CN105284196B

CN105284196B - 编码系统和具有这种编码系统的自动化设备的输入/输出模块

Info

Publication number: CN105284196B
Application number: CN201480033504.1A
Authority: CN
Inventors: 彼得·维勒
Original assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Current assignee: Phoenix Electric Manufacturing Co
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2018-06-22
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: WO2014198763A2; EP3008982A2; DE102013009682A1; US9786413B2; WO2014198763A3; US20160118162A1; EP3008982B1; CN105284196A

Abstract

本发明涉及一种编码系统，该编码系统具有至少一个多根单线的集合，其中，该集合的每根单线的一端分别连接共同的适配器(107)，该适配器与自动化设备的输入/输出模块(109)连接从而将外部设备连接到自动化系统的控制装置，而且其中，该单线的集合由共同的适配器(107)出发在至少两根电缆(210,220,230,240)中捆扎并且进行彩色编码。

Description

编码系统和具有这种编码系统的自动化设备的输入/输出模块

技术领域

本发明涉及一种编码系统，该编码系统由至少一个由至少两根单线组成的集合构成，其中，每根单线的一端分别连接到共同的适配器上，该适配器与自动化设备的输入/输出模块连接从而将外部设备连接到自动化系统的控制装置，以及本发明还涉及具有这类编码系统的自动化设备的输入/输出模块。

背景技术

包括可视编码系统或彩色编码系统的、用于不同组件的相互分配的编码系统在多个工业领域中广泛使用。

为了通过颜色识别电缆芯线的标号或者预设功能，存在多种类型的编码系统。因此例如已知用于简化正确接线的编码系统。

相应地，例如在三线制的电缆中，其中，例如其中一根芯线以红色标记，其中一根芯线以黑色标记而且其中一根芯线以绿色/黄色标记，红色芯线始终与“+”连接，黑色芯线始终与“－”连接而绿色/黄色芯线始终接地。

另外例如通过虽然很偏但经常使用的DIN 47100说明了用于远程通讯电缆的线芯识别的其他彩色编码。

为了在电远程通信电缆中识别单个导线或芯线，还已知25对色彩标记。这种标记也称为“双绞电缆接线”并通常在RJ21电缆中使用。为了识别将颜色覆在芯线绝缘上。在此，为第一个分组中的每一个捻合的芯线对从五种颜色中选出第一种颜色，而为第二个分组从五种颜色中选出第二种颜色，从而因此相应地由两种颜色总共构成了25种组合。

多根芯线捆扎的电缆的不同的颜色标记也是已知的，例如蓝和绿网络电缆。由此也为使用者创造了这样的可能性，即，快速地识别出哪一个组件应该与或者已经与哪一个电缆连接。

另外，例如在DE 40 16 445 A1中还已知，在电缆中捆扎的线芯和电缆本身通过不同的颜色来识别，从而以此可以使电缆相互区分并且可以简单地识别在电缆内部的线芯。

相应地，除了各个待连接的芯线在电路中的已简化的分配之外，这样还可以使第一电路的第一根彩色标识的电缆和第二电路的第二根彩色标识的电缆简单地进行分配。

此外，DE 43 95 807 T1中还已知，将多根这样的电缆捆扎在电缆束内部并且对这些电缆束设置标签和/或电缆束的各个定长的区段设置用于电缆以及包含在其中的线芯或导线的插头。

还已知，在自动化系统的接线(以下也称为系统接线)范围内，用于在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间传送输入/输出信号(E/A信号)的电缆线芯通过共同的、插接在输入/输出模块上的插头捆扎，该自动化设备用于外部设备与控制装置的连接，并且将这些电缆芯线以单独的电缆或作为单个芯线束由插在输入/输出模块上的插头向外部设备引导。在此，该输入/输出模块本身也可以承担信号控制功能和/或信号处理功能。为此，信号控制功能和/或信号处理功能也可以例如包含在由输入/输出模块容纳的、能够插接的输入/输出卡(E/A卡)上，在输入/输出卡中这些功能保存在硬件中(例如以硬连线的方式)和/或保存在软件中(例如借助可编程序逻辑控制器“SPS”)。在此，根据特定的实施方式输入/输出信号可以包括模拟信号和/或数字信号。

外部设备(以下也称为外围设备模块)在此可以特别是具有插接式继电器和其他模块的模块，但也可以是现场设备这样的，例如致动器和传感器。由申请人销售的、名为“V8适配器(V8 Adapter)”的模块可以作为一个具有插接式继电器的模块的例子。

