编码系统和具有这种编码系统的自动化设备的输入/输出模块技术领域
本发明涉及一种编码系统,该编码系统由至少一个由至少两根
单线组成的集合构成,其中,每根单线的一端分别连接到共同的适配
器上,该适配器与自动化设备的输入/输出模块连接从而将外部设备
连接到自动化系统的控制装置,以及本发明还涉及具有这类编码系统
的自动化设备的输入/输出模块。
背景技术
包括可视编码系统或彩色编码系统的、用于不同组件的相互分
配的编码系统在多个工业领域中广泛使用。
为了通过颜色识别电缆芯线的标号或者预设功能,存在多种类
型的编码系统。因此例如已知用于简化正确接线的编码系统。
相应地,例如在三线制的电缆中,其中,例如其中一根芯线以
红色标记,其中一根芯线以黑色标记而且其中一根芯线以绿色/黄色
标记,红色芯线始终与“+”连接,黑色芯线始终与“-”连接而绿
色/黄色芯线始终接地。
另外例如通过虽然很偏但经常使用的DIN47100说明了用于远
程通讯电缆的线芯识别的其他彩色编码。
为了在电远程通信电缆中识别单个导线或芯线,还已知25对色
彩标记。这种标记也称为“双绞电缆接线”并通常在RJ21电缆中使
用。为了识别将颜色覆在芯线绝缘上。在此,为第一个分组中的每一
个捻合的芯线对从五种颜色中选出第一种颜色,而为第二个分组从五
种颜色中选出第二种颜色,从而因此相应地由两种颜色总共构成了
25种组合。
多根芯线捆扎的电缆的不同的颜色标记也是已知的,例如蓝和
绿网络电缆。由此也为使用者创造了这样的可能性,即,快速地识别
出哪一个组件应该与或者已经与哪一个电缆连接。
另外,例如在DE4016445A1中还已知,在电缆中捆扎的线
芯和电缆本身通过不同的颜色来识别,从而以此可以使电缆相互区分
并且可以简单地识别在电缆内部的线芯。
相应地,除了各个待连接的芯线在电路中的已简化的分配之外,
这样还可以使第一电路的第一根彩色标识的电缆和第二电路的第二
根彩色标识的电缆简单地进行分配。
此外,DE4395807T1中还已知,将多根这样的电缆捆扎在电
缆束内部并且对这些电缆束设置标签和/或电缆束的各个定长的区段
设置用于电缆以及包含在其中的线芯或导线的插头。
还已知,在自动化系统的接线(以下也称为系统接线)范围内,
用于在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间传送
输入/输出信号(E/A信号)的电缆线芯通过共同的、插接在输入/输出
模块上的插头捆扎,该自动化设备用于外部设备与控制装置的连接,
并且将这些电缆芯线以单独的电缆或作为单个芯线束由插在输入/输
出模块上的插头向外部设备引导。在此,该输入/输出模块本身也可
以承担信号控制功能和/或信号处理功能。为此,信号控制功能和/
或信号处理功能也可以例如包含在由输入/输出模块容纳的、能够插
接的输入/输出卡(E/A卡)上,在输入/输出卡中这些功能保存在硬
件中(例如以硬连线的方式)和/或保存在软件中(例如借助可编程
序逻辑控制器“SPS”)。在此,根据特定的实施方式输入/输出信号
可以包括模拟信号和/或数字信号。
外部设备(以下也称为外围设备模块)在此可以特别是具有插
接式继电器和其他模块的模块,但也可以是现场设备这样的,例如致
动器和传感器。由申请人销售的、名为“V8适配器(V8Adapter)”
的模块可以作为一个具有插接式继电器的模块的例子。
外部设备上的连接随后可以通过端子(例如通过弹簧接线端子
或螺纹接线端子或者通过绝缘位移端子)完成,或者也可以通过用于
数据连接的插接系统(比如称为D-SUB的插接系统)以及其他专用的
插接系统。
现在的问题例如存在于,在接线的解决方案中,在自动化设备
的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间用于信号传输所需的电
