ES2645085T3 - Nodo eléctrico para buses de conexión en cadena con transmisión de datos en serie y transmisión concurrente de energía eléctrica - Google Patents

Nodo eléctrico para buses de conexión en cadena con transmisión de datos en serie y transmisión concurrente de energía eléctrica Download PDF

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ES2645085T3 ES13805424.2T ES13805424T ES2645085T3 ES 2645085 T3 ES2645085 T3 ES 2645085T3 ES 13805424 T ES13805424 T ES 13805424T ES 2645085 T3 ES2645085 T3 ES 2645085T3
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Abstract

Nodo eléctrico (1) para la formación de buses de conexión en cadena con transmisión simultánea de datos en serie y transmisión de potencia, que comprende a) un primer conector (2), que comprende un primer y un segundo contacto para transmisión de potencia de entrada y un tercer contacto para transmisión de datos de entrada en serie; b) un segundo conector (3), que comprende un primer y un segundo contacto para transmisión de potencia de salida y un tercer conector transmisión de datos de salida en serie; c) un tercer conector (4) para un cable multipolar, que comprende un primer y un segundo contacto (41, 42) para el suministro de energía a un punto de uso eléctrico/electrónico; y d) un dispositivo electrónico (6) que está adaptado para leer una trama del citado tercer contacto de dicho primer conector (2) caracterizado por el hecho de que dicho primer y segundo conector (2, 3) son adecuados para un cable multipolar la transmisión de datos en serie en dicho primer y segundo conector (2, 3) es unidireccional estando dicho primer y segundo contacto de dicho primer conector (2) conectados eléctricamente a dicho primer y segundo contacto de dicho segundo conector (3) estando dicho primer y segundo contactos (41, 42) del citado tercer conector (4) conectados eléctricamente a dicho primer y segundo contacto de dicho segundo conector (2) mediante un circuito que comprende un interruptor accionado eléctricamente (5), dicho dispositivo electrónico (6) que está adaptado para leer una trama del citado tercer contacto de dicho primer conector (2) está adaptado, en particular, para realizar: d1) una lectura del valor de un campo (CP) que contiene una primera información numérica; d1) una lectura del valor de un campo (CT) que contiene una segunda información numérica; y, si dicha primera información numérica es igual a un valor predeterminado, d3) el cierre de dicho interruptor (5) durante un tiempo que es función del valor de dicha segunda información numérica; y, si dicha primera información numérica es diferente del valor predeterminado; d4) un aumento del valor de dicha primera información numérica contenida en el campo (CP) de dicha trama un paso predeterminado y transmitir la trama con el nuevo valor del campo (CP) hacia el citado tercer contacto de dicho segundo conector (3).

