ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ БЛОК С СЕТЕВЫМ ИНТЕРФЕЙСОМ, ИСКРОБЕЗОПАСНЫЙ ПРИБОР И СЕТЕВОЙ ИНТЕРФЕЙС ДЛЯ НЕГО Российский патент 2015 года по МПК E21F17/04 H04L12/10 

Изобретение относится к искробезопасному соединительному блоку для искробезопасных электрических приборов, предназначенных для работы во взрывоопасных зонах, в частности в шахтах, таких как угольные шахты, имеющему корпус, имеющему выполненное на корпусе соединение подачи напряжения питания, имеющему на корпусе по меньшей мере одно разъемное соединение для подсоединения передающего кабеля, посредством которого искробезопасный электрический прибор может быть подсоединен к соединительному блоку, и имеющему разъединяющую схему, которая подключена до по меньшей мере одного разъемного соединения и расположена в корпусе. Изобретение дополнительно относится к искробезопасному контроллеру, предназначенному для соединения с соединительным блоком с сетевым интерфейсом, при этом контроллер оснащен корпусом прибора с разъемным соединением для передающего кабеля, и разъединяющей схемой, которая находится в корпусе прибора и подсоединена после разъемного соединения. Наконец, изобретение относится к сетевому интерфейсу для взрывоопасных зон, в частности для шахт, имеющему каскадную схему со стороны электронных схем и имеющему каскадную схему со стороны разъемного соединения, которая подсоединена к разъемному соединению через разъединяющую схему.

Патентная заявка США 2010/0283560 раскрывает устройство, предназначенное для работы во взрывоопасных зонах, в котором два прибора могут быть соединены друг с другом без каких-либо проблем через передающую линию, предназначенную для обмена данными, посредством установки на внутренней стороне этих приборов разъединяющих схем, которые по своим размерам и конструкции выполнены таким образом, чтобы энергия, которая может сохраняться в этой разъединяющей схеме, не могла превысить предопределенную максимальную величину. Они предназначены для того, чтобы эффективно препятствовать возникновению зажигающих искр, которые могли бы привести к взрыву газовой смеси во взрывоопасных зонах, при удовлетворении соответствующим взрывозащитным стандартам. Имеется в виду также, что сетевой интерфейс удовлетворяет стандарту передачи Ethernet. Передающий элемент в заявке США 2010/0283560 строится на стандарте Ethernet-схем, в том что передающие элементы для разъединяющих схем сформированы с конденсаторами, для того чтобы ограничить энергию, которая может сохраняться в этих передающих элементах.

Публикация DE 102995042 257 раскрывает линию передачи данных, организованную во взрывоопасной шахте, с одной стороны, посредством беспроводной локальной сети, а с другой стороны - посредством коммерчески доступных стандартных компонентов; в этом случае данные электрической системы передачи Ethernet, которая используется внутри приборов, преобразовывались посредством промежуточных преобразователей в оптические сигналы, с тем чтобы эти сигналы использовать затем в сетевой инфраструктуре шахты. Стандартные компоненты убраны в оболочку, закрыты в капсулу в центральном блоке по форме, обеспечивающей безопасность по самой своей сути, а затем помещены в корпус, сертифицированный как искробезопасный и, в частности, выполненный из нержавеющей стали.

Тем временем необходимость автоматизации работ во взрывоопасных зонах, например на угольных шахтах, становится такой же насущной, как и на поверхности. Вообще говоря, для управления агрегатами и для контроля подвижных машин, которые работают в опасных зонах, используются центрально организованные станции управления, расположенные в таких местах, в которых нет проблем с взрывозащитой. Чтобы такие наземные станции управления смогли, например, управлять также и комплексно автоматизированными процессами и контролировать их, требуется огромное количество различных датчиков и пускателей, включая измерительные и диагностические системы, но все они должны использоваться во взрывоопасных зонах. Поэтому даже во взрывоопасных зонах существуют требования разрешить использование интерфейсных сетей, которые уже организованы в обычных областях их применения, в частности использование сети, основанной на протоколе Ethernet. Сеть Ethernet, построенная на основе использования стеклянных волокон, в настоящее время доминирует в использовании во взрывоопасных зонах. Но в этих местах усилия, затрачиваемые на техническое обслуживание и уход, значительно большие. Кроме того, оптико-волоконный кабель не дает возможности организовать подачу электропитания абонентам системы связи.

Поэтому настоящее изобретение ставит задачей исключение этой проблемы и обеспечение возможности для множества сетевых абонентов подсоединиться к сети во взрывоопасной зоне с меньшими связанными с электропроводкой сложностями.

Для решения этой задачи предложен соединительный блок, на корпусе которого в качестве сетевых интерфейсных соединений выполнено множество электропроводящих разъемных соединений одного и того же типа, при этом до каждого сетевого интерфейсного соединения подсоединена отдельная разъединяющая схема, причем соединение подачи напряжения питания выполнено на корпусе предпочтительно в виде центрального разъема питания с отдельными жилами подачи питания для каждого разъемного соединения, и в котором каждое разъемное соединение имеет по меньшей мере два разъемных контакта для передачи данных и по меньшей мере два разъемных контакта, которые соединены с соответствующими жилами подачи питания, для подачи питания на приборы, которые могут быть подсоединены к соединительному блоку посредством кабеля связи. Искробезопасный сетевой коммутатор оборудован также искробезопасным соединительным блоком, и в этом коммутаторе каждое разъемное соединение используется как для передачи данных, так и для подачи питания на подключенные приборы, датчики, пускатели и т.д. Каждый подсоединенный к соединительному блоку абонент сети может обслуживаться, с одной стороны, как получатель сигналов через электропроводящий и предпочтительно выполненный на основе медных проводов сетевой интерфейс, и в то же самое время, если этому абоненту сети требуется электропитание, через это же самое разъемное соединение этому абоненту сети может быть обеспечена подача электроэнергии. Само собой разумеется, что в этом случае должны использоваться кабели связи, которые подходят для этих целей.