缆线芯越多,芯线的分配通常变得明显更加困难,这最终会导致连接
错误并因此导致自动化系统的错误表现。
例如,如果在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设
备之间需要连接32根或者更多的电缆芯线,仅有32根电缆芯线的情
况下,这些电缆芯线的端部分别连接在输入/输出模块上,为了在外
部设备一侧识别以特定分配方式的电缆芯线端部并为了将这些电缆
芯线根据预设定的分配方式连接到外部设备上,就得到了528种连接
可能性。因为必须从32根电缆芯线中首先识别出一根电缆芯线,由
此再从剩余的31根电缆芯线中识别出另一根电缆芯线,并以此类推。
因此,目前已优选将8至10根单线结合并设置有电缆外皮。在
总共40根单线的情况下,这些单线的一端分别连接在输入/输出模块
上,这样可以由输入/输出模块出发例如捆扎在4根分别具有至少一
个插头的电缆的内部,该插头用于与外部设备连接,其中,在这种情
况下,用于与外部设备连接的每个插头例如具有10个触点。例如在
数字信号的情况下,每个与外部设备待连接的插头代表1字节(Byte),
其中,在每10根单线捆扎的情况下还可以传送额外的信号,例如,
两个另外的1位(Bit)信号或者对字节以正极和负极供给电压。
代替与外部设备连接的插头,还可以至少从电缆端部看到这些
单线,从而可以与外部设备连接,其中,这些单线随后例如必须逐位
地连接到外部设备上。
因此,为了减少连接错误,例如相应地标记单线和/或其中捆扎
有多根单线的电缆。
这样已经使连接明显更简单并且错误更少,但是这还是经常会
导致错误连接。
相应地也可以在两个能够互补的、即待相互连接的组件上进行
编码,例如在插头和对应插座上进行编码,从而实现分配编码。例如,
DE202008004800U1描述了一种系统,该系统由至少一个开关装
置和至少一个能够电气切换的用电器以及至少两根用于直接或间接
使开关装置和用电器连接的连接电缆,其中,该系统包括至少一个用
于连接电缆的集合的接线单元,而且其中,连接电缆的插接元件和至
少一个接线单元的至少两个插接元件以可视的方式编码,这些插接元
件能够连接在电缆上。
发明内容
与之相反地,本发明的目的在于,相对于现有技术创建一种新
的编码系统,该编码系统确保了在自动化设备的输入/输出模块(E/A
模块)和外部设备之间用于输入/输出信号传输的电缆线芯的更好的
分配,并且由此通过该系统可以快速且无错误地使自动化设备的输入
/输出模块和外部设备相互连接。
本发明的目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明优选
的实施方式在从属权利要求中说明。
相应地,本发明提出了一种编码系统,该编码系统具有多根单
线的集合,其中,该集合的每根单线的一端分别连接共同的适配器,
该适配器与自动化设备的输入/输出模块连接从而将外部设备连接到
自动化系统的控制装置,其中,通过共同的、与该输入/输出模块连
接的适配器使该单线的集合固定,而且其中,该单线的集合由共同的
适配器出发捆扎在至少两根电缆中,而且对捆扎在至少两根电缆中的
集合进行彩色编码。
根据第一种实施方式,对这些电缆进行彩色编码。
根据一个可选的或者补充性的实施方式,单线的集合由共同的
适配器出发捆扎在至少两根电缆中,在该电缆远离该共同的适配器的
端部上分别设置有连接装置,单线的另一端分别连接在该连接装置上,
而且其中,对该连接装置进行彩色编码。
另外,本发明还提出了一种自动化设备的输入/输出模块,为了
将外部设备连接到自动化系统的控制装置,该输入/输出模块具有这
样的编码系统和/或具有至少一个适配器,多根单线的集合分别以每
根单线的一端连接在该适配器上,其中,通过共同的适配器使该单线
的集合固定,而且其中,单线的集合由共同的适配器出发捆扎在至少
