EP2592696B1 - Automatisierungskomponente eines modularen Automatisierungsgerätes - Google Patents
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- H01R9/2691—Clip-on terminal blocks for side-by-side rail- or strip-mounting with ground wire connection to the rail
Definitions
- the invention relates to an automation component of a modular automation device having a base module and an electronics module which can be plugged onto this base module according to the preamble of claim 1.
- the invention relates to a modular automation device with such an automation component.
- the process signal lines are shielded by means of a metal shell provided with reference potential, in order to avoid the influence of electromagnetic interference fields, in particular electromagnetic interference fields in a rough process environment, to reduce.
- process voltage lines are often not shielded.
- the interference fields can have a detrimental effect on the process signals, for example in the form of a disturbing signal influencing, and can also affect the process voltages disturbing.
- high-frequency currents can flow through this metallic shell or shielding, which also have a disadvantageous effect; because these generate a magnetic interference field, which can induce interference voltages in the process signal and process voltage lines and thus interferes with the useful signals conducted via the connection elements of the automation component.
- An automation component according to the preamble of claim 1 and an automation device according to the preamble of claim 5 is known from DE 197 48 530 C1 known. Measures to achieve good behavior with regard to electromagnetic compatibility (EMC behavior) are not proposed there.
- EMC behavior electromagnetic compatibility
- the invention is therefore an object of the invention to provide an automation component of the type mentioned with improved behavior in terms of electromagnetic compatibility (EMC behavior) and beyond a modular automation device with improved EMC behavior.
- EMC behavior electromagnetic compatibility
- connection elements for contacting with the process signal and process voltage lines are part of a terminal block, which is arranged on a carrier element in the form of a multilayer printed circuit board whose outer layers are provided for shielding.
- a support element By such a support element, the process signals are shielded in the region of the support element and the support member acts as an "extended" cable shield or as a continuation of the cable shield to the connection elements of the electronic module.
- the connection elements for connecting the process voltage lines are connected to the outer end of the terminal block, whereby a coupling of caused by the process voltage disturbances is largely avoided.
- the terminal block shielded, for example, as a shielded connector to form.
- a headband provided with a contact spring is attached to one side of the multilayer printed circuit board, such that the contact spring and a side wall at the outer end of the terminal block form a recess for receiving a flag of a cable shield. Therefore, if the tab of the cable shield pad is inserted into the recess, the cable shield pad covers the connection elements for connecting the process voltage lines, whereby the disturbances caused by the process voltage are even better suppressed or prevented from coupling into the process signal lines.
- the unshielded surface is reduced, which passes through the interference magnetic field, this Interference magnetic field of high-frequency via the cable shield and the process voltage lines flowing currents is effected.
- This unshielded surface is "spanned" on the one hand between the process signal lines and the cable shield and on the other hand between the process signal lines and the reference potential of the electronic module.
- Due to the reduced area the couplable interference voltage is reduced, the interference voltage component induced in the process signal lines, which is applied together with the useful signal at the electronics module, is reduced.
- the multilayer printed circuit board is provided with filtering and damping means, which are connected downstream of the connecting elements for connection of the process voltage lines.
- the electronic module is loaded with already filtered process voltages.
- these filter and damping means can be designed for a higher cutoff frequency, whereby faster or higher-frequency process signals can be transmitted or processed.
- the multi-layer printed circuit board between the terminal block and the other connection elements is arranged, wherein the connection elements for connecting the process voltage lines by means of multilayer printed circuit board with the other connection elements are electrically connected and wherein a arranged over these other connections Schirmbügel with contacted the mounting rail.
- the terminal block is shielded, z.
- educated in the form of a shielded connector.
- a multilayer printed circuit board which is part of a base module of an automation component of an automation device.
- the base module for example, not shown here clamping connections.
- a terminal block 3 with a plurality of connection elements 4, 5 is arranged, of which the connection elements 4 are provided for connecting not shown here process signal lines of a signal cable and the connection elements 5 for connecting also not shown here process voltage lines of a voltage cable.
- the connecting elements 5 for connecting the process voltage lines are connected to the outer end of the terminal block 3.
- the multilayer printed circuit board 1 is further provided with a connector 6, which is provided for receiving an electronic module of the automation component.
- This electronic module can be used, for example, as an analog or digital input / output module, as an intelligent module with CPU functionality, be designed as an interface module or as another functional or technology module.
- the terminals of the connector 6 are at least partially electrically connected via corresponding tracks of the multilayer printed circuit board 1 with the connection elements 4, 5 of the terminal block 3.