В соединительном блоке по настоящему изобретению к одному разъемному соединению предпочтительно можно подключать только один конкретный прибор или одно разъемное соединение можно использовать в качестве подающего разъема для схемы подачи питания, имеющей множество абонентов. Когда схема подачи питания подсоединена к разъемному соединению, подача электропитания на все подключенные приборы может производиться через связанные с этим разъемным соединением жилы подачи питания. Объединение сигнальных жил и жил подачи питания в одном разъемном соединении позволяет значительно сократить объем электропроводки во взрывоопасной зоне. Все нужные соединения для индивидуальных абонентов или приборов могут быть выполнены в одном кабеле связи, а при необходимости могут быть выполнены также в защищенном исполнении в гибкой гидравлической трубке, как и кабель связи.

В одном предпочтительном варианте исполнения соединительный блок на приборе имеет Х разъемных соединений для совместной передачи данных и подачи питания, причем центральный разъем питания предпочтительно имеет 2×Х жил питания и две дополнительные жилы питания; эти дополнительные жилы питания предпочтительно используются для раздельной подачи питания на разъединяющие схемы, в частности на электронные схемы, которые обычно подключены до разъединяющих схем. Соединительный блок предпочтительно имеет центральный разъем питания, который имеет две жилы подачи питания для каждого разъемного соединения. Электронные схемы внутри соединительного блока гальванически изолированы посредством двух дополнительных жил питания от жил питания, предназначенных для подачи питания на отдельные разъемные соединения. В особенно предпочтительном варианте исполнения на корпусе образовано Х=6 разъемных соединений, в результате чего разъем питания имеет 14 полюсов. Таким образом, через этот разъем питания напряжение может быть подано на семь схем, причем одна линия напряжения предназначена для подачи питания на электронные схемы в соединительном блоке.

Для того чтобы посредством этого соединительного блока иметь также дополнительную возможность осуществления передачи данных, развязанных по постоянному току, и (или) передачи данных на чрезвычайно длинные расстояния, например на несколько километров, было бы предпочтительно в дополнение к разъемным соединениям установить на корпусе соединительного блока по меньшей мере одно оптическое соединение, предпочтительно два оптических соединения для оптической передачи данных. На выбор было бы возможно также установить на корпусе дополнительные разъемные соединения без разъемных контактов для подачи питания и (или) дополнительные разъемные соединения с "глухими" контактами, которые не соединены с жилами подачи питания, на тот случай, если потребуется разрешить прямое подсоединение сетевых абонентов к соединительному блоку, таких сетевых абонентов, которые используются лишь для выполнения диагностических функций и функций контроля и не требуют подачи отдельного питания.

Для того чтобы обеспечить как можно более низкое сопротивление жил питания, возможно, с ограниченным поперечным сечением кабеля, особенно предпочтительно, чтобы каждое разъемное соединение в каждом корпусе разъема должно быть обеспечено двумя разъемными контактами для каждого напряжения питания и четырьмя разъемными контактами (21) для передачи данных, то есть всего восемью разъемными контактами. Кроме того, предпочтительно обеспечить, чтобы центральный разъем питания мог быть подсоединен к блоку подачи питания посредством кабеля подачи питания, имеющего (2×Х + 2) жил, в частности 14-жильного кабеля питания, а этот блок подачи питания имел Х+1 отдельных источников питания в предпочтительно стойком к сжатию корпусе, причем выходная сторона каждого источника питания была бы соединена предпочтительно с центральным подающим разъемом кабеля подачи питания посредством двух жил подачи питания. Каждое разъемное соединение внутри соединительного блока, кроме того, снабжается электроэнергией от отдельного источника питания; в то же время электронные схемы для разъединяющих схем также снабжаются электроэнергией от отдельного источника питания, и в этом случае этот источник питания, фактически, обеспечивает подачу питания и на электронные схемы и на все разъединяющие схемы.

Вышеупомянутая задача решается также посредством искробезопасного контроллера, предназначенного для соединения с соответствующим соединительным блоком, который отличается тем, что разъемное соединение имеет, по меньшей мере, два, а предпочтительно четыре разъемных контакта для передачи данных и по меньшей мере два разъемных контакта для подачи питания посредством передающего кабеля, и в котором разъемные контакты для подачи питания подсоединены к электронным схемам, которые расположены в корпусе, для разъединяющей схемы и (или) разъединяющих схем, которые расположены в приборе. Соответствующий контроллер может быть также подсоединен к одному из разъемных соединений на соединительном блоке, при этом подача питания на этот контроллер осуществляется через разъемные контакты для подачи питания на соединительный блок и соответствующие разъемные контакты на разъемном соединении контроллера. В соответствии с одним предпочтительным вариантом исполнения контроллер может быть оснащен вторичным разъемным соединением, который по конструкции идентичен разъемному соединению и подсоединен таким же образом к находящимся в контроллере электронным схемам, при этом разъемные контакты подачи питания на вторичном разъемном соединении электрически соединены с разъемными контактами на разъемном соединении. Линия питания на вторичное разъемное соединение также прошла через прибор. Для того чтобы удовлетворить требованиям искробезопасности, особенно предпочтительно, чтобы и электронные схемы, которые в соединительном блоке подсоединены выше разъединяющих схем, и искробезопасный контроллер имели со стороны входа связанную с ними схему ограничения питания, посредством которой ток, подаваемый при подаче питания на электронные схемы и разъединяющие схемы, а также напряжение, которое приложено к электронным схемам или к разъединяющим схемам, были ограничены для электронных схем до предопределяемого входного тока и предопределяемого входного напряжения. Выходной ток и выходное напряжение схемы ограничения питания, которые в то же время являются входным током и входным напряжением для электронных схем и разъединяющих схем сетевых интерфейсов, ограничены этой мерой до максимальных величин, при которых определенно и эффективно может быть предотвращено возникновение искр или каких-либо иных обстоятельств, которые в соответствии с правилами взрывозащиты являются опасными. В качестве примера схема ограничения питания может ограничить мощность до величины менее 3 Вт.

