JP2013085251A - フィールドバスネットワークアダプタおよびフィールドバスネットワーク加入者機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】ライン型またはリング型トポロジによるフィールドバスネットワークの配線コストを低減させること。
【解決手段】第1ケーブルに接続するための第1端子(A)と、第2ケーブルに接続するための第2端子(B)と、それぞれ1本の第3ケーブルに接続するためのN個(N=1,2,3・・・)の第3端子(C,E)とを有するフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)において、
第1端子と第2端子は、
・第1端子にて受信されたデータが、N個の第3端子(C,E)のうちの最初の第3端子に出力され、
・N個の第3端子(C,E)のうちn番目の第3端子にて受信されたデータが、N個の第3端子のうち(n+1)番目の第3端子に出力され、
・N個の第3端子(C,E)のうちN番目の第3端子にて受信されたデータが、第2端子に出力される、
ようにN個の第3端子(C,E)に接続されている。
【選択図】図6
【解決手段】第1ケーブルに接続するための第1端子(A)と、第2ケーブルに接続するための第2端子(B)と、それぞれ1本の第3ケーブルに接続するためのN個(N=1,2,3・・・)の第3端子(C,E)とを有するフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)において、
第1端子と第2端子は、
・第1端子にて受信されたデータが、N個の第3端子(C,E)のうちの最初の第3端子に出力され、
・N個の第3端子(C,E)のうちn番目の第3端子にて受信されたデータが、N個の第3端子のうち(n+1)番目の第3端子に出力され、
・N個の第3端子(C,E)のうちN番目の第3端子にて受信されたデータが、第2端子に出力される、
ようにN個の第3端子(C,E)に接続されている。
【選択図】図6
Description
本発明は、それぞれ複数のフィールドバス端子が装備されているフィールドバスネットワークアダプタと、フィールドバスネットワーク加入者機器とに関する。
本発明は、フィールドバスネットワークの分野を基礎としている。フィールドバスネットワークは、工業機器の個々のコンポーネント同士を相互接続するため、および、工業機器の個々のコンポーネントと、機器における進行を制御する所属の制御ユニットとを接続するための、工業用ネットワークとして使用される。公知のフィールドバスには例えばSercos、Profinet等がある。典型的な工業機器は、印刷機、包装機器、工業ロボット、ベルトコンベヤ等である。
フィールドバスの分野では実時間可能なシステムが益々多く使用されている。"実時間可能"とは、例えば印刷機、ロボットアーム、ベルトコンベヤ機構等のような接続されたアグリゲートの複数動作が、予め規定された時間関係にて相互に進行可能であることを意味する。このことは、例えば印刷機またはロボットのような所定の工業機器の運転に関して、例えばロボットアーム同士の衝突、またはロボットアームと原材料との衝突、印刷プロセスのレジスタ精度等を保証するために必要不可欠である。
したがってフィールドバスは、例えばSercosIIIにおけるイーサネットのような公知のネットワークトポロジに重ねられることがあるが、しかしながら従来のネットワーク技術(例えばTCP/IPの場合)から公知の解決方法をフィールドバスに容易に転用することはできない。イーサネットに基づいた実時間可能なフィールドバスは、例えば規格IEC61784−2に記載されている。
フィールドバスを介してケーブル接続されたシステムには、スタンバイおよびエラー時の反応に対して所定の要求が課されている。動作安全性および冗長性の理由から、所定のフィールドバスは、リング型の論理構造(1つの往路線路および1つの復路線路)またはダブルリング型の論理構造(2つの往路線路および2つの復路線路)を使用している。物理的にはこれらの往路線路と復路線路は1本のケーブルの中に収容されていることが多く、そのために、ダブルリング型の論理構造はシングルリング型の物理構造に置き換えられ、リング型の論理構造はライン型の物理構造に置き換えられる。しかしながらスター型の物理トポロジは不可能であり、これによってとりわけ既存のフィールドバスネットワークに新規のフィールドバスネットワーク加入者機器を挿入したい場合には、配線全体が比較的高コストになってしまう。
要するに、ライン型またはリング型の物理トポロジを獲得するために(少なくとも1つの往路および1つの復路)益々多くのケーブルが必要となってしまうので、既存のネットワークに新規のネットワーク加入者機器を挿入することは比較的高コストになってしまうのである。これは実際には望まれないことである。
したがって本発明の課題は、ライン型またはリング型トポロジによるフィールドバスネットワークの場合における配線コストを低減できる手段を提供することであり、この際フィールドバスの基礎となる伝送技術は変更せず、したがって本発明をとりわけ既存のフィールドバスネットワークにおいても実施可能であるようにしたい。とりわけただ1本のケーブルを介して新規の加入者機器を既存のフィールドバスネットワークに挿入できるようにしたい。
本発明によれば、独立請求項に記載の特徴を備えたフィールドバスネットワークアダプタおよびフィールドバスネットワーク加入者機器が提案される。