外部设备上的连接随后可以通过端子(例如通过弹簧接线端子或螺纹接线端子或者通过绝缘位移端子)完成，或者也可以通过用于数据连接的插接系统(比如称为D-SUB的插接系统)以及其他专用的插接系统。

现在的问题例如存在于，在接线的解决方案中，在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间用于信号传输所需的电缆线芯越多，芯线的分配通常变得明显更加困难，这最终会导致连接错误并因此导致自动化系统的错误表现。

例如，如果在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间需要连接32根或者更多的电缆芯线，仅有32根电缆芯线的情况下，这些电缆芯线的端部分别连接在输入/输出模块上，为了在外部设备一侧识别以特定分配方式的电缆芯线端部并为了将这些电缆芯线根据预设定的分配方式连接到外部设备上，就得到了528种连接可能性。因为必须从32根电缆芯线中首先识别出一根电缆芯线，由此再从剩余的31根电缆芯线中识别出另一根电缆芯线，并以此类推。

因此，目前已优选将8至10根单线结合并设置有电缆外皮。在总共40根单线的情况下，这些单线的一端分别连接在输入/输出模块上，这样可以由输入/输出模块出发例如捆扎在4根分别具有至少一个插头的电缆的内部，该插头用于与外部设备连接，其中，在这种情况下，用于与外部设备连接的每个插头例如具有10个触点。例如在数字信号的情况下，每个与外部设备待连接的插头代表1字节(Byte),其中，在每10根单线捆扎的情况下还可以传送额外的信号，例如，两个另外的1位(Bit)信号或者对字节以正极和负极供给电压。

代替与外部设备连接的插头，还可以至少从电缆端部看到这些单线，从而可以与外部设备连接，其中，这些单线随后例如必须逐位地连接到外部设备上。

因此，为了减少连接错误，例如相应地标记单线和/或其中捆扎有多根单线的电缆。

这样已经使连接明显更简单并且错误更少，但是这还是经常会导致错误连接。

相应地也可以在两个能够互补的、即待相互连接的组件上进行编码，例如在插头和对应插座上进行编码，从而实现分配编码。例如，DE 20 2008 004 800 U1描述了一种系统，该系统由至少一个开关装置和至少一个能够电气切换的用电器以及至少两根用于直接或间接使开关装置和用电器连接的连接电缆，其中，该系统包括至少一个用于连接电缆的集合的接线单元，而且其中，连接电缆的插接元件和至少一个接线单元的至少两个插接元件以可视的方式编码，这些插接元件能够连接在电缆上。

发明内容

与之相反地，本发明的目的在于，相对于现有技术创建一种新的编码系统，该编码系统确保了在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间用于输入/输出信号传输的电缆线芯的更好的分配，并且由此通过该系统可以快速且无错误地使自动化设备的输入/输出模块和外部设备相互连接。

本发明的目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明优选的实施方式在从属权利要求中说明。

相应地，本发明提出了一种编码系统，该编码系统具有多根单线的集合，其中，该集合的每根单线的一端分别连接共同的适配器，该适配器与自动化设备的输入/输出模块连接从而将外部设备连接到自动化系统的控制装置，其中，通过共同的、与该输入/输出模块连接的适配器使该单线的集合固定，而且其中，该单线的集合由共同的适配器出发捆扎在至少两根电缆中，而且对捆扎在至少两根电缆中的集合进行彩色编码。

根据第一种实施方式，对这些电缆进行彩色编码。

根据一个可选的或者补充性的实施方式，单线的集合由共同的适配器出发捆扎在至少两根电缆中，在该电缆远离该共同的适配器的端部上分别设置有连接装置，单线的另一端分别连接在该连接装置上，而且其中，对该连接装置进行彩色编码。

另外，本发明还提出了一种自动化设备的输入/输出模块，为了将外部设备连接到自动化系统的控制装置，该输入/输出模块具有这样的编码系统和/或具有至少一个适配器，多根单线的集合分别以每根单线的一端连接在该适配器上，其中，通过共同的适配器使该单线的集合固定，而且其中，单线的集合由共同的适配器出发捆扎在至少两根根据上述权利要求中任一项所述的电缆中而且对捆扎在至少两根电缆中的集合进行彩色编码。

