ES2346407T3 - Sistema e/s con conectores configurables. - Google Patents
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Abstract
Un módulo (66) que incluye: un primer aparato conector que incluye una primera pluralidad de conectores (74, 114) para la conexión de una primera pluralidad de cables (68) entre dicho módulo (66) y una primera pluralidad de dispositivos (70, 96), cada uno de la primera pluralidad de conectores (74, 114) comprende una multiplicidad de pines de conector, caracterizado porque el módulo (66) incluye: un microprocesador (82); una fuente de alimentación (84); una pluralidad de conjuntos de medios de conexión (98-112) de circuito, en los que hay un conjunto de medios de conexión (98-112) de circuito para cada uno de la multiplicidad de pines de conector en cada uno de la primera pluralidad de conectores (74, 114), y en el que cada conjunto de medios de conexión (98-112) de circuito es operable, en respuesta a una señal de entrada de un aparato de control (72), para conectar el respectivo pin de conector a un microprocesador (82) o fuente de alimentación (84).
Description
Sistema E/S con conectores configurables.
La presente invención se refiere en general a
cableado y sistemas de cableado, y más particularmente a un sistema
de cableado universal en el que el requisito de interconexiones de
hilos específicos entre dispositivos primero y segundo se logra
mediante el uso de un módulo programable E/S para realizar la
conexión al primer dispositivo, y dirigir las conexiones desde el
primer dispositivo a hilos seleccionados de un cable para la
conexión al segundo dispositivo.
El documento
EP-A-0.436.458 describe un sistema
de interconexión que incluye características según se especifica en
la parte de caracterización previa de la reivindicación 1.
El documento
US-A-4.695.955 describe un
dispositivo electrónico con una interfaz universal entre sensores y
un sistema de adquisición y procesamiento de las señales procedentes
de los sensores, en el que los diversos sensores se conectan a
terminales estandarizados, que parecen todos idénticos para el
usuario y que comprenden elementos de amplificación y suministro de
energía, capaces de adaptarse a los sensores, y medios de
identificación que reconocen automáticamente el sensor presente en
el terminal, con el fin de permitir la programación de la
amplificación de señal, el suministro de energía y los elementos de
procesamiento.
El documento
US-A-5.938.754 describe un cable de
doble conector para conectar un ordenador a un bus de
instrumentación en serie. El cable comprende un primer terminal
situado en un primer extremo del cable para acoplar el cable al
ordenador. El primer terminal comprende un conector de dispositivo
que se configura para conectar el primer terminal a un conector en
el ordenador. El cable también comprende un segundo terminal ubicado
en un segundo extremo del cable para acoplar el cable al bus de
instrumentación en serie. El segundo terminal comprende circuitos
de interfaz para la interconexión del cable con el bus de
instrumentación en serie. El segundo terminal también comprende un
primer conector de bus que se acopla eléctricamente a los circuitos
de interfaz de instrumentación en serie. El primer conector de bus
se configura para conectarse a un conector de emparejamiento para el
acoplamiento al bus de instrumentación en serie. El segundo
terminal también comprende un segundo conector de bus que se acopla
eléctricamente a los circuitos de interfaz de instrumentación en
serie. El segundo conector de bus se configura para conectarse al
bus de instrumentación en serie. En una realización, el primer
conector de bus se puede operar para conectarse al bus de
instrumentación en serie y el segundo conector de bus se puede
operar para conectarse a un monitor de bus para permitir que el
monitor de bus supervise señales en el bus de instrumentación en
serie.
El documento
US-A-5.905.249 describe un sistema
de configuración y selección de interfaz para un periférico de
ordenador en el que la configuración para el periférico y/o la
interfaz de anfitrión se consiguen, por lo menos en parte, mediante
el cable de conector de interfaz. El periférico de ordenador se
equipa con una o más interfaces de equipo físico (hardware). El
cable de conector de interfaz tiene un primer conector de extremo
para unir el periférico de ordenador. El primer conector de extremo
del cable de conector de interfaz es normalmente un conector de
pines múltiples construido y dispuesto para poderse conectar de
forma adecuada física y eléctricamente sólo a un periférico
específico de ordenador o clase de periféricos de ordenador, el
primer conector de extremo incluye por lo menos una conexión
eléctrica entre dos pines para completar un circuito en el
periférico de ordenador habilitando con ello al equipo
periférico.
El documento
US-A-5.696.988 describe un módulo de
E/S de corriente/tensión que se puede configurar para un
controlador lógico programable. El módulo de E/S incluye
convertidores D/A (digital-analógico) primero y
segundo que se conectan entre sí en cascada de tal manera que un
flujo de datos suministrado al primer convertidor D/A fluye través
hacia el segundo convertidor D/A. Cada uno de los convertidores D/A
incluye una respectiva salida de corriente, salida de voltaje y
entradas de selección intervalo/modo. Un registro de desplazamiento
serie a paralelo se acopla entre una salida de datos del
microprocesador y la entrada de datos del primer convertidor D/A de
tal manera que la información desde un flujo de datos suministrados
por el microprocesador se pasa en serie al primer y segundo
convertidor D/A. El registro de desplazamiento también incluye
salidas en paralelo, a saber salidas de selección de
intervalo/modo, a las que se proporciona información de selección
de intervalo/modo desde el flujo de datos. Las salidas de selección
de intervalo/modo del registro de desplazamiento se acoplan a las
entradas de selección de intervalo/modo de los convertidores D/A
primero y segundo de tal manera que la información de selección de
intervalo/modo puede dar instrucciones a los convertidores D/A
primero y segundo con respecto a qué modo de corriente/voltaje e
intervalo de corriente/voltaje emplear. De esta manera, el
intervalo y el modo del módulo de E/S se pueden configurar y volver
a configurar fácilmente según se desee.
