KR101562341B1 - 광 결합 방식의 버스 입출력 장치 및 이에 포함되는 입출력 모듈 - Google Patents

광 결합 방식의 버스 입출력 장치 및 이에 포함되는 입출력 모듈 Download PDF

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Abstract

산업용 제어 시스템에 이용되는 광 결합 방식의 버스 입출력 장치가 개시된다. 개시된 버스 입출력 장치는 지지 레일과 복수의 입출력 모듈을 포함한다. 복수의 입출력 모듈은 외부 기기의 케이블과 연결되는 복수의 입출력 단자가 마련된 터미널 블록과, 복수의 입출력 단자와 접속되는 인쇄회로기판을 포함하며, 지지레일에 장착되어 상호 인접하게 배열된다. 그리고 각각의 입출력 모듈의 인쇄회로기판은 인접한 입출력 모듈의 인쇄회로기판과 광 결합하는 광 결합부를 포함한다.

Description

광 결합 방식의 버스 입출력 장치 및 이에 포함되는 입출력 모듈{Optical-coupled bus input/output apparatus and input/output module included in the apparatus}
버스 입출력 장치, 특히 산업용 제어 시스템에 이용되는 버스 입출력 장치가 개시된다.
필드버스(field bus)는 각종 제어 및 자동화 시스템에서 필드에 설치된 기기들 간에 실시간으로 데이터 전달을 가능하게 해주는 통신망이다. 필드버스는 입출력 모듈을 통해 센서, 루프제어기, PLC(Programmable Logic Controller), 모터, 밸브 등의 각종 외부 기기들과 접속되어 전기신호를 주고받을 수 있다. 입출력 모듈은 내부에 인쇄회로기판이 장착되고, 외부에 터미널 블록이 장착된 구조로 이루어질 수 있다. 터미널 블록에는 인쇄회로기판과 접속되는 입출력단자가 다수 마련된다. 입출력단자는 외부 기기의 케이블과 접속 가능한 구조로 이루어짐으로써, 외부 기기와 인쇄회로기판 간에 신호를 입출력할 수 있게 된다. 이러한 입출력 모듈은 복수 개로 지지 레일 상에 고정되어 입출력 장치를 구성할 수 있다.
국내등록특허공보 제10-0379665호 (1995. 12. 26 공개)
입출력 장치에 구성되는 복수 개의 입출력 모듈들 간에 안정적인 통신을 보장하는 기술적 방안이 개시된다.
일 양상에 따른 광 결합 방식의 버스 입출력 장치는 지지 레일과 복수의 입출력 모듈을 포함한다. 복수의 입출력 모듈은 외부 기기의 케이블과 연결되는 복수의 입출력 단자가 마련된 터미널 블록과, 복수의 입출력 단자와 접속되는 인쇄회로기판을 포함하며, 지지레일에 장착되어 상호 인접하게 배열된다. 그리고 각각의 입출력 모듈의 인쇄회로기판은 인접한 입출력 모듈의 인쇄회로기판과 광 결합하는 광 결합부를 포함한다.
일 양상에 따르면, 각각의 인쇄회로기판의 광 결합부는 일 측에 인접한 인쇄회로기판의 광 결합부로 광을 송신하는 광 송신부, 및 타 측에 인접한 인쇄회로기판의 광 결합부로부터 광을 수신하는 광 수신부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 각각의 인쇄회로기판의 광 결합부는 입출력 모듈이 지지 레일에 장착시 광 통신 가능하도록 정렬된다.
일 실시예에 있어서, 광 송신부는 발광 어레이이며, 광 수신부는 수광 어레이이다. 여기서 발광 어레이는 발광다이오드 어레이이며, 수광 어레이는 포토다이오드 어레이일 수 있다.
