CN100373823C - 在工业自动化设备之间交换数据的光学连接系统 - Google Patents

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Abstract

提出了一种在工业自动化设备间交换数据的光学连接系统，该系统由多个连接元件(7，9’，9”，…，9N)组成，每一个配备有一对或者多对光学发射(30，32)和接收(28，34)装置，以相对于先前的所述对相反的方式把每对装置放置在它们的主侧上，在这样的方式下在连接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一个主侧上放置一个发射装置(30，32)，然后放置一个接收装置(28，34)，最后放置发射装置(30，32)并且依次类推，发射(30，32)和接收(28，34)装置的每一个适合与连接元件(7，9’，9”，…，9N)的另一个相邻连接元件的各自的接收(28，34)和发射(30，32)装置协作来交换数据。

Description

在工业自动化设备之间交换数据的光学连接系统
技术领域
本发明涉及一种特别是通过具有红外线频率的光束在工业自动化设备之间交换数据的光学连接系统。
背景技术
目前，在工业自动化应用中，通常实现多个连接元件(该元件包括通向诸如传感器等外部设备的输入和输出线路)，这些连接元件被一个挨着一个地放置(例如在DIN(德国工业标准)型的栅条上)，彼此相互连接并与数据收集和排序元件连接(通常被称为“供电终端”)，该数据收集和排序元件通过现场总线依次把从不同外部设备收集到数据发送到上行数字控制器。为了实现连接元件和数据收集与排序元件之间的数据交换，通常提供串行连接以允许不同数据通过和各种元件的供电。把该串行连接和数据收集与排序元件各自装在具有各种形状和尺寸的各自盒子的内部，该盒子适合于安装在栅条上或者以另外的方式有效地安装。
这样构造的系统具有许多问题：首先，当连接元件中的一个出故障时，在某些情况下由于不能单独地拆除该元件则需要拆卸整行的元件；在其他情况下，如果可以从包含该元件的盒子中拆除卡片形的元件，则该元件的拆除停止了串行连接线路，并且因此如果没有连接元件来立即替换它，则该线路中断并且然后失效，其中存在显而易见的缺点。
而且，包含各种元件的这些盒子常常具有复杂的配置并且因而为了制造它们则需要非常高的费用。而在盒子的配置较简单时，这些盒子就会缺乏目前自动化需要的许多功能。
以上系统的其它的问题在于由于相互连接而使不同的元件所具有的“物理”接触：这样的接触会经受磨损、污垢和其它环境条件例如电磁干扰，这些情况损害这些连接元件的功能，并进而损害其它系统连接元件。
此外，可以通过串行连接而提供的电力是相当有限的，允许相互连接的元件的最大数量等于8或者16位数字输出而每位输出为250mA元件。如果需要的连接元件大于这个数目，则需要提供与先前的系统串行连接的另外的系统，这显然会存在成本和连接的问题。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种光学连接系统来解决上述现有技术的问题，该系统的实现、安装、使用较简单且易于维护，而从制造和使用的观点来看降低了成本，并且最重要的是相对于目前市场上出现的连接更加有效和可靠。
本发明的另一目的是提供一种光学连接系统，该系统可以很快地替换出故障或者不能用的元件，而且在串联中可以缺少一些元件而无论如何不会损害现存的元件之间的数据交换能力，并且该系统对线路上的电磁干扰不敏感，而线路上的电磁干扰是目前的连接中常见的故障原因。使用这种类型的设置，可以由使用的类别来组合构成串联的不同元件，从而简化并且增加参与维护的人员的安全。
本发明的另一目的是提供一种如上所述的光学连接系统，该系统对于来自周围环境的影响例如污垢、噪声和振动等几乎不敏感。
根据本发明，提出了一种在工业自动化设备之间交换数据的光学连接系统，其特征在于该系统由多个连接元件组成，所述连接元件的每一个配备有至少两对光学发射和接收装置，每一对由放置在所述的连接元件的每一个的主侧上的一个光学发射装置和放置在所述的连接元件的每一个的相反主侧上对应位置处的一个光学接收装置组成，还可以按照相对于先前的所述对相反的方式把每对光学发射和接收装置放置在所述连接元件的所述的主侧上，在这样的方式下在所述的连接元件的每个主侧上放置一个发射装置，随后放置一个接收装置，最后放置一个发射装置并且依此类推，所述的发射和接收装置的每一个适合与所述的连接元件的另一个相邻连接元件的各自的接收和发射装置协作来交换数据；所述的连接元件的至少一个在垂直于放置了发射和接收装置的侧的较小的侧的其中之一上、配备有至少另外的一对发射和接收装置。
这些目的和优点将出现在以下的描述中。在从属权利要求中描述了本发明的优选实施例和重要的变化。
附图说明
参考附图通过作为非限定性的实例而提供的一些优选实施例将更好地描述本发明：
图1是本发明的光学连接系统可以使用的工业自动化元件的配置的示意性的方框图；
图2是可以在本发明中使用的工业自动化盒子的示意性的透视图；
图3是图2的盒子的底视图；
图4是指出本发明的光学连接系统使用的板的示意性的侧视图；
图5是图4的板的正视图；
图6是本发明的光学连接系统的示意性的操作视图；
图7是实现本发明的光学连接系统需要的主要组件的示意性的方框图。
具体实施方式