- the outer layers of the multi-layer printed circuit board 1 are formed for shielding, wherein the outer layers of the multilayer printed circuit board 1 are electrically connected via contact springs 13, 14 with the mounting rail 2 connected to the shield potential.
- the transmitted over the process signal lines process signals are shielded.
- the outer layers of the multilayer printed circuit board 1 are connected to the screen of the signal cable or the process signal lines by - as will be shown below - contact them with a flag 7 of a cable shield 8, in which the shielding of the process signal lines connected to the shield potential by means of a Screw terminal 9 is attached.
- These process signal lines are passed through the cable screen support 8 for connection to the connection elements 4, which is described in US Pat FIG. 1 indicated by an arrow X.
- a further contact spring 10 of a retaining clip 11 is provided, which is attached to one side of the multilayer printed circuit board 1.
- This contact spring 10 forms with the side wall 12 of the terminal block 3 at the outer end of this terminal block 3 has a recess for receiving the lug 7 of the cable shield 8.
- the multilayer printed circuit board 1 on the opposite side of the terminal block 3 of this multilayer printed circuit board 1 filter and damping means 15, which are connected downstream of the connection elements 5 for connecting the process voltage lines.
- further connection elements 16 are further arranged, which are provided for forwarding the process voltage to at least one adjacent base module.
- These further connection elements 16 are electrically connected via conductor tracks of the multi-layer printed circuit board 1 to the connection elements 5 for connecting the process voltage lines, to improve the shield and to protect the other connection elements 16, a shield bracket 17 is arranged on these other connection elements 16, which is connected to the mounting rail 2 contacted by the contact spring 13.
Landscapes
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft eine Automatisierungskomponente eines modularen Automatisierungsgerätes mit einem Basismodul und einem auf dieses Basismodul steckbaren Elektronikmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein modulares Automatisierungsgerät mit einer derartigen Automatisierungskomponente.
- Aus dem Siemens-Katalog ST 70, Kapitel 9, Ausgabe 2011 ist ein Automatisierungsgerät in Form einer so genannten "Dezentralen Peripherie" bekannt, welche für eine dezentrale Automatisierung eines zu steuernden technischen Prozesses vorgesehen ist. Diese Peripherie ist über einen geeigneten Bus mit einem übergeordneten Automatisierungsgerät bzw. Automatisierungssystem verbunden und weist Automatisierungskomponenten in Form von mit Elektronikmodulen bestückten Basismodulen auf, an die Prozesssignal- und Prozessspannungsleitungen anschließbar sind, wobei über die Prozessspannungsleitungen häufig Aktoren sowie Sensoren mit einer Versorgungs- bzw. einer Prozessspannung beaufschlagt werden. Die Prozesssignalleitungen sind zur Übermittlung von Prozesssignalen vorgesehen, z. B. Prozesssignale in Form von Sensor-und/oder Aktorsignalen, wobei ein Sensor, z. B. ein Druck-oder Temperatursensor, dem Elektronikmodul der Automatisierungskomponente ein Sensorsignal zuführt, welches eine erfasste Temperatur oder einen erfassten Druck repräsentiert, und das Elektronikmodul beispielsweise nach der Verarbeitung des Sensorsignals mittels eines Aktorsignals einen Aktor ansteuert.
- Gewöhnlich sind die Prozesssignalleitungen mittels einer mit Bezugspotential versehenen metallischen Hülle abgeschirmt, um den Einfluss elektromagnetischer Störfelder, insbesondere elektromagnetische Störfelder in einer rauen Prozessumgebung, zu verringern. Prozessspannungsleitungen sind dagegen oft nicht abgeschirmt. Die Störfelder können sich schädlich auf die Prozesssignale auswirken, beispielsweise in Form einer störenden Signalbeeinflussung, und können ferner die Prozessspannungen störend beeinflussen. Allerdings können über diese metallische Hülle bzw. Abschirmung hochfrequente Ströme flie-βen, die sich ebenfalls nachteilig auswirken; denn diese erzeugen ein magnetisches Störfeld, welches in den Prozesssignal- und Prozessspannungsleitungen Störspannungen induzieren kann und somit die über die Anschlusselemente der Automatisierungskomponente geleiteten Nutzsignale störend beeinflusst.
