DE102005028735A1

DE102005028735A1 - Überwachungs- und Steuerungseinrichtung und Brückenmodul hierfür

Info

Publication number: DE102005028735A1
Application number: DE200510028735
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Albers
Original assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Current assignee: Wago Verwaltungs GmbH
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2005-06-20
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: CN1896984B; DE102005028735B4; JP2007006694A; US20060284596A1; JP4468331B2; CN1896984A; US7508690B2

Abstract

Es wird eine Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) mit einer Zusammenstellung von Systemmodulen (S¶i¶) in Form von Feldbus-Kopplermodulen, Versorgungsmodulen und/oder Eingabe-/Ausgabemodulen beschrieben, die angrenzend aneinander angeordnet sind und Anschlusskontakte haben, um einen Systembus (4) und/oder einen Spannungsversorgungsanschluss von einem Systemmodul (S¶i¶) an das nachfolgende Systemsmodul (S¶i+1¶) zu leiten. An dem Ende der Zusammenstellung von Systemmodulen (S¶i¶) ist ein Brückenmodul (B) gegenüberliegend von einem Feldbuskoppler (S¶1¶) zur Ankopplung des Systembusses (4) an einen Feldbus (7) und/oder gegenüberliegend von einem Spannungsversorgungsmodul (S¶2¶) zur Einspeisung einer Versorgungsspannung für die angeschlossenen Systemmodule (S¶i¶) ist ein zur redundanten Spannungsversorgung der an das Brückenmodul (B) angrenzenden Systemmodule (S¶i¶) und/oder zur Bereitstellung des Systembusses (4) für die an das Brückenmodul (B) angrenzenden Systemmodule (S¶i¶) vorgesehen, wenn ein Systemmodul (S¶n¶) aus der Folge von Systemmodulen (S¶i¶) entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung mit einer Zusammenstellung von Systemmodulen in Form von Feldbus-Kopplermodulen, Versorgungsmodulen und/oder Eingabe-/Ausgabemodulen, die angrenzend aneinander angeordnet sind und Anschlusskontakte haben, um einen Systembus und/oder einen Spannungsversorgungsanschluss von einem Systemmodul an das nachfolgende Systemmodul zu leiten.

Derartige Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtungen sind beispielsweise für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) oder Anlagen zur Prozessüberwachung bekannt und in der DE 44 02 002 A1 beschrieben. Auf einer gemeinsamen Hutschiene sind Systemmodule aufgesteckt, die jeweils ein eigenes Gehäuse mit von außen zugänglichen elektrischen Anschlussklemmen haben. Die Systemmodule werden angrenzend aneinander auf der Hutschiene angeordnet, wobei zugeordnete elektrische Kontaktanschlüsse von aneinander angrenzenden Systemmodulen miteinander verbunden sind. Auf diese Weise werden Spannungsversorgungsleitungen realisiert, über die ausgehend von einem in der Regel links auf der Hutschiene angeordneten geregelten Netzteil, (Spannungsversorgungsmodul) die Spannungsversorgung der angeschlossenen Systemmodule erfolgt. In entsprechender Weise wird durch die elektrischen Kontaktanschlüsse ein Systembus realisiert, der von der lin ken Seite über ein Feldbuskoppelmodul gespeist wird. Das Feldbuskoppelmodul dient zur Ankopplung des internen Systembusses an einen externen Feldbus.

Der Vorteil dieser ersten Bauart ist, dass die Leitungslänge der Versorgungsleitungen und des Systembusses durch die Systemmodule selbst festgelegt wird und keine separaten Leitungen erforderlich sind.

Eine zweite Bauart, die beispielsweise in D. Tschimpke: „Flexibilität zahlt sich aus„, in elektro AUTOMATION, 4/2005, S. 2 + 3 beschrieben ist, sieht vor, dass der Systembus und/oder die Spannungsversorgungsleitungen auf der Hutschiene realisiert sind. Die Systemmodule haben Kontaktstifte zur Kontaktierung der Systembus- und Spannungsversorgungsleitungen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Hutschienen relativ aufwändig sind und die Leitungslängen nicht optimal an die tatsächlich benötigten Leitungslängen angepasst sind. Hierdurch kann es zu unnötigen Dämpfungsverlusten kommen. Zudem sind die Systembus- und Spannungsversorgungsleitungen von außen zugänglich und einer potentiellen Störungsgefahr ausgesetzt.

