ITAN20120171A1 - Nodo elettrico per bus di tipo daisy-chain con trasmissione seriale dei dati e contemporanea trasmissione di energia. - Google Patents

Description

NODO ELETTRICO PER BUS DI TIPO DAISY-CHAIN CON TRASMISSIONE SERIALE DEI DATI E CONTEMPORANEA TRASMISSIONE DI ENERGIA.

Descrizione.

Si descrive qui di seguito un dispositivo utilizzabile come nodo elettrico per realizzare bus di tipo “daisy-chain†con trasmissione seriale dei dati e contemporanea trasmissione di energia.

Ai fini della presente descrizione con il termine “bus†si intende una linea di trasmissione dati ed alimentazione elettrica per una pluralità di dispositivi elettrici e/o elettronici.

I bus trovano utilizzo nel settore dell’automazione industriale in quanto permettono di collegare un numero elevato di dispositivi ad un controllore elettronico con un numero ridottissimo di fili.

A titolo di esempio, con le tecnologie attualmente disponibili, con un bus di soli tre fili (di cui uno preposto alla trasmissione seriale unidirezionale (simplex) a 32 bit dei dati e due preposti alla trasmissione di energia) Ã ̈ possibile azionare selettivamente almeno fino a 127 diversi dispositivi elettrici / elettronici.

Con il termine daisy-chain si definisce un'interconnessione in cui i nodi sono collegati uno di seguito all’altro, ad eccezione del primo nodo della catena (che à ̈ collegato ad un controllore, ad esempio un plc) e dell’ultimo nodo della catena.

Un’esigenza sentita nel settore dell’automazione à ̈ quello di poter creare bus di tipo daisy-chain con un numero di nodi variabile a seconda delle esigenze (vale a dire del numero di utenze da comandare).

Un’altra esigenza molto sentita à ̈ quella di poter ridurre i costi di realizzazione dei bus di tipo daisychain.

Scopo dell’inventore à ̈ quello di proporre una soluzione ai problemi della tecnica nota ed, in particolare, ai problemi sopra indicati.

Tale obiettivo viene ottenuto mediante un dispositivo utilizzabile come nodo elettrico per realizzare bus di tipo daisy-chain, conforme al dettato della rivendicazioni 1.

Ulteriori vantaggi sono conseguiti mediante le caratteristiche supplementari delle rivendicazioni dipendenti.

Una possibile forma di realizzazione di un connettore elettrico ad innesto rapido per realizzare bus di tipo daisy-chain, Ã ̈ descritta qui di seguito, con riferimento alle figure allegate, in cui:

- la figura 1 mostra un circuito di un nodo elettrico per un bus daisy-chain;

- la figura 2 mostra la struttura della trama di attivazione trasmessa attraverso i nodi del bus di figura 1;

- la figura 3 à ̈ un flow chart che mostra come avviene il trattamento dell’informazione (trama di attivazione) ricevuta daun nodo del bus ;

- la figura 4 Ã ̈ un disegno che mostra una porzione di un bus daisy-chain; e

- la figura 5 Ã ̈ un disegno schematico che mostra un bus daisy-chain.

Con riferimento alle tavole di disegno allegate il numero di riferimento 1 indica, nel suo complesso, un dispositivo utilizzabile come nodo elettrico per realizzare bus di tipo daisy-chain con trasmissione seriale unidirezionale dei dati e contemporanea trasmissione di energia elettrica.

Collegando in serie più nodi 1.1, 1.2…1.N-1, 1.N à ̈ possibile realizzare un bus, collegato ad un controllore logico programmabile (PLC) o ad un altro controllore di processo, per comandare selettivamente una pluralità di utenze elettriche e/o elettroniche (non mostrate).

Il nodo elettrico 1 comprende un primo connettore 2, per un cavo multipolare, che a sua volta comprende un primo ed un secondo contatto elettrico 21, 22 per la trasmissione in ingresso di energia elettrica ed un terzo contatto elettrico 23 per la trasmissione seriale unidirezionale in ingresso di dati.

