[0001] Die Erfindung betrifft ein Modulsystem aus Seite an Seite anreihbaren Einzelmodulen.
[0002] In Automatisierungssystemen finden elektropneumatische Modulsysteme Anwendung. Ein
Aufbau aus Einzelmodulen ist zweckmäßig, um für den Anwender maßgeschneiderte Systeme
aufbauen zu können. Dabei müssen bisher Module mit reiner Elektronikfunktion und Module
mit pneumatischen Funktionen jeweils zusammengefaßt werden, um die Versorgung der
pneumatischen Module mit dem Steuerfluid zu gewährleisten. Bei einer Systemerweiterung
müssen daher möglicherweise pneumatische Module abgebaut werden, um zunächst elektrische
Module anzuschließen - oder umgekehrt.
[0003] Sowohl an die elektrischen als auch an die elektropneumatischen Module ist jeweils
eine Versorgungsspannung anzulegen. Außerdem werden die Module an einen Steuerbus,
beispielsweise einen Feldbus, angeschlossen. Bei Verwendung eines Steuerbussystems
wie in der Automatisierungstechnik üblich, benötigt jedes einzelne Modul eine Adresse
und jedes Modul muß die Signale auf dem Steuerbus decodieren können. In einer rauhen
Industrieumgebung mit Staubatmosphäre und/oder Wasser ist aufgrund der Vielzahl von
Leitungsanschlüssen ein Einbau in einen Schaltschrank nötig, da ansonsten jede Steckerverbindung
abgedichtet werden müßte und die Leitungsisolierungen den besonderen Anforderungen
genügen müßten. Das ist konstruktiv aufwendig und damit teuer.
[0004] EP 1 070 892 A2 offenbart ein Magnetventil-Modulsystem aus Seite an Seite anreihbaren Einzelmodulen.
Jedes Einzelmodul besteht aus einem Teil eines Verteilerblocks und einem darauf aufgesetzten
Magnetventil, das wiederum ein oder mehrere Einzelventile aufweist. Der Verteilerblock
hat einen fluidischen Teil zur Versorgung der Magnetventile mit einem Fluid, sowie
einen elektrischen Teil zur Versorgung der Magnetventile mit elektrischen Steuersignalen
und der elektrischen Betätigungsenergie. Es sind zwei alternative Anschlussblöcke
vorgesehen, bei denen einer den Anschluss an einen seriellen Bus für die Verarbeitung
serieller Steuersignale vorsieht und der andere einen Multipolanschluss aufweist zur
Verwendung in einem System, in dem die Steuersignale für die verschiedenen Magnetventile
parallel übertragen werden. Innerhalb des Verteilerblocks erfolgt eine Weiterleitung
der Steuersignale auf Multipolleitungen.
[0005] DE 196 53 714 C1 offenbart eine Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen an Ventile. Dabei
wird von einer Ventilinsel mit mehreren elektrisch ansteuerbaren Magnetventilen ausgegangen,
die von extern über einen seriellen Bus Steuersignale empfangen. Es sind aktive Anschlusselemente
vorgesehen, die eine Buselektronik enthalten, in der die seriellen Steuersignale in
parallele Signale umgewandelt werden. Es sind ferner passive Anschlusselemente vorgesehen,
die lediglich die parallelen Leitungen sowie den seriellen Bus durchschleifen. Für
eine Erweiterung der Ventilinsel über die Anzahl von Ventilen hinaus, die über die
mit passiven Anschlusselementen durchgeschleiften Multipolleitungen versorgt werden
kann, ist ein weiteres aktives Anschlusselement vorgesehen, in dem eine erneute Umsetzung
des seriellen Bussignals in parallele Leitungen erfolgt.
[0006] Aufgrund der oben genannten Einschränkungen besteht ein Bedarf für ein Modulsystem,
bei dem Elektronikmodule und Pneumatikmodule in beliebiger Reihenfolge aneinandergereiht
werden können.
[0007] Es besteht ferner Bedarf für ein Modulsystem, bei dem die aneinandergereihten Einzelmodule
derart gekapselt sind und mit einem Minimum an äußeren Leitungsverbindungen auskommen,
daß ein Einbau in einen Schaltschrank unnötig wird.
[0008] Es besteht ferner Bedarf für ein Modulsystem, das auch die Verwendung passiver Module
zuläßt, d.h. von Modulen, die nicht die seriellen Daten eines Steuerbusses decodieren
können, und dennoch eine Vielzahl von Modulen umfassen kann.
[0009] Die Erfindung stellt ein Modulsystem zur Verfügung mit einem Kopfmodul mit mindestens
einem Anschluß für ein externes Bussignal auf einem externen Bus, mindestens einem
pneumatischen Versorgungsanschluß, einem elektrischen Versorgungsanschluß und, jeweils
an derselben Seite herausgeführt: einer seriellen Busschnittstelle für einen internen
seriellen Bus, einer elektrischen Versorgungsschnittstelle, einer Multipol-Schnittstelle
und einer pneumatischen Versorgungsschnittstelle. Das Modulsystem umfaßt ferner mindestens
ein Funktionsmodul mit, jeweils von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite durchführend
und an die eine entsprechende Schnittstelle des Kopfmoduls angeschlossen: einer internen
seriellen Busleitung, elektrischen Versorgungsleitungen, elektrischen Multipol-Leitungen
und pneumatischen Versorgungsleitungen. Dabei setzt das Kopfmodul serielle Bussignale
in Multipol-Signale um und gibt diese an der Multipol-Schnittstelle aus. Das Funktionsmodul
zweigt selektiv wenigstens eine der Multipol-Leitungen ab und führt mit einem darauf
geführten Signal eine pneumatische oder elektrische oder sowohl eine pneumatische
als auch eine elektrische Funktion aus.
[0010] Damit werden vom Kopfmodul alle notwendigen Leitungen, d.h. ein serieller Bus, elektrische
Versorgungsleitungen, elektrische Multipol-Leitungen und pneumatische Versorgungsleitungen
direkt ohne Zwischenleitungen an das Funktionsmodul weitergegeben und in diesem durchgeschleift.