两根根据上述权利要求中任一项所述的电缆中而且对捆扎在至少两
根电缆中的集合进行彩色编码。
本发明还提供了一个重要的优点,即,基于芯线在电缆中的捆
扎和由此预设的芯线束以及基于彩色编码,在外部设备连接至自动化
系统的控制装置上时至少已经部分地预设了传输信号的芯线的分配,
而且再次明显地简化了芯线的分配,从而与根据上述现有技术的系统
相比,再次降低了接线错误的风险和由此引起的自动化系统的错误表
现而且同时使安装明显更快。该彩色编码在此优选包括基于位(Bit)
的编码和/或基于字节(Byte)的编码。
根据一种实施方式,该彩色编码具有色阶。该彩色编码基于不
同的色调、色彩饱和度和/或亮度,例如由浅灰至深灰。
根据一种用于补充该实施方式的实施方式,除了彩色编码之外
还额外地设置有文本编码,特别是基于位的编码和/或基于字节的编
码。
根据本发明的一个优选扩展方案,单线的集合至少包括8根单
线.这例如提供了这样的优点,即,通过经至少8根单线传送的信号
代表一个字节。
根据本发明的另一个优选扩展方案,单线的集合至少包括16根
单线,其中,分别至少8根单线由共同的适配器出发分别捆扎在一根
电缆中。这例如提供了这样的优点,即,通过经共同的电缆传送的信
号代表一个字节。
附图说明
随后参考附图借助优选的实施方式进一步举例性的说明本发明。
示出了:
图1示意性地示出了根据本发明的编码系统的一种实施方式,
该编码系统例如具有4根色阶编码的电缆,这些电缆一端具有预连接
的共同的前端适配器而另一端具有插头连接装置,这些电缆用于自动
化设备的输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送,该自
动化设备用于连接外部设备,
图2示意性地示出了根据本发明的编码系统的另一种实施方式,
该编码系统例如具有4根色阶编码的电缆,这些电缆一端具有预连接
的共同的前端适配器而另一端具有单线,这些电缆用于自动化设备的
输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送,该自动化设备
用于连接外部设备,以及
图3示意性地示出了根据现有技术的、用于通过单线在自动化
设备的输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送的常规
构造,该自动化设备用于连接外部设备。
具体实施方式
对于以下的描述需要指出的是,在附图中以相同的附图标示的
部件基本上相互对应。
已知的是,在自动化系统的接线的范围内,例如通过插入输入/
输出模块的插头捆扎用于在自动化设备的输入/输出模块和外部设备
之间的输入/输出信号传送的电缆芯线(也称为单线),该自动化设
备用于使外部设备连接到控制装置,并且将这些电缆芯线以单独的电
缆或作为单线束由插在输入/输出模块上的插头向外部设备引导。在
此,该输入/输出模块本身也可以承担信号控制功能和/或信号处理功
能。为此,信号控制功能和/或信号处理功能也可以例如包含在由输
入/输出模块容纳的、能够插接的输入/输出卡上,在输入/输出卡中
这些功能保存在硬件中,例如以硬连线的方式,和/或保存在软件中,
例如借助可编程序逻辑控制器“SPS”。在此,根据特定的实施方式
输入/输出信号可以包括模拟信号和/或数字信号。
在此,外部设备特别可以是具有插接式继电器和其他模块的模
块,但也可以是现场设备,例如致动器和传感器。
与外部设备的连接既可以通过端子(例如通过弹簧接线端子或
螺纹接线端子或者通过绝缘位移端子)完成,也可以通过用于数据连
接的插接系统(比如称为D-SUB的插接系统)以及其他专用的插接系
统。
图1基于上述的自动化设备简要地示出了根据本发明的编码系
统的第一种实施方式,该编码系统至少具有至少两个单线的集合,其
