модуль ввода-вывода для шины данных

Формула изобретения

1. Модуль ввода/вывода для шины данных, выполненный с возможностью крепления на несущей шине и содержащий клеммные места для соединения проводами пользователей шины и электронику, соединяющую пользователей с последовательной шиной данных и выполненный в виде присоединительного зажима со встроенной или насаживаемой электроникой, отличающийся тем, что снабжен гальванически изолированной оптической шиной данных, выполненной в виде двунаправленного оптического интерфейса, включающего оптические каналы приема информации, выполненные на основе инфракрасных оптических фотодиодов, и оптические каналы передачи информации, выполненные на основе инфракрасных оптических светодиодов, расположенных по обе стороны модуля.

2. Модуль ввода/вывода по п.1, отличающийся тем, что энергоснабжение электроники модуля и схем ввода/вывода осуществляется от схем электропитания устройств ввода/вывода без гальванической изоляции от них.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается модулей ввода/вывода для шины данных, которые выполнены с возможностью крепления на несущей шине рядом с другими модулями

Известен модуль ввода/вывода для шины данных, выполненный с возможностью крепления на несущей шине рядом с другими модулями, содержащий клеммные места для параллельного соединения проводами пользователей шины, например приводов головок, сенсорных датчиков, приборов, и электронику, соединяющую пользователей с последовательным проводником шины данных, отличающийся тем, что модуль ввода/вывода выполнен в виде присоединительного зажима со встроенной или насаживаемой электроникой и с возможностью крепления на несущей шине в виде отдельной шинной клеммы или в виде блока шинных клемм, образованного из нескольких соединенных в группы шинных клемм, причем как проводники шины данных, так и проводники энергоснабжения для электроники ввода/вывода интегрированы в отдельные шинные клеммы и пропущены через них, в то время как каждая отдельная шинная клемма и каждый блок шинных клемм на своих боковых поверхностях, обращенных к соседним клеммам, имеют соответственно шинные контакты таким образом, что шинные контакты при креплении шинных клемм на несущей шине автоматически замыкают друг друга в направлении последовательной установки шинных клемм, так что шинные клеммы, зафиксированные на несущей шине, соединены в клеммную шину с проходящими насквозь проводниками шины данных и энергоснабжения (Патент РФ № 2139615, МПК H01R 9/26, опубл. 10.10.1999 г.).

К недостаткам известного модуля можно отнести следующие:

- гальваническая связь модулей ввода-вывода по шине данных,

- обрыв шины данных в случае изъятия одного или более модулей,

- ненадежность механического контактного соединения шины данных.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании модуля ввода-вывода с гальванически изолированной оптической шиной данных, обладающего высоким уровнем помехозащищенности и возможностью питания модуля ввода-вывода от источника питания датчика или исполнительного механизма.

Поставленная техническая задача решается тем, что модуль ввода/вывода для шины данных, выполненный с возможностью крепления на несущей шине и содержащий клеммные места для соединения проводами пользователей шины и электронику, соединяющую пользователей с последовательной шиной данных и выполненный в виде присоединительного зажима со встроенной или насаживаемой электроникой, согласно предложенному изобретению снабжен гальванически изолированной оптической шиной данных, выполненной в виде двунаправленного оптического интерфейса, включающего оптические каналы приема информации, выполненные на основе инфракрасных оптических фотодиодов, и оптические каналы передачи информации, выполненные на основе инфракрасных оптических светодиодов, расположенных по обе стороны модуля.

Кроме того, энергоснабжение электроники модуля и схем ввода/вывода осуществляется от схем электропитания устройств ввода/вывода без гальванической изоляции от них.

Технический результат, достижение которого обеспечивается реализацией всей заявляемой совокупности существенных признаков, заключается в повышении помехозащищенности модуля ввода-вывода за счет наличия в модуле оптического интерфейса. Кроме того, наличие оптического интерфейса ввода-вывода позволяет компоновать системы ввода-вывода из модулей, устанавливаемых на DIN-рейку.

Сущность заявляемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 представлено конструктивное выполнение модуля ввода-вывода с оптическим интерфейсом, на фиг.2 представлена схема расположения элементов оптического интерфейса.

Фиг.1 и фиг.2 содержат следующие позиции:

1 - корпус модуля,

2 - печатная плата со встроенной электроникой,

3, 4, 5, 6 - клеммы сигналов ввода/вывода,

7 - клеммы подключения питания модуля,

8 - светодиоды статуса сигнала и индикации ошибок,

9, 11 - ИК оптические приемные фотодиоды,

10, 12 - ИК оптические передающие светодиоды,

13 - DIN-peйкa.