有利な実施形態は従属請求項ならびに以下の説明の対象である。
本発明においてはまず、第1および第2の従来のフィールドバス端子の他にさらに以下の特徴を備えたN個(N=1,2,3・・・)の第3フィールドバス端子を有する、フィールドバスネットワークアダプタが設けられる。第1および第2フィールドバス端子は、フィールドバスネットワークアダプタを従来方法によってフィールドバスネットワークに接続するために使用される。第1および第2フィールドバス端子によって望みのライン型またはリング型の物理トポロジが形成され、フィールドバスネットワークアダプタは、第1フィールドバス端子を介して、隣接する第1フィールドバスネットワーク加入者機器に接続することができ、第2フィールドバス端子を介して、隣接する第2フィールドバスネットワーク加入者機器に接続することができる。これら3つは共に1つのラインを形成する。フィールドバスネットワークアダプタの内部において、これらの端子は以下のように配線される。すなわち、1本のフィールドバスケーブルを介して前記N個の第3フィールドバス端子に接続された隣接する第3フィールドバスネットワーク加入者機器が、隣接する前記第1フィールドバスネットワーク加入者機器と第2フィールドバスネットワーク加入者機器の間において、これら2つの加入者機器間の間にあるライン型の論理トポロジが維持されるように既存のフィールドバスネットワークの中にループインされるよう、配線されるのである。この意味において、隣接する第3フィールドバスネットワーク加入者機器からフィールドバスネットワークアダプタに至る1本のフィールドバスケーブルは、隣接する第1フィールドバスネットワーク加入者機器との接続部、ならびに、隣接する第2のネットワーク加入者機器との接続部として使用される。このようにしてフィールドバスネットワークアダプタにおいて、第1フィールドバスケーブルと第2フィールドバス端子の分離、および、これらに接続されたフィールドバスケーブルの分離が可能となる。
これはとりわけイーサネットに基づいたフィールドバス(例えばSercosIIIのような)の場合に特に有利である。この場合には往路線路および復路線路のために、従来の8芯のTPケーブルのうちそれぞれ2つの(撚り合わされた)心線が使用される。したがって2つの往路線路および2つの復路線路を、同一の8芯のTPケーブルを介して導くことができる。
有利には、本発明のフィールドバスネットワークアダプタが2つ使用され、これらのフィールドバスネットワークアダプタの第3フィールドバス端子同士の間には、ただ1本のフィールドバスケーブルが延在しており、既存のライン型またはリング型の物理トポロジが簡単に拡張される。
本発明の第2の側面によれば、1本のフィールドバスケーブルによって本発明のフィールドバスネットワークアダプタに直接接続されるよう構成されたフィールドバス端子を備えるフィールドバスネットワーク加入者機器が提案される。本発明のフィールドバスネットワーク加入者機器のフィールドバス端子は、内部において、当該フィールドバス端子が従来の2つのフィールドバス端子のように機能するように、通信回路と接続されている。その結果、フィールドバスネットワークアダプタを介して付加的なフィールドバスネットワーク加入者機器を既存のフィールドバスネットワークに接続するために、ただ1本のケーブルを使用するだけよくなる。
本発明は、フィールドバスネットワークのための配線を簡単にする。本発明はとりわけ、長い距離を橋絡しなければならないことが多い工業用周辺機器において使用されるので、ケーブルの節約は大きな利点である。
別の1つの有利な実施形態においては、1本のケーブルを介してさらに電圧供給部に接続されるフィールドバスネットワーク加入者機器が供給される。従来のフィールドバスネットワーク加入者機器は、例えば24Vまたは42Vの場合に2−3Aという比較的高い電力を必要とするので、このために従来のいわゆるPOE電力供給は考慮の対象にならない。本発明においては、例えばフィールドバスケーブルにおける1つまたは2つの別の心線によって、電圧供給部をデータ伝送部から分離して導くことが提案される。この場合には比較的電圧が高いので、通例であれば有利なモジュラ式プラグコネクタ(例えばRJ45)の代わりに、感電等の危険が低減された頑強に密封されたプラグコネクタ(例えばM12)を使用すると有利である。
本発明のフィールドバスネットワークアダプタを使用することによって、もっと後の時点でようやく必要となるフィールドバスネットワーク内の分岐点を、既に早期の時点で配線中に規定することができるようになる。従来のように、フィールドバスネットワークにおいて、ネットワーク加入者機器等が内部に取り付けられているスイッチ盤を使用することができる。このようなスイッチ盤には、拡張可能にするために、本発明のフィールドバスネットワークアダプタを使用することもできる。異なる複数のスイッチ盤内におけるこのような2つの分岐点の結合も、問題なく可能である。有利には、フィールドバスネットワークは、DINレールの取り付け(例えばTS35)のために構成されている。
本発明のさらなる利点および実施形態は、以下の説明および添付の図面から明らかになる。
これまで述べてきた特徴ならびに以下でさらに説明する特徴は、それぞれ記載した組み合わせだけでなく、別の組み合わせでもあるいは単独でも、本発明の範囲を逸脱することなく利用できるのは自明である。
