Результат интеллектуальной деятельности: СЕТЬ КОНТАКТНЫХ ПРОВОДОВ ДЛЯ СВЯЗИ МЕЖДУ НЕПОДВИЖНЫМИ ЧАСТЯМИ СИСТЕМЫ И ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОЙ ПОДВИЖНОЙ ЧАСТЬЮ СИСТЕМЫ

Изобретение касается сети контактных проводов для связи между неподвижными частями системы с подвижными частями системы, причем сеть контактных проводов содержит

- множество сегментов контактных проводов, причем каждый сегмент содержит первый проводник и второй проводник, по которым могут передаваться данные связи и питающее напряжение для подвижных частей системы,

- множество источников напряжения, каждый из которых подключен к первому и второму проводникам для подачи питающего напряжения,

- множество устройств передачи данных, которые также подключены к первому и второму проводникам для передачи данных между неподвижными частями системы и подвижными частями системы,

- множество элементов связи, причем элемент связи соединяет первый сегмент контактных проводов с местом контакта со вторым сегментом контактных проводов, причем элементы связи выполнены таким образом, что между сегментами контактных проводов данные могут передаваться, а подключенное питающее напряжение блокируется.

Изобретение касается также способа осуществления связи между неподвижными частями системы и подвижными частями системы в уже упомянутой сети контактных проводов.

В смысле данного изобретения под подвижными частями системы понимаются транспортные средства, которые движутся в одной транспортной системе, причем стационарные автоматизированные системы управления для центрального управления этой транспортной системой представляют собой неподвижные части системы. В таких транспортных системах путь транспортировки, например железнодорожная сеть, поделен на участки, предпочтительно на сегменты, причем по этим сегментам может двигаться практически любое количество автомобилей или транспортных средств. Чтобы режим работы и, тем самым, профиль езды транспортного средства внутри транспортной системы, например, производственной системы для автомобилестроения, можно было согласовать с различными технологическими процессами, необходима связь между центральным узлом управления системой и этими транспортными средствами.

В справочнике „PRB Segment Controller Anwenderbeschreibung, выпуск 12/2005, 6ES7972-4AA50-0XA0" фирмы Siemens AG уже описаны сеть контактных проводов и способ связи между неподвижными частями системы и подвижными частями системы. Однако, в качестве способа связи там используется связь в системе PROFIBUS.

При связи в системе PROFIBUS речь идет о системе передачи данных, использующей способ обращения по кольцевой сети с маркерным доступом/ведущий-ведомый (Token-Ring/ Master-Slave). В каждый момент времени лишь один участник может обратиться к линии передачи данных. При осуществлении связи в системе PROFIBUS достигаются скорости передачи данных от 9,6 кбит/с до 500 кбит/с. Таким образом, система магистральных шин связи с связью в системе PROFIBUS предоставляет относительно узкополосный способ связи.

Поэтому задача данного изобретения заключается в том, чтобы предложить сеть контактных проводов для связи между неподвижными частями системы и подвижными частями системы, соответственно, способ связи, при котором достигаются более высокие скорости передачи.

Эта задача для указанной вначале сети контактных проводов решается за счет того, что каждому устройству передачи данных соответствует один диапазон приема, причем этот диапазон приема образован на участке, который получается из длины сегмента контактных проводов плюс длина первого перекрытия и длина второго перекрытия, при этом подключенное к соответствующему сегменту контактных проводов устройство передачи данных выполнено таким образом, что уровень передаваемого им информационного сигнала настраивается на соответствующий диапазон приема так, чтобы вследствие ослабления уровня, вызываемого затуханием в линии вдоль проводника и элементов связи, он уже не мог оцениваться как действительный сигнал в приемном устройстве подвижных частей системы, находящемся вне этого диапазона приема. Сформированная таким образом сеть контактных проводов делает возможным новый способ связи, а именно способ связи в системе PROFINET, базирующийся на технологии пакетной передачи данных («Ethernet»). Большое дополнительное преимущество дает возможность использования более длинных сегментов при повышенной скорости передачи данных. Кроме того, при большей протяженности сегментов контактных проводов, соответственно, при большей протяженности всей контактной сети и, к тому же, большем числе участников, причем один участник рассматривается как одна подвижная часть системы, загрузка информационных сигналов в такой системе происходит в большем количестве точек. Например, загрузка информационных сигналов через устройство передачи данных, которое жестко связано с сегментом контактных проводов. За счет этого для каждого места загрузки информационного сигнала через устройство передачи данных получается один диапазон приема, внутри которого возможна связь с подвижными частями системы.