El documento
US-A-5.596.169 describe un cable
para conectar un dispositivo periférico a un puerto de
entrada/salida configurado de acuerdo a indistintamente un
protocolo SCSI o un protocolo de puerto paralelo que tiene un
primer conector con una pluralidad de pines de contacto para la
conexión del cable con el dispositivo periférico; un segundo
conector que tiene una pluralidad de pines de contacto para conectar
el cable al puerto de entrada/salida; y una pluralidad de pares
trenzados cada uno con un primer conductor y un segundo conductor.
El primer conductor de cada uno de los pares trenzados es una línea
de datos/control, y el segundo conductor del par trenzado es un
retorno para la respectiva línea de datos/control de acuerdo con el
protocolo SCSI. Los conductores primero y segundo de cada uno de
los pares trenzados se conectan entre pines seleccionados de los
conectares primero y segundo de tal manera que ninguno de los pares
trenzados lleva una señal de datos/control en ambos de sus
conductores primero y segundo cuando el cable se conecta a un puerto
de entrada/salida que se configura de acuerdo con el protocolo de
puerto paralelo.
Los sistemas eléctricos o electrónicos complejos
a menudo necesitan configuraciones personalizadas de cables. Los
cables tienen por lo general configuraciones especiales para una
aplicación particular. Incluso en sistemas relativamente simples,
tales como sistemas de ordenadores pequeños y audio en casa, se
necesitan normalmente varios cables diferentes. En aplicaciones
mayores, tales como sistemas industriales de control, el número de
diseños de cables personalizados es muy amplio. En los sistemas
industriales de control, tales como los que hacen funcionar las
plantas de automoción, etc., es necesaria la interacción entre los
aparatos de control, los sensores y los dispositivos de
accionamiento. Los aparatos que proporcionan las conexiones
correspondientes se denominarán como sistemas de entrada y salida.
Mediante el sistema de salida, el sistema de control puede encender
luces, bombas, válvulas y otros dispositivos. Del mismo modo,
mediante el sistema de entrada, el sistema de control puede
detectar el estado de un pulsador, si un interruptor está encendido
o apagado, o si el depósito está lleno o qué tan rápido gira un
eje.
En los sistemas de control de la técnica
anterior, tales como un Controlador Lógico Programable (PLC), el
usuario del sistema de control conecta eléctricamente los sensores y
los dispositivos de accionamiento a los sistemas de entrada/salida
utilizando conexiones de hilos individuales o mediante mazos de
hilos con conectores. Un método común de conexión de sensores y
dispositivos de accionamiento en sistemas industriales de control
es mediante el uso de conexiones de hilos individuales a través de
bloques de terminales. Los bloques de terminales suelen emplear una
abrazadera de tornillo. Se retira el aislamiento del extremo del
hilo eléctrico, y luego el cable pelado se desliza debajo de la
abrazadera de tornillo. El tornillo se aprieta entonces para
afianzar el hilo debajo de la abrazadera y efectuar una conexión
eléctrica entre el hilo y el bloque de terminales. Cada vez más, se
utilizan diversas abrazaderas de resorte para retener el hilo, pero
éstas son esencialmente igual que las abrazaderas de tornillos. La
figura 1 muestra cómo se conectan hilos individuales 10 a los
Módulos de entrada y salida 12, 14 de un PLC 16 mediante bloques de
terminales 18 a tres dispositivos, una bombilla 20, un interruptor
22 y un interruptor de proximidad 24. Un interruptor de proximidad
es un tipo común de interruptor que puede detectar la presencia
(normalmente) de metal, y proporciona una indicación mediante la
interrupción o el paso de la corriente eléctrica.
Una desventaja del método ilustrado en la figura
1 es que los terminales 26, 28 en los módulos de entrada o salida
del PLC 16 no se disponen necesariamente de manera conveniente para
facilitar una fácil conexión de una carga, tal como una bombilla o
un interruptor. Como resultado, se debe realizar una gran cantidad
de cableado a mano personalizado con el fin de efectuar las
interconexiones. Además, se debe proporcionar la electricidad,
desde una fuente de alimentación 30 para suministrar energía a
determinados dispositivos de accionamiento y sensores tales como la
bombilla o el sensor de proximidad, en los bloques de terminales 18
con el fin de hacer conexiones con la bombilla o el interruptor. En
general, los Módulos de salidas 12 y 14 de la técnica anterior no
suministran energía a la carga, sólo conmutan la alimentación. El
diseño e implementación de cableado personalizado ilustrado en la
figura 1 se añade significativamente al coste y el tamaño del
sistema.
