DE102004056363B4

DE102004056363B4 - Flexibles erweiterbares Automatisierungsgerät

Info

Publication number: DE102004056363B4
Application number: DE102004056363.2A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Gutermuth Stefan; Dipl.-Ing. Gaub Gernot; Dipl.-Ing.(FH) Harter Egon
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2024-11-23
Also published as: DE102004056363A1

Abstract

Modulares erweiterungsfähiges Automatisierungsgerät (1) zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, dessen Module und Einheiten, nachfolgend Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) genannt, nebeneinander platzierbar und mittels Anschlusselementen (60) und eines Steckers über einen Bus elektrisch verbindbar sind, wobei die Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) jeweils aus mindestens einer mit elektrischen Bauelementen und Anschlusskontakten (84) bestückte Leiterplatte (80) aufgebaut sind und in einem aus ein Gehäuseunterteil (30) und ein Gehäuseoberteil (40) aufweisenden Gehäuse (20) angeordnet sind, wobei im gleichartig aufgebauten Gehäuseunterteil (30) angeformten Führungen die Leiterplatten (80) des jeweiligen Gerätes (50), (51), (52), (53), (58), (59) aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass
- am rückwärtigen Teil des Gehäuseunterteils (30) weitere Führungen (34) für die aus dem Gehäuse (20) herausgeführten Anschlusskontakte der Leiterplatten (80) angeformt sind und
- das Gehäuse (20) mittels eines Modulträgers (10) auf einer Basisplatine (2) lösbar befestigt ist. 1. Modulares erweiterungsfähiges Automatisierungsgerät (1) zur Steuerung und/oder Uberwachung technischer Prozesse, dessen Module und Einheiten, nachfolgend Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) genannt, nebeneinander platzierbar und mittels Anschlusselementen (60) und eines Steckers über einen Bus elektrisch verbindbar sind, wobei die Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) jeweils aus mindestens einer mit elektrischen Bauelementen und Anschlusskon- takten (84) bestückte Leiterplatte (80) aufgebaut sind und in einem aus ein Ge- häuseunterteil (30) und ein Gehäuseoberteil (40) aufweisenden Gehäuse (20) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass -im gleichartig aufgebauten Gehäuseunterteil (30) angeformten Führungen die Leiterplatten (80) des jeweiligen Gerätes (50), (51), (52), (53), (58), (59) auf- nehmen, -am rückwärtigen Teil des Gehäuseunterteils (30) weitere Führungen (34) für die aus dem Gehäuse (20) herausgeführten Anschlusskontakte der Leiterplatten (80) angeformt sind und das Gehäuse (20) mittels eines Modulträgers (10) auf einer Basisplatine (2) lös- bar befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein erweiterbares Automatisierungsgerät, welche insbesondere zur Steuerung und/oder Uberwachung eines technischen Prozesses eingesetzt wird, ge- mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannte Automatisierungssysteme oder -Geräte sind üblicherweise modular aus einer Zentraleinheit, Kommunikationskoppler und Erweiterungsmodulen aufgebaut, welche auf einer hutförmigen Tragschiene aneinandergereiht und mittels Kontaktstecker oder zusätzlichen externen Anschlussleisten elektrisch verbunden werden. Die Kontaktste- cker sorgen auch für die interne Busverbindung zwischen den Modulen und Einheiten des Automatisierungssystems. Durch das Aufrasten der Einheiten und Module, nachfol- gend auch Geräte genannt, auf der Tragschiene wird die Verbindung der Schutzerde automatisch hergestellt.
Bedingt durch die unterschiedlichen Ausführungen der Gerätegehäuse der Zentralein- heit, der Kommunikationskoppler und der Erweiterungsmodule ist die Herstellung der Geräte aufwendig und teuer. Außerdem sind die Gerätegehäuse der Module und Ein- heiten sind so ausgeführt, dass ihre Befestigung nur auf einer standardisierten Profil- schiene möglich ist.
Die Erfindung betrifft ein erweiterbares Automatisierungsgerät, welches insbesondere zur Steuerung und/oder Überwachung eines technischen Prozesses eingesetzt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannte Automatisierungssysteme oder -Geräte sind üblicherweise modular aus einer Zentraleinheit, Kommunikationskoppler und Erweiterungsmodulen aufgebaut, welche auf einer hutförmigen Tragschiene aneinandergereiht und mittels Kontaktstecker oder zusätzlichen externen Anschlussleisten elektrisch verbunden werden. Die Kontaktstecker sorgen auch für die interne Busverbindung zwischen den Modulen und Einheiten des Automatisierungssystems. Durch das Aufrasten der Einheiten und Module, nachfolgend auch Geräte genannt, auf der Tragschiene wird die Verbindung der Schutzerde automatisch hergestellt.
Die US 6, 456,495 B1 zeigt ein solches Automatisierungssystem, bei dem in der hutförmigen Tragschiene noch eine Sammelbusvorrichtung, backplane assembly genannt, integriert ist.
Bedingt durch die unterschiedlichen Ausführungen der Gerätegehäuse der Zentraleinheit, der Kommunikationskoppler und der Erweiterungsmodule ist die Herstellung der Geräte aufwendig und teuer. Außerdem sind die Gerätegehäuse der Module und Einheiten so ausgeführt, dass ihre Befestigung nur auf einer standardisierten Profilschiene möglich ist.