Dadurch, daß im Funktionsmodul alle aufgeführten Leitungen, d.h. sowohl elektrische
Daten- und Versorgungsleitungen als auch die pneumatische Versorgungsleitung durchgeführt
werden, ist eine zusätzliche Verbindung der Module mit externen Leitungen unnötig.
Dies ist insbesondere unter erhöhten Schutzarten interessant, da jede gekapselte Steckverbindung
einen zusätzlichen Arbeits- und Kostenaufwand bedeutet. Ferner ist durch das Weiterleiten
sowohl der elektrischen als auch der pneumatischen Leitungen ein Aneinanderreihen
von Elektronik- und Pneumatikmodulen in beliebiger Reihenfolge möglich.
[0011] Gemäß Anspruch 1 und 2 umfaßt das Modulsystem ferner mindestens ein Erweiterungs-Zwischenmodul,
das zwischen zwei Funktionsmodule einfügbar ist. Das Erweiterungs-Zwischenmodul führt
die interne serielle Busleitung von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite. Es weist
auf einer seiner Seiten eine Multipol-Schnittstelle für das daran angesetzte Funktionsmodul
auf. Es umfaßt Mittel, mit denen serielle Bussignale auf dem internen Bus in Multipolsignale
umgesetzt werden. Da jedes Funktionsmodul wenigstens eine der Multipol-Leitungen abzweigt,
ist die Anzahl aneinanderreihbarer Funktionsmodule durch die Anzahl der anfangs eingespeisten
Multipol-Leitungen begrenzt. Mit dem Erweiterungs-Zwischenmodul ist die Möglichkeit
gegeben, Steuersignale für weitere (passive) Funktionsmodule zunächst vom Kopfmodul
bis zum Erweiterungs-Zwischenmodul seriell zu führen, und erst im Erweiterungs-Zwischenmodul
eine Umsetzung der seriellen Daten in parallele Daten vorzunehmen. Damit entfällt
die Begrenzung auf eine geringe Anzahl aneinanderreihbarer passiver Module, die durch
die begrenzte Anzahl parallel führbarer Leitungen gegeben ist.
[0012] Gemäß Anspruch 1 weist das Erweiterungs-Zwischenmodul einen separaten elektrischen
Versorgungsanschluß auf, so daß innerhalb des Modulsystems eine segmentweise Not-Aus-Funktion
realisiert werden kann, bzw. eigene Segmentkreise in bezug auf die Spannungsversorgung
definiert werden können.
[0013] Gemäß Anspruch 2 weist das Erweiterungs-Zwischenmodul auch eine Busschnittstelle
zur Einspeisung eines externen Bussignals auf einem externen Bus auf. Damit wird eine
Schnittstelle zu möglichen Fremdmodulen geschaffen.
[0014] Gemäß Anspruch 3 sind die Multipol-Leitungen in Multipol-Eingangsleitungen und in
Multipol-Ausgangsleitungen unterteilt und ein Zwischenmodul setzt nicht genutzte Multipol-Eingangsleitungen
in Multipol-Ausgangsleitungen um.
[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Multipol-Leitungen sowohl Eingangs-
als auch Ausgangsleitungen und das Kopfmodul umfaßt Mittel, mit denen Multipol-Signale
von der Multipol-Schnittstelle in ein serielles Bussignal umgesetzt werden können.
Durch die sowohl seriell/parallele als auch parallel/serielle Wandlung im Kopfmodul
können die Funktionsmodule als rein passive Module ohne Signalwandlung aufgebaut sein
und dennoch Rückmeldungssignale an eine zentrale Steuerung abgeben. Nach außen hin
weist das Modulsystem nur eine externe serielle Schnittstelle auf.
[0016] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Kopfmodul einen von der seriellen
Busschnittstelle abgezweigten Busweiterführungsanschluß auf. An diesem ist ein erstes
Erweiterungsmodul anschließbar, das auf einer seiner Seiten Schnittstellen für ein
Funktionsmodul aufweist, von denen wenigstens eine Multipol-Schnittstelle analog zu
der des Kopfmoduls ausgebildet ist. Mit dem ersten Erweiterungsmodul kann eine abgesetzte
Modulsystemeinheit aufgebaut werden, die ebenfalls an den externen Bus anschlossen
ist. Vorzugsweise weist das erste Erweiterungsmodul einen weiteren Busweiterführungsanschluß
auf, an den ein zweites Erweiterungsmodul angeschlossen werden kann.
[0017] In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform setzt das Erweiterungs-Zwischenmodul
auch Multipol-Signale von der Multipol-Schnittstelle in ein serielles Bussignal um.
[0018] In einer weiteren Ausführungsform ist in dem Modulsystem ein Bus-Funktionsmodul vorgesehen,
das zwischen zwei Funktionsmodule oder zwischen einem Funktionsmodul und einem Abschlußmodul
einfügbar ist und eine Busschnittstelle aufweist. Vorzugsweise weist das Bus-Funktionsmodul
mindestens eine Wandlereinheit und diese mindestens einen Analog-/Digitalwandler und/oder
mindestens einen Digital-/Analogwandler auf. Damit wird die Ausgabe bzw. die Aufnahme
von analogen Spannungs-/Stromwerten möglich. Beispielsweise ist ein Druckmeßmodul
denkbar, das die Erfassung des analogen Druckes im Druckluftkanal des Moduls ermöglicht.
[0019] In einer Weiterbildung des Modulsystems weist ein Funktionsmodul mit einer pneumatischen
Funktion mindestens einen separaten Rückmeldeanschluß auf. Durch die Integration des
Rückmeldeeingangs in das Pneumatikmodul ist eine Verwechslung der angezeigten Rückmeldesignale
nicht mehr möglich. Außerdem ergibt sich der Vorteil einer deutlich platzsparenderen
Bauweise und die Erreichung einer höheren Schutzart.