本发明还提供了一个重要的优点，即，基于芯线在电缆中的捆扎和由此预设的芯线束以及基于彩色编码，在外部设备连接至自动化系统的控制装置上时至少已经部分地预设了传输信号的芯线的分配，而且再次明显地简化了芯线的分配，从而与根据上述现有技术的系统相比，再次降低了接线错误的风险和由此引起的自动化系统的错误表现而且同时使安装明显更快。该彩色编码在此优选包括基于位(Bit)的编码和/或基于字节(Byte)的编码。

根据一种实施方式，该彩色编码具有色阶。该彩色编码基于不同的色调、色彩饱和度和/或亮度，例如由浅灰至深灰。

根据一种用于补充该实施方式的实施方式，除了彩色编码之外还额外地设置有文本编码，特别是基于位的编码和/或基于字节的编码。

根据本发明的一个优选扩展方案，单线的集合至少包括8根单线.这例如提供了这样的优点，即，通过经至少8根单线传送的信号代表一个字节。

根据本发明的另一个优选扩展方案，单线的集合至少包括16根单线，其中，分别至少8根单线由共同的适配器出发分别捆扎在一根电缆中。这例如提供了这样的优点，即，通过经共同的电缆传送的信号代表一个字节。

附图说明

随后参考附图借助优选的实施方式进一步举例性的说明本发明。示出了：

图1示意性地示出了根据本发明的编码系统的一种实施方式，该编码系统例如具有4根色阶编码的电缆，这些电缆一端具有预连接的共同的前端适配器而另一端具有插头连接装置，这些电缆用于自动化设备的输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送，该自动化设备用于连接外部设备，

图2示意性地示出了根据本发明的编码系统的另一种实施方式，该编码系统例如具有4根色阶编码的电缆，这些电缆一端具有预连接的共同的前端适配器而另一端具有单线，这些电缆用于自动化设备的输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送，该自动化设备用于连接外部设备，以及

图3示意性地示出了根据现有技术的、用于通过单线在自动化设备的输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送的常规构造，该自动化设备用于连接外部设备。

具体实施方式

对于以下的描述需要指出的是，在附图中以相同的附图标示的部件基本上相互对应。

已知的是，在自动化系统的接线的范围内，例如通过插入输入/输出模块的插头捆扎用于在自动化设备的输入/输出模块和外部设备之间的输入/输出信号传送的电缆芯线(也称为单线)，该自动化设备用于使外部设备连接到控制装置，并且将这些电缆芯线以单独的电缆或作为单线束由插在输入/输出模块上的插头向外部设备引导。在此，该输入/输出模块本身也可以承担信号控制功能和/或信号处理功能。为此，信号控制功能和/或信号处理功能也可以例如包含在由输入/输出模块容纳的、能够插接的输入/输出卡上，在输入/输出卡中这些功能保存在硬件中，例如以硬连线的方式，和/或保存在软件中，例如借助可编程序逻辑控制器“SPS”。在此，根据特定的实施方式输入/输出信号可以包括模拟信号和/或数字信号。

在此，外部设备特别可以是具有插接式继电器和其他模块的模块，但也可以是现场设备，例如致动器和传感器。

与外部设备的连接既可以通过端子(例如通过弹簧接线端子或螺纹接线端子或者通过绝缘位移端子)完成，也可以通过用于数据连接的插接系统(比如称为D-SUB的插接系统)以及其他专用的插接系统。

图1基于上述的自动化设备简要地示出了根据本发明的编码系统的第一种实施方式，该编码系统至少具有至少两个单线的集合，其中，该集合的每个单线的一端连接至共同的适配器107。为了将外部设备190连接到控制装置，适配器107又与自动化设备105的输入/输出模块109连接。在外部设备190上还可以连接致动器(例如发动机、信号灯等)和/或传感器(例如填充水平传感器、限位开关等)。但是替代性地外部设备190也可以例如是致动器或者传感器这一类。

因此通过共同的适配器107使单线的集合固定而且单线的集合由共同的适配器107出发在至少两根电缆210,220,230,240中捆扎，其中，对这些电缆进行彩色编码。

该自动化设备105另外还可以包括作为其他的基本组件的电源和中央处理单元(CPU)108。

根据图1，适配器107插接在输入/输出模块109上并且已经将外部设备190与该输入/输出模块109连接，而且自动化设备105在此优选形成为控制单元(CPU108加例如输入/输出卡)，该自动化设备因此本身提供自动化系统的控制并且可以独立地驱动或者以更大的设备中的集合而连入更高级的自动化系统，例如主控系统。