参考这些图，显示了本发明的光学连接系统的实施例的非限定性的实例。以下通过一般性地把它应用于工业自动化领域来描述该设备，但是显然该设备可以在最好是邻近的彼此可连接的设备之间需要进行有效的数据交换和使用电源和数据交换总线的任何领域中找到正确且有效的应用。
本发明的第一优选实施例(只以一般性的形式在图中显示)提供了用于在工业自动化设备之间交换数据的光学系统，该系统由多个连接元件7，9’，9”，…，9N组成。该连接元件7，9’，9”，…，9N的每一个配备有一对光学发射30，32和接收28，34装置：该对由放置在连接元件7，9’，9”，…，9N的每一个的主侧10上的一个光学发射装置30，32和放置在连接元件7，9’，9”，…，9N的每一个的相反主侧12上的一个光学接收装置28、34组成。而且，发射30，32和接收28，34装置的每一个适合与连接元件7，9’，9”，…，9N的另一相邻连接元件的接收28，34和发射30，32装置协作来交换数据。
依据在图中所示的另一优选实施例，本发明的在工业自动化设备之间交换数据的光学连接系统实际上也包括多个连接元件7，9’，9”，…，9N，所述的连接元件的每一个配备有至少两对光学发射30，32和接收28，34装置。每一对由放置在连接元件7，9’，9”，…，9N的每一个的主侧10上的一个光学反射装置30，32和放置在连接元件7，9’，9”，…，9N的每一个的相反主侧12上的一个光学接收装置28、34组成；而且，为了始终保证连接元件7，9’，9”，…，9N的操作功能独立于安装这些元件的方向(例如在DIN型的栅条上)，还把每对光学发射30，32和接收28，34装置以相对于先前的所述对相反的方式来放置在连接元件7，9’，9”，…，9N的主侧10，12上，在这样的方法下在连接元件7，9’，9”，…，9N的每一个主侧10，12上放置一个发射装置30，32，然后放置接收装置28，34(如图5可以较好地看到)，最后放置发射装置30、32(未显示)，并依次类推。同时，在这种情况下，发射30，32和接收28，34装置的每一个适合与连接元件7，9’，9”，…，9N的另一个相邻的连接元件的各自的接收28，34和发射30，32装置协作来交换数据。
为了可以安装和连接更多数量的连接元件7，9’，9”，…，9N，依据应用的需要，连接元件7，9’，9”，…，9N的至少一个还可以在垂直于放置了发射30，32和接收28，34装置的侧10，12的较小的侧14上配备至少另一对发射30，32和接收28，34装置(未显示)。在这种情况下，则可以安装相邻的两行连接元件7，9’，9”，…，9N，并且不仅可以沿着这两行连接元件来发射和接收数据而且可以在一行连接元件和另一行连接元件之间发射和接收数据，其中存在一行的元件和下方的另一行的对应元件之间的“垂直”连接。
如所知的，连接元件7，9’，9”，…，9N放置在用于工业自动化的盒子13的内部：然而，为了允许在本发明中使用这些盒子，这些盒子13不必具有特别复杂且昂贵的外形或者配置；而宁可选择尽可能便宜的盒子13。像在图2示意显示的盒子那样，盒子13配置了与栅条(例如DIN型)连接的装置15。为了能够使用依据本发明的这些盒子13，在这些盒子的每一个上钻上靠近发射30，32和接收28，34装置而获得的孔16，18，20，22以允许它们相互的可操作性就足够了。显而易见，还适合执行“垂直”连接的连接元件7，9’，9”，…，9N的盒子13还将具有靠近侧面14上存在的另外的一对发射30，32和接收28，34装置而获得的孔24，26。
优选的是，光学发射30，32和接收28，34装置由红外线频率的光束的发射器和接收器组成，特别可非限定性地依据IrDa协议来操作这些装置。
使用这种类型的光学组件，可以实现在图7中示意性展示的操作电路，该电路提供了每对发射器30，32和接收器28，34与依次连接到控制和管理装置40，42(通常为UART(通用异步收发报机)型的电路板(card)40和微处理器42)的各自的编码器/解码器36，38连接。该控制和管理装置40，42通过I/O(输入/输出)接口44与用于供电和外部工业自动化设备(未显示)的信号输入/输出的接线端子板46连接。
显然，可选择的是，光学发射30，32和接收28，34装置可以由使用激光光束、在微波频率、或者其它类型的等价的光学装置和甚至使用可见光的光学发射器和接收器组成。
为了实现本发明的系统的操作连接，对于光学连接系统可以单独地向连接元件7，9’，9”，…，9N的每一个供电，举例来说通过小型电缆的串行连接，或者使用可拆卸的连接接线端子板供电，从而在替换或者维修连接元件7，9’，9”，…，9N和/或者盒子13时使断电和重新接电操作更方便。
此外，在某种程度上已知的，如图1所示，连接元件7，9’，9”，…，9N由与外部工业自动化设备(未显示)分别连接(通过可以是2位，4位，8位等位输入或者输出11’，11”，…，11N)的多个数据输入和输出元件9’，9”，…，9N和有效地连接到数据输入和输出元件9’，9”，…，9N的数据收集和排队元件7(“供电终端”)组成：该元件7通过现场总线3与管理数据的上行数字控制器1连接。
因此，使用上述系统可以获得以下的优点：
1.如果拆除模块9’，9”，…，9N，则系统继续运行。
2.如果在安装阶段由于连接故障而向模块9’，9”，…，9N提供了高电压，则该模块损坏，但是电绝缘的另外的模块保持运行。
3.没有把模块9’，9”，…，9N一个挨着一个排列的限制，而可以分开这些模块以根据处理的信号的类型或者它们的功能从逻辑上区分它们，因而随后会简化了维护人员和负责的操作人员工作。