[0020] Vorzugsweise weist wenigstens eines der Module eine Wartungsfunktionalität auf, wobei
die Wartungsfunktionalität über eine Diagnose-/Programmier-schnittstelle wahrnehmbar
ist. Durch die Integration einer Diagnoseschnittstelle wird die Möglichkeit geschaffen,
Diagnose- und Fehlermeldungen im Klartext z.B. auf einem Laptop auszugeben. Des weiteren
wird über diese Schnittstelle die Möglichkeit geschaffen, ein Software-Update durchzuführen,
ohne, wie bisher üblich, elektrische Bauteile tauschen zu müssen.
[0021] Vorzugsweise werden die Module in der erhöhten Schutzart IP 65/IP 67 gekapselt. Vorzugsweise
sind an den Seiten der Module ineinandergreifende Steckverbindungen mit Dichtungsringen
und übereinandergreifenden Verbindungskrägen vorgesehen. Die Dichtigkeit des Modulsystems
oder von Funktionsmodulen des Modulsystems wird vorzugsweise durch einen Teilverguß
hergestellt. Dabei sind vorzugsweise die Anschlüsse innenseitig mit einer dichtenden
Masse vergossen. Vorzugsweise ist zwischen benachbarten Modulen ein Abdeckbügel in
formschlüssiger Passung eingesetzt. Dabei ist der Abdeckbügel nur einsetzbar, wenn
die Module verriegelt sind. Somit ist sichergestellt, daß das Modulsystem in der Schutzart
IP 65/IP 67 hergestellt ist, und ein Einbau in einen Schaltschrank nicht erforderlich
ist.
[0022] Vorzugsweise umfaßt das Modulsystem ein pneumatisches Erweiterungs-Funktionsmodul,
in welchem die elektrischen Multipol-Eingangsleitungen zu elektrischen Multipol-Ausgangsleitungen
gewandelt werden. Damit können nicht verwendete Multipol-Eingangsleitungen als Multipol-Ausgangsleitungen
nutzbar gemacht werden. Mit diesen Multipol-Ausgangsleitungen können dann ansteuerbare,
pneumatische Funktionen kostengünstig realisiert werden.
[0023] Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
anhand der beigefügten Figuren deutlich werden.
[0024] Darin zeigen:
- Figur 1 die schematische Darstellung eines Modulsystems mit einem Kopfmodul, sechs
Funktionsmodulen und einem Abschlußmodul,
- Figur 1a eine Detailvergrößerung des Kopfmoduls von Figur 1,
- Figur 2 ein Modulsystem mit zwei Erweiterungsmodulen, und
- Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Modulsystems mit
einem Kopfmodul, vier Funktionsmodulen und einem Abschlußmodul.
[0025] Figur 1 zeigt schematisch dargestellt ein Modulsystem 10, bestehend aus acht Seite
an Seite aneinandergereihten Einzelmodulen, wobei in Figur 1 links ein Kopfmodul 12
dargestellt ist. Das Kopfmodul 12 weist einen Anschluß 14 für einen eingehenden externen
Bus und einen Anschluß 16 für einen abgehenden externen Bus auf. Dabei ist der abgehende
externe Bus optional, er kann auch durch einen Abschlußwiderstand ersetzt sein. Ferner
weist das Kopfmodul 12 einen pneumatischen Versorgungsanschluß 18 und einen elektrischen
Versorgungsanschluß 20 auf. Die Schnittstellen, die das Kopfmodul 12 an der auf Figur
1 rechten Seite aufweist, sind in Figur 1a bezeichnet, die eine vergrößerte Darstellung
des Kopfmoduls 12 zeigt. Es sind herausgeführt: eine serielle Busschnittstelle 22
mit einer ebenfalls angedeuteten Adreßleitungsschnittstelle, eine elektrische Versorgungs-Schnittstelle
24, eine Multipol-Schnittstelle 26 sowie eine pneumatische Versorgungs-Schnittstelle
28. Die Multipol-Schnittstelle teilt sich auf in digitale Eingänge 26a und digitale
Ausgänge 26b. Das Kopfmodul enthält Prozessoren 30, in denen neben der Umwandlung
der seriellen Bussignale in parallele Multipolsignale auch eine dezentrale Intelligenz
integriert sein kann. So kann eine frei programmierbare Kleinsteuerung realisiert
werden. Dafür weist das Kopfmodul 12 auch eine zusätzliche Busschnittstelle 32 auf,
über die der Anwender am Kopfmodul einfache Steuerabläufe programmieren kann, womit
die Hauptsteuerung entlastet wird. Auf weitere mögliche Anwendungen der Busschnittstelle
32 wird in der weiteren Beschreibung eingegangen. Durch den Doppelpfeil 34 ist eine
Signalübertragung zwischen Busschnittstelle 32 und Prozessoren 30 angedeutet. Ferner
enthält das Kopfmodul 12 ein Bus-Interface 36 mit Adreßregister 38. Das Bus-Interface
36 ist je nach Anwendungsfall für ein übliches Feldbusprotokoll ausgelegt. Als Busprotokolle
sind beispielsweise Profibus, CANopen, DeviceNET oder auch Ethernet möglich. Als weitere
Schnittstelle weist das Kopfmodul 12 einen Busweiterführungsanschluß 40 auf, der im
Zusammenhang mit Figur 2 näher erläutert wird.
[0026] In Figur 1 grenzt an das Kopfmodul 12 ein passives Funktionsmodul 42a, gefolgt von
Funktionsmodulen 42b, 42c und 42d und einem weiteren Funktionsmodul 42e. Die Funktionsmodule
42a bis 42d führen jeweils von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite eine interne
serielle Busleitung 44, elektrische Versorgungsleitungen 46, elektrische Multipol-Leitungen
48 - unterteilt in Multipol-Eingangsleitungen 48a und in Multipol-Ausgangsleitungen
48b - und eine pneumatische Versorgungsleitung 50 durch. Die schematisch dargestellte
pneumatische Versorgungsleitung 50 umfaßt mehrere Kanäle, damit werden Zuluft, Abluft,
Steuerhilfsluft und Vorsteuerabluft transportiert.