Предпочтительно, чтобы соединительный блок и искробезопасный контроллер были оснащены сетевыми интерфейсами, которые удовлетворяют требованиям искробезопасности и позволяют производить лицензирование взрывоопасных зон. Для достижения этого особенно предпочтительно, чтобы разъединяющая схема имела каскадную схему со стороны разъемного соединения и каскадную схему со стороны электронных схем, обеспечивая прерывание подачи напряжения постоянного тока на каскадную схему со стороны разъемного соединения, в то время как каскадная схема со стороны электронных схем имела бы резистивную схему для ограничения радиочастотной мощности, и (или) чтобы каскадная схема со стороны разъемного соединения имела бы емкостную схему для прерывания подачи питания постоянного тока от других разъемных соединений такого же типа. При обычных обстоятельствах используются обе схемы - и резистивная и емкостная. Сетевой интерфейс, такой как этот, может быть выполнен, в частности, в виде Ethernet-интерфейса для передачи информации по протоколу Ethernet IP, который имеет полупроводниковые элементы PHY для передачи данных самим по себе известным способом. Емкостная схема с предпочтительно соединенными последовательно конденсаторами позволяет ограничить мощность постоянного тока в сигнальном тракте после элементов PHY. При наличии предпочтительно двух резисторов в каждом случае в каждом сигнальном тракте резистивной схемы мощность радиочастотной схемы, через которую передаваемая информация принципиально может идти со скоростью передачи в 100 Мбит/с, может быть ограничена. Эти меры позволяют посредством соответствующих сетевых интерфейсов соединять вместе в искробезопасные сети любое количество приборов.

Отдельное патентоспособное значение имеет соответствующий сетевой интерфейс с каскадной схемой со стороны электронных схем и с каскадной схемой со стороны разъемного соединения, в котором каскадная схема со стороны электронных схем имеет резисторную схему для ограничения радиочастотной мощности, и/или каскадная схема со стороны разъемного соединения имеет емкостную схему для отсоединения мощности постоянного тока от других сетевых интерфейсов. В сетевом интерфейсе, таком как этот, даже если он образует компонент соединительного блока или контроллера, особенно предпочтительно, чтобы каждая каскадная схема со стороны электронных схем имела передающую часть для двусторонней передачи данных предпочтительно с соответствующим полупроводниковым элементом Tx-PHY, и приемную часть с соответствующим полупроводниковым элементом Rx-PHY, при этом передающий элемент разъединяющей схемы подсоединен после выхода двухполюсного передатчика, а отдельный передающий элемент разъединяющей схемы в каждом случае подключен до входа двухполюсного приемника и разрывает каскадную схему со стороны разъемного соединения от каскадной схемы со стороны электронных схем. Конденсатор может быть подсоединен между передающим элементом и разъемным контактом передачи данных на разъемном соединении для каждого контактного полюса выхода передатчика или входа приемника в каскадной схемы со стороны разъемного соединения для прерывания подачи напряжения, в частности прерывания подачи напряжения постоянного тока, и/или резисторы как элементы порта с характеристиками двухполюсника могут быть подсоединены между каждым контактным полюсом и соответствующим передающим элементом для ограничения радиочастотной мощности. Конденсаторы между разъемными контактами на разъемном соединении и соответствующим передающим элементом позволяют достичь эффективной подачи мощности постоянного тока даже если приборы, которые соединены один с другим, запитываются через разные источники питания. Поэтому возможного разрушения передающих элементов вследствие внешних воздействий произойти не может. Дополнительная резистивная схема с резисторами, которые установлены между передающим элементом и полупроводниковыми элементами PHY, в то же самое время делает возможным ограничение радиочастотной мощности с минимальными сравнимыми потерями относительно полного сопротивления нагрузки. Комбинация вышеупомянутых признаков позволяет, в частности, осуществлять лицензирование для использования во взрывоопасных зонах.

Особенно предпочтительно, чтобы конденсатор был подсоединен в конденсаторной схеме между каждым разъемным контактом передачи данных и каскадной схемой, и в этом случае предпочтительно, чтобы каждый конденсатор в конденсаторной схеме содержал с целью избыточности два подсоединенных последовательно емкостных элемента.

Соединительный блок, контроллер или сетевой интерфейс предпочтительно оснащены разъемным соединением, которое имеет восемь разъемных контактов, из которых два разъемных контакта в каждом корпусе разъема предназначены для каждого напряжения питания, а четыре разъемных контакта - для передачи данных.

Другие преимущества и варианты исполнения соединительного блока в соответствии с настоящим изобретением, контроллера и эффективного сетевого интерфейса станут очевидными из рассмотрения нижеследующего описания одного иллюстративного варианта исполнения, который условно показан на чертежах, на которых:

фиг.1 использует условную электрическую схему для иллюстрации соединительного блока, имеющего множество разъемных соединений, каждый из которых содержит сетевые интерфейсы, блок подачи питания с множеством источников питания для подачи напряжения на соединительный блок, и схему абонента, которая подсоединена к соединительному блоку и имеет два искробезопасных контроллера;

фиг.2 использует условную электрическую схему для иллюстрации дальнейших подробностей показанного на фиг.1 соединительного блока вместе с подсоединенным контроллером и используемым в нем искробезопасным сетевым интерфейсом;

фиг.3 показывает подробный вид части сетевого интерфейса в соответствии с изобретением, как оно показано на фиг.2, для двусторонней передачи данных; и

фиг.4 показывает конфигурацию разъемного соединения, который предпочтительно используется в соединительном блоке, контроллере и (или) в сетевом интерфейсе.