図面の複数の実施例に基づいて本発明を概略的に示す。また以下では図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図1に、本発明の基礎となり得るようなフィールドバスネットワークが図示されており、全体として参照符号100が付されている。これは例えば、イーサネットに基づいたSercosIIIネットワークとすることができる。このようなフィールドバスネットワークは従来技術から十分に知られている。このようなフィールドバスネットワークは通常、機械制御のために工業用周辺機器において使用される。
ネットワーク100は、当該ネットワーク100における通信を制御する主加入者機器("マスター")101を有している。ネットワークはさらに、一連の副加入者機器("スレーブ")102〜104を有する。副加入者機器は、とりわけアクチュエータまたはセンサ、例えば駆動制御装置とすることができる。
ネットワーク内において第1線路111と第2線路112とを介して通信が行われ、これらの線路は従来技術の場合、つまりSercosIIIネットワークの場合、通常の8芯のTPケーブルのうち4本の心線を使用している。ネットワーク加入者機器はそれぞれ第1フィールドバス端子Aならびに第2フィールドバス端子Bを使用することができ、隣接する2つのネットワーク加入者機器同士はフィールドバスケーブル113を介して接続されている。
図1に図示した図面では、マスター101とスレーブ102,103,104との間にライン型の物理トポロジが存在しており、このライン型の物理トポロジは、論理的には、往路線路112および復路線路111によってリング型のトポロジを呈している。従来技術では、スレーブ104とマスター101との間の破線の接続によって図示されているようにリング型の物理トポロジを形成することも公知である。リング型の物理トポロジは、第1リング111と第2リング112とを備えるダブルリング型の論理トポロジに相当する。
イーサネットに基づいたフィールドバスのために必要なこのライン型の配線トポロジによって、新規の加入者機器を加えることが困難となっている。例えば図1のネットワーク加入者機器102と103との間に別の1つのネットワーク加入者機器を挿入したい場合には、従来技術では、第1フィールドバスケーブルをネットワーク加入者機器102からこの新規の加入者機器へと張架し、第2ネットワークケーブルをこの新規の加入者機器からネットワーク加入者機器103へと張架しなければならない。このような配線形式は比較的高コストである。
本発明によれば、図2〜6を参照して説明するように、配線コストを低減することができる。これらの図面は包括的に示されており、同一のエレメントには同一の参照符号が付されている。
図2には、ネットワーク加入者機器102と103との間に本発明のフィールドバスネットワークアダプタ200の第1実施形態を備えた、図1のネットワーク100が図示されている。フィールドバスネットワークアダプタそのものは、例えば図3により詳細に図示されている。本発明のフィールドバスネットワークアダプタ300の別の1つの実施形態は、図4に概略的に図示されている。図5には、2つのフィールドバスネットワークアダプタ200を使用してどのようにして簡単にネットワークを拡張できるかが図示されている。図6には、本発明によるネットワーク加入者機器400の有利な1つの実施形態を使用してどのようにして簡単にネットワークを拡張できるかが図示されている。
本発明のフィールドバスネットワークアダプタ200の有利な1つの実施形態は、第1フィールドバス端子Aならびに第2フィールドバス端子Bを有する。フィールドバスネットワークアダプタはさらに第3フィールドバス端子Cを有する。これらのフィールドバス端子は、第1フィールドバス端子Aが第3フィールドバス端子Cに接続され、第3フィールドバス端子Cが第2フィールドバス端子Bに接続されるように配線されている。端子Aはいわば端子Cの半分と協働し、端子Bはいわば端子Cの他方の半分と協働している。例えばSercosIIIで通例の配線の場合には、個々の往路線路および復路線路がそれぞれTP(ツイステッドペア)ケーブルとして構成されている。この場合には、端子AおよびBにおいてそれぞれ4つのコンタクト部が使用され、これに対して端子Cにおいては8つのコンタクトが使用されることになる。
端子Cにネットワーク加入者機器が接続されていない場合には、接続はAからBへと導かれる。このために有利な実施形態においては自動的な切換手段201が設けられており、この切換手段201は、端子Cにネットワーク加入者機器が接続されていない場合に、端子Aを端子Bに直接接続して端子Cを迂回する。しかしながらネットワーク加入者機器が接続されている場合には、該ネットワーク加入者機器はCを介してAからデータを受信し、自らCからBへとデータを転送する。したがってこの場合には端子AとBは、端子Cおよび端子Cに接続されたネットワーク加入者機器を介して接続されている。
より簡単かつ低コストの実施形態では、切換手段の代わりにダミープラグDを設けることもでき、このダミープラグDがAからBへの接続を形成して閉回路を形成する。
図4では、本発明のフィールドバスネットワークアダプタ300の別の1つの実施形態が図示されており、このフィールドバスネットワークアダプタ300は、付加的に電圧端子301を使用することができる。
