CN100428874C - 带有模块化sps集成和扩展的工艺板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制机器的控制装置，特别是用于控制塑料注射成型机。在这样的控制装置中，一个问题在于复杂度、低微的标准化程度、相应的高的布线花费以及由此导致的故障源。我们通过一种根据本发明的针对机器的控制装置来对付这个问题，该针对机器的控制装置包括一个提供在不同单元之间的通信连接的总线板、一个布线板和一个分离的工艺模块。这个工艺模块分别具有一个或多个工艺板，该工艺板提供基本范围的对于待控制的机器的输入/输出连接。该工艺模块能够通过第二或第三类型的插头直接与总线板或布线板相连，并且提供这样一种桥接，也就是说一种在这两块板之间的连接，这样一来，能够减少在这些板之间的布线。至少一个负责对机器的控制任务的控制模块能够通过第一类型的插接插到所述总线板上。

Description

带有模块化SPS集成和扩展的工艺板

技术领域

本发明涉及一种用于机器的控制装置，如尤其是用于控制塑料注射成型机的控制装置。

背景技术

塑料注射成型机的控制装置通常以模块的方式构造，其中，不同模块负责不同的控制任务，并且提供与塑料注射成型机的某些可控装置的连接，如与压力传感器和电机驱动器的连接。这些模块经由背面总线相互连接，并且大多可插入地导入到所谓的“机架”中，在其背面装有一个带有背面总线的所谓的总线板。在模块和背面总线之间的连接大多经由插头接点来实现。迄今，一个模块提供SPS(可存储编程控制器：Speicherprogrammierbare Steuerung)，其中存有塑料注射成型机的可靠性逻辑。除此之外，控制装置还包含所谓的布线板，通过该布线板实现机器的布线(包括安全电路连接)，并且该布线板为控制装置提供电压分布。据此，布线板提供带有保险装置的电压分布、安全电路连接(包括可能的安全继电器以及其他组件)，并且提供尽可能多的机器布线及其安全电路连接。固定安装在布线板上的所谓的工艺模块，包含的基本范围为到塑料注射成型机的模拟和数字控制输入/输出连接。在控制模块或总线板与设置在布线板上组件之间的连接，通过单个导线分离地来实现。

迄今，这样一种控制器的制造由于许多分离的组件而花费很大，并且由此也易出现故障。特别是，带有控制模块的布线板的单个单元的分离布线是不清晰的，并表现风险因数。在扩充塑料注射成型机并因此增加需控制的组件时，出现现有控制器适当控制的问题。另一个缺点在于，每个塑料注射成型机结构系列必须单独地布线。

发明内容

本发明的任务是，实现一种用于机器的控制装置，该装置能够通过标准化减少成本，因此具有较低的故障率，并且其中可灵活使用并尽可能紧凑地布置。

这个任务通过一种相应于权利要求1的特征的控制装置来解决。

相应于本发明，用于机器的控制器，尤其是用于塑料注射成型机的控制器，包括总线板(该总线板提供不同单元之间的通信连接，优选地依据本地同步总线或现场总线体系结构)，布线板和分离的工艺模块。这个模块分别具有一个或多个工艺板，这些工艺板提供用于SPS(可存储编程控制器：Speicherprogrammierbare Steuerung)的基本范围。该工艺模块不是如从前那样与布线板一起集成的，而是作为单独的组成部分来实现，并且具有第二或第三类型的插头，通过这些插头其可直接与总线板或布线板相连，并且在这两块板之间的提供这样一种桥接，即连接，由此能够减少这些板之间的布线。至少一个负责机器上控制任务的控制模块通过第一类型的插头接点插到总线板上。其他的控制模块可以根据需要引入。因此，控制装置能够通过引入附加的控制模块很容易地适应不同的机器要求。通过使用预成形的插头接点用于单个控制器元素的相互连接，获得控制装置设计中的灵活性，并且减小布线花费。由此，能够紧凑地设计控制器，并且能够节省空间。使用预成形组成部分附加地减少了成本。