На фиг.1 используется условная упрощенная схема для иллюстрации основной конфигурации сетевой инфраструктуры сети 100, предназначенной для взрывоопасных зон, использующей искробезопасный соединительный блок 10 в соответствии с настоящим изобретением, а также в этом случае искробезопасные контроллеры 50 в соответствии с настоящим изобретением, которые на фиг.1 соединены вместе и образуют в сети 100 схему абонента. Электропитание подается и на соединительный блок 10 и на искробезопасные контроллеры 50 через блок 1 подачи питания, который предпочтительно имеет стойкий к сжатию герметизированный корпус 2, в котором расположено множество отдельных источников питания 3А, 3В, 3С, в общем обозначенные ссылочной позицией 3. Количество источников питания 3 в блоке 1 подачи питания зависит от количества разъемных соединений 11, количества сетевых интерфейсов 15 и схем напряжения, которые могут быть подсоединены к соединительному блоку 10. В иллюстративном варианте исполнения по фиг.1 показаны только три из предпочтительно шести имеющихся разъемных соединений 11; эти разъемные соединения на фиг.1 обозначены ссылочными позициями 11А, 11В и 11С. В одной предпочтительной модификации исполнения используется блок 1 подачи питания, который имеет всего семь отдельных источников питания 3, где на каждый из этих источников питания 3Н, 3А, 3В, 3С питание через центральную линию 4 подачи питания, которая подсоединена к входной стороне 5 блока 1 подачи питания. Каждый из искробезопасных источников питания 3А, 3В и т.д. преобразует подаваемое не него электропитание в напряжение постоянного тока и в постоянный ток, а потому подача напряжения постоянного тока для отдельных узлов в соединительный блок 10 в каждом случае может быть организована по жилам 6' вторичной стороны блока 1 подачи питания. Как будет пояснено позже, посредством источников питания 3 в блоке 1 подачи питания питание подается также на расположенные далее контроллеры 50. Отдельные жилы 6' кабеля питания 6, то есть четырнадцать жил 6', если там семь линий питания, предпочтительно уложены внутри одного кабеля питания для того чтобы, с одной стороны, корпус 2 блока 1 подачи питания, предпочтительно мог бы быть оснащен центральным выходом 7 подачи напряжения питания для кабеля питания 6, а с другой стороны - для того чтобы на соединительном блоке 10 можно было установить центральный разъем 12 питания. Каждый полюс подачи питания, который соединен с одной из жил 6', в свою очередь, через разъем 12 питания посредством отдельных пар жил 13А, 13В, 13С подачи питания подсоединен к соответствующему разъемному соединению 11А, 11В, 11С.

Соединительный блок 10 имеет корпус 14, который предпочтительно выполнен из металла и закрыт с созданием герметизации металлической крышкой, которая закрыта посредством герметика. Внутри корпуса 14, по крайней мере, для каждого из разъемных соединений 11А, 11В, 11С имеется сетевой интерфейс 15, который, в общем, обозначен ссылочной позицией 15, при этом интерфейсы, связанные с отдельными разъемными соединениями 11А, 11В, 11С, обозначены соответственно ссылочными позициями 15А, 15В, 15С. В дополнение предпочтительно к шести разъемным соединениям 11А, каждое из которых через жилы 13А, 13В, 13С подачи питания подсоединено к центральному разъему питания 12, соединительный блок 10 имеет здесь также два оптических соединения 16, а также глухое разъемное соединение 17, которое хотя оно и имеет сетевой интерфейс 15', тем не менее не подсоединено ни к одному из источников питания 3 в блоке 1 подачи питания. Это глухое разъемное соединение 17 могло бы быть и опущено, а в этом случае предназначено просто для указания того, что в соединительный блок 10 могут быть встроены дополнительные компоненты.

В иллюстративном варианте исполнения перед всеми сетевыми интерфейсами 15 подсоединены электронные схемы 18, и в этом случае эти электронные схемы 18, которые подсоединены до сетевых интерфейсов 15А, 15В, 15С, 15', запитываются, по возможности, вместе с установленными на печатных платах последующими элементами схемы и другими элементами соединительного блока 10 через отдельные жилы 13Н подачи питания с питанием от первого источника питания 3Н блока 1 подачи питания. На отдельные сетевые интерфейсы 15 питание подается также через отдельный источник 3Н питания, и в каждом случае независимо от источников 3А, 3В, 3С питания, через которые питание подается к контроллерам 50, установленным после них на разъемных соединениях 11А, 11В. В дополнение к подаче питания каждое из разъемных соединений 11 позволяет осуществлять связь через соединенный с ним сетевой интерфейс 15. Питание подается для всего процесса передачи данных внутри сети 100 и, в частности, внутри соединительного блока 10, отдельно от подачи питания для отдельных контроллеров и абонентских схем. Как можно также видеть из иллюстрации соединительного блока 10 на фиг.1, каждый сетевой интерфейс 15, который предпочтительно позволяет осуществлять передачу данных на основе протокола Ethernet IP, в каждом случае имеет два сигнальных тракта 19 для передачи данных в одном направлении и два отдельных сигнальных тракта 20 для передачи данных в другом направлении. Поэтому на показанном примерном варианте исполнения каждое разъемное соединение 11, а также глухое разъемное соединение 17 имеют четыре разъемных контакта 21, которые показаны относительно небольшими кружочками, для передачи данных. В дополнение к разъемным контактам 21 для передачи данных там есть, по меньшей мере, два разъемных контакта 22, которые обозначены с помощью больших кружков, на каждом соединительном разъеме 11, предназначенные для отвода связанных с ними жил 13В, 13С питания и подаваемого посредством их напряжения на соответствующем разъемном соединении 11А, 11В. Для того чтобы минимизировать электрическое сопротивление жил подачи питания при ограниченных поперечных сечениях кабеля, особенно предпочтительно чтобы каждый из этих двух предназначенных для подачи питания разъемных контактов 22 был дублирован, так что на каждом разъемном соединении 11А, 11В всего есть восемь разъемных контактов 21, 22; например, для разъемного соединения 11А, как показано на фиг.4, в частности на разъемном соединении 11А есть четыре разъемных контакта 21 и четыре разъемных контакта 22 для подачи питания. Два из разъемных контактов 22 для подачи питания в этом случае образуют проводник для потенциала заземления, а два следующих разъемных контакта 22 образуют линию напряжения с величиной напряжения предпочтительно 12 В. Фиксированное предопределенное положение отдельных разъемных контактов, например, с расположением одного из разъемных контактов 22 заземления в центре позволяет обеспечить, чтобы соединение разъема в разъемное соединение 11 всегда могло производиться только одним и тем же образом с осуществлением предопределенного контакта и без вероятности каких-либо ошибок в результате неправильных разъемных соединений. Геометрия распределения разъемных контактов 21, 22 в разъемном соединении 11 гарантирует, что проходной кабель, такой как кабель со своей восьмиштырьковой вилкой, может быть соединен с разъемным соединением 11 только в одном совершенно определенном положении.

