EP1749228A1 - Vorrichtung zur datenübertragung über einen lichtwellenleiter aus kunststoff - Google Patents

Vorrichtung zur datenübertragung über einen lichtwellenleiter aus kunststoff

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EP1749228A1
EP1749228A1 EP05739703A EP05739703A EP1749228A1 EP 1749228 A1 EP1749228 A1 EP 1749228A1 EP 05739703 A EP05739703 A EP 05739703A EP 05739703 A EP05739703 A EP 05739703A EP 1749228 A1 EP1749228 A1 EP 1749228A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
data
binary
optical waveguide
transmission
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05739703A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Schenkyr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hirschmann Automation and Control GmbH
Original Assignee
Hirschmann Automation and Control GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hirschmann Automation and Control GmbH filed Critical Hirschmann Automation and Control GmbH
Publication of EP1749228A1 publication Critical patent/EP1749228A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H04B10/5055—Laser transmitters using external modulation using a pre-coder
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting data via an optical waveguide according to the features of patent claim 1.
  • Data transmission via fiber optic cables has the advantage that no interference due to electromagnetic influences can occur during data transmission.
  • a transmission unit at one end of the optical waveguide is required for data transmission via optical waveguides, the data to be fed into the optical waveguide being converted from binary electrical data into optical signals via this transmitting unit.
  • the data fed in and transmitted at one end are then coupled out at the other end of the optical waveguide via a receiving unit and converted from optical to binary electrical signals there, so that they are available for further processing in the device connected there.
  • plastic optical waveguides with a light-guiding diameter of 1 mm are preferably used in the industrial environment, which can therefore be provided (assembled) quickly and reliably with a simple tool in an industrial environment.
  • an optical fiber made of plastic has the disadvantage of a smaller transmission bandwidth compared to an optical fiber made of glass, which is significantly less than 5 megahertz at a length of 1 km. With such a transmission bandwidth, a transmission rate of at most 10 megabits per second can at best be achieved, which, however, is far too low for data transmission in the industrial environment with today's requirements.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device for data transmission via an optical waveguide in which, on the one hand, a plug connection can be attached to the ends of the optical waveguide quickly, easily, inexpensively and reliably, but at the same time also the required transmission rate of up to 100 Megabits per second (and possibly more) can be achieved.
  • the optical waveguide is a plastic optical waveguide.
  • the advantages of the easy and, above all, process-reliable mounting of connectors at the ends of the optical fibers are retained, with another advantage to be mentioned that the laying of such optical fibers made of plastic provides the required robustness in the industrial environment and also beyond are inexpensive. This is particularly noticeable when networking devices that are further away.
  • the transmission rate or bandwidth decreases with the distance of the devices to be networked, so that, on the other hand, the invention provides that a coding unit is connected upstream of the transmitting unit for converting the binary data in order to increase the data rate, and a decoding unit is connected downstream of the receiving unit.
  • the coding unit converts the signals pending for data transmission in such a way that the conversion results in an increase in the data rate.
  • the invention enables the binary data to be transmitted with a substantially higher transmission speed and a significantly increased bandwidth via an optical fiber made of plastic. This significantly increases the transmission rate while maintaining the advantages of the plastic optical fiber, so that it can be used in an industrial environment under today's requirements. If the data has been transmitted via the optical fiber made of plastic, it is necessary at the end of the optical fiber that the data be decoupled and converted back there, for which purpose a decoding unit is connected at the end of the optical fiber, which is designed for this conversion (decoding) of the transmitted data is.
  • the coding unit is designed to convert the binary digital data signal into a multi-stage coded signal, which has a power density spectrum shifted to a lower frequency range than the binary code, and the decoding unit for converting the multi-stage signal into a binary-coded output signal is trained.
  • This implementation represents one of are several ways to implement the binary data in order to increase the data rate with limited bandwidth of the transmission line.
  • the coding unit is designed for conversion according to an MLT-3 coding
  • the decoding unit is designed for converting back the MLT-3-coded data.
  • MLT-3 code is a special 3-level code with the output status of the coding unit 0, +1,
  • a logical 1 at the input of the coding unit means a change in the output state in the sequence described.
  • a logical 0 does not change the initial state.
  • the output states of the coding unit must be adapted accordingly in the optical transmitter unit, e.g. State -1 in “no light” (LED off), state 0 in “half light output” and state +1 in “full light output”.
