JP2011176319A - 電気光学式結合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気的データ線をモジュール構造のバルブステーションに結合するために電気的プラグ接点を必要とせず、さらに種々の電気的信号形態に適合できる装置を提供する。
【解決手段】電気的データ線、特にバスシステムを、複数のバルブモジュールを備えたモジュール構造のバルブステーション２００に結合するための装置であって、データ線の電気信号を光信号へ変換するために、電気的データ線に接続可能な結合モジュール１２０と、光学方式で結合モジュールと双方向通信を行うとともに、光電子方式によるバルブモジュールとのデータ通信のために、バルブモジュール２１０の入力側と結合可能な送受信器モジュール２２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに基づいて電気的データ線をモジュール構造のバルブステーションに結合するための装置に関する。

バルブターミナルとも呼ばれるそのようなモジュール構造のバルブステーションは、例えば本出願の優先日まで非公開のドイツ特許明細書ＤＥ１０３５３２９５．１に記載されている。モジュール構造のバルブステーションではいくつかのバルブブロックが互いに結合されて、例えば電気的メインプラグ（多極型）またはフィールドバス・インターフェースにより制御線に接続することができる一体構造である。ドイツ特許明細書ＤＥ１０３５３２９５．１に記載されているバルブステーションは、データ伝送を光電子方式で行うバルブモジュールを備えている。これは電気式プラグ接続によるバルブモジュールの接続よりもはるかに有利である。この電気式プラグ接続は大抵、高い機械的公差要求を満足しなければならず、例えばプラグ接点が湾曲する等、プラグ接続が損傷しやすいのである。しかも、かかるバルブステーションは、電気的接点にとって好ましくない劣悪な環境に極めて頻繁に曝される。

各バルブモジュール間の光電子方式によるデータ通信によってこれらの短所が解消され、機械的インターフェースが不要となり、特に極めて有利な電気的分離が可能となる。

同様に、例えばドイツ特許明細書ＤＥ１０３５３２９５．１に記載されているバルブステーションにおけるフィールドバスシステムのような電気的データ線への結合は、プラグ接続、例えば前記の電気的メインプラグ（多極型）により行わなければならない。

日本の特開平０５−１８０３６６号公報には、電気信号を光信号へ変換するための光学送信器を備えたアクチュエータ用の共通制御装置を開示している。該装置では、送受信器モジュールは電気的方式のデータ線を介してモジュール構造ではないバルブターミナルの各バルブと通信する。

本発明の課題は、電気的データ線をモジュール構造のバルブステーションに結合するために電気的プラグ接点を必要とせず、さらに種々の電気的信号形態に適合できる装置を提供することである。

この目的は、請求項１に記載された特徴を備えた、電気的データ線をモジュール構造のバルブステーションに結合するための装置により達成される。

電気式プラグによるインターフェースを回避するために、電気的データ線をモジュール構造のバルブステーションのバルブモジュールに結合（カップリング）するための本発明に係る結合装置は、結合モジュールと、前記モジュールから分離された送受信器モジュールとを有する。この結合モジュールは電気的データ線に接続可能であり、さらに、データ線の電気信号を光信号へ変換する。送受信器モジュールは、光電子方式によるバルブモジュールとのデータ通信のために、バルブモジュールとその入力端で結合される。結合モジュールおよび送受信器モジュールへの二分割によって、バルブモジュールを備えたモジュール構造のバルブステーションに多様なデータ線を接続することを可能にするが、その際に、結合モジュールはそれぞれの電気的データ線の特性に適合され、また送受信器モジュールはバルブモジュールのデータ通信システムに適合される。特に結合モジュールおよび送受信器モジュールを備えた本装置により、任意の電気装置、機器などから出力されたデータをバルブターミナルの特定のデータ形式へ変換および適合させることができる。これにより、任意の装置および機器がバルブターミナルに結合されて通信可能となるが、これは先行技術から公知のバルブターミナルの形式では不可能なことである。

従属請求項においてそれぞれ記載された措置および特徴により、請求項１に記載された制御装置のさらに有利な構成および改良が可能である。

データ信号は、例えば個別機器を制御できるパラレル電気データ信号とすることができる。この場合には、直接的にシリアル光信号への変換が行われる。有利な実施形態において、結合モジュール内でまずパラレル電気信号に変換され、次にシリアル光信号へ変換されるのがバス信号である。結合モジュールは、極めて有利に多様な信号形態に適合できる。