В одном предпочтительном варианте выполнения между первым сегментом контактных проводов и вторым сегментом контактных проводов предусматривается создание первой зоны перекрытия, в которой передаваемый первым устройством передачи данных первый уровень и передаваемый вторым устройством передачи данных второй уровень оцениваются в приемном устройстве соответствующей подвижной части системы как действительный сигнал. Преимуществом является то, что при переходе подвижной части системы с одного сегмента на другой сегмент не может возникнуть сбой в связи.

Предпочтительно каждому устройству передачи данных соответствует один канал связи, причем в первом варианте выполнения каждому устройству передачи данных соответствует однозначный номер сегмента для логического разделения передачи данных, а во втором, альтернативном варианте выполнения каждому устройству передачи данных соответствует однозначный диапазон частот для передачи данных.

При варианте выполнения с однозначным диапазоном частот предпочтительно используется частотное мультиплексирование, при котором каждое устройство передачи данных передает свои данные на проводник в одном, жестко привязанном к нему диапазоне частот.

В случае варианта с однозначным номером сегмента для логического разделения сегментов контактных проводов каждому устройству передачи данных, например, соответствует однозначный ключ сетевого администратора (Ключ сетевого администратора). С помощью ключа сетевого администратора можно обеспечить деление шинной сети на независимые логические сети, а именно на сегменты контактных проводов.

В одном особенно надежном варианте выполнения шинной сети по меньшей мере одна подвижная часть системы через скользящие контакты подключена к первому и второму проводникам, и тем самым приемное устройство организовано таким образом, что имеется первый модем и второй модем, которые выполнены с возможностью сохранения первой линии связи с одним устройством передачи данных и создания второй линии связи с другим устройством передачи данных, и снятия первой линии связи после создания устойчивой второй линии связи. Чтобы при прохождении одной подвижной части системы от сегмента к сегменту контактных проводов не происходило прерывания связи, указанное приемное устройство со своими двумя модемами конфигурировано таким образом, что сохраняется линия связи через первый канал связи между первым модемом и первым устройством передачи данных в то время, пока строится вторая линия связи через второй модем со вторым устройством передачи данных другого сегмента сети контактных проводов. После того, как установлено это второе соединение, можно снять указанное первое соединение.

Предпочтительно указанная шинная сеть построена с устройствами передачи данных и по меньшей мере одним приемным устройством, которые работают по технологии Ethernet.

Посредством указанной выше шинной сети обеспечиваются следующие преимущества:

1) можно отказаться от использования решений, базирующихся на радиосвязи, так как при применении базирующихся на радиосвязи решений могут возникать перекрестные наводки между несколькими такими системами;

2) можно отказаться и от известного способа связи через щелевой полый провод, в частности, можно избежать возникновения различных типов проводимости вдоль шины (например, контактный провод для питания, а полый провод - для данных);

3) возможно удлинение сети контактных проводов от нескольких сотен метров до нескольких километров;

4) при новом способе связи можно обеспечить большее число участников в сети контактных проводов, предпочтительно 150-250 участников.

