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1、10申请公布号CN104145256A43申请公布日20141112CN104145256A21申请号201380012650122申请日2013022812170846520120605EP61/60666020120305USG06F13/40200601H04L25/0220060171申请人ABB技术有限公司地址瑞士苏黎世72发明人C赫克罗特H平德74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人易皎鹤汤春龙54发明名称EIA485总线系统中的冲突检测57摘要本发明关于智能电子设备（IED）的通信模块，其实现EIA485标准并且以智能硬件支持为特征，该智能硬件支持允许常规的基于软。
2、件的冲突检测功能独立于传输线上的消息源的位置来检测冲突。硬件支持启用“强信号驱动”模式以及“弱信号驱动”模式两者。在弱模式中，偏置或衰减或分压电阻器暂时插入传输器或电压源与传输线之间。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014090586PCT国际申请的申请数据PCT/EP2013/0540522013022887PCT国际申请的公布数据WO2013/131803EN2013091251INTCL权利要求书1页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页10申请公布号CN104145256ACN104145256A1/1页21一。
3、种促进根据EIA485操作的通信总线系统中的消息冲突检测的方法，其中信号传输器（10，20）连接到传输线（A，B）用于传输二进制信号（TX_D），所述二进制信号（TX_D）包括第一位、后跟第二位，所述方法包括将指示所述第一位的第一电压施加于所述传输线，在比第二位的持续时间更短的过渡期期间将指示所述第二位的第二电压施加于所述传输线，在所述过渡期之后的弱驱动期期间将指示所述第二位的第三电压经由偏置电阻器（RA，RB）施加于所述传输线，以及由连接到所述传输线的接收器（11）检测所述第三电压与来自干扰消息源的信号的叠加，所述干扰消息源连接到所述传输线。2如权利要求1所述的方法，包括在所述过渡期期间由第。
4、一传输器（11）将所述第二电压施加于所述传输线，在所述过渡期之后停用所述第一传输器，以及由第二传输器（20）施加所述第三电压。3如权利要求1所述的方法，其中所述过渡期短于五微秒，并且优选地短于两微秒。4一种对于根据EIA485操作的通信总线系统中的IED的通信模块，包括能连接到传输线（A，B）用于传输二进制信号（TX_D）的信号传输器（10，20），所述二进制信号（TX_D）包括第一位、后跟第二位，所述通信模块适于将指示所述第一位的第一电压，在比所述第二位的持续时间更短的过渡期期间，将指示所述第二位的第二电压，以及在所述过渡期之后的弱驱动期期间并且经由偏置电阻器（RA，RB），将指示所述第二位。
5、的第三电压施加于所述传输线。5如权利要求4所述的通信模块，包括第一传输器（10），用于在所述过渡期期间将所述第二电压施加于所述传输线，以及第二传输器（20），用于将所述第三电压施加于所述传输线。6一种具有多个智能电子设备IED的变电站自动化SA系统，其连接到站总线并且经由EIA485根据DNP30通信，其特征在于，所述IED包括如权利要求4或5所述的通信模块。权利要求书CN104145256A1/4页3EIA485总线系统中的冲突检测技术领域0001本发明涉及根据RS485的总线系统上的数据通信的领域，并且具体地涉及这样的系统中的消息冲突检测。背景技术0002EIA485（也称为RS485）标。
6、准限定平衡多点通信，其可以被不同类型的串行通信协议使用。EIA485关于接口的电特性并且未规定特定协议，它也未指特定连接器或冲突检测或冲突避免技术。根据EIA485的总线系统可包括多至32个（单位负载）设备并且总线的长度在115200位/S或更高的波特率的情况下可多至1200米。尽管EIA485规定为半双工（HD）传输，通信可以通过应用四线连接而变成全双工（FD）。0003冲突消息使每一个通信链路上的数据吞吐量明显减少。首先，至少两个消息在冲突中丢失。其次，大部分协议具有适当的重传技术，其可导致另外的冲突。理想地，冲突应使用例如具有冲突避免的载波感测多址（CSMA）等适合的冲突避免技术而避免。。
