ES2232763T3 - Sistema de conexion optica. - Google Patents
Sistema de conexion optica.Info
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Abstract
Sistema ópticamente conectado para intercambiar datos entre dispositivos de automatización industrial que comprende una pluralidad de elementos de conexión (7, 9¿, 9¿, ..., 9N), caracterizado porque cada uno de dichos elementos de conexión (7, 9¿, 9¿, ..., 9N) con por lo menos dos pares de medios transmisores (30, 32) y receptores ópticos (28, 34), estando compuesto cada par por un medio transmisor óptico (30, 32) dispuesto en el lado principal (10) de cada uno de los elementos de conexión (7, 9¿, 9¿, ..., 9N) y de un medio receptor óptico (28, 34) colocado en un lado principal opuesto (12) de cada uno de dichos elementos de conexión (7, 9¿, 9¿, ..., 9N), estando colocado también cada par de medio de transmisión (30, 32) y recepción ópticos (28, 34) en dichos lados principales (10, 12) de dichos elementos de conexión (7, 9¿, 9¿, ..., 9N) en un sentido opuesto con respecto al par anterior para disponer así en cada lado principal (10, 12) de dichos elementos de conexión (7, 9¿, 9¿,..., 9N) un medio de transmisión (30, 32) seguido por un medio de recepción (28, 34) opcionalmente seguido por un medio de transmisión (30, 32) y así sucesivamente, estando adaptados cada uno de dichos medios de transmisión (30, 32) y de recepción (28, 34) para cooperar con vistas a intercambiar datos con el respectivo medio de recepción (28, 34) y de transmisión (30, 32) de otro adyacente de dichos elementos de conexión (7, 9¿, 9¿, ..., 9N).
Description
Sistema de conexión óptica.
La presente invención se refiere a un sistema
ópticamente conectado, en particular a través de rayos ópticos con
frecuencia infrarroja, para intercambiar datos entre dispositivos de
automatización industrial.
Actualmente (véase, por ejemplo,
WO-A-01-78265 y
US-A-5.495.357), en aplicaciones de
automatización industrial, es común la realización de una pluralidad
de elementos de conexión (que contienen líneas de entrada y salida
hacia dispositivos externos tales como sensores, etc) colocados uno
junto a otro (por ejemplo, en una barra tipo DIN) y conectados
mutuamente y conectados a un elemento de recogida y ordenación de
datos (comúnmente conocido por "terminal de potencia"), que, a
su vez, mediante el uso de un bus de campo, envía datos, recogidos
de diferentes dispositivos externos, a un control numérico aguas
arriba. Con el fin de realizar el intercambio de datos entre
elementos de conexión y el elemento de recogida y ordenación de
datos, se prevé habitualmente una conexión en serie que permite
tanto el paso de los diferentes datos como el suministro de varios
elementos. Los elementos de conexión y de recogida y ordenación de
datos están contenidos cada uno dentro de su respectiva caja, que
tiene varias formas y tamaños, adaptada para ensamblarse sobre
barras o instalarse de manera operativa de otro modo.
Un sistema construido de este modo tiene muchos
problemas: en primer lugar, cuando falla uno de los elementos de
conexión, en ciertos casos es necesario desarmar toda la hilera de
elementos, puesto que tal elemento no puede retirarse
individualmente; en otros casos, si es posible retirar el elemento
conformado como una tarjeta de la caja que lo contiene, su retirada
interrumpe la línea de conexión en serie y por consiguiente, si no
se tiene un elemento de conexión para reemplazarlo inmediatamente,
tal línea queda interrumpida y después desactivada, con las
evidentes desventajas.
Adicionalmente, las cajas que contienen los
diversos elementos son muy frecuentemente de una configuración
complicada y por consiguiente son de un coste muy alto para
estamparlas. Cuando las cajas son de configuración más simple, las
mismas adolecen de muchas funcionalidades que son necesarias en las
automatizaciones corrientes.
