándole el envío de una señal (AS) de respuesta,

- en el que durante la transmisión de la señal (AS) de respuesta se envía una señal (MS) de medición a través del cable (2) de bus que es reflejada por el abonado (T_{n}) de bus que responde y

- en el que a partir del intervalo de tiempo entre el envío de la señal (MS) de medición y la llegada de la señal (RS) de reflexión se determina la posición del abonado (T_{n}) de bus que responde dentro del segmento (1) de bus.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la posición relativa del abonado (T_{n}) de bus que responde se almacena en una tabla (7) de topologías.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la señal (MS) de medición es enviada por un abonado (T_{12}) del bus que presenta un dispositivo (4) de medición para la medición de la reflexión, determinándose la posición del abonado (T_{n}) del bus que responde mediante su separación (I_{n}) respecto al dispositivo (4) de medición.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que basándose en la tabla (7) de topologías se determina el lugar de fallo de un fallo (F) del cable entre dos abonados (T_{n}) del bus detectado mediante el dispositivo (4) de medición.

5. Dispositivo para determinar la topología de un sistema (1) de bus con al menos un segmento (B_{1}) de bus que presenta un número de abonados (T_{n}) de bus unidos a un cable (2) de bus,

- con un iniciador (6) de la medición unido al cable (2) de bus que transmite al abonado (T_{n}) o a cada uno de los abonados del bus del segmento (B_{1}) de bus una señal (FS) de petición solicitándole el envío de una señal (AS) de respuesta, y

- con un dispositivo (4) de medición unido al cable (2) de bus que durante la transmisión de la señal (AS) de respuesta envía una señal (MS) de medición a través del cable (2) de bus y, a partir del intervalo de tiempo entre el envío de la señal (MS) de medición y la llegada de una señal (RS) de reflexión determina la separación respecto al abonado (T_{n}) del bus que responde.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el que el dispositivo (4) de medición está integrado en un repetidor (3) de diagnóstico del sistema (1) de bus que sirve para unir al menos dos segmentos (B_{1}, B_{2}) de bus.

7. Dispositivo según la reivindicación 5 o 6, con iniciador (6) de medición integrado en el repetidor (2) de diagnóstico.