DE102008017337A1

DE102008017337A1 - Modulanordnung mit mehreren miteinander verketteten elektrischen Moduleinheiten

Info

Publication number: DE102008017337A1
Application number: DE102008017337A
Authority: DE
Inventors: Uwe GRÄFF; Thilo Stricker
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2009-10-08

Abstract

Es wird eine Modulanordnung mit mehreren miteinander verketteten elektrischen Moduleinheiten (11-21) vorgeschlagen, wobei Steuer- und/oder Datenleitungen sowie Spannungsversorgungsleitungen quer durch die Modulanordnung verlaufen. Mehrere der Moduleinheiten (11-21) besitzen individuelle, von den Spannungsversorgungsleitungen versorgte Netzteile zur individuellen Spannungsversorgung, um eine flexible, an die Zahl der Moduleinheiten automatisch angepasste Netzteil-Spannungsversorgung zu erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Modulanordnung mit mehreren miteinander verketteten elektrischen Moduleinheiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer derartigen, aus der EP 1174781 A2 bekannten Modulanordnung ist ein Modul als Netzteilmodul ausgebildet und versorgt über eine Trägerplatte die anderen daran angebrachten Module. Dies hat zum einen den Nachteil, dass bei Ausfall des Netzteilmoduls das gesamte System ausfällt, und dass zum anderen entweder das Netzteilmodul an die Zahl und Ausführung der Moduleinheiten der Modulanordnung angepasst werden muss oder aber so groß dimensioniert werden muss, dass eine maximal mögliche Zahl von Moduleinheiten angeschlossen werden kann. Werden dann tatsächlich weniger Moduleinheiten für die Modulanordnung verwendet, so ist das Netzteilmodul überdimensioniert und dadurch unnötig groß, schwer und teuer. Darüber hinaus ist dann in jedem Falle die Zahl der Moduleinheiten limitiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Modulanordnung so auszugestalten, dass eine Netzteil-Spannungsversorgung mit einheitlichen Netzteilen unabhängig von der Größe der Modulanordnung möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Modulanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Modulanordnung besteht insbesondere darin, dass durch die Anordnung von individuellen Netzteilen in den einzelnen Moduleinheiten bei einheitlichen Netzteilen eine große Variabilität der Zahl der Moduleinheiten in der Modulanordnung möglich ist. Durch die Summenstrom-Unabhängigkeit ist die Größe der Modulanordnung nicht limitiert, und es wird jeweils nur der benötigte Strom zur Verfügung gestellt. Fällt eines der Netzteile aus, so bleiben alle anderen Moduleinheiten funktionsfähig. Durch den Wegfall eines zentralen Netzteils kann die gesamte Baugröße reduziert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Modulanordnung möglich.
Besonders vorteilhaft erweist sich die Erfindung beim Einsatz im EX-Bereich (explosionsgefährdeter Bereich), wobei dort die einzelnen Netzteile in den Moduleinheiten als EXi-Netzteile zur Versorgung mit einer eigensicheren Spannung ausgebildet sind. Zentrale EXi-Netzteile sind besonders groß, schwer und teuer und können erfindungsgemäß durch die standardisierten kleinen Netzteile ersetzt werden, die in den einzelnen Moduleinheiten integriert sind.
Die Moduleinheiten enthalten elektronische Funktionseinheiten, die in vorteilhafter Weise jeweils über standardisierte interne Schnittstellen mit dem Netzteil der jeweiligen Moduleinheit verbunden sind. Dies führt zu einem kostengünstigen, einfachen Aufbau der Moduleinheiten.
Die Steuer- und/oder Datenleitungen sowie die Spannungsversorgungsleitungen verlaufen zweckmäßigerweise über eine Leitungsverkettungsanordnung quer durch die Modulanordnung. Diese Leitungsverkettungsanordnung besteht bevorzugt aus aneinandergereihten Verkettungsblöcken, wobei jeder Verkettungsblock einen Bestandteil einer Moduleinheit bildet.
Ein insbesondere eine Feldbusstation aufweisendes Steuermodul bildet einen Bestandteil der Modulanordnung. Dieses Steuermodul weist eine bevorzugt als Feldbusschnittstelle ausgebildete Schnittstelle zur Kommunikation mit einer externen Steuerzentrale oder Steuereinheit auf.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der Erfindung auf Moduleinheiten, die als Aktor- und/oder I/O-Anschlussmodule ausgebildet sind. Dabei können insbesondere mehrere als Magnetventile ausgebildete Aktormodule eine Ventilbatterie bilden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Modulanordnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung und
2 eine detailliertere Darstellung einer Moduleinheit der Modulanordnung.
Die in 1 als Ausführungsbeispiel dargestellte Modulanordnung besteht aus einem Steuermodul 10, das mit mehreren Moduleinheiten 11–13, von denen zur Vereinfachung nur drei dargestellt sind, eine miteinander verkettete Reihenanordnung bildet, im Ausführungsbeispiel eine lineare Reihenanordnung. Weiterhin besitzt die Modulanordnung noch eine an die Moduleinheiten 11–13 angereihte Ventilbatterie 14, die aus einem sich an die Moduleinheiten 11–13 anschließenden Adaptermodul 15 sowie sechs Magnetventilen 16–21 besteht.
