DE20015758U1 - Elektrisches Gerät mit Bussystem - Google Patents

Description

Elektrisches Gerät mit Bussystem

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit modularem Aufbau nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein elektrisches Gerät dieser Art ist aus der EP 95 113 730 Al bekannt. Bei dem in dieser Schrift gezeigten Gerät mit internem Busleiter dienen auf Tragschienen anreihbare Anschlußblocks zur Signalanpassung zwischen einem übergeordneten Feldbus und an die Anschlußblocks angeschlossenen Initiatoren, Feldgeräten oder dergleichen. Die Anschlußblocks sind aus funktionsverschiedenen Anschluß- bzw. Modulscheiben zusammengesetzt, wobei zwischen Schutzleiterscheiben, Einspeisescheiben, Versorgungs-/Signalleiterscheiben und Rastfußscheiben unterschieden wird. Ein oder mehrere Anschlußblocks sind über den internen Busleiter mit einem Anschlußmodul für einen Feldbus verbindbar.

Ein gattungsgemäßes elektrisches Gerät ist ferner aus der DE 199 02 745.5 Al bekannt. Dieses Gerät weist einen modularen Aufbau auf, bei dem Modulscheiben und Modulblöcke auch gemischt anreihbar sind.

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Anmeldetext vom 11.09.2000 Seite

Ausgehend von diesem an sich bewährten Stand der Technik zielt die Erfindung darauf ab, die Einsatzmöglichkeiten des elektrischen Gerätes auf einfache Weise zu erweitern. Insbesondere soll die Einsetzbarkeit bei Hochgeschwindigkeitsapplikationen sowie bei sicherheitsrelevanten Anwendungen erhöht werden.

Dies erreicht die Erfindung nach dem Gegenstand des Anspruches 1. Geschaffen wird ein elektrisches Gerät mit modularem Aufbau zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse und/oder zur Industrie- und/oder Gebäudeautomatisierung, mit vorzugsweise einer Kopfstation, insbesondere ein Gateway oder eine Bridge, einer Mehrzahl von auf eine Tragschiene aufsetzbaren, an das Gateway anreihbaren Anschlußmodulen, die jeweils mit mehreren Ebenen von Anschlüssen zum Anschluß externer Leiter versehen sind und vorzugsweise eine Aneinanderreihung aus scheibenförmigen Basis-Klemmenträgern (2) aufweisen, wobei innerhalb jedes Anschlußmodules im wesentlichen parallel zur Tragschiene ein interner Busleiter sowie Potentialführungen verlaufen, wobei mindestens eine Subgruppe der Anschlußmodule mit wenigstens einem Subbussystem versehen ist, mit dem innerhalb der Subgruppe Informationen und/oder Energie übertragbar sind/ist.

Das Subbussystem eignet sich - insbesondere in einer Auslegung, in welcher es gatewayunabhängig arbeitet - beispielsweise zur lokalen Steuerung und/oder Regelung besonders schneller technischer Prozesse. Da kein Datenaustausch mit der Kopfstation notwendig ist, werden insbesondere die Zugriffszeiten bei einer Nutzung des Subbussystems gesenkt.

Das Subbussystem läßt sich beispielsweise dazu nutzen, ein Zählermodul anzufragen (z.B. über ein RS2332/485-Modul).

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Anmeldetext vom 11.09.2000 Seite

Es ist auch eine direkte Kommunikation des Zähler-Modules mit einem SSI-Geber-Interface realisierbar.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit liegt im schnellen Ansteuern beliebiger DI- und/oder DO-Module. Auch eine Nutzung als Sicherheitsbus für ausfallkritische Prozesse ist denkbar.

In Hinsicht auf die sicherheitskritischen Anwendungen wäre eine Sicherheitsrückfallebene mit Hilfe des Subbusses realisierbar, mit der z.B. ein Motor in seinen sicheren Zustand fahrbar ist.