Es sind daher Maßnahmen erforderlich, welche ein Einkoppeln der genannten Störungen in die Automatisierungskomponente weitgehend verhindern, um dadurch ein fehlerfreies und sichereres Steuern eines technischen Prozesses zu gewährleisten, d. h. um dadurch sicherzustellen, dass die Automatisierungskomponente bzw. das Automatisierungsgerät einen technischen Prozess zur Lösung der Automatisierungsaufgabe fehlerfrei steuern kann. - Eine Automatisierungskomponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Automatisierungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 ist aus der
DE 197 48 530 C1 bekannt. Maßnahmen, um ein gutes Verhalten im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV-Verhalten) zu erzielen, werden dort nicht vorgeschlagen. - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Automatisierungskomponente der eingangs genannten Art mit einem verbesserten Verhalten im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV-Verhalten) und darüber hinaus ein modulares Automatisierungsgerät mit einem verbesserten EMV-Verhalten zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Automatisierungskomponente durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, bezüglich des modularen Automatisierungsgerätes durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 angegebenen Maßnahmen gelöst.
- Die Anschlusselemente zum Kontaktieren mit den Prozesssignal-und Prozessspannungsleitungen sind Bestandteil eines Anschlussblockes, welcher auf einem Trägerelement in Form einer Mehrlagen-Leiterplatte angeordnet ist, deren Außenlagen zur Abschirmung vorgesehen sind. Durch ein derartiges Trägerelement werden die Prozesssignale auch im Bereich des Trägerelementes abgeschirmt und das Trägerelement wirkt wie ein "verlängerter" Kabelschirm bzw. wie eine Weiterführung des Kabelschirms bis zu den Anschlusselementen des Elektronikmoduls. Darüber hinaus sind die Anschlusselemente zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen an das äußere Ende des Anschlussblockes gelegt, wodurch ein Einkoppeln von durch die Prozessspannung bewirkten Störungen weitgehend vermieden wird. Ferner ermöglicht ein derartiges Trägerelement in Form einer Mehrlagen-Leiterplatte, den Anschlussblock geschirmt, beispielsweise als geschirmten Steckverbinder, auszubilden.
- Ein mit einer Kontaktfeder versehener Haltebügel ist an einer Seite der Mehrlagen-Leiterplatte befestigt, derart, dass die Kontaktfeder und eine Seitenwand am äußeren Ende des Anschlussblockes eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Fahne einer Kabelschirmauflage bilden. Falls die Fahne der Kabelschirmauflage in die Ausnehmung gesteckt ist, überdeckt daher die Kabelschirmauflage die Anschlusselemente zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen, wodurch die durch die Prozessspannung bewirkten Störungen noch besser unterdrückt bzw. gehindert werden, in die Prozessignalleitungen einzukoppeln. Mittels einer derartigen direkten Kontaktierung der Kabelschirmauflage mit den Außenlagen der Mehrlagen-Leiterplatte ist die Fläche, welche sich zwischen dem Kabelschirm und den aus diesem Kabelschirm herausragenden Prozesssignalleitungen und den Anschlusselementen ergibt, minimal.
- Vorteilhaft ist, dass die ungeschirmte Fläche verringert wird, welche das Störmagnetfeld durchsetzt, wobei dieses Störmagnetfeld von hochfrequenten über die Kabelschirmung und die Prozessspannungsleitungen fließenden Strömen bewirkt wird. Diese ungeschirmte Fläche wird einerseits zwischen den Prozesssignalleitungen und der Kabelschirmung und andererseits zwischen den Prozesssignalleitungen und dem Bezugspotential des Elektronikmoduls "aufgespannt". Mit anderen Worten: Durch die verringerte Fläche wird die einkoppelbare Störspannung verringert, der in die Prozesssignalleitungen induzierte Störspannungsanteil, welcher zusammen mit dem Nutzsignal am Elektronikmodul anliegt, wird vermindert.
- In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Mehrlagen-Leiterplatte mit Filter- und Dämpfungsmitteln versehen, welche den Anschlusselementen zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen nachgeschaltet sind. Dadurch wird das Elektronikmodul mit bereits gefilterten Prozessspannungen beaufschlagt.
- Aufgrund der - wie erläutert - geringen Einkoppelfläche können diese Filter- und Dämpfungsmittel für eine höhere Grenzfrequenz ausgelegt sein, wodurch schnellere bzw. höherfrequente Prozesssignale übermittelt bzw. verarbeitet werden können.
- Gemäß den in Anspruch 3 angegebenen Maßnahmen ist die Mehrlagen-Leiterplatte zwischen dem Anschlussblock und den weiteren Anschlusselementen angeordnet, wobei die Anschlusselemente zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen mittels der Mehrlagen-Leiterplatte mit den weiteren Anschlusselementen elektrisch verbunden sind und wobei ein über diesen weiteren Anschlüssen angeordneter Schirmbügel mit der Montageschiene kontaktiert. Mittels derartiger Maßnahmen wird die gefilterte Prozessspannung an benachbarte Automatisierungskomponenten weitergeleitet, wobei die Abschirmung aufgrund des Schirmbügels weiter verbessert wird.