Die Zahl der Moduleinheiten 11–13 und Magnetventile 16–21 ist selbstverständlich beliebig, wobei prinzipiell auch nur Moduleinheiten 11–13 oder nur Magnetventile 16–21 vorgesehen sein können. Weiterhin können alternativ zu Magnetventilen 16–21 auch andere Aktoren oder Funktionsmodule vorgesehen sein.
Das Steuermodul 10 besitzt eine beispielsweise als Feldbusschnittstelle oder Controller-Einheit ausgebildete Schnittstelle 22, die über ein Kabel 23 zur Datenkommunikation mit einer externen Steuerzentrale 24 oder Steuereinheit verbindbar ist. Über die Schnittstelle 22 oder über einen separaten, nicht dargestellten Anschluss kann eine Versorgungsspannung an das Steuermodul 10 angelegt werden.
Das Steuermodul 10 besitzt einen Verkettungsblock 25, der mit Verkettungsblöcken 26–28 sowie einem Verkettungsblock 29 des Adaptermoduls 15 eine Verkettungslinie bildet, indem Steuer- und/oder Datenleitungen sowie Spannungsversorgungsleitungen quer durch die Modulanordnung geführt werden können. Diese Leitungen setzen sich durch Verkettungsblöcke 30 der Magnetventile 16–21 auch durch die Ventilbatterie 14 hindurch fort.
Gemäß 2 dienen sowohl die Spannungsversorgung als auch die Kommunikation gewährleistende Steckverbindungen 36, 37 an gegenüberliegenden Seiten der Verkettungsblöcke 26–35 zur elektrischen Weiterführung der Leitungen von Komponente zu Komponente. Beim Aneinanderfügen der Komponenten werden durch diese Steckverbindungen 36, 37 automatisch die erforderlichen elektrischen Verbindungen hergestellt.
Anstelle von speziellen Verkettungsblöcken können die Leitungen quer durch die Modulanordnung auch über Steckverbindungen 36, 37 an anderen Bereichen der Komponenten erfolgen.
Die in 2 detaillierter dargestellte Moduleinheit 13 besteht aus dem Verkettungsblock 28, dem Elektronikbereich 38 und dem Anschlussblock 39. Der Elektronikbereich 38 besteht aus einem eigensicheren Netzteil 40 für den Einsatz der Anordnung im EX-Bereich (explosionsgefährdeter Bereich, zum Beispiel ATEX-Zone 1 oder 2) und einem über eine interne standardisierte Schnittstelle 41 damit verbundenen elektronischen Funktionsmodul 42. Die Verbindung des Netzteils 40 mit dem Verkettungsblock 28 erfolgt ebenfalls über eine interne Schnittstelle 43 und die Verbindung zwischen dem Funktionsmodul 42 und dem Anschlussblock 39 ebenfalls über eine interne Schnittstelle 44. Die gesamte Moduleinheit 13 ist damit gleichfalls in sich modular aufgebaut. Ein nichtmodularer Aufbau ist selbstverständlich ebenfalls möglich.
Der Anschlussblock 39 besitzt Schnittstellen 45 zum Anschluss von externen Aktoren und/oder Sensoren sowie anderen externen Funktionseinheiten. Diese können dadurch mit dem Funktionsmodul 42 kommunizieren oder gegebenenfalls durch dieses gesteuert werden. Die Kommunikation zwischen dem Funktionsmodul 42 und dem Steuermodul 10 beziehungsweise der externen Steuerzentrale 24 erfolgt über die Steuer- und/oder Datenleitungen in den Verkettungsblöcken.
Eine Ausprägung in unterschiedlichen Schutzarten kann durch Varianz der Anschlussblöcke 39 erfolgen. Das Steuermodul 10 kann je nach Anwendung in einer speziellen Schutzzone ebenfalls mit einem eigensicheren Netzteil 40 versehen sein. Die Versorgung der Magnetventile 16–21 erfolgt entweder durch ein eigensicheres Netzteil im Adaptermodul 15 oder jedes Magnetventil 16–21 weist ein eigenes eigensicheres Netzteil auf oder einzelne oder alle Magnetventile 16–21 können auch über die Spannungsversorgungsleitung in den Verkettungsblöcken 25–35 direkt versorgt werden.
Bei der Verkettung der Steuer- und/oder Datenleitungen in den Verkettungsblöcken 25–35 kann es sich um eine serielle oder parallele Verkettung handeln.
Durch die Verteilung der Erzeugung von eigensicheren Versorgungsspannungen durch eine Vielzahl von eigensicheren Netzteilen 40 in den einzelnen Komponenten der Modulanordnung treten zum einen geringere Energieniveaus auf, so dass einfachere Schutzmaßnahmen ausreichen, und es entstehen auch geringere Temperaturprobleme durch die räumliche Verteilung in den einzelnen Komponenten der Modulanordnung.
Die Modulanordnung kann selbstverständlich auch andere Komponenten und Moduleinheiten aufweisen, die kein eigenes eigensicheres Netzteil und/oder kein eigenes Funktionsmodul besitzen und direkt Daten an das Steuermodul 10 rückmelden oder Steuersignale von diesem empfangen. Dieses Steuermodul 10 kann im einfachsten Fall auch als einfache Busstation ausgebildet sein, die lediglich als Schnittstelle zwischen der externen Steuerzentrale 24 und den Komponenten der Modulanordnung dient und keine eigenen Steuerfunktionen beinhaltet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1174781 A2 [0002]