Realisierbar wäre ferner mit dem Subbus auch eine logische Kombination von Modulen zur Entlastung des Modulbusses, um eine schnellere Kommunikation des Modulbusses bzw. des internen Busleiters zu gewährleisten.

Vorzugsweise weist das Subbussystem (SUBBUS) wenigstens sich innerhalb der Anschlußmodule (M) des Subbusleitersystems erstreckende separate Datenleitungen und/oder Versorgungsleitungen auf. Diese können aus aneinanderreihbaren Querbrükkern der Anschlußmodule zusammengesetzt sein und/oder aus sonstigen elektrischen Leitern und/oder Lichtwellenleitern bestehen.

Vorteilhaft bildet das Subbussystem (SUBBUS) mit dem internen Busleiter eine vormontierbare - mechanische Baugruppe.

Nach einer Variante ist eines der Anschlußmodule der Subgruppe als „intelligentes" Master-Anschlußmodul der Subgruppe ausgelegt und steuert die Datenübertragung innerhalb der Subgruppe und/oder zur Anschlußebene. Das Master-Anschlußmodul kann mit einem Mikroprozessor versehen werden, der innerhalb der Subgruppe in ein beliebiges Anschlußmodul (M) integrierbar ist.

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Vorzugsweise ist der Mikroprozessor (MP) direkt oder über eine zwischengeschaltete Elektronikschaltung mit dem internen Busleiter verbindbar, so daß eine Kommunikation mit dem Subbus realisierbar ist. Auf der Subbusebene werden dann einzelne „Aufgaben bzw. Prozesse" „selbständig" lokal bearbeitet. 5

Nach einer Variante weist das Subbussystem (SUBBUS) eine eigene Subspanungsversorgung auf, was insbesondere für sicherheitsrelevante bzw. sicherheitskritische Anwendungen von Vorteil ist. Es ist dabei denkbar, das Subbussystem (SUBBUS) mit einem Energiespeicher wie einer Batterie oder einem Kondensator zu versehen. Wird ein Energiespeicher wie ein Kondensator oder eine Batterie an das Subbussystem angeschlossen, läßt sich auf einfache Weise eine beliebig einsetzbare Notenergieversorgung realisieren.

Denkbar ist es ferner, daß die Energieversorgung des Subbussystemes über die Kopfstation oder eines der Anschlußmodule des Subbussystems oder ein separates Einspeise-Anschlußmodul erfolgt.

Vorzugsweise ist das Subbussystem (SUBBUS) zur direkten Ansteuerung oder Regelung externer Geräte wie Aktoren und/oder Sensoren ausgelegt. 20

Das Subbussystem kann sich vorteilhafter Weise auch über mehrere Anschlußmodule hinweg erstrecken, die auch auf verschiedenen Tragschienen angeordnet sein können.

Es ist denkbar, die Datenleitungen des Subbussystems mit der Hilfe von elektrischen Leitern und/oder Lichtleitern zu verwirklichen.

Es ist ferner möglich, das Subbussystem als vormontierte Einheit von Modulscheiben und/oder —blocken zu realisieren, welche gemeinsam auf eine Tragschiene aufgerastet werden.
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Anmeldetext vom 11.09.2000 Seite

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.

Nachfolgend werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des funktionalen Aufbaus eines elektrischen Gerätes;

Fig. 2a-c weitere schematische Darstellungen des funktionalen Aufbaus eines elektrischen Gerätes;

Fig. 1 zeigt ein auf eine Tragschiene aufsetzbares elektrisches Gerät G der Automatisierungstechnik.

Das Gerät G umfaßt ein Gateway GW, an welches Anschlußmodule M in Scheibenform (Modulscheiben MS) und/oder Blockform (Modulblöcke MBl - MB3) anreihbar sind. Das elektrische Gerät G ermöglicht die Überwachung und/oder Steuerung externer elektrischer Geräte (Feldgeräte, Initiatoren, Aktoren usw.), welche an die Anschlußmodule des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes anschließbar sind.