另外，工艺模块提供不同的数字和/或模拟的输入端口和输出端口，通过这些端口能够提供与机器的连接。附加地，能够设置诸如用于EEPROM的专用接口。接触优选地通过预成形插头来实现。

在一个特别优选的实施形式中，将CPU模块设置作为控制模块，该CPU模块实施SPS的任务。总线连接器也可以设置为控制模块，该总线连接器用作到外部CPU的接口，该外部CPU于是负责SPS的任务或者扩展SPS的能力范围。当然这也是可能的，即直接在工艺模块中设置用于SPS任务的CPU，由此能够节省插头空间。

布线板主要包括机器的安全电路连接。因此，能够直接接通例如位置开关，这些开关根据欧洲标准EN 201用于监控塑料注射成型机的保护门。用于监控的程序，所谓的安全逻辑，能够存储在非易失性存储器中，为此使用所谓的EN 201模块。这个模块优选地设置在布线板上，但是也可以放在工艺模块中。优选地，除了非易失性存储器，它还包括自身的控制器，该控制器处理安全逻辑，并且例如通过8位总线与机器的SPS相连。通过自身的输出端，该模块用于需要控制的机器的安全电路连接，并且由此确保由根据本发明的控制装置所控制的机器遵守安全规定。因此，例如能够硬件地通过集成到布线板上的安全继电器来断开对用于不安全状态中机器的数字输出端的不同电压供给。

另外，布线板提供到需要控制的机器的标准布线(该标准布线优选地通过插接件来实现)，并且提供用于整个控制装置的电压分布。该板优选地如此布置，使得所设置的安全电路连接可相应于结构系列或者所选择的选项而扩展。设置在布线板上的单个组件只要可能就通过预成形的导线组经由插头来接触。优选地，能够直接在插头接点处测量信号。在此，经常测量的值，优选地综合在37极的D子插头(D-Sub-Stecker)上。设置在布线板上的组件有例如硬件继电器、安全继电器、用于机器存储器的EEPROM和不同的测量点。

但是，工艺模块也可以包含带有安全逻辑的非易失性存储器和运行该安全逻辑的控制器，该安全逻辑主要用于设置在需要控制的机器的布线板上的安全电路连接，并因此确保由根据发明的控制器所控制的机器遵守安全规定。

根据本发明，工艺模块可以通过一个或多个扩展模块随意扩展，以便也可用于更复杂的机器。这个扩展模块提供附加的输入或输出组件，并且拥有输入保护电路和输出驱动器，控制由工艺模块来负责。

为了特别紧凑地设计控制器，可以优选地将总线板和布线板集成地构建在单一板块的分隔区域上。

为了支撑根据本发明的控制器，优选地设置模块支座，在该模块支座上可固定总线板、布线板和工艺模块及可能的扩展模块。在此，特别有利的是，工艺模块的板卡如此被支撑在模块支座上，使得将它们设置为垂直于集成实现的板卡，或垂直于总线和布线的板卡。后面的这些板卡基本上与支座平面平行。

优选地，将总线板和布线板固定在模块支座的后侧，而将工艺模块安装在模块支座的前侧，因为这样更容易到达设置在其上的、到需要控制的机器的输入/输出连接。模块支座优选地具有空隙，通过这些空隙能够引导不同模块或不同板卡之间的插头接点，即控制模块和总线板之间、以及总线板或布线板和工艺模块之间的插头接点。在布线板之上的空隙允许直接实施安全电路连接。附加地，模块支座应按照“支架”的方式具有更多的空隙，在这些空隙中可啮合地实现控制模块。从而，模块能够通过简单的啮合优选地固定在模块支座的前侧，而无需大的花费，其中，同时经由通过最初提及的空隙而握住的第一类型的插头和插头接点，提供控制模块和总线板之间的连接。

优选地，在根据本发明的控制器的模块支座上设置用于工艺模块可能的扩展模块的插座。由此，可以扩展塑料注射成型机和控制器之间的输入/输出连接的范围。为了将根据本发明的控制器设计得更紧凑和在使用中更灵活，可以通过预成形的前插头来提供工艺模块或其扩展模块的输入/输出连接。