Otros problemas del sistema antes citado son la
presencia de contactos "físicos" que tienen los diversos
elementos con el fin de conectarse mutuamente, tales contactos están
sujetos a desgastes, suciedad y otras condiciones ambientales, tales
como por ejemplo perturbaciones electromagnéticas, que dañan su
funcionalidad, deteriorando a su vez los otros elementos de conexión
del sistema.
Todavía más, el suministro que es posible prever
a través de la conexión en serie es relativamente limitado,
permitiendo conectar mutuamente un número máximo de elementos que es
igual a 8 ó 16 salidas digitales de 250 mA cada una. Si los
elementos de conexión necesarios son superiores a este número, es
necesario prever un sistema adicional, conectado en serie con el
anterior, con problemas evidentes de coste y conexiones.
El objeto de la presente invención es resolver
los problemas citados de la técnica anterior previendo un sistema
ópticamente conectado que es sencillo de realizar, instalar, usar y
someter a mantenimiento, es de un coste reducido desde el punto de
vista tanto de fabricación como de utilización, y ante todo es mucho
más eficiente y fiable con respecto a las conexiones actualmente
existentes en el mercado.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema ópticamente conectado que permita la rápida
sustitución de elementos defectuosos o inutilizables, que se pueda
realizar además sin algunos elementos de la serie y sin comprometer
en modo alguno la capacidad de intercambio de datos entre los
elementos que están presentes, y que sea insensible a las
perturbaciones electromagnéticas de las líneas, que son una causa
frecuente de errores en las conexiones actuales. Con una disposición
de este tipo es posible agrupar los diversos elementos que componen
la serie por familias de uso, simplificando e incrementado la
seguridad para el personal de mantenimiento implicado.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un sistema ópticamente conectado como se ha mencionado
mas arriba, que sea escasamente sensible a las influencias del
ambiente circundante, tal como por ejemplo suciedad, ruidos,
vibraciones, etc.
Los mencionados objetos así como otros objetos y
ventajas de la invención, como se verá por la siguiente descripción,
son obtenidos por un sistema ópticamente conectado según la
reivindicación 1. Realizaciones preferidas y variaciones no
triviales de la presente invención están reivindicadas en las
reivindicaciones dependientes.
La presente invención quedará mejor descrita por
algunas realizaciones preferidas de la misma, dadas como ejemplo no
limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista en bloque esquemático de
una configuración de elementos de automatización industrial a los
que puede aplicarse el sistema ópticamente conectado de la presente
invención;
la figura 2 es una vista en perspectiva
esquemática de una caja de automatización industrial que se puede
usar con la presente invención;
la figura 3 es una vista de fondo de la caja de
la figura 2;
la figura 4 es una vista lateral esquemática de
una placa que destaca el sistema ópticamente conectado de la
invención aplicado a la misma;
la figura 5 es una vista frontal de la placa de
la figura 4;
la figura 6 es una vista operativa esquemática
del sistema ópticamente conectado de la invención; y
la figura 7 es una diagrama de bloques
esquemático de los principales componentes necesarios para
implementar el sistema ópticamente conectado de la presente
invención.
Con referencia a las figuras, se muestra ejemplos
no limitativos de realizaciones del sistema ópticamente conectado de
la presente invención. El dispositivo será descrito a continuación
aplicándolo al campo de la automatización industrial en general,
pero es evidente que puede hallar una aplicación válida y eficiente
en cualquier campo donde sea necesario realizar un intercambio de
datos eficiente entre dispositivos mutuamente conectables que sean
preferiblemente adyacentes y utilicen un bus de suministro e
intercambio de datos.
Una primera realización preferida de la presente
invención (mostrada en los dibujos únicamente de una forma general)
proporciona un sistema ópticamente conectado para intercambiar datos
entre dispositivos de automatización industrial, compuesto de una
pluralidad de elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N}. Cada
uno de tales elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N} está
equipado con un par de medios transmisores 30, 32 y receptores
ópticos 28, 34: tal par se compone de un medio transmisor óptico 30,
32 dispuesto en el lado principal 10 de cada uno de los elementos de
conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N} y de un medio receptor óptico 28,
34 colocado en el lado principal opuesto 12 de cada uno de los
elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N}. Igualmente, cada uno
de los medios transmisores 30, 32, y receptores 28, 34 está adaptado
para cooperar con vistas a intercambiar datos con el respectivo
medio receptor 28, 34 y transmisor 30, 32 de otro adyacente de los
elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N}.