Description

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Nodo electrico para buses de conexion en cadena con transmision de datos en serie y transmision concurrente de energfa electrica.
Se describe aquf un dispositivo disenado para utilizarse como nodo electrico para la formacion de buses de conexion en cadena con transmision simultanea de datos en serie y transmision de potencia.
Tal como se utiliza aquf, "bus" pretende designar una lfnea de transmision de datos y potencia para una pluralidad de dispositivos electricos y/o electronicos.
Los buses se utilizan en el campo de la automatizacion industrial ya que permiten conectar un gran numero de dispositivos a un controlador electronico utilizando un numero muy pequeno de cables.
Por ejemplo, en el estado de la tecnica actual, un bus de tres cables (con un cable para la transmision unidireccional de datos en serie de 32 bits (simplex) y dos cables para la transmision de potencia) es suficiente para accionar selectivamente por lo menos 127 dispositivos electricos/electronicos.
El termino conexion en cadena designa una interconexion en la que unos nodos se conectan uno tras otro, excepto el primer nodo de la cadena (que esta conectado a un controlador, por ejemplo, un PLC) y el ultimo nodo de la cadena.
WO 2011/092676 A1 describe un nodo electrico, en particular, un dispositivo USB, para realizar buses de conexion en cadena con transmision de datos en serie y transmision concurrente de energfa electrica que comprende un primer conector, un segundo conector, un tercer conector y un dispositivo electronico adecuado para leer un esquema procedente del tercer conector.
En el campo de la automatizacion se percibe la necesidad de crear buses en cadena con tantos nodos como sea necesario (es decir, en funcion del numero de puntos de uso a controlar).
Otra necesidad que se percibe mucho es reducir los costes de la formacion de buses de conexion en cadena.
El objetivo de esta invencion es proporcionar una solucion a problemas de la tecnica anterior y particularmente a los problemas mencionados anteriormente.
Este objetivo se consigue mediante un dispositivo disenado para utilizarse como nodo electrico para la formacion de buses de conexion en cadena, tal como se define en la reivindicacion 1.
Otras ventajas se obtienen gracias a las caracterfsticas adicionales de las reivindicaciones dependientes.
A continuacion, se describira una posible realizacion de un conector electrico rapido para la formacion de buses de conexion en cadena, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 muestra un circuito de un nodo electrico para un bus de cadena;
La figura 2 muestra la estructura de la trama de activacion que se transmite a traves de los nodos del bus de la figura 1;
La figura 3 es un diagrama de flujo que muestra como se procesa la infoirmadon (marco de activacion) recibida de un nodo de bus;
La figura 4 es un dibujo que muestra una parte de un bus de conexion en cadena;
La figura 5 es un dibujo esquematico que muestra un bus de conexion en cadena;
Haciendo referenda a los dibujos que se acompanan, el numero 1 designa en general un dispositivo disenado para utilizarse como nodo electrico para la formacion de buses de conexion en cadena con transmision simultanea de datos en serie y transmision de potencia.
La conexion en serie de multiples nodos 1.1,1.2... 1.N-1, 1.N puede propordonar un bus, el cual se conecta a un controlador logico programable (PLC) u otro controlador de procesos, para controlar selectivamente una pluralidad de puntos de uso electrico y/o electronico (no mostrado).
El nodo electrico 1 comprende un primer conector 2 para un cable multipolar el cual, a su vez, comprende un primer y un segundo contacto electrico 21, 22 para transmision de potencia de entrada y un tercer contacto electrico 23 para transmision de datos de entrada en sere unidireccional.
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El nodo electrico 1 tambien comprende un segundo conector 3 para un cable multipolar que, a su vez, comprende un primer y un segundo contacto electrico 31,32 para la transmision de potencia de salida y un tercer contacto electrico 33 para transmision de datos de salida en serie unidireccional.
El primer y el segundo contacto 21,22 del primer conector 2 estan conectados electricamente al primer y al segundo contacto 31,32 del segundo conector 3 respectivamente a traves de unas lfneas de transmision 11, 12.
Tambien se dispone un tercer conector 4 para un cable multipolar el cual, a su vez, comprende un primer y un segundo contacto electrico 41, 42 para la alimentacion de corriente a un punto de uso electrico/electronico (como el solenoide de una electrovalvula).
El primer y el segundo contacto 41,42 del tercer conector 4 estan conectados electricamente al primer y al segundo contacto 21, 22 del primer conector 2 a traves de un circuito que comprende un interruptor de accionamiento electrico 5.
En la ilustracion, los primeros contactos electricos 21, 31 y 41 estan conectados a unos conductores de conexion a tierra, mientras que los segundos contactos electricos 22, 32, 42 estan conectados a unos conductores de fase.
En la realizacion ilustrada, los conductores de fase estan alimentados a 24 Voltios.
En la realizacion ilustrada, el interruptor 5 es un Mosfet que actua sobre el conductor de conexion a tierra abriendo y cerrando el circuito de potencia del punto de uso alimentado por el tercer conector 4.
Es evidente que pueden preverse otras soluciones para desconectar el interruptor 5, por ejemplo, el uso de los denominados "reles miniatura", en particular reles miniatura monoestables.
Se dispone un dispositivo electronico 6, que esta conectado a traves de una lfnea 13 al tercer contacto 23 del primer conector 2, para leer datos desde el tercer contacto 23 del primer conector.
Los datos recibidos por el dispositivo 6 son en forma de tramas F (estructuras en serie de bits).
En el ejemplo ilustrado, las tramas F comprenden un campo de siete bits CP (que contiene informacion numerica ip representativa de la posicion del nodo a activar en la cadena de un bus de conexion en cadena), un campo de catorce bits CT (que contiene informacion numerica it representativa del tiempo, por ejemplo, en milesimas de segundo, durante el cual se requiere que el punto de uso asociado al nodo a activar se encuentre activo), y un campo de suma de control de siete bits (que se utiliza para comprobar la integridad de la informacion contenida en la trama F).
