專利名稱：在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的光學(xué)連接系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是通過(guò)具有紅外線頻率的光束在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的光學(xué)連接系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中，通常實(shí)現(xiàn)多個(gè)連接元件(該元件包括通向諸如傳感器等外部設(shè)備的輸入和輸出線路)，這些連接元件被一個(gè)挨著一個(gè)地放置(例如在DIN(德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))型的柵條上)，彼此相互連接并與數(shù)據(jù)收集和排序元件連接(通常被稱為“供電終端”)，該數(shù)據(jù)收集和排序元件通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線依次把從不同外部設(shè)備收集到數(shù)據(jù)發(fā)送到上行數(shù)字控制器。為了實(shí)現(xiàn)連接元件和數(shù)據(jù)收集與排序元件之間的數(shù)據(jù)交換，通常提供串行連接以允許不同數(shù)據(jù)通過(guò)和各種元件的供電。把該串行連接和數(shù)據(jù)收集與排序元件各自裝在具有各種形狀和尺寸的各自盒子的內(nèi)部，該盒子適合于安裝在柵條上或者以另外的方式有效地安裝。
這樣構(gòu)造的系統(tǒng)具有許多問(wèn)題首先，當(dāng)連接元件中的一個(gè)出故障時(shí)，在某些情況下由于不能單獨(dú)地拆除該元件則需要拆卸整行的元件；在其他情況下，如果可以從包含該元件的盒子中拆除卡片形的元件，則該元件的拆除停止了串行連接線路，并且因此如果沒(méi)有連接元件來(lái)立即替換它，則該線路中斷并且然后失效，其中存在顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)。
而且，包含各種元件的這些盒子常常具有復(fù)雜的配置并且因而為了制造它們則需要非常高的費(fèi)用。而在盒子的配置較簡(jiǎn)單時(shí)，這些盒子就會(huì)缺乏目前自動(dòng)化需要的許多功能。
以上系統(tǒng)的其它的問(wèn)題在于由于相互連接而使不同的元件所具有的“物理”接觸這樣的接觸會(huì)經(jīng)受磨損、污垢和其它環(huán)境條件例如電磁干擾，這些情況損害這些連接元件的功能，并進(jìn)而損害其它系統(tǒng)連接元件。
此外，可以通過(guò)串行連接而提供的電力是相當(dāng)有限的，允許相互連接的元件的最大數(shù)量等于8或者16位數(shù)字輸出而每位輸出為250mA元件。如果需要的連接元件大于這個(gè)數(shù)目，則需要提供與先前的系統(tǒng)串行連接的另外的系統(tǒng)，這顯然會(huì)存在成本和連接的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)提供一種光學(xué)連接系統(tǒng)來(lái)解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、安裝、使用較簡(jiǎn)單且易于維護(hù)，而從制造和使用的觀點(diǎn)來(lái)看降低了成本，并且最重要的是相對(duì)于目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的連接更加有效和可靠。
本發(fā)明的另一目的是提供一種光學(xué)連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以很快地替換出故障或者不能用的元件，而且在串聯(lián)中可以缺少一些元件而無(wú)論如何不會(huì)損害現(xiàn)存的元件之間的數(shù)據(jù)交換能力，并且該系統(tǒng)對(duì)線路上的電磁干擾不敏感，而線路上的電磁干擾是目前的連接中常見(jiàn)的故障原因。使用這種類型的設(shè)置，可以由使用的類別來(lái)組合構(gòu)成串聯(lián)的不同元件，從而簡(jiǎn)化并且增加參與維護(hù)的人員的安全。
本發(fā)明的另一目的是提供一種如上所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)于來(lái)自周?chē)h(huán)境的影響例如污垢、噪聲和振動(dòng)等幾乎不敏感。
由如權(quán)利要求1和2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)獲得本發(fā)明的上述和其他目的和優(yōu)點(diǎn)，這些目的和優(yōu)點(diǎn)將出現(xiàn)在以下的描述中。在從屬權(quán)利要求中描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和重要的變化。


參考附圖通過(guò)作為非限定性的實(shí)例而提供的一些優(yōu)選實(shí)施例將更好地描述本發(fā)明圖1是本發(fā)明的光學(xué)連接系統(tǒng)可以使用的工業(yè)自動(dòng)化元件的配置的示意性的方框圖；圖2是可以在本發(fā)明中使用的工業(yè)自動(dòng)化盒子的示意性的透視圖；圖3是圖2的盒子的底視圖；