Auch für die Verriegelung der Module und Einheiten untereinander werden teuere und komplizierte Verriegelungsmechanismen verwendet, welche beispielsweise als komplizierte Hakensysteme ausgeführt sind.
Die oft seitlich am Gehäuse angeordneten Anschlussklemmen ermöglichen beim Zusammenrasten der Einheiten und Module nur einen ungenügenden Schutz gegen ein Verkeilen der Kontakte.
Ein Entfernen der Geräte bei einem Modulwechsel ist nur mit zusätzlichen Werkzeugen möglich, wobei die Geräte beispielsweise mit einem Schraubenzieher von der Profilschiene gelöst werden. Da üblicherweise auch die Verdrahtung der Module und Einheiten nicht von den Geräten getrennt geführt ist, muss bei einem Modulwechsel die Verdrahtung mit entfernt werden und nach dem Austausch des jeweiligen Gerätes neu ausgeführt und geprüft werden.
Für die Produktkodierung, welche verhindert, dass versehendlich falsche Module und Einheiten zusammengesteckt werden und dabei die empfindliche Elektronik der Geräte beschädigt wird, ist die Montage zusätzlicher Gehäuseteile erforderlich.
Der Erfindung liegt demgemäss die Aufgabe zugrunde, ein flexibles, einfach erweiterbares, modifizierbares und kostengünstiges Automatisierungsgerät zur Verfügung zu stellen, bei dem die vorgenannten Nachteile überwunden werden und welches insbesondere in einfacher Weise an unterschiedliche Automatisierungsaufgaben anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Automatisierungsgerätes oder -Systems sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Die Module und Einheiten, nachfolgend Geräte genannt, sind im erfindungsgemäßen modular aufgebauten Automatisierungssystem oder -Gerät zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse nebeneinander platzierbar und mittels Anschlusselementen, welche vorzugsweise als Klemmenblöcke ausgeführt sind, und, vorzugsweise standardisierten, Steckern über einen Bus elektrisch miteinander verbindbar. Die Feldgeräte, beispielsweise Sensoren, Aktoren aus dem technischen Prozess sind mittels Anschlussklemmen, vorzugsweise ins Federzug- oder Schraubanschlusstechnik, über die Klemmenfläche des Klemmblockes an das Automatisierungsgerät anschließbar.
Die Geräte, welche beispielsweise als Zentraleinheit, Kommunikationskoppler, Feldbussteckermodul und zentrale und/oder dezentralen Erweiterungsmodule ausgeführt sind, umfassen mindestens eine mit elektrischen Bauelementen und Anschlusskontaktelementen, nachfolgend Anschlusskontakte genannt, bestückte Leiterplatte, deren die Anschlusskontakte vorzugsweise als Steckerleisten ausgeführt sind.
Um eine kostengünstige Anpassung an die jeweils geforderten Automatisierungsaufgaben zu erreichen, ist die Zentraleinheit dahingehend anpassbar, dass die Speicher des Prozessors austauschbar sind und somit die Speicherkapazität der Zentraleinheit an die geforderte Aufgabe anpassbar ist.
Die Leiterplatten der Geräte sind in einem ein Gehäuseunterteil und einem Gehäuseoberteil aufweisenden Gehäuse, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt, angeordnet. Das Gehäuseunterteil ist lösbar mit dem Gehäuseoberteil verbunden und für alle Geräte gleichartig aufgebaut ist. Somit gestaltet sich einerseits die Herstellung der Geräte kostengünstig und andererseits ist bei einem Modulwechsel nur ein Austausch der jeweiligen Leiterplatten erforderlich.
Erfindungsgemäß sind im Inneren des gleichartig aufgebauten Gehäuseunterteils angeformten Führungen für die Aufnahme der Leiterplatten des jeweiligen Gerätes vorhanden. Die gleichartigen Führungen für die Aufnahme der Leiterplatten im Gehäuseunterteil ermöglichen einen beliebigen Austausch der Leiterplatten untereinander. Durch diese interne Modularität ist die Funktionalität der jeweiligen Geräte in vorteilhafter und einfacher Weise veränderbar.
Am rückwärtigen Teil des Gehäuseunterteils sind weitere Führungen für die aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlusskontakte der Leiterplatten angeformt. Die Befestigung der Anschlusskontakte mit den Anschlusselementen wird durch in der Leiterplatte befindliche Einkerbungen erleichtert, die eine sichere Führung und Halterung der Anschlusskontakte in den Anschlusselementen bei Erschütterungen bzw. Vibrationen sowie einen Schutz der Anschlusskontakte vor einer Berührung und vor mechanischer Beanspruchung gewährleisten.
Das Gehäuseunterteil ist mittels einer Rastverbindung, welche vorzugsweise als verformbare Nase ausgeführt ist, mit dem Gehäuseoberteil verbunden, wobei das Gehäuseoberteil entsprechend der jeweiligen Gerätefunktion beispielsweise Anzeigeelemente, Kennzeichnungsflächen und/oder Anzeigemodule umfasst.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind auf dem Gehäuseunterteil Anformungen zur Produktkodierung vorhanden, die ein falsches Aufstecken der Geräte auf dem Modulträger verhindern.
Die Gehäuse der Geräte sind auf dem Modulträger, vorzugsweise mittels einer weiteren Rast- und Steckverbindung, lösbar befestigt, wodurch die Geräte in einfacher Weise von einer die Modulträger aufnehmenden Basisplatine, auch Baugruppenträger genannt, entfernbar bzw. austauschbar sind.