[0027] In jedem der Funktionsmodule 42a bis 42d ist sowohl ein Teil der Multipol-Eingangsleitungen
48a, als auch ein Teil der Multipol-Ausgangsleitungen 48b innerhalb des jeweiligen
Funktionsmoduls 42 abgezweigt. Durch die Bereitstellung von digitalen Multipol-Eingangs-
und Ausgangsleitungen 48a, 48b können auch fluidische Spezialmodule, wie Vakuuminjektormodule,
Druckregler- und Filtermodule in das Modulsystem 10 integriert werden. Des gleichen
lassen sich natürlich auch spezielle elektrische oder elektropneumatische Module integrieren.
Als Beispiel sollen hier Druckanzeigemodule, Drucksensormodule, Druckschalter und
Sensormodule genannt werden.
[0028] In den Modulen 42b und 42d erfolgt außerdem eine Abzweigung von der pneumatischen
Versorgungsleitung 50. Damit handelt es sich bei den Funktionsmodulen 42b und 42d
um pneumatische Funktionsmodul und bei den Funktionsmodulen 42a und 42c um elektronischen
Funktionsmodule. Selbstverständlich könnte es sich auch bei den Modulen 42a und 42c
um pneumatische Funktionsmodule mit einer Abzweigung von der pneumatischen Versorgungsleitung
handeln. Funktionsmodul 42e ist mit einem separaten pneumatischen Versorgungsanschluß
58 versehen. Damit wird es möglich, in das Modulsystem Ventile zu integrieren, die
eine andere Fluidversorgung benötigen, als auf der pneumatischen Versorgungsleitung,
die sämtliche Module durchläuft, angeboten ist. Die abgezweigten Multipol-Ausgangsleitungen
führen je nach Modulart Signale, um eine pneumatische oder elektrische oder sowohl
pneumatische als auch elektrische Funktionen auszuführen. Über die Multipol-Eingangsleitungen
laufen entsprechend Rückmeldungssignale, wie z.B. Sensorsignale oder die Funktion
bestätigende Signale. Die Multipol-Eingangsleitungen können beispielsweise als separater
Rückmeldeanschluß genutzt werden. Somit können Rückmeldesignale direkt im Funktionsmodul
42 angezeigt werden und sind damit direkt zugeordnet. Neben einer Anzeige im Modul
selbst, kann das Rückmeldesignal auch über die Multipol-Leitungen oder nach Wandlung
in einem aktiven Zwischenmodul über die serielle Busleitung an eine Steuereinrichtung
weitergeleitet werden.
[0029] Zwischen Funktionsmodul 42d und dem weiteren Funktionsmodul 42e ist ein Erweiterungs-Zwischenmodul
52 eingefügt. In dem Erweiterungs-Zwischenmodul 52 ist die interne serielle Busleitung
44 ebenso durchgeführt wie die pneumatische Versorgungsleitung 50. Auf seiner in der
Figur 1 rechten Seite weist das Erweiterungs-Zwischenmodul 52 eine Multipol-Schnittstelle
für das daran angesetzte Funktionsmodul 42e auf. Das Erweiterungs-Zwischenmodul 52
weist Mittel auf, mit dem serielle Bussignale des internen Busses in Multipol-Signale
umgesetzt werden. Somit können weitere Funktionsmodule 42 aneinandergereiht werden,
da das Erweiterungs-Zwischenmodul neue Multipol-Eingangsleitungen und Multipol-Ausgangsleitungen
zur Verfügung stellt. Eine Begrenzung auf die anfangs vom Kopfmodul 12 bereitgestellten
Multipol-Leitungen entfällt damit. Die auf den neuen Multipol-Leitungen zu transportierenden
Signale werden von dem Kopfmodul 12 aus über die interne serielle Busleitung 44 durch
die Funktionsmodule 42a bis 42d durchgeschleift. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist das Erweiterungs-Zwischenmodul 52 einen zusätzlichen Versorgungsanschluß 54
auf. Es ist auch möglich, die Versorgungsleitungen 46 durch das Erweiterungs-Zwischenmodul
52 durchzuleiten, der separate elektrische Versorgungsanschluß 54 hat aber den Vorteil,
daß damit eine Untergliederung des Modulsystems in Segmente möglich ist, die getrennt
aus- und eingeschaltet werden können, beispielsweise bei einer Notausschaltung. Im
Fehlerfall müssen dann nur die Module eines Segments von der Spannungsversorgung getrennt
werden und nicht das gesamte Modulsystem.
[0030] Das Erweiterungs-Zwischenmodul 52 weist ferner eine Busschnittstelle 56 auf, über
die ein externes Bussignal von einem externen Bus in das Erweiterungs-Zwischenmodul
52 eingespeist werden kann. Bei dieser Busschnittstelle kann es sich beispielsweise
um eine Diagnose-/Programmier-Schnittstelle handeln. Über diese Diagnose-/Programmier-Schnittstelle
kann eine Wartungsfunktion für die angeschlossenen Funktionsmodule wahrgenommen werden.
Für eine Diagnose ist an dieser Schnittstelle eine Klartextausgabe beispielsweise
an einen Laptop möglich. Auch erlaubt die Busschnittstelle eine einfache Einspielung
eines Software-Updates. Es ist natürlich auch möglich, die Wartungsfunktionalität,
sowie Diagnose und die Einspielung von Software-Updates über den internen Bus 44 vom
Kopfmodul 12 aus vorzunehmen, das ebenfalls eine zusätzliche Busschnittstelle 32 aufweist,
die die gleiche Funktionalität aufweist, wie die Diagnose-/Programmierschnittstelle
56. In einer Industrieumgebung kann es hilfreich sein, auch am Erweiterungs-Zwischenmodul
52 eine Diagnose/-Programmier-Schnittstelle zur Verfügung zu haben. Die Busschnittstellen
32 und 56 können auch für den Anschluß an einen externen Bus eines Fremdherstellers
genutzt werden.