7、但甚至在具有良好的冲突避免度量的情况下，冲突仍可能出现并且应正确地被检测。0004在变电站自动化系统内，通常经由或通过EIA485使用的协议是DNP30，其允许从设备采用非协调的方式（叫作“DNP未经请求模式”）传输消息。在该情况下，必要地是识别冲突，因为如果需要发送高优先级事件消息，总线上的任何数据速率下降尤其是不可接受的。0005图1描绘具有连接到总线（其包括正线A和负线B）的EIA485收发器的典型HD设置。为了确保故障安全EIA485通信，分别在线A与VCC（例如，33或5伏）之间和线B与GND（接地）之间提供永久的上拉和下拉电阻器RA、RB，以便使数据线偏置到限定状态。终端电阻器RT。
8、可在总线端处使用来避免由高波特率和快转换速率引起的反射。0006图2描绘对于图1的收发器布线的典型定时图，其中1叫作符号并且0叫作间隔。只要在线路上没有业务（空闲状态），线路在连续传输符号或1。起始位是0（间隔）并且停止位再次是1（符号）。因此，在每一个字开始时将总是存在从符号到间隔的过渡。这样，接收器可以总是使它的时钟同步而不管数据内容如何。0007许多EIA485实现包括基于软件的冲突检测原理，其中传输数据TX_D（其例如由通用异步接收器/传输器（UART）提供）与由接收器在传输数据TX_D的传输期间记录的接收数据RX_D相比较。如果数据不相关，用信号表示冲突的出现。然而，这样的技术方案仅。
9、在冲突信号与传输信号充分叠加时是适合的。在具有超出几百米的长传输线和/或具有差质量的电缆的EIA485设置中，一个传输器可表现得比另一个更强。具体地，在两个传输器在总线的远端定位的情况下冲突可保持不被检测。0008图3描绘具有1000M总线长度并且包括两个相邻IED1和2以及远程IED32的EIA485总线系统的示范性设置。0009图4示出在图3的总线系统上传输的结果，其中IED1在接收，而IED2和IED32都在传输。显示的四个信号从上到下地包括来自IED2的传输信号（TX2_D）、从远程IED32说明书CN104145256A2/4页4传输的信号（TX32_D）、在IED1和IED2附近的。
10、总线上所得的叠加信号（VBUS）和在IED1内部RS485接收器处如通过区分而从VBUS获得的接收信号（RX1_D）。如从RX1_D显而易见的，TX32_D未强到足以明显影响VBUS。也就是说，TX2_D占主导地位并且用来自远程IED32的消息掩盖冲突。0010重要地是注意IED2和IED32中的EIA485收发器用相同的强度驱动它们的信号。然而，传输线的阻抗在信号能量从一个总线端行进到另一个时使来自IED32的信号能量减少。在到达IED1和IED2时，信号未强到足以充分与本地信号叠加。发明内容0011本发明的目标是促进在根据EIA485操作的通信总线系统中（特别在具有扩展的总线拓扑（其包括两。
11、个消息源之间超出几百米的传输线距离）的变电站自动化系统中）的消息冲突检测。该目标由促进消息冲突检测的方法和根据独立权利要求的通信模块实现。优选实施例从从属专利权利要求显而易见，其中权利要求从属性不应解释为排除另外的有意义的权利要求组合。0012根据本发明的方面，对于实现EIA485标准的智能电子设备（IED）的通信模块提供有智能硬件支持，其允许常规的基于软件的冲突检测功能独立于传输线上消息源的位置来检测冲突。硬件支持启用“强信号驱动”模式以及“弱信号驱动”模式两者。在弱模式中，EIA485偏置或衰减或分压电阻器暂时插入传输器或电压源与传输线之间。0013通过示例，例如任何起始位等有效位和任何间。
12、隔或0数据位采用强模式传输。在每个“符号”或1数据位开始时的过渡期期间，强模式同样被启用，在这之后传输模式通过激活偏置电阻器而变成弱模式。这最终允许检测由另一个传输器诱发的冲突。理想地，提出的冲突检测促进技术结合适合的冲突避免机制（例如CSMA）一起使用。0014具体地，根据EIA485操作的通信总线系统中的消息冲突检测（其中信号传输器连接到传输线中的两个线用于传输二进制信号，该二进制信号包括第一位（“间隔”）、后跟与该第一位不同的第二位（“符号”）包括以下步骤持续对应于第一位的持续时间的时段地将指示第一位或对第一位编码的第一电压施加于或提供给传输线，在比第二位的持续时间更短的过渡期期间将指示。
13、第二位的第二电压施加于传输线，在过渡期之后并且优选地持续第二位的持续时间的剩余部分地将同样指示第二位的第三电压施加于传输线，其中该第三电压可等于第二电压，并且其中偏置或衰减或分压电阻器在传输器或电压源（其提供第三电压）与传输线之间提供，以及由连接到传输线的接收器检测第三电压与来自远程干扰消息源的信号的叠加，即，在偏置电阻器与远程消息源之间的通信总线系统的位置处。0015在本发明的有利实施例中，第三电压由与施加第二电压的传输器不同的弱模式传输器施加于传输线。偏置电阻器永久地布置在弱模式传输器与传输线之间，并且从而不必切换或用别的方式激活/失效。0016在本发明的优选变化形式中，第二电压具有反向极。
