AT408822B

AT408822B - Ein- und/oder ausgabebaugruppe zur verwendung in einem steuerungssystem

Info

Publication number: AT408822B
Application number: AT134799A
Authority: AT
Original assignee: Keba Gmbh & Co
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2002-03-25
Also published as: DE10036237A1; ATA134799A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ein- und/oder Ausgabebaugruppe zur Verwendung in einem Steuerungssystem gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Ein- und/oder Ausgabebaugruppen bekannt, welche die Schnittstelle zwischen einer steuerungstechnischen Ebene mit datenverarbeitenden Komponenten und der Sensor- bzw. Aktorebene in einem elektrischen Steuerungssystem zur Automatisierung von technischen Prozessen darstellen. Diese Ein- und/oder Ausgabebaugruppen bzw. -module weisen also elektrische Einbzw. Ausgangsschnittstellen zur Verbindung mit den jeweiligen Sensoren bzw. Aktoren auf. Diese Schnittstellen sind üblicherweise durch Klemmleisten bzw. durch Kontaktstellen für elektrische Kabelverbindungen zu bestimmten Stellgliedern, Motoren oder Gebern bzw. Fühlern gebildet.

Es ist auch bekannt, mehrere Ein- und/oder Ausgabebaugruppen über Kabelverbindungen miteinander zu vernetzen und über das dabei gebildete Bussystem die einzelnen Ein- und/oder Ausgabemodule kommunikativ an eine übergeordnete Masterbaugruppe bzw. an eine Rechnereinheit anzubinden. Nachteilig ist dabei, dass dieses leitungsgebundene Bussystem einen komplexen Konfektionierungsaufbau bedingt und die erzielbaren Netto-Datenübertragungsraten durch das Erfordernis umfangreicher Kontrollmassnahmen für eine fehlersichere Datenübertragung relativ rasch an die oberen Grenzwerte stossen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerungssystem bzw. hierfür verwendbare Ein- und/oder Ausgabebaugruppen zu schaffen, welche in einfacher Art und Weise vernetzbar sind und welche mit üblichen Komponenten hohe Netto-Datenübertragungsraten ohne dem Erfordernis aufwendiger Massnahmen ermöglichen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird wird durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass durch die Übertragung der jeweiligen Ein- bzw. Ausgangsdaten zwischen den einzelnen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen mittels optischen Signalen eine relativ hohe Datenübertragungsrate von mehreren Megabit pro Sekunde (Mbit/s) erreicht werden kann, ohne dabei der Gefahr einer fehlerhaften Datenübertragung zu unterliegen. Einer der bedeutendsten Vorteile ist jedoch darin zu sehen, dass sich hinsichtlich der durch Richtlinien geforderten elektromagnetischen Verträglichkeit der Ein- und/oder Ausgabebaugruppen keinerlei Probleme ergeben, nachdem die hochfrequente Signalübertragung zwischen den einzelnen Baugruppen optisch erfolgt und daher keine elektromagnetischen Störfelder im Umgebungsbereich einer Eingabebaugruppe bzw. einer Ausgabebaugruppe entstehen können.

Mit einfachen Mitteln, wie z.B. Gehäusen oder einfachen Schirmungsmassnahmen, ist daher das vorgeschriebene elektromagnetische Verhalten hinsichtlich abgestrahlter elektromagnetischer Felder und auch hinsichtlich der Verträglichkeit von aussen auf die Eingabebaugruppe bzw. Ausgabebaugruppe einwirkender elektromagnetischer Störfelder problemlos erreichbar. Darüber hinaus wird durch den erfindungsgemässen Gegenstand sämtlicher Konfektionierungsaufwand für den Aufbau des Daten- bzw. Signalübertragungssystems zwischen einzelnen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen erübrigt. Dadurch kann in vorteilhafter Art und Weise die Montage- bzw. Aufbauzeit verkürzt werden und ist die Gefahr von fehlerhaften Busverbindungen - wie sie bei der Herstellung von manuellen Kabelverbindungen bei einer Unachtsamkeit des Monteurs immer wieder auftreten können - nahezu ausgeschlossen.

Durch die nahezu vollautomatische Herstellung der Busverbindung beim einfachen Aneinanderreihen bzw. Aufsetzen der jeweiligen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen auf einer entsprechenden Montageschiene muss auch ein Aufbau, ein Austausch oder eine Wartung des Steuerungssystems nicht unbedingt von Fachpersonal vorgenommen werden, sondern sind derartige Tätigkeiten auch von ungeschulten Personen, wie z. B. vom Bediener der jeweiligen Maschine, problemlos ausführbar. Nachdem jegliche Kabel- bzw. Leitungsverbindungen zwischen den einzelnen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen erübrigt werden, können herkömmliche Fehlerquellen, wie z.B. Kabel- oder Leitungsbrüche, oder sonstige Ursachen für eine mangelhafte Datenübertragung nicht mehr zu Schwierigkeiten führen.

Nicht zuletzt kann durch die Einsparung von Steckerbauteilen und Kabelverbindungen eine Reduzierung der Gesamtkosten des Steuerungssystem und der jeweiligen Eingabebaugruppen bzw. Ausgabebaugruppen erzielt werden.

Von Vorteil ist auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 2, da dadurch die optisch übertragenen Signale bzw. Daten mittels üblichen elektronischen Komponenten in einem sogenannten "elektrischen Zwischenkreis" verarbeitet bzw. verändert, ergänzt und wieder weitergeleitet werden können
Vorteilhaft ist dabei eine mögliche Ausgestaltung nach Anspruch 3, da dadurch die Dämpfung

der optischen Signale in Bezug auf die Übertragungsstrecke gering gehalten werden kann bzw. auch leistungsschwache, optische Signale zuverlässig übertragen werden können.

Von Vorteil ist auch eine Weiterbildung nach Anspruch 4, da dadurch eine definierte optische Empfangsschnittstelle und eine davon abgegrenzte, definierte Sendeschnittstelle geschaffen wird.

Durch die Ausführungen nach Anspruch 5 oder 6 wird in vorteilhafter Art und Weise ein separater Konfektionierungsaufwand für die Bildung einer Datenverbindung zu einer benachbarten, busfähigen Ein- und/oder Ausgabebaugruppe erübrigt.

Von Vorteil sind auch die in den Ansprüchen 7 bis 9 beschriebenen Ausgestaltungen, da dadurch die jeweiligen Kommunikationsschnittstellen vordefiniert sind und fehlergefährdete Einstellarbeiten entfallen bzw. fehlerhafte Aufbauten problemlos visuell entdeckt werden können
Vorteilhaft sind auch die in Anspruch 10 gekennzeichneten Ausführungen, da dadurch einerseits die geringstmögliche Dämpfung der optischen Signale erreicht bzw. ein mechanischer Schutz vor Staub und Flüssigkeiten bzw. Feuchtigkeit geschaffen wird.

Die Anwendung eines vorteilhaften Bus- bzw. Datenübertragungssystems ist durch die Ausgestaltung nach Anspruch 11 oder 12 ermöglicht.