Bei der Realisierung des Systembusses und/oder der Spannungsversorgungsleitung durch die erste Bauart mit Anschlussklemmen an den Systemmodulen zur Weiterleitung des Systembusses bzw. der Spannungsversorgungsleitung an ein angrenzendes Systemmodul besteht das Problem, dass durch Herausnehmen eines Systemmoduls in einer Folge von Systemmodulen der Systembus und die Spannungsversorgungsleitung unterbrochen wird.

Hot-Swap-fähige Systeme werden zur Automatisierung von Prozessen benötigt, in denen der Austausch einzelner Elektronikkomponenten nicht zum Stillstand des gesamten Systems führen darf. Der Grund des Austauschs kann ein Defekt einer einzelnen Elektronikkomponente oder die Notwendigkeit einer Modifikation sein.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung zur schaffen, deren Funktionalität auch bei Herausnahme eines Systemmoduls aus einer Folge von Systemmodulen sichergestellt ist.

Die Aufgabe wird mit der Überwachungs-Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Ende der Zusammenstellung von Systemmodulen mindestens ein Brückenmodul gegenüberliegend von einem Feldbuskoppler zur Ankopplung des Systembusses an einen Feldbus und/oder gegenüberliegend von einem Spannungsversorgungsmodul zur Einspeisung der Versorgungsspannung für die angeschlossenen Systemmodule zur redundanten Spannungsversorgung der an das Brückenmodul angrenzenden Systemmodule und/oder zur Bereitstellung des Systembusses für die an das Brückenmodul angrenzenden Systemmodule vorgesehen ist, wenn ein Systemmodul aus der Folge von Systemmodulen entfernt wird.

Die Überwachungs-/Steuerungseinrichtung kann hinsichtlich der Realisierung des Systembusses und der Spannungsversorgungsleitung eine Kombination der ersten und zweiten Bauart sein. Vorzugsweise ist die Überwachungs-Steuerungseinrichtung jedoch vollständig in der ersten Bauart realisiert.

Bei einer Anordnung von Systemmodulen auf eine Hutschiene, die in üblicher Weise von der linken Seite durch ein Spannungsversorgungsmodul mit einer Versorgungsspannung versorgt werden und mit Hilfe eines Feldbuskoppelmoduls einen gemeinsamen Systembus zur Verfügung gestellt bekommen, wird anstelle der üblichen Abschlussklemme mit Abschlusswiderständen für den Systembus ein Hot-Swap-fähiges Brückenmodul eingesetzt, das die daran angeschlossenen Systemmodule von rechts mit der Versorgungsspannung und/oder dem Systembus versorgt, wenn die Folge durch Herausnehmen eines Systemmoduls unterbrochen wird.

Das Brückenmodul hat vorzugsweise eine Überwachungseinheit zur Erkennung des Auftrennens des Systembusses und/oder zur Erkennung des Abklemmens der Versorgungsspannung, wenn ein Systemmodul aus der Folge von Systemmodulen herausgenommen wird. Mit Hilfe der Überwachungseinheit wird anschließend möglichst verzögerungsfrei der Systembus und/oder die Spannungsversorgung für die an das Brückenmodul angrenzende Folge von Systemmodulen bereitgestellt. Das heißt, dass die Spannungsversorgung und der Systembus nicht permanent durch das Brückenmodul bereitgestellt werden, sondern bedarfsweise. Damit wird eine Störung der Regelung eines geregelten Netzteils eines Spannungsversorgungsmoduls verhindert und ein ordnungsgemäßer Abschluss des Systembusses sichergestellt. Zur Bereitstellung eines redundanten Systembusses verfügt das Brückenmodul vorzugsweise über einen Abschlusswiderstand, der im ordnungsgemäßen Zustand eingeschaltet wird. Erst wenn ein Auftrennen des Systembusses erkannt wurde, wird der Abschlusswiderstand durch den über eine fliegende Leitung an das Brückenmodul angeschlossenen Systembus ersetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Brückenmodul ein geregeltes Netzteil mit außen zugänglichen Anschlussklemmen zur Verdrahtung mit einem Spannungsversorgungsanschluss eines anderen Systemmoduls der Überwachungs-Steuerungseinrichtung. Das Brückenmodul wird mit einer fliegenden Leitung mit einer Versorgungsspannung von z. B. 24 V versorgt, die in einem Schaltschrank in der Regel zur Verfügung steht. Mit dem geregelten Netzteil wird diese Spannung auf eine interne Versorgungsspannung von z. B. 5 V oder 3,3 Volt herabgeregelt.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform hat das Brückenmodul kein Netzteil. Vielmehr sind außen zugängliche Anschlussklemmen für eine Spannungsversorgungsleitung zu einem Ausgang eines geregelten Netzteils eines Systemmoduls vorgesehen. Die Anschlussklemmen sind direkt mit dem Spannungsversorgungsanschluss für die an das Brückenmodul angrenzenden Systemmodule verbunden. Dabei kann auf eine Überwachungseinheit verzichtet werden und die Spannungsversorgung permanent redundant über das Brückenmodul eingespeist werden, da ein Regelungskonflikt von Netzteilen vermieden wird.