Das Gateway GW verfügt über eine hier nicht dargestellte Elektronik und ist mit Anschlußelementen SB zum Anschluß verschiedenster externer Feldbussysteme zur Weitergabe an einen internen Busleiterabschnitt 10 sowie mit weiteren Anschlüssen/Diagnoseschittstellen AB (z.B. PS2-Buchse, Schirm, Stiftleisten) und Schalter(n) SC versehen. An das Gateway GW schließen sich die Anschlußmodule M verschiedener Art an, die je nach Auslegung entweder zum Anschluß bestimmter externer elektrischer Geräte (Anschlußmodulscheibe) oder aber zur Potentialeinspeisung in das System (Einspeise-Modulscheibe) ausgelegt sind.

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Anmeldetext vom 11.09.2000 Seite 6

Die erste sich an das Gateway anschließende Modulscheibe MSl mit der Bezeichnung „EI3AN" dient zur Einspeisung von elektrischen Potentialen über die Anschlüsse Al, A2 bis C2 in das elektrische Gerät, wobei diese Potentiale von den Anschlüssen Al, A2,... über Stromschienen und ggf. Leiterbahnen (hier nicht dargestellt) in das Gateway und/oder über Potentialführungen PF-, PF+ in weitere Modulscheiben MS und/oder Modulblöcke MB geleitet werden. Analoges gilt für die zweite angereihte Modulscheibe MS2 (EI4AN), welche aufgrund der größeren Zahl von Anschlüssen für externe Leiter die Einspeisung von mehr verschiedenen elektrischen Potentialen in das System erlaubt, insbesondere die Einspeisung eines zusätzlichen Schutzleiterpotentiales über die vierte Anschlußebene D zur Potentialführung PE. An ein einzelnes Gateway muß sich nur jeweils eine der beiden Einspeisescheiben MSl oder MS2 anschließen, die beiden dargestellten Varianten dienen lediglich zur Veranschaulichung verschiedener Ausführungsformen von Einspeisescheiben. An die Einspeisescheiben schließen sich weitere Modulscheiben MS3 bis MS9 an (Anschlußmodulscheiben), die jeweils die Bezeichnung 3AN , 4AN oder 6AN tragen, was andeutet, daß drei, vier oder sechs der Anschlußebenen A, B, C,... zum Anschluß externer Leiter vorgesehen sind, wobei die einzelnen Anschlüsse beispielsweise in Schraub- oder Zugfedertechnologie ausgeführt sein können. Zur Potentialeinspeisung und/oder neuerlichen Systemversorgung können weitere Einspeisescheiben MSl, MS2 zwischen die Anschlußscheiben MS3, MS4, MS5 ... gesetzt werden. Analoges gilt für die Modulblöcke MBl bis MB3 mit drei, vier oder sechs Anschlußebenen mit Mehrfachanschlüssen Bl, B2, B3, B4,....

Jede der Modulscheiben weist zwei Reihen von Anschlüssen Al, Bl,... bzw. A2, B2 usw. auf. Die Anschlußebenen A und ggf. auch D weisen Einzelanschlüsse Al, A2, Dl, D2 zur Signalübertragung zu/von den extern angeschlossenen Geräten auf. Jede der weiteren Anschlußebenen B, C, E, F und ggf. auch D der Modulscheiben MS ist zur Potentialweiterleitung mit durchkontaktierten Doppelanschlüssen (bzw. beim Blockaufbau: Mehrfachanschlüsse Bl, B2, B3,...) versehen, so daß pro Modulscheibe MS in jeder Anschlußreihe ein oder zwei (oder bei besonderen Ausführungsformen

