專利名稱：模塊化的自動化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模塊化的自動化系統(tǒng)，其可以應(yīng)用在工業(yè)自動化技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)并且也可應(yīng)用在開關(guān)與控制技術(shù)的領(lǐng)域內(nèi)。
市場上常見的或者在專利文獻(xiàn)中所描述的自動化系統(tǒng)或設(shè)備常常被認(rèn)為是模塊化構(gòu)造的、可靈活使用的或者可擴(kuò)展的，但是其中關(guān)于這些特性或多或少有很大限制。例如從EP 0499675B1中公知一種靈活的自動化系統(tǒng)，其在第一擴(kuò)建階段中僅僅具有結(jié)構(gòu)緊湊型設(shè)備。在第二擴(kuò)建階段中借助于擴(kuò)展模塊能夠?qū)崿F(xiàn)擴(kuò)展。如果在第三擴(kuò)建階段中需要較高的處理效率，則必須替換整個結(jié)構(gòu)緊湊型設(shè)備。另外可以使用僅僅事先所添加的擴(kuò)展模塊。擴(kuò)展模塊彼此連接并且借助于多芯扁形電纜與新的中央設(shè)備連接。
因此本發(fā)明所基于的任務(wù)是，給出一種自動化系統(tǒng)，其具有較高的模塊性和可擴(kuò)展性。
通過具有在權(quán)利要求1中給出的特征的自動化系統(tǒng)解決該任務(wù)。在另外的權(quán)利要求中給出有益的改進(jìn)方案。
因此利用本發(fā)明建議一種自動化系統(tǒng)，其中在使用多個可選擇的、能以不同的方式擴(kuò)建的底板之一的情況下可以構(gòu)造并擴(kuò)建中央自動化設(shè)備。該自動化設(shè)備在使用多個中央單元之一的情況下是可擴(kuò)建的，所述中央單元在同樣的外部尺寸的情況下具有不同的數(shù)據(jù)處理效率和數(shù)據(jù)存儲容量。在中央單元上可以直接耦合至少一個輸入輸出設(shè)備，而中央單元也可以在沒有輸入輸出設(shè)備的情況下工作。底板可配備至少一個用于至分立輸入輸出單元的現(xiàn)場總線連接的通信耦合器。
本發(fā)明的自動化系統(tǒng)具有一系列優(yōu)點-在中央自動化設(shè)備的基礎(chǔ)配備中已經(jīng)存在現(xiàn)場總線端口，其能夠通過不同的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線、比如Profibus-DP、Modbus等連接外圍設(shè)備。
-在沒有增加的位置需求的情況下能夠提高處理效率和存儲容量。
-能夠快速并簡單地安裝和更換設(shè)備，因為借助于底板和插裝在其上的中央單元和必要時通信耦合器、以及所插裝的輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備構(gòu)成中央的或獨立的自動化設(shè)備。所有這些系統(tǒng)組件在沒有電纜連接的情況下彼此電連接。也以類似的方式構(gòu)造分立的輸入輸出單元，也就是借助于所謂的接線盒，可將EA(輸入輸出)接口模塊和EA擴(kuò)展模塊插裝到所述接線盒上。多個EA擴(kuò)展設(shè)備可以彼此串聯(lián)，其中分別經(jīng)過側(cè)面的插接連接從一個設(shè)備到下一個設(shè)備地進(jìn)一步引導(dǎo)擴(kuò)展總線。因此在自動化系統(tǒng)內(nèi)部僅僅在分立化的輸入輸出的情況下需要標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線的線路。
-也通過以下方式給出簡單安裝，即設(shè)備可以卡在頂帽型導(dǎo)軌(Hutschiene)上并且在堆在一起時借助于側(cè)面的定位裝置彼此連接。中央單元、通信耦合器和EA模塊簡單地被插裝在底板板或接線盒上。
-中央自動化設(shè)備和分立的輸入輸出單元的輸入輸出設(shè)備是同樣的并且不依賴于所使用的可用中央單元的類型來設(shè)計。此外由此在改變系統(tǒng)擴(kuò)建的情況下給出模塊較高的再利用性。
根據(jù)附圖從下面的實施例描述中得出對本發(fā)明的進(jìn)一步闡述和其優(yōu)點。


