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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ankopplung elektrischer
Datenleitungen an eine modulartig aufgebaute Ventilstation nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der
Technik
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Eine
solche modulartig aufgebaute Ventilstation, auch als Ventilinsel
bezeichnet, geht beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten
DE 103 53 295.1 hervor.
Bei einer modulartig aufgebauten Ventilstation sind mehrere Ventilblöcke miteinander
verbunden und bilden eine bauliche Einheit, die beispielsweise mit
einem elektrischen Zentralstecker (Multipol) oder einem Feldbusinterface
an eine Steuerleitung anschließbar
ist. Die aus der
DE 103 53 295.1 hervorgehende
Ventilstation weist Ventilmodule auf, bei denen die Datenübertragung
auf optoelektronischem Wege erfolgt. Dies ist gegenüber der
Verbindung der Ventilmodule durch elektrische Steckverbindungen
sehr vorteilhaft, da die zumeist hohen mechanischen Toleranzanforderungen
unterliegenden Steckverbindungen leicht beschädigt, beispielsweise die Steckerkontakte
verbogen werden können und
dergleichen. Darüber
hinaus werden derartige Ventilstationen sehr oft in kritischen Umgebungen eingesetzt,
bei denen elektrische Kontakte unerwünscht sind.
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Die
Datenkommunikation auf optoelektronischem Wege zwischen den einzelnen
Ventilmodulen beseitigt diese Nachteile, vermeidet mechanische Schnittstellen
und ermöglicht
insbesondere eine sehr vorteilhafte galvanische Trennung.
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Gleichwohl
muß die
Ankopplung an elektrische Datenleitungen, beispielsweise an ein
Feldbussystem bei den aus der
DE
103 53 295.1 hervorgehenden Ventilstationen durch Steckverbindungen, beispielsweise
durch die erwähnten
elektrischen Zentralstecker (Multipol) erfolgen.
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Der
Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Einrichtung zur
Ankopplung elektrischer Datenleitungen an eine modulartig aufgebaute
Ventilstation zu vermitteln, welche auf elektrische Steckkontakte
verzichtet und an unterschiedlichste elektrische Signalformen adaptierbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Einrichtung zur Ankopplung elektrischer Datenleitungen
an eine modulartig aufgebaute Ventilstation mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Zur
Vermeidung von Schnittstellen mittels elektrischer Stecker sieht
die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung
zur Ankopplung elektrischer Datenleitungen an die Ventilmodule der
modulartig aufgebauten Ventilstation ein Koppelmodul und ein von diesem
getrenntes Sender- und Empfängermodul vor.
Das Koppelmodul ist an die elektrische Datenleitung anschließbar und
wandelt die elektrischen Signale der Datenleitungen in optische
Signale um. Das Sender/Empfängermodul
ist an das eingangsseitige Ventilmodul angekoppelt zur Datenkommunikation mit
den Ventilmodulen. Durch diese Zweiteilung in Kop pelmodul und Sender-/Empfängermodul
kann eine Ankopplung unterschiedlichster Datenleitungen an eine
modulartig aufgebaute Ventilstation mit Ventilmodulen erfolgen,
wobei das Koppelmodul jeweils an die Charakteristika der elektrischen
Datenleitungen angepaßt
wird und das Sender/Empfängermodul an
die Datenkommunikation der Ventilmodule.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
und Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der im Anspruch 1 angegebenen Steuereinrichtung möglich.
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Das
Datensignal kann z. B. ein paralleles elektrisches Datensignal sein,
mit dem einzelne Verbraucher angesteuert werden können. In
diesem Falle erfolgt unmittelbar eine Wandlung in ein serielles optisches
Signal. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist es ein Bussignal,
welches in dem Koppelmodul zunächst
in ein paralleles elektrisches und dieses sodann in ein serielles
optisches Signal gewandelt wird. Das Koppelmodul kann so sehr vorteilhaft
an die unterschiedlichsten Signalformen angepaßt werden.
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Bevorzugt
bilden die elektrischen Datenleitungen ein Bussystem. In diesem
Falle bildet das Koppelmodul das letzte Modul eines Busknotens. Das
Bussystem kann insbesondere ein Lokalbussystem sein
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Rein
prinzipiell kann die Datenkommunikation zwischen dem Sender/Empfängermodul
und den Ventilmodulen auch auf elektrischem Wege erfolgen. In diesem
Falle wandelt das Sender-/Empfängermodul
die empfangenen Signale in elektrische Signale um. Umgekehrt sendet
das Sender/Empfängermodul optische
Signale, die durch Wandlung aus von den Ventilmodulen empfangenen
elektrischen Signalen gewonnen werden. Eine besonders vorteilhafte
Ausführungsform
sieht vor, daß das
Sende/Empfangsmodul mit den Ventilmodulen auf optoelektronischem Wege
kommuniziert. In diesem Falle kommunizieren auch die Ventilmodule
auf optoelektronischem Wege, wie es beispielsweise aus der
DE 103 53 259.1 , auf die
vorliegend Bezug genommen wird, hervorgeht. Hierzu werden bevorzugt
Fotodioden und Fototransistoren verwendet.