Il nodo elettrico 1 comprende inoltre un secondo connettore 3, per un cavo multipolare, che a sua volta comprende un primo ed un secondo contatto elettrico 31, 32 per la trasmissione di energia elettrica in uscita ed un terzo contatto elettrico 33 per la trasmissione seriale unidirezionale in uscita di dati .

Il primo e il secondo contatto 21, 22 del primo connettore 2 sono collegati elettricamente rispettivamente al primo e secondo contatto 31, 32 del secondo connettore 3 mediante linee di trasmissione 11, 12.

È poi previsto un terzo connettore 4, per un cavo multipolare, che a suo volta comprende un primo ed un secondo contatto elettrico 41, 42 per l’alimentazione di una utenza elettrica/elettronica (ad esempio il solenoide di una elettrovalvola).

Il primo e il secondo contatto 41, 42 del terzo connettore 4 sono collegati elettricamente al primo e secondo contatto 21, 22 del primo connettore 2 attraverso un circuito che comprende un interruttore 5 azionabile elettricamente.

Nella forma di realizzazione illustrata i primi contatti elettrici 21, 31 e 41 sono collegati a conduttori di massa, mentre i secondi contatti elettrici 22, 32, 42 sono collegati a conduttori di fase.

Nella forma di realizzazione illustrata i conduttori di fase sono alimentati a 24 volt.

Nella forma di realizzazione illustrata l’interruttore 5 à ̈ un Mosfet che opera sul conduttore di massa aprendo e chiudendo il circuito di alimentazione dell’utenza alimentata dal terzo connettore 4.

Naturalmente sono possibili anche altre soluzioni per realizzare l’interruttore 5, ad esempio à ̈ possibile utilizzare i cosi detti “Relais miniaturizzati†, in particolare i relais miniaturizzati monostabili.

È previsto un dispositivo elettronico 6, collegato mediante una linea 13 al terzo contatto 23 del primo connettore 2, atto a leggere i dati che arrivano dal terzo contatto 23 del primo connettore 2.

I dati ricevuti dal dispositivo 6 sono sotto forma di trame F (strutture seriali di bit).

Nell’esempio illustrato le trame F comprendono un campo CP di sette bit ( che contiene un’informazione numerica ip rappresentativa della posizione del nodo da attivare all’interno della catena di un bus daisy-chain), un campo CT di quattordici bit (che contiene una informazione numerica it rappresentativa del tempo, ad esempio in millesimi di secondo, per il quale l’utenza associata al nodo da attivare deve rimanere attiva) e un campo Checksum di sette bit (utilizzato per verificare l’integrità dell’informazione contenuta nella trama F).

Nell’esempio illustrato la trama F comprende 32 bit e la trasmissione avviene ad 8 bit per volta. In una possibile forma di realizzazione i dati di ogni trama F sono trasmessi in modalità asincrona, in tal caso ogni trama F inviata dal controllore del bus comprende, oltre ai campi CP e CT, almeno un bit iniziale di sincronizzazione all’inizio di ogni byte.

Quando il valore numerico ip contenuto nel campo CP à ̈ uguale ad un valore predeterminato x il dispositivo 6 comanda la chiusura dell’interruttore 5 per un tempo funzione dell’informazione numerica it contenuta nel campo CT.

Quando l’informazione numerica I, contenuta nel campo P, à ̈ diversa dal valore predeterminato x il dispositivo 6 incrementa, di un passo prescelto s, il valore dell’informazione numerica ip originariamente contenuta nel campo CP della trama F.

La trama F viene quindi trasmessa in uscita, attraverso una linea 14, verso il terzo contatto 33 del secondo connettore 3 per poter essere inviata al successivo nodo della catena del bus dove avviene una nuova lettura della trama F.

In una possibile forma di realizzazione il campo CP contiene sette bit, con cui à ̈ possibile selezionare fino a 127 nodi di una catena di un bus, e il campo CT contiene quattordici bit rappresentativi del tempo (espresso in millisecondi) per il quale l’utenza selezionata deve rimanere attiva.

In una possibile forma di realizzazione il valore predeterminato x à ̈ uguale a zero e gli incrementi dell’informazione ip contenuta nel campo CP della trama F sono di un passo unitario negativo (-1).

