传输控制信号和/或传感信号的方法及装置

本发明涉及一种在电子控制及/或数据接收设备与气动设备之间 传输控制信号和/或传感信号的方法及装置，所述两个设备之间通过 由柔性塑料材料组成的气动线路而相互连接起来。

诸如阀门装置、气缸、传动装置等需控制的气动设备一方面需要 通过气动线路导入压缩空气，另一方面还需要输电线输入电控信号， 以及需要反馈线反馈传感信号。如果在气动设备上装有多个诸如阀门 的控制装置以及多个传感器，那么就会相应提高电线的数目，而这经 常会导致错综复杂的线路布置，并抬高了安装、维护及修理费用。

DE 195 26 459公开过通过总线来控制由多个阀门组成的阀门站 上的总线站，通过该总线也可以产生传感反馈信号，但此处也需要附 加的供电线和气动线路，因此其安装费用也是较高的。

DE 31 47 339 A1、DE 32 09 189 A1或DE 41 15 403 C2曾公开 过通过金属同轴线网络并借助超声波来传输控制数据或传感数据，但 是，该方法对通常由塑料材料组成的气动线路是不适用的。

因此本发明的任务在于创造一种方法和装置，利用它们可以大大 减少通往需控制的气动设备的连接线路数目，并可以简化安装。

根据本发明的在电子控制及/或数据接收设备与气动设备之间传 输控制信号和/或传感信号的方法，所述两个设备之间通过由柔性塑 料材料组成的气动线路而相互连接起来，其中所述的传输是借助声信 号、微波或线路的气体介质内的压力变化来实现的。

根据本发明的在电子控制及/或数据接收设备与气动设备之间传 输控制信号和/或传感信号的装置，所述两个设备之间通过由柔性塑 料材料组成的气动线路而相互连接起来，其中为了借助声信号、微波 或线路的气体介质内的压力变化来传输信号，所述的控制及/或数据 接收设备和气动设备设有至少一个用于把电信号变换成声信号或压力 变化的第一转换器和至少一个用于把所述声信号或压力变化变换成电 信号的第二转换器。

本发明装置的优点尤其在于，通过无论如何都存在的气动线路还 可同时传输控制信息和传感信号，由此可以取消与此有关的线路。同 时，借助声信号、微波或压力变化来通过气体介质进行传输。为此， 即便在普通的塑料线路情况下，所述的信号传输也是可能的。在此比 较优选的是，由至少一个第一转换器把电信号变换成声信号、微波信 号或压力变化，而且由至少一个第二转换器把所述的信号变换成电信 号。

数据的传输是双向地实现的，以便譬如在一个方向上传输控制信 号，而在另一个方向上传输传感信号。为了进行双向的数据传输，所 述的控制及/或数据接收设备和气动设备均设有第一和第二转换器， 其中，第一转换器和第二转换器也可以构造为组合的双向转换器。对 此，压电转换器是首先适用于实现的，但也可采用感性或容性的转换 器。

为了传输不同的控制或传感信号，可以采取不同的频率和/或信 号序列和/或压力调制和/或压力脉冲序列。

为了另外还取消通往气动设备的独立供电线，用于驱动所述气动 设备上或内的电负载的供电能量同样也通过所述线路内的气体介质进 行传输。为此，优选地在所述的气动设备内或上装设一些把声信号或 压力变化或压力变换成供电能量的装置。

在所述的气动设备内，优选地借助压电效应将所述的声信号或压 力变化至少部分地变换成电能，为此优选地采用了一种压电转换器。 作为替换方案，也可以采用感性或容性转换器或一种活塞振子。

在一种选择实施方案中，也可以按如下方式在所述气动设备中获 得供电电能，即采用所述气体介质的压力来驱动微涡轮机或微发电 机。

为了能连续地提供供电电压，譬如在短时需要较高能量的情况 下，优选地装设一种尤其为电容或存储单元的存储器，用以存储所述 在气动设备内或上产生的供电电能。

在所述气动设备内或上有一种尤其实施为微计算机的变换器，该 变换器优选地被用来为所述气动设备内的至少一个控制设备、譬如阀 门而把传输信号变换成控制信号，以及/或者用来把传感信号变换成 需经所述气动线路传输的信号。

所述的控制及/或数据接收设备被优选地构造为与数据总线相连 的总线站。同时，可直接经气动线路或经一些分支而在该总线站上连 接多个气动设备。

在较大的系统中，还可以在所述的数据总线上连接多个总线站， 而这些总线站分别与至少一个气动设备相连。

优选地，在所述的气动设备内集成有至少一个转换器和一些提供 供电电能的装置，使得整个装置紧凑，在安装它时只须通过单独的气 动线路进行连接就可以了。

附图示出了本发明的实施例，下面来详细阐述它。其中：

图1示出了用于在总线站和气动缸之间传输数据的装置的框图，

图2用详细视图示出了一种与图1相似的布置，它具有用于在气 动缸内提供供电电能的微涡轮机，

图3示出了通过三个总线站驱动三个气动缸的简图，

图4示出了一种类似布置，其中三个气动缸连接在一个总线站上， 以及

图5示出了图4的类似图，其中一个总线站处的端子通过分支而 被导至三个气动缸。

在图1所示的本发明实施例中，通过电气数据总线11、譬如一种 军用总线(Feldbus)来控制气动缸10。气动压力源12通过由塑料材 料制成的气动线路13与气动缸10相连。在气动缸10的外壳14的端 部区域集成了两个阀门15、16，该阀门譬如构造为3/2方向阀。也可 譬如选择4/3方向阀来代替。所述两个阀门15、16一方面分别与气 动线路13和排气通道17相连，另一方面又分别连接在可运动的活塞 20两侧的两个气缸腔18、19上。