Die Ausführung nach Anspruch 13 ermöglicht in vorteilhafter Art und Weise eine weitläufige Absetzung der Ein- und/oder Ausgabebaugruppe bzw. einer leitungslos vernetzten Einheit aus Einund/oder Ausgabebaugruppen von einer dezentral angeordneten Rechnereinheit. Zudem kann die kommunikative Verbindung über entsprechende Leitungen auch bei voneinander abgegrenzten oder zueinander relativbewegten Einheiten sichergestellt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 14 bis 17 beschrieben, da dadurch auch der Signalrückführungspfad des optischen I/O-Bussystems mit Ringstruktur ohne dem Erfordernis einer separaten Signalrückführungsleitung automatisch beim Aneinanderreihen der Ein- und/oder Ausgabebaugruppen aufgebaut wird.

Von Vorteil ist auch eine Ausgestaltung nach Anspruch 18, da dadurch eine Gruppe bzw. eine Einheit aus mehreren Ein- und/oder Ausgabebaugruppen weitläufig bzw. räumlich von einer übergeordneten Rechnereinheit oder CPU- bzw. Masterbaugruppe abgesetzt werden kann, ohne dass dadurch Übertragungsprobleme aufgrund der stark unterschiedlichen Übertragungsdistanzen auftreten. Weiters ist von Vorteil, dass der leitungslos aufgebaute Abschnitt des I/O-Bussystems problemlos mit zu diesem Teilbereich relativbeweglichen Rechnereinheiten oder Master- bzw. CPUBaugruppen, z.B. welche z. B. auf bewegten Maschinenteilen angeordnet sind, verbunden werden kann.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 19 kann der Verkabelungs- bzw. Verdatungsaufwand für die einzelnen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen zusätzlich verringert werden.

Zentrale Rechnereinheiten oder CPU- bzw. Masterbaugruppen und dazu dezentral angeordnete Ein- und/oder Ausgabebaugruppen, welche zur Überbrückung grösserer Distanzen leitungsgebunden verbunden sind und beim Vorliegen kürzerer Übertragungsdistanzen leitungslos gekoppelt sind, sind in den Ansprüchen 20 bis 23 beschrieben.

Optische Umlenkvorrichtungen bzw. den Lichtfluss umleitende Elemente können durch die Ausbildung nach Anspruch 24 in vorteilhafter Art und Weise erübrigt werden.

Eine verlustarme Übertragung der optischen Signale bzw. ein Einsatz relativ kostengünstiger, leistungsschwächerer Signalumformer wird durch die Ausbildung nach Anspruch 25 begünstigt.

Der Anfang des optischen Signalrückführungspfades im letzten der aneinandergereihten Einund/oder Ausgabebaugruppen kann durch die Ausgestaltung nach Anspruch 26 eingestellt werden.

Durch den weitgehend durchgängigen Signalrückführungspfad mit zumindest Teilstrecken überbrückenden Lichtleitelementen kann mit lediglich einem optischen Sendeelement mit relativ geringer Sendeleistung bzw. niedriger Intensität des optischen Signals eine relativ grosse Übertragungsdistanz zurückgelegt werden und kann somit das optische Sendeelement bzw. der elektrisch/ optische Signalwandler in der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe durch sämtliche vorgeordneten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen hindurchstrahlen.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 27 kann entweder ein manueller oder automatischer Busabschluss bzw. Aufbau des Signalrückführungspfades realisiert werden.

Schliesslich ist eine Ausgestaltung nach Anspruch 28 von Vorteil, da aufgrund der vergleichsweise verlustarmen Signalübertragung bzw. der relativ geringen Dämpfung mit niedrigen optischen Sendeleistungen grössere Distanzen ohne dem Erfordernis zwischengeschalteter Verstärkerstufen

überbrückt werden können.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:
Fig. 1 einen Systemüberblick eines möglichen Ausführungsbeispieles eines Steuerungssy- stems mit den erfindungsgemässen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen in vereinfach- ter, schematischer Darstellung;
Fig. 2 die Einheit aus mehreren Ein- und/oder Ausgabebaugruppen und ein diesen zugeord- netes Buskoppelmodul gemäss Fig. 1 in stark vereinfachter, schematischer Darstel- lung.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsbeispielen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäss auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäss auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemässe Lösungen darstellen.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform eines Steuerungssystems 1 zur Automatisierung von beliebigen technischen Prozessen gezeigt. Bevorzugt kann ein derartiges Steuerungssystem zur Steuerung und/oder Regelung der Abläufe von kunststoffverarbeitenden Maschinen, insbesondere von Spritzgussmaschinen bzw. deren Handling- bzw. Manipulationsvorrichtungen oder sonstigen Robotern, eingesetzt werden.

Diese Ausführungsform des Steuerungssystems 1 umfasst unter anderem eine Rechnereinheit 2, welche eine zentrale, datenverarbeitende Funktion übernimmt und mit den meisten Komponenten des Steuerungssystems 1 in kommunikativer Verbindung steht. Die Rechnereinheit 2 stellt also eine zentrale, zu den sonstigen Komponenten des Steuerungssystems 1 übergeordnete Einheit dar, welche teilweise Verwaltungs-, Steuerungs- und/oder Regelungsaufgaben erfüllt.

Die Rechnereinheit 2 ist gegebenenfalls durch einen standardisierten Industriecomputer 3 in Art eines Personalcomputers gebildet und umfasst auch eine optische bzw. graphische Anzeigeund Bedienvorrichtung 4 in Art eines berührungssensitiven Bildschirms bzw. eines sogenannten Touch-Screen 5.

Durch die Kombination des Touch-Screen 5 mit dem Industriecomputer 3 wird eine zentrale Managementeinheit für das Steuerungssystem 1 erzielt, welche eine komfortable und intuitive Verwaltung des Gesamtsystems ermöglicht.

Die Rechnereinheit 2 umfasst zudem eine Reihe weiterer Eingabevorrichtungen 6 und Ausgabevorrichtungen 7. Insbesondere können zur Dateneingabe in den Industriecomputer 3 eine Tastatur 8, eine Identifikationsvornchtung 9 bevorzugt in Art einer Lesevorrichtung, und zusätzliche Speichervornchtungen 10 in Form von CD- bzw. DVD-Laufwerken 11 und/oder in Art von Festplattenlaufwerken 12 vorgesehen sein.

Neben der optischen Ausgabevorrichtung 7 können auch akustische Ausgabevorrichtungen 7, wie z. B. Lautsprecher 13 oder Summer und graphische Ausgabevorrichtungen 7 in Form von Druckern 14 angeschlossen sein. Gegebenenfalls ist es auch möglich, die Rechnereinheit 2 bzw die Anzeige- und Bedienvorrichtung 4 in Form eines sogenannten Handterminals mobil auszuführen.

In einiger Entfernung zur Rechnereinheit 2 bzw. zur Anzeige- und Bedienvorrichtung 4 ist eine Schalteinheit 15 in Art eines Schalterpanel mit mehreren Schalt- und/oder Anzeigeorganen 16 vorgesehen. Die Schalt- und/oder Anzeigeorgane 16 können dabei durch Folientasten, Schalter und darin integrierte oder separat angeordnete optische Signalisierorgane, wie z. B. Leuchtdioden, gebildet sein.

Gegebenenfalls kann die stationäre Schalteinheit 15 auch durch eine mobile Bedien- und Anzeigeeinheit in Art eines sogenannten Handterminals gebildet sein.

Die Kommunikation zwischen der Schalteinheit 15 und einer CPU-Baugruppe, insbesondere der Rechnereinheit 2, erfolgt über ein auf optischen Signalen beruhendes Ein- und/oder Ausgabe-

bussystem, kurz )/0-Bussystem 17. Die )/0-Verbindung erfolgt dabei direkt von Baugruppe zu Baugruppe. Es können daher mehrere unabhängige I/O-Bussegmente existieren.

