JP5118091B2

JP5118091B2 - 産業用オートメーション・デバイス間でデータを交換するための光学的に接続されたシステム

Info

Publication number: JP5118091B2
Application number: JP2009071947A
Authority: JP
Inventors: ギセッペモルフィノ，
Original assignee: Fidia SpA
Current assignee: Fidia SpA
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2009176313A

Description

本発明は、産業用オートメーション・デバイス間でデータを交換するための、特に赤外周波数を有する光線を介する、光学的に接続されたシステムに関する。

現在、産業オートメーションのアプリケーションでは、（例えばＤＩＮ型バー上に）隣り合わせに配置された、かつ隣同士で相互に接続されかつ（一般に「電力端子」として周知である）データ収集及び配列エレメントに接続された（センサ他等の外部デバイスへと延びる入力及び出力回線を含む）複数の接続エレメントを実現することが一般的であり、上記データ収集及び配列エレメントはフィールド・バスを介して異なる外部デバイスから収集されたデータを上流の数値制御装置へ送信する。接続エレメントとデータ収集及び配列エレメントとの間のデータ交換を実現するため、通常は、異なるデータの伝送及び様々なエレメントの供給の双方を許容するシリアル接続が施される。接続エレメント及びデータ収集及び配列エレメントは各々、様々な形状及びサイズを有する、バー上に組み立てられるように適合化された、または他の方法で機能的に取り付けられた個々のボックスの内部に包含されている。

この方法で構築されたシステムは、多くの問題点を有している。第１に、接続エレメントの１つが故障すると、こうしたエレメントは個々の取外しが不可能であることから、場合によってはエレメントの列全体を分解する必要がある。他の事例では、カード形のエレメントをそれを包含するボックスから取り出すことが可能であるとしても、その取外しによってシリアル接続ラインは停止し、よって即時これと交換する接続エレメントの持ち合わせがなければ、こうしたラインは中断され、次いで非アクティブにされる。これは、明らかな欠点である。

さらに、様々なエレメントを含むボックスは構造が複雑であることが極めて多く、よってそのスタンピングのコストは非常に高い。ボックスの構造がより単純であれば、現時点でオートメーションが必要としている多くの機能は欠落する。

上記システムにおける他の問題点として、様々なエレメントが相互に接続されるために保有する「物理的」接点の存在がある。このような接点は、摩耗、汚損及びその他、例えば電磁妨害のような、それらの機能を損ない、延いては他のシステム接続エレメントを損傷させる環境条件に曝される。

さらにまた、シリアル接続を介して供給することが可能な電源は、各々が２５０ｍＡである８または１６のデジタル出力に等しい最大数のエレメントの相互接続を可能にするために比較的制限される。必要な接続エレメントの数がこれを超えれば、先行するシステムにシリアル接続されるさらなるシステムを用意する必要があり、コスト及び接続上明らかに問題となる。

本発明の目的は、実現、インストール、使用及び保全が単純であり、製造及び使用双方の観点でコストが低減され、かつ現時点でマーケットに存在している接続よりも格段に効率及び信頼性が高い光学的に接続されたシステムを提供することにより、先行技術における上述の問題点を解決することにある。

本発明の他の目的は、故障した、または使用できないエレメントの即時交換を可能にし、幾らかの直列エレメントがなくても存在するエレメント間のデータ交換のケイパビリティを一切損なうことなく作業を続けることが可能であり、かつ現行接続におけるエラーの原因となることの多いライン上の電磁妨害に対して不感受性である、光学的に接続されたシステムを提供することにある。このタイプの配置を使用すれば、直列を構成する様々なエレメントを使用グループによって分類することが可能であり、人々が関係する保全は単純化され、その安全性も増す。

本発明のさらなる目的は、例えば汚損、騒音、振動、他等の周囲環境からの影響にほとんど感応しない、上述のような光学的に接続されたシステムを提供することにある。

本発明による光学的に接続されたシステムを適用することができる産業用オートメーション・エレメントの構造を示す略ブロック図である。本発明と共用することができる産業用オートメーション・ボックスの略斜視図である。図２が示すボックスの下面図である。適用されている本発明による光学的に接続されたシステムを指す、プレートの略側面図である。図４が示すプレートの正面図である。本発明による光学的に接続されたシステムの略動作図である。本発明による光学的に接続されたシステムの実施に必要な主要コンポーネントの略ブロック図である。

以下の説明から明らかとなるような本発明の上述の、及び他の目的及び優位点は、請求項１に記載されている光学的に接続されたシステムによって達成される。本発明の好適な実施形態及び重要な変形例は、従属請求項に記載されている。

本発明は、添付の図面に関連して非限定例として提示されるその幾つかの好適な実施形態により、さらによく説明される。

図面に関しては、本発明による光学的に接続されたシステムの実施形態の非限定的な例が示されている。以下、概して産業オートメーションの分野に適用して本デバイスを説明するが、本デバイスが、好適には隣接し合いかつ供給及びデータ交換バスを使用する互いに接続可能なデバイス間で効率的なデータ交換を実行することが必要な任意の分野に対して、有効かつ効率的なアプリケーションを見出し得ることは明白である。