[0031] In einem weiteren nicht dargestellten Ausbau des Modulsystems kann zwischen zwei
Funktionsmodulen ein Bus-Funktionsmodul eingefügt werden, welches im Gegensatz zum
dargestellten Erweiterungs-Zwischenmodul 52 nur eine Busschnittstelle zum Anschluß
an einen externen Bus aufweist und keine Umsetzung von seriellen Daten in parallele
Daten vornimmt. Ein derartiges Bus-Funktionsmodul kann einen Analog-/Digitalwandler
und einen Digital-/Analogwandler umfassen. Damit können analoge Meßwerte verarbeitet
und nach Wandlung als digitale Werte auf dem internen seriellen Bus 44 transportiert
werden. Neben dem Erweiterungs-Zwischenmodul 52, welches durch die Umwandlung serieller
Bussignale in parallele Multipol-Signale neue Multipol-Eingangs- und Ausgangsleitungen
zur Verfügung stellt, ist auch ein Zwischenmodul denkbar, das nicht genutzte Multipol-Eingangsleitungen
in Multipol-Ausgangsleitungen umsetzt.
[0032] An das Erweiterungs-Zwischenmodul 52 schließt sich in Figur 1 das Funktionsmodul
42e an, das im wesentlichen wie die Funktionsmodule 42a-d aufgebaut ist. Funktionsmodul
42e ist zusätzlich mit dem separaten pneumatischen Versorgungsanschluß 58 versehen.
Damit wird es möglich, in das Modulsystem Ventile zu integrieren, die eine andere
Fluidversorgung benötigen, als auf der pneumatischen Versorgungsleitung, die sämtliche
Module durchläuft, angeboten ist.
[0033] Als Abschluß enthält das in Figur 1 dargestellte Modulsystem 10 ein Abschlußmodul
60. Das Abschlußmodul 60 enthält einen Abschlußwiderstand 61 für die serielle Busleitung
44 und schließt in geeigneter Weise die pneumatischen Versorgungsleitungen 50 ab.
[0034] Figur 2 zeigt einen weiteren möglichen Aufbau des erfindungsgemäßen Modulsystem.
An ein Kopfmodul 12 sind entsprechend der Beschreibung in bezug auf Figur 1 Funktionsmodule
42f bis 42k angeschlossen, an das Funktionsmodul 42k schließt sich ein Abschlußmodul
62 an. Zwischen die Funktionsmodule 42i und 42j ist ein Erweiterungs-Zwischenmodul
64 gesetzt, das einen separaten Versorgungs-Spannungseingang 66 aufweist. In dem Erweiterungs-Zwischenmodul
64 erfolgt eine Umsetzung serieller Daten in parallele Daten, die an einer Multipol-Schnittstelle
an das angrenzende Funktionsmodul 42j abgegeben werden. Das Kopfmodul 12 weist einen
Versorgungsanschluß 20 auf sowie Anschlüsse 14 und 16 für einen eingehenden und einen
abgehenden externen Bus. Außerdem ist ein pneumatischer Versorgungsanschluß 18 vorgesehen.
Im Kopfmodul 12 erfolgt wiederum die Wandlung serieller Signale des externen Busses
in parallele Multipol-Signale, sowie die Weitergabe serieller Signale an einen internen
seriellen Bus. Vom Kopfmodul 12 ausgehend läuft eine interne serielle Busleitung 44
und pneumatische Versorgungsleitungen 50 durch sämtliche aneinandergereihte Module.
Multipol-Leitungen 48 und elektrische Versorgungsleitungen 46 werden durch die Funktionsmodule
bis zum Funktionsmodul 42i geführt, an das das Erweiterungs-Zwischenmodul 64 angrenzt.
Am Erweiterungs-Zwischenmodul 64 erfolgt eine Umsetzung serieller Signale aus dem
internen seriellen Bus 44 in parallele Signale, die an einer Multipol-Schnittstelle
an das angrenzende Funktionsmodul 42j abgegeben werden, durch die Module 42j und 42k
werden diese Multipol-Leitungen wiederum durchgeführt. Das Erweiterungs-Zwischenmodul
64 weist eine separate Spannungsversorgung 66 auf, so daß von dort ausgehend durch
die nachfolgenden Funktionsmodule 42j und 42k elektrische Versorgungsleitungen durchgeführt
werden. Eine Adreßleitung 68 ist parallel zum internen Bus geführt.
[0035] Das Kopfmodul 12 weist den Busweiterführungsanschluß 40 auf, der von der seriellen
Bus-Schnittstelle abgezweigt ist und bereits in Figur 1a gezeigt ist. An diesem Busweiterführungsanschluß
40 ist ein erstes Erweiterungsmodul 72 angeschlossen, das wiederum einen Busweiterführungsanschluß
74 aufweist, an dem ein zweites Erweiterungsmodul 76 angeschlossen ist. Auch das zweite
Erweiterungsmodul 76 weist einen Busweiterführungsanschluß auf, so daß weitere Erweiterungsmodule
angeschlossen werden können. Die Erweiterungsmodule weisen jeweils einen separaten
Versorgungsanschluß 78 und 80 auf, sowie einen pneumatischen Versorgungsanschluß 82
und 84. Serielle Bussignale des internen Busses werden in den Erweiterungsmodulen
72 und 76 in parallele Signale umgewandelt und jeweils an einer Multipol-Schnittstelle
ausgegeben. An die Erweiterungsmodule 72 und 76 sind in bekannter Weise Funktionsmodule
42l-s angereiht. In dem dargestellten Systemausbau handelt es sich bei den Funktionsmodulen
42l-s um reine Multipol-Funktionsmodule, d.h. der serielle interne Bus ist nicht durch
die Module durchgeführt, wohl aber die pneumatischen Versorgungsleitungen 50. Natürlich
kann auch in den Erweiterungsmodulen 72 und 76 der interne Bus abgezweigt werden,
so daß ein Anschluß von Funktionsmodulen mit durchgeführtem seriellem internen Bus
44, wie sie in Figur 2 an das Kopfmodul 12 direkt angeschlossen sind, denkbar ist.
Dadurch, daß das Kopfmodul 12 einen Bus-Weiterführungsanschluß 40 anbietet, wird ein
externer Feldbusknoten unnötig. Eine Systemerweiterung ist damit leicht und kostengünstig
zu erreichen. Da zwischen Kopfmodul 12 und Erweiterungsmodul 72, bzw. zwischen Erweiterungsmodul
72 und Erweiterungsmodul 76 Busleitungen liegen, müssen diese Systemteilgruppen nicht
benachbart sein, es kann sich um abgesetzte Einheiten handeln.
