DE19511178A1 - Datenübertragungssystem mit Diagnosefunktion zur Fehlerortbestimmung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem mit Ringstruktur für industrielle Steueranlagen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Systeme sind beispielsweise als Sensor-Aktorbus bekannt, beispielsweise in Form des INTERBUS-S-Systems nach DIN 19258.

Bei solchen Systemen besteht der Wunsch oder sogar die Notwendigkeit, Fehler in der über die Teilnehmer führenden Leitungsschleife oder in den Teilnehmers selbst zu lokalisieren, damit schnell für eine Abhilfe gesorgt werden kann. Da eine solche Ringstruktur sich über mehrere hundert Meter oder mehr erstrecken kann, ist eine Reparatur, beispielsweise die Beseitigung einer Leitungsunterbrechung oder der Austausch von Teilnehmermodulen nur dann innerhalb kurzer Zeit möglich, wenn der Fehler genau feststeht. Während bei dem genannten INTERBUS-S-System generell die Möglichkeit besteht, fehlerhafte Teilnehmer oder fehlerhafte Untergruppen zu überbrücken, ist dies bei einer Ringstruktur nicht mehr möglich, bei der ein zweiadriges Kabel von einer Steuerstation über alle Teilnehmer und dann zur Steuerstation zurückgeführt ist, wobei das Kabel nicht nur Daten, sondern auch die Versorgungsspannung zu den Teilnehmern überträgt. Das gilt deswegen, weil bei jedem einzelnen Teilnehmer die Rückleitung zur Steuerstation nicht zugänglich ist.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit zur Lokalisierung von Fehlern in einer Ringstruktur zur Verfügung zu stellen, und zwar insbesondere für eine Ringstruktur der zuletzt erläuterten Art.

Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei einem auftretenden Fehler kann demgemäß mit der erfindungsgemäßen Anordnung eine Ortsinformation zur Fehlerlokalisierung als Differenz zwischen dem Inhalt des bei der Steuerstation eintreffenden Diagnosetelegramms und der bekannten Anzahl der Teilnehmer in der Ringstruktur gewonnen werden. Irgendeine Adressierung der Teilnehmer ist nicht erforderlich. Vorzugsweise wird, wie bereits erwähnt, die Ringstruktur durch ein zweiadriges Kabel, das auch unabgeschirmt sein kann, verwirklicht, wobei das Kabel von der Steuerstation über alle Teilnehmer und dann zur Steuerstation zurückgeführt ist und sowohl Daten als auch eine Versorgungsspannung für die Teilnehmer überträgt.

Zweckmäßig ist vorgesehen, daß die Teilnehmer entweder in einer Diagnose- oder einer Datenbetriebsart arbeiten, wobei in der Datenbetriebsart Datentelegramme und in der Diagnosebetriebsart Diagnosetelegramme übertragen werden. Der einem Fehler folgende Teilnehmer (Master) sendet ein Diagnosetelegramm aus, das als vorbestimmten Wert einen Binärwert, vorzugsweise a, beinhaltet. Der Binärwert wird in jedem nachfolgenden Teilnehmer dadurch um 1 erhöht, daß das als niedrigstwertiges Bit (LSB) empfangene Bit invertiert und jedes unmittelbar nachfolgend empfangene 1-Bit einschließlich des nachfolgenden 0-Bits ebenfalls invertiert werden und die übrigen Bits unverändert bleiben. Bei dieser Art der Erhöhung des vorbestimmten Binärwertes ist eine Zwischenspeicherung nicht erforderlich, so daß die Erhöhung des Wertes mit geringstmöglichem Aufwand und ohne Zeitverzögerung erfolgen kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist außerdem eine Ringstruktur vorgesehen, bei der die Datenübertragung mit einer Manchester-Codierung erfolgt, bei der Pausen durch Folgen von 0-Bits dargestellt werden. Der jeweils einem Fehler folgende Teilnehmer (Master) kann dann einen Fehler dadurch erkennen, daß keine Signalflanken mehr an seinem Eingang ankommen.

Während der physikalischen Unterbrechung stellt die Ringstruktur keinen geschlossenen Ring mehr dar. Der Master kann daher nicht erkennen, ob die Übertragung des Diagnosetelegramms mit dem vorgegebenen Wert erfolgreich gewesen ist und die Fehlerstelle korrekt lokalisiert wurde. Daher ist zweckmäßig vorgesehen, daß der Master sein Diagnosetelegramm so lange zyklisch wiederholt aussendet, bis er wieder Signalflanken an seinem Eingang empfängt. Ebenfalls aufgrund der fehlenden Rückmeldung ist es zweckmäßig, daß die dem Master nachfolgenden Teilnehmer zyklisch in den Reset-Zustand versetzt werden, so daß Störungen, die gegebenenfalls ein ständiges Fehlverhalten in den Teilnehmern verursachen, nicht zur dauerhaften Lahmlegung der Diagnose führen.

Wie für das INTERBUS-S-System bekannt, weist zweckmäßig jeder Teilnehmer eine Reset-Einrichtung mit einem Zeitablaufzähler auf, der einen Reset nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls für die Übertragung einer vorgegebenen Anzahl von Bits erzeugt. Diese Reset-Einrichtung wird dadurch zur Rückstellung der dem Master folgenden Teilnehmer benutzt, daß zwischen den vom Master ausgesendeten Diagnose-Telegrammen Pausen eingefügt werden, die länger als das vorgegebene Zeitintervall sind. Dann stellt sich jeder Teilnehmer nach Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls selbst zurück.