Теперь со ссылкой на фиг.1 прежде всего будет объяснена конфигурация искробезопасных контроллеров 50, предназначенных для работы в сети 100. Оба из показанных на фиг.1 искробезопасных контроллеров 50 на входной стороне имеют разъемное соединение 51, конфигурация которого идентична конфигурации разъемного соединения 11 на соединительном блоке 10, поэтому ссылки будут делаться на вышеприведенное описание. Разъемное соединение 51 также имеет восемь разъемных контактов 61, 62 с разводкой контактов в соответствии с пояснением для разъемного соединения 11 по фиг.4. Разъемные контакты 62 для подачи напряжения, с одной стороны, подсоединены к электронным схемам 58, которые расположены в корпусе 54 искробезопасных контроллеров 50, а с другой стороны - напрямую к вторичному разъемному соединению 71, которое также сконфигурировано аналогичным образом, что и разъемные соединения 11 и 51. Вследствие этой конфигурации вторичное разъемное соединение 71 также могло бы образовать внутреннюю сторону контроллера 50. На фиг.1 ясно показано, что два предназначенных для подачи электропитания на контроллер 50 разъемных контакта 62 разъемного соединения 51 соединены проводными линиями 63 с разъемными контактами 82 вторичного разъемного соединения 71. И здесь на разъемном соединении 51 сзади разъемного контакта 61 для передачи сигнала организован сетевой интерфейс 65, сконфигурированный тем же самым образом, что и сетевой интерфейс 15 в соединительном блоке 10. На вторичном разъемном соединении 71 также есть разъемные контакты 81 для передачи данных, при этом сетевой интерфейс 65 снова подсоединен внутри корпуса 54 до этих разъемных контактов 81. Все сетевые интерфейсы 65 искробезопасного контроллера 50 управляются посредством электронных схем 58.

Все сетевые интерфейсы 15, 15А, 15В, 15С в соединительном блоке 10 или 65 в искробезопасном контроллере 50 сконфигурированы идентично один другому, и каждый из них имеет разъединяющую схему с передаточным элементом 30 для обоих направлений передачи, и теперь прежде всего будет пояснена конфигурация этой разъединяющей схемы с дополнительными ссылками на фиг.3.

На фиг.3 показана конфигурация электрической схемы только одного направления передачи сигнала сетевого интерфейса 15 или 65, при этом на ней есть "сигнальная" часть, показанная на левой половине схемы и имеющая компонент Tx-PHY, образующий передающую часть, и правосторонняя часть схемы с полупроводниковым компонентом Rx-PHY, образующим приемную часть, сетевого интерфейса. Передаточный элемент 30 в каждом случае расположен между полупроводниковыми модулями PHY и разъемными соединениями 11 и 51, которые показаны лишь частично, при этом передаточный элемент 30 может состоять, что само по себе известно, из магнитного сердечника с намотанными на него обмотками, что также хорошо известно специалистам в области конфигурации соответствующих сетевых интерфейсов, в частности интерфейсов для протокола Ethernet. В соответствии с адаптацией сетевого интерфейса 15, 65 по настоящему изобретению для использования во взрывоопасных зонах сторона электроники в каждом случае между передаточным элементом 30 и каждым модулем PHY оснащена каскадной схемой 31, которая расположена на соответствующих электронных схемах (см. позиции 18, 58 на фиг.1). Кроме того, со стороны разъемного соединения между передаточным элементом 30 и разъемным соединением 11 или 51 введена каскадная схема 32. Как показано на иллюстрации, каждая из каскадных схем 31 со стороны электроники имеет резистивную сеть, которая, в общем, обозначена позицией 35, а каскадная схема 32 со стороны разъемного соединения имеет емкостную сеть 36, в данном случае состоящую из двух конденсаторов С1, С2 в передающей части и двух конденсаторов С3, С4 в приемной части. Хотя в каждом случае в каждом сигнальном тракте емкостной сети 36 фигуры показывают только один конденсатор С1, С2 С3, С4 предпочтительно, чтобы эти конденсаторы с целью избыточности были продублированы, и каждый из них состоял бы из двух последовательно соединенных конденсаторов, для того чтобы в случае неисправности, если один из конденсаторов С1, С2 С3, С4 закоротится, разъединение благодаря наличию второго последовательно соединенного конденсатора все равно было бы обеспечено. Поскольку в каждый передающий тракт или сигнальный тракт введена одна емкость с по меньшей мере одним конденсатором С1, С2, С3, С4, это обеспечивает отсутствие какой-либо передачи постоянного тока. Емкости должны быть выбраны как можно более маленькими, чтобы минимизировать и физический размер, но в этом случае необходимо, чтобы радиочастотной сигнал подвергался как можно меньшему воздействию помех для обеспечения возможности передачи и приема сигнала со скоростью 100 Мбит/с без искажений. В этих целях, например, конденсаторы в каждом передающем тракте могут все вместе иметь емкость около 16 нФ, хотя можно использовать и конденсаторы с большей емкостью.