好ましくは、電気的データ線はバスシステムを構成する。この場合には、結合モジュールはバスノードの最終モジュールとなる。バスシステムは、特にローカルバスシステムとすることができる。

特に有利な実施形態では、送受信器モジュールは双方向データ通信方式のための光電子方式送受信手段を介して光電子方式によりバルブモジュールと通信する。

これらの送受信手段は、有利にはフォトダイオードおよび／またはフォトトランジスタにより実現される。

該装置を適切に結合モジュールおよび送受信器モジュールに分割することにより、結合モジュール出力と送受信器モジュール入力との間に設けられた少なくとも１つの光波導体によって、長い距離にわたる双方向光学式データ伝送を極めて有利に行うことができる。かかる方法で、不利な設置条件をも受け入れ可能である。

双方向光学式データ通信は、好ましくは非可視光により行われる。この場合に使用されるのは、特に赤外線の波長範囲内の光である。

本発明のその他の長所および特徴は、本発明のいくつかの実施形態に関する以下の記載および図面説明により明らかにされる。

図１は、モジュール構造のバルブステーションをフィールドバスノードに光学結合するための本発明に基づく結合装置の概略図である。 図２は、モジュール構造のバルブステーションをフィールドバスノードに結合するための本発明に基づく結合装置の別の実施例の概略図である。 図３は前記結合モジュールの概略ブロック回路図である。 図４は、バルブモジュールに結合された送受信器モジュールの概略ブロック回路図である。 図５は結合装置の別の実施例の概略図である。

モジュール構造のバルブステーション２００、いわゆるバルブターミナルは、互いに固定された複数のバルブモジュール２１０からなる。これらのバルブモジュール２１０は、バルブ、アクチュエータあるいはセンサ類（図示せず）のデータ通信および制御のためのスイッチ装置（図示せず）を有する。かかるバルブステーション２００はフィールドバスノード１００に接続されるが、該ノードは複数のＩ／Ｏモジュール（入力／出力モジュール）１１０を有する。その最終モジュールとして配置されるのが結合モジュール１２０であり、それはフィールドバスシステムの電気的データを光学的データへ変換し、さらに光学式送受信手段１２２を介して、送受信器モジュール２２０の光学式送受信手段２２２へ伝送する。送受信器モジュール２２０は第１バルブモジュール２１０の入力側に配置され、さらに、データ伝送のために前記バルブモジュールと光電子的に結合されている。

図１に示されたように、バルブステーション２００は例えばレール３００を介してフィールドバスノード１００に接続することができる。結合モジュール１２０はローカルバスなどのバスシステムに適合するが、送受信器モジュール２２０はその光学的データ伝送挙動に関してバルブモジュール２１０に適合される。フィールドバスノード１００をバルブステーション２００に結合するための二分割された装置により、機械的プラグ接点を要しないだけでなく、電気的分離も達成される。これにより、結合モジュール１２０を交換するだけで極めて迅速かつ最少の技術的操作により種々の電気的データ通信システムをバルブステーション２００に結合することができる。

光学的伝達経路の説明を容易にするために、図１は組立てが完了していない状態の結合装置を示す。組立て完了状態では、結合モジュール１２０の光電子方式送受信モジュール１２２は送受信器モジュールの光電子方式送受信モジュール２２２に直接的に相対しており、ユニット全体は、組立て完了状態では視認できないレール３００によって支持される。

図２に示された別の実施例では、同一要素は同じ参照符号を付けられているため、それらの説明については上記記載を完全に参照可能である。

図１に示された実施例との違いに関し、図２に示された実施例においては、結合モジュールでは光波導体１２４に対するデカップリング（非結合）構成１２２’が設けられ、同様に、送受信器モジュール２２０では光波導体１２４を接続するためのインターフェースが設けられている。この場合、データ通信は、光波導体１２４を介して、例えば１０メートルまたはそれ以上の距離ｄにわたって光方式により双方向で行われる。この実施例には、バルブステーション２００がその空間的位置に関しても、フィールドバスノードから完全に分離して配置できるという長所がある。これにより、空間的に不利な設置状況においてもデータ伝送が可能であり、とりわけバルブステーション２００と結合モジュールが互いに角度をなしていても、さらに互いに食い違った状態でもバルブステーション２００を配置させることができる。