Das 1/0-Bussystem 17 dient zur Verbindung einer CPU-Baugruppe mit den nachfolgend noch näher beschriebenen, mit oder ohne eigener Prozessoreinheit ausgebildeten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen.

Über das eine optische Signalisierung verwendende 1/0-Bussystem 17 wird also ein Master/ Slave-Zugriff ausgeführt. Die mit dem optischen 1/0-Bussystem 17 erzielte Datenübertragungsrate beträgt dabei zwischen 10 Mbit/s bis 50 Mbit/s. Die Übertragungsdistanz beträgt je nach realisierter Datenübertragungsrate sowie je nach eingesetztem Lichtleitelement 18 zwischen den betreffenden Modulen bis zu 25 Meter bei Verwendung von Kunststofflichtwellenleitern und einer Datenübertragungsrate von 50 Mbit/s bzw. bis ca. 300 Meter bei Verwendung von Glasfaserkabeln und einer max. Datenübertragungsrate von 50 Mbit/s.

Die serielle Kommunikation zwischen einer Master- bzw. CPU-Baugruppe 19 mit eigener Prozessoreinheit und einer 1/0-Baugruppe (Ein- und/oder Ausgabebaugruppe) erfolgt also seriell über Lichtleitelemente 18 in Art von Lichtleitern bzw. Glasfaserkabeln.

Im Gegensatz dazu erfolgt die Kommunikation zwischen einzelnen Master- bzw. CPU-Baugruppen 19 untereinander, zu welcher auch die Rechnereinheit 2 bzw. der dementsprechende Bedienfeldrechner zählt, über einen standardisierten, seriellen Multimaster-Systembus 20. Dieser leitungsgebundene Multimaster-Systembus 20 ist dabei durch ein leitungsgebundenes Bussystem mit elektrischer Signalübertragung, z. B. durch eine standardisierte Ethernet- oder Firewire-Verbindung, gebildet. Die Multimaster-Kommunikation zwischen den Master- bzw. CPU-Baugruppen 19 erfolgt also leitungsgebunden und mittels elektrischer Signale über den Multimaster-Systembus 20.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass die Kommunikation zwischen den Master- bzw. CPUBaugruppen 19 ebenso über das optische 1/0-Bussystem 17 erfolgt. In diesem Fall ist dann eine CPU der Master. Alle anderen CPU's im System sind dann Slaves und könnte in diesem Fall der elektrische Multimaster-Systembus 20 gänzlich entfallen.

Die dezentral zur Rechnereinheit 2 bzw. zum Bedienfeldrechner angeordneten Master- bzw.

CPU-Baugruppen 19 sind grundsätzlich selbständige Rechen- bzw. Regeleinheiten mit eigenem Rechnerkem und können beispielsweise Teilaufgaben im Steuerungssystem 1 übernehmen. Zu diesen Teilaufgaben zählen unter anderem die Steuerung von Handlingachsen, Farbmischeinrichtungen, hydraulischen Schliessvorrichtungen, Heizvorrichtungen und dgl. Die Master- bzw. CPUBaugruppen 19 sind also Baugruppen mit eigener CPU die Steuerungs- und Regelungsapplikationen direkt abarbeiten. Dies sind vor allem schnelle Regelungsaufgaben oder Spezialfunktionen.

Der Multimaster-Systembus 20 dient unter anderem zum Austausch des Prozessabbildes zwischen der Rechnereinheit 2 und den Master- bzw. CPU-Baugruppen 19. Parallel zu den zeitkritischen Daten erfolgt über den Multimaster-Systembus 20 auch der Transport von Debug-Daten.

Ist eine Ethernet-Verbindung als Multimaster-Systembus 20 eingesetzt, so wird als Protokoll für den Datenaustausch TCP/IP eingesetzt. Die entsprechenden Hard- und Softwarekomponenten des Ethernet-Bussystems sind weit verbreitet und sind einfach mit der Rechnereinheit 2 bzw. dem Industriecomputer 3 zu koppeln.

Wird eine Firewire-Verbindung als Multimaster-Systembus 20 eingesetzt, so können auch grö- &num;ere Entfernungen bis zu 100 Meter durch Einsatz von Lichtleitertechnologie problemlos uberbrückt werden.

Durch den Multimaster-Systembus 20 zwischen den Master- bzw. CPU-Baugruppen 19 und durch das 1/0-Bussystem 17 zwischen Master- bzw. CPU-Baugruppen 19 und 1/0-Baugruppen 22 besteht die Möglichkeit einer Dezentralisierung einzelner Baugruppen des Steuerungssystems 1. Im 1/0-Bussystem 17 erfolgt die Dezentralisierung über ein Buskoppelmodul 21. Dadurch entstehen einzelne I/O-Baugruppeninseln, welche über das 1/0-Bussystem 17 mit einer Master- bzw.

CPU-Baugruppe 19, beispielsweise mit der Schalteinheit 15 oder der Rechnereinheit 2, verbunden sind.

Das Buskoppelmodul 21 dient zum Ein- und Auskoppeln des leitungsgebundenen Teils des I/O-Bussystems 17 an den leitungslos aufgebauten Teil des I/O-Bussystems 17 mit den I/OModulen bzw. den aneinandergereihten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22.

Die einzelnen, eigenständig aufgebauten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 dienen dabei der Einbindung von Aktoren bzw. Sensoren in das Steuerungssystem 1.

Diese Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 sind jeweils separat auf eine Montageschiene 23 aufschnappbar und stellen die Ein- bzw. Ausgänge des Steuerungssystems 1 dar.

Die Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 weisen also elektrische Schnittstellen 24 zur Anbindung von Aktoren bzw. Sensoren im Bereich der zu steuernden Maschine auf.

Bevorzugt weist eine einzelne Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 ausschliesslich entweder nur Eingänge zur Anbindung von Sensoren oder nur Ausgänge zur Ansteuerung von Aktoren auf.

Die Eingänge können dabei als digitale Eingänge oder als analoge Signaleingänge ausgeführt sein. Ebenso können die Ausgänge einer Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 durch analoge Signalausgänge bzw. durch digitale Schaltausgänge gebildet sein.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die mittlere Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 durch ein mehrfaches, insbesondere 32-faches, Digitaleingangsmodul gebildet. Die zur rechten Seite benachbarte Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 ist durch ein mehrfaches, insbesondere 32-faches, Digitalausgangsmodul gebildet.

Die dem Buskoppelmodul 21 nächstliegende Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 ist beispielsweise durch ein Temperaturmessmodul gebildet, welches den Anschluss verschiedener Typen von Temperaturfühlern ermöglicht. Dieses Temperaturmessmodul ist also ein Einheit zur Aufnahme von Temperaturwerten verschiedener Fühlertypen. Dieses Temperaturmessmodul wird beispielsweise zur Aufnahme der Messwerte von Temperatursensoren an Heizeinrichtungen von kunststoffverarbeitenden Maschinen mit mehreren Heizzonen eingesetzt.

Neben den beschrieben Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 können auch Baugruppen bzw.

Module zur Anschaltung von Druckaufnehmern vorgesehen sein.