Скорость передачи в 100 Мбит/с является стандартной для интерфейса Ethernet. До каждого передающего элемента 30 в каждом сигнальном тракте для тракта передачи в качестве компонентов резистивной сети 35 установлены два резистора R5, R6, R7, R8, R9, R10, а также R11, R12, которые ограничивают мощность радиочастотного сигнала, с тем чтобы при спецификации этого интерфейса во искробезопасных сетях (двухпунктная связь) могли соединяться только нужные приборы и только необходимые количества приборов. Упомянутые резисторы с R5 по R16 в резистивной сети 35 обеспечивают ограничение мощности сопряжения по мощности радиочастоты (мощность переменного напряжения радиочастоты), в частности в сочетании с искробезопасным источником напряжения для полупроводниковых модулей Tx-PHY передатчика и полупроводниковых модулей Rx-PHY приемника. Кроме того, резистивная сеть 35 содержит также резисторы R1, R2, R3, R4, использование которых также известно в "традиционном" интерфейсе Ethernet. Из конфигурации резисторов следует, что каждая резистивная сеть 35 выполнена в виде двухпортовой схемы как для передающей части с соответствующим модулем Tx-PHY, так и для приемной части с соответствующим модулем Rx-PHY, причем резистивная сеть 35 построена таким образом, что в каждом случае существует полное сопротивление нагрузки z₀ величиной около 100 Вт, позволяющее в то же время производить ограничение радиочастотной мощности. В качестве примера резисторы с R5 по R16 могут быть 3-ваттными резисторами, а резисторы с R1 по R4 могут быть резисторами на 47 Вт. Сопротивления резисторов должны быть выбраны таким образом, чтобы, с одной стороны, достигалось адекватное ограничение радиочастотной мощности, притом что бы в то же время потери на затухание были не слишком велики. Для максимального падения напряжения на отдельных полупроводниковых модулях PHY, например около 2,7 В, общая мощность в сигнальных трактах, таким образом, может удерживаться ниже верхнего предела.

Теперь будем ссылаться фиг.2, на которой еще раз - более подробно и взятые по отдельности - показаны некоторые из вышеописанных компонентов для искробезопасной подземной сети 100. Однако фиг.2 показывает только имеющееся на соединительном блоке 10 разъемное соединение 11А, а также разъемное соединение 51 на контроллере 50. Кроме того, показаны только искробезопасный источник питания 3Н для электронных схем 18 в соединительном блоке и источник питания 3А для подачи питания на первом разъемном соединении 11А, а значит, источник питания для всех приборов, подсоединенных к разъемному соединению 11А, а также электронных схем 58 в контроллере 50, запитываемых от источника питания 1. Для обеспечения ограничения мощности питания, как описано выше, электронных схем 18 в соединительном блоке 10 и электронных схем 18 в контроллере 50 каждая из электронных схем 18 и 58 имеет в соединительном блоке 10 связанную с ней искробезопасную схему 39 ограничения питания и соответственно схему 69 ограничения питания в контроллере 50. Схема 39 ограничения питания ограничивает ток, подаваемый источником питания 3Н на электронные схемы 18 в соединительном блоке 10, а также приложенное напряжение до предопределяемого входного тока величиной, например, около 1 А и напряжения приблизительно в 2,7 В. Соответственно схема 69 ограничения питания ограничивает ток, подаваемый источником питания 3А на электронные схемы 58 в контроллере 50, и приложенное к ним напряжение до предопределяемого входного тока величиной, например, около 1 ампера и входного напряжения приблизительно в 2,7 вольт. Схемы 39, 69 ограничения питания могут быть также связаны с построенными на диодах входными защитными схемами, и в этом случае и входная защитная схема, и схема ограничения тока в каждом случае предпочтительно дублированы для продолжения выполнения защитной функции, если одна из схем выйдет из строя. Каждый контроллер 50 должен быть оснащен соответствующей схемой 69 ограничения питания. Фиг.2 особенно ясно показывает, что сетевые интерфейсы 15 и 65 имеют одну и ту же конфигурацию и каждая из них имеет передающую часть и приемную часть, построенную аналогичным образом, что и другая, в каждом случае - с емкостной сетью 36 и с резистивной сетью 35.

Все передачи между разъемным соединением 11А в соединительном блоке 10 и разъемным соединением 51 в контроллере 90 производятся посредством условно показанного передающего кабеля, который предпочтительно по вышеупомянутым соображениям имеет восемь жил. Кабель питания для связи источников питания с соединительным блоком предпочтительно имеет 14 жил, чтобы можно было блок 1 подачи питания с семью источниками питания 3 соединить с соединительным блоком 10 с шестью токовыми разъемными соединениями 11.

Исходя из вышеизложенного описания, специалистам в данной области техники будут очевидны многочисленные изменения, которые могут быть введены в соответствии с объемом, защищаемым зависимыми пунктами формулы изобретения. Данные фигуры иллюстрируют Ethernet-интерфейс как предпочтительный вариант исполнения. Однако выбранный принцип построения схемы может быть применен к подобному же интерфейсу, такому как интерфейс на основе принципа схемы RS485. Кроме того, в каждом соединительном блоке может содержаться большее или меньшее количество разъемных соединений, и каждый соединительный блок может иметь также множество глухих разъемных колодок и т.п. в дополнение к оптическим волноводным соединениям в качестве оптических соединений.

Изобретение относится к искробезопасному соединительному блоку для искробезопасных электрических приборов, а также к контроллеру и сетевому интерфейсу для использования там же. Техническим результатом является обеспечение возможности для множества сетевых абонентов подсоединиться к сети во взрывоопасной зоне с меньшими связанными с электропроводкой сложностями. Искробезопасный соединительный блок с сетевым интерфейсом для искробезопасных приборов, работающих во взрывоопасных зонах, имеющий корпус, разъем подачи напряжения питания, разъемное соединение для подсоединения передающего кабеля искробезопасного прибора через передающий кабель и разъединяющую схему. В качестве сетевого интерфейса имеется множество разъемных соединений одного и того же типа. Причем каждый из них предваряется отдельной разъединяющей схемой, а разъем подачи напряжения питания образует центральное соединение питания с отдельными жилами подачи питания для каждого разъемного соединения, где каждый из которых имеет по меньшей мере два разъемных контакта для передачи данных и по меньшей мере два разъемных контакта для подачи питания к подсоединяемым приборам посредством передающего кабеля. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Искробезопасный соединительный блок с сетевым интерфейсом для искробезопасных приборов, работающих во взрывоопасных зонах, имеющий корпус (14), имеющий на корпусе соединение (12) подачи напряжения питания, имеющий на корпусе по меньшей мере одно разъемное соединение (11) для подсоединения передающего кабеля искробезопасного прибора к соединительному блоку, и имеющий разъединяющую схему, которая подключена до по меньшей мере одного разъемного соединения (11) и расположена в корпусе (14), отличающийся тем, что на корпусе (14) обеспечено множество электропроводящих разъемных соединений (11А, 11В) одного и того же типа в качестве соединений сетевого интерфейса, каждому из которых предшествует отдельная разъединяющая схема, а также тем, что соединение (12) подачи напряжения питания на корпусе выполнено в виде центрального соединения питания с отдельными жилами (13А, 13В, 13С) подачи питания для каждого разъемного соединения (11А, 11В, 11C), причем каждое разъемное соединение (11) имеет по меньшей мере два разъемных контакта (21) для передачи данных и по меньшей мере два разъемных контакта (22), которые соединены с соответствующими жилами (13) подачи питания, для подачи питания к соединяемым приборам посредством передающего кабеля.