Es ist ebenso vorteilhaft, wenn ein Brückenmodul außen zugängliche Anschlussklemmen für eine separate an ein anderes Systemmodul der Überwachungs-Steuerungseinrichtung anschließbare Systembusleitung hat. Dabei muss das Brückenmodul zur Bereitstellung einer redundanten Spannungsversorgung nicht identisch mit dem Brückenmodul zur Bereitstellung eines redundanten Systembusses sein. Für jeden Zweck kann ein eigenes Brückenmodul vorgesehen werden. Vorteilhaft ist es jedoch, beide Funktionen in ein Brückenmodul zu integrieren. Die Anschlussklemmen für den Systembus sind vorzugsweise zum Anschluss an außen zugängliche Anschlussklemmen eines Feldbus-Koppelmoduls vorgesehen. Das Feldbus-Koppelmodul ist dabei derart modifiziert, dass dort außen zugängliche Anschlussklemmen für den Systembus vorgesehen sind.

Vorteilhaft ist es auch, wenn ein Brückenmodul sowohl Anschlussklemmen für den redundanten Systembus, als auch Anschlussklemmen für eine Versorgungsspannung hat. Der Systembus und die Versorgungsspannung werden damit durch fliegende Leitungen bereitgestellt, die in die Anschlussklemmen des Brückenmoduls gesteckt werden. Die Überwachungseinheit kann in einfacher Weise so eingerichtet sein, dass eine Herausnahme eines Systemmoduls anhand eines Einbruchs der Versorgungsspannung erkannt wird und anschließend sofort Gegenmaßnahmen durch Aufschalten der redundanten Versorgungsspannung auf die Anschlusskontakte des Brückenmoduls und Aufschalten des Systembusses auf die entsprechenden Anschlusskontakte des Brückenmoduls eingeleitet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 – Blockdiagramm einer Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung mit Brückenmodul am rechten Ende der Folge von Systemmodulen;
2 – Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung.
Die 1 lässt ein Blockdiagramm einer Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung 1 erkennen, bei der eine Zusammenstellung von Systemmodulen S_i mit i = 1 bis N auf einer Hutschiene 2 aufgesteckt sind. Die Systemmodule S_i sind aneinander angrenzend angeordnet und haben Anschlusskontakte 3a für einen Systembus 4 und Anschlusskontakte 3b für eine Spannungsversorgungsleitung 5. Je nach Bauart kann auch nur entweder der Systembus 4 oder die Spannungsversorgungsleitung 5 mit Hilfe der Anschlusskontakte 3a, 3b realisiert werden. Jeweils ein Anschlusskontakt 3 auf der linken Seite eines Systemmoduls S_i ist mit einem zugeordneten Anschlusskontakt 3 auf der rechten Seite des Gehäuses des Systemmoduls S_i verbunden. Die Anschlusskontakte 3 sind so ausgebildet, dass beim Aufstecken eines Systemmoduls S_i der Anschlusskontakt 3 mit einem entsprechenden Anschlusskontakt 3 des angrenzenden Systemmoduls S_i elektrisch verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Systembus 4 bzw. eine Spannungsversorgungsleitung 5 einfach durch Aneinanderreihen von Systemmodulen S_i gebildet.
An dem linken Ende der auf die Hutschiene 2 aufgesteckten Systemmodule S_i ist ein Feldbus-Koppelmodul S₁ als Systemmodul S angeordnet. Das Systembus-Feldbus-Koppelmodul S₁ hat eine Koppeleinheit 6, um den internen Systembus 4 an einen externen Feldbus 7 anzukoppeln. Derartige Feldbus-Koppelmodule S₁ sind hinreichend bekannt.