Basisplatine und Modulträger sind jeweils einstückig, vorzugsweise aus Kunststoff, ohne zusätzliche elektrischen Bauelemente ausgeführt.
Auf dem Modulträger sind eine Vielzahl von Öffnungen und Aussparungen für die Aufnahme des Gehäuseunterteils, der Anschlusselemente mit den Anschlusskontakten, der Stromversorgung, der Feldbusstecker, der für verschiedene Feldbusse oder Netzwerke verwendbaren Koppler, der FBS- Schnittstellen und/oder der RS232/485 Schnittstellen angeordnet.
Der Baugruppenträger mit dem Modulträger und den zugehörigen Anschlusselementen, auch als Klemmenblock bezeichnet, bilden einen Montage- und Kontaktträger, welche zusätzlich zur Montage auf einer standardisierten hutförmigen Profilschiene auch für eine Wandmontage geeignet ist.
Durch eine weitere im Modulträger und entsprechend in der Basisplatine befindliche Öffnung ist die Erdung der jeweiligen Geräte auf die hutförmige Profilschiene, beispielsweise mittels zwei Federverbindungen, ausführbar.
Die Basisplatine mit den darauf befindlichen Modulträgern und Geräten ist in vorteilhafter Weise zu einem Automatisierungssystem zusammenfügbar, vorzugsweise zusammenschiebbar und auf der hutförmigen Profilschiene anordbar. Auch dezentrale aus weiteren Erweiterungsmodulen aufgebaute Erweiterungsgeräte sind auf der Profilschiene über ihre Basisplatine und den darauf befindlichen Modulträger zu befestigen. Für die elektrische Verbindung zwischen den Modulen und Einheiten sind standardisierte Steckverbinder vorgesehen, die jeweils über eine in der Basisplatine befindliche Aussparung und entsprechende Anformung geführt werden. Somit werden keine zusätzlichen externen Anschlussleisten zur Verbindung der Zentraleinheit, der Kommunikationskoppler und der Erweiterungsmodule untereinander benötigt.
Die elektrische Verbindung mit einem weiteren Erweiterungsmodul ist über seitlich an den Modulträgern die befindliche ineinandergreifende Aussparungen und Anformungen für die Aufnahme des standardisierten Steckers geführt, womit Vorteilhafterweise das Lösen der elektrischen und mechanischen Verbindung bei Erschütterungen/Vibrationen vermieden wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die auf der Basisplatine angeordnete Geräte mit den zusätzlichen aus Erweiterungsmodulen aufgebauten Erweiterungsgeräten mittels wenigstens einer lösbaren mechanischen Verriegelung, vorzugsweise mit einem steckbaren Verriegelungselement oder einer Rastverbindung zusammenzufügen, wobei die Rastverbindung beispielsweise als verformbarer Verriegelungshaken und zugeordneten Ösen ausgeführt ist. Dabei ist das als Haken ausgeführte Verriegelungselement am Modulträger angeformt und wird in einer zugehörige Aufnahme des anzufügenden Modulträgers befestigt, vorzugsweise eingerastet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Basisplatine weiterhin dafür vorgesehen, bis zu sieben Erweiterungsmodule aufzunehmen, welche mit einem Feldbusstecker über Schnittstellenmodule an einen Feldbus anschließbar sind. Weiterhin ist die Basisplatine in einer vorteilhaften Ausgestaltung so ausgeführt, dass jeweils zwei oder vier Kommunikationskoppler aufsteckbar sind.
Auf den Leiterplatten der Erweiterungsmodule sind optischen Anzeigeelemente, vorzugsweise lichtemittierende Dioden, angeordnet, welche das Licht mittels eines im Gehäuseoberteil angeordneten Lichtleiters kontaktlos auf die Frontseite des Gerätes übertragen, wobei der Lichtleiter vorzugsweise aus zwei Teilen für bis zu 40 Anzeigeelemente aufgebaut ist.
Die elektrischen Verbindungen der im Gerät angeordneten Leiterplatten untereinander werden mittels einer lösbaren Steckverbindung über ihre Steckerleisten und Anschlusselemente hergestellt, so dass ein Austausch der Leiterplatten in einfacher und schneller Weise ohne eine Entfernung der Verdrahtung ausführbar ist.
Um ein falsches Aufstecken der Leiterplatten auf die im Modulträger befindlichen Anschlusselemente zu verhindern, weisen die Leiterplatten an der mit den Steckerleisten bestückten Seite Aussparungen auf, welche so ausgeführt sind, dass sie mit einer entsprechenden Anformung am Anschlusselement ineinander greifen.
Anhand der in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:

1 eine beispielhafte Anordnung des erfindungsgemäßen modular aufgebauten Automatisierungsgerätes,
2 ein Erweiterungsgerät, welches auf einen auf der Basisplatine befindlichen Modulträger aufsteckbar ist,
3 ein beispielhaftes Ein- und Ausgabemodul,
4 eine beispielhafte Ausführung des Gehäuseunterteils,
5 eine Ausführungsform der weiteren Führungen zur Aufnahme der aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlusskontakte der Leiterplatten,
6 Klemmblöcke für Einausgabegeräte und Erweiterungsgeräte,
7 eine beispielhafte Ausführung der Befestigung des Gerätegehäuses auf einer Basisplatine, und
8 beispielhafte mögliche Positionen für eine richtige Zuordnung der Anschlusskontakte der Geräte zu den Anschlussklemmen der Klemmenblöcke.