  • light-emitting diodes are used for signal transmission, which emit light in the visible green area (preferably approximately 585 nm ⁇ 10%). This has the advantage that a very rapid conversion of the electrical signals into optical signals can be achieved by means of light-emitting diodes and the attenuation of the signals when using plastic optical fibers is very low in this length wave range.
  • the transmitter unit and / or the receiver unit have a direct, micro-reflector-assisted light coupling.
  • This increases the coupling efficiency between the means for converting the electrical signals into optical signals (or vice versa), which are, for example, light-emitting diodes, and the optical waveguide, it being possible to achieve increases of at least 5 dB, preferably 7 dB, and therefore transmission distances of a few hundred meters, preferably more than 500 meters.
  • FIG. 1 shows an inventive device for data transmission
  • FIG. 2 shows an automation system according to the prior art for using the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the device according to the invention according to FIG. 1,
  • FIG. 4 shows the design of a direct, microreflector-assisted light coupling
  • Figure 5 shows one end of the optical fiber with a connector.
  • FIG. 1 shows the configuration of a device 1 according to the invention for data transmission.
  • a coding unit 2 is provided on the input side has an input E, via which the coding unit 2 is supplied with binary electrical input signals.
  • the coding unit 2 is followed by a transmission unit 3 with which the binary electrical input signals are converted into optical signals after their conversion.
  • This transmission unit 3 is preferably light-emitting diodes.
  • the conversion of the electrical binary input signals in the coding unit 2 takes place according to methods as have already been described, for example, for patent claims 2 and 3.
  • the optical waveguide 4 is a plastic optical waveguide, for example a polymer or an HCS fiber. This list is only an example, so that other types of fibers can also be used.
  • a receiving unit 5 which converts the optical signals transmitted via the optical waveguide 4 into electrical signals. These converted signals are fed to a decoding unit 6, which is designed, for example, to convert the multistage signal back into the binary-coded output signal.
  • the binary input signals transmitted quickly and over a large distance are thus available for further processing as binary output signals at the output A of the decoding unit 6.
  • FIG. 2 shows an automation system 7 for using the device 1 for data transmission.
  • the automation system 7 shown by way of example consists of a control level 8, a process level 9 and a field level 10 in a manner known per se.
  • a control computer 11 which monitors a process (for example a production or a process-related sequence).
  • One or more process computers 12 are present within process level 9. These can be, for example, programmable logic controllers (PLCs).
  • PLCs programmable logic controllers
  • Input units are on the process computers 12 (For example sensors 13) and output units (for example actuators 14, actuators or the like) are connected.
  • the underlying process can be controlled or regulated with the signals of the input or output units.
  • the master computer 11 is connected to the process computers 12 via a data bus 15, wherein the master computers 12 can also be connected to their connected devices via corresponding bus systems.
  • the control computer 11 has an interface 16, just as the process computers 12 each have an interface 17, the connection to the data bus 15 being established at these interfaces 16, 17.
  • this data bus 15 is an optical waveguide made of plastic, which is particularly advantageous due to the harsh environmental conditions that prevail during the operation of the automation system 7.
  • FIG. 3 it is shown that the device according to the invention, as shown in FIG. 1, is connected on one side to the master computer 11 and on the other side to one of the process computers 12.
  • the coding unit 2 with its associated transmission unit 3 are connected to the control computer 11, while the reception unit 5 with its associated decoding unit 6 is connected to the control computer 12.
  • the units 2/3 or 5/6 form an independent module, which is connected on the one hand to the optical waveguide 4 and on the other hand to the interface 16, 17 of the control computer 11 or the process computer 12.
  • FIG. 4 shows that the transmitter unit 3 (the same applies analogously to the receiver unit 5) has a direct, micro-reflector-assisted light coupling.
  • the transmitter unit 3 (light-emitting diode) is followed by a reflector 18 (microreflector) and aligned in the direction of the end face of the end of the optical waveguide 4, so that the light emitted by the transmitter unit 3 is focused as completely as possible onto the end face of the optical waveguide 4 Avoid wastage. This increases the coupling efficiency between the transmitter unit 3 and the optical waveguide 4 in a particularly advantageous manner.
  • FIG. 5 shows the end of an optical waveguide 4 which, in a manner known per se, has a light-guiding conductor 19 (here made of plastic), around which a sheathing 20 is arranged.
  • This optical waveguide 4 made of plastic can be provided with a plug 21 in a simple manner, a part of the sheathing 20 being removed beforehand, and depending on the design of the plug connector 21, the sheathing 20 may not be removed.