En el ejemplo ilustrado, la trama F comprende 32 bits y la transmision se realiza 8 bits cada vez.
En una posible realizacion, los datos de cada trama F se transmiten en modo sfncrono, en cuyo caso cada trama F que envfa el controlador de bus comprende, ademas de los campos CP y CT, por lo menos un bit de sincronizacion inicial al comienzo de cada byte.
Si el valor numerico ip contenido en el campo CP es igual a un valor predeterminado x, el dispositivo 6 controla el interruptor 5 para que se cierre durante un tiempo que sea una funcion de la informacion numerica it contenida en el campo CT.
Si la informacion numerica i contenida en el campo P es diferente del valor predeterminado x, el dispositivo 6 aumenta el valor de la informacion numerica ip originalmente contenida en el campo CP de la trama F un paso predeterminado s.
A continuacion, la trama F se transmite en la direccion de salida a traves de una lfnea 14 hacia el tercer contacto 33 del segundo conector 3 que se envfa al siguiente nodo de la cadena de bus, donde se vuelve a leer la trama F.
En una posible realizacion, el campo CP contiene siete bits, que pueden utilizarse para seleccionar hasta 127 nodos de una cadena de bus, y el campo CT contiene catorce bits representativos del tiempo (expresado en milisegundos) durante el cual se requiere que el punto de uso seleccionado se encuentre activo.
En una posible realizacion, el valor predeterminado x es cero y los incrementos de la informacion ip contenida en el campo CP de la trama F son de un paso de unidad negativa (-1).
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En la realizacion que se describe aquf, el dispositivo electronico 6 comprende un microcontrolador 6 con firmware de control cargado en el mismo, al dispositivo 6 se le suministra la energfa transmitida a traves del primer y el segundo contacto 21,22 del primer conector 2.
El nodo comprende una carcasa 7 que deja expuestos los conectores 2, 3 y 4.
Preferiblemente, los conectores 2, 3 y 4 son conectores rapidos, por ejemplo, conectores “fast-on”.
En una posible realizacion, el primer conector 3 es un conector macho, en cuyo caso el segundo conector 3 es un conector hembra, o un conector hembra, en cuyo caso el segundo conector 3 es un conector macho.
Esta solucion evita el riesgo de conexiones erroneas durante la formacion del bus.
Preferiblemente, el primer y el segundo conector 2, 3 estan substancialmente y/o generalmente alineados con un eje Y, pero orientados en direcciones opuestas.
Esta disposicion minimizara la longitud de las secciones del cable 11 que conectan los distintos nodos del bus, y mejorara la manejabilidad del bus.
En una posible realizacion, los nodos se conectan entre si mediante cables tripolares con el conductor de fase, el conductor de conexion a tierra y el conductor de transmision de datos.
Cada seccion del cable electrico comprende un enchufe rapido y una toma de conexion rapida.
El paso entre conectores electricos 1, 1,... 1 depende de las necesidades.
El tercer conector 4 puede tener un eje de extension substancialmente y/o generalmente ortogonal al eje Y del primer y el segundo conector.
Esta disposicion facilita la conexion de los nodos de bus a los distintos puntos de uso.
Cada nodo 1 puede tener un medio indicador luminoso adicional, tfpicamente un LED para indicar la presencia de tension en el dispositivo electronico 6.
Debe tenerse en cuenta que los nodos de bus no tienen direccion ni otro identificador.
En otras palabras, un punto de uso electrico determinado se activa sin dirigirse al nodo de bus correspondiente.
Puesto que los nodos no tienen una direccion que los identifique, estos pueden anadirse o eliminarse sin necesidad de reorganizar el sistema o una parte del mismo.
Sin embargo, el controlador de bus proporciona informacion representativa de la posicion del nodo en la cadena que define el bus.
En la realizacion ilustrada, la comunicacion de datos es unidireccional (simplex), sin lfnea de respuesta (cable de retorno) desde los puntos de uso accionados por el bus.
Esta disposicion reduce los costes de fabricacion de los nodos de bus sin afectar significativamente a la fiabilidad operativa del bus.
Una realizacion alternativa de la invencion puede prever tambien la gestion de un cable de retorno con una comprobacion de operacion en los puntos de uso controlados.
Generalmente, los buses de conexion en cadena formados con nodos de la invencion pueden utilizarse para accionar selectivamente una pluralidad de puntos de uso.
Debido a la velocidad relativamente elevada de los datos transmitidos, los puntos de uso pueden accionarse unos pocos milisegundos entre si, de modo que el accionamiento puede parecer simultaneo, pero en un sentido mas estricto, se controla un punto de uso a la vez.
En una posible aplicacion de la invencion, el bus se utiliza para un accionamiento secuencial y cfclico de una serie de puntos de uso, tales como electrovalvulas.
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El bus de conexon en cadena formado por los dispositivos descritos anteriormente comprende una cadena de nodos para suministrar ene^a a puntos de uso electrico.
El funcionamiento del bus comprende las etapas de:
a) suministrar energfa al bus;
b) enviar una trama F (es decir, una estructura de datos en serie) que comprende un campo CP, que contiene primera informacion numerica indicativa de la posicion del nodo que se va a activar en la cadena de bus, y un segundo campo CT, que contiene segunda informacion numerica representativa del tiempo durante el cual el punto de uso asociado al nodo que se va a activar debe encontrarse activo; y
c) leer el contenido del campo CP y el campo CT;
d) si el contenido del campo CP es igual a un valor predeterminado x, accionar el punto de uso conectado al nodo durante un tiempo que es funcion de la informacion contenida en el campo CT;
e) si el contenido del campo CP es diferente del valor predeterminado x, aumentar el valor de la informacion numerica contenida en el campo CP de la trama F un paso predeterminado s,
f) transmitir la trama F al siguiente nodo,
g) repetir el proceso desde la etapa c).
En una realizacion del procedimiento de operacion, tan pronto como la trama F llega a un nodo, se realiza una verificacion para evaluar si el valor numerico del campo CP es cero.
Si lo es, el nodo activa el punto de uso conectado al mismo, si no lo es, el nodo disminuye el valor del numero contenido en el campo CP una unidad y transmite la trama al siguiente nodo, donde se realiza una nueva comprobacion para evaluar si el valor del campo CP es cero.