- In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Anschlussblock geschirmt, z. B. in Form eines geschirmten Steckverbinders, ausgebildet. Dadurch können schnellere bzw. höherfrequente Prozesssignale, insbesondere in Verbindung mit den Filter-und Dämpfungsmitteln, übermittelt bzw. verarbeitet werden.
- Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist, werden im Folgenden die Erfindung, deren Ausgestaltungen sowie Vorteile näher erläutert.
- Es zeigen:
-
Figuren 1 und 2 Bestandteile eines Automatisierungsgerätes. - Die in den Figuren dargestellten gleichen Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
- In den
Figuren 1 und 2 ist mit 1 eine Mehrlagen-Leiterplatte bezeichnet, die Bestandteil eines Basismoduls einer Automatisierungskomponente eines Automatisierungsgerätes ist. Um die Automatisierungskomponente auf einer an ein Schirmpotential, z. B. einer Funktionserde, angeschlossenen Montageschiene bzw. Hutschiene 2 des Automatisierungsgerätes zu befestigen, weist das Basismodul beispielsweise hier nicht dargestellte Klemmverbindungen auf. Auf der Mehrlagen-Leiterplatte 1 ist ein Anschlussblock 3 mit mehreren Anschlusselementen 4, 5 angeordnet, von denen die Anschlusselemente 4 zum Anschließen von hier nicht dargestellten Prozesssignalleitungen eines Signalkabels und die Anschlusselemente 5 zum Anschließen von ebenfalls hier nicht dargestellten Prozessspannungsleitungen eines Spannungskabels vorgesehen sind. Um ein Einkoppeln von durch die Prozessspannung bewirkten Störungen weitgehend zu vermeiden, sind die Anschlusselemente 5 zum Anschließen der Prozessspannungsleitungen an das äußere Ende des Anschlussblockes 3 gelegt. - Die Mehrlagen-Leiterplatte 1 ist ferner mit einem Steckverbinder 6 versehen, welcher zur Aufnahme eines Elektronikmoduls der Automatisierungskomponente vorgesehen ist. Dieses Elektronikmodul kann beispielsweise als analoges oder digitales Ein-/Ausgabemodul, als intelligentes Modul mit CPU-Funktionalität, als Interface-Modul oder als sonstiges Funktions- oder Technologiemodul ausgebildet sein. Die Anschlüsse des Steckverbinders 6 sind zumindest teilweise über entsprechende Leiterbahnen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 mit den Anschlusselementen 4, 5 des Anschlussblockes 3 elektrisch verbunden. Die Außenlagen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 sind zur Abschirmung ausgebildet, wobei die Außenlagen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 über Kontaktfedern 13, 14 mit der an das Schirmpotential angeschlossenen Montageschiene 2 elektrisch verbunden sind. Dadurch, dass die Außenlagen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 zur Abschirmung vorgesehen sind, werden die über die Prozesssignalleitungen übermittelten Prozesssignale abgeschirmt. Das bedeutet, dass die Prozesssignale sowohl im Bereich des Anschlussblockes 3 als auch im Bereich des Steckverbinders 6 abgeschirmt werden und die Mehrlagen-Leiterplatte 1 wie ein "verlängerter" Kabelschirm wirkt.