한편, 일 양상에 따른 광 결합 방식의 버스 입출력 모듈은 외부 기기의 케이블과 연결되는 복수의 입출력 단자가 마련된 터미널 블록, 및 복수의 입출력 단자와 접속되는 인쇄회로기판을 포함한다. 그리고 버스 입출력 모듈은 지지레일에 장착되어 다른 입출력 모듈들과 인접하게 배열되며, 인쇄회로기판은 인접한 입출력 모듈의 인쇄회로기판과 광 결합하는 광 결합부를 포함한다.
산업용 제어 시스템에 있어서, 기존에는 입출력 장치 내 인쇄회로기판들 간의 신호 송수신이 물리적인 접촉 단자를 통해 이루어졌으나, 개시된 버스 입출력 장치 및 입출력 모듈은 인쇄회로기판들 간에 광 통신을 통해 신호 송수신을 가능하게 하는바 안정적인 통신을 보장한다. 예를 들어, 기존에는 물리적인 접촉 방식이기 때문에 접촉 불량의 문제 등이 발생할 수 있으나, 개시된 버스 입출력 장치 및 입출력 모듈은 기존과 같은 단점을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 결합 방식의 버스 입출력 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 결합 방식의 버스 입출력 장치에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 있어서, 입출력 모듈들의 광 결합 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 2에 있어서, 입출력 모듈을 일부 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 결합 방식의 버스 입출력 장치에 대한 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 결합 방식의 버스 입출력 장치에 대한 사시도이다. 도 3은 도 2에 있어서, 입출력 모듈들의 광 결합 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 도 4는 도 2에 있어서, 입출력 모듈을 일부 분해하여 도시한 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이, 광 결합 방식의 버스 입출력 장치는 지지 레일(100)과 복수의 입출력 모듈(200)을 포함할 수 있다. 지지 레일(100)은 입출력 모듈(200)들이 서로 인접해 배열시킨 상태로 고정할 수 있게 형성된다. 입출력 모듈(200)은 지지 레일(100)에 장착 및 탈착될 수 있는데, 슬라이딩 방식으로 장착 및 탈착될 수 있다. 지지 레일(100)에 장착된 입출력 모듈(200)들은 상호 인접하게 배열된다.
각각의 입출력 모듈(200)은 모듈 케이스(210)와 터미널 블록(220) 및 인쇄회로기판들(230)을 구비한다. 모듈 케이스(210)는 지지 레일(100) 상에 장착되어 고정된다. 모듈 케이스(210)는 하부에 지지 레일(100)을 끼우도록 형성된 끼움 홈(211)을 가질 수 있다. 끼움 홈(211)에는 모듈 케이스(210)를 지지 레일(100)에 탈착 가능하게 하는 탈착 기구가 설치될 수 있다. 예를 들어, 탈착 기구는 회전 레버가 정/역회전함에 따라 고정 레버들이 지지 레일(100)에 고정 또는 해제되도록 슬라이드 이동하도록 구성될 수 있다. 탈착 기구는 공지된 다양한 기구로 구성될 수 있음은 물론이다. 모듈 케이스(210)는 상부가 터미널 블록(220)이 장착되는 장착 홈(212)이 형성될 수 있다.
터미널 블록(220)은 블록 케이스(221) 및 터미널 단자(223)들을 포함할 수 있다. 블록 케이스(221)는 상부가 각각 개구된 터미널 단자 수납부(222)들이 형성된다. 터미널 단자 수납부(222)들은 2열로 배열되어 형성될 수 있다. 각각의 터미널 단자 수납부(222)는 터미널 단자(223)를 수납하는 내부 공간을 갖는다. 터미널 단자 수납부(222)의 상부에는 외부 기기의 케이블이 삽입되는 케이블 삽입 홀(222a)이 형성된다. 케이블 삽입 홀(222a)의 옆에는 케이블을 터미널 단자(223)로부터 분리하기 위한 핀이 삽입되는 핀 삽입 홀(222b)이 형성될 수 있다. 블록 케이스(221)는 양쪽 측면이 개구되고 개구된 부위들에 커버(221a)들이 장착될 수 있다. 커버(221a)들을 블록 케이스(221)로부터 분리 또는 결합시킴에 따라 터미널 단자(223)들의 조립을 용이하게 할 수 있다.