Nella forma di realizzazione descritta il dispositivo elettronico 6 comprende un microcontrollore 6 su cui à ̈ caricato un firmware di controllo; il dispositivo 6 à ̈ alimentato con l’energia elettrica trasmessa attraverso il primo e secondo contatto 21, 22 del primo connettore 2.

Il nodo comprendente involucro 7 che lascia scoperti i connettori 2, 3 e 4.

Preferibilmente i connettori 2, 3 e 4 sono connettori ad innesto rapido, ad esempio connettori faston. In una possibile forma di realizzazione il primo 2 à ̈ un connettore maschio, e in tal caso il secondo connettore 3 à ̈ un connettore femmina, oppure à ̈ un connettore femmina, ed in tal caso il secondo connettore 3 à ̈ un connettore maschio.

Questa soluzione evita i rischi di collegamenti sbagliati durante la realizzazione del bus.

Preferibilmente il primo ed il secondo connettore 2, 3 sono sostanzialmente e/o generalmente allineati rispetto ad un asse Y ma hanno versi opposti.

Questo accorgimento consente di minimizzare la lunghezza degli spezzoni di cavo 11 che collegano i vari nodi del bus e rendere più maneggevole il bus.

In una possibile forma di realizzazione i nodi sono collegati fra loro da cavi tripolari in cui passano il conduttore di fase, il conduttore di massa ed il conduttore di trasmissione dei dati.

Ciascun spezzone di cavo elettrico comprende una spina a connessione rapida ed una presa a connessione rapida.

Il passo fra i connettori elettrici 1, 1, ..1 dipende dalle esigenze.

Il terzo connettore 4 può avere un asse di sviluppo Z sostanzialmente e/o generalmente ortogonale rispetto all’asse Y del primo e secondo connettore.

Questo accorgimento agevola il collegamento dei nodi del bus alle varie utenze.

Ogni nodo 1 può prevede inoltre mezzi di segnalazione luminosa, tipicamente un led, per segnalare la presenza di tensione nel dispositivo elettronico 6.

Si sottolinea che i nodi del bus non hanno un indirizzo, né alcun altro identificativo.

In altre parole per azionare una determinata utenza elettrica non à ̈ previsto un indirizzamento del corrispondente nodo del bus.

Non avendo un indirizzo che li identifichi i nodi possono quindi essere aggiunti o rimossi senza dover riorganizzare il sistema o una sua parte.

Il controllore del bus fornisce invece un’informazione rappresentativa della posizione del nodo all’interno della catena che definisce il bus.

Nella forma di realizzazione illustrata la comunicazione dei dati à ̈ unidirezionale (simplex) e manca una linea di risposta (filo di ritorno) da parte delle utenze azionate dal bus.

Questa scelta riduce i costi di realizzazione dei nodi del bus senza compromettere in maniera significativa l’affidabilità di funzionamento del bus.

In una forma di realizzazione alternativa dell’invenzione à ̈ possibile prevedere anche la gestione di un filo di ritorno con la conferma del funzionamento delle utenze comandate.

In generale i bus daisy-chain realizzati con nodi conformi all’invenzione descritta possono essere utilizzati per azionare in maniera selettiva una pluralità di utenze.

Data la velocità, relativamente elevata, dei dati trasmessi l’azionamento delle utenze può avvenire a distanza di pochi millisecondi per cui l’azionamento può sembrare contemporaneo, ma da un punto di vista strettamente rigoroso può essere comandata una utenza per volta.

In una possibile forma di utilizzo dell’invenzione il bus serve per attivare in modo sequenziale e ciclico una serie di utenze quali elettrovalvole.

Il bus di tipo daisy-chain realizzato con i dispositivi sopra descritti, comprendente una catena di nodi, atti ad alimentare utenze elettriche.