Die Versorgung der Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 und des zugeordneten Buskoppelmoduls 21 mit elektrischer Energie erfolgt wie an sich bekannt über zumindest eine Stromschiene 25 auf der Montageschiene 23. Die Einspeisung der elektrischen Energie in die Stromschiene 25 erfolgt bevorzugt über das Buskoppelmodul 21, welches zur Versorgung dessen CPU ohnedies eine Spannungsversorgungseinheit bzw. ein Netzteil aufweist.

Bei der Montage bzw. beim Aufschnappen der Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 auf die Montageschiene 23 wird gleichzeitig die elektrische Kontaktierung mit der Stromschiene 25, von welcher die Speisung der Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 mit elektrischer Energie erfolgt, hergestellt. Die elektrische Energie für die Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 wird dabei primär zur Versorgung der elektrischen Funktionskomponenten benötigt sowie zum Betreiben von optischen Anzeigeelementen an den Schnittstellen 24 zur Visualisierung der jeweiligen Ein- bzw.

Ausgangszustände und gegebenenfalls zur Versorgung von Sensoren oder Aktoren eingesetzt.

Einzelne Master- bzw. CPU-Baugruppen 19 sind ebenso auf der Montageschiene 23 aufschnappbar und können ebenso über die Stromschiene 25 mit elektrischer Energie versorgt werden bzw. elektrische Energie in die Stromschiene 25 einspeisen.

In Fig. 2 ist ein Ausschnitt von Fig. 1 in vergrössertem Massstab stark schematisiert dargestellt
Dabei sind mehrere Ein- und/oder Ausgangsbaugruppen 22 zeilenartig aneinandergereiht bzw. auf der Montageschiene 23 angeordnet. Ebenso ist das Buskoppelmodul 21 am Beginn der zeilenartig aneinandergereihten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 auf der Montageschiene 23 plaziert.

Die Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 weisen jeweils ein eigenes kassettenartiges Aufnahmegehäuse 26 auf. Diese kassettenartigen Aufnahmegehäuse 26 sind zumindest durch eine Grundschale 27 und ein damit korrespondierendes Deckelelement 28 gebildet. In einer Frontwand 29 des Aufnahmegehäuses 26 sind die Schnittstellen 24 zur Herstellung einer wahlweise lösbaren Verbindung zu den Sensoren und/oder zu den Aktoren im Steuerungssystem 1 vorgesehen. Diese Schnittstellen 24 an den Frontwänden 29 der Aufnahmegehäuse 26 können durch Steckerteile oder elektrische Klemmstellen gebildet sein.

Die Aufnahmegehäuse 26 besitzen an der Hinterseite eine Schnappvorrichtung, über welche diese mit der Montageschiene 23 bzw. mit der Rückwand eines Schaltschrankes verbunden werden können.

Wie schematisch dargestellt, können an der Frontwand 29 auch Statusanzeigen 30, beispielsweise in Form von Leuchtdioden, zur Visualisierung der jeweiligen Eingangs- bzw. Ausgangszustände an der Schnittstelle 24 vorgesehen sein.

Im Innenraum der Aufnahmegehäuse 26 ist wenigstens eine Printplatte 31 zur Halterung und

elektrischen Verbindung mehrerer elektronischer bzw. elektrischer Bauteile 32 angeordnet.

Zusätzlich zur elektrischen Schnittstelle 24 zu den Sensoren bzw. Aktoren umfasst jede Einund/oder Ausgabebaugruppe 22 wenigstens eine optische Kommunikationsschnittstelle 33,34 zur leitungsungebundenen bzw. leitungslosen Kommunikation mit wenigstens einer benachbart angeordneten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22. Insbesondere umfasst eine Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 eine optische Kommunikationsschnittstelle 33 für den Empfang von optischen Signalen 35 und zudem eine optische Kommunikationsschnittstelle 34 zur Aussendung von optischen Signalen 36.

Diese beiden optischen Kommunikationsschnittstellen 33,34 sind an gegenüberliegen Seitenbereichen, insbesondere an gegenüberliegenden Seitenwänden 37,38 des Aufnahmegehäuse 26 vorgesehen.

Diese optischen Kommunikationsschnittstellen 33,34 sind Schnittstellen bzw. "Knotenpunkte" zum optischen 110-Bussystem 17, welches sich zwischen den einzelnen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22, dem Buskoppelmodul 21 und dezentralen Master- bzw. CPU-Baugruppen 19, wie z.B. der Recheneinheit 2 oder der Schalteinheit 15, erstreckt.

Das Buskoppelmodul 21 im 1/0-Bussystem 17 hat dabei grundlegend die Aufgabe, die relativ weitläufig von den Master- bzw. CPU-Baugruppen 19 bzw. von der Schalteinheit 15 abgesetzten Einheiten aus mehreren Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22, welche daher auch als I/O-Modulinseln bezeichnet werden können, an die nächste Master- bzw. CPU-Baugruppe 19 zu koppeln. Insbesondere muss der Buskoppler 21 im I/O-Bussystem 17 die relativ weitläufige Übertragungsdistanz zur nächsten Master- bzw. CPU-Baugruppe 19 oder zur Schalteinheit 15 und die relativ geringe Übertragungsdistanz zur benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 bzw. an die relativ geringen Distanzen zwischen zwei Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 ausgleichen bzw. entsprechende Anpassungen vornehmen.

Eine grundsätzliche Veränderung des Busprotokolls oder eine Veränderung der Daten am I/O-Bussystem 17 wird durch den Buskoppler 21 aber nicht vorgenommen.

Der Buskoppler 21 kann daher auch als Umsetzer bzw. Konverter vom leitungsgebunden Teil des I/O-Bussystem 17 zum leitungsungebundenen bzw. kabellosen Teil des 1/0-Bussystems 17 und umgekehrt bezeichnet werden. Der Buskoppler 21 setzt also die leitungsgebunden über das I/O-Bussystem 17 empfangenen optischen Signale für die kabellose Übertragung bis zur nächsten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 um und übergibt ein entsprechend umgeformtes, optisches Signal 35 an die nachfolgende Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22. Gleichermassen wird ein vom Buskoppler 21 leitungslos empfangenes optisches Signal 40, welches von der benachbarten Einund/oder Ausgabebaugruppe 22 empfangbar ist, im Buskoppler 21 umgesetzt und als entsprechendes optisches Signal 41 für eine leitungsgebunde Übertragung über das I/O-Bussystem 17 zur Schalteinheit 15 bzw. zur Master- bzw.

CPU-Baugruppe 19 konditioniert.

Selbstverständlich ist es auch möglich, mittels elektronischen Speicherelementen im Buskoppler 21 eine Zwischenspeicherung der den jeweiligen Signalen 35, 39, 40, 41 entsprechenden Daten vorzunehmen und insbesondere im leitungsgebundenen Teil des I/O-Bussystems 17 eine andere Datenübertragungsrate und/oder ein anderes Busprotokoll zu wählen als im kabellosen bzw. leitungsungebundenen Teil des I/O-Bussystems 17 zwischen dem Buskoppler 21 und den Einund/oder Ausgabebaugruppen 22. Sofern im Buskoppler 21 eine Veränderung der Zeitabläufe bzw. des Busprotokolls erfolgt, so ist die Datenübertragungsrate im leitungsgebundenen Teil des I/OBussystem 17 üblicherweise höher als im leitungsungebundenen Teil des 1/0-Bussystems 17 zwischen den benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22.

Die primäre Aufgabe des Buskopplers 21 ist jedoch die fehlersichere Überleitung der optischen Signale 35, 39; 40,41 vom leitungsgebundenen Teil des I/O-Bussystems 17 zum leitungslosen Teil des I/O-Bussystems 17 und umgekehrt.