터미널 단자(223)들 중 일부는 입력 신호 단자들로 할당되고, 다른 일부는 출력 신호 단자들로 할당되며, 나머지는 공통 단자들로 할당될 수 있다. 각각의 터미널 단자(223)는 인쇄회로기판(230)에 접속되는 제 1 단자부(224)와, 케이블과 접속되는 제 2 단자부(225)를 포함할 수 있다. 제 1 단자부(224)는 터미널 단자 수납부(222) 내의 저면과 한쪽 내벽에 지지되는 단자 베이스부(224a)와, 단자 베이스부(224a)의 하단으로부터 돌출되어 인쇄회로기판(220)의 접점에 탄성 접촉되는 탄성 편(224b)을 갖는다.
제 2 단자부(225)는 하측 부위가 단자 베이스부(224a)의 하측에 연결되어 터미널 단자 수납부(222)의 반대쪽 내벽에 지지되고, 상측 부위가 단자 베이스부(224a) 쪽으로 연장되어 탄성력에 의해 단자 베이스부(224a)에 맞닿도록 형성될 수 있다. 제 2 단자부(225)와 단자 베이스부(224a) 사이로 케이블이 삽입되면, 제 2 단자부(225)의 상측 부위가 변형되면서 복원력을 발생시킨다. 케이블은 제 2 단자부(225)의 복원력에 의해 제 2 단자부(225)와 단자 베이스부(224a) 사이에 삽입된 상태로 고정될 수 있다. 블록 케이스(221)의 하부에는 탄성 편(224b)들의 각 둘레를 감싸는 플러그부(221b)가 형성될 수 있다.
터미널 블록(220)은 착탈식으로 모듈 케이스(210)에 장착 또는 분리될 수 있다. 이를 위해, 모듈 케이스(210)는 장착 홈(212)의 가장자리에 힌지 턱(215)이 형성될 수 있다. 블록 케이스(221)는 일측 하단에 힌지 턱(215)을 끼우는 힌지 홈(231c)이 형성될 수 있다. 블록 케이스(221)는 힌지 턱(215)의 안내를 받아 모듈 케이스(210)에 장착 또는 분리될 수 있다. 블록 케이스(221)의 타측에는 고정 해제 기구(226)가 장착된다. 예컨대, 고정 해제 기구(226)는 블록 케이스(221)가 모듈 케이스(210)에 장착될 때 고정 돌기가 모듈 케이스(210)의 고정 홈에 탄성력에 의해 끼워지며, 사용자가 고정 해제 기구(226)의 레버를 당기면 고정 돌기가 모듈 케이스(210)의 고정 홈으로부터 분리될 수 있도록 구성될 수 있다. 예시된 바에 한정되지 않고, 고정 해제 기구는 공지된 다양한 기구로 구성될 수 있다.