  • this end of the optical waveguide 4 is connected to the transmitting unit 3 or the receiving unit 5.
  • the counterpart (socket) matching the plug connector 21 is part of the transmitter unit 3 (or the receiver unit 5) or a module (consisting of the units 2/3 or 5/6) or part of the interfaces of devices.

Abstract

Vorrichtung (1) zur Datenübertragung über einen Lichtwellenleiter (4), an dessen einem Ende über eine Sendeeinheit (3) binäre Daten eingespeist werden, wobei an dem anderen Ende die eingespeisten und übertragenen Daten über eine Empfangseinheit (5) ausgekoppelt werden, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass zur Umwandlung der binären elektrischen Daten zwecks einer Datenratensteigerung der Sendeeinheit (3) eine Codierungseinheit (2) vorgeschaltet und der Empfangseinheit (5) eine Decodierungseinheit (6) nachgeschaltet ist, wobei der Lichtwellenleiter (4) ein Lichtwellenleiter aus Kunststoff ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
VORRICHTUNG ZUR DATENÜBERTRAGUNG ÜBER EINEN LICHTWELLENLEITER AUS KUNSTSTOFF 0 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Datenübertragung über einen Lichtwellenleiter gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorrichtungen zur Datenübertragung von binären Daten über Lichtwellenleiter sind bekannt. Die Datenübertragung über Lichtwellenleiter hat den Vorteil, dass bei der5 Datenübertragung keine Störungen durch elektromagnetische Einflüsse entstehen können.
Bei der Anwendung von solchen Vorrichtungen zur Datenübertragung ist es erforderlich, die Geräte von Systemen, Anlagen oder dergleichen, die miteinander0 zwecks Datenaustausch vernetzt werden sollen, an die Lichtwellenleiter anzuschließen. Grundsätzlich ist für die Datenübertragung über Lichtwellenleiter eine Sendeeinheit an dem einen Ende des Lichtwellenleiters erforderlich, wobei über diese Sendeeinheit die in den Lichtwellenleiter einzuspeisenden Daten von binären elektrischen Daten in optische Signale umgesetzt werden. Die an dem 5 einen Ende eingespeisten und übertragenen Daten werden dann an dem anderen Ende des Lichtwellenleiters über eine Empfangseinheit ausgekoppelt und dort von optische in binäre elektrische Signale umgesetzt, damit sie für die weitere Verarbeitung in dem dort angeschlossenen Gerät zur Verfügung stehen. 0 Bei der Installation und Vernetzung von solchen Anlagen und Systemen ist es daher erforderlich, die Enden der Lichtwellenleiter über geeignete Steckverbindungen an die Sende- oder Empfangseinheiten oder Schnittstellen der Geräte und dergleichen anzuschließen. Beim Einsatz von Lichtwellenleitern, die aus Glas bestehen, ist hier der Nachteil gegeben, dass eine sehr aufwändige und5 damit fehleranfällige Montage der Steckverbindungen an den Lichtwellenleiter gegeben ist, da solche Lichtwellenleiter aus Glas einen sehr dünnen lichtführenden Durchmesser von weniger als 100 Mikrometer im Durchmesser aufweisen. In Bereichen, in denen keine kritischen Umgebungsbedingungen, wie hohe Temperaturschwankungen, Vibrationen, Feuchtigkeit und dergleichen herrschen, bieten sich solche Lichtwellenleiter aus Glas an, da mit ihnen eine hohe Übertragungsrate von über 100 Megabit pro Sekunde erzielbar ist. Werden Lichtwellenleiter aus Glas bei rauhen Umgebungsbedingungen (wie z. B. in Produktionshallen, an Maschinen, bei ungünstigen Witterungsbedingungen und dergleichen) eingesetzt, kann mit vertretbarem Aufwand, insbesondere hinsichtlich der Zeit und der Kosten für die Installation, ein solcher Lichtwellenleiter aus Glas nicht mehr eingesetzt werden. Um diese kritischen Montage- und Installationstechniken zu umgehen, bietet es sich an, anstelle von Lichtwellenleitern aus Glas solche aus Kunststoff zu verwenden. Daher werden bevorzugt im industriellen Umfeld solche Kunststoff-Lichtwellenleiter eingesetzt, die einen lichtführenden Durchmesser von zum Beispiel 1 mm aufweist, der daher mit einfachem Werkzeug schnell und prozeßsicher im industriellen Umfeld mit Steckverbindungen zu versehen (zu konfektionieren) ist. Ein solcher Lichtwellenleiter aus