将控制模块与总线板相连的第一类型的插头连接，优选是预成形的，并如此构建，使得其既可用于数字组件也可用于模拟组件。

当在工艺模块中使用多个工艺板时，优选地经由横向连接提供这些工艺板之间的连接，而且只有一个板卡拥有一个第二或第三类型的插头，该插头将该板卡和具有总线板或布线板的其他板卡相连。类似地，在使用扩展模块时也是这样的，这些扩展模块同样不是直接与这些板相连，而是例如借助于横向连接通过工艺模块与这些板相接触。

对于控制器的单个单元的控制，优选地使用高速的现场总线系统，该现场总线系统提供总线板上的多点连接。

通过本发明实现了，通过使用分离的工艺板将控制器和布线板功率之间的接口标准化。工艺模块在布线板和总线板之间提供桥接，即连接。为了进一步提高控制装置在使用中的灵活性，可以在布线板上设置用于如继电器的附加单元的其他插座，而任意的控制模块可插入在总线板上。此外，能够使用各种不同的位移测量系统，例如，使用P接口和电位器。这也是可能的，即设置对于当前需要的汽缸识别器(Zylindererkennung)，并为此使用多个输入端或预成形插塞连接用于数据传输。由此能够将到塑料注射成型机汽缸的接口统一。通过模块性和灵活性，根据本发明的控制装置可用于各种不同结构系列，并且能够很容易地适应。

附图说明

示例地，借助于下面的附图来说明根据本发明的控制器的一个实施方案。

图1示出根据本发明的控制器的一种实施方案的示意性俯视图和

图2示出根据图1的控制器的示意性功能划分。

具体实施方式

在图1中所描述的控制装置1，特别是用于控制塑料注射成型机的控制装置，包括模块支座2，该模块支座由冲压成形的、带有不同空隙4、8、22的板材组成。在这个模块支座2上支撑有控制器的不同单元。在图1中，在左侧示意地描述工艺模块外壳10。工艺板12位于这个工艺模块外壳中。通过工艺模块打开的上侧，能够引出工艺板12的接线。为了接触，优选地主要设置前插头形式的、预成形的插头接点或插头，这些插头接点或插头通过打开的上表面引入。在工艺模块外壳10的左侧有用于可选扩展模块的插座22。

在图1中位于右后方的模块支座2的区域被构建为所谓的机架6，在机架6上能够通过啮合机制固定插入模件14，插入模件14涉及控制模块。为此，在机架6的区域内设置制动连接空隙(Rastverbindungsausnehmung)8。同样在这个区域设置空隙4，通过空隙4能够引入控制模块14的第一类型插头。在上述情况下，控制模块14作为紧凑控制单元来实现，这些单元经由插头接点16提供第二接触可能性，该插头接点通过保护罩18来保护。在插头接点上能够设置用于运行指示的LED和其他功能单元。此外，在机架6的区域内还设有在图1中要求两个插接位置的CPU模块20，或者可替换地设有总线连接器，该连接器提供到外部CPU的连接，该外部CPU负责控制模块或SPS的功能。在CPU模块20或总线连接器与其他控制模块14之间的连接，由布置在机架6区域中模块支座2背面上的总线板24来实现。在这个总线板24上设有第一类型的插头接点26，能够通过空隙4将控制模块14或CPU模块20插入到该插头接点26中。总线板24还拥有至少一个第二类型插头接点28，通过该插头接点28能够建立到工艺模块或工艺板12的连接。

在图1中右前方的根据本发明的控制器1的模块支座2的区域中，背面安装有布线板30，在该布线板30上主要设置安全电路连接，和需要控制的机器的布线，以及用于控制器的电压分布。在该布线板上布置的、在图1中只是示意描述的组件和布线连接能够通过空隙4引入模块支座2。此外，布线板30拥有第三类型的插头接点32，布线板30经由该插头接点可以与工艺板12相连，并且经由这些工艺板12能够与总线板相连接。没有描述在该布线板上设置的用于整个控制器的电压分布。

