PL181300B1 - Uklad do transmisji sygnalów za posrednictwem magistrali polowej PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Uklad do transmisji sygnalów za posrednictwem m agi- strali polowej, miedzy co najmniej jednym nadajnikiem sygnalo- wym i co najmniej jednym odbiornikiem sygnalowym za pom oca systemu linii do transmisji sygnalów, i do zasilania energia elektryczna nadajników sygnalowych i odbiorników sygnalo- wych, znam ienny tym , ze kazdy nadajnik sygnalowy (1, 2) i kazdy odbiornik sygnalowy (3, 4) zaopatrzony jest w urzadzenie (8, 10) sterujace magistrali polowej, system linii zaw iera cztery przewody elektryczne (16 - 19), z których dwa przewody (1 8 , 19) stanowia linie magistrali polowej do transmisji sygnalów, a dwa | pozostale przewody (16, 17) stanowia energetyczna linie zasila- jaca, kazdy nadajnik sygnalowy (1, 2) i kazdy odbiornik sygna- lowy (3, 4) za posrednictwem urzadzenia (8, 10) sterujacego magistrali polowej dolaczony jest do linii magistrali polowej (18, 19), a na kazdym z obu konców systemu linii miedzy obydw a przewody (18, 19) linii magistrali polowej wlaczony jest pierw- szy rezystor (20), m iedzy jeden z przewodów (18) magistrali polowej a jeden z przewodów (16) linii zasilajacej wlaczony jest drugi rezystor (21) i m iedzy drugi przewód (19) magistrali polo- wej a drugi przewód (17) linii zasilajacej w laczony jest trzeci rezystor (22), przy czym laczna rezystancja rezystorów (20 - 22) odpowiada impedancji falowej linii magistrali polowej (18 - 19). PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do transmisji sygnałów za pośrednictwem magistrali polowej.

W systemach pomiarowo-kontrolnych instalacji technicznych, na przykład w kotłowniach, dotychczas każdy z przetworników pomiarowych (nadajnik sygnałowy) połączony był z przyporządkowanym do niego urządzeniem analizującym (odbiornikiem sygnałowym) za pomocą oddzielnego kabla. Zwykle niezbędna liczba nadajników sygnałowych, na przykład do kontroli temperatury, ciśnienia, kontroli bezpieczeństwa minimalnego poziomu cieczy, kontroli bezpieczeństwa maksymalnego poziomu cieczy, określanie aktualnego poziomu cieczy, narzucała dużą liczbę kabli. Zwłaszcza w przypadku dużych odległości między nadajnikami i odbiornikami sygnałowymi, na przykład, kiedy te odbiorniki znajdują się w odległym ośrodku kontroli, okablowanie stanowi ważny składnik kosztów.

Zadaniem technicznym wynalazku jest opracowanie urządzenia rodzaju wspomnianego na wstępie, o mniej rozbudowanym okablowaniu.

Układ, według wynalazku, przystosowany jest do transmisji sygnałów za pośrednictwem magistrali polowej, między co najmniej jednym nadajnikiem sygnałowym i co najmniej

181 300 jednym odbiornikiem sygnałowym, za pomocą systemu linii do transmisji sygnałów, i do zasilania energią elektryczną nadajników sygnałowych i odbiorników sygnałowych. Układ tego rodzaju charakteryzuje się tym, że każdy nadajnik sygnałowy i każdy odbiornik sygnałowy zaopatrzony jest w urządzenie sterujące magistrali polowej. System linii zawiera cztery przewody elektryczne, z których dwa przewody stanowią linię magistrali polowej do transmisji sygnałów, a dwa pozostałe przewody stanowią energetyczną linię zasilającą. Każdy nadajnik sygnałowy i każdy odbiornik sygnałowy za pośrednictwem urządzenia sterującego magistrali polowej dołączony jest do linii magistrali polowej. Na każdym z obu końców systemu linii między obydwa przewody linii magistrali polowej włączony jest pierwszy rezystor, między jeden z przewodów magistrali polowej a jeden z przewodów linii zasilającej włączony jest drugi rezystor i między drugi przewód magistrali polowej a drugi przewód linii zasilającej włączony jest trzeci rezystor, przy czym łączna rezystancja rezystorów odpowiada impedancji falowej linii magistrali polowej.

Korzystnym jest, że nadajnik sygnałowy stanowi przetwornik pomiarowy, zaopatrzony w czujnik i blok komputerowy, który włączony jest między czujnik a urządzenie sterujące magistrali polowej, przy czym przetwornik pomiarowy, jest zasilany z linii zasilającej, a doprowadzenie zasilania do energetycznej linii zasilającej odbywa się centralnie.