Kunststoff hat aber gegenüber einem Lichtwellenleiter aus Glas den Nachteil einer geringeren Übertragungsbandbreite, die bei 1 km Länge deutlich unter 5 Megahertz liegt. Mit einer solchen Übertragungsbandbreite läßt sich bestenfalls eine Übertragungsrate von maximal 10 Megabit pro Sekunde erzielen, die aber für die Datenübertragung im industriellen Umfeld bei heutigen Anforderungen viel zu gering ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Datenübertragung über einen Lichtwellenleiter bereitzustellen, bei der einerseits an den Enden des Lichtwellenleiters schnell, einfach, kostengünstig und prozeßsicher eine Steckverbindung angeschlagen werden kann, mit der aber gleichzeitig auch die erforderliche Übertragungsrate von bis zu 100 Megabit pro Sekunde (und gegebenenfalls mehr) erzielbar ist.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zum einen vorgeschlagen, dass der Lichtwellenleiter ein Kunststoff-Lichtwellenleiter ist. Damit werden die Vorteile der leichten und vor allen Dingen prozeßsicheren Montierbarkeit von Steckverbindern an den Enden der Lichtwellenleiter beibehalten, wobei ebenfalls als weiterer Vorteil zu nennen ist, dass bei der Verlegung solcher Lichtwellenleiter aus Kunststoff die erforderliche Robustheit im industriellen Umfeld gegeben ist und die darüber hinaus kostengünstig sind. Dies macht sich vor allen Dingen bei der Vernetzung von weiter entfernt liegenden Geräten positiv bemerkbar. Gleichzeitig sinkt aber mit der Distanz der zu vernetzenden Geräte die Übertragungsrate bzw. die Bandbreite, so dass zum anderen erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass zur Umwandlung der binären Daten zwecks einer Datenratensteigerung der Sendeeinheit eine Codierungseinheit vorgeschaltet und der Empfangseinheit eine Decodierungseinheit nachgeschaltet ist. Mit der Codierungseinheit werden die zur Datenübertragung anstehenden Signale also derart umgewandelt, dass sich aus der Umwandlung eine Datenratensteigerung ergibt. Mittels dieser Umwandlung ermöglicht es die Erfindung, dass über einen Lichtwellenleiter aus Kunststoff die binären Daten mit einer wesentlich höheren Übertragungsgeschwindigkeit und einer wesentlich gesteigerten Bandbreite übertragen werden können. Damit wird die Übertragungsrate unter Beibehaltung der Vorteile des Kunststoff- Lichtwellenleiters wesentlich gesteigert, so dass ein Einsatz im industriellen Umfeld unter heutigen Anforderungen ermöglicht wird. Sind die Daten über den Lichtwellenleiter aus Kunststoff übertragen worden, ist es am Ende des Lichtwellenleiters erforderlich, dass die Daten dort ausgekoppelt und zurückverwandelt werden, wozu am Ende des Lichtwellenleiters eine Decodierungseinheit geschaltet ist, die entsprechend zu dieser Umwandlung (Decodierung) der übertragenen Daten ausgebildet ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Codierungseinheit zur Umsetzung des binären digitalen Datensignals in ein mehrstufig codiertes Signal, welches ein gegenüber dem Binärcode zu einem niedrigeren Frequenzbereich verschobenes Leistungsdichtespektrum besitzt, ausgebildet ist und die Decodierungseinheit zur Rückwandlung des mehrstufigen Signals in ein binär codiertes Ausgangssignal ausgebildet ist. Diese Umsetzung stellt eine von mehreren Möglichkeiten dar, die binären Daten zwecks einer Datenratensteigerung bei begrenzter Bandbreite der Übertragungsleitung umzusetzen.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Codierungseinheit zur Umwandlung gemäß einer MLT-3-Codierung ausgebildet, und die Decodierungseinheit zur Rückwandlung der MLT-3-codierten Daten ausgebildet. Eine solche Codierung hat den Vorteil, dass entsprechende elektronische Bausteine (Codierungsschaltkreise) mit dieser Funktion kommerziell verfügbar sind. Beim MLT-3 Code handelt es sich um einen speziellen 3-Level-Code mit den Ausgangsstati der Codiereinheit 0, +1 ,
0, -1 , 0, Eine logische 1 am Eingang der Codiereinheit bedeutet eine Änderung des Ausgangszustandes in der beschriebenen Abfolge. Eine logische 0 verursacht keine Änderung des Ausgangszustandes.