Otro método de conexión de un sistema industrial
de control tal como un PLC a una carga es mediante un cable o mazo
de hilos con conectores. La figura 2 muestra un módulo de entrada 32
y un módulo de salida 34 desde un PLC 36. Los módulos de
entrada/salida 32 y 34 están equipados con conectores 38 y 40,
respectivamente, que permiten que los cables 42 y 44 sean
utilizados para realizar la conexión con diversos sensores y
dispositivos de accionamiento. Lamentablemente, el cable desde el
módulo de entrada o de salida por lo general no puede conectarse
directamente al sensor o dispositivo de accionamiento porque los
conectores 38 y 40 en el PLC 36 rara vez se configuran para aceptar
una señal de sensor o proporcionar la alimentación al dispositivo de
accionamiento. Por esta razón, la figura 3 representa el método más
común para conectar un PLC a un sensor o dispositivo de
accionamiento cuando se emplean conectores en el PLC. En la figura
3, unos cables 40 desde los módulos de entrada 32 y de salida 34
del PLC se conectan a placas de circuito 46 y 48, que contienen
bloques de terminales 50 para realizar las conexiones al sistema de
control. Por lo tanto, incluso cuando se emplean cables con
conectores, la técnica anterior todavía necesita hacer las
conexiones mediante el uso de conexiones de hilos individuales,
tales como bloques de terminales.
El establecimiento de una conexión directa entre
un PLC y un sensor o dispositivo de accionamiento sin conexiones de
hilos individuales es problemático. Una situación de ejemplo es
cuando un PLC debe conectarse a un dispositivo que ya está equipado
con un conector. La necesidad de conectar un PLC a dicho dispositivo
es muy común. Un dispositivo típico es un regulador de caudal
másico equipado con un conector para la conexión de señales que
deben conectarse al PLC. En este caso, las conexiones se complican
por el hecho de que el módulo de salida del PLC contiene sólo
salidas y el módulo de entrada del PLC contiene entradas únicamente,
mientras que el conector del regulador de caudal másico contiene
señales que representan tanto entradas como salidas. Para empeorar
las cosas, algunas de las señales son digitales -es decir, sí/no
(on/off)- y algunas son señales analógicas que varían
continuamente. Además, el regulador de caudal másico también
necesita la aplicación de un voltaje de alimentación y un
retorno/tierra al conector del regulador de caudal.
\newpage
En general, los métodos y aparatos de la técnica
anterior necesitan el uso de mazos de cables personalizados
diseñados y construidos para conectar el formato rígido de un PLC a
los formatos diferentes de los dispares dispositivos, tales como
reguladores de caudal másico y fuentes de alimentación. La
dificultad de diseñar, fabricar e instalar complejos mazos de hilos
es tan grande que el método predominante para la conexión de PLC a
sensores y dispositivos de accionamiento es mediante conexiones de
hilos individuales y bloques de terminales.
Las figuras 4a y 4b muestran dos ejemplos de
construcciones típicas de cable no estándar. En la figura 4a cada
uno de los hilos 52 y 54 se conecta a un pin diferente en el
conector 56 y en el conector 58. El cable de la figura 4b tiene dos
conectores 60 y 62 en un extremo y un solo conector 64 en el otro
extremo.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona un módulo como se especifica en la reivindicación
1.
El módulo puede proporcionar conexiones
personalizadas utilizando cables estándar. También puede reducir la
complejidad del cable implicado al realizar las interconexiones en
los sistemas de control. Las realizaciones preferidas pueden
reducir el número hilos de diseño personalizado y conexiones
individuales en un sistema y puede proporcionar un módulo
programable de entrada/salida para dirigir señales entre aparatos
mediante cables estándar.
Una realización puede proporcionar un sistema
mejorado para comprobar cables utilizando módulos programables de
entrada/salida. Otra realización puede proporcionar un sistema de
enclavamiento para un sistema de control que utiliza módulos
programables de entrada/salida y cables estándar.
En pocas palabras, una realización preferida de
la presente invención incluye un sistema para permitir a un
controlador de sistema recibir o aplicar un tipo de señal
seleccionada desde o a cualesquiera de entre uno o más de una
pluralidad de conductores del cable. Un módulo de entrada/salida
incluye un primer aparato conector para hacer la conexión con una
primera línea/cable de transmisión para la transmisión de señales
entre el módulo y el controlador de sistema. Por lo menos se
proporciona un segundo conector para la conexión a un primer
extremo de un segundo cable estándar. Un segundo extremo del segundo
cable estándar incluye un conector de cable estándar para realizar
la conexión a un conector correspondiente de un dispositivo desde el
que se reciben datos o al que se aplica una señal. El módulo de
entrada/salida se configura para contener lógica programable para
permitir la comunicación requerida entre el controlador y el
dispositivo.
Una ventaja de la presente invención es que se
puede minimizar o eliminar las interconexiones de cables a
mano.
Una ventaja adicional de la presente invención
es que puede reducir el coste de cableado a mano, incluyendo la
documentación relacionada, pelado de cables, etiquetado de hilos,
instalación y pruebas.
Todavía una ventaja adicional de la presente
invención es que puede eliminar o minimizar la necesidad de mazos
de cables personalizados.
Otra ventaja de la presente invención es que
puede reducir el tiempo necesario para diseñar un nuevo sistema.
Una ventaja de la presente invención es que
puede reducir la cantidad de referencias de piezas de un
sistema.
Una ventaja adicional de la presente invención
es que se puede simplificar el mantenimiento de sistemas en el
campo ya que es necesario que haya disponibles un menor número de
cables para reemplazar los cables dañados o sospechosos.
Todavía una ventaja adicional de la presente
invención es que puede ayudar a realizar cambios de diseño del
sistema, ya que por lo general no se necesitan nuevos diseños de
cable.