Angrenzend an das Feldbus-Koppelmodul S₁ ist ein Spannungsversorgungsmodul S₂ mit einem geregelten Netzteil 8 vorgesehen, das an eine Versorgungsspannung V von z. B. 24 V mit Hilfe von nicht dargestellten Anschlussklemmen am Gehäuse des Spannungsversorgungsmoduls S₂ geschaltet ist. Das Feldbus-Koppelmodul S₁ und das Spannungsversorgungsmodul S₂ können getrennt voneinander oder als integrale Einheit realisiert sein. Ausgehend von dem Spannungsversorgungsmodul S₂ wird die Spannungsversorgungsleitung 5 für die angrenzenden Systemmodule S₁ bereitgestellt.
An dem rechten, dem Feldbus-Koppelmodul S₁ und dem Spannungsversorgungsmodul S₂ gegenüberliegenden Ende der Folge von Systemmodulen S_i ist ein Brückenmodul B vorgesehen, das eine erste Überwachungseinheit 9 zur Erkennung eines Einbruchs der Versorgungsspannung auf der Spannungsversorgungsleitung 5 hat. Weiterhin ist ein geregeltes Netzteil 10 in das Brückenmodul B integriert, um eine redundante Spannungsversorgung für die links an das Brückenmodul B angrenzenden Systemmodule S_n+i bereitzustellen, wenn ein Einbruch der Spannungsversorgung erkannt wurde. Das geregelte Netzteil 10 wird mit nicht dargestellten von außen zugänglichen Anschlussklemmen am Gehäuse des Brückenmoduls B mit einer Versorgungsspannung V von z. B. 24 V mit Hilfe fliegender Leitungen 11 permanent versorgt. Die Versorgungsspannung V steht in üblichen Überwachungs-/Steuerungseinrichtungen 1 in der Regel problemlos beispielsweise an Anschlussklemmen eines Spannungsversorgungsmodul S₂ zur Verfügung.
Zusätzlich oder alternativ zur redundanten Spannungsversorgung ist eine zweite Überwachungseinheit 12 vorgesehen, die bei Erkennung eines Ausfalls der Versorgungsspannung auf der Spannungsversorgungsleitung 5 und/oder eines Zusammenbruchs des Systembusses 4 die links an das Brückenmodul B angrenzenden Systemmodule S_n+1, S_n+2 ... mit dem Systembus versorgt, wenn beispielsweise das Systemmodul S_n entfernt wurde. Das Brückenmodul B ist hierzu mit einer fliegenden Leitung 13 über Anschlussklemmen mit entsprechenden Anschlussklemmen an dem Feldbus-Koppelmodul S₁ verbunden, an denen der Systembus bereitgestellt wird. Ggf. kann mindestens eine Abschlussimpedanz in dem Brückenmodul B vorgesehen sein, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Systembusses 4 sicherzustellen.
Die 2 lässt eine zweite Ausführungsform der Überwachungs-/Steuerungseinrichtung 1 erkennen, bei der das Brückenmodul kein eigenes Netzteil und keine Überwachungseinheit 9 zur Sicherstellung einer redundanten Spannungsversorgung hat. Vielmehr sind außen zugängliche Anschlussklemmen 14 zum Anschluss einer fliegenden Spannungsversorgungsleitung 15 zu einem Ausgang eines geregelten Netzteils 8 eines Systemmoduls S₂ vorgesehen. Die Anschlussklemmen 14 sind direkt mit dem Spannungsversorgungsanschluss 3b für die an das Brückenmodul B angrenzenden Systemmodule S_n+1, S_n+2, ... verbunden. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Versorgungsspannung für die Systemmodule S_i permanent redundant über das Brückenmodul eingespeist.
Mit Hilfe des Brückenmoduls B wird somit ein weiterer Betrieb der an das Brückenmodul B links angrenzenden Systemmodule S_n+1, S_n+2 ... S_N sichergestellt, auch wenn ein Systemmodul S_n aus der Folge von Systemmodulen S_i herausgenommen wird. Die links von dem herausgenommenen Systemmodul S_N angrenzenden Systemmodule S₃ ... S_n-1 werden hingegen von der linken Seite wie im normalen Betrieb auch mit der Spannungsversorgungsleitung 5 und dem Systembus 4 versorgt.
Auf diese Weise wird eine Hot-Swap-Fähigkeit der Überwachungs-/Steuerungseinrichtung 1 auf einfache Weise realisiert.