圖1示出幾個典型模塊和自動化系統(tǒng)的自動化設(shè)備配置的總平面圖，圖2示出具有現(xiàn)場總線的可能系統(tǒng)配置，圖3示出中央自動化設(shè)備，圖4和5示出輸入輸出設(shè)備，和圖6示出輸入輸出設(shè)備和擴(kuò)展設(shè)備的接線盒。
圖1以示意性和簡化的表示在左側(cè)區(qū)域在下面行中示出了用于安裝如在上面行中在左側(cè)所示出的中央自動化設(shè)備1.1、1.2、1.3的三個示范性底板2.1、2.2、2.3。最小的底板2.1適合于具有在中間行示出的中央單元(CPU)3.1、3.2、3.3之一和通信耦合器4的所規(guī)劃的最終擴(kuò)建。中間的底板2.2能夠?qū)崿F(xiàn)具有兩個通信耦合器4的擴(kuò)建，最大的底板2.3能夠?qū)崿F(xiàn)具有四個通信耦合器4的擴(kuò)建。每個所述底板2.1、2.2、2.3都可以配備每個所述中央單元3.1、3.2、3.3，所述中央單元在外部尺寸上沒有區(qū)別，但是在其處理效率和存儲容量方面不同。每個所述底板2.1、2.2、2.3為此配備有多極(mehrpolig)的DIN插頭13。
在圖1的右側(cè)區(qū)域中在下面行中示出了兩個用作基板的EA接線盒9.1、9.2，其用于安放輸入輸出設(shè)備7.1或者輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2。輸入輸出設(shè)備7.1的EA接線盒9.1具有現(xiàn)場總線端口10，其用于與中央自動化設(shè)備1.1-3.1之一連接。與此相反，輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2的EA接線盒9.2在側(cè)面具有用于與輸入輸出設(shè)備7.1或中央自動化設(shè)備1.1-1.3之一連接的插接端口11，如根據(jù)圖2還要進(jìn)一步闡述的那樣。為了安放輸入輸出設(shè)備7.1或輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2需要在相應(yīng)的EA接線盒9.1或者9.2上可插裝在其多極DIN插頭14上的EA模塊12.1或者12.2?？梢砸圆煌膶嵤┓绞教峁┙泳€盒9.1、9.2，例如具有螺旋接線夾或彈簧接線夾和用于不同的工作電壓。EA模塊12.1或者12.2也可以以不同的實施方式例如被用作數(shù)字或模擬EA模塊。
圖2示范性示出了利用選擇在圖1中示出的模塊所配置的自動化系統(tǒng)。在此使用自動化設(shè)備1.2，其模塊卡在標(biāo)準(zhǔn)頂帽型導(dǎo)軌8上。使用底板2.2，其配備有中央單元3.2以及兩個通信耦合器4。此外EA接線盒9.2插接在底板2.2上，在該接線盒9.2上又插裝EA擴(kuò)展模塊12.2。在下面根據(jù)圖4至6的圖示進(jìn)一步闡述這些插接可能性。兩個通信耦合器4在其端口方面不同地被實施，也即具有以太網(wǎng)端口18或者9極串行端口19。
分別借助于現(xiàn)場總線插頭15和現(xiàn)場總線連接5，分立的輸入輸出單元6與自動化設(shè)備1.2連接。該輸入輸出單元6包含具有所插裝的EA接口模塊12.1的EA接線盒9.1、也就是輸入輸出設(shè)備7.1以及具有所插裝的EA擴(kuò)展模塊12.2的EA接線盒9.2、也就是輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2，其中接線盒9.1、9.2插接在一起，正如在圖6中所出的。根據(jù)圖4和5說明模塊在接線盒上的插裝。輸入輸出設(shè)備7.1或者輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2分別具有接線區(qū)域(Klemmenbereich)16和顯示區(qū)域17。接線區(qū)域16不僅包含螺旋接線夾而且也包含彈簧牽引接線夾。在輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2上可以插接另外的輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2。自動化設(shè)備1.2和輸入輸出設(shè)備6的輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備7.2同樣地被實施，由此可以靈活應(yīng)用并且降低類型多樣性。借助于組合接線盒和所插裝的EA模塊來安裝EA設(shè)備此外有這樣的優(yōu)點，即EA模塊能夠更換，而不必為此拆卸在接線盒上的布線。