La figura 1 ilustra un sistema de interconexión
de la técnica anterior que utiliza hilos individuales;
La figura 2 ilustra un sistema de interconexión
de la técnica anterior que utiliza cables;
La figura 3 ilustra el uso de la técnica
anterior de placas de circuitos para la interconexión de hilos de
cable a los dispositivos seleccionados;
La figura 4a muestra una disposición típica de
cables personalizados de la técnica anterior;
La figura 4b muestra otra disposición típica de
cables personalizados de la técnica anterior;
La figura 5 es un diagrama de bloques para
ilustrar el aparato y el método de la presente invención;
\newpage
La figura 6 es un diagrama de circuito para
ilustrar con más detalle el módulo del sistema de que se puede
configurar de conexión de la presente invención;
La figura 7 es un diagrama de bloques que
ilustra un sistema para ¡a comprobación de cables
utilizando el módulo de la presente invención;
La figura 8 es un diagrama de un sistema de
enclavamiento de la técnica anterior; y
La figura 9 es un diagrama de bloques de un
sistema de enclavamiento que utiliza el módulo de entrada/salida
que se puede configurar con conectores de la presente invención.
Haciendo referencia ahora a la figura 5 del
dibujo, se presenta un diagrama de bloques para la ilustración del
método y aparato de una realización preferida de la presente
invención. El aparato de la presente invención incluye un sistema
65 de entrada/salida que se puede configurar que incluye un módulo
66 de entrada/salida y uno o más cables 68. Todos los cables 68 son
preferiblemente idénticos, pero la presente invención también
incluye variaciones de los cables 68. Cada cable 68 incluye uno o
más conductores. El módulo de E/S 66 según la presente invención
incluye un microprocesador que es programable para permitir a una
transmisión particular de una señal entre el módulo 66 y
dispositivos 70, y entre el módulo 66 y un controlador de sistema
72. El módulo 66 también incluye preferiblemente uno o más
conectores estándar 74 para la conexión a los cables estándar 68.
Un conector 76 proporciona una conexión a una red (preferiblemente
Ethernet) 78 para la comunicación entre el módulo 66 y el
controlador de sistema 72. El módulo 66 se programa/configura
mediante una entrada desde el controlador de sistema 72. Como
alternativa, el módulo 66 se puede configurar para ser programado
mediante el uso de un ordenador independiente (no mostrado).
Por ejemplo, el módulo 66 puede programarse para
conectar una tensión fuente de alimentación desde indistintamente
un dispositivo externo tal como un dispositivo 79 o una fuente de
alimentación integrada en el módulo 66, a uno o más de los hilos
asociados con los cables correspondientes 68 para la transmisión a
correspondientes dispositivos interconectados 70. Como otro
ejemplo, el controlador 72 puede programar el módulo 66 para
producir o enviar una señal por cualquier pin del conector 74.
El módulo 66 puede programarse para permitir la
transferencia de datos de comunicación entre cualquiera de los
dispositivos 70 y el controlador 72, y esto puede implicar cualquier
conversión de analógico a digital (A/D) o de digital a analógico
(D/A) mediante el módulo 66.
La figura 6 será ahora la referencia para la
ilustración de más detalles del módulo de E/S 66. El uso del
término "estándar" tal como se utiliza en la presente memoria
incluye cualquier conector y/o cable que no se selecciona o diseña
para una conexión particular. El término "estándar", se
utiliza, en otras palabras, para distinguir la característica de la
presente invención que permite al usuario dirigir la entrada a
cualquiera de los conductores de un cable sin la necesidad de
diseñar una configuración de hilos de cable o un conector especial.
El término "estándar" tal como se usa en este sentido puede
incluir o no un conector o cable "listo para usar", que pueden
diseñarse para cualquier propósito. Sin embargo, es una realización
preferida de la presente invención que el método y aparatos
incluyan conectores y cables "estándar" en el sentido
convencional, lo que hace el cableado menos costoso y las piezas
más accesibles.
El módulo de E/S 66, tal como se ilustra en la
figura 6, incluye preferiblemente un microprocesador 82 y una
fuente de alimentación 84. Como alternativa, la fuente de
alimentación puede estar ubicada externamente con la interconexión
al módulo de E/S 66 como se describe con referencia a la figura 5.
Una línea de entrada 86 y una línea de salida 88 se muestran ambas
según es necesario para las comunicaciones Ethernet entre el módulo
66 y el controlador 72 de acuerdo con una realización preferida.
Otros tipos de interconexiones se incluyen también en la presente
invención, según el tipo de red de comunicaciones en uso. La línea
86 de la figura 6 representa el aparato de conexión necesario para
las comunicaciones de red entre un controlador tal como el
controlador 72 de la figura 5 y el módulo de E/S 66. Línea 88 de la
figura 6 representa el aparato de conexión necesario para la
comunicación a otro módulo de E/S, tal como 124 en la figura 7 entre
los módulos de E/S 120 y 122. En general, el microprocesador 82 se
configura/programa mediante un controlador 72 para recibir
instrucciones desde el controlador cuando sea necesario detectar un
dispositivo particular seleccionado 96, que puede ser por ejemplo
un sensor de presión, sensor de temperatura, etc., y suministrar los
datos correspondientes al controlador de sistema. El
microprocesador 82 también se programa/dirige mediante el
controlador para provocar que una señal particular sea aplicada a
uno o más cualesquiera conductores seleccionados de uno o más cables
tales como el cable 94. Además, el microprocesador se programa para
responder a la dirección para enviar un tipo de señal seleccionada
desde un dispositivo 96 al controlador de sistema.