Указанная вначале техническая задача решается также посредством способа связи между неподвижными частями системы и подвижными частями системы, при котором множество сегментов контактных проводов располагаются друг за другом, причем в каждом сегменте контактных проводов через первый проводник и второй проводник для подвижных частей системы передаются данные и питающее напряжение, причем используются источники напряжения, чтобы подать питающее напряжение в соответствующие первый и второй проводники, причем используются устройства передачи данных, которые тоже подключены к этим первому и второму проводникам для передачи данных между неподвижной частью системы и подвижной частью системы, причем сегменты контактных проводов связываются друг с другом элементами связи, причем эти элементы связи передают данные, но блокируют подключенное питающее напряжение, причем каждому устройству передачи данных соответствует один диапазон приема, причем этот диапазон приема отображается на участок, который получается из длины сегмента контактных проводов плюс длина первого перекрытия и длина второго перекрытия, и при этом подключенное к соответствующему сегменту контактных проводов устройство передачи данных работает таким образом, что выдаваемый им уровень информационного сигнала настраивается на соответствующий диапазон приема так, что вследствие ослабления уровня, вызванного затуханием в линии вдоль проводников и элементов связи, этот уровень в приемном устройство подвижной части системы, находящийся вне данного диапазона приема, больше не распознается как действительный сигнал.

При этом предпочтительно между первым сегментом контактных проводов и вторым сегментом контактных проводов создается первая зона перекрытия, в которой выдаваемый первым устройством передачи данных первый уровень и выдаваемый вторым устройством передачи данных второй уровень в приемном устройстве подвижной части системы распознаются как соответствующие актуальные сигналы.

Предпочтительно для различения соответствующего актуального сигнала каждому устройству передачи данных соответствует один канал связи.

Кроме того, с одной стороны, каждому устройству передачи данных может соответствовать однозначный номер сегмента для логического разделения передачи данных или, с другой стороны, каждому устройству передачи данных может соответствовать однозначный диапазон частот для передачи данных.

Предпочтительно осуществлять указанный способ таким образом, чтобы, если по меньшей мере одна подвижная часть системы через скользящие контакты подключена к первому и второму проводникам, указанное приемное устройство приводилось в действие так, что внутри указанной зоны перекрытия первый модем и второй модем работают в таком режиме, что сначала поддерживается первая линия связи с одним устройством передачи данных и создается вторая линия связи с другим устройством передачи данных, и после установки устойчивой второй линии связи первая линия связи снимается.

Указанный способ связи между неподвижными частями системы и подвижными частями системы предпочтительно реализуется с помощью устройств передачи данных и по меньшей мере одного приемного устройства, которые работают по технологии Ethernet.

Для более детального пояснения данного изобретения на чертежах представлен пример его выполнения. На чертежах показано следующее:

Фиг. 1 - фрагмент проходящей продольно сети контактных проводов,

Фиг. 2 - сеть контактных проводов замкнутой овальной конфигурации с четырьмя сегментами сети контактных проводов, и

Фиг. 3 – линия изменения уровня сигнала, выдаваемого устройством передачи данных.

На Фиг. 1 представлен фрагмент сети 100 контактных проводов для связи между неподвижными частями 101 системы и подвижными частями 102 системы. Подвижная часть 102 системы выполнена, например, в виде транспортного средства, которое контактным проводом соединено с первым проводником 1 и вторым проводником 2 первого сегмента 10 контактных проводов и продвигается в направлении F движения.

Для перемещения транспортного средства через несколько сегментов в распоряжении имеются первая сеть 10 контактных проводов, вторая сеть 20 контактных проводов, третья сеть 30 контактных проводов и четвертая сеть 40 контактных проводов, причем каждый сегмент содержит первый проводник 1 и второй проводник 2, по которым могут передаваться данные связи и питающее напряжение для подвижных частей 102 системы.

К первому проводнику 1 и к второму проводнику 2 первого сегмента 10 контактных проводов для подачи питающего напряжения подключен первый источник напряжения 61, к первому проводнику 1 и к второму проводнику 2 второго сегмента 20 контактных проводов для подачи питающего напряжения на второй сегмент 20 контактных проводов подключен второй источник напряжения 62. Для передачи данных к первому сегменту 10 контактных проводов первое устройство 51 передачи данных подключено к соответствующим первому проводнику 1 и второму проводнику 2. Точно так же к второму сегменту 20 контактных проводов второе устройство 52 передачи данных подключено к первому проводнику 1 и второму проводнику 2 этого второго сегмента 20 контактных проводов. Первое устройство 51 передачи данных и второе устройство 52 передачи данных находятся в соединении с неподвижной частью 101 системы, которое выполнено, например, как система управления или центральный управляющий компьютер.