Der leitungsgebundene Teil des optischen I/O-Bussystems 17 umfasst wenigstens zwei Lichtwellenleiter 42,43, welche jeweils als eigenständiges Kabel ausgeführt, oder aber auch als Lichtleitadern in einem gemeinsamen Kabel zusammengeführt sein können.

Ist der leitungsgebundene Teil des 1/0-Bussystems 17 mit elektrischer Signalisierung realisiert - wie dies durch ein in strichlierten Linien dargestelltes Kabel 44 veranschaulicht ist - so erfolgt durch den Buskoppler 21 eine Umsetzung der elektrischen Signale in entsprechende optische Signale zur nachfolgenden Übertragung im leitungsungebundenen Teil des I/O-Bussystems 17.

Gleichermassen erfolgt in diesem Fall die Umsetzung der empfangenen optischen Signale 40 in entsprechende elektrische Signale für eine Übertragung über das Kabel 40.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Punktion des Buskoppelmoduls 21 in eine Einund/oder Ausgabebaugruppe 22 zu implementieren, sodass das Buskoppelmodul 21 als eigenständige Baugruppe entfallen kann. In diesem Fall schliessen die Lichtwellenleiter 42,43 bzw. wenigstens ein Kabel 44 für den leitungsgebundenen Teil des I/O-Bussystems 17 direkt an der ersten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 der entsprechenden I/O-Modulinsel an.

Zum Aufbau des optischen I/O-Bussystems 17 mit Punkt-zu-Punkt Verbindungen zwischen den einzelnen Busteilnehmern weist das Buskoppelmodul 21 einerseits einen optisch/elektrischen Signalwandler 45 auf, welcher mit dem Lichtwellenleiter 42 in Wirkverbindung steht, mittels welchem die optischen Signale 39 zugeführt werden. Zudem umfasst der Buskoppler 21 einen elektrisch/optischen Signalwandler 46, mit welchem optische Signale 41 in den vom Buskoppler 21 abgehenden bzw. in den zu einer Master- bzw. CPU-Baugruppe 19 rückführenden Lichtwellenleiter 43 emittiert werden.

Leitungsgebunden empfangene optischen Signale 39 werden dabei im Buskoppler 21 mittels dem Signalwandler 45 zu entsprechenden elektrischen Signalen konvertiert und mittels einem weiteren elektrisch/optischen Signalwandler 47 in ein geeignetes optisches Signal 35 umgeformt, welches über eine optische Schnittstelle 48 des Buskoppelmoduls 21 und eine gegebenenfalls vorhandene Luftübertragungsstrecke 49 kabellos zur benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 weitergeleitet wird. Insbesondere kommuniziert der Buskoppler 21 über seine optische Schnittstelle 48 leitungs- bzw. kabellos mit der zugeordneten optischen Kommunikationsschnittstelle 33 der benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22.

Für den dargestellten Fall des Aufbaus eines I/O-Bussystems 17 mit Ringstruktur weist der Buskoppler 21 zudem eine weitere optische Schnittstelle 50 und einen dieser zugeordneten optisch/elektrischen Signalwandler 51 zum Empfangen eines von der benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 ausgesandten optischen Signals 40 auf. Dieses über die optische Schnittstelle 50 empfangene optische Signal 40 wird dabei mittels dem Signalwandler 51 in ein entsprechendes elektrisches Signal umgeformt und nachfolgend mittels dem zugeteilten elektrisch/ optischen Signalwandler 46 als optisches Signal 41 über den Lichtwellenleiter 43 an eine Master- bzw.

CPU-Baugruppe 19 weitergeleitet.

Ebenso umfasst jede Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 den beiden optischen Kommunikationsschnittstellen 33,34 zugeordnete Signalwandler 52,53. Dabei ist der optisch/elektrische Signalwandler 52 der Kommunikationsschnittstelle 33 zum Empfangen der optischen Signale 35 zugeordnet und der elektrisch/optische Signalwandler 53 der Kommunikationsschnittstelle 34 zur Aussendung optischer Signale 36 zugeordnet.

Die elektrischen Zwischenkreise zwischen den Signalwandlern 52,53 werden zur Auswertung oder Bearbeitung der Signale bzw. Daten am I/O-Bussystem 17 genutzt. Insbesondere werden die für die jeweilige Ein- und/oder Ausgangsbaugruppe 22 bestimmten Daten im Signalfluss ausgewertet und für den Fall von zutreffenden bzw. zugehörigen Ausgabedaten in entsprechender Form über die Schnittstellen 24 an die jeweiligen Ausgänge gelegt bzw. an die jeweiligen Aktoren weitergeleitet.

Gleichermassen werden die elektrischen Zwischenkreise in den Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 dazu benutzt, Eingangsdaten von den Schnittstellen 24 in den Datenstrom des I/OBussystems 17 einzugliedern und über den elektrisch/optischen Signalwandler 53 bzw. über die entsprechende optische Kommunikationsschnittstelle 34 an die nachfolgende Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 weiterzuleiten.

In den elektrischen Zwischenkreisen werden also auf dem I/O-Bus übertragene Daten ausgelesen bzw. werden Eingangsdaten einer Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 auf das optische I/OBussystem 17 gelegt und in optischer Form an nachfolgende Baugruppen weitergegeben.

Zur Erzielung des "Ringschlusses" im dargestellten optischen I/O-Bussystem 17 mit Ringstruktur ist ein optischer Signalrückführungspfad 54 vorgesehen. Hierfür ist in jeder Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 wenigstens ein Lichtleitelement 55,56 vorgesehen, welches sich im wesentlichen über die gesamte Breite des Aufnahmegehäuses 26 zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden 37,38 erstreckt. Bevorzugt sind aber je Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 zwei aneinandergereihte, im wesentlichen lückenlos aufeinanderfolgende Lichtleitelemente 55,56

vorgesehen, deren voneinander abgewandte Endbereiche eine Lichteintrittsstelle 57 und eine Lichtaustrittsstelle 58 bilden. Die Lichteintrittsstelle 57 und die Lichtaustrittsstelle 58 sind dabei den gegenüberliegenden Seitenwänden 37,38 des Aufnahmegehäuses 26 zugeordnet.

Die aneinandergereihten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 mit den die Aufnahmegehäuse 26 durchsetzenden Lichtleitelementen 55,56 können somit den optischen Signalrückführungspfad 54 von der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 zum Buskoppler 21 ausbilden.

Die Position wenigstens eines Lichtleitelementes 55,56, insbesondere des Lichtleitelementes 56 ist dabei von einem weiteren, dem optischen Signalrückführungspfad 54 zuordenbaren elektrisch/optischen Signalwandler 59 einnehmbar. Insbesondere ist die lichtemittierende Fläche des optischen Signalwandlers 59 der Lichteintrittsfläche des Lichtleitelementes 55 zuordenbar. Speziell bei der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 der I/O-Modulinsel wird das Lichtleitelement 56 durch den elektrisch/optischen Signalwandler 59 ersetzt, sodass der Signalwandler 59 ein entsprechendes optisches Rückführungssignal 60 in das Lichtleitelement 55 einleiten kann.