Aunque la figura 6 muestra una sola línea 94
para la simplicidad de la ilustración, la presente invención
incluye cualquier número de líneas 94, conectores 114 y dispositivos
96. El módulo 66 proporciona una selección de dispositivos de
interconexión 98-112 para cada una de cualquiera de
una pluralidad de líneas 94. Cada conjunto de dispositivos
98-112 se dedica a establecer una conexión con una
línea 94. La presente invención incluye, por tanto, un conjunto de
aparatos de interconexión tales como 98-112 y la
lógica programada necesaria correspondiente en el microprocesador
82 para cada línea 94 que conduce a cada uno de los pines de
conector de los conectores 114, los pines por ejemplo según se
indican mediante los círculos en el conector 114, para realizar la
conexión a cualquier dispositivo correspondiente tal como el
dispositivo 96.
Como ejemplo de funcionamiento del sistema 65,
el microprocesador puede programarse para reconocer datos de
entrada particulares, incluidos por ejemplo en un paquete de
Ethernet en la línea 86 que contiene instrucciones para transmitir
los datos como una señal analógica por la línea 94 al dispositivo
96. La programación en este caso daría instrucciones al
microprocesador para dirigir/convertir los datos a través del
aparato 98 que tiene un convertidor de digital a analógico 116. La
facilidad para realizar esta conexión se simboliza mediante el relé
"R1", que se activaría para hacer la conexión necesaria desde
el dispositivo 116 al dispositivo 96. Como otro ejemplo, si la
línea 94 fuera para llevar 15 voltios al dispositivo 96, el
microprocesador podría programarse para responder a una señal desde
el controlador para activar el relé R6. De esta manera, el sistema
permite la comunicación 65 de una variedad seleccionada a través de
cualquier línea, tal como 94, y la aplicación de cualquiera de una
variedad de señales que se enviarán a cualquier línea seleccionada
como la 94 y luego a un dispositivo correspondiente 96. El cable
que se conecta a las líneas tales como la línea 94 puede por lo
tanto ser cualquier cable capaz de la transmisión de las señales
necesarias, que como se explica anteriormente es preferiblemente un
cable convencional
estándar.
estándar.
Los aparatos de conmutación
(R1-R8) de circuito se muestran en el diagrama como
relés electromecánicos. En la realización preferida, los aparatos
de conmutación se realizan en un circuito semiconductor. Un circuito
semiconductor se puede realizar mucho menos costoso y puede actuar
más rápido que un circuito de relés electromecánicos. Se utiliza un
relé electromecánico con el fin de mostrar la esencia de la
invención.
Como se muestra en la figura 6, cualquiera de
los ocho recorridos de señal indicados como 98-112
puede interconectarse con la línea 94. La figura 6 muestra, por
ejemplo, cuatro diferentes señales de fuente de alimentación
incluyendo 24V de CC, masa, 15V de CC y -15V de CC. La presente
invención también incluye cualquier cantidad o valor de señales.
Como se describió anteriormente, el módulo 66 se configura con un
conjunto de entrada tales como 98-112 para cada
línea 94 (Fig. 6) en cada cable de 68 (Fig. 5).
Las líneas y las interconexiones pueden llevar
cualquier tipo de señal. Por ejemplo, las señales pueden contener
información de frecuencia tal como la que se encuentra en la
respuesta de los servomotores. O estas señales pueden representar
portadores de comunicaciones en serie que manejan, por ejemplo,
datos RS-232 o datos de bus de campo tales como
Device Net, Profibus o Ethernet.
La figura 6 también ilustra la facilidad para la
conexión de cuatro señales que no son de alimentación por los
recorridos 98-104. Los recorridos 98 y 100 incluyen
convertidores de A/D y de D/A, así como aparatos de conmutación (R1
y R2), para las situaciones en las que dicha conversión sea
necesaria para dar cabida a diferentes capacidades/requisitos de
transmisión y recepción del controlador 72 y un dispositivo 70 (tal
como el dispositivo 96). Los recorridos 102 y 104 permiten el paso
de señales digitales en cualquier sentido. En una explicación
adicional, el controlador puede dirigir el módulo 66 para enviar una
señal digital, que una vez recibida por el módulo 66, se puede
enviar a un almacenamiento intermedio 118, desde el que el
microprocesador 82 en respuesta a la dirección del controlador
puede enviar la señal a cualquiera de los contactos en el conector
114 mediante la activación del relé necesario en un recorrido tal
como el recorrido 104 al conector 114, para enviar la señal
necesaria al contacto deseado del conector deseado. De nuevo, el
encaminamiento de las señales se ilustra simbólicamente como
conseguido mediante el cierre del relé asociado (R1- R8). En el caso
de la señal de salida digital mencionada anteriormente, como se
muestra en la figura 6, el relé R4 se cerraría, pero los relés
R1-R3 y R5-R8 se abrirían,
encaminando por tanto la salida digital solicitada a la línea 94 y
el pin correspondiente de conector estándar de E/S 114. Del mismo
modo, el módulo 66 puede recibir una señal digital desde un
dispositivo 72, tal como el dispositivo 96, y en respuesta a la
dirección desde el controlador puede enviar una copia al
controlador 72. En este caso, el relé R3 se cerraría, mientras que
los relés R1 y R2 y R4-R8 se abrirían, encaminando
por tanto la señal digital desde el pin determinado del conector
estándar de E/S 114 a través del recorrido 102. Los recorridos 98 y
100 dan cabida a la conversión de analógico a digital cuando sea
necesario. Por último, el sistema de E/S 65 que se puede configurar
se puede aislar de una señal de tal manera que la señal parece
estar desconectada. Esta desconexión se logra mediante la apertura
de todos los relés,
R1-R8.