1 zeigt eine beispielhafte Anordnung des erfindungsgemäßen modular aufgebauten Automatisierungsgerätes 1 zur Steuerung und/oder Überwachung eines technischen Prozesses, wobei die Module und Einheiten, nachfolgend Geräte genannt, eine Zentraleinheit 51, zwei Kommunikationskoppler 53, ein Feldbussteckermodul 54, eine neutrale Feldbussteckerschnittstelle mit Feldbusstecker aufweisend, einem 9-poligen seriellen Anschluss und einem Ethernet Anschluss 55, sowie zwei zentrale Ein-/ Ausgabegeräte 52 sind.
Die Geräte 51, 52, 53, 54 des Automatisierungsgerätes 1 sind auf einer standardisierten hutförmigen Profilschiene 90 aufgeschnappt. Es ist eine Basisplatine 2 verwendet, die mit der Zentraleinheit 51 sowie zwei Kommunikationskopplern 53 bestückt ist. Außerdem sind an die Basisplatine 2 über einen Modulgeber 10 zwei Klemmenblöcke 60 angesteckt, auf denen wiederum zwei Ein-/ Ausgabegeräte 52 aufgesteckt sind. Diese Steckmöglichkeiten sind weiter unten anhand der Darstellungen in den 2 und 6 erläutert. Die beiden Kommunikationskoppler 53 sind bezüglich ihrer Anschlüsse unterschiedlich ausgeführt, nämlich mit Ethernet-Anschlüssen 55 bzw. einem 9-poligen seriellen Anschluss 56.
Mittels jeweils einem Feldbusstecker 54 und einer Feldbusverbindung 57 ist eine dezentrale Ein-/ Ausgabeeinheit mit einem aufsteckbaren Interfacemodul 58 und einem aufsteckbares Ein-/Ausgabemodul 59 mit dem Automatisierungsgerät 1 verbindbar. Die Ein-/ Ausgabeeinheit enthält jeweils einen Klemmenblock 60 für das aufgesteckte Interfacemodul 58 sowie einen Klemmenblock 60 für dem aufgesteckte Ein-/Ausgabemodul 59, wobei die Klemmenblöcke 60 mit dem auf der Basisplatine 2 befindlichen Modulträger 10 gesteckt sind, wie in 6 gezeigt ist. Das Aufstecken eines Moduls 58, 59 auf einen Klemmenblock 60 ist anhand der 2 verdeutlicht. Die dezentralen Erweiterungsmodule 58, 59 weisen jeweils einen auf dem Klemmblock 60 befindlichen Klemmenbereich und einen Anzeigebereich 82 auf. Der Klemmenbereich enthält sowohl Schraub- als auch Federzugklemmen für den Anschluss der externen Feldgeräte. An die Erweiterungsmodule 58, 59 sind weitere Erweiterungsgeräte ansteckbar. Die zentralen Erweiterungsgeräte 52 des Automatisierungsgeräts 1 und die aus den Erweiterungsmodulen 57, 58 aufgebauten dezentralen Erweiterungsgeräte, auch Ein-/ Ausgabeeinheit genannt, sind einheitlich ausgeführt, wodurch ein flexibler Einsatz und eine Verringerung der Typenvielfalt gegeben sind. Der Aufbau der Erweiterungsgeräte 52, 57, 58 mittels einer Kombination von Klemmenblock 60 und aufgestecktem Erweiterungsmodul 52, 57, 58 hat den Vorteil, dass ein Austausch von Erweiterungsmodulen durchführbar ist, ohne dazu die Verdrahtung am Klemmenblock 60 lösen zu müssen.
Auf das Geräteoberteil 40 der Erweiterungsmodule 52, 58, 59 ist eine Kennzeichnungsfläche 33 aufgebracht. Die Anzeige der in den Geräten 50 befindlichen Anzeigemittel 81, die vorzugsweise als lichtemittierende Dioden ausgebildet sind, wird mittels eines im Gehäuseoberteil 40 angeordneten Lichtleiters in vorteilhafter Weise kontaktlos auf die Frontseite des Gerätes übertragen.
2 zeigt ein Erweiterungsgerät 52, welches auf einen auf der Basisplatine 2 befindlichen Modulträger 10 aufsteckbar ist. Für die Verbindung des Modulträgers 10 mit der Basisplatine 2 sind an der Basisplatine 2 flexible angeformte Verriegelungsteile 3 vorhanden, die vorzugsweise als Rastnasen ausgeführt sind, wobei diese Rastnasen 3 in jeweils eine seitlich am Modulträger befindliche Bohrung 4 eingeführt und verrastet werden.
Das Erweiterungsgerät 52, einen Klemmenblock 60 mit aufgestecktem Interfacemodul 58 umfassend, ist auf den links in Seitenansicht dargestellten Modulträger 10 aufsteckbar. Beim Aufstecken des Erweiterungsgerätes 52 in Pfeilrichtung auf den Modulträger 10 rastet dieses mittels Rastelementen 28, die am Gehäuseunterteil 30 des Erweiterungsgerätes 52 angeformt sind, in eine im Modulträger 10 befindliche nicht dargestellte Öffnung ein. Außerdem wird dabei eine elektrische Verbindung durch Anschlusskontakte 84, die als Steckerleisten ausgeführt sind, und mehrpolige DIN-Stecker am Interfacemodul 58 hergestellt. Mit 11 ist eine Aussparung für die Aufnahme des Steckers zur elektrischen Verbindung der Erweiterungsmodule 52 untereinander bezeichnet.