图2示出根据本发明的控制器1的概念上的构造，主要的信息流示意地用图中左方框中的箭头表示。在上方区域给出一些可能占据(Belegung)的控制模块14。因此，能够设置例如所谓的温度模块150、模拟混合模块(Analogmischmodul)140、用于位移测量系统的P接口130等等。在未被占据的插接位置160，能够根据需要连接其他的控制模块。通过右上方所示的CPU 20或总线连接器，能够接入其他的控制模块，诸如少有的附加单元120、依赖于机器类型的功能或其余特殊的可选项。

在图2下方所描述的布线板30上有电压分布和既用于整个控制装置1又用于控制模块的保险装置170或180。这里，布置有包括安全逻辑的EN 201模块、用于监控保护门的根据EN 201的安全电路连接(它们确保运行中机器运行)，以及不同的组件190，例如硬件继电器、测量点、安全继电器以及用于固定布线的元件(例如电桥、猝熄电路等等)。到机器的连接大多经由预成形的导线组来实现，这在布线中减少了故障率，该布线提高清晰度并最小化所需空间。

在图2左方、控制模块区域和布线板30之间布置的工艺模块10、12包括SPS基本范围，并且主要提供从控制器到塑料注射成型机的输入连接和输出连接。工艺模块可以包括一个或多个工艺板12，其中，这些工艺板在多于一个板卡的情况下经由横向接触相连接，横向接触优选地以插接实现。该工艺模块的一个任务是布线板30与总线板24的桥接，即连接。在所述的实施方案中，该工艺模块应至少包括下列单元：32个数字输入端、24个带有2A输入电流的数字输出端、8个带有0.7A输入电流的数字输出端、7个模拟温度输入端、1个用于油温的KTY输入端、4个+/-10V的模拟输出端、3个0-10V的模拟差分输入端、8个对应于安全标准EN 201的数字输入端和4个跨音速输入端(Transsonareingang)。附加地，可以设置用于超声波位移测量系统的带有P接口的接口卡。

通过根据本发明的控制器1的模块性，即特别是通过将任意控制模块14添加到机架的可能性(其中，然而预先给定的用于整个控制器的空间需求不被超出)，通过总线板24和布线板30的、通过使用根据本发明的工艺模块12而标准化的桥接，和通过工艺模块12的可扩展性，能够为任意的机器的结构系列非常灵活地使用控制装置1。这附加地通过以下的方式而被促进，即能够应用既用于数字组件也针对模拟组件的第一类型的插头接点26，该插头接点26被设置用于将控制模块14与总线板24相连通。

为了在更高功能机器中能够实施成本优化的控制装置的改进方案，可以将扩展组件加入到工艺模块上，该扩展组件例如拥有8个0-10V的模拟输出端、8个0-10V的模拟输入端和8个数字输入端及8个2A的数字输出端。这个组件还只是主要由用于输入和输出的插头接点、输入保护电路和输出驱动器所组成，控制由自己的工艺模块来负责。

因此，本发明的优点在于统一性，同时提高模块化控制装置的灵活性，这导致成本降低和电路柜中空间的节省，此外，还有优点，即该控制器能够普遍地使用，并仍然能够适合各种需求。

参考符号列表

1   控制器

2   模块支座

4   空隙

6   支架

8   制动连接空隙

10  工艺模块外壳

12  工艺板

14  控制模块

16  插头接点

18  保护罩

20  CPU模块

22  用于扩展模块的插座

24  总线板

26  第一类型插头接点

28  第二类型插头接点

30  布线板

32  第三类型插头接点

120 附加单元

130 P接口

140 模拟混合模块

150 温度模块

160 保留插接位置

170 电压分布控制器

180 电压分布机器

190 组件

Claims (20)