Claims (6)

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    REIVINDICACI ONES
    1. Nodo electrico (1) para la formacion de buses de conexion en cadena con transmision simultanea de datos en sene y transmision de potencia, que comprende
    a) un primer conector (2), que comprende un primer y un segundo contacto para transmision de potencia de entrada y un tercer contacto para transmision de datos de entrada en serie;
    b) un segundo conector (3), que comprende un primer y un segundo contacto para transmision de potencia de salida y un tercer conector transmision de datos de salida en serie; c) un tercer conector (4) para un cable multipolar, que comprende un primer y un segundo contacto (41, 42) para el suministro de energfa a un punto de uso electrico/electronico; y
    d) un dispositivo electronico (6) que esta adaptado para leer una trama del citado tercer contacto de dicho primer conector (2)
    caracterizado por el hecho de que
    dicho primer y segundo conector (2, 3) son adecuados para un cable multipolar la transmision de datos en serie en dicho primer y segundo conector (2, 3) es unidireccional
    estando dicho primer y segundo contacto de dicho primer conector (2) conectados electricamente a dicho primer y segundo contacto de dicho segundo conector (3)
    estando dicho primer y segundo contactos (41, 42) del citado tercer conector (4) conectados electricamente a dicho primer y segundo contacto de dicho segundo conector (2) mediante un circuito que comprende un interruptor accionado electricamente (5), dicho dispositivo electronico (6) que esta adaptado para leer una trama del citado tercer contacto de dicho primer conector (2) esta adaptado, en particular, para realizar:
    d1) una lectura del valor de un campo (CP) que contiene una primera informacion numerica; d1) una lectura del valor de un campo (CT) que contiene una segunda informacion numerica; y, si dicha primera informacion numerica es igual a un valor predeterminado,
    d3) el cierre de dicho interruptor (5) durante un tiempo que es funcion del valor de dicha segunda informacion numerica;
    y, si dicha primera informacion numerica es diferente del valor predeterminado; d4) un aumento del valor de dicha primera informacion numerica contenida en el campo (CP) de dicha trama un paso predeterminado y transmitir la trama con el nuevo valor del campo (CP) hacia el citado tercer contacto de dicho segundo conector (3).
  2. 2. Nodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por el hecho de que a dicho dispositivo electronico (6) se le suministra la potencia transmitida a traves de dicho primer y segundo contacto de dicho primer conector (2).
  3. 3. Nodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por el hecho de que comprende la carcasa y en el que dicho primer, segundo y tercer conector (2, 3, 4) son conectores rapidos.
  4. 4. Nodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que uno de dicho primer y segundo conector (2 o 3) es un conector macho, mientras que el otro conector (3 o 2) es un conector hembra.
  5. 5. Nodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que dicho primer y segundo conector (2, 3) estan substancialmente y/o generalmente alineado con un eje (Y), pero orientados en direcciones opuestas.
  6. 6. Nodo de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por el hecho de que dicho tercer conector (4) tiene un eje de extension (Z) que es substancialmente y/o generalmente ortogonal a dicho eje (Y).
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