Co najmniej jeden odbiornik sygnałowy wyposażony jest w źródło zasilania energetycznego, dostarczające energii roboczej do energetycznej linii zasilającej.

Urządzenie sterujące magistrali polowej ukształtowane jest korzystnie jako magistrala sieci obszaru sterowania (j.ang. Controller-Area-Network-Bus, skrót CAN - Bus).

Korzystnym jest, że przewody linii magistrali polowej są ze sobą skręcone.

Transmisja sygnałów między nadajnikami sygnałowymi i odbiornikami sygnałowymi odbywa się za pośrednictwem dwużyłowej linii magistrali polowej. Przy tym koordynacja transmisji sygnałów przez magistralowe urządzenia sterujące nadajników sygnałowych i odbiorników sygnałowych odbywa się w ten sposób, że następuje stłumienie wzajemnych zakłóceń lub wpływów sygnałów-. Jednak transmisja sygnałów nie w każdym przypadku musi odbywać się między jednym nadajnikiem sygnałowym i jednym odbiornikiem sygnałowym. Sygnał jednego nadajnika sygnałowego może na przykład być odbierany i wykorzystywany przez wiele odbiorników sygnałowych. Magistralowe urządzenia sterujące umożliwiają stosowanie przy tym wielu kombinacji. Dodatkowo do magistrali w systemie przewodów biegnie dwużyłowa linia zasilania energetycznego, doprowadzająca napięcie zasilające, przy czym na obu końcach układu linii znajduje się zakończenie. Dzięki temu na obu końcach linii magistrali polowej napięciowy przykładane jest na tym samym potencjale elektrycznym, tak, że w linii magistrali nie płynie prąd wyrównawczy i niewielki jest pobór energii. Również między napięciem panującym na linii magistrali polowej podczas przenoszenia sygnału, a napięciem stanu spoczynku, występuje duża różnica, stanowiąca tak zwany odstęp od zakłóceń. Ze względu na ten potencjał szczególnie mała jest również wrażliwość na zakłócenia w wyniku promieniowania elektromagnetycznego z zewnątrz. Połączenie wszystkich nadajników i odbiorników sygnałowych wspólną linią energetyczną daje wiele możliwości zasilania energią. Przy tym w każdym przypadku zapewnia się, że na wszystkie dołączone nadajniki sygnałowe i odbiorniki sygnałowe podawane jest to samo napięcie, lecz również, że znajdują się one na tym samym potencjale.

W przypadku zastosowania przetworników pomiarowych w charakterze nadajników sygnałowych, korzystne jest, że przetworniki pomiarowe znajdują się w rozproszeniu, czyli w dużych od siebie odległościach. W przypadku zaburzeń występujących w przetwornikach pomiarowych można, ponieważ nie mają one zasilania własnego, w prosty sposób dokonać centralnie wyłączenia ich zasilania. Po ponownym włączeniu bloki procesorowe przetworników pomiarowych startują, począwszy od określonego w ich oprogramowaniu stanu podstawowego. Nie powoduje to zafałszowania danych sygnałowych.

Zasilanie energetyczne przetwornika pomiarowego, jednego lub wielu, i jednego lub wielu odbiorników sygnałów może obywać się, na przykład, za pośrednictwem pojedynczego centralnego urządzenia sieciowego, dostarczającego niezbędnej energii do linii zasilającej. Możliwe jest jednak również zaopatrzenie jednego lub więcej odbiorników sygnałowych

181 300 w blok sieciowy dostarczający niezbędnej energii. Moc zasilania można przy tym w prosty sposób dopasować do konkretnego zapotrzebowania odbiornika sygnałowego i nadajnika sygnałowego.

Magistrala połowa CAN odznacza się dużą odpornością na zakłócenia, gdyż pracuje z wykorzystaniem różnicowych sygnałów transmisyjnych. Obydwa stany binarne przenoszonych sygnałów reprezentowane są przez napięcia dodatnie i ujemne w linii magistrali polowej, a dla rozpoznania sygnału decydująca jest polaryzacja napięcia. Wahania napięcia przy tym nie wykazują wpływu zakłócającego.

Skręcenie przewodów linii magistrali ze sobą zapewnia szczególnie wysoką niewrażliwość magistrali polowej na promieniowania elektromagnetyczne z zewnątrz.

Przedmiot wynalazku objaśniono w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat układu do transmisji sygnałów.

Do kontroli wielkości fizycznych w instalacji przemysłowej, na przykład w instalacji kotłowej (nie przedstawiona) stosuje się w charakterze nadajników sygnałowych dwa zdecentralizowane przetworniki pomiarowe 1, 2, a w charakterze odbiorników sygnałowych dwa umieszczone centralnie urządzenia analizujące 3,4.