由根据图1的自动化设备105容纳输入/输出模块109，该输入/输出模块也可以替代性地作为单独的模块而在自动化设备105上连通，例如通过另一根电缆或总线连接，该输入/输出模块另外还可以根据特定的实施方式配置有模拟的和/或数字的输入和/或输出。

为了简化，以下的描述基于具有数字的输入/输出的配置。

如图1所示，根据该实施方式的电缆的彩色编码是基于色阶的编码。这类编码例如可以基于不同的色调、色彩饱和度和/或亮度。

因为通过共同的适配器107固定了单线的集合，特定的单线例如可以在该集合内分配有一个特定的位(Bit)。如果单线的集合例如包括至少8根单线，在该集合内不仅可以为每根单线分配一个位而且通过至少8根单线输送的信号因此能够代表一个字节。

如果例如每根电缆210,220,230,240捆扎有8至10根单线，那么另外可以适当地通过经共同的电缆传送的信号表示一个这样的字节。在每根电缆有10根单线的情况下，由此还可以传送包含电流输入和/输出信号的附加信号。

通过基于色阶的编码，电缆210(例如代表字节0)可以标记有一个色调的第一级亮度，而电缆220(例如代表字节1)可以标记有相同色调或甚至另一色调的第二级、特别是更暗的亮度。对于例如代表下一个字节2的电缆230而言亮度例如进一步降低。因此，电缆210至240可以例如分别标记有逐渐变暗的色调。随后，使用者仅需要从最亮的电缆开始并随后连接下一个较暗的电缆。最后将最暗的电缆(在此代表字节3)，根据图1为电缆240，连接到外部设备上。因此，彩色编码在这种情况下包含基于字节的编码。由于该彩色编码，输送信号的芯线的分配至少部分地已经预设好。这样有效地防止了在连接过程中的调换。亮度的增加或降低或者其他类型的色阶当然也可以以相反的顺序进行。

如还可以从图1中看出，在电缆210,220,230,240远离共同的适配器107的端部上分别设置有连接装置110,120,130,140，单线的另一端部分别连接在这些连接装置上。在图1中形成为插头的连接装置相应地用于与外部设备190连接而且此外还可以替代上述电缆210,220,230和240的彩色编码或对此补充性地以相同的方式进行彩色编码，这在图1中为了清楚起见没有进一步示出。

通过这类彩色编码、特别是色阶，再次使错接的风险以及由此引起的自动化系统的错误表现减小。

替代性地还可以设置有文本编码来补充彩色编码，例如基于位和/或基于字节的编码。

根据图1中的实施例，这类文本编码适宜地应用在形成为插头的连接装置110,120,130,140上。连接装置110具有文本编码150,例如“字节0”,连接装置120具有文本编码160,例如“字节1”，连接装置130具有文本编码170,例如“字节2”，而连接装置140具有文本编码180,例如“字节3”。

图2示出了相对于根据图1的实施方式改造的实施方式。

在相对于图1的改造中，在根据图2的实施方式中，在电缆210,220,230,240远离共同的适配器107的端部上不再设置有形成为插头的连接装置。相反的，看上去为单线320的端部由这些电缆端部伸出，这些单线的端部随后例如通过在图3中示出的螺纹接线端子350单独地连接到外部设备上。

即使在这种情况下，多根单线分别在不同的电缆中捆扎、例如40根单线320捆扎在4根电缆210,220,230,240结合电缆的彩色编码、特别是上述的色阶提供了明显改善的分配。

根据现有技术，在32根未捆扎的电缆线芯的情况下在远离共同的适配器107的端部上原则上存在528种连接可能性，而在40根未捆扎的电缆线芯的情况下原则上存在820种连接可能性，为了找到期望或正确的单线，在40根连接在共同的适配器107上的单线由适配器出发捆扎成4根电缆(每根电缆10根单线)中情况下，仅存在最多220种连接可能性。

在此如下地计算每根电缆(10根芯线)的最大连接可能性：

-由10根可能的芯线中识别出一根芯线，

-由9根可能的芯线中识别出一根芯线，

-由8根可能的芯线中识别出一根芯线，等等。

每根电缆(10根芯线)的最大连接可能性由高斯求和公式得出：

其中n为一根电缆中的单线的数量而k为在该电缆内的每个单线的连接可能性。因此在10根单线的情况下可以得到每根电缆中有

种连接可能性。

由于在该实施例中选择了每根具有10根捆扎单线的4根电缆，因此4根电缆具有的可能性的总数为4×55＝220。这相对于具有最大820种可能性的单线接线而言明显降低了接线错误的风险并很大程度上节省了时间。