Модуль ввода/вывода для шины данных содержит (фиг.1) корпус шинной клеммы (1) с элементами поперечного крепления на DIN-рейку 13 известным способом рядом с другими модулями или токоведущими или разделительными клеммами; печатную плату с встроенной электроникой (2), обеспечивающую функционирование оптического интерфейса модуля ввода-вывода и схем ввода-вывода; пружинные клеммы (3, 4, 5, 6) для подключения сигналов ввода-вывода; пружинные клеммы (7) для подключения питания модуля; светодиод (8) изменения статуса сигнала ввода-вывода или диагностик ошибки; оптический интерфейс, включающий оптические каналы приема информации, выполненные на основе инфракрасных оптических фотодиодов (9, 11), обеспечивающие прием информации по оптической шине данных, и оптические каналы передачи информации, выполненные на основе инфракрасных оптических светодиодов (10, 12), обеспечивающие передачу информации по оптической шине данных.

Каждый модуль ввода/вывода шины данных выполняет функции приемника, передатчика и транзитера информации на оптической шине данных, поэтому каналы приема информации, выполненные на основе инфракрасных оптических фотодиодов (9, 11), и оптические каналы передачи информации, выполненные на основе инфракрасных оптических светодиодов (10, 12), расположены на обеих сторонах модуля.

Данная конструкция в отличие от прототипа позволяет достичь высоковольтной гальванической изоляции между устанавливаемыми рядом модулями шины данных. Наличие оптического интерфейса в отличие от прототипа обуславливает отсутствие жестких требований по конструктивному исполнению корпуса (1) и наличию специальных элементов, обеспечивающих контактную связь между модулями.

Любой модуль из группы установленных модулей в отличие от прототипа может быть изъят без нарушения целостности и работоспособности оптического интерфейса. Возможность продолжения работы по открытому оптическому каналу ограничивается лишь геометрической прямолинейностью монтажной шины и габаритами монтажного пространства.

Оптический интерфейс в отличие от прототипа позволяет устанавливать между модулями шины данных дополнительные коммуникационные и разделительные клеммы разных конструкций и производителей, используемые известным образом для маркировки и размножения связей, единственным требованием к которым является наличие оптически прозрачного окна в области прохождения лучей оптического интерфейса.

Оптический интерфейс реализован на базе двух пар приемных и излучающих инфракрасных светодиодов, расположенных с двух сторон модуля и управляемых микроконтроллером, расположенным на печатной плате со встроенной электроникой (2). Обмен по интерфейсу осуществляется с помощью информационного пакета. Каждый модуль на интерфейсе является транслятором этого пакета далее по интерфейсу, если этот модуль не является его адресатом. Если модуль является адресатом информационного пакета, то он считывает из него предназначенную для модуля информацию (например, текущее состояние каналов вывода дискретных сигналов) и записывает в информационный пакет информацию, предназначенную для передачи к модулю, управляющему интерфейсом (например, текущее состояние каналов ввода дискретных или аналоговых сигналов).

Наличие гальванической изоляции между модулями по оптическому интерфейсу в отличие от прототипа позволяет не применять гальваническую изоляцию модуля от каналов ввода/вывода, в том числе и высоковольтных, что существенно удешевляет стоимость модулей и уменьшает их габариты.

Преимуществами заявляемого модуля являются:

1. Более высокая помехозащищенность модулей по сравнению с контактным способом передачи сигналов интерфейса.

2. Увеличение более чем на порядок скорости обмена модулей по оптическому интерфейсу по сравнению с контактным интерфейсом.

3. Работоспособность системы из нескольких модулей не нарушается при изъятии одного или более модулей из системы.

4. Конструкция заявляемого модуля допускает установку между модулями дополнительных коммутационных и сервисных клемм, а также других устройств без нарушения работоспособности межмодульного интерфейса.

5. Конструкция заявляемого модуля допускает использование модулей разных габаритов и разных конструкций, единственным требованием является определенное местоположение элементов оптического интерфейса.

6. Возможность построения внутренней схемы модуля без гальванической изоляции от каналов ввода/вывода благодаря оптическому интерфейсу ввода/вывода.

7. Конструкция заявляемого модуля позволяет отказаться от применения специальных контактных шин передачи от модуля к модулю напряжения питания модуля и напряжения питания каналов ввода/вывода, благодаря гальванической изоляции интерфейса, электроника модуля питается от напряжения питания датчиков или исполнительных механизмов.

8. Конструкция заявляемого модуля позволяет отказаться от необходимости использования в группе модулей, имеющих одинаковые параметры питания каналов ввода/вывода, т.к. питание каждого их них не зависит от соседнего модуля.