Die Außenlagen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 werden mit dem Schirm des Signalkabels bzw. der Prozesssignalleitungen verbunden, indem - wie im Folgenden noch gezeigt wird - diese mit einer Fahne 7 einer Kabelschirmauflage 8 kontaktieren, in welcher die an das Schirmpotential angeschlossene Abschirmung der Prozesssignalleitungen mittels einer Schraubklemme 9 befestigt ist. Diese Prozesssignalleitungen sind zum Anschließen an die Anschlusselemente 4 durch die Kabelschirmauflage 8 hindurchgeführt, was in derFigur 1 mittels eines Pfeils X angedeutet ist. Zum Kontaktieren der Fahne 7 der Kabelschirmauflage 8 mit den Außenlagen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 ist eine weitere Kontaktfeder 10 eines Haltebügels 11 vorgesehen, welcher an einer Seite der Mehrlagen-Leiterplatte 1 befestigt ist. Diese Kontaktfeder 10 bildet mit der Seitenwand 12 des Anschlussblockes 3 am äußeren Ende dieses Anschlussblockes 3 eine Ausnehmung zur Aufnahme der Fahne 7 der Kabelschirmauflage 8. Für den Fall, dass die Fahne 7 in die Ausnehmung gesteckt wird - was inFigur 1 mittels eines Pfeils Y angedeutet ist -, kontaktieren die Außenlagen der Mehrlagen-Leiterplatte 1, welche über die Kontaktfedern 13, 14 direkt und mit geringer Impedanz mit der Montageschiene 2 kontaktieren, mit der Schirmung des Signalkabels bzw. der Prozesssignalleitungen, wobei die Kabelschirmauflage 8 die Anschlusselemente 5 überdeckt, an welche die Prozessspannungsleitungen angeschlossen sind. Diese Überdeckung bedeutet, dass die Prozessspannungsleitungen unter der Kabelschirmauflage 8 geführt werden - was inFigur 1 mittels einer Linie Z angedeutet ist -, wodurch die Prozessspannungsleitungen sehr gut von den Prozesssignalleitungen getrennt geführt sind. - Um das Elektronikmodul mit bereits gefilterten Prozessspannungen zu beaufschlagen, weist die Mehrlagen-Leiterplatte 1 auf der dem Anschlussblock 3 gegenüberliegenden Unterseite dieser Mehrlagen-Leiterplatte 1 Filter- und Dämpfungsmittel 15 auf, welche den Anschlusselementen 5 zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen nachgeschaltet sind. Auf dieser Unterseite sind ferner weitere Anschlusselemente 16 angeordnet, welche zur Weiterleitung der Prozessspannung zu mindestens einem benachbarten Basismodul vorgesehen sind. Diese weiteren Anschlusselemente 16 sind über Leiterbahnen der Mehrlagen-Leiterplatte 1 mit den Anschlusselementen 5 zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen elektrisch verbunden, wobei zur Verbesserung der Abschirmung und zum Schutz der weiteren Anschlusselemente 16 ein Schirmbügel 17 über diesen weiteren Anschlusselementen 16 angeordnet ist, der mit der Montageschiene 2 mittels der Kontaktfeder 13 kontaktiert.
Claims (5)
- Automatisierungskomponente eines modularen Automatisierungsgerätes mit einem Basismodul und einem auf dieses Basismodul steckbaren Elektronikmodul, wobei das Basismodul aufweist:- Mittel zum Befestigen des Basismoduls auf einer Montageschiene (2),- Anschlusselemente (4, 5, 6) zum Kontaktieren mit Prozesssignal- und Prozessspannungsleitungen sowie zum Kontaktieren mit Anschlusselementen des Elektronikmoduls,- weitere Anschlusselemente (16) zur Weiterleitung einer Prozessspannung zu einem benachbarten Basismodul,
dadurch gekennzeichnet, dass- die Anschlusselemente (4, 5) zum Kontaktieren mit den Prozesssignal- und Prozessspannungsleitungen Bestandteil eines Anschlussblockes (3) sind, welcher auf einer Mehrlagen-Leiterplatte (1) angeordnet ist, deren Außenlagen zur Abschirmung vorgesehen sind,- die Anschlusselemente (5) am äußeren Ende des Anschlussblockes (3) zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen vorgesehen sind,- ein mit einer Kontaktfeder (10) versehener Haltebügel (11) an einer Seite der Mehrlagen-Leiterplatte (1) befestigt ist, derart, dass die Kontaktfeder (10) und eine Seitenwand (12) des Anschlussblockes (3) am äußeren Ende des Anschlussblockes (3) eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Fahne (7) einer Kabelschirmauflage (8) bilden,- an der Mehrlagen-Leiterplatte (1) weitere Kontaktfedern (13, 14) zum Kontaktieren mit der Montageschiene (2) befestigt sind. - Automatisierungskomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrlagen-Leiterplatte (1) mit Filter-und Dämpfungsmitteln (15) versehen ist, welche den Anschlusselementen (5) zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen nachgeschaltet sind.
- Automatisierungskomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrlagen-Leiterplatte (1) zwischen dem Anschlussblock (3) und den weiteren Anschlusselementen (16) angeordnet ist, wobei die Anschlusselemente (5) zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen mittels der Mehrlagen-Leiterplatte (1) mit den weiteren Anschlusselementen (16) elektrisch verbunden sind und wobei ein über diesen weiteren Anschlusselementen (16) angeordneter Schirmbügel (17) mit der Montageschiene (2) kontaktiert.
- Automatisierungskomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussblock (3) geschirmt ausgebildet ist.
- Modulares Automatisierungsgerät mit mindestens einer Automatisierungskomponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelschirmauflage (8) die Anschlusselemente (5) zum Anschluss der Prozessspannungsleitungen überdeckt, falls die Fahne (7) der Kabelschirmauflage (8) in der Ausnehmung aufgenommen ist.
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