专利名称：总线供电系统及方法
技术领域：
本发明涉及工业自动化领域，特别涉及一种总线供电系统及方法。
背景技术：
在工业控制领域，大量的现场设备需要供电。目前常规的供电方式是在需要供电的设备附近增加一个电源适配器。通过电源适配器完成对该现场设备的供电。这种供电方式虽然可以实现普通现场设备的供电，但也存在几点不足的地方。1、当现场设备较多时，增加了安装人员的工作量，增加了安装和维护的费用。2、现场设备的安装会受到电源位置的限制，缺少灵活性。3、当一供电电源出故障时，现场设备即无法正常工作，可靠性较低。
随着IEEE802.3af标准的颁布，提供了以太网总线供电的方法和标准。IEEE802.3af标准从一定程度上弥补了上述的常规供电方式的缺陷，然而IEEE802.3af标准是根据办公环境制定，对于低于30V的电压没有做出规定。鉴于自动化领域一般使用24V的电源网络，因此很多厂商自行生产了一些非标准的工业以太网供电设备，它们提供24V的工业级工作电源。另外，IEEE802.3af标准通过检测特征签名电阻的形式确保只给按IEEE802.3af标准的用电设备供电，而无法给传统用电设备供电。因此企业在进行技术升级的时候，只能将大量的传统用电设备淘汰，造成很大的浪费。因此在使用以太网供电技术的工业以太网控制网络中，如何兼容传统用电设备，继续为使用传统用电设备供电是一个急需解决的技术问题。
因此，在总线供电系统中，如何兼容传统用电设备，为传统用电设备供电是本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种总线供电系统，以解决现有工业以太网控制网络兼容传统用电设备，为传统用电设备供电的技术问题。
本发明的目的还提供一种总线供电方法，解决现有工业以太网控制网络中如何兼容传统用电设备，为传统用电设备供电的技术问题。
为解决上述问题，本发明公开一种总线供电系统，包括总线供电设备和以太网用电设备，该供电系统还包括，传统用电设备以及与所述传统用电设备相连的用于检测所述传统用电设备的电源适配器输出电压的冗余供电管理单元。
当冗余供电管理单元检测到传统用电设备的电源适配器输出电压在正常的工作范围时，总线供电设备作为冗余电源，不对传统用电设备供电；当冗余供电管理单元检测到所述电源适配器输出电压不在正常工作范围时，由总线供电设备对传统用电设备进行以太网供电。
所述冗余供电管理单元包括用于采样所述总线供电设备提供的电源电压的第一电压采样单元、用于采样所述电源适配器输出的电源电压的第二电压采样单元以及用于根据第一电压采样单元和第二电压采样单元电压值进行切换供电方式的切换单元。
所述切换单元为无扰动切换单元，具体包括电压比较器和三极管；通过所述比较器输出的高电平和低电平控制三极管的开启和关闭，实现供电方式的切换。
所述总线供电设备具体为供电交换机或集线器。
本发明还公开一种总线供电方法，包括以下步骤1)判断是否为传统用电设备，若是执行步骤2，否则由总线供电设备直接供电；2)检测传统用电设备的电源适配器的输出电压；3)判断所述电压值是否处于正常工作范围，若是执行步骤4，否则执行步骤5；4)电源适配器为所述传统用电设备供电，总线供电设备为冗余电源；5)切换总线供电设备为传统用电设备供电，执行步骤2。
所述步骤5采用无扰动切换方式进行切换。
所述步骤2通过冗余供电管理单元检测传统用电设备的电源适配器电压。
所述步骤3通过冗余供电管理单元判断所述电压值是否处于正常工作范围。
与背景技术相比，本发明的有益效果是由于本发明传统用电设备直接连接到总线供电设备上，并且本发明还增加了冗余供电管理单元，通过冗余供电管理单元对传统用电设备的电源适配器的输出电压进行采样，根据该采样电压值确定传统设备的供电方式。因此，本发明可以兼容传统用电设备，并根据需要为传统用电设备供电。