圖3再一次示出了已經(jīng)在圖2中示出的自動化設(shè)備1.2，但是其中去除輸入輸出設(shè)備7.2，以便表示數(shù)據(jù)存儲卡20，其可以插入中央單元3.2的存儲卡固定器21中。中央單元3.2配備有去聯(lián)鎖裝置22，在操作該去聯(lián)鎖裝置之后可以從底板2.2上取下中央單元3.2。存在背景照明的LCD顯示器23用于不同的消息，布置LED顯示器25用于直接的狀態(tài)顯示并且多個鍵24用于調(diào)整。用26表示電池盒蓋。
具有中央單元和多個通信耦合器的這種模塊化自動化設(shè)備可以以不同的功能被靈活應(yīng)用，例如用作較大自動化系統(tǒng)的總線主控、用作在這種分散化的較大自動化系統(tǒng)中的分立處理裝置，或用作與本地可耦合的輸入輸出設(shè)備相連接的獨立自動化設(shè)備、或者用作根據(jù)圖2描述的系統(tǒng)的中央自動化設(shè)備。
圖4在右側(cè)示出了已經(jīng)在圖2中所示的、輸入輸出設(shè)備7.1的正視圖，其包括具有所插裝的EA接口模塊12.1的接線盒9.1。此外在左側(cè)示出了接線盒9.1和還沒有插裝的EA接口模塊12.1的側(cè)視圖。當(dāng)EA接口模塊12.1沿箭頭方向上被插裝時，該EA接口模塊借助于定位元件28嚙合到接線盒9.1中。此外，在此通過在EA接口模塊12.1上的插接條27以及在圖1中所示的在EA接口模塊12.1上的多極DIN插頭14建立電連接。用29表示擴(kuò)展總線插孔。
圖5示出可以如何通過同時在箭頭100方向上擠壓去聯(lián)鎖裝置22(在中央單元3.2的情況下也如此，參見圖3)和在箭頭200方向上拉拔來取下EA接口模塊12.1。
圖6示出輸入輸出單元6的接線盒9.1和9.2。從圖示中可以看出，通過在標(biāo)準(zhǔn)頂帽型導(dǎo)軌8上在箭頭方向上推移可以將接線盒9.1和9.2插接在一起，并且它們借助于接線盒定位元件30來定位。此外通過接線盒9.2的插接端口11和接線盒9.1的擴(kuò)展總線插孔29建立擴(kuò)展總線的電插接，該擴(kuò)展總線是現(xiàn)場總線的擴(kuò)展，其現(xiàn)場總線插頭可以連接在現(xiàn)場總線端口10上。接線盒9.1和9.2包含對于擴(kuò)展總線所需的電子裝置。輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備的接線盒9.2像輸入輸出設(shè)備7.1的接線盒9.1那樣(參見圖4)包含在圖6中在盒9.2上沒有示出的擴(kuò)展總線插孔29，因此能夠?qū)U(kuò)展總線進(jìn)一步引導(dǎo)到另外的輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備。如果不使用頂帽型導(dǎo)軌，則在接線盒9.1和9.2上的開孔31使其能夠螺旋安裝在墻壁上。
參考符號列表1.1、1.2、1.3 自動化設(shè)備2.1、2.2、2.3 底板3.1、3.2、3.3 中央單元4 通信耦合器5 現(xiàn)場總線連接6 輸入輸出單元7.1具有FBP接口的輸入輸出設(shè)備7.2輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備8 標(biāo)準(zhǔn)頂帽型導(dǎo)軌9.1輸入輸出設(shè)備的接線盒9.2輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備的接線盒10 現(xiàn)場總線端口11 插接端口12.1 可插接的EA接口模塊12.2 可插接的EA擴(kuò)展模塊13 中央單元的多極DIN插頭14 EA模塊的多極DIN插頭15 現(xiàn)場總線插頭16 接線區(qū)域17 顯示區(qū)域18 以太網(wǎng)端口19 9極串行端口20 數(shù)據(jù)存儲卡21 存儲卡固定器22 去聯(lián)鎖裝置23 LCD顯示器24 按鍵25 LED顯示器26 電池盒蓋27 插接條28 定位元件
29擴(kuò)展總線插孔30接線盒定位元件31開孔
權(quán)利要求