De acuerdo con otra realización preferida
mostrada en las figuras, el sistema ópticamente conectado para
intercambiar datos entre dispositivos de automatización industrial
de la presente invención comprende también sustancialmente una
pluralidad de elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N}, cada
uno de los cuales está equipado con por lo menos dos pares de medios
transmisores 30, 32 y receptores ópticos 28, 34. Cada par se compone
de un medio transmisor óptico 30, 32 dispuesto en el lado principal
10 de cada uno de los elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N}
y de un medio receptor óptico 28, 34 colocado en el lado principal
opuesto 12 de cada uno de los elementos de conexión 7, 9', 9'',...,
9^{N}; igualmente, con el fin de garantizar siempre la
funcionalidad operativa de los elementos de conexión 7, 9', 9'',...,
9^{N} independientemente de la orientación con la que se
ensamblen (por ejemplo, en una barra tipo DIN), cada par de medios
transmisores 30, 32 y receptores ópticos 28, 34 está dispuesto
además en los lados principales 10, 12 de los elementos de conexión
7, 9', 9'',..., 9^{N} en un sentido opuesto con respecto al par
anterior para disponer así en cada lado principal 10, 12 de los
elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N} un medio transmisor
30, 32 seguido por un medio receptor 28, 34 (como se puede ver mejor
en la figura 5), seguido eventualmente por un medio transmisor 30,
32 (no representado) y así sucesivamente. Igualmente en este caso,
cada uno de los medios transmisores 30, 32 y receptores 28, 34 está
adaptado para cooperar con el fin de intercambiar datos con el
respectivo medio receptor 28, 34 y transmisor 30, 32 de otro
adyacente de los elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N}.
Con el fin de permitir la instalación y conexión
de un mayor número de elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N},
de acuerdo con los requerimientos de aplicación, por lo menos uno de
los elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N} puede estar
equipado adicionalmente, en uno de sus lados menores 14
perpendicular a los lados 10, 12 en los que están colocados los
medios de transmisión 30, 32 y de recepción 28, 34, con por lo menos
un par adicional de medio de transmisión 30, 32 y de recepción 28,
34 (no representados). En este caso, se puede instalar dos hileras
adyacentes de elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N}; y los
datos son transmitidos y recibidos no solamente a lo largo de las
dos hileras, sino también entre una hilera y la otra, con una
conexión óptica "perpendicular" entre un elemento de una hilera
y el elemento correspondiente de debajo en la otra hilera.
Como es sabido, los elementos de conexión 7, 9',
9'',..., 9^{N} están colocados dentro de las respectivas cajas 13
para automatización industrial: con el fin de permitir su uso con la
presente invención no es necesario, sin embargo, que tales cajas 13
sean de una forma o configuración particularmente complicada y
costosa. En cambio, las cajas 13 son escogidas lo más baratas
posible. Las cajas 13, como la mostrada esquemáticamente en la
figura 2, están equipadas con medios 15 para la conexión a barras,
por ejemplo de tipo DIN). Con el fin de poder usar tales cajas 13
con la presente invención, basta con taladrar en una de ellas
agujeros 16, 18, 20, 22 obtenidos junto a los medios de transmisión
30, 32 y de recepción 28, 34 con el fin de permitir su operabilidad
mutua. Evidentemente, las cajas 13 para los elementos de conexión 7,
9', 9'',..., 9^{N} adaptadas para realizar también la conexión
"perpendicular", tendrán también agujeros 24, 26 formados junto
al otro par de medios de transmisión 30, 32 y de recepción 28, 34
que están presentes en el lado 14.