图1为本发明总线供电系统拓扑结构示意图；图2为本发明传统用电设备供电示意图；图3为本发明以太网用电设备供电示意图；图4为本发明冗余供电管理单元一种实施方式电路图；图5为本发明总线供电一种流程图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步说明。
本发明提供一种总线供电系统，解决现有工业以太网控制网络兼容传统用电设备，为传统用电设备供电的技术问题。
参见图1，该图为本发明总线供电系统拓扑结构示意。
本发明所述总线供电系统，包括总线供电设备1和以太网用电设备3，该供电系统还包括，传统用电设备2以及与所述传统用电设备2相连的用于检测所述传统用电设备2的电源适配器4输出电压的冗余供电管理单元5。
一个完整的以太网总线供电系统一般包括以太网供电设备和用电设备。本发明采用供电交换机或集线器作为总线供电设备1。传统用电设备2和以太网用电设备3都是用电设备。总线供电设备1通过以太网线缆与用电设备进行连接，进行信号传输的同时给用电设备提供工作电源。
本发明每个传统用电设备2都有一个相应的电源适配器4和冗余供电管理单元5。具体连接关系请参见图2和图3所示。
参见图2，该图为本发明传统用电设备供电示意图。
传统用电设备2可以选择从传统的电源适配器4获取工作电源，也可以选择从总线供电设备1的供电交换机或集线器获取工作电源。传统用电设备2供电方式的选择是通过冗余供电管理单元5实现的。
冗余供电管理单元5对输入的两路电源进行判断选择，具体过程如下所示当冗余供电管理单元5检测到传统用电设备2对应电源适配器4的输出电压在正常的工作范围时，由电源适配器4为传统用电设备2提供工作电源。此时，总线供电设备1作为冗余电源，不对传统用电设备2供电。
当冗余供电管理单元5检测到传统用电设备2对应电源适配器4的输出电压不在正常工作范围时，由总线供电设备1对传统用电设备2进行以太网供电。此时，该电源适配器4不对传统用电设备2供电。
当电源适配器4能够给传统用电设备2提供工作电源时，则冗余供电管理单元5就选择该电源适配器4给传统用电设备2供电。此时把总线供电设备1提供的电源做为冗余电源。在电源适配器4出现故障时，再通过冗余供电管理单元5切换到由总线供电设备1为传统用电设备2供电。这样，通过冗余供电管理单元5的检测判断，可以使以太网供电系统的网络中兼容传统用电设备2，并且也实现了以太网供电系统对传统用电设备2的冗余供电。
参见图3，该图为本发明以太网用电设备供电示意图。
以太网用电设备3可以直接从总线供电单元1上获取工作电源。这样就使得以太网用电设备3的安装不受电源位置的限制，大大提高了安装的灵活性，同时也节省的布线成本和降低了布线的复杂度。
当以太网用电设备3接入网络时，总线供电单元1的供电交换机或集线器检测到其不能从传统的电源适配器获取工作电源，因此供电交换机或集线器直接为其提供工作电源。
本发明以太网供电设备3还可以通过冗余供电管理单元5实现与总线供电设备1的连接。
为了进一步说明本发明冗余供电管理单元5是如何实现总线供电设备1和电源适配器4的供电方式的切换，下面结合图4具体说明冗余供电管理单元5切换供电方式的过程。
参见图4，该图为本发明冗余供电管理单元一种实施方式电路图。
本发明所述冗余供电管理单元5具体包括用于采样所述总线供电设备1提供的电源电压的第一电压采样单元51、用于采样所述电源适配器4输出的电源电压的第二电压采样单元52以及用于根据第一电压采样单元51和第二电压采样单元52电压值进行切换供电方式的切换单元。
所述切换单元为无扰动切换单元，具体包括电压比较器U1和三极管Q1。通过所述比较器U1输出的高电平和低电平控制三极管Q1的开启和关闭，从而实现了供电方式的切换。