La modalità di funzionamento del bus prevede i passi di:

a) alimentare con energia elettrica il bus;

b) inviare al primo nodo del bus una trama F (cioà ̈ una struttura seriale di dati) che comprende un campo CP, contenente una prima informazione numerica indicativa della posizione del nodo da attivare all’interno della catena del bus, ed un secondo campo CT (contenente una seconda informazione numerica rappresentativa del tempo per il quale l’utenza associata al nodo da attivare deve rimanere attiva;

c) leggere il contenuto del campo CP e del campo CT;

d) se il contenuto del campo CP à ̈ uguale ad un valore predeterminato x azionare l’utenza collegata al nodo per un tempo funzione dell’informazione contenuta nel campo CT; e) se il contenuto del campo CP à ̈ diverso dal valore predeterminato x, incrementare, di un passo prescelto s, il valore del valore numerico contenuto nel campo CP della trama F, f) trasmettere la trama F al nodo successivo

g) ripetere il procedimento dal punto c).

In una forma di realizzazione del metodo di funzionamento prevede che all’arrivo della trama F in un nodo venga verificato se il valore numerico del campo CP à ̈ uguale a zero.

In caso positivo il nodo attiva l’utenza ad esso collegata, diversamente il nodo decrementa di una unità il valore del numero contenuto nel capo CP e trasmette la trama al nodo successivo, dove nuovamente viene verificato se il valore del campo CP à ̈ uguale a zero.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Nodo elettrico (1) per realizzare bus di tipo daisy-chain con trasmissione seriale dei dati e contemporanea trasmissione di energia elettrica comprendente a) un primo connettore (2), per un cavo multipolare, che comprende un primo ed un secondo contatto (21, 22) per la trasmissione in ingresso di energia elettrica ed un terzo contatto (23) per la trasmissione seriale unidirezionale in ingresso di dati; b) un secondo connettore (3), per un cavo multipolare, che comprende un primo ed un secondo contatto (31, 32) per la trasmissione di energia elettrica in uscita ed un terzo contatto (33) per la trasmissione seriale unidirezionale in uscita di dati, detti primo e secondo contatto (21, 22) di detto primo connettore (2) essendo collegati elettricamente a detto primo e secondo contatto (31, 32) di detto secondo connettore (3); c) un terzo connettore (4), per un cavo multipolare, che comprende un primo ed un secondo contatto (41, 42) per l’alimentazione di una utenza elettrica/elettronica, detti primo e secondo contatto (41, 42) di detto terzo connettore (4) essendo in collegati elettricamente a detti primo e secondo contatto (21, 22) di detto primo connettore (2) con un circuito che comprende un interruttore (5) azionabile elettricamente; d) un dispositivo elettronico (6) atto a leggere una trama (F) che arriva da detto terzo contatto (23) di detto primo connettore (2) ed in particolare: d1) a leggere il valore (ip) di un campo (CP) contenente una prima informazione numerica; d2) a leggere il valore (it) di un campo (CT) contenente una seconda informazione numerica; e, quando detta prima informazione numerica (ip) à ̈ uguale ad un valore predeterminato (x); d3) chiudere detto interruttore (5) per un tempo funzione del valore di detta seconda informazione numerica (it); e, quando detta prima informazione numerica (ip) à ̈ diversa da detto valore predeterminato (x), d4) incrementare, di un passo prescelto (s), il valore di detta prima informazione numerica (ip) contenuta nel campo (CP) di detta trama (F) e trasmettere, verso detto terzo contatto (33) di detto secondo connettore (3) la trama (F) con il nuovo valore del campo (CP).
2. 2. Nodo, secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo elettronica (6) à ̈ alimentato con l’energia elettrica trasmessa attraverso detti primo e secondo contatto (21, 22) di detto primo connettore (2).
3. 3. Nodo, secondo al rivendicazione 1 o 2, comprendente involucro (7) ed in cui detti primo, secondo e terzo connettore (2, 3, 4) sono connettori ad innesto rapido.
4. 4. Nodo, secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui uno fra detto primo e secondo connettore (2 o 3) à ̈ un connettore maschio, mentre l’altro connettore (3 o 2) à ̈ un connettore femmina.
5. 5. Nodo, secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti primo e secondo connettore (2, 3 ) sono sostanzialmente e/o generalmente allineati rispetto ad un asse (Y) ma hanno versi opposti.
6. 6. Nodo, secondo al rivendicazione 5, in cui detto terzo connettore (4) ha un asse di sviluppo (Z) sostanzialmente e/o generalmente ortogonale a detto asse (Y).