因此，基于以上的描述，自动化设备105的输入/输出模块109也在本发明的范围之内，为了使外部设备连接到自动化系统的控制装置该输入/输出模块具有至少一个适配器107，多根单线的集合分别以每根单线的一端连接在该适配器上，从而通过共同的适配器使单线的集合固定，而且其中，单线的集合由共同的适配器107出发根据以上描述捆扎在至少两根电缆210,220,230,240中而且对在至少两根电缆中捆扎的集合进行彩色编码。

图3还举例性地示出了在没有任何彩色编码的条件下未捆扎的单线320在自动化设备105的输入/输出模块109一侧上以及在外部设备310和340一侧上根据现有技术的接线。单线320在外部设备310和340上连接的端部例如通过螺纹接线端子350连接而且单线在输入/输出模块109一侧上连接的端部例如通过螺纹接线端子360连接。

例如如图3所述，如果14根单线直接在输入/输出模块109和外部设备340之间连接，在将单线连接在输入/输出模块109上之后，为了在外部设备340的一侧上识别以通过输入/输出模块109确定的布设方式的芯线端部以及根据预先确定的芯线布设相应的在外部设备340上的连接，存在150种连接可能性。在根据本发明将这14根单线捆扎在每根具有7根芯线的两个电缆中的情况下，其中电缆此外还具有根据本发明的彩色编码，通过这类彩色编码至少部分地已经预设好在电缆内部传输信号的芯线的分配，从而总共仅产生了56种连接可能性。

附图标记列表

105 自动化设备

107 适配器

108 CPU

109 输入/输出模块

110,120,130,140 连接装置

150,160,170,180 文本编码

190 外部设备或外围设备模块

210,220,230,240 电缆

310,340 外部设备或外围设备模块

320 单线

350 螺纹接线端子

360 螺纹接线端子

Claims

1.一种编码系统，所述编码系统具有多根单线的集合，其中，所述集合的每根单线的一端分别连接共同的适配器(107)，所述适配器与自动化设备的输入/输出模块(109)连接从而将外部设备连接到自动化系统的控制装置，其中，通过共同的、与所述输入/输出模块连接的所述适配器(107)使所述单线的集合固定，而且其中，所述单线的集合由所述共同的适配器出发捆扎在至少两根电缆(210,220,230,240)中，而且对每根所述电缆通过相应的单色的色调进行彩色编码，从而使所述电缆形成渐变的色阶，并且

其中，所述单线的集合至少包括16根单线，分别至少8根单线由所述共同的适配器(107)出发分别捆扎在一根电缆中，

并且，从每根电缆远离共同的适配器的端部能够看到每根单线的另一端，所述另一端随后单独地连接到外部设备上。

2.根据权利要求1所述的编码系统，其中，除了彩色编码还额外地设置有文本编码。

3.根据权利要求2所述的编码系统，其中，所述文本编码具有位编码。

4.一种编码系统，所述编码系统具有多根单线的集合，其中，所述集合的每根单线的一端分别连接共同的适配器(107)，所述适配器与自动化设备的输入/输出模块(109)连接从而将外部设备连接到自动化系统的控制装置，其中，通过共同的、与所述输入/输出模块连接的所述适配器(107)使所述单线的集合固定，而且其中，所述单线的集合由所述共同的适配器(107)出发捆扎在至少两根电缆(210,220,230,240)中，并且其中在各种情况下，在每根所述电缆远离所述共同的适配器(107)的端部上分别设置有连接装置(110,120,130,140)，单线的另一端分别连接在所述连接装置上，而且其中，对所述连接装置进行彩色编码。

5.根据权利要求4所述的编码系统，其中，除了彩色编码还额外地设置有文本编码。

6.根据权利要求5所述的编码系统，其中，所述文本编码具有位编码。

7.一种自动化设备的输入/输出模块(109)，为了将外部设备连接到自动化系统的控制装置，所述输入/输出模块具有根据上述权利要求1至6中任意一项所述的编码系统。

8.一种根据权利要求7所述的自动化设备的输入/输出模块(109)，为了将外部设备连接到自动化系统的控制装置，所述输入/输出模块具有至少一个适配器(107)，多根单线的集合分别以每根单线的一端连接在所述适配器上，其中，通过共同的适配器(107)使所述单线的集合固定，而且其中，所述单线的集合由所述共同的适配器(107)出发捆扎在至少两根电缆(210,220,230,240)中而且对捆扎在所述至少两根电缆中的集合进行彩色编码。