本发明所述冗余供电管理单元5一种实施方式的具体电路设计包括两个特征采样单元即第一电压采样单元51和第二电压采样单元52，一个比较器U1和一个三极管Q1。两路电源分别通过特征采样单元进行采样，即第一电压采样单元51采样所述总线供电设备1提供的电源电压；第二电压采样单元52采样所述电源适配器4输出的电源电压。根据采样到的电压结果通过比较器控制三极管的导通和关断，实现总线供电系统的冗余供电管理功能。
总线供电设备1提供的电源为电源A；电源适配器4输出的电源为电源B。
冗余供电管理单元的具体工作情况电源A和电源B分别连接第一电压采样单元51和第二电压采样单元52，第一电压采样单元51和第二电压采样单元52将采样到的电源A和电源B的电压信号输送到比较器U1的输入两端，比较器U1的输出通过一个电阻R1后，连接到三极管Q1的基极。电源A的正极连接三极管Q1的发射极，三极管Q1的集电极连接电源输出端。电源B的正极通过一个二极管D1连接到电源输出端。当电源B的电压大于传统用电设备2的最低工作电压时，即认为电源B处于正常状态，比较器U1输出低电压，使三极管Q1截止，此时电源B为传统用电设备2的供电工作电源。由于电源A是来自总线供电设备1的具有供电功能的交换机或集线器，它一直维持传统用电设备2的工作电压，当电源B出现故障时，三极管Q1将立即导通，实现总线供电设备1对传统用电设备2的冗余供电。
当电源B的电压小于用电设备的最低工作电压时，即认为电源B处于不正常状态，比较器U1输出高电压，使三极管Q1导通，此时电源A为传统用电设备2供电工作电源，实现以太网总线供电。
对电源A和电源B的说明电源A为总线供电设备1提供的电源。具体为供电的交换机或集线器提供给连接到其上的用电设备提供的电源。
电源B为电源适配器4输出的电源。电源B是针对传统用电设备2，是指通过电源适配器4输出的电源。以太网用电设备3上无此电源。
本发明提供一种总线供电方法，解决现有工业以太网控制网络中如何兼容传统用电设备，为传统用电设备供电的技术问题。
由于本发明所述系统中传统用电设备直接连接到总线供电设备上，并且还增加了冗余供电管理单元，通过冗余供电管理单元对传统用电设备的电源适配器的输出电压进行采样，根据该采样电压值确定传统设备的供电方式。因此，本发明所述系统可以兼容传统用电设备，并根据需要为传统用电设备供电。
参见图5，该图为本发明总线供电一种流程图。
本发明所述总线供电方法，包括以下步骤S10、判断是否为传统用电设备，若是执行步骤S20，否则由总线供电设备直接供电。
当传统用电设备和以太网用电设备均连接到总线供电设备上时，需要判断用电设备是否为传统用电设备。当用电设备为以太网用电设备时，总线供电单元只需直接提供电源即可，不必进行其它的检测。当用电设备是传统用电设备时，就需要进行后续步骤地检测了。
S20、检测传统用电设备的电源适配器的输出电压。
检测传统用电设备的电源适配器的输出电压，具体是通过冗余供电管理单元检测的。
检测传统用电设备的供电情况，即通过冗余供电管理单元中的电压采样单元对传统用电设备的电源适配器输出电压进行采样，获取电源适配器输出电压的大小和稳定性等信息。
S30、判断所述电压值是否处于正常工作范围，若是执行步骤S40，否则执行步骤S50。
通过冗余供电管理单元判断检测到的传统用电设备的电源适配器的输出电压值是否处于正常工作范围。
判断传统用电设备的供电情况，当冗余供电管理单元检测到传统用电设备的电源适配器输出电压在正常的工作范围之内，执行步骤S40。当冗余供电管理单元检测到传统用电设备的供电情况出现问题时，即电源适配器输出电压不在正常工作范围之内时，执行步骤S50。
S40、电源适配器为所述传统用电设备供电，总线供电设备为冗余电源。