1.用于控制机器的控制装置(1)，包括：

-总线板(24)，所述总线板经由总线系统提供多点连接，并且所述总线板具有至少一个第一类型的插头接点(26)、以及至少一个第二类型的插头接点(28)，其中能够分别将控制模块(14)插入所述第一类型的插头接点(26)中，能够将工艺板(12)插入所述第二类型的插头接点(28)中，

-至少一个带有与第一类型插头接点互补的第一类型插头的控制模块(14)，用于负责对所述机器的控制任务，

-布线板(30)，所述布线板能够经由第三类型的插头接点(32)与所述工艺板(12)相连接，和

-至少一个工艺模块，所述工艺模块分别包括一个或多个工艺板(12)，所述工艺板中的至少一个工艺板能够经由与第二类型插头接点(28)互补的第二类型插头而与所述总线板(24)相连接，并且能够经由与第三类型插头接点(32)互补的第三类型插头而与所述布线板(30)相连接，并且所述至少一个工艺板包括与需要控制的机器的各种数字和/或模拟输入连接和输出连接，并提供总线板(24)和布线板(30)之间的连接。

2.根据权利要求1的控制装置，

其中，设置CPU模块(20)作为控制模块。

3.根据权利要求1的控制装置，

其中，到外部CPU的总线连接器被设置作为控制模块。

4.根据权利要求1或2的控制装置，

其中，所述布线板(30)主要包括安全电路连接、需要控制的机器的布线以及电压分布。

5.根据权利要求4的控制装置，

其中，所述布线板(30)包括带有安全逻辑的非易失性存储器和用于安全电路连接的控制器。

6.根据权利要求4的控制装置，

其中，所述工艺模块包括带有安全逻辑的非易失性存储器和用于设置在布线板(30)上的安全电路连接的控制器。

7.根据权利要求1或2的控制装置，

其中，所述工艺模块具有用于实施可存储编程控制器的任务的CPU。

8.根据权利要求1或2的控制装置，

其中，所述工艺模块包括扩展模块，所述扩展模块具有附加的输入组件或输出组件、输出驱动器和/或输入保护电路。

9.根据权利要求1或2的控制装置，

其中，将所述布线板(30)和所述总线板(24)集成地构建在单个板的分隔区域上。

10.根据权利要求1或2的控制装置，

其中，设置模块支座(2)，其中所述工艺模块、所述布线板(30)和所述总线板(24)能够被固定在所述模块支座(2)上。

11.根据权利要求10的控制装置，

其中，将所述工艺模块的工艺板(12)垂直于所述布线板(30)和所述总线板(24)地设置在所述模块支座(2)上。

12.根据权利要求10的控制装置，

其中，将所述布线板(30)和所述总线板(24)固定在所述模块支座(2)的后侧，而将所述工艺模块固定在所述模块支座(2)的前侧。

13.根据权利要求10的控制装置，

其中，所述模块支座(2)具有空隙(4)，其中控制模块与总线板之间、总线板或布线板与工艺模块之间以及各个设置在布线板(30)上的组件之间的插头接点能够通过所述空隙(4)被引导。

14.根据权利要求10的控制装置，

其中，所述模块支座(2)附加地具有制动连接空隙(8)，其中所述控制模块(14)被啮合到所述制动连接空隙(8)中。

15.根据权利要求10的控制装置，

其中，在所述模块支座(2)上设置用于工艺模块的一个或多个扩展模块的插座(22)。

16.根据权利要求1或2的控制装置，

其中，通过预成形的前插头提供所述工艺模块或其扩展模块的输入/输出连接。

17.根据权利要求1或2的控制装置，

其中，所述第一类型插头接点(26)是预成形的，并如此被构建，使得所述第一类型插头接点既提供用于数字组件的插接也提供用于模拟组件的插接。

18.根据权利要求10的控制装置，

其中，通过横向连接将所述工艺模块的板(12)耦合。

19.根据权利要求10的控制装置，

其中，所述模块支座(2)由板材组成。

20.根据权利要求1的控制装置，其中所述机器是塑料注射成型机。

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