Die Ausgangszustände der Codiereinheit sind in der optischen Sendeeinheit entsprechend anzupassen z.B. Zustand -1 in „kein Licht" (LED aus), Zustand 0 in „halbe Lichtleistung" und Zustand +1 in „volle Lichtleistung".
Neben den beiden genannten Verfahren zur Umsetzung der binären Daten zwecks einer Datenratensteigerung sind auch andere Verfahren, die den gleichen Zweck erfüllen, denkbar. Ingesamt haben solche Verfahren den Vorteil, dass eine Übertragung von digitalen Daten mit Bitraten größer als 50 Megabit pro Sekunde (bzw. die daraus resultierende Bandbreite) über einen Kunststoff-Lichtwellenleiter mit entsprechender Länge überhaupt erst ermöglicht werden.
In Weiterbildung der Erfindung werden zur Signalübertragung Leuchtdioden eingesetzt, die im sichtbaren grünen Bereich (vorzugsweise ca. 585 nm ± 10 %) strahlen. Dies hat den Vorteil, dass mittels von Leuchtdioden eine sehr schnelle Umsetzung der elektrischen Signale in optische Signale realisierbar ist und die Dämpfung der Signale beim Einsatz von Kunststoff-Lichtwellenleitern in diesem Längenwellenbereich sehr gering ist.
In Weiterbildung der Erfindung werden zur Übertragung Leuchtdioden eingesetzt, die im infraroten Bereich (vorzugsweise ca. 850 nm ± 10 %) strahlen, wobei die Kunststoff-Lichtwellenleiter als HCS-Lichtwellenleiter ausgebildet sind. Auch in dieser Kombination ist die Dämpfung äußerst niedrig, so dass die genannte Kombination besonders vorteilhaft ist.
In Weiterbildung der Erfindung weisen die Sendeeinheit und/oder die Empfangseinheit eine direkte, mikroreflektorunterstützte Lichtkopplung auf. Dadurch erhöht sich der Kopplungswirkungsgrad zwischen den Mitteln zur Umwandlung der elektrischen Signale in optische Signale (oder umgekehrt), bei denen es sich beispielsweise um Leuchtdioden handelt, und dem Lichtwellenleiter, wobei Erhöhungen um mindestens 5 dB, vorzugsweise 7 dB erzielbar sind und sich dadurch Übertragungsentfernungen von einigen hundert Metern, vorzugsweise mehr als 500 Meter erzielen lassen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind im folgenden beschrieben und anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Datenübertragung,
Figur 2 ein Automatisierungssystem gemäß dem Stand der Technik zur Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 3 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 1 ,
Figur 4 die Ausgestaltung einer direkten, mikroreflektorunterstützten Lichkopplung,
Figur 5 ein Ende des Lichtwellenleiters mit einer Steckverbindung.
Figur 1 zeigt die Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Datenübertragung. Eingangsseitig ist eine Codierungseinheit 2 vorgesehen, die einen Eingang E aufweist, über welchen der Codierungseinheit 2 binäre elektrische Eingangssignale zugeführt werden. Ausgangsseitig ist der Codierungseinheit 2 eine Sendeeinheit 3 nachgeschaltet, mit der die binären elektrischen Eingangssignale nach ihrer Umwandlung in optische Signale umgewandelt werden. Bei dieser Sendeeinheit 3 handelt es sich vorzugsweise um Leuchtdioden. Die Umwandlung der elektrischen binären Eingangssignale in der Codierungseinheit 2 erfolgt nach Verfahren, wie sie zum Beispiel zu den Patentansprüchen 2 und 3 schon beschrieben worden sind. Nach der Umwandlung der Signale in der Codierungseinheit 2 zwecks einer Datenratensteigerung und einer anschließenden Umwandlung in optische Signale in der Sendeeinheit 3 werden diese optischen Signale in einen Lichtwellenleiter 4 eingespeist. Der Lichtwellenleiter 4 ist ein Kunststoff-Lichtwellenleiter, zum Beispiel eine Polymer- oder eine HCS-Faser. Diese Aufzählung ist nur beispielhaft, so dass auch andere Typen von Fasern zum Einsatz kommen können.