本発明の第１の好適な実施形態（図面には単なる一般形態で示されている）は、複数の接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎで構成される産業用オートメーション・デバイス間でデータを交換するための、光学的に接続されたシステムを提供する。このような接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの各々には、一対の光学的送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４が装備され、このような対は、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの各々の主要側面１０に配置された１つの光学的送信手段３０、３２と、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの各々の反対側の主要側面１２に配置された１つの光学的受信手段２８、３４とで構成されている。さらに、送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４の各々は、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの隣接する他のエレメントの受信手段２８、３４及び送信手段３０、３２と個々に共同してデータ交換を行うように適合化されている。

図に示されている他の好適な実施形態によれば、本発明による産業用オートメーション・デバイス間でデータを交換するための光学的に接続されたシステムはまた、実質的に、その各々に少なくとも二対の光学的送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４が装備された複数の接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎを備えている。各対は、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの各々の主要側面１０に配置された１つの光学的送信手段３０と共に、１つの光学的受信手段３４と、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの各々の反対側の主要側面１２に配置された１つの光学的受信手段２８、３４と１つの光学的送信手段（３２）と共に、１つの光学的受信手段（２８）と、で構成され、さらに、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの動作機能を常時、これらが組み立てられている方向性（例えばＤＩＮ型バー）とは独立して保証するため、光学的送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４の各対はさらに、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの各主要側面１０及び１２上に１つの送信手段３０、３２を、続いて１つの受信手段２８、３４を（図５を参照すると分かりやすい）、続いて最後に１つの送信手段３０、３２（図示されていない）が配置され、以下同様に配置されるように先行対とは反対の方法で、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの主要側面１０及び１２上に配置されている。またこの場合も、送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４の各々は、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの隣接する他のエレメントの受信手段２８、３４及び送信手段３０、３２と個々に共同してデータ交換を行うように適合化されている。

アプリケーション要件に従って、より多くの接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎのインストール及び接続を可能にするため、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの少なくとも１つにはさらに、送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４が配置されている側面１０、１２に垂直であるその主要でない側面１４の１つに送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４（図示されていない）の少なくとも１つのさらなる対を装備することができる。この場合は、隣接する２列の接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎをインストールすることが可能であり、データの送受信は、この２列に沿って行われるだけでなく、１つの列の１つのエレメントともう一方の列の対応するエレメントとの間の光学的な「垂直」接続によって１つの列と他方の列との間でも行われる。

公知の通り、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎは産業オートメーション用では個々のボックス１３の内部に配置されるが、このようなボックス１３が本発明によるこれらの使用を可能にするために特に複雑で高コストの形状または構造である必要はなく、むしろボックス１３は、可能な限り安価であるように選択される。ボックス１３は、図２に略示されているもののように、（例えばＤＩＮ型の）バーに接続するための手段１５を備えている。本発明によるこのようなボックス１３の使用を可能にするためには、その各々に送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４に隣接して穴１６、１８、２０、２２を設け、これらが相互的に動作できるようにすれば足りる。明らかに、「垂直」接続を実行するようにも適合化されている接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎのためのボックス１３はまた、側面１４上に存在する送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４のさらなる対に隣接して設けられた穴２４、２６を保有することになる。

好適には、光学的送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４は、限定的ではないが特にＩｒＤａプロトコルに従って動作する、赤外周波数での光線の送信機及び受信機で構成される。

このタイプの光コンポーネントを使用すれば、送信機３０、３２及び受信機２８、３４の各対が個々のエンコーダ／デコーダ３６、３８に接続され、エンコーダ／デコーダ３６，３８が制御及び管理手段４０、４２（一般にＵＡＲＴ型のカード４０及びマイクロプロセッサ４２）に接続されるような図７に略示されている動作回路を実現することができる。このような制御及び管理手段４０、４２は、Ｉ／Ｏインターフェース４４を介して、外部の産業用オートメーション・デバイス（図示されていない）からの供給及び信号入／出力のための端子盤４６に接続されている。

代替として、明らかに、送信手段３０、３２及び受信手段２８、３４は、マイクロ波振動数でのレーザ光線の送信機及び受信機、または他のタイプの等価光学手段によって、かつ可視光を使用する手段によってさえも構成されることが可能である。

本発明のシステムの動作接続を完成させるため、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎの各々への給電は、例えばスモール・ケーブルを介するシリアル接続によって、または取外し可能な接続端子盤を使用して、光学的に接続されたシステムに関して別個に行うことが可能であり、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎ及び／またはボックス１３の交換または保全に際して電源の切断及び再接続動作が容易になる。

さらにある公知方法では、図１が示すように、接続エレメント７、９’、９’’、．．．、９^Ｎは、各々が（２、４、８等々の数字であることが可能なデジタル入力または出力１１’、１１’’、．．．、１１^Ｎを介して）外部の産業用オートメーション・デバイス（図示されていない）に接続された複数のデータ入力及び出力エレメント９’、９’’、．．．、９^Ｎと、データ入力及び出力エレメント９’、９’’、．．．、９^Ｎに機能的に接続されたデータ収集及び行列作りエレメント７（「電力端子」）とで構成され、このようなエレメント７は、フィールド・バス３を介してデータ管理用の上流の数値制御装置１に接続されている。