圖4是指出本發(fā)明的光學(xué)連接系統(tǒng)使用的板的示意性的側(cè)視圖；圖5是圖4的板的正視圖；圖6是本發(fā)明的光學(xué)連接系統(tǒng)的示意性的操作視圖；圖7是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的光學(xué)連接系統(tǒng)需要的主要組件的示意性的方框圖。
具體實(shí)施例方式
參考這些圖，顯示了本發(fā)明的光學(xué)連接系統(tǒng)的實(shí)施例的非限定性的實(shí)例。以下通過(guò)一般性地把它應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域來(lái)描述該設(shè)備，但是顯然該設(shè)備可以在最好是鄰近的彼此可連接的設(shè)備之間需要進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)交換和使用電源和數(shù)據(jù)交換總線的任何領(lǐng)域中找到正確且有效的應(yīng)用。
本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例(只以一般性的形式在圖中顯示)提供了用于在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個(gè)連接元件7，9’，9”，…，9N組成。該連接元件7，9’，9”，…，9N的每一個(gè)配備有一對(duì)光學(xué)發(fā)射30，32和接收28，34裝置該對(duì)由放置在連接元件7，9’，9”，…，9N的每一個(gè)的主側(cè)10上的一個(gè)光學(xué)發(fā)射裝置30，32和放置在連接元件7，9’，9”，…，9N的每一個(gè)的相反主側(cè)12上的一個(gè)光學(xué)接收裝置28、34組成。而且，發(fā)射30，32和接收28，34裝置的每一個(gè)適合與連接元件7，9’，9”，…，9N的另一相鄰連接元件的接收28，34和發(fā)射30，32裝置協(xié)作來(lái)交換數(shù)據(jù)。
依據(jù)在圖中所示的另一優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的光學(xué)連接系統(tǒng)實(shí)際上也包括多個(gè)連接元件7，9’，9”，…，9N，所述的連接元件的每一個(gè)配備有至少兩對(duì)光學(xué)發(fā)射30，32和接收28，34裝置。每一對(duì)由放置在連接元件7，9’，9”，…，9N的每一個(gè)的主側(cè)10上的一個(gè)光學(xué)反射裝置30，32和放置在連接元件7，9’，9”，…，9N的每一個(gè)的相反主側(cè)12上的一個(gè)光學(xué)接收裝置28、34組成；而且，為了始終保證連接元件7，9’，9”，…，9N的操作功能獨(dú)立于安裝這些元件的方向(例如在DIN型的柵條上)，還把每對(duì)光學(xué)發(fā)射30，32和接收28，34裝置以相對(duì)于先前的所述對(duì)相反的方式來(lái)放置在連接元件7，9’，9”，…，9N的主側(cè)10，12上，在這樣的方法下在連接元件7，9’，9”，…，9N的每一個(gè)主側(cè)10，12上放置一個(gè)發(fā)射裝置30，32，然后放置接收裝置28，34(如圖5可以較好地看到)，最后放置發(fā)射裝置30、32(未顯示)，并依次類推。同時(shí)，在這種情況下，發(fā)射30，32和接收28，34裝置的每一個(gè)適合與連接元件7，9’，9”，…，9N的另一個(gè)相鄰的連接元件的各自的接收28，34和發(fā)射30，32裝置協(xié)作來(lái)交換數(shù)據(jù)。
為了可以安裝和連接更多數(shù)量的連接元件7，9’，9”，…，9N，依據(jù)應(yīng)用的需要，連接元件7，9’，9”，…，9N的至少一個(gè)還可以在垂直于放置了發(fā)射30，32和接收28，34裝置的側(cè)10，12的較小的側(cè)14上配備至少另一對(duì)發(fā)射30，32和接收28，34裝置(未顯示)。在這種情況下，則可以安裝相鄰的兩行連接元件7，9’，9”，…，9N，并且不僅可以沿著這兩行連接元件來(lái)發(fā)射和接收數(shù)據(jù)而且可以在一行連接元件和另一行連接元件之間發(fā)射和接收數(shù)據(jù)，其中存在一行的元件和下方的另一行的對(duì)應(yīng)元件之間的“垂直”連接。
如所知的，連接元件7，9’，9”，…，9N放置在用于工業(yè)自動(dòng)化的盒子13的內(nèi)部；然而，為了允許在本發(fā)明中使用這些盒子，這些盒子13不必具有特別復(fù)雜且昂貴的外形或者配置；而寧可選擇盡可能便宜的盒子13。像在圖2示意顯示的盒子那樣，盒子13配置了與柵條(例如DIN型)連接的裝置15。為了能夠使用依據(jù)本發(fā)明的這些盒子13，在這些盒子的每一個(gè)上鉆上靠近發(fā)射30，32和接收28，34裝置而獲得的孔16，18，20，22以允許它們相互的可操作性就足夠了。顯而易見(jiàn)，還適合執(zhí)行“垂直”連接的連接元件7，9’，9”，…，9N的盒子13還將具有靠近側(cè)面14上存在的另外的一對(duì)發(fā)射30，32和接收28，34裝置而獲得的孔24，26。
優(yōu)選的是，光學(xué)發(fā)射30，32和接收28，34裝置由紅外線頻率的光束的發(fā)射器和接收器組成，特別可非限定性地依據(jù)IrDa協(xié)議來(lái)操作這些裝置。
使用這種類型的光學(xué)組件，可以實(shí)現(xiàn)在圖7中示意性展示的操作電路，該電路提供了每對(duì)發(fā)射器30，32和接收器28，34與依次連接到控制和管理裝置40，42(通常為UART(通用異步收發(fā)報(bào)機(jī))型的電路板(card)40和微處理器42)的各自的編碼器/解碼器36，38連接。該控制和管理裝置40，42通過(guò)I/O(輸入/輸出)接口44與用于供電和外部工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備(未顯示)的信號(hào)輸入/輸出的接線端子板46連接。