2. Соединительный блок по п.1, отличающийся тем, что на корпусе (14) обеспечено всего Х разъемных соединений (11) для совместной передачи данных и подачи электропитания, и центральное соединение (12) питания имеет 2хХ жил (13) подачи питания и две дополнительные жилы (13Н) подачи питания, при этом дополнительные жилы (13Н) подачи питания используются для раздельной подачи питания на разъединяющие схемы и/или электронные схемы (18), которые подсоединены до разъединяющих схем.

3. Соединительный блок по п.2, отличающийся тем, что на корпусе (14) образовано Х=6 разъемных соединений (11).

4. Соединительный блок по п.1, отличающийся тем, что на корпусе (14) в дополнение к разъемным соединениям (11) обеспечено по меньшей мере одно оптическое соединение, предпочтительно два оптических соединения (16) для оптической передачи данных.

5. Соединительный блок по п.1, отличающийся тем, что на корпусе (14) обеспечены дополнительные разъемные соединения (17) без разъемных контактов для подачи питания и/или дополнительные разъемные соединения с глухими контактами, которые не подсоединены к жилам подачи питания.

6. Соединительный блок по п.1, отличающийся тем, что каждое разъемное соединение (11) обеспечено в каждом случае двумя разъемными контактами (22) для каждого напряжения питания и четырьмя разъемными контактами (21) для передачи данных.

7. Соединительный блок по п.1, отличающийся тем, что центральное соединение (12) питания может быть подсоединено к блоку (1) подачи питания посредством кабеля (6) подачи питания, имеющего (2хХ+2) жил, в частности 14-жильного кабеля питания, при этом блок (1) подачи питания содержит Х+1 отдельных источников питания (3), предпочтительно в стойком к сжатию корпусе (2), причем выходная сторона каждого источника питания (3) соединена предпочтительно с центральным соединением (7) питания кабеля (6) подачи питания.

8. Соединительный блок по п.2, отличающийся тем, что электронные схемы (18, 58), которые подсоединены до разъединяющих схем, связаны на входной стороне со схемой (39, 69) ограничения питания, посредством которой ток, подаваемый при подаче питания, а также приложенное напряжение ограничены для электронных схем (18, 58) до предопределяемого входного тока и предопределяемого входного напряжения.

9. Соединительный блок по п.1, отличающийся тем, что разъединяющая схема имеет каскадную схему (32) со стороны разъемного соединения и каскадную схему (31) со стороны электронных схем, обеспечивая прерывание подачи напряжения постоянного тока на каскадную схему (32) со стороны разъемного соединения, причем каскадная схема (31) со стороны электронных схем имеет резистивную сеть (35) для ограничения радиочастотной мощности, и/или каскадная схема (32) со стороны разъема имеет емкостную сеть (36) для прерывания подачи питания постоянного тока от других разъемных соединений такого же типа.

10. Соединительный блок по п.9, отличающийся тем, что каждая каскадная схема (31) со стороны электронных схем имеет передатчик (Tx-PHY) и приемник (Rx-PHY) для двусторонней передачи данных, в котором передающий элемент (30) разъединяющей схемы подсоединен после выхода двухполюсного передатчика, а отдельный передающий элемент (30) разъединяющей схемы подсоединен до выхода двухполюсного приемника и разрывает каскадную схему (32) со стороны разъема от каскадной схемы (31) со стороны электронных схем, в котором конденсатор (С1, С2, С3, С4) подсоединен между передающим элементом (30) и разъемным контактом (21, 61) для передачи данных по разъемному соединению, по каждому контактному полюсу выхода передатчика или входа приемника, для прерывания напряжения, в частности прерывания подачи напряжения постоянного тока в каскадную схему (32) со стороны разъема, и/или в котором резисторы (R5, R16) подсоединены как элементы портов с характеристиками двухполюсника между каждым контактным полюсом и соответствующим передающим элементом (30) для ограничения радиочастотной мощности.

11. Соединительный блок по п.9, отличающийся тем, что два резистора подсоединены последовательно (R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12) между элементом PHY и передающим элементом (30) в каждом сигнальном тракте резисторной сети (35).

12. Соединительный блок по п.9, отличающийся тем, что каждый из конденсаторов (С1-С4) в емкостной сети (36) имеет два подсоединенных последовательно емкостных элемента.

13. Соединительный блок по п.1, отличающийся тем, что каждое разъемное соединение (11, 51, 71) обеспечено восемью разъемными контактами, из которых два разъемных контакта (22, 62, 82) в каждом случае предназначены для каждого напряжения питания, а четыре разъемных контакта (21, 61, 81) предназначены для передачи данных.