此时由电源适配器为所述传统用电设备供电。总线供电设备不对传统用电设备提供电源，而是作为冗余电源存在。
S50、切换总线供电设备为传统用电设备供电，执行步骤S20。
可以采用无扰动切换方式切换传统用电设备供电方式，由电源适配器供电方式切换到由总线供电设备为传统用电设备供电的供电方式。
无扰动切换到对传统用电设备进行以太网供电，即冗余供电管理单元通过其内部的比较器输出高电压开启三极管，将传统用电设备无扰动切换到以太网供电。
冗余供电管理单元还可以实时检测电源适配器的输出电压，当电源适配器的输出电压出于正常工作电压范围内时，通过冗余供电管理单元内部的比较器输出低电压关闭三极管，将传统用电设备的供电方式无扰动切换到电源适配器的供电方式。
由于本发明所述方法对传统用电设备的电源适配器的输出电压进行采样，根据该采样电压值是否出于正常供电范围，来确定传统设备的供电方式。因此，本发明所述方法可以使用传统用电设备，并根据需要为传统用电设备供电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种总线供电系统，包括总线供电设备和以太网用电设备，其特征在于，该供电系统还包括，传统用电设备以及与所述传统用电设备相连的用于检测所述传统用电设备的电源适配器输出电压的冗余供电管理单元。
2.根据权利要求1所述的总线供电系统，其特征在于，当冗余供电管理单元检测到传统用电设备的电源适配器输出电压在正常的工作范围时，总线供电设备作为冗余电源，不对传统用电设备供电；当冗余供电管理单元检测到所述电源适配器输出电压不在正常工作范围时，由总线供电设备对传统用电设备进行以太网供电。
3.根据权利要求1所述的总线供电系统，其特征在于，所述冗余供电管理单元包括用于采样所述总线供电设备提供的电源电压的第一电压采样单元、用于采样所述电源适配器输出的电源电压的第二电压采样单元以及用于根据第一电压采样单元和第二电压采样单元电压值进行切换供电方式的切换单元。
4.根据权利要求2所述的总线供电系统，其特征在于，所述切换单元为无扰动切换单元，具体包括电压比较器和三极管；通过所述比较器输出的高电平和低电平控制三极管的开启和关闭，实现供电方式的切换。
5.根据权利要求1所述的总线供电系统，其特征在于，所述总线供电设备具体为供电交换机或集线器。
6.一种总线供电方法，其特征在于，该方法包括1)判断是否为传统用电设备，若是执行步骤2，否则由总线供电设备直接供电；2)检测传统用电设备的电源适配器的输出电压；3)判断所述电压值是否处于正常工作范围，若是执行步骤4，否则执行步骤5；4)电源适配器为所述传统用电设备供电，总线供电设备为冗余电源；5)切换总线供电设备为传统用电设备供电，执行步骤2。
7.根据权利要求6所述的总线供电方法，其特征在于，所述步骤5采用无扰动切换方式进行切换。
8.根据权利要求6所述的总线供电方法，其特征在于，所述步骤2通过冗余供电管理单元检测传统用电设备的电源适配器电压。
9.根据权利要求8所述的总线供电方法，其特征在于，所述步骤3通过冗余供电管理单元判断所述电压值是否处于正常工作范围。
全文摘要
本发明公开了一种总线供电系统，包括总线供电设备和以太网用电设备，该供电系统还包括，传统用电设备以及与所述传统用电设备相连的用于检测所述传统用电设备的电源适配器输出电压的冗余供电管理单元。本发明提供一种总线供电系统和一种总线供电方法，用于解决现有工业以太网控制网络兼容传统用电设备，为传统用电设备供电的技术问题。
文档编号H04L12/10GK1933405SQ20061014094
公开日2007年3月21日 申请日期2006年10月17日 优先权日2006年10月17日
发明者冯冬芹, 褚健, 陈健, 金振都 申请人:中控科技集团有限公司, 浙江大学