Первый сегмент 10 контактных проводов через первый элемент 11 связи связан со вторым сегментом 20 контактных проводов; для перехода от второго сегмента 20 контактных проводов на третий сегмент 30 контактных проводов второй сегмент 20 контактных проводов через второй элемент 21 связи связан с третьим сегментом 30 контактных проводов; для перехода от первого сегмента 10 контактных проводов на четвертый сегмент 40 контактных проводов они оба соединены через четвертый элемент 41 связи.

Первому устройству 51 передачи данных соответствует первый диапазон приема E1, причем первый диапазон приема E1 отображается на участок, который получается из первой длины l1 первого сегмента 10 контактных проводов плюс первая длина l l1₁ перекрытия и вторая длина l1₂ перекрытия. Первый диапазон приема E1 по существу отображается на первую длину l1 первого сегмента 10 контактных проводов, причем первый диапазон приема E1 специально рассчитывается так, чтобы он первой длиной l1₁ перекрытия заходил в четвертый сегмент 40 контактных проводов, а второй длиной l1₂ перекрытия, начинающегося от первого сегмента 10 контактных проводов, заходил во второй сегмент 20 контактных проводов.

Первое устройство 51 передачи данных при этом выполнено так, что выдаваемый им уровень информационного сигнала был настроен на первый диапазон приема E1 таким образом, чтобы вследствие ослабления уровня, вызываемого затуханием в линии вдоль проводников 1, 2 и четвертого элемента связи 41, соответственно, первого элемента связи 11, этот уровень в приемном устройстве 56 подвижной части 102 системы, которая находится вне первого диапазона приема E1, больше не может оцениваться как действительный сигнал. Или, отнесенный к оцениваемому актуальному сигналу, выдаваемый первым устройством 51 передачи данных уровень может приниматься не только на первом проводнике 1 и втором проводнике 2 через первую длину l1 сегмента, но еще может оцениваться и в зоне первой длины l1₁ перекрытия, которая заходит в четвертый сегмент 40 контактных проводов, соответственно, также и в зоне второй длины l1₂ перекрытия, которая заходит во второй сегмент 20 контактных проводов.

В соответствии с этим между первым сегментом 10 контактных проводов и вторым сегментом 20 контактных проводов получается первая зона UB1 перекрытия, в которой как выдаваемый первым устройством 51 передачи данных первый уровень, так и выдаваемый вторым устройством 52 передачи данных второй уровень в приемном устройстве 56 подвижной части 102 системы могут оцениваться как соответствующий действительный сигнал.

При этом следует учитывать, что второму сегменту 20 контактных проводов соответствует второй диапазон приема E2, который получается из второй длины l2 сегмента плюс относящаяся к нему первая длина l2₁ перекрытия и относящаяся к нему вторая длина l2₂ перекрытия.

Между вторым сегментом 20 и третьим сегментом 30 контактных проводов образована вторая зона UB2 перекрытия, которая получается за счет наложения второго диапазона приема E2 и третьего диапазона приема E3, относящегося к третьему сегменту 30 контактных проводов. Аналогично этому на границе между четвертым сегментом 40 контактных проводов и первым сегментом 10 контактных проводов получается четвертая зона UB4 перекрытия, которая получается за счет наложения четвертого диапазона приема E4 с первым диапазоном приема E1.

Указанная подвижная часть 102 системы и содержащееся в ней приемное устройство 56 (см. Фиг. 2) выполнены при этом таким образом, что она, когда она находится в первой зоне UB1 перекрытия, еще поддерживает первую линию связи с первым устройством 51 передачи данных и пытается установить вторую линию связи со вторым устройством 52 передачи данных, причем после успешного установления второй линии связи и при наличии устойчивой второй линии связи первая линия связи разрывается.