[0036] Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Modulsystem, bestehend aus einem
Kopfmodul 12, vier Funktionsmodulen 42a bis 42d und einem Abschlußmodul 60 vor dem
Zusammenbau. Zu erkennen sind die Multipol-Schnittstellen 26 und die pneumatischen
Versorgungsschnittstellen 28. Die Steckverbindungen an den Seiten sind mit Dichtungsringen
und übereinandergreifenden Verbindungskrägen versehen. Die Anschlüsse sind innenseitig
mit einer dichtenden Masse vergossen. Zusätzlich wird die Dichtigkeit der Module durch
einen teilweisen Verguß sichergestellt. Am Abschlußmodul 60 ist eine Ausnehmung 84
erkennbar, die sich in allen Modulen findet. Die Module sind somit auf einer Tragschiene
montierbar. Nach dem Zusammenbau der Module und ihrer Verriegelung miteinander, werden
Abdeckbügel 86 zwischen jeweils benachbarten Modulen in formschlüssiger Passung eingesetzt.
Dieses Einsetzen kann nur erfolgen, wenn die Module zuvor verriegelt wurden. Die Verriegelung
zwischen den Modulen erfolgt über je drei Verriegelungsbolzen, die jeweils in einer
Modulseitenwand verschiebbar eingebaut sind. Zum Verriegeln werden diese Bolzen in
Durchführungen in der angrenzenden Modulseitenwand geschoben und durch eine Drehung
verriegelt. Erst im eingeschobenen Zustand, d.h. erst nach Verriegelung, kann der
Abdeckbügel 86 eingerastet werden.
[0037] Durch das stabile Gehäuse und die Verriegelung der Module untereinander, wird eine
sehr hohe Steifigkeit des Modulsystems erreicht. Damit es zu keinen Kontaktproblemen
bei den Steckverbindungen kommt und auf die Steckerstifte keine zu hohen Kräfte einwirken,
sind die Leiterplatten im Gehäuse schwimmend gelagert. Dadurch fluchten die Stecker
immer und Toleranzen werden ausgeglichen. Ein sicherer Erdanschluß zwischen der schwimmend
gelagerten Leiterplatte und dem starr am Gehäuse befestigten Erdungsstift bleibt dennoch
gewährleistet, indem der innenseitig vergossene Erdungsstift über ein Federstahlelement
auf die auf der Leiterplatte befindliche Masseleitung drückt.
1. Modulsystem (10) aus Seite an Seite anreihbaren Einzelmodulen, umfassend
- ein Kopfmodul (12) mit mindestens einem Anschluß (14) für ein externes Bussignal
auf einem externen Bus, mindestens einem pneumatischen Versorgungsanschluß (18), einem
elektrischen Versorgungsanschluß (20) und, jeweils an derselben Seite herausgeführt:
▪ eine serielle Busschnittstelle (22) für einen internen seriellen Bus,
▪ eine elektrische Versorgungs-Schnittstelle (24),
▪ eine Multipol-Schnittstelle (26) und
▪ eine pneumatische Versorgungs-Schnittstelle (28);
- und mindestens ein Funktionsmodul (42) mit, jeweils von einer Seite zur gegenüberliegenden
Seite durchführend und an je eine entsprechende Schnittstelle des Kopfmoduls (12)
angeschlossen:
▪ einer internen seriellen Busleitung (44),
▪ elektrischen Versorgungsleitungen (46),
▪ elektrischen Multipol-Leitungen (48) und
▪ einer pneumatischen Versorgungsleitung (50);
wobei
- das Kopfmodul (12) serielle Bussignal in Multipol-Signale umsetzt und diese an der
Multipol-Schnittstelle (26) ausgibt;
- das Funktionsmodul (42) selektiv wenigstens eine der Multipol-Leitungen (48) abzweigt
und mit einem darauf geführten Signal eine pneumatische oder elektrische oder sowohl
eine pneumatische als auch eine elektrische Funktion ausführt,
wobei ein Erweiterungs-Zwischenmodul (52) vorgesehen ist, das zwischen zwei Funktionsmodulen
(42) einfügbar ist, die interne serielle Busleitung (44) von einer Seite zur gegenüberliegenden
durchführt, auf einer seiner Seiten eine Multipol-Schnittstelle (26) für das daran
angesetzte Funktionsmodul (42) aufweist und serielle Bussignale auf dem internen Bus
in Multipolsignale umsetzt,
dadurch gekennzeichnet, dass das Erweiterungs-Zwischenmodul (52) einen separaten elektrischen Versorgungsanschluss
(54) aufweist, zur Untergliederung des Modulsystems in Segmente, die getrennt an-
und aus-schaltbar sind, so dass im Fehlerfall nur die Module eines Segments von der
Spannungsversorgung getrennt werden müssen und nicht das ganze Modulsystem, und das
Erweiterungs-Zwischenmodul (52) eine separate Busschnittstelle (56) zur Einspeisung
eines externen Bussignals auf einem externen Bus aufweist, wobei die Busschnittstelle
(56) eine Diagnose/- Programmier-Schnittstelle ist, und wobei die Multipol-Leitungen
(48) sowohl Eingangsleitungen als auch Ausgangsleitungen umfassen und bei dem Erweiterungs-Zwischenmodul
(52) die Multipol-Leitungen (48) in Multipol-Eingangsleitungen (48a) und Multipol-Ausgangsleitungen
(48b) unterteilt sind.
2. Modulsystem (10) nach Anspruch 1, bei dem das Kopfmodul Multipol-Signale von der Multipol-Schnittstelle
in ein serielles Bussignal umsetzt.
3. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kopfmodul (12)
einen von der seriellen Busschnittstelle (22) abgezweigten Busweiterführungsanschluß
aufweist, an dem ein erstes Erweiterungsmodul anschließbar ist, das auf einer seiner
Seiten Schnittstellen für ein Funktionsmodul (42) aufweist, von denen wenigstens eine
Multipol-Schnittstelle (26) analog zu der des Kopfmoduls (12) ausgebildet ist.