Każdy z przetworników pomiarowych 1, 2 zaopatrzony jest w czujnik 5 do określenia kontrolowanej wielkości fizycznej (na przykład stanu napełnienia, temperatury, ciśnienia). Dołączony jest on do urządzenia dopasowującego 6, które połączone jest z blokiem komputerowym 7, który z kolei ma połączenie z urządzeniem sterującym 8 magistrali polowej. Każda z przetwornic napięcia 9 przeznaczona jest do zasilania niezbędnym do pracy napięciem stałym. Każde urządzenie analizujące 3, 4 zaopatrzone jest w urządzenie 10 sterowania magistralą połową i połączony z nim blok komputerowy 11, który steruje przekaźnikiem wyjściowym 12. Ponadto, w każdym z urządzeń analizujących 3, 4 znajduje się zasilacz sieciowy 14 dołączony do ogólnej sieci zasilającej 13 i stanowiący źródło zasilania dla przetwornicy 15, dla zasilania niezbędnym do pracy napięciem stałym.

W charakterze systemu linii zastosowany jest kabel o czterech przewodach 16 - 19. Spośród nich dwa przewody 16 i 17 stanowią linię zasilającą. Pozostałe przewody 18 i 19 skręcone są ze sobą i tworzą linię magistrali polowej. Na każdym z obu końców układu linii włączone są trzy rezystory 20 - 22 w postaci dzielnika napięcia. Jeden z rezystorów 20 włączony jest między dwa przewody 18 i 19 linii magistrali polowej. Drugi rezystor 21 włączony jest między końcem jednego z przewodów 18 linii magistrali polowej i końcem jednego z przewodów 16 linii zasilającej. Całkowita rezystancja rezystorów 20 - 22 odpowiada impedancji falowej linii 18, 19 magistrali polowej. Z linią /usUającą 16, 17 mają połączenie bloki sieciowe 14 obu urządzeń analizujących 3, 4, jak również przetwornice napięcia 9 obu przetworników pomiarowych 1, 2.

W stanie pracy napięcie zmienne ogólnej sieci zasilającej 13, 14 wynosi korzystnie 230 V na blokach sieciowych, które następnie wytwarzają stałe napięcie zasilające, korzystnie 24 V. Bloki sieciowe 14 dostarczają napięcia zasilającego również i do linii zasilającej 16, 17. Stąd przekazywane jest ono do przetwornicy napięciowej 9 przetworników pomiarowych 1, 2, która przetwarza je na napięcie robocze potrzebne dla przetworników pomiarowych 1, 2.

Czujniki 5 przetworników pomiarowych 1, 2 podają odpowiedni sygnał elektryczny do urządzenia dopasowującego 6, które tworzy z niego odpowiedni sygnał, na przykład przez wzmocnienie, ograniczenie prądowe, przetwarzanie analogowo/cyfrowe. Blok komputerowy 7 steruje komunikacją między urządzeniem sterującym 8 magistrali a urządzeniem dopasowującym 6 i przekształca sygnał wejściowy na format danych odpowiedni dla transmisji. W urządzeniu sterującym 8 magistrali odbywa się skompletowanie danych sygnałowych w sygnał magistralowy CAN, który stąd dociera do linii 18, 19 magistrali polowej. Przy tym urządzenia sterujące 8, 9 magistrali polowej koordynują transmisję sygnału przez dwużyłową linię 18, 19 magistrali polowej, tak, że mimo wielu dołączonych przetworników pomiarowych 1, 2 i urządzeń analizujących 3, 4, nie występują wzajemne zakłócenia ani wpływy przy transmisji sygnałów. Urządzenie sterujące 10 magistrali polowej każdego urządzenia analizującego 3 lub 4, należącego do danego przetwornika pomiarowego 1 lub 2, odbiera występujący w linii 18, 19 magistrali polowej sygnał magistrali CAN i otrzymane zawarte sygnały do bloku komputero181 300 wego 11, w którym odbywa się analiza, na przykład porównanie wartości rzeczywistej z nastawą. W razie potrzeby blok komputerowy 11 podaje impuls sterujący na przekaźnik wyjściowy 12, tak, że możliwe jest sterowanie dołączonymi do niego urządzeniami, na przykład urządzeniem alarmowym, palnikiem, pompą, zaworem regulacyjnym.