中,该集合的每个单线的一端连接至共同的适配器107。为了将外部
设备190连接到控制装置,适配器107又与自动化设备105的输入/
输出模块109连接。在外部设备190上还可以连接致动器(例如发动
机、信号灯等)和/或传感器(例如填充水平传感器、限位开关等)。
但是替代性地外部设备190也可以例如是致动器或者传感器这一类。
因此通过共同的适配器107使单线的集合固定而且单线的集合
由共同的适配器107出发在至少两根电缆210,220,230,240中捆
扎,其中,对这些电缆进行彩色编码。
该自动化设备105另外还可以包括作为其他的基本组件的电源
和中央处理单元(CPU)108。
根据图1,适配器107插接在输入/输出模块109上并且已经将
外部设备190与该输入/输出模块109连接,而且自动化设备105在
此优选形成为控制单元(CPU108加例如输入/输出卡),该自动化设备
因此本身提供自动化系统的控制并且可以独立地驱动或者以更大的
设备中的集合而连入更高级的自动化系统,例如主控系统。
由根据图1的自动化设备105容纳输入/输出模块109,该输入/
输出模块也可以替代性地作为单独的模块而在自动化设备105上连
通,例如通过另一根电缆或总线连接,该输入/输出模块另外还可以
根据特定的实施方式配置有模拟的和/或数字的输入和/或输出。
为了简化,以下的描述基于具有数字的输入/输出的配置。
如图1所示,根据该实施方式的电缆的彩色编码是基于色阶的
编码。这类编码例如可以基于不同的色调、色彩饱和度和/或亮度。
因为通过共同的适配器107固定了单线的集合,特定的单线例
如可以在该集合内分配有一个特定的位(Bit)。如果单线的集合例
如包括至少8根单线,在该集合内不仅可以为每根单线分配一个位而
且通过至少8根单线输送的信号因此能够代表一个字节。
如果例如每根电缆210,220,230,240捆扎有8至10根单线,那
么另外可以适当地通过经共同的电缆传送的信号表示一个这样的字
节。在每根电缆有10根单线的情况下,由此还可以传送包含电流输
入和/输出信号的附加信号。
通过基于色阶的编码,电缆210(例如代表字节0)可以标记有
一个色调的第一级亮度,而电缆220(例如代表字节1)可以标记有
相同色调或甚至另一色调的第二级、特别是更暗的亮度。对于例如代
表下一个字节2的电缆230而言亮度例如进一步降低。因此,电缆
210至240可以例如分别标记有逐渐变暗的色调。随后,使用者仅需
要从最亮的电缆开始并随后连接下一个较暗的电缆。最后将最暗的电
缆(在此代表字节3),根据图1为电缆240,连接到外部设备上。
因此,彩色编码在这种情况下包含基于字节的编码。由于该彩色编码,
输送信号的芯线的分配至少部分地已经预设好。这样有效地防止了在
连接过程中的调换。亮度的增加或降低或者其他类型的色阶当然也可
以以相反的顺序进行。
如还可以从图1中看出,在电缆210,220,230,240远离共同的
适配器107的端部上分别设置有连接装置110,120,130,140,单线的
另一端部分别连接在这些连接装置上。在图1中形成为插头的连接装
置相应地用于与外部设备190连接而且此外还可以替代上述电缆
210,220,230和240的彩色编码或对此补充性地以相同的方式进行彩
色编码,这在图1中为了清楚起见没有进一步示出。
通过这类彩色编码、特别是色阶,再次使错接的风险以及由此
引起的自动化系统的错误表现减小。
替代性地还可以设置有文本编码来补充彩色编码,例如基于位
和/或基于字节的编码。
根据图1中的实施例,这类文本编码适宜地应用在形成为插头
的连接装置110,120,130,140上。连接装置110具有文本编码150,
例如“字节0”,连接装置120具有文本编码160,例如“字节1”,
连接装置130具有文本编码170,例如“字节2”,而连接装置140