Das auf der Basisplatine 2 zu befestigende Gerät 52 ist mit zusätzlichen aus weiteren Erweiterungsmodulen 58, 59 aufgebauten Erweiterungsgeräten mittels wenigstens einer lösbaren mechanischen Verriegelung, vorzugsweise mit einem steckbaren Verriegelungselement oder einer Rastverbindung, zusammenfügbar, wobei die Rastverbindung beispielsweise über auf dem Modulträger 10 angeformte Verriegelungshaken 14 ausgeführt ist und die Haken 14 in einer im anzufügenden weiteren Modulträger befindlichen weiteren Öse befestigt werden.
Am Geräteunterteil 30 sind Verriegelungsvorrichtungen 32 zur Verbindung des Gerätes 51, 52, 53 mit dem Modulträger 10 vorgesehen, die in Fig.7 näher beschrieben sind. Zur Verbindung des Gerätes 51, 52, 53 mit dem Modulträger 10 und somit auch mit den Anschlusselementen 60 wird das Gerät 51, 52, 53 auf den Modulträger 10 gesteckt und rastet dabei mittels der zwei mechanischen Verriegelungsvorrichtungen 32 auf dem Modulträger 10 ein.
Um das auf dem Modulträger 10 befestigte Gerät 52 wieder zu entfernen, ist ein gleichzeitigen Druck auf eine als Entriegelungsmittel wirkende Verriegelungsvorrichtungen 32 zur Verriegelung des Gehäuseunterteils 30 mit dem Modulträger 10 auszuüben, wodurch das Gerät 52 aus seiner Befestigung ohne den Einsatz von zusätzlichen Werkzeugen wieder entfernt werden kann.
3 zeigt ein beispielhaftes auf der Profilschiene 90 befestigtes Erweiterungsgerät 50 des Automatisierungsgerätes 1 mit einem teilbaren Gehäuse 20 mit wenigstens einer als Frontabdeckung ausgeführten Gehäuseabdeckung 40, mit einem Klemmenblock 60, mit jeweils einer jeder Anschlussklemme des Klemmenblocks 60 zugeordneten Kennzeichnungsfläche 20 zur Identifizierung der betreffenden Anschlussklemme sowie mit Anzeigemitteln 81 zur Anzeige des aktuellen Betriebszustandes eines der jeweiligen Anschlussklemme zugeordneten Feldgerätes, wobei das Erweiterungsgerät 50 den mittels einer Anformung 12 zur Aufnahme des Steckers zur Verbindung des Gerätes 50 über einen internen Bus an ein weiteres Gerät anschließbar ist.
Die Anschlussklemmen des Klemmenblockes 60 sind für einen Anschluss von Signalen und Prozessspannungen externer Feldgeräte, wie beispielsweise Sensoren und Aktoren, mittels Federzug- oder Schraubanschlusstechnik ausgeführt.
Die auf der Frontabdeckung 10 mittels eines Laser aufgebrachten unveränderbaren Kennzeichnungsflächen 20 zeigen jeweils die Zuordnung einer Klemmennummer zu den Signalbezeichnungen oder Spannungen aus dem Prozess, insbesondere die Zuordnung der Anzeigemittel 81 der Kanäle und Anschlussklemmen.
4 zeigt eine beispielhafte Ausführung des Gehäuseunterteils 30, in welchen drei Leiterplatten 80 mit den daran befestigten Anschlusskontakten 84 eines Erweiterungsgerätes 52 in drei Führungen 31 innerhalb des Gehäuseunterteils 30 angeordnet sind. Im Inneren des für alle Geräte 50 gleichartig aufgebauten Gehäuseunterteils 30 sind die angeformte Führungen 31 für die Aufnahme der Leiterplatten 80 des Gerätes 52 als Führungsschienen ausgeführt. Die gleichartigen Führungsschienen 31 für die Aufnahme der Leiterplatten im Gehäuseunterteil 30 ermöglichen somit einen beliebigen Austausch der Leiterplatten untereinander.
Die Führungsschienen 31 sind aus drei miteinander verbundenen schmalen quaderförmigen Teilen senkrecht an der Unterseite des Gehäuseunterteils 30 herausgeführt und einstückig mit dem Gehäuseunterteil 30 verbunden.
Auf den Leiterplatten des Erweiterungsgerätes 52 sind optischen Anzeigeelemente 81, vorzugsweise lichtemittierende Dioden, angeordnet, welche das Licht mittels eines im Gehäuseoberteil angeordneten Lichtleiters kontaktlos auf die Frontseite des Gerätes übertragen.
Das Gehäuseunterteil 30 wird mittels einer lösbaren Rastverbindung, welche vorzugsweise als verformbare Nase ausgeführt ist, mit dem Gehäuseoberteil 40 verbunden.
Am rückwärtigen Teil des Gehäuseunterteils 30, welcher auf den Modulträger 10 aufgesetzt und mit diesem befestigt wird, sind weitere Führungen 34 für die aus dem Gehäuse 20 herausgeführten Anschlusskontakte der Leiterplatten 80 angeformt, die mit dem entsprechenden Klemmenblock 60 im Modulträger 10 verbunden werden.