인쇄회로기판(230)은 모듈 케이스(210)의 내부에 장착된다. 인쇄회로기판(230)은 인접한 인쇄회로기판(230)과의 광 결합을 위한 광 결합부(240)를 포함한다. 일 양상에 있어서, 광 결합부(240)는 광 송신부(241)와 광 수신부(242)를 포함할 수 있다. 광 송신부(241)는 발광 어레이일 수 있으며, 발광 어레이를 구성하는 발광 소자는 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)일 수 있다. 그리고 광 수신부(242)는 수광 어레이일 수 있으며, 수광 어레이를 구성하는 수광 소자는 포토다이오드(photodiode)일 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 광 송신부(241)는 인쇄회로기판(230)의 일 면에 구성되고, 광 수신부(242)는 인쇄회로기판(230)의 반대 면에 구성된다. 그리고 광 송신부(241)와 광 수신부(242)로 구성되는 광 결합부(240)는 입출력 모듈(200)이 지지 레일에 장착되면 광 통신이 가능한 정렬 상태가 된다. 그리고 광 송신 및 광 수신을 위해, 모듈 케이스(210)에는 다수의 발광용 홀(213)들과 수광용 홀(213)들이 형성되는바, 발광 어레이에서 송신된 광은 발광용 홀(213)들과 수광용 홀(214)들을 통해 수광 어레이로 수신된다. 따라서, 지지 레일(100)에 장착된 입출력 모듈(200)들은 광 다이오드를 통한 광 통신이 가능해진다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 지지 레일 200 : 입출력 모듈
210 : 모듈 케이스 220 : 터미널 블록
230 : 인쇄회로기판 240 : 광 결합부
241 : 광 송신부 242 : 광 수신부

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 지지 레일; 및
    지지 레일에 장착되어 상호 인접하게 배열되는 복수의 입출력 모듈;을 포함하되, 각각의 입출력 모듈은 :
    지지 레일에 장착되어 고정되고, 상부에 장착 홈이 형성되며, 광 송신을 위한 발광용 홀과 광 수신을 위한 수광용 홀이 형성된 모듈 케이스와,
    외부 기기의 케이블과 연결되는 복수의 입출력 단자가 마련되며, 모듈 케이스의 상부에 형성된 장착 홈에 장착되거나 분리되는 터미널 블록, 및
    모듈 케이스의 내부에 장착되며, 터미널 블록의 복수의 입출력 단자와 접속되는 인쇄회로기판을 포함하며,
    각각의 입출력 모듈의 인쇄회로기판은 :
    모듈 케이스의 발광용 홀을 통해 일 측에 인접한 입출력 모듈의 인쇄회로기판으로 광을 송신하는 광 송신부와, 모듈 케이스의 수광용 홀을 통해 타 측에 인접한 입출력 모듈의 인쇄회로기판으로부터 광을 수신하는 광 수신부를 포함하는 광 결합부를 포함하되, 각각의 인쇄회로기판의 광 결합부는 입출력 모듈이 지지 레일에 장착시 광 통신 가능하도록 정렬되는 광 결합 방식의 버스 입출력 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    광 송신부는 발광 어레이이며,
    광 수신부는 수광 어레이인 광 결합 방식의 버스 입출력 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    발광 어레이는 발광다이오드 어레이이며,
    수광 어레이는 포토다이오드 어레이인 광 결합 방식의 버스 입출력 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 지지 레일에 장착되어 고정되고, 상부에 장착 홈이 형성되며, 광 송신을 위한 발광용 홀과 광 수신을 위한 수광용 홀이 형성된 모듈 케이스;
    외부 기기의 케이블과 연결되는 복수의 입출력 단자가 마련되며, 모듈 케이스의 상부에 형성된 장착 홈에 장착되거나 분리되는 터미널 블록; 및
    모듈 케이스의 내부에 장착되며, 터미널 블록의 복수의 입출력 단자와 접속되는 인쇄회로기판;을 포함하며,
    인쇄회로기판은 모듈 케이스의 발광용 홀을 통해 일 측에 인접한 입출력 모듈의 인쇄회로기판으로 광을 송신하는 광 송신부와, 모듈 케이스의 수광용 홀을 통해 타 측에 인접한 입출력 모듈의 인쇄회로기판으로부터 광을 수신하는 광 수신부를 포함하는 광 결합부를 포함하되, 광 결합부는 모듈 케이스가 지지 레일에 장착시 광 통신 가능하도록 정렬되는 광 결합 방식의 입출력 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    광 송신부는 발광 어레이이며,
    광 수신부는 수광 어레이인 광 결합 방식의 입출력 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    발광 어레이는 발광다이오드 어레이이며,
    수광 어레이는 포토다이오드 어레이인 광 결합 방식의 입출력 모듈.
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