14、性或相反符号的第一电压，并且过渡期的持续时间足以使在整个线路长度上传输线的极性反向。因此，过渡期大体上短于五微秒，特别地短于2微秒，并且典型地等于大约一微秒。说明书CN104145256A3/4页5附图说明0017本发明的主旨将在下列正文中参考在附图中图示的优选示范性实施例更加详细地说明，其中图1示意地示出常规EIA485HD设置；图2是对于图1中的收发器布线的定时图；图3描绘具有多至32个IED的EIA485总线系统；图4描记由图3的总线系统上的传输产生的四个信号；图5示意地示出具有两个RS485线路驱动器的EIA485实现；图6是对于图5中的收发器的定时图；以及图7描记由根据本发明的传输产。
15、生的四个信号。具体实施方式0018图5描绘根据本发明的示范性EIA485HD设置。两个优选相同的传输器或线路驱动器在该配置中使用。主传输器10相对于图1的配置保持不变，其中主传输器10的输出Y1连接到传输线的线A，并且输出Z1连接到线B。接收器11具有连接到线A的第一输入A1和连接到线B的第二输入B1。偏置传输器20与主传输器10并行地并且经由偏置电阻器RA、RB连接到传输线。具体地，偏置传输器20的输出Y2经由第一偏置电阻器RA连接到传输线的线A，而输出Z2经由偏置电阻器RB连接到线B。数据信号TX_D和BIAS_POL输入到两个RS485传输器10、20，其中主传输器的传输数据流TX_D优。
16、选地也用作偏置传输器BIAS_POL的输入。两个线路驱动器连接到专用可编程门阵列（FPGA或CPLD，未描绘），从而提供需要的控制信号TX_EN和BIAS_EN。0019偏置电阻器RA、RB的操作由传输器控制以在选择的“敏感”或“脆弱”期期间采用“弱模式”驱动传输线。弱驱动包括将传输器的驱动电压连续施加于偏置电阻器和传输线。因此，偏置电阻器处的电压降在幅度方面变得与在传输线的远程端处施加的非偏置驱动电压所经受的电压降相当。在偏置电阻器与远程传输器之间连接到传输线的接收器从而将能够检测由于冲突信号的叠加而引起的传输信号的衍生或减损。从而，在发送设备处检测到冲突信号并且可用信号表示冲突。0020图。
17、5中的阴影矩形指示对于没有专用偏置传输器20的单收发器变化形式中的偏置电阻器的备选位置。在该变化形式中，偏置电阻器插入第一传输器的输出Y1和Z1与连接到接收器输入的线A、B上的相应歧点（T点）之间。插入这样的备选位置中的偏置电阻器必须被绕过或用别的方式采用强驱动模式失效。0021图6描绘对于在图5中示出的收发器布线的示范性定时图。具体地，主线路驱动器的传输使能引脚TX_EN只要需要它用于传输“间隔”和用于使电压水平或极性从“间隔”转成“符号”就是有效的。一旦对应于“符号”的电压水平已经在整个总线中建立（在几微秒后大体上是这样的），主传输器10被停用。永久启用的偏置传输器20持续“符号”区间的剩。
18、余持续时间地弱驱动传输信号。大体上，RX1_D仅在从强变化到弱驱动模式时才明显减少。0022偏置驱动器的偏置使能引脚BIAS_EN从起始位直到最后的字符留下UART（“字节使能”）之后的某一预设时间都是有效的。偏置支持应在发送消息之后立即被停用以便不使说明书CN104145256A4/4页6具有多个“偏置支持器”的总线过载。0023偏置电阻器值的选择取决于传输线的类型，即电缆特征阻抗。因此，允许选择的值略微从标准120欧姆减损，但大体上被认为保持在100至150欧姆之间。0024图7示出图3的总线系统上修改的传输的结果，其中IED2和IED32两者都在传输。描绘的四个信号从上到下地包括从IED。
19、2（TX2_D）和从远程IED32（TX32_D）传输的信号、总线上或IED2处或接近IED2所得的叠加信号（VBUS）以及从前者得到的由IED2内部的接收器确定的接收信号（RX2_D）。由于IED2的偏置电阻器，从远程IED32传输的信号在IED2处具有值得注意的影响。例如，在指示由IED32传输的第一“符号”的结束的时间T2处，并且近似与由IED2传输的第二“符号”的中间一致，叠加信号VBUS显著下降，并且区分的接收信号回到低。因此，IED2可确定传输信号与接收信号之间的差异，并且推断已经出现冲突。0025为了完整性，注意时间标度对应于几微秒的位长和300的波特率。由于该原因，持续几微秒的初始强驱动部分在T1处仅导致叠加信号和接收信号中的窄尖峰。说明书CN104145256A1/4页7图1图2说明书附图CN104145256A2/4页8图3图4说明书附图CN104145256A3/4页9图5说明书附图CN104145256A4/4页10图6图7说明书附图CN104145256A10。