Für die Verbindung des Gerätegehäuses mit dem Modulträger 10 ist am Gehäuseunterteil 30 wenigstens eine als verformbare und flexible Steckvorrichtung ausgeführte Verriegelungsvorrichtung 32 angeformt, welche in eine am Modulträger 10 befindliche Aufnahme einsteckbar ist.
5 zeigt eine Ausführungsform der weiteren Führungen 34 zur Aufnahme der aus dem Gehäuse 20 herausgeführten Anschlusskontakte 84 der Leiterplatten 80.
Die Leiterplatten 80 sind so in den in 4 dargestellten Führungsschienen 31 des Gehäuseunterteils 30 eingeschoben, dass ihre Anschlusskontakte 84 aus den am Boden des Gehäuseunterteils 30 befindlichen kreisförmigen Öffnungen herausgeführt sind und mit den Führungen 34 einen rechteckförmigen Vorsprung an der Unterseite des Gehäuseunterteils bilden.
Die Abmessungen der Führungen 34 sind so gewählt, dass die entsprechenden Steckerleisten 84 der Leiterplatten 80 passgenau in die jeweiligen Führungen 34 einsteckbar sind.
Die Befestigung und sichere Führung der Anschlusskontakte 84 im Gehäuseunterteil 30 wird durch in der Leiterplatte 80 befindliche Einkerbungen 83 erleichtert, welche mit im Modulträger 10 befindlichen Anformungen, die an den Öffnungen 13 für die Anschlusselemente 60 angeformt sind, ineinander greifen.
Der Modulträger 10 und somit auch die daran angeformten Leisten 19 sind aus Kunststoff gefertigt.
6 zeigt die Anordnung der Klemmenblöcke 60 für ein aufsteckbares Interfacemodul und für drei aufsteckbare Ein-/ Ausgabemodule auf der Profilschiene 90. Aus der Darstellung ist ersichtlich, dass die Klemmenblöcke 60 durch Verschieben auf der Profilschiene 90 in Pfeilrichtung zusammensteckbar sind, und diese mittels der als Rastelemente ausgeführten Verriegelungselemente 14 verrasten. Außerdem wird über die Anformung für den Steckanschluss 12 des Klemmenblocks 60 und die Aussparung 11 für die Aufnahme des Steckers 90, auch als Erweiterungsbus-Steckbuchse bezeichnet, eine elektrische Steckverbindung für einen Erweiterungsbus hergestellt, der eine Erweiterung des Feldbusses darstellt, dessen Feldbusstecker am Feldbusanschluss 54 anschließbar ist. Die Klemmenblöcke 60 enthalten für den Erweiterungsbus erforderliche elektronische Einrichtungen, womit eine Weiterführung des Erweiterungsbusses zu weiteren Einausgabe-Erweiterungsgeräten ermöglicht ist. Im Modulträger 10 befindliche Aussparungen 13 und eine in der Basisplatine 2 zugeordnete Öffnung 4 eine Schraubmontage des Automatisierungsgerätes 1 auf eine Wand, falls keine Profilschiene 90 verwendet wird.
Für eine richtige Zuordnung der Geräte 50, 51, 52, 53, 58, 59 zu den Anschlusselementen 60 auf dem Modulträger 10 werden am Gehäuseunterteil 30 befindliche weitere Anformungen in die am Modulträger 10 zugeordneten weiteren Aussparungen 16 einführt. Durch die festgelegte Anordnung der weiteren Anformungen und Aussparungen 16 wird erreicht, dass die Geräte 50, 51, 52, 53, 58, 59 nicht mehr falsch gesteckt und somit zerstört werden.
Mittels einer seitlich am Modulträger 10 vorhandenen Ausnehmung 15 für die Einführung eines Schraubenziehers sind die aneinandergefügten Erweiterungsgeräte 52 in einfacher Weise wieder vom Automatisierungsgerät 1 zu lösen.
Die Basisplatine 2 ist dafür vorgesehen bis zu sieben Erweiterungsmodule 52 aufzunehmen, welche mit dem einem Feldbusstecker 54 über die Schnittstellenmodule an einen Feldbus anschließbar sind.
7 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer lösbaren Befestigung des Gerätegehäuses 20 am Modulträger 10 mittels einer Rast- und Steckverbindung, wodurch das Gerät auf einer Basisplatine 2 lösbar befestigt ist.
Für die Verbindung des Gerätegehäuses 20 mit dem Modulträger 10 ist am Gehäuseunterteil 30 eine wenigstens ein als verformbare und flexible Steckvorrichtung ausgeführtes Verriegelungsvorrichtung 32a angeformt, welche in eine am Modulträger 10 vorzugsweise rechteckige Öffnung 18 zur Aufnahme der Verriegelungsvorrichtung 32a einsteckbar ist. Mittels einer weiteren verformbaren und flexible Verbindungsvorrichtung 32b, die an der der Steckvorrichtung gegenüberliegenden Seite am Gehäuseunterteil 30 angeformt ist, wird das Gehäuseunterteil 30 mit dem Modulträger so verbunden, dass in einfacher Weise durch eine geringe Krafteinwirkung auf die Verriegelungsvorrichtung 32a, 32 b, welche nun als Entriegelungsvorrichtung wirkt, das Gehäuseunterteil 30 und damit das gesamte Gerät vom Modulträger 10 ohne Werkzeuge mit nur einer Hand lösbar ist. Die Verbindung zwischen dem Modulträger 10 und der Basisplatine 2 ist mittels wenigstens einem an der Basisplatine 2 angeformten Verriegelungsteils 3 ausgeführt.