14. Искробезопасный контроллер, предназначенный для соединения с соединительным блоком с сетевым интерфейсом по любому из пп.1-13, имеющий корпус прибора с разъемным соединением (51) для передающего кабеля, установленным на корпусе (54) прибора, и имеющий разъединяющую схему, которая расположена в корпусе (54) прибора и подсоединена после разъемного соединения (51), отличающийся тем, что разъемное соединение (51) имеет по меньшей мере два разъемных контакта (61) для передачи данных и по меньшей мере два разъемных контакта (62) для подачи питания посредством передающего кабеля, при этом разъемные контакты (62) для подачи питания подсоединены к электронным схемам (58), которые расположены в корпусе (54), и предназначены для разъединяющей схемы.

15. Контроллер по п.14, отличающийся тем, что каждый корпус (54) прибора обеспечен вторичным разъемным соединением (71), который сконструирован таким образом, что является идентичным разъемному соединению (51) и подсоединен в контроллере к электронным схемам (58), при этом разъемные контакты (82) подачи питания на вторичном разъемном соединении электрически соединены с разъемными контактами (62) на разъемном соединении (51).

16. Контроллер по п.14 или 15, отличающийся тем, что электронные схемы (18, 58), которые подсоединены до разъединяющих схем, связаны на входной стороне с схемой (39, 69) ограничения питания, посредством которой ток, подаваемый при подаче питания, а также приложенное напряжение ограничены для электронных схем (18, 58) до предопределяемого входного тока и предопределяемого входного напряжения.

17. Контроллер по п.14, отличающийся тем, что разъединяющая схема имеет каскадную схему (32) со стороны разъемного соединения и каскадную схему (31) со стороны электронных схем, обеспечивая прерывание подачи напряжения постоянного тока на каскадную схему (32) со стороны разъемного соединения, причем каскадная схема (31) со стороны электронных схем имеет резистивную сеть (35) для ограничения радиочастотной мощности, и/или каскадная схема (32) со стороны разъема имеет емкостную сеть (36) для прерывания подачи питания постоянного тока от других разъемных соединений такого же типа.

18. Контроллер по п.17, отличающийся тем, что каждая каскадная схема (31) со стороны электронных схем имеет передатчик (Tx-PHY) и приемник (Rx-PHY) для двусторонней передачи данных, в котором передающий элемент (30) разъединяющей схемы подсоединен после выхода двухполюсного передатчика, а отдельный передающий элемент (30) разъединяющей схемы подсоединен до выхода двухполюсного приемника и разрывает каскадную схему (32) со стороны разъема от каскадной схемы (31) со стороны электронных схем, в котором конденсатор (С1, С2 С3, С4) подсоединен между передающим элементом (30) и разъемным контактом (21, 61) для передачи данных по разъемному соединению, по каждому контактному полюсу выхода передатчика или входа приемника, для прерывания напряжения, в частности прерывания подачи напряжения постоянного тока в каскадную схему (32) со стороны разъема, и/или в котором резисторы (R5, R16) подсоединены как элементы портов с характеристиками двухполюсника между каждым контактным полюсом и соответствующим передающим элементом (30) для ограничения радиочастотной мощности.

19. Контроллер по п.17, отличающийся тем, что два резистора подсоединены последовательно (R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12) между элементом PHY и передающим элементом (30) в каждом сигнальном тракте резисторной сети (35).

20. Контроллер по п.17, отличающийся тем, что каждый из конденсаторов (С1-С4) в емкостной сети (36) имеет два подсоединенных последовательно емкостных элемента.

21. Контроллер по п.14, отличающийся тем, что каждое разъемное соединение (11, 51, 71) обеспечено восемью разъемными контактами, из которых два разъемных контакта (22, 62, 82) в каждом случае предназначены для каждого напряжения питания, а четыре разъемных контакта (21, 61, 81) предназначены для передачи данных.

22. Сетевой интерфейс для взрывоопасных зон, имеющий каскадную схему (31) со стороны электронных схем, имеющий каскадную схему (32) со стороны разъема, которая подсоединена к разъемному соединению (11, 51) через разъединяющую схему, отличающийся тем, что разъединяющая схема обеспечивает прерывание подачи напряжения постоянного тока на каскадную схему (32) со стороны разъемного соединения, а каскадная схема (31) со стороны электронных схем имеет резистивную сеть (35) для ограничения радиочастотной мощности, и/или каскадная схема (32) со стороны разъема имеет емкостную сеть (36) для прерывания подачи питания постоянного тока на другие сетевые интерфейсы.

23. Сетевой интерфейс по п.22, отличающийся тем, что каждая каскадная схема (31) со стороны электронных схем имеет передатчик (Tx-PHY) и приемник (Rx-PHY) для двусторонней передачи данных, в котором передающий элемент (30) разъединяющей схемы подсоединен после выхода двухполюсного передатчика, а отдельный передающий элемент (30) разъединяющей схемы подсоединен до выхода двухполюсного приемника и разрывает каскадную схему (32) со стороны разъема от каскадной схемы (31) со стороны электронных схем, в котором конденсатор (С1, С2, С3, С4) подсоединен между передающим элементом (30) и разъемным контактом (21, 61) для передачи данных по разъемному соединению, по каждому контактному полюсу выхода передатчика или входа приемника, для прерывания напряжения, в частности прерывания подачи напряжения постоянного тока в каскадную схему (32) со стороны разъема, и/или в котором резисторы (R5, R16) подсоединены как элементы портов с характеристиками двухполюсника между каждым контактным полюсом и соответствующим передающим элементом (30) для ограничения радиочастотной мощности.

24. Сетевой интерфейс по п.22, отличающийся тем, что два резистора подсоединены последовательно (R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12) между элементом PHY и передающим элементом (30) в каждом сигнальном тракте резисторной сети (35).

25. Сетевой интерфейс по п.22, отличающийся тем, что каждый из конденсаторов (С1-С4) в емкостной сети (36) имеет два подсоединенных последовательно емкостных элемента.

26. Сетевой интерфейс по п.22, отличающийся тем, что каждое разъемное соединение (11, 51, 71) обеспечено восемью разъемными контактами, из которых два разъемных контакта (22, 62, 82) в каждом случае предназначены для каждого напряжения питания, а четыре разъемных контакта (21, 61, 81) предназначены для передачи данных.