Claims

Modulanordnung mit mehreren miteinander verketteten elektrischen Moduleinheiten (11–21), mit wenigstens einem Netzteil (40) zur Spannungsversorgung und mit quer durch die Modulanordnung verlaufenden Steuer- und/oder Datenleitungen sowie Spannungsversorgungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Moduleinheiten (11–21) individuelle, von den Spannungsversorgungsleitungen versorgte Netzteile (40) zur individuellen Spannungsversorgung besitzen.
Modulanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzteile (40) als EXi-Netzteile zur Versorgung mit einer eigensicheren Spannung ausgebildet sind.
Modulanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Moduleinheiten (11–13) elektronische Funktionseinheiten (42) enthalten.
Modulanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronischen Funktionseinheiten (42) über standar disierte interne Schnittstellen (41) mit dem Netzteil (40) der jeweiligen Moduleinheit verbunden sind.
Modulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Datenleitungen sowie die Spannungsversorgungsleitungen über eine Leitungsverkettungsanordnung (25–35) quer durch die Modulanordnung verlaufen.
Modulanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsverkettungsanordnung (25–35) aus aneinandergereihten Verkettungsblöcken besteht, wobei jeder Verkettungsblock einen Bestandteil einer Moduleinheit (11–21) bildet.
Modulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein insbesondere eine Feldbusstation aufweisendes Steuermodul (10) einen Bestandteil der Modulanordnung bildet.
Modulanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (10) eine insbesondere als Feldbusschnittstelle ausgebildete Schnittstelle (22) zur Kommunikation mit einer externen Steuerzentrale (24) oder Steuereinheit aufweist.
Modulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Moduleinheiten (11–21) als Aktor- und/oder I/O-Anschlussmodule ausgebildet sind.
Modulanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere als Magnetventile ausgebildete Aktormodule (16–21) eine Ventilbatterie (14) bilden.
Modulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Moduleinheiten (11–21) in einer Reihenanordnung aneinander angeordnet sind, wobei das Steuermodul (10) vorzugsweise eine solche Moduleinheit der Reihenanordnung bildet.