Preferiblemente, los medios de transmisión 30, 32
y de recepción óptica 28, 34 se componen de transmisores y
receptores de rayos ópticos a frecuencia infrarroja, que funcionan
particularmente, pero no de un modo limitativo, de acuerdo con el
protocolo IrDa.
Con este tipo de componentes ópticos se puede
realizar un circuito operativo, mostrado esquemáticamente en la
figura 7, que permite conectar cada par de transmisores 30, 32 y de
receptores 28, 34 al respectivo codificador/descodificador 36, 38
conectado a su vez a medios de control y de gestión 40, 42
(comúnmente un tipo UART de tarjeta 40 y un microprocesador 42).
Tales medios de control y de gestión 40, 42 están conectados, a
través de una interfaz I/O 44, a un tablero de terminales o bornes
46 para el suministro y la entrada/salida de señales de los
dispositivos externos de automatización industrial (no
representados).
Alternativamente, como es evidente, los medios
transmisores 30, 32 y receptores ópticos 28, 34 pueden estar
compuestos por transmisores y receptores de rayos ópticos con rayos
láser, a frecuencia de microondas u otros tipos de medios ópticos
equivalentes, y usar incluso luz visible.
Con el fin de completar las conexiones operativas
del sistema de la invención, el suministro a cada uno de los
elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N} puede ser previsto por
separado con respecto al sistema ópticamente conectado, por ejemplo,
por conexiones en serie a través de cablecitos o usando tableros
terminales de conexión desmontable, con el fin de facilitar las
operaciones de suministro, desconexión y reconexión cuando sea
necesario sustituir o mantener los elementos de conexión 7, 9',
9'',..., 9^{N} y/o las cajas 13.
También de un modo conocido, como se muestra en
la figura 1, los elementos de conexión 7, 9', 9'',..., 9^{N} se
componen de una pluralidad de elementos de entrada y salida de datos
9', 9'',..., 9^{N} respectivamente conectados (a través de entrada
o salidas digitales 11', 11'',..., 11^{N} que pueden ser 2, 4, 8 y
números análogos) a dispositivos externos de automatización
industrial (no mostrados) y de un elemento de recogida de datos y de
cola de espera 7 ("terminal de potencia") operativamente
conectado a los elementos de entrada y salida de datos elementos de
conexión 9', 9'',..., 9^{N}: tal elemento 7 está conectado, a
través de un bus de campo 3, a un control numérico aguas arriba 1
para gestionar datos.
Con el sistema anteriormente descrito es
por
consiguiente posible obtener las siguientes ventajas:
consiguiente posible obtener las siguientes ventajas:
- 1.
- Si se retira un módulo 9', 9'',..., 9^{N}, el sistema sigue funcionando;
- 2.
- Si debido a un error de conexión durante la fase de instalación, se proporciona alto voltaje a un módulo 9', 9'',..., 9^{N}, éste es dañado, pero los otros, al estar galvánicamente aislados, siguen funcionando.
- 3.
- No teniendo la limitación de disponer los módulos 9', 9'',..., 9^{N} uno junto a otro, los mismos pueden ser separados con el fin de dividirlos, dependiendo lógicamente del tipo de las señales tratadas o su funcionalidad, con las evidentes simplificaciones para el personal de mantenimiento y los operadores responsables.
Claims (14)
1. Sistema ópticamente conectado para
intercambiar datos entre dispositivos de automatización industrial
que comprende una pluralidad de elementos de conexión (7, 9',
9'',..., 9^{N}), caracterizado porque cada uno de dichos
elementos de conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}) con por lo menos
dos pares de medios transmisores (30, 32) y receptores ópticos (28,
34), estando compuesto cada par por un medio transmisor óptico (30,
32) dispuesto en el lado principal (10) de cada uno de los elementos
de conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}) y de un medio receptor óptico
(28, 34) colocado en un lado principal opuesto (12) de cada uno de
dichos elementos de conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}), estando
colocado también cada par de medio de transmisión (30, 32) y
recepción ópticos (28, 34) en dichos lados principales (10, 12) de
dichos elementos de conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}) en un
sentido opuesto con respecto al par anterior para disponer así en
cada lado principal (10, 12) de dichos elementos de conexión (7, 9',
9'',..., 9^{N}) un medio de transmisión (30, 32) seguido por un
medio de recepción (28, 34) opcionalmente seguido por un medio de
transmisión (30, 32) y así sucesivamente, estando adaptados cada uno
de dichos medios de transmisión (30, 32) y de recepción (28, 34)
para cooperar con vistas a intercambiar datos con el respectivo
medio de recepción (28, 34) y de transmisión (30, 32) de otro
adyacente de dichos elementos de conexión (7, 9', 9'',...,
9^{N}).
2. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de
dichos elementos de conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}) está
equipado en uno de sus lados menores (14) perpendicular a los lados
(10, 12) en los que están colocados los medios de transmisión (30,
32) y de recepción (28, 34), con por lo menos un par adicional de
medio de transmisión (30, 32) y de recepción (28, 34).
3. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos de
conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}) están colocados dentro de las
respectivas cajas (13) para automatización industrial, estando
equipada cada una de dichas cajas (13) de agujeros (16, 18, 20, 22)
obtenidos junto a dichos medios de transmisión (30, 32) y de
recepción (28, 34) con el fin de permitir su operabilidad
mutua.
4. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 2, caracterizado porque dichos elementos de
conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}) están colocados dentro de las
respectivas cajas (13) para automatización industrial, estando
equipada cada una de dichas cajas (13) de agujeros (16, 18, 20, 22)
obtenidos junto a dichos medios de transmisión (30, 32) y de
recepción (28, 34) con el fin de permitir su operabilidad mutua y
de agujeros (24, 26) obtenidos junto a por lo menos dicho par
adicional de medios de transmisión (30, 32) y de recepción (28, 34)
con el fin de permitir su operabilidad.
5. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de
transmisión (30, 32) y de recepción óptica (28, 34) se componen de
transmisores y receptores de rayos ópticos a frecuencia
infraroja.
6. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 5, caracterizado porque dichos transmisores
y receptores de rayos ópticos a frecuencia infrarroja funcionan de
acuerdo con el protocolo IrDa.
7. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque cada par de
dichos transmisores (30, 32) y receptores (28, 34) está conectado al
respectivo codificador/descodificador (36, 38) conectado a su vez a
medios de control y de gestión (40, 42), estando conectados dichos
medios de control y de gestión (40, 42), a través de una interfaz
I/O (44), a un tablero de terminales o bornes (46) para el
suministro y entrada/salida de señales de los dispositivos externos
de automatización industrial.
8. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 7, caracterizado porque dichos medio de
control y de gestión (40, 42) se componen de un elemento tipo
UART (40) y un microprocesador (42).
9. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de
transmisión (30, 32) y de recepción ópticos (28, 34) se componen
de transmisores y receptores de rayos ópticos con rayos láser.
10. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de
transmisión (30, 32) y de recepción ópticos (28, 34) se componen de
transmisores y receptores de rayos ópticos a frecuencia de
microondas o a través de luz visible.
11. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque está previsto un
suministro a cada uno de dichos elementos de conexión (7, 9',
9'',..., 9^{N}) por separado con respecto a dicho sistema
ópticamente conectado.
12. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 11, caracterizado porque el suministro está
previsto por conexiones en serie a través de cablecitos.
13. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 11, caracterizado porque el suministro está
previsto por tableros terminales de conexión desmontable.
14. Sistema ópticamente conectado de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque dichos elementos de
conexión (7, 9', 9'',..., 9^{N}) se componen de una pluralidad de
elementos adicionales de entrada y salida de datos (9', 9'',...,
9^{N}) respectivamente conectados (11', 11'',..., 11^{N}) a
dispositivos de automatización industrial y de un elemento de
recogida de datos y de cola de espera (7) operativamente conectado
a dichos elementos de entrada y salida de datos (9', 9'',...,
9^{N}) estando conectado dicho elemento de recogida de datos y de
cola de espera (7), a través de un bus de campo (3), a un control
numérico (1) para gestionar datos.
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