Am ausgangsseitigen Ende des Lichtwellenleiters 4 ist eine Empfangseinheit 5 vorhanden, die die über den Lichtwellenleiter 4 übertragenen optischen Signale in elektrische Signale umwandelt. Diese umgewandelten Signale werden einer Decodierungseinheit 6 zugeführt, die zum Beispiel zur Rückwandlung des mehrstufigen Signals in das binär codierte Ausgangssignal ausgebildet ist. Damit stehen die schnell und über eine große Entfernung übertragenen binären Eingangssignale als binäre Ausgangssignale an dem Ausgang A der Decodierungseinheit 6 zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. -
Figur 2 zeigt ein Automatisierungssystem 7 zur Anwendung der Vorrichtung 1 zur Datenübertragung. Das beispielhaft gezeigte Automatisierungssystem 7 besteht in an sich bekannter Weise aus einer Leitebene 8, einer Prozeßebene 9 sowie einer Feldebene 10. In der Leitebene 8 ist ein Leitrechner 11 vorhanden, der einen Prozeß (zum Beispiel ein produktions- oder ein verfahrenstechnischer Ablauf) überwacht. Innerhalb der Prozeßebene 9 sind ein oder mehrere Prozeßrechner 12 vorhanden. Bei diesen kann es sich beispielsweise um speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) handeln. An den Prozeßrechnern 12 sind Eingabeeinheiten (zum Beispiel Sensoren 13) sowie Ausgabeeinheiten (zum Beispiel Aktuatoren 14, Stellglieder oder dergleichen) angeschlossen. Mit den Signalen der Eingabe- bzw. Ausgabeeinheiten kann der zugrundeliegende Prozeß gesteuert bzw. geregelt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Leitrechner 11 mit den Prozeßrechnern 12 über einen Datenbus 15 verbunden, wobei auch die Leitrechner 12 mit ihren angeschlossenen Geräten über entsprechende Bussysteme verbunden sein können. Der Leitrechner 11 weist eine Schnittstelle 16 auf, genauso wie die Prozeßrechner 12 jeweils eine Schnittstelle 17 aufweisen, wobei an diesen Schnittstellen 16, 17 die Verbindung zu dem Datenbus 15 hergestellt wird. Dieser Datenbus 15 ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Lichtwellenleiter aus Kunststoff, der aufgrund der rauhen Umgebungsbedingungen, die beim Betrieb des Automatisierungssystemes 7 herrschen, besonders vorteilhaft ist.
Gemäß Figur 3 ist gezeigt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, auf der einen Seite an dem Leitrechner 11 und auf der anderen Seite an einem der Prozeßrechner 12 angeschlossen ist. Zu diesem Zweck sind bei der Ausführung gemäß Figur 3 einerseits die Codierungseinheit 2 mit ihrer zugehörigen Sendeeinheit 3 an dem Leitrechner 11 angeschlossen, während die Empfangseinheit 5 mit ihrer zugeordneten Decodiereinheit 6 an dem Leitrechner 12 angeschlossen ist. Hierbei ist es denkbar, dass die Einheiten 2/3 bzw. 5/6 ein eigenständiges Modul bilden, das einerseits an den Lichtwellenleiter 4 und andererseits an die Schnittstelle 16, 17 des Leitrechners 11 bzw. des Prozeßrechners 12 angeschlossen wird. Alternativ dazu ist es denkbar, die Einheiten 2/3 bzw. 5/6 in die Schnittstellen 16 bzw. 17 der Rechner 11, 12 zu integrieren. Außerdem ist es denkbar, dass jeweils an einem Ende des Lichtwellenleiters 4 nicht nur die Einheit 2/3 bzw. 5/6 angeordnet ist (wie es in Figur 3 dargestellt ist), sondern dass an einem Ende des Lichtwellenleiters 4 jeweils eine Sendeeinheit 3 und eine Empfangseinheit 5 mit der ihr zugeordneten Codierungseinheit 2 bzw. der Decodierungseinheit 6 zugeordnet ist. Damit wird in besonders vorteilhafter Weise zum schnellen Datenaustausch eine bidirektionale Datenübertragung realisiert. Figur 4 zeigt, dass die Sendeeinheit 3 (gleiches gilt in analoger Weise für die Empfangseinheit 5) eine direkte, mikroreflektorunterstützte Lichtkopplung aufweisen. Zu diesem Zweck ist der Sendeeinheit 3 (Leuchtdiode) ein Reflektor 18 (Mikroreflektor) nachgeordnet und in Richtung der Stirnseite des Endes des Lichtwellenleiters 4 ausgerichtet, so dass das von der Sendeeinheit 3 abgestrahlte Licht möglichst vollständig auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters 4 gebündelt wird, um Streuverluste zu vermeiden. Damit erhöht sich in besonders vorteilhafter Weise der Kopplungswirkungsgrad zwischen der Sendeeinheit 3 und dem Lichtwellenleiter 4.