用于阀门15、16的电控信号通过数据总线11而被输入到电子式 的控制及数据接收设备21中。该设备包含一个按在数据总线11上的 总线站22，该总线站通过一个双向的转换器23与气动线路13相连。 该双向转换器23譬如被构造成压电变换器，它将输入的电信号变换 成相应的声信号或声振动，而该声信号或声振动在线路13中的气体 介质中传播，并最终到达气动缸10内的相应双向转换器24，在此该 信号又被转换器24变换成相应的信号。包含在电信号中的数据的传 输可通过不同的频率来实现，该频率可以达到仍能进行调制的超声波 频率，或者，此数据传输通过声信号序列或气体介质内的相应压力变 化或压力冲击来实现。也可选择譬如通过微波来实现该传输，所述的 微波同样在气体介质内传播，于是需要有相应的微波转换器。

由双向转换器24生成的电信号在外壳14中被输入到微计算机 25，该电信号在此被解码，并按解码而变换成用于两阀门15、16的 相应控制信号。

为了给微计算机25提供电流以及直接或间接地给阀门15、16提 供电流，转换器24所产生的电信号中的一部分在整流装置26中被整 流，并被输往譬如实施为电容的存储器27。这样，如果正好没有信号 经线路13到来，或短时间需要较高的电流或能量，那么就可由存储 器27确保持续的供电电流。在较简单的实施方案中也可以取消存储 器27。

鉴于可供使用的电能较低，阀门15、16譬如可以构造为多重先 导控制的阀装置，尤其还可以通过采用压电阀门。

在这类气动缸10或其它气动设备上通常都安装有传感器，其传 感信号必须反馈给控制器。在该实施例中示出了压力传感器28和用 于测定活塞位置的位置传感器29。该两个传感器被连接在微计算机25 的输入端上，在那儿对相应的传感信号进行数字化和编码，并以此形 式输入到双向转换器24。在此将信号变换成相应的声信号、音调信号 或压力信号，然后通过线路23输至转换器23，信号在那儿又被变换 成电信号并输往总线站22。在此，对相应的信息进行数字化，然后经 数据总线11馈入此处未示出的、譬如可以为PC的主站。

显然如下方式也是可以的，即在一种分散的智能系统中，传感信 号可以部分地在微计算机25和/或总线站22中进行完全或部分地分 析、继续处理或被考虑用于控制。

当然，也可以用其它的解码及编码设备来代替所述的微计算机 25。

所述的转换器24、微计算机25、整流装置26、以及气动缸10的 外壳14内的存储器27都被包含在控制及数据传输设备30中，该设 备30譬如可以构造成完全植入式或安装在外面的单元。

在两个相对方向上经线路13传输数据譬如可以在固定的时帧内 进行，或按照可变的主从系统原理来实现。供电能量的生成譬如可以 与数据传输呈交替地在各个时帧内实现，但存储器27内的能量存储 总是在没有数据传输时的间隔内实现，其中，这可以由微计算机25 来进行控制。作为对此的选择方案，也可以恒定地采用一部分电信号 来提供能量。

图2设定了控制及数据传输设备31的一种扩展方案，它可以替 代所述的控制及数据传输设备30。相同或作用相同的构件或组件设有 相同的参考符号，此处不再讲述。在此，能量供给不是从传输的声信 号或气体介质中的压力变化中获得的，而是采用气体介质中的压力来 驱动装配或集成有微发电机的微涡轮机32。由于线路13持续地施加 有压力，所以可以持续产生所述的能量供给，这样便可以取消存储器， 但显然还可以仍然装设该存储器。由所述微涡轮机32产生的电能被 提供给电压预处理电路33，然后再供给微计算机25和后接的驱动级 34，以便控制阀门15、16。这种驱动级34显然也可以装设在所述的 控制及数据传输设备30中。

也可以采用其它微机械系统代替所述的微涡轮机32来产生电能， 譬如采用一种活塞振子装置。

图3所示的系统被用来驱动三个气动缸10、40、70。控制及数据 接收设备21和具有控制及数据传输设备30、阀门15及16的气动缸 10对应于图1(或图2)所示的装置。在由构造为PC的主站35进行 控制的数据总线11上相应地接有两个另外的控制及数据接收设备51、 81，该两设备51、81通过线路43、73与相应的带有气动缸40、70的 控制及数据传输设备60、90相连。所述的气动缸40、70具有与阀门 15、16相对应的阀门45、46及75、76。整个装置可以按这种方式任 意进行扩展。

作为对此的选择方案，也可以按照图4由一个控制及数据传输设 备21来控制所有的气动缸10、40、70，为此该设备21上接有三个气 动线路13、43和73。同时如图4所示，也可以在电气数据总线11上 连接其它的控制及数据接收设备，这些设备又可以分别控制多个气动 缸或其它的气动设备，以及/或者接收其传感信号。图5示出了图4 的一种变型，其中在控制及数据接收设备21上只接有气动线路43， 而气动线路13和73则通过分支或T型零件而与该线路43相连。

在实施例中所讲述的气动缸10、40、70只是示例性地作了说明。 除了该气动缸之外，或为了替代该气动缸，还可以采用其它的气动设 备，譬如阀块、气动传动装置、维护设备或纯粹的传感装置等，在所 述的纯粹传感装置中只产生传感反馈信号，而不输入控制信号。