従って、上述のシステムを使用すれば、下記のような優位点を達成することができる。
１．モジュール９’、９’’、．．．、９^Ｎが取外されても、システムは作動し続ける。
２．接続エラーに起因してインストール段階でモジュール９’、９’’、．．．、９^Ｎに高電圧が流れたとしても、関係したモジュールは損傷するが、亜鉛メッキで絶縁されている他のモジュールは作動し続ける。
３．モジュール９’、９’’、．．．、９^Ｎを各々隣り合わせに配置するという制約がないため、処理する信号またはそれらの機能性のタイプに依存して論理的分割を行うようにこれらを分離することが可能であり、保全要員及び担当オペレータに対して簡略化がもたらされる。

Claims

産業用オートメーション・デバイス間でデータを交換するための光学的に接続されたシステムであって、
複数の接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）で構成され、前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）の各々には少なくとも二対の光学的送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）が装備され、各対は、前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）の各々の主要側面（１０）に配置された１つの光学的送信手段（３０）と共に、１つの光学的受信手段（３４）と、前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）の各々の反対側の主要側面（１２）に配置された１つの前記光学的送信手段（３２）と共に、１つの光学的受信手段（２８）と、で構成され、前記光学的送信手段（３０，３２）及び前記受信手段（２８，３４）の各対はさらに、前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）の各前記主要側面（１０，１２）上に１つの前記送信手段（３０,３２）を、続いて１つの前記受信手段（２８,３４）を、続いて最後に１つの前記送信手段（３０,３２）が配置され、そして以下同様に配置されるように、先行対とは反対の方法で前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）の前記主要側面（１０，１２）上に配置され、前記送信手段（３０，３２）及び前記受信手段（２８，３４）の各々は、前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）の隣接する他の前記接続エレメントの前記受信手段（２８，３４）及び前記送信手段（３０，３２）と個々に共同してデータ交換を前記接続エレメントの組み立ての方向性とは独立して行い得るように適合化されており、
前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）の少なくとも１つには、送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）が配置されている側面（１０，１２）に垂直であるその主要でない側面（１４）の１つに少なくとも１対のさらなる送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）が装備され、
前記光学的送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）は赤外周波数における光線の送信機及び受信機で構成され、
前記赤外周波数における光線の送信機及び受信機はＩｒＤａプロトコルに従って動作し、
前記送信機（３０，３２）及び受信機（２８，３４）の各対は個々のエンコーダ／デコーダ（３６，３８）に接続され、前記エンコーダ／デコーダ（３６，３８）は制御及び管理手段（４０，４２）に接続され、前記制御及び管理手段（４０，４２）は、Ｉ／Ｏインターフェース（４４）を介して外部の産業用オートメーション・デバイスからの供給及び信号入／出力のための端子盤（４６）に接続され、
前記制御及び管理手段（４０，４２）は、ＵＡＲＴ型エレメント（４０）とマイクロプロセッサ（４２）とで構成され、
前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９ ^Ｎ）の各々への給電は、前記光学的に接続されたシステムごとに別個に行われ、
前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９ ^Ｎ）は、各々が産業用オートメーション・デバイスに接続された複数のデータ入力及び出力エレメント（９’，９’’，．．．，９ ^Ｎ）と、前記データ入力及び出力エレメント（９’，９’’，．．．，９ ^Ｎ）に作動的に接続されたデータ収集及び行列作成エレメント（７）とで構成され、前記エレメント（７）は、フィールド・バス（３）を介してデータ管理用の数値制御装置（１）に接続されていることを特徴とする前記の光学的に接続されたシステム。
前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）は産業オートメーション用の個々のボックス（１３）の内部に配置され、前記ボックス（１３）の各々には、これらの相互的動作性を可能にするために、前記送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）に隣接して穴（１６，１８，２０，２２）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学的に接続されたシステム。
前記接続エレメント（７，９’，９’’，．．．，９^Ｎ）は産業オートメーション用の個々のボックス（１３）の内部に配置され、前記ボックス（１３）の各々には、これらの相互的動作性を可能にするために、前記送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）に隣接して穴（１６，１８，２０，２２）が設けられ、かつこれらの動作性を可能にするために、前記少なくとも１対のさらなる送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）に隣接して穴（２４，２６）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学的に接続されたシステム。
前記光学的送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）はレーザ光を有する光線の送信機及び受信機で構成されることを特徴とする請求項１記載の光学的に接続されたシステム。
前記光学的送信手段（３０，３２）及び受信手段（２８，３４）はマイクロ波振動数上または可視光を介する光線の送信機及び受信機で構成されることを特徴とする請求項１記載の光学的に接続されたシステム。
前記給電はスモール・ケーブルを介するシリアル接続によって行われることを特徴とする請求項１記載の光学的に接続されたシステム。
前記給電は取外し可能な接続端子盤によって行われることを特徴とする請求項１記載の光学的に接続されたシステム。