送受信器モジュール２２０は固有の電圧供給装置を備えているため、その電圧供給についてもバスノード１００などの電気的データ線から完全に分離できる。送受信器モジュール２２０の電圧供給を、バルブモジュール２１０の電圧供給により行うように構成することも可能である。

光電子方式の受信手段および送信手段は、極めて多様な形式および方法により構成することができる。有利な実施形態であって、簡略的かつ高額なコストを要せずして実現できる実施形態では、送信手段は発光ダイオードであり、受信手段はフォトトランジスタである。その際の伝送は特に不可視範囲の光により行われるが、特に使用されるのは赤外線の波長範囲内の光である。個々のバルブモジュール２１０間のデータ通信は本出願の優先日まで非公開のドイツ特許明細書ＤＥ１０３５３２９５．１の７ページ、最終段落から９ページ、第４段落に基づいて行われるが、当該文献は開示のために本出願に参照によって組み込まれる。

結合モジュール１２０のブロック回路図が、図３に概略的に示されている。結合モジュール１２０は一方ではローカルバス用入力線１２１を、他方では電圧供給のための１または複数の線１２３を有する。この結合モジュールはバス信号をパラレル信号へ変換するための第１のスイッチ装置１２４と、前記パラレル信号をシリアル信号へ変換するための第２のスイッチ装置１２５を備えており、前記シリアル信号はさらに光電子方式送受信モジュール装置１２２により出力される。かかる構成に対して、ローカルバス・プロトコルは不要である。

図４に示された送受信器モジュール２２０は、光電子方式送受信装置２２２により受信された光信号４００を処理するための変換器２２１を有する。この変換器２２１は当該信号を、バルブユニット２１０の光電子方式信号伝送に適合可能な信号に変換する。変換された光信号は送受信器モジュールの一部をなす別の光電子方式送受信手段２２３により、バルブモジュール２１０のそれぞれの光電子方式送受信手段２１１に結合される。

図５に示された別の実施例では、シリアル電気信号形式のローカルバス・プロトコルが結合モジュール１２０により直接的に光信号形式に変換され、また当該モジュールから光方式で送受信器モジュールに伝送され、必要に応じて信号形式の変換後に、同様にシリアル方式でバルブユニット２１０に伝送される。

上記実施例は、バルブモジュールが光方式で互いに通信するバルブステーション２００に対する接続のための、送受信器モジュール２２０の極めて有利な結合方法を示している。なお、本発明はかかる観点のみに限定されるのではなく、送受信器モジュール２２０は原理的には、データ信号の受信後に受信されたデータ信号を光学的手段によって電気信号に変換してもよく、それによって、バルブモジュール間のデータ通信が電気的手段によって影響を受ける場合に、それ自体公知のバルブステーション２００が使用可能である。

Claims (8)

1. バスシステムの電気的データ線を、複数のバルブモジュール（２１０）を含むモジュール構造のバルブステーションに結合するための装置であって、
   前記電気的データ線に接続され、かつパラレルの前記電気的データ線の電気信号をシリアルの光信号へ変換するように構成されており、前記電気的データ線の通信特性に合致するように選択可能な結合モジュール（１２０）と、
   前記結合モジュール（１２０）と光学的かつ双方向に通信を行うように構成されており、かつ双方向の光電子方式のデータ通信のために、前記複数のバルブモジュール（２１０）と結合されるように構成されている送受信器モジュール（２２０）と、を備えた装置。
2. 前記結合モジュールはバスノード、特にフィールドバスノードの最後のモジュールであることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 光電子方式のデータ通信が発光フォトダイオードおよびフォトトランジスタにより行われることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 双方向の光学方式のデータ伝送は、前記結合モジュールの出力と前記送受信器モジュールの入力との間に配置された少なくともひとつの光波導体を介して行われることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 双方向の光学方式のデータ伝送は不可視光により行われることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 双方向の光データの伝送が不可視の赤外線によって行われることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
7. 前記送受信器モジュール（２２０）は、前記電気的データ線とは独立して電源供給を受けることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
8. 前記送受信器モジュール（２２０）および前記複数のバルブモジュール（２１０）は、前記電気的データ線とは独立して電源供給を受けることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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