具有文本编码180,例如“字节3”。
图2示出了相对于根据图1的实施方式改造的实施方式。
在相对于图1的改造中,在根据图2的实施方式中,在电缆
210,220,230,240远离共同的适配器107的端部上不再设置有形成为
插头的连接装置。相反的,看上去为单线320的端部由这些电缆端部
伸出,这些单线的端部随后例如通过在图3中示出的螺纹接线端子
350单独地连接到外部设备上。
即使在这种情况下,多根单线分别在不同的电缆中捆扎、例如
40根单线320捆扎在4根电缆210,220,230,240结合电缆的彩色编
码、特别是上述的色阶提供了明显改善的分配。
根据现有技术,在32根未捆扎的电缆线芯的情况下在远离共同
的适配器107的端部上原则上存在528种连接可能性,而在40根未
捆扎的电缆线芯的情况下原则上存在820种连接可能性,为了找到期
望或正确的单线,在40根连接在共同的适配器107上的单线由适配
器出发捆扎成4根电缆(每根电缆10根单线)中情况下,仅存在最
多220种连接可能性。
在此如下地计算每根电缆(10根芯线)的最大连接可能性:
-由10根可能的芯线中识别出一根芯线,
-由9根可能的芯线中识别出一根芯线,
-由8根可能的芯线中识别出一根芯线,等等。
每根电缆(10根芯线)的最大连接可能性由高斯求和公式得出:
Σ
k
=
1
n
k
=
n
(
n
+
1
)
2
]]>
其中n为一根电缆中的单线的数量而k为在该电缆内的每个单
线的连接可能性。因此在10根单线的情况下可以得到每根电缆中有
Σ
k
=
1
n
k
=
n
(
n
+
1
)
2
=
10
(
10
+
1
)
2
=
55
]]>
种连接可能性。
由于在该实施例中选择了每根具有10根捆扎单线的4根电缆,
因此4根电缆具有的可能性的总数为4×55=220。这相对于具有最大
820种可能性的单线接线而言明显降低了接线错误的风险并很大程
度上节省了时间。
因此,基于以上的描述,自动化设备105的输入/输出模块109
也在本发明的范围之内,为了使外部设备连接到自动化系统的控制装
置该输入/输出模块具有至少一个适配器107,多根单线的集合分别
以每根单线的一端连接在该适配器上,从而通过共同的适配器使单线
的集合固定,而且其中,单线的集合由共同的适配器107出发根据以
上描述捆扎在至少两根电缆210,220,230,240中而且对在至少两根
电缆中捆扎的集合进行彩色编码。
图3还举例性地示出了在没有任何彩色编码的条件下未捆扎的
单线320在自动化设备105的输入/输出模块109一侧上以及在外部
设备310和340一侧上根据现有技术的接线。单线320在外部设备
310和340上连接的端部例如通过螺纹接线端子350连接而且单线在
输入/输出模块109一侧上连接的端部例如通过螺纹接线端子360连
接。
例如如图3所述,如果14根单线直接在输入/输出模块109和
外部设备340之间连接,在将单线连接在输入/输出模块109上之后,
为了在外部设备340的一侧上识别以通过输入/输出模块109确定的
布设方式的芯线端部以及根据预先确定的芯线布设相应的在外部设
备340上的连接,存在150种连接可能性。在根据本发明将这14根
单线捆扎在每根具有7根芯线的两个电缆中的情况下,其中电缆此外
还具有根据本发明的彩色编码,通过这类彩色编码至少部分地已经预
设好在电缆内部传输信号的芯线的分配,从而总共仅产生了56种连
接可能性。
附图标记列表
105自动化设备
107适配器
108CPU
109输入/输出模块
110,120,130,140连接装置
150,160,170,180文本编码
190外部设备或外围设备模块
210,220,230,240电缆
310,340外部设备或外围设备模块
320单线
350螺纹接线端子
360螺纹接线端子