R1-R8.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 5, un
método preferido de la presente invención incluye el uso del
sistema 65 en un sistema de control en el que un controlador 72
recibe datos desde o envía datos a uno o más dispositivos 70 a
través de un módulo de E/S 66 que está programado para recibir
señales desde y colocar en cualquiera de los conductores
seleccionados de un cable seleccionado a un dispositivo 70. En una
realización preferida, el dispositivo 72 es un controlador de
sistema en comunicación con el módulo de E/S 66 a través de un
sistema Ethernet 78. Como alternativa, el dispositivo 72 puede tener
otra configuración, tal como un ordenador de uso general, y la
línea de comunicaciones 78 puede ser de cualquier tipo, tal como un
cable estándar de ordenador, etc.
Un método adicional de la presente invención
incluye el uso del módulo 66 para la comprobación de cables. La
figura 7 muestra un primer módulo de E/S 120 conectado a un segundo
módulo de E/S 122 con un cable 124 para ser comprobado. De acuerdo
con una realización preferida, un controlador de sistema 126 se
programa para dirigir el módulo 120 para colocar una señal
particular en un hilo seleccionado 128 de los hilos 124. La señal
puede ser por ejemplo, un voltaje de alimentación de CC u otro tipo
de señal según sea necesario para comprobar el cable 124. El
controlador dirige el segundo módulo 122 para explorar los pines 130
del segundo módulo 122. Los resultados de la exploración se envían
al controlador 126, con lo cual el controlador puede saber si la
señal correcta está en el pin correcto para determinar el estado del
cable. Además de determinar la calidad de la transmisión a través
de un solo conductor de cable seleccionado, el controlador puede
explorar y detectar una señal en cualquier pin 130 del conector del
módulo 122, y por lo tanto puede determinar si alguno de los
conductores 128 está en corto entre sí, y puede determinar el nivel
de la diafonía entre los conductores 128. La figura 7 muestra
líneas discontinuas 132 y 134 que representan las líneas de
comunicación entre el controlador de sistema 126 y los Módulos 120
y 122.
Todavía una realización adicional de la presente
invención incluye un método en el que un módulo configurado para
incluir las características del módulo 66 se combina con un
enclavamiento para proporcionar una característica de seguridad en
un sistema. La figura 8 ilustra un sistema de enclavamiento de la
técnica anterior para el uso protector de una válvula de gas 134.
Tres relés 136, 138 y 140 deben conducir la corriente desde una
fuente de alimentación de 24V CC 142 con el fin de que la válvula
de gas 134 reciba energía de funcionamiento. Los bobinados
eléctricos para hacer funcionar los relés 136, 138 y 140 se
simbolizan mediante los círculos 142, 144 y 146. La alimentación de
cada bobinado se controla mediante las unidades de sensor 148, 150 y
152. Si se activa cualquiera de las tres unidades de sensor y por
lo tanto se desconecta la alimentación al bobinado correspondiente,
el relé asociado desconecta/abre los circuitos y apaga la
alimentación a la válvula de gas. El circuito de enclavamiento de
la figura 8 se construye a menudo en una placa de circuito que
requiere un cableado personalizado.
Una realización de un método de la presente
invención se ilustra en la figura 9 en la que Módulos de E/S 166,
168 y 170, en conexión que se pueden configurar, tales como el
módulo 66, se utilizan para minimizar o eliminar el cableado
personalizado en un sistema de enclavamiento. Los Módulos 166, 168 y
170 pueden ser similares o idénticos al módulo 66 de las figuras 5
y 6, con conexiones a los Módulos de enclavamiento 180, 182 y 184.
Las interconexiones indicadas en la figura 9 pueden, totalmente o en
parte, ponerse en práctica con conectores y cableado estándar, con
la dirección/encaminamiento específico de señales conseguido
mediante la programación de los módulos de E/S con conectores, que
se pueden configurar.
El sistema de ejemplo 154 de la figura 9 incluye
un controlador de sistema 156 para controlar una operación,
incluyendo un dispositivo 158 tal como un regulador de caudal
másico, etc. El sistema 154 incluye un sistema de enclavamiento que
permite el funcionamiento del dispositivo 158 sólo si el estado de
los tres sensores de seguridad 160, 162 y 164 indica que las
condiciones de operación son las apropiadas. Los sensores pueden
ser de cualquier tipo para la finalidad. Los tres ejemplos son un
interruptor de proximidad 160, un enclavamiento de seguridad 162 y
un final de carrera 164.