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Anmeldetext vom 11.09.2000 Seite 7

auch mehr) externe elektrische Geräte anschließbar sind. Die verschiedene Anzahl von Anschlußebenen ermöglicht es, je nach Art des anzuschließenden Gerätes eine Modulscheibe MS mit nur so viel Anschlüssen einzusetzen, wie sie bei dem jeweiligen Gerät unbedingt benötigt werden. Ist eine ganze Reihe von externen elektrischen Geräten mit gleichen Anschlüssen zu überwachen, empfiehlt sich der Einsatz eines Modulblockes MB nach, der an die Modulscheiben MS beliebig reihbar und mit allen Anschlußbelegungen der Modulscheiben MS3 bis MS9 realisierbar ist, also selbst drei, vier oder sechs Anschlußebenen mit einer vorgegebenen Belegung (z.B. A=Signal, B=Minus, C=PE usw.) aufweisen kann.

Vom Gateway und von Modulscheibe zu Modulscheibe erfolgt die Weiterleitung verschiedener elektrische Potentiale. Insbesondere das Minuspotential -, das Pluspotential + und der Schutzleiter PE werden von Modulscheibe zu Modulscheibe mittels der Potentialführungen PF-, PF+ und PE weitergeleitet. Von diesen Potentialführungen werden die Potentiale - beispielsweise Sicherheitskleinspannungen, aber auch Wechselspannungen - abgegriffen und den Anschlußebenen B bis F entweder direkt (PE) oder indirekt (PF+, PF-) über eine Elektronikleiterplatte zugeführt. An den Anschlußebenen B bis F können die Potentiale dann zur Versorgung der externen elektrischen Geräte abgegriffen werden.

Neben der reinen Spannungsversorgungs- und Erdungsfunktion ermöglicht das erfindungsgemäße elektrische Gerät G auch die Übertragung von Daten. Zu diesem Zweck erfolgt mittels eines internen Busleiters BUS, 10 eine Datenübertragung zwischen dem Gateway GW und den Modulscheiben MS bzw. den Modulblöcken MB. Über die Elektronikleiterplatte erfolgt die Kommunikation zwischen dem internen Busleiter BUS und den externen elektrischen Geräten und/oder dem Subbus.

Die Modulscheiben MS sind mit weiteren Modulscheiben MS und/oder Modulblöcken MB zu einem Anschlußblock variabler Länge zusammenfügbar. Jede Modulscheibe MS weist vorzugsweise einen scheibenförmigen Basis-Klemmenträger zur Verriege-

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Anmeldetext vom 11.09.2000 Seite

lung des Einzelmodules auf einer (hier nicht dargestellten) Tragschiene auf. Der Busleiterabschnitt 10 erlaubt eine Weiterleitung der Busleitersignale von Einzelmodul zu Einzelmodul und in eine Elektronikleiterplatte. Die Elektronikleiterplatte ist mit einer (hier nicht dargestellten) Elektronikschaltung zur Verarbeitung/Weiterleitung der jeweils zur Elektronikleiterplatte geführten Signale versehen.

Nach der Erfindung erfolgt innerhalb einer Untergruppe, d.h. nach Fig. 1 innerhalb der Modulscheibenaneinanderreihung MS4 bis MS7 auch eine lokal beschränkte Daten- und/oder Energieübertragung. Zu diesem Zweck ist z.B. zwischen den Potentialführangen und dem internen Busleiter eine weitere lokal beschränkte Aneinanderreihung von Querbrückern zwischen den Modulscheiben MS4 und MS7 ausgebildet, welche als Daten- und/oder Energieleitungen des Subbussystems nutzbar sind.

Eine der Modulscheiben (z.B. in Fig. 1 MS5) dient als lokaler Subbusmaster und ist zu diesem Zweck mit einer Elektronik mit einem Mikroprozessor MP ausgestattet, der optional über die Elektronikleiterplatte mit dem internen Busleiter 10 und/oder mit den Anschlußebenen z.B. zum Anschluß externer Geräte verbindbar ist.