電圧端子301も第3フィールドバス端子Cに接続されており、したがってこの場合にはさらに2つの別の心線が使用されている。電圧端子301は、図6に図示するように、端子Eにおいてネットワーク加入者機器にエネルギ供給するために使用される。供給電圧は、例えば2A〜5Aの場合には24V〜48Vである。この電力は、従来のPOE技術によって伝送することはできない。
図5には、2つのフィールドバスネットワークアダプタ200を使用してどのようにして簡単にネットワークを拡張できるかが図示されている。これらのフィールドバスネットワークアダプタ200の間においては、8芯に構成された1本のフィールドバスケーブル213で十分である。
図6には、図3のフィールドバスネットワークアダプタ200または図4のフィールドバスネットワークアダプタ300に有利な方法で接続可能な、有利なフィールドバスネットワーク加入者機器が図示されている。
(2つのフィールドバス端子AおよびBを備える)公知のフィールドバスネットワーク加入者機器とは異なり、ネットワーク加入者機器400は、ただ1つのフィールドバス端子C(電圧供給部なし)またはE(電圧供給部あり)のみを使用することができ、このフィールドバス端子を介して、従来の2つのフィールドバス接続と、オプションとして電圧供給部とが導かれる。その結果、フィールドバスネットワークアダプタとフィールドバスネットワーク加入者機器との間には、8芯または10芯に構成された1本のフィールドバスケーブル213ないし214だけを導くだけでよくなる。
図7には、2つの第3フィールドバス端子Cを使用した本発明のフィールドバスネットワークアダプタ500の別の1つの有利な実施形態が図示されている。接続は、第1端子Aから1つ目の第3端子Cへと延びており、当該1つ目の第3端子Cから2つ目の第3端子Cへと延びており、当該2つ目の第3端子Cから第2端子Bへと延びている。択一的または付加的に、端子Eを設けることもできる。ここでも、端子C(および/またはE)にフィールドバスネットワーク加入者機器が接続されていない場合に各端子C(および/またはE)を迂回させる切換手段201(またはダミープラグ)が設けられている。
フィールドバス端子A,B,Cはそれぞれ目的に応じて、例えばTPネットワーク技術("1045")から知られているような8極のモジュラーソケットとして構成されている。フィールドバス端子Eは、電力を伝達すべきであるので目的に応じてより頑強に遮蔽されており、例えばM12ソケットとして構成されている。
図面においては、2つの従来のフィールドバス端子と、1つまたは2つの特別なフィールドバス端子とを有するフィールドバスネットワークアダプタの実施形態しか図示していないが、別の実施形態も有利である。本発明のフィールドバスネットワークアダプタは、それぞれ任意の数のフィールドバス端子A,B,C,Eを有することができる。内部の配線は、当業者にとっては本明細書を詳細に検討すれば理解できるものである。
Claims (15)
- 第1フィールドバスケーブル(113)に接続するための第1フィールドバス端子(A)と、
第2フィールドバスケーブル(113)に接続するための第2フィールドバス端子(B)と、
それぞれ1本の第3ケーブル(213,214)に接続するためのN個の第3フィールドバス端子(C,E)と
を有するフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)において、
N=1,2,3・・・であり、
前記第1フィールドバス端子(A)と前記第2フィールドバス端子(B)は、
前記第1フィールドバス端子(A)にて受信されたデータが、前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうちの最初の第3フィールドバス端子に出力され、
前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうちn番目の第3フィールドバス端子にて受信されたデータが、前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうち(n+1)番目の第3フィールドバス端子に出力され、
前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうちN番目の第3フィールドバス端子にて受信されたデータが、前記第2フィールドバス端子(B)に出力される、
ように前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)に接続されている
ことを特徴とするフィールドバスネットワークアダプタ。 - 切換手段(201)を有しており、
該切換手段(201)は、前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうちの1つがネットワーク加入者機器(400)に接続されていない場合に、当該第3フィールドバス端子を自動的に迂回する、
ことを特徴とする請求項1記載のフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)。 - 切換手段(201)を有しており、
該切換手段(201)は、前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうちのいずれもネットワーク加入者機器(400)に接続されていない場合に、前記第1フィールドバス端子(A)を前記第2フィールドバス端子(B)に自動的に接続する、