顯然，可選擇的是，光學(xué)發(fā)射30，32和接收28，34裝置可以由使用激光光束、在微波頻率、或者其它類型的等價(jià)的光學(xué)裝置和甚至使用可見(jiàn)光的光學(xué)發(fā)射器和接收器組成。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)的操作連接，對(duì)于光學(xué)連接系統(tǒng)可以單獨(dú)地向連接元件7，9’，9”，…，9N的每一個(gè)供電，舉例來(lái)說(shuō)通過(guò)小型電纜的串行連接，或者使用可拆卸的連接接線端子板供電，從而在替換或者維修連接元件7，9’，9”，…，9N和/或者盒子13時(shí)使斷電和重新接電操作更方便。
此外，在某種程度上已知的，如圖1所示，連接元件7，9’，9”，…，9N由與外部工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備(未顯示)分別連接(通過(guò)可以是2位，4位，8位等位輸入或者輸出11’，11”，…，11N)的多個(gè)數(shù)據(jù)輸入和輸出元件9’，9”，…，9N和有效地連接到數(shù)據(jù)輸入和輸出元件9’，9”，…，9N的數(shù)據(jù)收集和排隊(duì)元件7(“供電終端”)組成該元件7通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線3與管理數(shù)據(jù)的上行數(shù)字控制器1連接。
因此，使用上述系統(tǒng)可以獲得以下的優(yōu)點(diǎn)1.如果拆除模塊9’，9”，…，9N，則系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。
2.如果在安裝階段由于連接故障而向模塊9’，9”，…，9N提供了高電壓，則該模塊損壞，但是電絕緣的另外的模塊保持運(yùn)行。
3.沒(méi)有把模塊9’，9”，…，9N一個(gè)挨著一個(gè)排列的限制，而可以分開(kāi)這些模塊以根據(jù)處理的信號(hào)的類型或者它們的功能從邏輯上區(qū)分它們，因而隨后會(huì)簡(jiǎn)化了維護(hù)人員和負(fù)責(zé)的操作人員工作。
權(quán)利要求
1.一種在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由多個(gè)連接元件(7，9’，9”，…，9N)組成，所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一個(gè)配備有一對(duì)光學(xué)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置，所述的對(duì)由放置在所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一個(gè)的主側(cè)(10)上的一個(gè)光學(xué)發(fā)射裝置(30，32)和放置在所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一個(gè)的相反主側(cè)(12)上的一個(gè)光學(xué)接收裝置(28，34)組成，所述發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置的每一個(gè)適合與所述連接元件(7，9’，9”，…，9N)的另一個(gè)相鄰的連接元件各自的接收(28，34)和發(fā)射(30，32)裝置協(xié)作來(lái)交換數(shù)據(jù)。
2.一種在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由多個(gè)連接元件(7，9’，9”，…，9N)組成，所述連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一個(gè)配備有至少兩對(duì)光學(xué)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置，每一對(duì)由放置在所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一個(gè)的主側(cè)(10)上的一個(gè)光學(xué)發(fā)射裝置(30，32)和放置在所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一個(gè)的相反主側(cè)(12)上的一個(gè)光學(xué)接收裝置(28，34)組成，還可以按照相對(duì)于先前的所述對(duì)相反的方式把每對(duì)光學(xué)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置放置在所述連接元件(7，9’，9”，…，9N)的所述的主側(cè)(10，12)上，在這樣的方式下在所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每個(gè)主側(cè)(10，12)上放置一個(gè)發(fā)射裝置(30，32)，隨后放置一個(gè)接收裝置(28，34)，最后放置一個(gè)發(fā)射裝置(30，32)，并且依此類推，所述的發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置的每一個(gè)適合與所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