El controlador de sistema 156 se conecta a cada
uno de los tres Módulos de E/S 166, 168 y 170 que se pueden
configurar, con conectores, que proporcionan la flexibilidad de
programación como se ha descrito anteriormente, para permitir que
se utilicen cables y conectores estándar por todo el sistema para
hacer las diferentes conexiones indicadas. Los Módulos de E/S 166,
168 y 170 se muestran superpuestos a los Módulos de enclavamiento
180, 182 y 184 indicando que los Módulos de enclavamiento 180, 182
y 184 se enchufan a los Módulos de E/S 166, 168 y 170. En la
realización preferida, los Módulos de enclavamiento 180, 182 y 184
se enchufan en el conector 74 de un módulo de E/S tal como el
Módulo 66 de la figura 5 en lugar de a un cable 68. Los Módulos de
enclavamiento 180, 182 y 184 contiene cada uno un conector 74 de
dispositivo en el que se enchufa un cable 68 para la interconexión
de los dispositivos 158-164. Los Módulos de
enclavamiento 180, 182 y 184 por lo tanto residen entre los Módulos
de E/S 166, 168 y 170 y los dispositivos 158-164 a
los que se unen, incluyendo como se muestra por ejemplo en la
figura 9 un interruptor de proximidad 160, un final de carrera 164 y
un enclavamiento de seguridad 162, y el dispositivo 158.
El controlador de sistema 156 se comunica con
los Módulos de E/S 166, 168 y 170, y con el procesador de
enclavamiento 172 mediante una red, tal como Ethernet como se
indica mediante las líneas 174. El aparato para llevar a cabo la
comunicación Ethernet se entenderá por los expertos en la materia, y
esto no tiene por qué ser ilustrado con el fin de reproducir la
invención. Una fuente de alimentación 176 se muestra con las
conexiones simbolizadas por las líneas 178. Un módulo de
enclavamiento (180, 182, 184) se une a cada uno de los módulos de
E/S (166, 168, 170). Cada módulo de enclavamiento
(180-184) se une al procesador de enclavamiento 172
a través de cables/buses, como se indica mediante las líneas 186,
188 y 190.
El sistema de enclavamiento de la figura 9 no se
explica con más detalle. En general, el sistema 154 incluye módulos
de enclavamiento (180, 182, 184) conectados a un procesador de
enclavamiento 172 a través de líneas de bus 172 (186, 188, 190).
Los Módulos de Enclavamiento tienen dos funciones: (1) La primera
función de los Módulos de Enclavamiento 180 y 182, es la de
transmitir el estado de ciertas entradas, por ejemplo, 192, 194 y
195 desde los sensores 160, 162 y 164, siendo dichas entradas un
subconjunto de todas las entradas y denominadas Entradas de
Enclavamiento, al Procesador de Enclavamiento 172 mediante los Buses
de Enclavamiento 186 y 188. Cualquier entrada (192, 194, 195)
conectada a cualquier módulo de enclavamiento
(180-184) se puede conectar por hilos dentro del
módulo de enclavamiento de manera que la entrada acciona una bobina
de relé, como se muestra en la figura 8, con bobinas de relé
etiquetadas (142, 144, 146). Cuando estas bobinas de relé se
activan, los contactos de relé asociados se cierran. Cada una de
estas bobinas de relé activa un contacto, lo que da lugar a una
señal que se percibe por o envía al procesador de Enclavamiento 172
mediante los buses de enclavamiento 186 y 188 al Procesador de
Enclavamiento 172. La función del Procesador de Enclavamiento se
describe brevemente. (2) La segunda función, del Módulo de
Enclavamiento 184, es recibir una o más señales de enclavamiento
desde el Procesador de Enclavamiento 172 a través del Bus de
Enclavamiento 190. El Procesador de Enclavamiento se conecta por
hilos de tal manera que la señal o señales de enclavamiento que
envía el procesador por el bus 190 activa una bobina de un relé
situado en el módulo de enclavamiento 184 cuyos contactos están en
serie con una salida del módulo de E/S 170. Esta salida 197 por lo
tanto está en enclavamiento. Es decir, el módulo de E/S 170 puede
tratar de activar una salida conectada al dispositivo 158, pero esa
salida 197 se verá impedida de avanzar afuera del Módulo de
Enclavamiento 184 (es decir, con enclavamiento) a menos que el
Procesador de Enclavamiento 172 conduzca una señal por el bus de
Enclavamiento 190, que cierra un relé en serie con la salida 197.
El Procesador de Enclavamiento 172 es sensible a entradas desde los
Módulos de Enclavamiento 180 y 182 mediante la realización de
lógica booleana tras las entradas para generar una o más salidas de
enclavamiento en el bus 190 que se encaminan al Módulo de
Enclavamiento 184 y con ello la salida de enclavamiento 197 desde
el Módulo de E/S 170. El Procesador de Ericlavamiento 172
preferentemente hace todo su procesamiento utilizando relés. Los
relés son comunes en los circuitos de seguridad ya que son simples
y fiables. Los microprocesadores e interruptores de silicio tienen
la reputación de ser menos fiables y propensos a fallos de hardware
o software. Sin embargo, nada en esta solicitud se opone a la
utilización de procesadores, interruptores o lógica de silicio. Los
cables 186, 188 y 190 se muestran haciendo conexión directa entre
cada módulo de enclavamiento y el procesador de enclavamiento.
En funcionamiento, el interruptor de proximidad
160 proporciona una entrada de enclavamiento 192 que se conecta
directamente al primer módulo de enclavamiento 180. El enclavamiento
de seguridad 162 proporciona una entrada similar 194. Estas dos
entradas de enclavamiento 192 y 194 son detectadas por el
controlador de sistema 156 mediante la conexión entre el módulo de
enclavamiento 180 y el módulo de E/S 166, y las comunicaciones de
supervisión de entradas entre el módulo de E/S 166 y el controlador
de sistema 156 a través de la red 174. El módulo de enclavamiento
180 contiene un relé para cada entrada de enclavamiento 192 y 194.