ことを特徴とする請求項1または2記載のフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)。 - 切換手段(201)を有しており、
該切換手段(201)は、前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうちn番目の第3フィールドバス端子がネットワーク加入者機器(400)に接続されていない場合に、前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうち(n−1)番目の第3フィールドバス端子を、前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)のうち(n+1)番目の第3フィールドバス端子に自動的に接続する、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載のフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)。 - 電圧供給端子(301)を有しており、
該電圧供給端子(301)は、前記N個の第3フィールドバス端子のうちの少なくとも1つの第3フィールドバス端子(E)に接続されたネットワーク加入者機器(400)に電圧が供給されるように、当該N個の第3フィールドバス端子の少なくとも1つの第3フィールドバス端子(E)に接続されている、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載のフィールドバスネットワークアダプタ(300)。 - 前記第1フィールドバス端子(A)および/または前記第2フィールドバス端子(B)および/または前記N個の第3フィールドバス端子のうちの少なくとも1つ(C)が、8極のモジュラーソケットとして構成されている、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載のフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)。 - 前記モジュラーソケットは8極のモジュラーソケットである、
ことを特徴とする請求項6記載のフィールドバスネットワークアダプタ。 - 前記N個の第3フィールドバス端子のうちの少なくとも1つの第3フィールドバス端子(E)が、M12ソケットとして構成されている、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項記載のフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)。 - 前記第1フィールドバス端子(A)の少なくとも4つのコンタクト部と、前記第2フィールドバス端子(B)の少なくとも4つのコンタクト部が使用されている、
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項記載のフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)。 - 前記N個の第3フィールドバス端子(C,E)の少なくとも8つのコンタクト部または少なくとも10個のコンタクト部が使用されている、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項記載のフィールドバスネットワークアダプタ(200,300,500)。 - 2つの往路線路と2つの復路線路とが内部で統合されている1本のフィールドバス線路(213,214)を接続するためのフィールドバス端子(C,E)を有するフィールドバスネットワーク加入者機器(400)において、
前記フィールドバス端子(C,E)は、前記フィールドバスネットワーク加入者機器が前記1本のフィールドバス線路を介して、別の2つのフィールドバスネットワーク加入者機器(102,103)にデータを送信し、前記別の2つのフィールドバスネットワーク加入者機器(102,103)からデータを受信するように、バスネットワーク加入者機器(400)内で配線されている、
ことを特徴とするフィールドバスネットワーク加入者機器(400)。 - 前記フィールドバス端子(E)は、前記フィールドバスネットワーク加入者機器内にて、前記フィールドバスネットワーク加入者機器に前記フィールドバス端子(E)を介して電圧が供給されるように配線されている、
ことを特徴とする請求項11記載のフィールドバスネットワーク加入者機器(400)。 - 前記フィールドバス端子(C,E)は、8極のモジュラーソケットまたはM12ソケットとして構成されている、
ことを特徴とする請求項11または12記載のフィールドバスネットワーク加入者機器(400)。 - 前記モジュラーソケットは、8極のモジュラーソケットである、
ことを特徴とする請求項13記載のフィールドバスネットワーク加入者機器(400)。 - 前記フィールドバス端子(C,E)の少なくとも8つのコンタクト部または少なくとも10個のコンタクト部が使用されている、
ことを特徴とする請求項11から14のいずれか一項記載のフィールドバスネットワーク加入者機器(400)。
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