Fig. 2a veranschaulicht schematisch die grundsätzliche Unterscheidung zwischen Modulbus, Subbus und Potentialbus. Fig. 2b zeigt die logische Unterscheidung bzw. die „Unter- oder Nebenordung" des Subbussystems zum Modulbus (interner Busleiter), der wiederum mit der Kopfstation verbunden ist. Fig. 2c veranschaulicht die Realisierung von zwei separaten, lokal abgeschlossenen Subbussystemen in einem elektrischen Gerät (graue Schattierung).
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Anmeldetext vom 11.09.2000 Seite

Bezugszeichen	G
elektrisches Gerät	GW
Gateway	M
Anschlußmodule	MS
Modulscheiben	MB
Modulblöcke	SB
Anschlußelemente	10
interner Busleiterabschnitt	A,B,C,D,E,F
Anschlüsse	PF-, PF+, PE
Potentialfuhrungen	MP
Mikroprozessor	SUBBUS
Subbus	AB
Anschlüsse

Claims (12)

1. Elektrisches Gerät mit modularem Aufbau zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse und/oder zur Industrie- und/oder Gebäudeautomatisierung, mit

A) vorzugsweise einer Kopfstation, insbesondere ein Gateway oder eine Bridge,

B) einer Mehrzahl von auf eine Tragschiene aufsetzbaren, an das Gateway anreihbaren Anschlußmodulen, (M) die jeweils mit mehreren Ebenen (A, B, C, D, . . .) von Anschlüssen (A1, A2, B1, . . .) zum Anschluß externer Leiter versehen sind und vorzugsweise eine Aneinanderreihung aus scheibenförmigen Basis-Klemmenträgern (2) aufweisen,

C) wobei innerhalb jedes Anschlußmodules (M) im wesentlichen parallel zur Tragschiene ein interner Busleiter (BUS) sowie Potentialführungen (PE; PF+, PF-) verlaufen,

dadurch gekennzeichnet, daß

A) mindestens eine Subgruppe der Anschlußmodule (M) mit wenigstens einem Subbussystem (SUBBUS) versehen ist, mit dem innerhalb der Subgruppe Informationen und/oder Energie übertragbar sind/ist.

2. Elektrisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Subbussystem (SUBBUS) wenigstens sich innerhalb der Anschlußmodule (M) des Subbusleitersystems lokal erstreckende separate Datenleitungen und/oder Versorgungsleitungen aufweist.

3. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten- und/oder Versorgungsleitungen des Subbussystems (SUBBUS) aus aneinanderreihbaren Querbrückern der Anschlußmodule zusammengesetzt sind.

4. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten- und/oder Versorgungsleitungen des Subbussystems (SUBBUS) aus elektrischen Leitern und/oder Lichtwellenleitern bestehen.

5. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Subbussystem (SUBBUS) mit dem internen Busleiter eine mechanische Baugruppe bildet.

6. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Anschlußmodule (M) des Subgruppe als Master- Anschlußmodul der Subgruppe ausgelegt ist und einen Mikroprozessor aufweist, der die Daten- und/oder Engergieübertragung innerhalb der Subgruppe und/oder zur Anschlußebene steuert.

7. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (MP) innerhalb der Subgruppe in ein beliebiges Anschlußmodul (M) integrierbar ist.

8. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (MP) direkt oder über eine zwischengeschaltete Elektronikschaltung mit dem internen Busleiter verbindbar ist.

9. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Subbussystem (SUBBUS) eine eigene Subspanungsversorgung aufweist.

10. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Subbussystem (SUBBUS) mit einem Energiespeicher wie einer Batterie oder einem Kondensator versehen ist.

11. Elektrisches Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung des Subussystems (SUBBUS) über die Kopfstation oder eines der Anschlußmodule des Subbussystems oder ein separates Einspeise-Anschlußmodul erfolgt.

12. Elektrisches Gerät dadurch gekennzeichnet, daß das Subbussystem (SUBBUS) zur direkten Ansteuerung oder Regelung externer Geräte wie Aktoren und/oder Sensoren ausgelegt ist.