Die Übertragung des vorbestimmten und gegebenenfalls erhöhten Wertes im Diagnose-Telegramm kann zweckmäßig durch ein Paritätsbit in bekannter Weise gesichert sein.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt schematisch eine Ringstruktur zur Verwirklichung der Erfindung. Es handelt sich dabei um eine sogenannte INTERBUS-Sensor-Loop, bei der die einzelnen Teilnehmer 5, die entsprechend ihrer Reihenfolge auch mit 1, X, X+1, . . . N bezeichnet sind, durch zweiadrige, unabgeschirmte Kabel 6 zu einer Ringstruktur zusammengefügt sind, die von einer Steuerstation 7, die auch als Busklemme bezeichnet wird, an einem Sender TX beginnt und zur Steuerstation 7 zu einem Empfänger RX zurückgeführt ist. Das zweiadrige Kabel überträgt sowohl Daten als auch eine Versorgungsgleichspannung von beispielsweise 24 V zu den Teilnehmern 5. Wenn, wie symbolisch dargestellt, ein Fehler 8 in Form einer Unterbrechung des Kabels 6 auftritt, besteht im Gegensatz zu einer Ringstruktur entsprechend dem INTERBUS-S-System nicht die Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit durch Überbrücken einzelner Teilnehmer oder auch der gesamten Schleife für das übergeordnete System wieder herzustellen, weil die einzelnen Teilnehmer 5 keinen Zugriff auf die Rückleitung besitzen. Eine Diagnose des Fehlerortes erfolgt daher entsprechend der Erfindung dadurch, daß der dem Fehler 8 folgende Teilnehmer 5 (X+1) aufgrund seines fehlenden Eingangssignals den Fehler feststellt, in eine Diagnosebetriebsart umschaltet und dann zyklisch ein Diagnosetelegramm mit dem vorbestimmten Binärwert 0 zum nachfolgenden Teilnehmer 5 überträgt. Dieser Teilnehmer erhöht den Binärwert 0 um 1 und gibt dann den Wert 1 über seinen nachfolgenden Kabelabschnitt 6 zum nachfolgenden Teilnehmer 5. Dort wird wiederum der Binärwert l um 1 erhöht, und der sich ergebende Wert 10 zum Teilnehmer N übertragen. Die Steuerstation 7 kann dann auf einfache Weise den Fehlerort dadurch feststellen, daß der Inhalt des Diagnosetelegramms N-(X+1) von der bekannten Anzahl N der Teilnehmer subtrahiert wird. Für den Fehlerort gilt dann:
Fehlerort = N - (N - (X+1)).

Claims (8)

1. Datenübertragungssystem mit Ringstruktur für industrielle Steueranlagen mit unidirektionaler Datenübertragung ohne Teilnehmeradressierung an Teilnehmer (5), die zusammen mit einer übergeordneten Steuerstation (7) seriell in die Ringstruktur eingeschleift sind, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Lokalisierung von Fehlern, beispielsweise einer Leitungsunterbrechung (8) oder einem Leitungsausfall, der jeweils dem Fehler (8) in der Übertragungsrichtung folgende Teilnehmer (Master (X+1)) unter Ansprechen darauf, daß er keine gültigen Eingangssignale mehr erhält, ein Diagnosetelegramm mit einem vorbestimmten Wert (0) aussendet und
daß der Wert dieses Diagnosetelegramms durch die nachfolgenden Teilnehmer (5) jeweils um einen vorbestimmten Betrag, vorzugsweise 1, erhöht wird, so
daß in der Steuerstation (7) der Fehlerort als Differenz zwischen dem aktuellen und dem vorbestimmten Wert des Diagnosetelegramms bestimmt werden kann.

2. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringstruktur durch ein zweiadriges Kabel (6) verwirklicht ist, das von der Steuerstation (7) über alle Teilnehmer (5) und dann zurück zur Steuerstation (7) geführt ist und sowohl Daten als auch eine Versorgungsspannung zu den Teilnehmern (5) überträgt.

3. Datenübertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilnehmer (5) entweder in einer Diagnose- oder einer Datenbetriebsart arbeiten, wobei in der Datenbetriebsart Datentelegramme und in der Diagnosebetriebsart Diagnosetelegramme übertragen werden,
daß der einem Fehler folgende Teilnehmer (Master) (5) ein Diagnosetelegramm aussendet, das als vorbestimmten Wert einen Binärwert, vorzugsweise 0, beinhaltet, und
daß der Binärwert in jedem nachfolgenden Teilnehmer (5) dadurch um 1 erhöht wird, daß das als niedrigstwertiges Bit (LSB) empfangene Bit invertiert und jedes unmittelbar nachfolgend empfangene 1-Bit einschließlich des nächstfolgenden 0-Bits ebenfalls invertiert wird und die übrigen Bits unverändert bleiben.

4. Nachrichtenübertragungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Datenübertragung mit einer Manchester-Codierung erfolgt, bei der Pausen durch Folgen von 0-Bits dargestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils einem Fehler (8) folgende Teilnehmer (Master) einen Fehler dadurch erkennt, daß keine Signalflanken mehr an seinem Eingang ankommen.

5. Datenübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Master (X+1) sein Diagnosetelegramm so lange zyklisch wiederholt aussendet, bis er wieder Signalflanken an seinem Eingang empfängt.

6. Datenübertragungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Master (X+1) die nachfolgenden Teilnehmer (5) zyklisch in den Reset-Zustand versetzt.

7. Datenübertragungssystem nach Anspruch 6, bei dem jeder Teilnehmer eine Reset-Einrichtung mit einem Zeitablaufzähler aufweist, der einen Reset nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls für die Übertragung einer vorgegebenen Anzahl von Bits erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Master (X+1) zwischen die ausgesendeten Diagnose-Telegramme Pausen einfügt, die länger als das vorgegebene Zeitintervall sind.

8. Datenübertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung des vorbestimmten und gegebenenfalls erhöhten Wertes durch ein Paritätsbit gesichert ist.