Ze względu na wspólną linię zasilającą 16, 17 i obustronne zamknięcie linii rezystorami 20 - 22, napięcie zasilające w przetwornikach pomiarowych 1, 2, jak i urządzeniach analizujących znajduje się na tym samym potencjale. Na końcach linii 18, 19 magistrali polowej występuje napięcie również na jednakowym potencjale. Zatem nie występują związane z różnicą potencjałów prądy wyrównawcze w linii 18, 19 magistrali polowej, co zmniejsza pobór energii. Poza tym napięcie w linii 18, 19 magistrali polowej w stanie spoczynku, to znaczy kiedy nie odbywa się transmisja sygnału, znajduje się na określonym potencjale. Między napięciem linii 18, 19 magistrali polowej w stanie spoczynku i panującym podczas przenoszenia sygnału występuje określona, duża różnica, a więc duży jest odstęp zakłóceń. Urządzenia sterujące 9, 10 magistrali polowej generują sygnał różnicowy, to znaczy w sygnale przeznaczonym do transmisji jeden stan binarny reprezentowany jest przez określone dodatnie napięcie stałe, a drugi stan binarny przez określone ujemne napięcie stałe. Miarodajną jest dla sygnału nie wielkość każdego napięcia, lecz jego biegunowość. Wszystko to zapewnia jednoznaczne i bezzakłóceniowe przenoszenie sygnału. Dla zapewnienia również dużej niewrażliwości na promieniowania elektromagnetyczne z zewnątrz, dodatkowo przewody 18,19 są skręcone ze sobą.

Przetworniki pomiarowe 1, 2, zależnie od obiektu, w bardzo dużych odległościach, natomiast urządzenia analizujące 3, 4 instaluje się przede wszystkim w ośrodku kontroli, na przykład we wspólnej szafie rozdzielczej. Bloki sieciowe 14, a zatem i źródła energii dla wszystkich bloków kontrolnych 1-4 znajdują się w urządzeniach analizujących 3, 4, a zatem w ośrodku kontroli. Dlatego w razie potrzeby z ośrodka kontroli można włączać i wyłączać dopływ energii do rozmieszczonych w dużej odległości przetworników pomiarowych 1, 2. Po włączeniu ich bloki komputerowe 7 i urządzenia sterujące 8 magistrali polowej startują od stanu podstawowego określonego w ich oprogramowaniu. Dzięki temu zapobiega się zakłóceniom i zafałszowaniom sygnału.

181 300

20 22

20 22

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (5)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ do transmisji sygnałów za pośrednictwem magistrali polowej, między co najmniej jednym nadajnikiem sygnałowym i co najmniej jednym odbiornikiem sygnałowym za pomocą systemu linii do transmisji sygnałów, i do zasilania energia elektryczną nadajników sygnałowych i odbiorników sygnałowych, znamienny tym, że każdy nadajnik sygnałowy (1,

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że nadajnik sygnałowy stanowi przetwornik pomiarowy (1, 2), zaopatrzony w czujnik (5) i blok komputerowy (7), który włączony jest między czujnik (5) a urządzenie sterujące (8) magistrali polowej, przy czym przetwornik pomiarowy (1, 2), jest zasilany z linii zasilającej (16, 17), przy czym doprowadzenie zasilania do energetycznej linii zasilającej (16, 17) odbywa się centralnie.

2) i każdy odbiornik sygnałowy (3, 4) zaopatrzony jest w urządzenie (8, 10) sterujące magistrali polowej, system linii zawiera cztery przewody elektryczne (16 - 19), z których dwa przewody (18,19) stanowią linię magistrali polowej do transmisji sygnałów, a dwa pozostałe przewody (16, 17) stanowią energetyczną linię zasilającą, każdy nadajnik sygnałowy (1, 2) i każdy odbiornik sygnałowy (3, 4) za pośrednictwem urządzenia (8, 10) sterującego magistrali polowej dołączony jest do linii magistrali polowej (18,19), a na każdym z obu końców systemu linii między obydwa przewody (1^, 19) linii magistrali polowej włączony jest pierwszy rezystor (20), między jeden z przewodów (18) magistrali polowej a jeden z przewodów (16) linii zasilającej włączony jest drugi rezystor (21) i między drugi przewód (19) magistrali polowej a drugi przewód (17) linii zasilającej włączony jest trzeci rezystor (22), przy czym łączna rezystancja rezystorów (20 - 22) odpowiada impedancji falowej linii magistrali polowej (18 -19).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jeden odbiornik sygnałowy (3,4) wyposażony jest w źródło (14) zasilania energetycznego, dostarczające energii roboczej do energetycznej linii zasilającej (16,17).

4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że urządzenie (8, 10) sterujące magistrali polowej ukształtowane jest jako magistrala sieci obszaru sterowania (j.ang. Controller-AreaNetwork-Bus, skrót CAN - Bus).

5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przewody (1^, 19) linii magistrali polowej są ze sobą skręcone.