的另一個(gè)相鄰連接元件的各自的接收(28，34)和發(fā)射(30，32)裝置協(xié)作來(lái)交換數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于把所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的至少一個(gè)在垂直于放置了發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置的側(cè)(10，12)的較小的側(cè)(14)的其中之一上配備有至少另外的一對(duì)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)放置在用于工業(yè)自動(dòng)化的各自的盒子(13)內(nèi)，所述盒子(13)的每一個(gè)配備有靠近所述的發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置而獲得的孔(16，18，20，22)以允許它們相互的可操作性。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)放置在用于工業(yè)自動(dòng)化的各自的盒子(13)內(nèi)，所述的盒子(13)的每一個(gè)配備有靠近所述的發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置而獲得的孔(16，18，20，22)以允許它們相互的可操作性，和配備有靠近所述的至少另外一對(duì)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置而獲得的孔(24，26)以允許它們的可操作性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置由具有紅外線頻率的光束發(fā)射器和接收器組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于具有所述的紅外線頻率的光束發(fā)射器和接收器依據(jù)IrDa協(xié)議操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或者7所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于每對(duì)所述的發(fā)射器(30，32)和接收器(28，34)與依次連接到控制和管理裝置(40，42)的各自的編碼器/解碼器(36，38)連接，所述的控制和管理裝置(40，42)通過(guò)I/O接口(44)與用于供電和外部工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的信號(hào)輸入/輸出的接線端子板(46)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于所述的控制和管理裝置(40，42)由UART型的元件(40)和微型處理器(42)組成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置由使用激光光束的光束發(fā)射器和接收器組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)發(fā)射(30，32)和接收(28，34)裝置由微波頻段或者可見(jiàn)光頻段的光束發(fā)射器和接收器組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于對(duì)于所述的光學(xué)連接系統(tǒng)向所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)的每一個(gè)單獨(dú)供電。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于可以通過(guò)小型電纜由串行連接供電。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于可以由可拆卸的連接接線端子板供電。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的光學(xué)連接系統(tǒng)，其特征在于所述的連接元件(7，9’，9”，…，9N)由與工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備分別連接(通過(guò)11’，11”，…，11N)的多個(gè)數(shù)據(jù)輸入和輸出元件(9’，9”，…，9N)和有效地連接到所述的數(shù)據(jù)輸入和輸出元件(9’，9”，…，9N)的收集和排隊(duì)元件(7)組成，所述的元件(7)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(3)連接到用于管理數(shù)據(jù)的數(shù)字控制器(1)上。
全文摘要
提出了一種在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備間交換數(shù)據(jù)的光學(xué)連接系統(tǒng)，該系統(tǒng)由多個(gè)連接元件(7，9′，9″，…，9
文檔編號(hào)H04B10/80GK1529956SQ02803229
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2002年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月26日
發(fā)明者朱塞佩·莫爾菲諾, 朱塞佩 莫爾菲諾 申請(qǐng)人:弗迪亞有限公司