8 zeigt eine beispielhafte mögliche Positionen der weiteren Anformungen 19 für eine die richtige Zuordnung der Anschlusskontakte 84 der Geräte 20 zu den Anschlussklemmen der Klemmenblöcke 60 mittels der Anformungen 19 zum Ineinandergreifen mit den zugehörigen Aussparungen 83 in der Leiterplatte 80.
3 zeigt beispielhafte mögliche Positionen für die Codierungen mittels der mechanischen Codiermittel 19, 83, insbesondere die Anordnung der Anformungen 19 für die unterschiedlichen Einheiten und Module des Automatisierungsgerätes.
Eine Ausführungsform der im Modulträger 10 befindlichen Anschlusselemente 60 ist in der 3a dargestellt, wobei die entsprechenden Anformungen 19 neben den entsprechenden Anschlusselementen 60 am Modulträger 10 angeformt sind und die Anschlusskontakte 84 der Leiterplatten 80 in die entsprechenden Anschlusselemente 60 einsteckbar sind.
In 3b sind Codierungen mittels einer jeweils unterschiedlichen Anordnung für verschiedene Modulträger 10 und darin befindliche unterschiedliche Klemmenblöcke 60 für die für eine Zentraleinheit ZE, die mit einem Ethernet-Anschluss verbindbar ist, für eine weitere Zentraleinheit ZA, die mit einem ARCNET- Anschluss verbindbar ist, für ein Schnittstellenmodul IM sowie für ein Ein-/ Ausgabemodul EAG, welches für den Anschluss von Gleichspannungsgeräten vorgesehen ist und für ein Ein-/ Ausgabemodul EAW, welches den Anschluss von Wechselspannungsgeräten vorgesehen ist.
Durch die in 3b dargestellte unterschiedliche Anordnung der weiteren Anformungen 19 ist somit in vorteilhafter Weise ein Aufstecken eines Moduls, welches für den Anschluss von 24V-Gleichspannungsgeräten vorgesehen ist, auf eine Steckstelle mit Anschlusselementen für ein 230V-Ein- /Ausgabegerät nicht durchführbar, da die Aussparungen 83 und zuordenbare Anformungen 19 für jeden Gerätetyp an verschiedenen Stellen an der Leiterplatte 80 und am Modulträger 10 angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Automatisierungsgerät
2: Basisplatine, Baugruppenträger
3: Verriegelungsteil zur Verbindung der Basisplatine mit dem Modulträger
4: in der Basisplatine befindliche Bohrung
10: Modulträger
11: Aussparung für die Aufnahme des Steckers zur elektrischen Verbindung der Erweiterungsmodule untereinander
12: Anformung für den Stecker zur elektrischen Verbindung der Erweiterungsmodule untereinander
13: im Modulträger befindliche Aussparung und Öffnungen
14: Verriegelungselement, Verriegelungshaken
15: Ausnehmung für ein Werkzeug
16: weitere Aussparung
18: Öffnung zur Aufnahme des Verriegelungselements
20: Gehäuse
28: Rastelement
30: Gehäuseunterteil
31: Führung zur Aufnahme einer Leiterplatte
32a: Verriegelungsvorrichtung zur Verriegelung des Gehäuseunterteils mit dem Modulträger
32b: an der der Steckvorrichtung gegenüberliegenden Seite am Gehäuseunterteil angeformte weitere Verbindungsvorrichtung
33: Kennzeichnungsfläche
34: weitere Führung
40: Gehäuseoberteil, Gehäuseabdeckung
50: Gerät, Modul, Einheit
51: Zentraleinheit
52: Erweiterungsgerät
53: Kommunikationskoppler
54: Feldbusstecker mit neutraler Feldbussteckerschnittstelle
55: Ethernet Anschluss
56: serieller Anschluss
57: Feldbusverbindung
58: Erweiterungsmodul als aufsteckbares Interfacemodul für Ein- /Ausgabemodul
59: Erweiterungsmodul als aufsteckbares Ein-/Ausgabemodul
60: Anschlusselement, Klemmenblock mit Klemmenbereich
80: Leiterplatte
81: Anzeigemittel
82: Anzeigenbereich
83: Einkerbungen in der Leiterplatte
84: Anschlusskontaktelemente, Anschlusskontakte der Leiterplatten
90: Profilschiene
ZE: Zentraleinheit für Ethernet- Anschluss
ZA: Zentraleinheit für ARCNET- Anschluss
IM: Schnittstellenmodul
EAG: Ein-/Ausgabemodul für den Anschluss von Gleichspannungsgeräten EAW Ein-/Ausgabemodul für den Anschluss von Wechselspannungsgeräten

Claims

Modulares erweiterungsfähiges Automatisierungsgerät (1) zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, dessen Module und Einheiten, nachfolgend Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) genannt, nebeneinander platzierbar und mittels Anschlusselementen (60) und eines Steckers über einen Bus elektrisch verbindbar sind, wobei die Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) jeweils aus mindestens einer mit elektrischen Bauelementen und Anschlusskontakten (84) bestückte Leiterplatte (80) aufgebaut sind und in einem aus ein Gehäuseunterteil (30) und ein Gehäuseoberteil (40) aufweisenden Gehäuse (20) angeordnet sind, wobei im gleichartig aufgebauten Gehäuseunterteil (30) angeformten Führungen die Leiterplatten (80) des jeweiligen Gerätes (50), (51), (52), (53), (58), (59) aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass - am rückwärtigen Teil des Gehäuseunterteils (30) weitere Führungen (34) für die aus dem Gehäuse (20) herausgeführten Anschlusskontakte der Leiterplatten (80) angeformt sind und - das Gehäuse (20) mittels eines Modulträgers (10) auf einer Basisplatine (2) lösbar befestigt ist. 1. Modulares erweiterungsfähiges Automatisierungsgerät (1) zur Steuerung und/oder Uberwachung technischer Prozesse, dessen Module und