Claims

Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) mit einer Zusammenstellung von Systemmodulen (S_i) in Form von Feldbus-Kopplermodulen, Versorgungsmodulen und/oder Eingabe-/Ausgabemodulen, die angrenzend aneinander angeordnet sind und Anschlusskontakte (3a, 3b) haben, um einen Systembus (4) und/oder einen Spannungsversorgungsanschluss von einem Systemmodul (S_i) an das nachfolgende Systemmodul (S_i+1) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ende der Zusammenstellung von Systemmodulen (S_i) gegenüberliegend von einem Feldbuskoppler (S₁) zur Ankopplung des Systembusses (4) an einen Feldbus (7) und/oder gegenüberliegend von einem Spannungsversorgungsmodul (S₂) zur Einspeisung einer Versorgungsspannung für die angeschlossenen Systemmodule (S_i) mindestens ein Brückenmodul (B) zur redundanten Spannungsversorgung der an das Brückenmodul (B) angrenzenden Systemmodule (S_i) und/oder zur Bereitstellung des Systembusses (4) für die an das Brückenmodul (B) angrenzenden Systemmodule (S_i) vorgesehen ist, wenn ein Systemmodul (S_i) aus der Folge von Systemmodulen (S_n) entfernt wird.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenmodul (B) eine Überwachungseinheit (9) zur Überwachung der Versorgungsspannung und Erkennung der Herausnahme eines Systemmoduls (S_i) aus der Folge von Systemmodulen (S_i) bei einem Einbruch der Versorgungsspannung hat.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Systemmodul (S_i) und/oder das Brückenmodul (B) eine Überwachungseinheit (12) zur Erkennung der Auftrennung des Systembusses (4) bei Herausnehmen eines Systemmoduls (S_i) aus der Folge von Systemmodulen (S_i) und zum anschließenden Bereitstellen des Systembusses (4) für die an das Brückenmodul (B) angrenzende Folge von Systemmodulen (S_i) hat.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenmodul (B) ein geregeltes Netzteil (10) mit außen zugänglichen Anschlussklemmen (3a, 3b) zur Verdrahtung mit einem Spannungsversorgungsanschluss eines anderen Systemmoduls (S_i) der Überwachungs- und/oder Steuerungsanlage (1) hat.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das ein Brückenmodul (B) außen zugängliche Anschlussklemmen (3a, 3b) für eine separate an ein anderes Systemmodul (S_i) der Überwachungs- und/oder Steuerungsanlage (1) anschließbare Systembusleitung hat.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenmodul (B) außen zugängliche Anschlussklemmen (3a, 3b) für eine Spannungsversorgungsleitung zu einem Ausgang eines geregelten Netzteils eines Systemmoduls (S_i) hat und die Anschlussklemmen (3a, 3b) direkt mit dem Spannungsversor gungsanschluss für die an das Brückenmodul (B) angrenzenden Systemmodule (S_i) verbunden sind.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussklemmen (3a, 3b) für den Systembus (4) zum Anschluss an außen zugängliche Anschlussklemmen (3a, 3b) eines Feldbuskoppelmoduls (S₁) vorgesehen sind.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brückenmodul (B) sowohl Anschlussklemmen (3a, 3b) für den redundanten Systembus (4), als auch ein mit Anschlussklemmen (3a, 3b) für eine Versorgungsspannung verbundenes geregeltes Netzteil (10) zur Bereitstellung einer redundanten Versorgungsspannung hat.
Überwachungs- und/oder Steuerungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemmodule (S_i) und das mindestens eine Brückenmodul (B) auf einer gemeinsamen Hutschiene (2) angeordnet sind.
Brückenmodul (B) für die Überwachungs- und Steuerungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brückenmodul (B) zur Bereitstellung einer redundanten Spannungsversorgung und/oder eines Systembusses (4) für an das Brückenmodul (B) angekoppelte Systemmodule (S_i) eingerichtet ist, wenn die angekoppelten Systemmodule (S_i) nicht mehr anderweitig mit einer Versorgungsspannung versorgt und/oder einem Systembus verbunden sind.