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Durch
die gewissermaßen
Aufspaltung der Einrichtung in ein Koppelmodul und ein Sender-/Empfängermodul
ist es darüber
hinaus sehr vorteilhaft möglich,
die bidirektionale optische Datenüberleitung über längere Wege mittels wenigstens
eines zwischen dem Ausgang des Koppelmoduls und dem Eingang des
Sender-/Empfängermoduls
angeordneten Lichtwellenleiters vorzunehmen. Auch ungünstige Einbausituationen
können
so berücksichtigt werden.
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Die
bidirektionale optische Datenkommunikation erfolgt vorzugsweise
mittels nicht sichtbaren Lichts. Hierbei kommt insbesondere Licht
im infraroten Längenwellenbereich
zum Einsatz.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
eine von der Erfindung Gebrauch machende Koppeleinrichtung zur optischen
Ankopplung einer modulartig aufgebauten Ventilstation an einen Feldbusknoten;
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
einer von der Erfindung Gebrauch machenden Koppeleinrichtung zur
Ankopplung einer modulartig aufgebauten Ventilstation an einen Feldbusknoten;
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3 schematisch
das Prinzipschaltbild des Koppelmoduls;
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4 schematisch
das Prinzipschaltbild des an die Ventilmodule angekoppelten Sender-/Empfängermoduls
und
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5 schematisch
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Koppeinrichtung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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Eine
modulartig aufgebaute Ventilstation 200, eine sogenannte
Ventilinsel umfaßt
eine Mehrzahl von aneinander befestigten Ventilmodule 210. Diese
Ventilmodule 210 weisen ihrerseits eine (nicht dargestellte)
Schaltungseinrichtung zur Datenkommunikation und zur Ansteuerung
von (nicht dargestellten) Ventilen, Aktoren oder Sensoren auf. Eine solche
Ventilstation 200 soll nun an einen Feldbusknoten 100 angeschlossen
werden, der seinerseits eine Mehrzahl von I/O-Modulen 110 (Eingabe-/Ausgabemodule)
aufweist. Als letztes Modul ist hierzu ein Koppelmodul 120 vorgesehen,
welches die elektrischen Daten des Feldbussystems in optische Daten
wandelt und durch ein optisches Sende- und Empfangsmittel 122 an
ein optisches Sende- und Empfangsmittel 222 eines Sender-/Empfängermoduls 220 überträgt, welches
eingangsseitig vor dem ersten Ventilmodul 210 angeordnet
und mit diesem zur Datenübertragung
optoelektronisch verbunden ist.
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Wie
in 1 dargestellt, kann die Ventilstation 200 mit
dem Feldbusknoten 100 beispielsweise über eine Schiene 300 verbunden
sein. Das Koppelmodul 120 ist an das Bussystem, beispielsweise
einen Lokalbus angepaßt,
wohingegen das Sender-/Empfängermodul 220 hinsichtlich
seines optischen Datenübertragungsverhaltens
an die Ventilmodule 210 angepaßt ist. Durch diese gewissermaßen zweigeteilte
Einrichtung zur Kopplung des Feldbusknotens 100 an die
Ventilstation 200 kann nicht nur auf mechanische Steckkontakte
verzichtet werden, es wird auch eine galvanische Entkopplung erreicht. Auf
diese Weise können
lediglich durch Austausch des Koppelmoduls 120 sehr schnell
und nur mit geringstem technischem Aufwand unterschiedliche elektrische
Datenkommunikationssysteme an die Ventilstation 200 angekoppelt
werden.
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1 zeigt
die Kopplungseinrichtung zur besseren Erläuterung des optischen Übertragungswegs
im nicht fertig montierten Zustand. Im fertig montierten Zustand
liegt das optoelektronische Sende-/Empfangsmodul 122 des
Koppelmoduls 120 direkt dem optoelektronischen Sende-/Empfangsmodul 222 des
Sender-/Empfängermoduls
gegenüber, wobei
die gesamte Anordnung durch die dann nicht sichtbare Schiene 300 gelagert
wird.
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Bei
einem weiteren, in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so
daß bezüglich deren
Beschreibung auf das Vorstehende vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Im
Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
bei dem Koppelmodul eine Auskopplung 122' für einen Lichtwellenleiter 124 und
bei dem Sender/Empfängermodul 220 ebenfalls eine
Schnittstelle zum Anschluß des
Lichtwellenleiters 124 vorgesehen. In diesem Falle erfolgt
die Datenkommunikation bidirektional auf optischem Wege über eine
Distanz d, die beispielsweise 10 m oder mehr betragen kann, über den
Lichtwellenleiter 124. Dieses Ausführungsbeispiel weist den Vorteil
auf, daß die
Ventilstation 200 auch hinsichtlich ihrer räumlichen
Positionierung völlig
getrennt von dem Feldbusknoten angeordnet sein kann. Hierdurch ist
eine Datenübertragung
auch in einer räumlich
nachteiligen Bausituation möglich,
wobei insbesondere die Ventilstation 200 und das Koppelmodul
auch im Winkel zueinander und insbesondere auch versetzt zueinander
angeordnet werden können.
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Das
Sender-/Empfängermodul 220 weist eine
eigene Spannungsversorgung auf und ist so auch hinsichtlich seiner
Spannungsversorgung völlig von
der elektrischen Datenleitung, beispielsweise dem Busknoten 100 entkoppelt.
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Spannungsversorgung des
Sender/Empfängermoduls 220 durch
die Spannungsversorgung der Ventilmodule 210 erfolgt.
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Die
optoelektronischen Empfangsmittel und Sendemittel können auf
die unterschiedlichste Art und Weise ausgebildet sein. Eine vorteilhafte
einfach und kostengünstig
zu realisierende Ausführungsform sieht
vor, daß die
Sendemittel die Fotodioden und die Empfangsmittel Fototransistoren
sind. Die Übertragung
geschieht dabei insbesondere durch Licht im nicht sichtbaren Bereich,
wobei hier ganz besonders Licht im infraroten Wellenlängenbereich
zum Einsatz kommt. Die Datenkommunikation zwischen den einzelnen
Ventilmodulen
210 erfolgt dabei auf eine in der nicht vorveröffentlichten
DE 103 53 295.1 , Seite 7,
letzter Absatz bis Seite 9, vierter Absatz, die zum Zwecke der Offenbarung
in vorliegende Anmeldung einbezogen werden, Bezug genommen wird,
beschriebene Weise.
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Ein
Prinzipschaltbild eines Koppelmoduls 120 ist schematisch
in 3 dargestellt. Ein Koppelmodul 120 weist
zum einen eine Eingangsleitung 121 für den lokalen Bus auf, zum
anderen eine oder mehrere Leitungen 123 zur Spannungsversorgung.
Das Koppelmodul weist eine erste Schaltungseinrichtung 124 auf
zur Umwandlung des Bussignals in ein paralleles Signal und eine
zweite Schaltungsanordnung 125 zur Umwandlung des parallelen
in ein serielles Signal, welches dann durch die optoelektronische Sende-
und Empfangseinrichtung 122 ausgegeben wird. Für diese
Anordnung wird das Lokalbusprotokoll nicht benötigt.
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Ein
in 4 dargestellte Sender-/Empfängermodul 220 weist
einen Wandler 221 auf zur Verarbeitung des von der optoelektronischen
Sende/Empfangseinrichtung 222 empfangenen Lichtsignal 400 auf.
Dieser Wandler 221 wandelt das Signal in ein Signal, welches
kompatibel ist mit der optoelektronischen Signalübertragung der Ventileinheit 210.
Die gewandelten optischen Signale werden durch ein weiteres optoelektronisches
Sende/Empfangsmittel 223, das Teil des Sender-/Empfängermoduls
ist, an entsprechende optoelektronische Sende-/Empfangsmittel 211 der
Ventilmodule 210 angekoppelt.
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Bei
einem weiteren, in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird das Lokalbusprotokoll, welches seriell in elektrischer Signalform
vorliegt, direkt in eine optische Signalform von dem Koppelmodul 120 umgewandelt
und von diesem an das Sende-/Empfängermodul auf optischem Wege übertragen,
wo es gegebenenfalls nach einer weiteren Wandlung der Signalform
ebenfalls auf seriellem Wege an die Ventileinheiten 210 weitergegeben
wird.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
zeigen die sehr vorteilhafte Ankopplung des Sender-/Empfängermoduls 220 zur
Ankopplung an eine Ventilstation 200, deren Ventilmodule
auf optischem Wege miteinander kommunizieren. Es versteht sich,
daß die
Erfindung nicht hierauf beschränkt ist,
sondern daß das
Sender-/Empfängermodul 220 rein
prinzipiell auch nach Empfang der Datensignale auf optischem Wege
eine Umwandlung in elektrische Signale vornehmen kann, so daß an sich
bekannte Ventilstationen 200, bei welchen die Datenkommunikation
zwischen den Ventilmodulen auf elektrischem Wege erfolgt, eingesetzt
werden kann.