Einheiten, nachfolgend Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) genannt, nebeneinander platzierbar und mittels Anschlusselementen (60) und eines Steckers über einen Bus elektrisch verbindbar sind, wobei die Geräte (50), (51), (52), (53), (58), (59) jeweils aus mindestens einer mit elektrischen Bauelementen und Anschlusskon- takten (84) bestückte Leiterplatte (80) aufgebaut sind und in einem aus ein Ge- häuseunterteil (30) und ein Gehäuseoberteil (40) aufweisenden Gehäuse (20) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass -im gleichartig aufgebauten Gehäuseunterteil (30) angeformten Führungen die Leiterplatten (80) des jeweiligen Gerätes (50), (51), (52), (53), (58), (59) auf- nehmen, -am rückwärtigen Teil des Gehäuseunterteils (30) weitere Führungen (34) für die aus dem Gehäuse (20) herausgeführten Anschlusskontakte der Leiterplatten (80) angeformt sind und das Gehäuse (20) mittels eines Modulträgers (10) auf einer Basisplatine (2) lös- bar befestigt ist.
Automatisierungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module und Einheiten (50), (51), (52), (53), (58), (59) als eine Zentraleinheit, Kommunikationskoppler, Feldbussteckermodule, zentrale und/oder dezentralen Erweiterungsmodule ausgebildet sind.
Automatisierungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatine (2) mit den darauf befindlichen Modulträgern (10) und Geräten (50), (51), (52), (53), (58), (59) zu einem Automatisierungssystem zusammenfügbar oder entfernt auf hutförmigen Profilschiene anordenbar ist, wobei die elektrische Verbindung zwischen den Modulen und Einheiten mittels standardisierter Steckverbindungen realisiert ist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatine (2) dafür vorgesehen ist, bis zu sieben Erweiterungsmodule (58), (59) aufzunehmen, welche mit einem Feldbusstecker (54) über Schnittstellenmodule an einen Feldbus anschließbar sind.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Erweiterungsmodule (58), (59) mittels wenigstens einer lösbaren mechanischen Verriegelung, vorzugsweise mit einem steckbaren Verriegelungselement (14) und einer Aufnahme für das Verriegelungselement miteinander verbunden sind.
Automatisierungsgerät nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) am Modulträger (10) angeformt ist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine richtige Zuordnung der Geräte zu den Anschlusselementen (60) auf dem Modulträger (10) am Gehäuseunterteil (30) befindliche weitere Anformungen (15) in die am Modulträger (10) zugeordneten weiteren Aussparungen (16) einführbar sind.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil (40) mittels einer lösbaren Rastverbindung, mit dem Gehäuseunterteil (30) verbunden ist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseunterteil (30) wenigstens eine weitere lösbare Rast- und Steckverbindung zur Verbindung mit dem Modulträger (10) vorgesehen ist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung mit einem weiteren Erweiterungsmodul (58), (59) über seitlich am Modulträger befindliche ineinandergreifende Aussparungen (11) und Anformungen (12) geführt ist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den jeweiligen Leiterplatten (80) der Erweiterungsmodule (58), (59) optischen Anzeigemittel (81) angeordnet sind, welche das Licht mittels eines im Gehäuseoberteil (40) befindlichen Lichtleiters kontaktlos auf die Frontseite des Gerätes (50), (51), (52), (53), (58), (59) übertragen.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen der in einem Gerät (50), (51), (52), (53), (58), (59) angeordneten Leiterplatten mittels einer steckbaren Verbindung über die Anschlusskontakte (84) der Leiterplatte (8) und über die im Modulträger (10) befindlichen Anschlusselemente gebildet ist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatten (80), welche in den am Gehäuseunterteil (30) angeformten Führungen (31) angeordnet sind, beliebig untereinander austauschbar sind.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseunterteil (30) Anformungen zur Produktkodierung aufweist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulträger (10) einstückig aus Kunststoff ausgeführt ist.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulträger (10) Öffnungen und/oder Aussparungen für die Aufnahme des Gehäuseunterteils (30), der Anschlusselemente (60) mit den Anschlusskontakten (84) der Leiterplatten (80), der Stromversorgung, der Feldbusstecker, der für verschiedene Feldbusse oder Netzwerke verwendbare Koppler, und/oder der Schnittstellen umfasst.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (60) einen Klemmenbereich zum Anschluss externe Feldgeräte mittels Federzug- oder Schraubanschlusstechnik umfassen.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Basisplatine (2) ein, zwei oder vier Kommunikationskoppler (53) aufsteckbar sind.
Automatisierungsgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdung der Geräte (50), (51), (52, (53), (58), (59) über eine weitere im Modulträger (10) und entsprechend in der Basisplatine (2) befindliche Öffnung auf die hutförmige Profilschiene (90) geführt ist.