4. Modulsystem (10) nach Anspruch 3, bei dem das erste Erweiterungsmodul einen Busweiterführungsanschluß
aufweist, an den ein zweites Erweiterungsmodul angeschlossen werden kann.
5. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erweiterungs-Zwischenmodul
(52) Multipol-Signale an der Multipol-Schnittstelle (26) ausgibt oder Multipol-Signale
in ein serielles Bussignal umsetzt.
6. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Bus-Funktionsmodul
vorgesehen ist, das zwischen zwei Funktionsmodulen (42) oder zwischen einem Funktionsmodul
(42) und einem Abschlußmodul einfügbar ist und eine Busschnittstelle aufweist.
7. Modulsystem (10) nach Anspruch 6, bei dem das Bus-Funktionsmodul mindestens eine Wandlereinheit
aufweist.
8. Modulsystem (10) nach Anspruch 7, bei dem die mindestens eine Wandlereinheit mindestens
einen Analog-/Digitalwandler und/oder mindestens einen Digital-/Analogwandler umfaßt.
9. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Funktionsmodul
(42) mit einer pneumatischen Funktion mindestens einen separaten Rückmeldeanschluß
aufweist.
10. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einem pneumatischen
Erweiterungs-Funktionsmodul, bei dem die Multipol-Leitungen (48) in Multipol-Eingangsleitungen
(48a) und in Multipol-Ausgangsleitungen (48b) unterteilt sind und die elektrischen
Multipol-Eingangsleitungen (48a) in elektrische Multipol-Ausgangsleitungen (48b) umgesetzt
werden.
11. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Module mit einer
Kapselung in erhöhter Schutzart IP65/IP67 ausgeführt sind.
12. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Funktionsmodul
(42) mit pneumatischer Funktion einen eigenen pneumatischen Versorgungsanschluß aufweist.
13. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem an den Seiten der
Module ineinandergreifende Steckverbindungen mit Dichtungsringen und übereinandergreifenden
Verbindungskrägen vorgesehen sind.
14. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dichtigkeit
des Modulsystems (10) oder von Funktionsmodulen des Modulsystems (10) durch einen
Teilverguß hergestellt wird.
15. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Anschlüssen, die innenseitig
mit einer dichtenden Masse vergossen sind.
16. Modulsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Erdung für
ein Funktionsmodul (42) über eine Masseleitung einer Platine, welche Masseleitung
über ein Federstahlelement mit einem innenseitig vergossenen Außenanschluß des Funktionsmoduls
verbunden ist, vorgesehen ist.
1. A modular system (10) consisting of individual modules which can be mounted side by
side in-line, comprising
- a head module (12) having at least one connection (14) for an external bus signal
on an external bus, at least one pneumatic supply connection (18), an electric supply
connection (20), and:
▪ a serial bus interface (22) for an internal serial bus,
▪ an electric supply interface (24),
▪ a multipole interface (26), and
▪ a pneumatic supply interface (28),
which are each led out on the same side,
- and at least one functional module (42) having:
▪ an internal serial bus line (44),
▪ electric supply lines (46),
▪ electric multipole lines (48), and
▪ a pneumatic supply line (50),
which are each passed through from one side to the opposite side and are each connected
to a corresponding interface of the head module (12);
- the head module (12) converting serial bus signals into multipole signals and outputting
these signals at the multipole interface (26);
- the functional module (42) selectively branching at least one of the multipole lines
(48) and, with a signal carried thereon, executing a pneumatic or an electric function
or both a pneumatic and an electric function,
wherein one expansion intermediate module (52) is provided which can be inserted between
two functional modules (42), which passes the internal serial bus line (44) through
from one side to the opposite side, which includes on one of its sides a multipole
interface (26) for the functional module (42) attached thereto and which converts
serial bus signals on the internal bus into multipole signals,
characterized in that the expansion intermediate module (52) has a separate electric supply connection
(54) for subdividing the modular system into segments which can be turned on and off
separately, such that in case of an error, only the modules of one segment have to
be disconnected from the voltage supply rather than the entire modular system, and
in that the expansion intermediate module (52) has a separate bus interface (56) for feeding
an external bus signal on an external bus, the bus interface (56) being a diagnostic/programming
interface, and the multipole lines (48) comprising both incoming lines and outgoing
lines, and the multipole lines (48) in the expansion intermediate module (52) being
subdivided into multipole incoming lines (48a) and multipole outgoing lines (48b).
2. The modular system (10) according to claim 1, in which the head module converts multipole
signals from the multipole interface into a serial bus signal.
3. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which the head
module (12) includes a bus extending connection which is branched off from the serial
bus interface (22) and to which a first expansion module can be connected which comprises
on one of its sides interfaces for a functional module (42), at least one multipole
interface (26) of these interfaces being formed by analogy with that one of the head
module (12).
4. The modular system (10) according to claim 3, in which the first expansion module
has a bus extending connection to which a second expansion module can be connected.
5. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which the expansion
intermediate module (52) outputs multipole signals at the multipole interface (26)
or converts multipole signals into a serial bus signal.
6. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which a bus functional
module is provided which can be inserted between two functional modules (42) or between
a functional module (42) and a termination module and which includes a bus interface.
7. The modular system (10) according to claim 6, in which the bus functional module includes
at least one converter unit.
8. The modular system (10) according to claim 7, in which the at least one converter
unit comprises at least one analog-to-digital converter and/or at least one digital-to-analog
converter.
9. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which a functional
module (42) having a pneumatic function includes at least one separate acknowledgment
connection.
10. The modular system (10) according to any of the preceding claims, further including
a pneumatic expansion functional module in which the multipole lines (48) are subdivided
into multipole incoming lines (48a) and multipole outgoing lines (48b) and the electric
multipole incoming lines (48a) are converted into electric multipole outgoing lines
(48b).
11. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which the modules
are configured with an encapsulation with an increased degree of protection IP65/IP67.
12. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which a functional
module (42) having a pneumatic function includes an own pneumatic supply connection.
13. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which inter-engaging
connectors with sealing rings and overlapping connecting collars are provided on the
sides of the modules.
14. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which the tightness
of the modular system (10) or of functional modules of the modular system (10) is
produced by means of a partial potting.
15. The modular system (10) according to any of the preceding claims, comprising connections
potted on the inside with a sealing substance.
16. The modular system (10) according to any of the preceding claims, in which a grounding
for a functional module (42) is provided via a ground lead of a circuit board, the
ground lead being connected through a spring steel element to an external connection
of the functional module potted on the inside.
1. Système modulaire (10) constitué de modules individuels pouvant être alignés côte
à côte, comprenant
- un module de tête (12) présentant au moins un raccord (14) pour un signal de bus
externe sur un bus externe, au moins un raccord d'alimentation pneumatique (18), un
raccord d'alimentation électrique (20) et, respectivement guidé vers l'extérieur sur
le même côté :
▪ une interface de bus sérielle (22) pour un bus sériel interne,
▪ une interface d'alimentation électrique (24),
▪ une interface de multipôle (26) et
▪ une interface d'alimentation pneumatique (28);
- et au moins un module fonctionnel (42) comportant :
▪ une ligne de bus sérielle (44) interne,
▪ des lignes d'alimentation électriques (46),
▪ des lignes de multipôle électriques (48) et
▪ une ligne d'alimentation pneumatique (50) ;
celles-ci passant respectivement d'un côté au côté opposé et étant connectées chacune
à une interface correspondante du module de tête (12),
- le module de tête (12) convertissant des signaux de bus sériels en signaux de mutilpôle
et émettant ceux-ci à l'interface de multipôle (26) ;
- le module fonctionnel (42) dérivant sélectivement au moins une des lignes de multipôle
(48) et réalisant avec un signal conduit sur celui-ci une fonction pneumatique ou
électrique ou bien tant une fonction pneumatique qu'une fonction électrique ;
un module intermédiaire d'extension (52) qui peut être inséré entre deux modules fonctionnels
(42), qui fait passer la ligne de bus sérielle interne(44) depuis un côté vers le
côté opposé, qui présente sur un de ses côtés une interface de multipôle (26) pour
le module fonctionnel (42) raccordé à celle-ci et qui convertit des signaux de bus
sériels sur le bus interne en signaux de multipôle étant prévu,
caractérisé en ce que le module intermédiaire d'extension (52) présente un raccord d'alimentation électrique
(54) séparé pour diviser le système modulaire en segments qui sont aptes à être mis
en marche ou mis hors circuit individuellement de sorte que dans le cas d'une erreur,
seuls les modules d'un segment doivent être déconnectés de l'alimentation en tension
et non l'ensemble du système modulaire, et
en ce que le module intermédiaire d'extension (52) présente une interface de bus (56) séparée
pour entrer un signal de bus externe sur un bus externe, l'interface de bus (56) étant
une interface de diagnostic/de programmation, et les lignes de multipôle (48) comprenant
tant des lignes d'entrée que des lignes de sortie, et les lignes de multipôle (48)
dans le module intermédiaire d'extension (52) étant divisées en lignes d'entrée de
multipôle (48a) et en lignes de sortie de multipôle (48b).
2. Système modulaire (10) selon la revendication 1, dans lequel le module de tête convertit
des signaux de multipôle de l'interface de multipôle en un signal de bus sériel.
3. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le
module de tête (12) présente un raccord de prolongement de bus dérivé de l'interface
de bus sérielle (22), auquel un premier module d'extension peut être raccordé, lequel
présente sur un de ses côtés des interfaces pour un module fonctionnel (42), dont
au moins une interface de multipôle (26) est réalisée de manière analogue à celle
du module de tête (12).
4. Système modulaire (10) selon la revendication 3, dans lequel le premier module d'extension
présente un raccord de prolongement de bus auquel un deuxième module d'extension peut
être raccordé.
5. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le
module intermédiaire d'extension (52) émet des signaux de multipôle à l'interface
de multipôle (26) ou convertit des signaux de multipôle en un signal de bus sériel.
6. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel est
prévu un module fonctionnel de bus qui peut être inséré entre deux modules fonctionnels
(42) ou entre un module fonctionnel (42) et un module terminal et qui présente une
interface de bus.
7. Système modulaire (10) selon la revendication 6, dans lequel le module fonctionnel
de bus présente au moins unité de convertisseur.
8. Système modulaire (10) selon la revendication 7, dans lequel ladite au moins une unité
de convertisseur comprend au moins un convertisseur analogique-numérique et/ou au
moins un convertisseur numérique-analogique.
9. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un
module fonctionnel (42) avec une fonction pneumatique présente au moins un raccord
de réponse séparé.
10. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre
un module fonctionnel d'extension pneumatique dans lequel les lignes de multipôle
(48) sont divisées en lignes d'entrée de multipôle (48a) et en lignes de sortie de
multipôle (48b) et les lignes d'entrée de multipôle (48a) électriques sont converties
en lignes de sortie de multipôle (48b) électriques.
11. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les
modules sont réalisés avec un blindage à degré de protection IP65/IP67 élevé.
12. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un
module fonctionnel (42) avec une fonction pneumatique présente son un raccord d'alimentation
pneumatique particulier.
13. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel sur
les côtés des modules sont prévues des fiches de connexion qui s'engagent les unes
dans les autres avec des bagues d'étanchéité et des collerettes de liaison s'engageant
les unes sur les autres.
14. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étanchéité
du système modulaire (10) ou de modules fonctionnels du système modulaire (10) est
réalisée par un scellement partiel.
15. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, comportant des
raccords qui sont scellés avec une masse d'étanchéité du côté intérieur.
16. Système modulaire (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une
mise à la terre pour un module fonctionnel (42) est prévue via un ligne à la masse
sur une platine, la ligne à la masse étant relié via un élément en acier à ressorts
avec un raccord extérieur scellé du côté intérieur, du module fonctionnel.