Durch die einheitliche Orientierung bzw. exakte Ausrichtung sämtlicher Lichtleitelemente 55,56 in den einzelnen Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 wird ein durchgängiger optischer Signalrückführungspfad 54 geschaffen, welcher sich über sämtliche Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 erstreckt. Dadurch kann das optische Rückführungssignal 60 von der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 durch sämtliche vorgeordneten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 hindurchstrahlen und kann dann als optisches Signal 40 vom Buskoppler 21 aufgenommen werden.

Eine Ein- und Ausrückmöglichkeit des Signalwandlers 59 in den Signalrückführungspfad 54 ist bevorzugt in jeder Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 gegeben. Der Signalwandler 59 wird jedoch nur in der letzten bzw. in jener Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 welche vom Buskoppler am weitesten entfernt ist, in die lichtübertragende Stellung versetzt.

Der elektrisch/optische Signalwandler 59, welcher dem Signalrückführungspfad 54 zugeordnet ist, ist also von einer Ruhestellung 61 in eine Arbeitsstellung 62 und umgekehrt versetzbar. In der Ruhestellung 61 des Signalwandlers 59 bilden dabei die Lichtleitelemente 55,56 eine durchgängige Lichtleitstrecke über die gesamte Breite des Aufnahmegehäuses 26. In der Arbeitsstellung 62 des Signalwandlers 59 sind die Längsmittelachsen der beiden Lichtleitelemente 55,56 versetzt zueinander angeordnet und kann der Signalwandler 59 das optische Rückführungssignal 60 direkt in das Lichtleitelement 55 einstrahlen.

Über eine Verstellvorrichtung 63 besteht also die Möglichkeit, die Position des Signalwandlers 59 mit der Position wenigstens eines Lichtleitelementes 56 zu wechseln. Für die Verstellvorrichtung 63 können dabei sämtliche aus dem Stand der Technik bekannte Verstellmechaniken zur Erzielung rotatorischer oder translatorischer Verstellbewegungen vorgesehen sein.

Der Aufbau des Signalrückführungspfades 54 in der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 durch Betätigen der Verstellvorrichtung 63 kann dabei manuell oder aber auch automatisch beim Aufschnappen des letzten Aufnahmegehäuses 26 auf der Montageschiene 23 erfolgen. Die manuelle Umschaltung der Verstellvorrichtung 63 erfolgt dabei bevorzugt werkzeuglos oder aber auch mit einem Standardwerkzeug, wie z. B. einem Schraubenzieher.

Für eine automatische Umschaltung der Verstellvorrichtung 63 in die Arbeitsstellung 62 des Signalwandlers 59 können aus dem Stand der Technik bekannte kinematische Systeme zur Koppelung von Aufschnapp- und Verstellbewegung eingesetzt werden.

In der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 wird der Signalfluss im optischen I/O-Bussystem 17 quasi umgeleitet und über den Signalrückführungspfad 54 an den Buskoppler 21 bzw. an die diesem zugeordnetem Master- bzw. CPU-Baugruppe 19 zurückgeleitet.

Sofern die letzte Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 eine Baugruppe für die Aufnahme von Sensordaten ist, so werden im elektrischen Zwischenkreis dieser Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 diese Daten in entsprechender Form eingegliedert und in optischer Form auf das I/O-Bus- system 17 gelegt. Die optische Kommunikationsschnittstelle 34 bzw. der dementsprechende elektrisch/optischer Signalwandler 53 kann dabei in der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 manuell oder auch automatisch beim Betätigen der Verstellvorrichtung 63 inaktiv geschaltet werden.

Anstelle des in den Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 integrierten, optischen Signalrückführungspfades 54 ist es auch möglich, ausgehend von der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 eine Leitungsverbindung zum Buskoppler 21 bzw. direkt zur zugehörigen CPU- bzw.

Masterbaugruppe 19 aufzubauen.

Weiters wird festgehalten, dass die Darstellung gemäss Fig. 2 zur Verdeutlichung des erfindungsgemässen Aufbaus unproportional und stark vereinfacht dargestellt ist. So beträgt z. B. der Abstand bzw. der Freiraum zwischen benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 bzw. der Abstand zum Buskoppelmodul 21 nur wenige Zehntel Millimeter bis einige Millimeter. Insbesondere können die optischen Kommunikationsschnittstellen 33,34 und/oder die Lichteintritts- und Lichtaustrittsstellen 57,58 an den Aufnahmegehäusen 26 lückenlos aneinandergereiht sein.

Bevorzugt wird die Luftübertragungsstrecke 49 zwischen den optischen Kommunikationsschnittstellen 33,34 bzw. zwischen den optischen Schnittstellen 48,50 und der zugeordneten optischen Kommunikationsschnittstelle 33 bzw. der Lichtaustrittsstelle 58 möglichst gering gehalten. Im Idealfall ist keine Luftübertragungsstrecke 49 bzw. kein Spalt vorhanden und liegen die Lichtein- und Lichtaustrittsstellen 57,58 der genannten optischen Schnittstellen lückenlos aneinander. Aufgrund von mechanischen Toleranzen der Aufnahmegehäuse 26 und unweigerlichen Montagetoleranzen ist üblicherweise aber eine Luftübertragungsstrecke 49 von wenigen Zehntel Millimetern bis zu wenigen Zentimetern zulässig.

Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel des optischen IIO-Bussystems 17 mit Ringstruktur ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, einen bidirektionalen Datenbus aufzubauen, in welchem zeitlich aufeinanderfolgend auf ein und demselben Signalpfad Daten bzw. Signale gesendet und empfangen werden, wodurch eine eigene Signalrückführungsleitung erübrigt werden kann.

Zumindest zwischen den benachbart zueinander angeordneten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 ist ein optisches 1/0-Bussystem 17 mit "Daisy-Chain-Struktur" aufgebaut, d. h. die Empfangs- und Sendeschnittstellen einer Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 sind galvanisch voneinander getrennt und sind jeweils als eine eigenständige Kommunikationsschnittstelle 33 zum Empfangen von Signalen und als eine eigenständige Kommunikationsschnittstelle 34 zur Aussendung von Signalen ausgebildet. Die elektrische Entkoppelung zwischen der Kommunikationsschnittstelle 33 und der Kommunikationsschnittstelle 34 ist zudem durch den optisch/elektrischen bzw. durch den elektrisch/optischen Signalwandler 52,53 erreicht.

Die Busteilnehmer, insbesondere die Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 und/oder der Buskoppler 21 bilden eine sogenannte kettenartige Busstruktur mit Ringarchitektur. Bei dieser "DaisyChain-Struktur" mit serieller Aneinanderreihung der Busteilnehmer wirkt sich also eine Signalzustandsveränderung an einem Eingang eines Busteilnehmers nicht unmittelbar auf die Signalzustände an der Ausgangsschnittstelle dieses Busteilnehmers aus.

Bevorzugt durchsetzen die Lichtleitelemente 55,56 die Seitenwände 37,38 des Aufnahmegehäuses 26. Gegebenenfalls ist es aber auch möglich, zumindest Teilbereiche der Seitenwände 37, 38 der Aufnahmegehäuse 26 transparent auszubilden und die Lichtleitelemente 55,56 an die dem Innenraum zugewandten Flächen der transparenten Bereiche heranzuführen.

Jedenfalls ist es auch möglich, die Lichtleitelemente 55,56 zu erübrigen, sofern ein entsprechend intensives bzw. gebündeltes Lichtsignal emittiert wird.