Claims (13)

1.一种在工业自动化设备之间交换数据的光学连接系统，其特征在于该系统由多个连接元件(7，9’，9”，…，9N)组成，所述连接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一个配备有至少两对光学发射(30，32)和接收(28，34)装置，每一对由放置在所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一个的主侧(10)上的一个光学发射装置(30，32)和放置在所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一个的相反主侧(12)上对应位置处的一个光学接收装置(28，34)组成，还可以按照相对于先前的所述对相反的方式把每对光学发射(30，32)和接收(28，34)装置放置在所述连接元件(7，9’，9”，…，9N)的所述主侧(10)和相反主侧(12)上，在这样的方式下在所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)的每个所述主侧(10)和相反主侧(12)上放置一个发射装置(30，32)，随后放置一个接收装置(28，34)，最后放置一个发射装置(30，32)并且依此类推，所述的发射(30，32)和接收(28，34)装置的每一个适合与所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)的另一个相邻连接元件的各自的接收(28，34)和发射(30，32)装置协作来交换数据；所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)的至少一个在垂直于放置了发射(30，32)和接收(28，34)装置的所述主侧(10)和相反主侧(12)的较小的侧(14)的其中之一上、配备有至少另外的一对发射(30，32)和接收(28，34)装置。
2.根据权利要求1所述的光学连接系统，其特征在于所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)放置在用于工业自动化的各自的盒子(1 3)内，所述盒子(13)的每一个配备有靠近所述的发射(30，32)和接收(28，34)装置而获得的孔(16，18，20，22)，以允许它们相互的可操作性。
3.根据权利要求1所述的光学连接系统，其特征在于所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)放置在用于工业自动化的各自的盒子(13)内，所述的盒子(13)的每一个配备有靠近所述的发射(30，32)和接收(28，34)装置而获得的孔(16，18，20，22)以允许它们相互的可操作性，和配备有靠近所述的至少另外一对发射(30，32)和接收(28，34)装置而获得的孔(24，26)以允许它们的可操作性。
4.根据权利要求1所述的光学连接系统，其特征在于所述的光学发射(30，32)和接收(28，34)装置由具有红外线频率的光束发射器和接收器组成。
5.根据权利要求4所述的光学连接系统，其特征在于所具有述的红外线频率的光束发射器和接收器依据红外数据联合协议操作。
6.根据权利要求4或者5所述的光学连接系统，其特征在于每对所述的发射器(30，32)和接收器(28，34)与依次连接到控制和管理装置(40，42)的各自的编码器/解码器(36，38)连接，所述的控制和管理装置(40，42)通过输入/输出接口(44)与用于供电和外部工业自动化设备的信号输入/输出的终端板(46)连接。
7.根据权利要求6所述的光学连接系统，其特征在于所述的控制和管理装置(40，42)由通用异步收发报机型的元件(40)和微型处理器(42)组成。
8.根据权利要求1所述的光学连接系统，其特征在于所述的光学发射(30，32)和接收(28，34)装置由使用激光光束的光束发射器和接收器组成。
9.根据权利要求1所述的光学连接系统，其特征在于所述的光学发射(30，32)和接收(28，34)装置由微波频段或者可见光频段的光束发射器和接收器组成。
10.根据权利要求1所述的光学连接系统，其特征在于对于所述的光学连接系统向所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一个单独供电。
11.根据权利要求10所述的光学连接系统，其特征在于可以通过小型电缆由串行连接供电。
12.根据权利要求10所述的光学连接系统，其特征在于可以由可拆卸的连接接线端子板供电。
13.根据权利要求1所述的光学连接系统，其特征在于所述的连接元件(7，9’，9”，…，9N)由与工业自动化设备分别连接(通过11’，11”，…，11N)的多个数据输入和输出元件(9’，9”，…，9N)和有效地连接到所述的数据输入和输出元件(9’，9”，…，9N)的收集和排队元件(7)组成，所述的元件(7)通过现场总线(3)连接到用于管理数据的数字控制器(1)上。
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