Установление и разрушение линии связи с различными устройствами передачи данных в различных диапазонах передачи данных следует рассматривать по аналогии.

На Фиг. 2 показано другое изображение сети 100 контактных проводов с ее четырьмя сегментами 10, 20, 30, 40 контактных проводов. Эти четыре сегмента 10, 20, 30, 40 контактных проводов подключены друг с другом в виде овала. На границах сегментов контактных проводов для их соединения друг с другом между ними включены первый элемент 11 связи, второй элемент 21 связи, третий элемент связи 31 и четвертый элемент 41 связи соответственно.

Каждому из устройств 51, 52, 53, 54 передачи данных соответствует один однозначный номер S1, S2, S3, S4 сегмента для логического разделения передачи данных.

Загрузка информационных сигналов через эти устройства передачи данных происходит согласно Фиг. 2 в нескольких местах транспортной системы, а именно примерно в середине первого сегмента 10 контактных проводов с первым устройством 51 передачи данных, примерно в середине второго сегмента 20 контактных проводов со вторым устройством 52 передачи данных, примерно в середине третьего сегмента 30 контактных проводов с третьим устройством 53 передачи данных и примерно в середине четвертого сегмента 40 контактных проводов с четвертым устройством 54 передачи данных. Благодаря этому для каждого устройства передачи данных и, соответственно, для каждого места загрузки данных получается один диапазон приема E1, E2, E3, E4, внутри которого возможна связь с указанной подвижной частью 102 системы. Поскольку эти диапазоны приема E1, E2, E3, E4 на своих границах перекрываются, то мобильный участник при продвижении в системе может последовательно регистрироваться в указанных отдельных диапазонах приема E1, E2, E3, E4.

Предпочтительно каждому устройству передачи данных соответствует один ключ сетевого администратора (NMK). Тем самым можно обеспечить деление сети 100 контактных проводов на независимые логические сети. Устройства 51, 52, 53, 54 передачи данных представляют собой при этом логические сети, каждая из которых использует один из отличающихся друг от друга ключей сетевого администратора.

Для обеспечения детерминированного характера передачи данных необходимо, чтобы каждый мобильный участник всегда был жестко связан с одним устройством передачи данных. Чтобы избежать коллизий между этими устройствами передачи данных, требуется также логическую сеть каждого устройства передачи данных отделять от логических сетей других устройств передачи данных таким образом, чтобы они могли одновременно и независимо друг от друга получать доступ к проводникам сегмента контактных проводов для передачи данных.

Для построения таких логических сетей можно использовать, например, стандарт HPAV. Он предусматривает, что для кодирования связи может предоставляться один ключ, так называемый ключ сетевого администратора (NMK). Благодаря этому взаимодействовать друг с другом могут только участники с одним и тем же NMK. Дополнительно к ключу NMK модемы посредством идентификаторов сети (NID) могут объединяться в сети.

За счет того, что метод HPAV использует частоты в диапазоне от 2 МГц до 30 МГц, информационные сигналы через элементы 11, 21, 31, 41 связи могут передаваться в определенных пределах от одного сегмента контактных проводов на другой сегмент контактных проводов. В соответствии с этим на верхних частотах используемого частотного диапазона может создаваться закритическая связь с соседними сегментами контактных проводов, а именно через места связи с соседним проводником. За счет этого механизма сверхкритической связи дальность уверенного приема отправленных сигналов не ограничивается, тем самым, непосредственно длиной l1 сегмента.

На Фиг. 3 представлена линия изменения уровня приема отправленного сигнала по мере удаления в метрах. Линия 4 изменения уровня четко показывает, что уровень снижается по мере увеличения длины сегмента. Максимальной длиной сегмента является, таким образом, такая длина, при которой линия 4 изменения уровня пересекает линию 3 предельно допустимого значения для минимального уровня.