Estos relés (no se muestra) son para conducir una señal a través
del Bus de Enclavamiento 186 al Procesador de Enclavamiento 172. El
Procesador de Enclavamiento 172 contiene un relé para cada entrada
de enclavamiento 192 y 194. Los relés se disponen dentro del
Procesador de Enclavamiento 172 para realizar una operación booleana
en los Enclavamientos 160, 162, 164 y generan una salida de
enclavamiento que se encamina a través del Bus de Enclavamiento 190
al Módulo de Enclavamiento 184. En el interior del Módulo de
Enclavamiento 184 hay un relé (no se muestra) para cada salida tal
como la salida 197 para ser enclavada. En otras palabras, aunque en
la figura 9 solo se muestra una salida 197 a un dispositivo 158, el
concepto de la presente invención se aplica a cualquier número de
entradas, salidas y dispositivos. Cuando el Procesador de
Enclavamiento 172 determina que las entradas de Enclavamiento 160,
162, 164 están en sus estados correctos para un funcionamiento
adecuado del sistema, el Procesador de Enclavamiento 172 conduce
una señal a través del bus de Enclavamiento 190 y hace que el relé
en el Módulo de Enclavamiento 184 se cierre, permitiendo de este
modo una salida por la línea 197 y por lo tanto que el dispositivo
158 sea habilitado o encendido.
Claims (14)
1. Un módulo (66) que incluye:
un primer aparato conector que incluye una
primera pluralidad de conectores (74, 114) para la conexión de una
primera pluralidad de cables (68) entre dicho módulo (66) y una
primera pluralidad de dispositivos (70, 96), cada uno de la primera
pluralidad de conectores (74, 114) comprende una multiplicidad de
pines de conector,
caracterizado porque el módulo (66)
incluye:
un microprocesador (82);
una fuente de alimentación (84);
una pluralidad de conjuntos de medios de
conexión (98-112) de circuito, en los que hay un
conjunto de medios de conexión (98-112) de circuito
para cada uno de la multiplicidad de pines de conector en cada uno
de la primera pluralidad de conectores (74, 114), y en el que cada
conjunto de medios de conexión (98-112) de circuito
es operable, en respuesta a una señal de entrada de un aparato de
control (72), para conectar el respectivo pin de conector a un
microprocesador (82) o fuente de alimentación (84).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Un módulo según la reivindicación 1, que
incluye un segundo aparato conector (76) para la conexión de un
cable (78) entre dicho módulo y un aparato de control (72).
3. Un módulo según la reivindicación 1 ó 2, en
el que cada conjunto es operable para conectar su respectivo pin de
conector a una fuente de señal interna.
4. Un módulo según la reivindicación 1, 2 ó 3,
en el que los medios de conexión (98-112) de
circuito de cada conjunto son operables para conectar el respectivo
pin de conector a,
- a)
- alimentación de funcionamiento
- b)
- una señal digital
- c)
- un retorno de fuente de alimentación.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Un módulo según cualquier reivindicación
anterior, que comprende una pluralidad de convertidores de digital
a analógico (116), en los que cada conjunto de medios de conexión
(98-112) de circuito comprende unos medios de
conector (98) de circuito operables para conectar el respectivo pin
de conector a un convertidor de digital a analógico (116).
6. Un módulo según cualquier reivindicación
anterior, que comprende una pluralidad de convertidores de analógico
a digital, en el que cada conjunto de medios de conexión
(98-112) de circuito comprende unos medios de
conexión (100) de circuito operables para conectar el respectivo
pin de conector a un convertidor de analógico a
digital.
digital.
7. Un módulo según cualquier reivindicación
anterior, en el que los medios de conexión (98-112)
de circuito son operables para sacar una primera señal hacia un
aparato de control (72) en el que dicha primera señal transmite
contenido de datos desde una entrada de señal a uno de dichos pines
de conector de dicho primer aparato conector (74, 114) desde un
mencionado dispositivo correspondiente (70, 96).
8. Un módulo según cualquier reivindicación
anterior, en el que la pluralidad de conjuntos es operable para
recibir una señal Ethernet, desde una red (78), para conectar de
manera independiente los respectivos pines de conector.
9. Un módulo según cualquier reivindicación
anterior, en el que cada uno de la primera pluralidad de conectores
(74, 114) es idéntico.
10. Un módulo según cualquier reivindicación
anterior, en el que dicha pluralidad de tipos de señales incluye
información de frecuencia.
11. Un módulo según la reivindicación 10, en el
que dicha información de frecuencia representa comunicación en
serie.
12. Un módulo según la reivindicación 10, en el
que dicha información de frecuencia es la información de respuesta
de un motor servo.
13. Un sistema de interconexión (65) que se
puede configurar, que comprende:
un módulo (66) según cualquier reivindicación
anterior;
uno o más cables (68);
uno o más dispositivos (70, 96); y
un aparato de control (72).
\vskip1.000000\baselineskip
14. Un sistema según la reivindicación 13, que
comprende una pluralidad de cables (68), en el que cada uno de la
pluralidad de cables es idéntico.
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