1.模塊化的自動化系統(tǒng)，其中a)在使用多個可選擇的、可不同擴(kuò)展的底板(2.1、2.2、2.3)之一的情況下可構(gòu)造并擴(kuò)建中央自動化設(shè)備(1.1、1.2、1.3)，b)在使用多個中央單元(3.1、3.2、3.3)之一的情況下可以擴(kuò)建自動化設(shè)備(1.1、1.2、1.3)，所述中央單元在同樣的外部尺寸的情況下具有不同的數(shù)據(jù)處理效率和數(shù)據(jù)存儲容量，c)在中央單元(3.1、3.2、3.3)上可以直接耦合至少一個輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備(7.2)，和d)每一個所述可選擇的底板(2.1、2.2、2.3)都具有用于至分立的輸入輸出單元(6)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線連接(5)的現(xiàn)場總線端口(10)。
2.按照權(quán)利要求1的自動化系統(tǒng)，其特征在于，中央自動化設(shè)備(1.1、1.2、1.3)的相應(yīng)的底板(2.1、2.2、2.3)可以卡在標(biāo)準(zhǔn)頂帽型導(dǎo)軌(8)上，其中至少一個輸入輸出設(shè)備(7.2)同樣可以卡在頂帽型導(dǎo)軌(8)上并且與相應(yīng)的底板(2.1、2.2、2.3)以電和機(jī)械的方式插接在一起。
3.按照上述權(quán)利要求之一的自動化系統(tǒng)，其特征在于，每個底板(2.1、2.2、2.3)都可以配備至少一個通信耦合器(4)用于總線連接。
4.按照上述權(quán)利要求之一的自動化系統(tǒng)，其特征在于，分立的輸入輸出單元(6)分別具有帶現(xiàn)場總線端口(10)的輸入輸出設(shè)備(7.1)，其中至少一個輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備(7.2)可以連接在輸入輸出設(shè)備(7.1)上。
5.按照權(quán)利要求4的自動化系統(tǒng)，其特征在于，輸入輸出單元(6)的設(shè)備(7.1、7.2)分別具有接線盒(9.1、9.2)，在其上分別可以插裝EA模塊(12.1、12.2)。
6.按照權(quán)利要求4或5之一的自動化系統(tǒng)，其特征在于，輸入輸出設(shè)備(7.1)與輸入輸出擴(kuò)展設(shè)備(7.2)、以及輸入輸出設(shè)備擴(kuò)展設(shè)備(7.2)彼此間借助于用于轉(zhuǎn)發(fā)擴(kuò)展總線的信號的插接連接(11、29)相連接。
7.按照上述權(quán)利要求之一的自動化系統(tǒng)，其特征在于，中央自動化設(shè)備(1.1、1.2、1.3)的所有組件(2.1、2.2、2.3、3.1、3.2、3.3、4、7.2)以及輸入輸出單元(6)的所有組件(7.1、7.2、9.1、9.2、12.1、12.2)彼此間無電纜地通過插接連接可電連接或者電連接。
8.按照權(quán)利要求7的自動化系統(tǒng)，其特征在于，相應(yīng)的自動化設(shè)備(1.1、1.2、1.3)的組件(2.1、2.2、2.3、3.1、3.2、3.3、4、7.2)以及輸入輸出單元(6)的組件(7.1、7.2、9.1、9.2、12.1、12.2)此外分別借助于插接和/或定位裝置(11、13、14、29、28、30)可拆卸地彼此可連接或者相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及模塊化的自動化系統(tǒng)，其中在使用多個可選擇的、可不同擴(kuò)展的底板(2.1、2.2、2.3)之一的情況下可以構(gòu)造并擴(kuò)建中央自動化設(shè)備(1.1、1.2、1.3)。在使用多個中央單元(3.1、3.2、3.3)之一的情況下可以擴(kuò)建自動化設(shè)備(1.1、1.2、1.3)，所述中央單元在同樣的外部尺寸的情況下具有不同的數(shù)據(jù)處理效率和數(shù)據(jù)存儲容量。在中央單元(3.1、3.2、3.3)上可以直接耦合至少一個輸入輸出設(shè)備(7)。每一個可選擇的底板(2.1、2.2、2.3)配備至少一個用于至分立的輸入輸出單元(6)的現(xiàn)場總線連接(5)的通信耦合器(4.1、4.2、4.3)。
文檔編號H05K7/14GK101061766SQ200580039884
公開日2007年10月24日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者G·高布, E·哈特, S·古特穆斯 申請人:Abb專利有限公司