Gleiches gilt für die Signalwandler 52,53 an den optischen Kommunikationsschnittstellen 33, 34. Bevorzugt umfassen jedoch auch die optischen Kommunikationsschnittstellen 33,34 verhältnismässig kurze Lichtleitelemente 64,65. Diese Lichtleitelemente 64,65 erstrecken sich dann zwischen den Signalein- bzw. Signalaustrittsstellen der Signalwandler 52,53 in die Nähe der jeweiligen Seitenwand 37,38 des Aufnahmegehäuses 26 zur Bildung der optischen Kommunikationsschnittstelle 33 bzw. 34.

Anstelle der elektrischen Versorgung der Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 über die rückwärtige Stromschiene 25 ist es auch möglich, die elektrische Versorgungsspannung mittels geeigneter Kontaktzungen bzw. Kontakstifte und zuordenbaren Kontaktstellen direkt über die Seitenwände 37,38 einer Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 zur benachbarten bzw. nachgeordneten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe 22 zu übertragen. Diese Kontaktzungen bzw. Kontaktstellen an den Seitenwänden 37,38 sind dabei zu den entsprechenden Stellen auf der Printplatte 31 im Aufnahmegehäuse 26 geführt, um die elektrische Versorgung der jeweiligen Bauteile 32 zu gewährleisten. Die elektrische Kontaktierung der benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen 22 erfolgt dabei gleichfalls automatisch beim Aufsetzen der Baugruppen auf die Montageschiene 23.

Der Ordnung halber sei abschliessend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Ein- und/oder Ausgabebaugruppe dieses bzw. dessen Bestandteile teilweise unmassstäblich und/oder vergrössert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Vor allem können die einzelnen, in den Fig. 1, 2 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemässen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemässen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

Bezugszeichenaufstellung
EMI10.1

<tb>
<tb> 1 <SEP> Steuerungssystem <SEP> 41 <SEP> Signal <SEP> (opt. <SEP> )
<tb> 2 <SEP> Rechnereinheit <SEP> 42 <SEP> Lichtwellenleiter
<tb> 3 <SEP> Industriecomputer <SEP> 43 <SEP> Lichtwellenleiter
<tb> 4 <SEP> Anzeige- <SEP> und <SEP> Bedienvorrichtung <SEP> 44 <SEP> Kabel
<tb> 5 <SEP> Touch-Screen <SEP> 45 <SEP> Signalwandler <SEP> (opt./elektr.)
<tb> 6 <SEP> Eingabevorrichtung <SEP> 46 <SEP> Signalwandler <SEP> (elektr./opt.)
<tb> 7 <SEP> Ausgabevorrichtung <SEP> 47 <SEP> Signalwandler <SEP> (elektr./opt.)
<tb> 8 <SEP> Tastatur <SEP> 48 <SEP> Schnittstelle <SEP> (opt. <SEP> OUT <SEP> am <SEP> Buskoppl.)
<tb> 9 <SEP> Identifikationsvorrichtung <SEP> 49 <SEP> Luftübertragungsstrecke
<tb> 10 <SEP> Speichervorrichtung <SEP> 50 <SEP> Schnittstelle <SEP> (opt. <SEP> IN <SEP> am <SEP> Buskoppl.)
<tb> 11 <SEP> CD- <SEP> bzw.

<SEP> DVD-Laufwerk <SEP> 51 <SEP> Signalwandler <SEP> (im <SEP> Buskoppler)
<tb> 12 <SEP> Festplattenlaufwerk <SEP> 52 <SEP> Signalwandler <SEP> (in <SEP> I/O-Baugruppe)
<tb> 13 <SEP> Lautsprecher <SEP> 53 <SEP> Signalwandler <SEP> (in <SEP> I/O-Baugruppe)
<tb> 14 <SEP> Drucker <SEP> 54 <SEP> Signalrückführungspfad
<tb> 15 <SEP> Schalteinheit <SEP> 55 <SEP> Lichtleitelement
<tb> 16 <SEP> Schalt- <SEP> und/oder <SEP> Anzeigeorgan <SEP> 56 <SEP> Lichtleitelement
<tb> 17 <SEP> 1/0-Bussystem <SEP> 57 <SEP> Lichteintrittsstelle
<tb> 18 <SEP> Lichtleitelement <SEP> 58 <SEP> Lichtaustrittsstelle
<tb> 19 <SEP> Master- <SEP> bzw. <SEP> CPU-Baugruppe <SEP> 59 <SEP> Signalwandler
<tb> 20 <SEP> Multimaster-Systembus <SEP> 60 <SEP> Rückführungssignal <SEP> (opt.

<SEP> )
<tb> 21 <SEP> Buskoppelmodul <SEP> 61 <SEP> Ruhestellung
<tb> 22 <SEP> Ein- <SEP> und/oder <SEP> Ausgabebaugruppe <SEP> 62 <SEP> Arbeitsstellung
<tb> 23 <SEP> Montageschiene <SEP> 63 <SEP> Verstellvorrichtung
<tb> 24 <SEP> Schnittstelle <SEP> (elektr. <SEP> ) <SEP> 64 <SEP> Lichtleitelement
<tb> 25 <SEP> Stromschiene <SEP> 65 <SEP> Lichtleitelement
<tb> 26 <SEP> Aufnahmegehäuse
<tb> 27 <SEP> Grundschale
<tb> 28 <SEP> Deckelelement
<tb> 29 <SEP> Frontwand
<tb> 30 <SEP> Statusanzeige
<tb> 31 <SEP> Printplatte
<tb> 32 <SEP> Bauteil
<tb> 33 <SEP> Kommunikationsschnittstelle
<tb> 34 <SEP> Kommunikationsschnittstelle
<tb> 35 <SEP> Signal
<tb> 36 <SEP> Signal
<tb> 37 <SEP> Seitenwand
<tb>

38 Seitenwand 39 Signal (opt./ vor Buskoppler) 40 Signal (zurück in Buskoppler)
PATENTANSPRÜCHE: 1.

Ein- und/oder Ausgabebaugruppe mit oder ohne eigener Prozessoreinheit zur Verwendung in einem Steuerungssystem mit wenigstens einer übergeordneten Rechnereinheit, umfas- send elektrische Schnittstellen zur Einbindung von Sensoren und/oder von Aktoren in das
Steuerungssystem sowie eine zusätzliche Schnittstelle zu einer weiteren Ein- und/oder
Ausgabebaugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei optische Kommunika- tionsschnittstellen (33,34) zur leitungslosen Kommunikation mit einer anreihbaren, be- nachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe (22) zum Aufbau eines optischen I/O-Bus- systems (17) zwischen mehreren Ein- und/oder Ausgabebaugruppen (22) ausgebildet sind.

Claims

2. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei- den optischen Kommunikationsschnittstellen (33,34) durch einen optisch/elektrischen und durch einen elektrisch/optischen Signalwandler (52,53) gebildet sind.

3. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der optischen Kommunikationsschnittstellen (33,34) eine Verbindungsmöglichkeit ohne Luftspalt oder via einer geringfügigen Luftübertragungsstrecke (49) zu jeweils zuge- ordneten optischen Kommunikationsschnittstellen (33,34) an einer benachbarten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe (22) darstellt.

4. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Kommunikationsschnittstelle (33) eine Sendestelle und die andere optische Kommunikationsschnittstelle (34) eine Gegenstelle in der Luftübertragungsstrecke (49) für optische Signale (35,36) im optischen I/O-Bussystem (17) bildet.

5. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Kommunikationsschnittstellen (33,34) zur Einbindung der Ein- und/oder Ausgabebaugruppe (22) in das optische 1/0-Bussystem (17) zwischen mehreren Ein- und/oder Ausgabebaugruppen (22) und zur Aussendung und/oder zum Empfangen sichtbarer oder unsichtbarer optischer Signale (35,36) in bzw. aus der leitungs- bzw. kabellosen Übertragungsstrecke des optischen I/O-Bussystems (17) ausgebildet sind.

6. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine optische Kommunikationsschnittstelle (33) zur leitungs- bzw. kabellosen Verbindung mit einer vorgeordneten Ein- und/oder Aus- gabebaugruppe (22) und wenigstens eine optische Kommunikationsschnittstelle (34) zur leitungs- bzw. kabellosen Verbindung mit einer nachgeordneten Ein- und/oder Ausgabe- baugruppe (22) angeordnet ist 7. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass auf voneinander abgewandten Begrenzungsflächen der Ein- und/oder Ausgabebaugruppe (22) jeweils eine optische Kommunikationsschnittstelle (33,34) ausgebildet ist.

8. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Begrenzungsfläche eine optische Kom- munikationsschnittstelle (33) zum Empfangen optischer Signale (35) und an der dazu gegenüberliegenden Begrenzungsfläche eine optische Kommunikationsschnittstelle (34) zur Aussendung optischer Signale (36) ausgebildet ist.

9. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsflachen durch gegenüberliegende Seitenwände (37,38) eines Aufnahme- gehauses (26) der Ein- und/oder Ausgabebaugruppe (22) gebildet sind.

10 Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- <Desc/Clms Page number 12> che, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Seitenwände (37,38) des Aufnah- megehäuses (26) jeweils wenigstens einen Durchbruch oder einen transparenten Teilbe- reich zum Durchtritt der optischen Signale aufweisen.

11. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Einbindung in ein serielles, optisches I/O- Bussystem (17) mit Ringstruktur ausgebildet ist.

12. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass diese als Teilnehmer in einem leitungslosen Teil des I/O-Bussystem (17) mit serieller, kettenartiger Busstruktur, insbesondere in Art eines Daisy-Chain-Bussystem, ausgebildet ist.

13. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass diese unter Zwischenschaltung eines Buskoppelmodul (21) zur Anbindung an einen leitungsgebunden Teil des I/O-Bussystem (17) mit der Rech- nereinheit (2) kommunikativ verbindbar ist.

14. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Seitenwand (37,38) zusätzlich zu den opti- schen Kommunikationsschnittstellen (33,34) weitere optische Schnittstellen ausgebildet sind.

15. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren optischen Schnittstellen durch wenigstens ein von einer Seitenwand (37) zur gegenüberliegenden Seitenwand (38) führendes Lichtleitelement (55, 56) gebildet sind.

16. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren optischen Schnittstellen durch eine Lichteintrittsstelle (57) mit wenigstens einem daran anschliessenden Lichtleitelement (55, 56) mit einer Lichtaustrittsstelle (58) ge- bildet sind.

17. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen optischen Schnittstellen bzw. die Lichtein- und Lichtaustrittstelle (57,58) am Aufnahmegehäuse (26) zur Einbindung in einen opti- schen Signalrückführungspfad (54) bzw. zum Aufbau des Ringschluss im I/O-Bussystem (17) zwecks Rückführung optischer Signale (40,60) an das übergeordnete Buskoppelmo- dul (21) ausgebildet sind.

18. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Buskoppelmodul (21) zur Anbindung des leitungs- losen Teils des optischen I/O-Bussystems (17) zwischen aneinandergereihten Ein- und/ oder Ausgabebaugruppen (22) an einen leitungsgebundenen Teil des optisch und/oder elektrisch ausgeführten Teils des I/O-Bussystem (17) und umgekehrt ausgebildet ist.

19. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens einem Einspeisungskontakt am Bus- koppelmodul (21) eine Einspeisung einer elektrischen Spannung in eine Stromschiene (25) für die elektrische Versorgung von mittels einer bedarfweise lösbaren Schnappvorrichtung aufrastbaren Ein- und/oder Ausgabebaugruppen (22) ausgeführt ist.

20. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Buskoppelmodul (21) die Koppelung zwischen dem leitungsgebundenen, optisch oder elektrisch aufgebauten Teil des 1/0-Bussystem (17) mit dem über die optischen Kommunikationsschnittstellen (33,34) aus mehreren leitungslos miteinander vernetzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppen (22) aufgebauten Teil des I/O- Bussystem (17), welcher eine Ein- und/oder Ausgabebaugruppeninsel darstellt, bildet.

21. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Ein- und/oder Ausgabebaugruppeninseln mit- tels Buskoppelmodulen (21) über grössere Distanzen von mehreren Metern zur Rechner- einheit (2) bzw. zu einer übergeordneten Master- bzw. CPU-Baugruppe (19) absetzbar sind.

22. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Kommunikationsschnittstellen (33,34) zur kommunikativen Verbindung mit einer korrespondierenden optischen Kommunikations- <Desc/Clms Page number 13> schnittstelle (33,34) einer benachbart anreihbaren Ein- und/oder Ausgabebaugruppe (22) ausgebildet sind.

23. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmegehäuse (26) und/oder die korrespondie- renden Kommunikationsschnittstellen (33,34) und/oder die Lichtein- bzw. Lichtaustritts- stellen (57, 58) ohne Zwischenspalt oder über eine Luftübertragungsstrecke (49) von wenigen Zehntel Millimetern bis zu mehreren Zentimetern anreihbar sind.

24. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Seite einer Printplatte (31 ) bzw. eines Bauteilträgers im Aufnahmegehäuse (26) der optisch/elektrische Signalwandler (52) und auf der gegenüberliegenden Seite der Printplatte (31) bzw. des Bauteilträgers der elek- trisch/optische Signalwandler (53) angeordnet ist.

25. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass an den optisch/elektrischen Signalwandler (52) und/ oder an den elektrisch/optischen Signalwander (53) ein Lichtleitelement (64; 65) an- schliesst, welches die optische Kommunikationsschnittstelle (33; 34) am Aufnahmegehäuse (26) definiert.

26. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer elektrisch/optischer Signalwandler (59) mit- tels einer Verstellvorrichtung (63) zwischen einer Ruhestellung (61) und einer Arbeitsstel- lung (62), in welcher eine Aussendung von optischen Signalen (40,60) in den optischen Signalrückführungspfad (54) ermöglicht ist, verstellbar gelagert ist.

27. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche elektrisch/optische Signalwandler (59) zumindest in der letzten Ein- und/oder Ausgabebaugruppe (22) einer Ein- und/oder Ausgabebaugruppeninsel vorgesehen und wahlweise durch einen Benutzer oder automatisch durch Aufstecken der letzten Ein- und/ oder Ausgabebaugruppe (22) auf eine entsprechende Montageschiene (23) oder auf die Stromschiene (25) in die Arbeitsstellung (62) verstellbar ist.

28. Ein- und/oder Ausgabebaugruppe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass der wahlweise ein- und ausrückbare, elektnsch/opti- sche Signalwandler (59) mit der Printplatte (31) elektrisch leitend kontaktiert ist und in der Arbeitsstellung (62) ein Teilstück des zweiteiligen Lichtleitelementes (55; 56) im Signal- rückführungspfad (54) ersetzt.

HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN