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Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale
Differenzsignalübertragungsvorrichtung, in welcher eine
Übertragungsleitung für Signale zur Steuerung eines Anstrichautomaten bzw.
eines Lackierroboters oder dergleichen mit einem
explosionsgeschützten Aufbau vorgesehen ist.
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Die Richtlinie RS 422 der EIA in den Vereinigten Staaten ist
ein Beispiel einer Richtlinie, welche als ein digitales
Differenzsignalübertragungsverfahren für die Übertragung eines
digitalen Signals mit hoher Geschwindigkeit und über lange
Entfernungen angewendet wird.
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Gemäß dieser Richtlinie und mit Bezug auf Fig. 3 wird zuerst
ein zu übertragendes einzelnes Endeingangssignal A in ein Paar
von Differenzsignalen, nämlich ein Signal B der gleichen Phase
und ein Signal C der entgegengesetzten Phase mittels eines
Differenztreibers 11, welcher an dem Übertragungsende
vorgesehen ist, umgewandelt. Als Differenztreiber 11 wird eine
Vorrichtung wie z. B. ein AM26LS31 verwendet. Das Paar von
Differenzsignalen wird zu einem Differenzempfänger 15 gesendet,
welcher an dem Empfangsende einer Übertragungsleitung 12 einen
AM26L532 aufweist, und es wird durch diesen in ein einzelnes
Endausgangssignal D umgewandelt und übertragen.
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In diesem Fall wird für die Übertragungsleitung 12 eine
Leitung mit einer charakteristischen Impedanz von 100 Ohm
verwendet. Daher ist in der Übertragungsleitung 12 eine
Filterschaltung 14 mit einem Widerstand 13 von 100 Ohm zur
Impedanzanpassung, einem Widerstand 14a zur Verbesserung des Störabstands
und einem Kondensator 14b eingefügt.
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In einer Vorrichtung, wie z. B. einem Lackierroboter, welcher
in einer Gasatmosphäre benutzt wird, welche der
Explosionsgefahr ausgesetzt ist, ist ein explosionsgeschützter Aufbau
erforderlich, um zu verhindern, daß das explosive Gas durch
einen in einer elektrischen Schaltung erzeugten Funken entzündet
wird.
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Obwohl eine Vielzahl von derartigen explosionsgeschützten
Aufbauten verfügbar ist, erfordert der Programmierbare
Handapparat eines Lackierroboters oft, was einen erforderlichen
sicheren explosionsgeschützten Aufbau in Folge seiner Anwendung
betrifft. Ein erforderlicher sicherer explosionsgeschützter
Aufbau ist einer, bei dem es durch Tests in öffentlichen
Einrichtungen verwirklicht ist, daß ein explosives Gas nicht durch
elektrische Funken gelegentlich eines Zufalls oder durch
Hochtemperaturteile während des normalen Betriebs entzündet wird.
Zu der Zeit eines normwidrigen Betriebs ist die erforderliche
Sicherheit durch das Einfügen einer Trennung in eine
Signalübertragungsleitung, um die Übertragung von Zündenergie,
welche zu einer Explosion führen kann, zu verhindern,
sichergestellt. Die Trennung, auf die hier Bezug genommen wird, ist
eine sogenannte "Sicherheitseinrichtung", welche, wie in Fig.
4 gezeigt ist, die Form von einer Sicherheitseinrichtung mit
parallel geschalteten Dioden (eine Zener-Trennung) 16 hat,
welche z. B. aus spannungsbegrenzenden Zenerdioden 17, 17,
einem strombegrenzendem Widerstand 18 und einer Sicherung 19 zum
Schutz der Zenerdioden 17, 17 zusammengesetzt sein kann.
Zener-Trennungen sind in der Veröffentlichung "Instruments &
Control Systems, vol 40, No 8, August 1975, pp 25-28, F.
Tiffany et al.: "Barriers can alter circuit parameters",
offenbart.
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Wenn eine Signalübertragungsleitung zwischen einer Seite mit
einer nicht erforderlichen Sicherheit in der linken Richtung
von Fig. 4 und einer Seite mit einer erforderlichen Sicherheit
in der rechten Richtung eingefügt wird, wird die Energie nicht
über die Grenze, welche durch die Zener-Trennung gebildet
wird, zu der Seite mit der erforderlichen Sicherheit
übertragen und die Sicherheit ist gewährleistet.
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Fig. 5 ist ein Schaltbild, in welchem ein erforderlicher
sicherer explosionsgeschützter Aufbau durch Einfügen einer
Zener-Trennung in das oben beschriebene digitale
Differenzsignalübertragungssystem erhalten wird.
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In Fig. 5 ist die in Verbindung mit Fig. 4 beschriebene Zener-
Trennung 16 in jede von einem Paar von Übertragungsleitungen
20 zwischen den Differenztreiber 11 und den Differenzempfänger
15 vorgesehen, um dadurch die Sicherheit auf der Seite des
Differenzempfängers 15 aufrechtzuerhalten. Jedoch ist, da die
Übertragungsleitungen 20 eine charakteristische Impedanz von
100 Ohm aufweisen, der Spannungsabfalleffekt der
strombegrenzenden Widerstände 18 der Zener-Trennung 16 groß und der
Signalpegel am Empfangsende wird klein. Ein sich daraus
ergebendes Problem ist ein verringerter Störabstand.
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Weiterhin ergeben sich, da die Zener-Trennungen 16 in die
Übertragungsleitungen 20 an Stellen ihrer Strecken eingefügt
sind, Mißanpassungen in den charakteristischen Impedanzen der
Übertragungsleitungen, es entsteht eine Reflexion der
übertragenen Signale und es wird eine Verzerrung der Wellenformen der
Signale erzeugt.
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Überdies ist es nötig, zwei Zener-Trennungen in den
Übertragungsleitungen in einer Richtung, wie in Fig. 5 gezeigt ist
vorzusehen. Bei einem Zweiwegverkehr für zu sendende und zu
empfangende Signale sind zweimal zwei Zener-Trennungen,
insgesamt vier, erforderlich, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Die
Verwendung von vier Zener-Trennungen, welche verhältnismäßig hoch
im Preis sind, erhöht die Kosten der Übertragungsleitungen.
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Die vorliegende Erfindung ist ausgedacht worden, um diese
Probleme zu lösen und es ist ihre Aufgabe, eine digitale
Differenzsignalübertragungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, in
welcher eine Verschlechterung beim Störabstand und das
Auftreten einer Störung der übertragenen Wellenform in einer
Übertragungsleitung, welche einen explosionsgeschützten Aufbau
verwendet, unterdrückt werden, und in welcher die
Installationskosten verringert werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine digitale
Differenzsignalübertragungsvorrichtung vorgesehen, die in einer
Übertragungsleitung zum Aussenden eines Differenzsignals nach und
zum Empfang eines Differenzsignals von einer Einrichtung
vorgesehen ist, welche einen explosionsgeschützten Aufbau
erfordert, bei der eine Sicherheitseinrichtung 16 aus parallel
geschalteten Dioden eingefügt ist, um für die
Übertragungsleitung einen erforderlichen sicheren explosionsgeschützten
Aufbau zu gewährleisten, wobei die Vorrichtung sowohl in
Senderichtung als auch in Empfangsrichtung gekennzeichnet ist
durch:
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einen Empfänger zum Empfang des digitalen Differenzsignals;
einen Treiber zum Rückumwandeln des einzelnen Endsignals in
ein Differenzsignal und zur Ausgabe des Signals;
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eine Sicherheitseinrichtung mit parallel geschalteten Dioden,
welche zwischen jedem Empfänger und jedem Treiber eingefügt
ist,
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einen Empfänger mit hoher Eingangsimpedanz, welcher zwischen
jedem Empfänger und jedem Treiber in Reihe mit der
Sicherheitseinrichtung aus parallel geschalteten Dioden eingefügt
ist; und
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eine Sicherheitseinrichtung aus parallel geschalteten Dioden,
welche in die Stromversorgungsleitung für den Treiber und den
Empfänger eingefügt ist, welche sich auf der Seite der
Einrichtung befinden, die den explosionsgeschützten Aufbau
erfordert.
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Entsprechend ist die digitale
Differenzsignalübertragungsvorrichtung der Erfindung von der Art, daß eine
Übertragungsleitung mit einer hohen Eingangsimpedanz für ein einzelnes
Endsignal als eine Übertragungsleitung zum Senden/Empfangen von
Signalen verwendet wird, und daß eine Sicherheitseinrichtung mit
parallel geschalteten Dioden eingefügt ist. Dies ermöglicht
es, die Nachteile einer Verschlechterung beim Störabstand und
die Mißanpassung der Impedanz zu beseitigen. Außerdem sind
zwei Sicherheitseinrichtungen mit parallel geschalteten Dioden
erforderlich, und selbst wenn eine für die Verwendung in der
Stromversorgungsleitung der Übertragungsanlage hinzugefügt
wird, beträgt die Gesamtzahl der Einrichtungen drei. Auf diese
Weise ist die Anzahl dieser erforderlichen Einrichtungen
gegenüber dem Stand der Technik verringert.
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt,
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Fig. 2 ist eine Darstellung zur Beschreibung eines
Steuermechanismus für einen Roboter, auf welchem die Erfindung
angewendet wird,
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Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Beispiels eines digitalen
Differenzsignalübertragungssystems,
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Fig. 4 ist ein Schaltbild einer Sicherheitseinrichtung mit
parallel geschalteten Dioden, und
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Fig. 5, Fig. 6 sind Schaltbilder, die Beispiele zeigen, bei
welchen eine Sicherheitseinrichtung mit parallel geschalteten
Dioden in eine digitale Differenzsignalschaltung eingefügt
ist.
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Es wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, welches eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, und Fig. 2 ist eine
Ansicht zur Beschreibung eines Steuermechanismus für einen
Roboter, bei welchem die Erfindung angewendet wird.
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In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
Robotersteuerung, die den Steuerteil eines Lackierroboters 2 bildet. Ein
programmierbarer Handapparat 3 ist mit dem Steuerteil 1 durch
eine Steuersignalübertragungsleitung über die
Zwischenschaltung eines Sicherheitsschaltungsteils 4 verbunden.
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Der programmierbare Handapparat 3 besitzt einen
Mikroprozessor, eine Tastatur, eine Anzeigeeinheit und dergleichen und
wird an dem Ort, an dem lackiert wird, betrieben, damit eine
Bedienungsperson einem Roboter eine Aufgabe mitteilen kann.
Wenn die Bedienungsperson den programmierbaren Handapparat
bedient, sind Restgase vorhanden, selbst wenn die Lackierseite
entlüftet wird. Folglich ist ein explosionsgeschützter Aufbau
erforderlich. Zwischen der Lackierseite und dem allgemeinen
Arbeitsbereich ist eine Trennwand 5 vorgesehen, um eine Grenze
zwischen der Lackierseite, welche die Seite mit der
erforderlichen Sicherheit ist, und dem allgemeinen Arbeitsbereich,
welcher die Seite mit der nicht erforderlichen Sicherheit ist,
zu bilden.
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In Fig. 1 ist die Robotersteuerung 1 mit einem
Differenztreiber 101 und einem Differenzempfänger 102 zum Aussenden von
Signalen an den und zum Empfang von Signalen von dem
Sicherheitsschaltungsteil 4 versehen. Die Treiber 101 und 102 sind
mit einem entsprechenden Differenzempfänger 401 und einem
Differenztreiber 402, welche in dem Sicherheitsschaltungsteil 4
vorgesehen sind, durch jeweilige Übertragungsleitungen 141,
142 verbunden, von denen jede eine charakteristische Impedanz
von 100 Ohm besitzt. Es ist außerdem ein Übertragungsende 104
einer Stromversorgungsleitung wie oben beschrieben, auf der
Seite der Robotersteuerung 1 vorgesehen. Weiterhin sind die
Eingangsseiten der Differenzempfänger 102, 401 jeweils mit dem
Impedanzanpassungswiderstand 13 und dem Filter 14, wie in
Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, versehen.
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Ein Empfänger 403 mit einer hohen Eingangsimpedanz ist mit dem
einzelnen Endausgang des Differenzempfängers 401 über die in
Verbindung mit Fig. 4 beschriebene Zener-Trennung 16
verbunden, und der Ausgang des Empfängers 403 ist mit einem
Differenztreiber 405 verbunden. Die Verbindungen sind von der Art,
daß die in ein Paar von Differenzsignalen umgewandelten
Signale durch den Differenztreiber 405 über eine
Übertragungsleitung 431 mit einer charakteristischen Impedanz von 100 Ohm
zu einem Differenzempfänger 301 mit dem Widerstand 13 und dem
Filter 14 übertragen werden, welche in dem programmierbaren
Handapparat 3 vorgesehen sind.
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Daneben sind die Verbindungen von der Art, daß das einzelne
Endsendesignal des programmierbaren Handapparats 3 von einem
Differenzwandler 302, welcher das Signal in ein Paar von
Differenzsignalen umwandelt, zu einem Differenztreiber 406 mit
dem Widerstand 13 und der Filterschaltung 14 über eine
Übertragungsleitung 432 übertragen wird, deren charakteristische
Impedanz 100 Ohm beträgt. Ein Ausgangssignal, das durch die
Umwandlung in ein einzelnes Endsignal mittels des
Differenztreibers 406 erhalten worden ist, ist angeschlossen, um einem
Empfänger 404 mit einer hohen Eingangsimpedanz über die Zener-
Trennung 16 eingegeben zu werden. Das Ausgangssignal von dem
Empfänger 404 mit dem hochohmigen Eingang wird durch den
Differenztreiber 402 in ein Paar von Differenzsignalen
umgewandelt, und diese Signale werden angeschlossen, um über die
Übertragungsleitung 142, deren charakteristische Impedanz 100
Ohm beträgt, zu dem Differenzempfänger 102 übertragen zu
werden, welcher den Widerstand 13 und die Filterschaltung 14
aufweist. Diese Signale werden zur Robotersteuerung 1 als
einzelnes Endsignal übertragen.
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Das Bezugszeichen 143 bezeichnet eine Stromversorgungsleitung
für die Stromversorgung verschiedener Geräte, welche in dem
Sicherheitsschaltungsteil 4 vorgesehen ist. Der
Differenzempfänger 401, der Differenztreiber 402 und der Empfänger 404 mit
einer hohen Eingangsimpedanz werden über einen Regelschalter
407 mit vorgegebenen Spannungen versorgt. Der von der
Stromversorgungsleitung 143 zugeführte Strom für den
Impedanzempfänger 403 mit dem hochohmigen Eingang, den Differenztreiber
405 und den Differenzempfänger 406 wird durch einen
Regelschalter 409 über eine Zener-Trennung 408, welche die
erforderliche Sicherheit gewährleistet, gesteuert, wonach die
Spannungen
den jeweiligen Einheiten zugeführt werden. Es sollte
festgestellt werden, daß der Teil, welcher sich durch die in
Fig. 2 gezeigte Trennwand 5 erstreckt, der Teil der
Übertragungsleitungen 431, 432 ist. Der eigentliche
Sicherheitschaltungsteil 4 ist außerhalb der Stelle, an der lackiert wird,
wie in Fig. 2 gezeigt ist, angeordnet.
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In Übereinstimmung mit der so konstruierten Ausführungsform
sind die Zener-Trennungen 16, 16 in den
Signalübertragungsleitungen zwischen dem Ausgang des Differenzempfängers 401 und
des Empfängers 403 mit einer hohen Eingangsimpedanz und
zwischen dem Ausgang des Differenzempfängers 406 und des
Empfängers 404 mit einer hohen Eingangsimpedanz eingefügt. Die
oberhalb der Begrenzung durch die Zener-Trennungen 16, 16
beschränkte Energie wird nicht von der Seite der
Robotersteuerung zu der Seite des programmierbaren Handapparats
übertragen.
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Außerdem ist der Empfänger 403 oder 404 mit einer hohen
Eingangsimpedanz als ein Empfänger mit der Schaltung, in welcher
die Zener-Trennung 16 eingefügt ist, verbunden. Da die
Eingangsimpedanz hoch ist, wird der Einfluß des
Signalspannungsabfall aufgrund des Widerstands 18, welchen die Zener-Trennung
16 besitzt, gemindert.
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Bezüglich der Stromversorgungsleitung 153 ist die
Zener-Trennung 408 in der Leitung vorgesehen, welche die Stromversorgung
für den Empfänger 403 mit einer hohen Eingangsimpedanz, den
Differenztreiber 405 und den Differenzempfänger 406 liefert.
Eine Energie welche sich über den Bereich, der durch die
Zener-Trennung 408 begrenzt wird, hinausgeht, wird nicht auf die
Seite des programierbaren Handapparats übertragen.
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Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf diese
beschränkt und kann auf vielerlei Weise ohne über den Umfang der
Ansprüche hinauszugehen, verändert werden.
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Bei der digitalen Differenzsignalübertragungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung ist eine Übertragungsleitung zum
Aussenden und Empfangen eines einzelnen Endsignals in die
Übertragungsleitung zwischengeschaltet, welche den
programmierbaren Handapparat, welcher einen explosionsgeschützten Aufbau
erfordert, und die Robotersteuerung verbindet, und eine Zener-
Trennung ist in diese Übertragungsleitung eingeführt. Das
Ausgangssignal wird durch den Empfänger mit der hohen
Eingangsimpedanz empfangen, und eine Zener-Trennung ist außerdem in die
Stromversorgungsleitung der Übertragungsanlage eingefügt,
welche zu der Seite des programmierbaren Handapparats führt.
Dementsprechend kann eine Abnahme des Störabstands aufgrund der
Einfügung des internen Widerstands der Zener-Trennung
beseitigt werden, und das Problem der Störung der Wellenform
aufgrund der Impedanzmißanpassung wird gelöst. Darüberhinaus
können, da nur drei der Zener-Trennungen zur Gewährleistung der
erforderlichen Sicherheit ausreichen, die Kosten der digitalen
Differenzsignalübertragungsvorrichtung verringert werden.