Figur 5 zeigt das Ende eines Lichtwellenleiters 4, der in an sich bekannter Weise einen lichtführenden Leiter 19 (hier aus Kunststoff) aufweist, um den herum eine Ummantelung 20 angeordnet ist. Dieser Lichtwellenleiter 4 aus Kunststoff kann mit einfachen Mitteln mit einem Steckverbinder 21 versehen werden, wobei vorher ein Teil der Ummantelung 20 entfernt wird, wobei je nach Ausgestaltung des Steckverbinders 21 das Entfernen der Ummantelung 20 unterbleiben kann. Mittels des angebrachten Steckverbinders 21 wird dieses Ende des Lichtwellenleiters 4 mit der Sendeeinheit 3 bzw. der Empfangseinheit 5 verbunden. Das zum Steckverbinder 21 passende Gegenstück (Buchse) ist Bestandteil der Sendeeinheit 3 (bzw. der Empfangseinheit 5) oder eines Moduls (bestehend aus den Einheiten 2/3 bzw. 5/6) oder Bestandteil der Schnittstellen von Geräten.
Bezugszeichenliste
1. Vorrichtung zur Datenübertragung
2. Codierungseinheit 3. Sendeeinheit
4. Lichtwellenleiter
5. Empfangseinheit
6. Decodiereinheit
7. Automatisierungssystem 8. Leitebene
9. Prozeßebene
10. Feldebene
11. Leitrechner
12. Prozeßrechner 13. Sensoren
14. Aktuatoren
15. Datenbus
16. Schnittstelle
17. Reflektor 18. Lichtführende Leiter
19. Ummantelung
20. Steckverbinder

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1.
Vorrichtung (1) zur Datenübertragung über einen Lichtwellenleiter (4), an dessen einem Ende über eine Sendeeinheit (3) binäre Daten eingespeist werden, wobei an dem anderen Ende die eingespeisten und übertragenen Daten über eine Empfangseinheit (5) ausgekoppelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwandlung der binären elektrischen Daten zwecks einer Datenratensteigerung der Sendeeinheit (3) eine Codierungseinheit (2) vorgeschaltet und der Empfangseinheit (5) eine Decodierungseinheit (6) nachgeschaltet ist, wobei der Lichtwellenleiter (4) ein Lichtwellenleiter aus Kunststoff ist.
2.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Codierungseinheit (2) zur Umsetzung eines binären digitalen Datensignals in ein mehrstufig codiertes Signal, welches ein gegenüber dem Binärcode zu einem niedrigeren Frequenzbereich verschobenes Leistungsdichtespektrum besitzt, ausgebildet ist und die Decodierungseinheit (6) zur Rückwandlung des mehrstufigen Signals in das binär codierte Ausgangssignal ausgebildet ist.
3.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Übertragung über den Lichtwellenleiter (4) eine MLT-3-Codierung eingesetzt wird.
4.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (3) eine Leuchtdiode aufweist, die im sichtbaren grünen Bereich strahlt, und die Empfangseinheit (5) zum Empfangen der grünen optischen Signale ausgebildet ist.
5.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (3) eine Leuchtdiode aufweist, die im infraroten Bereich strahlt, und die Empfangseinheit (5) zum Empfangen der infraroten Signale ausgebildet ist.
6.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (3) und/oder die Empfangseinheit (5) eine direkte, mikroreflektierte unterstützte Lichtkopplung aufweisen.
7.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Lichtwellenleiters (4) jeweils eine Sendeeinheit (3) mit zugehöriger Codierungseinheit (2) sowie eine Empfangseinheit (5) mit zugehöriger Decodiereinheit (6) zur bidirektionalen Datenübertragung angeordnet sind.
8.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet für einen Einsatz für die . Übertragung von Fast-Ethernet-Signalen im Bereich von 100 Megabit pro Sekunde.
9.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mehrstufig codierte Signal mittels eines Tertiär-Codes umgewandelt wird.
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