CN102752986B - 用于组装的提高安全性的现场设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种现场设备，例如用于连接本质不安全的传感器/执行器的现场模块；一种触点护板；以及一种用于以提高的安全性使本质不安全的现场设备接触或布线的方法。由于在有爆炸危险性的环境中使用现场设备，所以有明显的配线问题。为了减轻这些问题并节省空间，模块为了连接而具有触孔，这些触孔较佳地构造成自持式弹力加载和可释放的接线柱触点，其中未使用的触孔构造成由护板来保护。用于保护插头的触孔的、根据本发明的护板为了装到插头上而沿插入方向具有至少一个引导件以及与该引导件横向地具有盖住触孔的保护面，其中保护面在触孔的分隔栅格内横向于保护面的边具有槽口。由此，构成分别保护触孔的覆盖凸起部。

Description

用于组装的提高安全性的现场设备

技术领域

本发明涉及一种现场设备，诸如是具有用于本质不安全的现场设备(例如传感器/执行器的)的至少一个接口、并用于与可能本质安全的传感器/执行器一起装入外壳内的现场模块。

此外，本发明涉及一种保护插头的触孔的护板，该插头具有在分隔栅格(Teilungsraster)内排列的触针和在同一分隔栅格内成排设置的、用于插入导体内的触孔。

最后，本发明涉及一种用于使本质不安全的现场设备较佳以提高的安全性来接触或布线的方法。

背景技术

目前的设备和方法在DE 19714868 A1、EP 0 338 259 A2、WO 2009、118028 A1作描述。

为了与控制装置通信，现场总线在设备中连接现场设备、如探测器(传感器)和促动器(执行器)之类的所谓输入/输出(I/O)装置。现场总线用单根总线电缆来代替平行的导线束并连接从现场平面到控制平面的所有平面。与自动化装置(例如不同生产商的可存储编程的控制器(SPS)或基于个人计算机(PC)的控制器)的类型无关，现场总线使所有部件联网。这些部件可任意地分布在现场内，因为所有的部件都是就地非中央地连接。由此，提供用于所谓的实时合理化设计的高效通信网络。代替现场总线设备，还可在其它用于有爆炸危险性的区域的设备中采用护板和接线柱的结构。

与平行布线相比，现场总线的优点在于更小的布线耗费，这节约了在规划和安装电缆方面的时间。这还减少了接线板和开关柜的规模。

在有爆炸危险的区域内，为了测量技术和调节技术的任务而本质安全地(直至12/2004缩写为EExi，此后仅为Exi，英语：本质安全性)地使用点火保护类型的电气或电子装置。在这些装置中，通过限制电流和电压可不产生可点火的能量。这意味着，可能的火花形成不会引起有爆炸危险的燃料—空气混合物发生爆炸。

对于可如何避免点火源的不同类型，定义了在各种国际和欧洲标准中描述的各种点火保护类型。在欧盟的规程中同样对此作描述。

根据DIN VDE 0165，作为点火保护类型，气体中的电气生产设备主要有本质安全性Ex i、压力恒定的封装Ex d、提高的安全性Ex e、过压封装Ex p。

有爆炸危险的区域根据危险的有爆炸危险的环境的出现频率和出现持续时间而分成若干区段。

FB(现场总线)远程输入/输出(I/O)站，即现场模块安装在区段1或区段21内。这些现场模块构成模块化的系统，以在有爆炸危险的区域内的现场设备与安全区域内的控制器或控制系统之间进行信号匹配。现场总线远程输入/输出站使传统的传感机构与执行器经由唯一的现场总线导线与过程控制系统连接并为此采用标准的总线(Profibus、Modbus或其它)。然而，本发明不限于用于远程输入/输出、现场模块。本发明还涉及设置在现场内的装置本身，这些装置被称为现场设备。下面，“现场设备”的概念根据情况用于现场设备本身以及现场模块和现场设备的上位概念，这是因为两者经由导体彼此连接，并且本发明涉及它们的接触或布线。

不同的远程输入/输出模块，即现场模块大多作为插入单元设置成可插入盒子内；仅在有用火作业许可证时才可以在带电压的情况下安装或取出。

具有Exi和Exe现场接口的单通道和多通道输入输出(E/A)模块(特别是作为插入单元)的宽频谱使简单和普遍的设备设计成为可能。

提高安全性的Exe用于连接特别是如下装置：

通常在现场内连接的装置是继电器，用于切换功率电路的模块，不提供本质安全的电路的、封装好的现场设备的模拟输出，压力恒定地封装好的马达驱动的阀的模拟输出，本质不安全的传感器的二进制输出，本质不安全的电路(例如，电磁阀)的二进制输出。

远程输入/输出模块，即插入单元，具有电缆尾部，这些电缆尾部以提高的安全性连接到特别允许的接线柱。这些接线柱必须设有IP 30(防护等级)护板，以避免不经意地触碰到导电部分。

但是，由此不能解决在开关柜和开关室内出现的问题，因为具有电缆尾部或线材端部的模块以许多不同的变型存在，以覆盖为使用开关柜和开关室所必要的各种电缆长度。呈Ex-e实施方式的、特别的、单独安装的接线柱是必要的，以连接现场导线，这需要附加的空间并产生成本，因为未使用的导线还必须预先布线。

发明内容

因此存在这样紧迫的需求，即简化本质不安全的现场设备的布线、实现更高的模块组装密度以及减少具有电缆尾部的模块的变型多样性。

在现场设备、特别是具有用于本质不安全的传感器/执行器的至少一个接口并用于装入外壳内的现场模块中，其中，现场设备为了连接而具有触孔，触孔较佳地构造成自持式弹力加载的和可释放的接线柱触点或者Exe允许的螺旋式接线柱，其中未使用的触孔或螺旋式接线柱构造成由护板来保护，此任务通过如下方式来解决：每个触孔分配有导体释放装置(14)，该导体释放装置设置成在引入触孔(3)内的导体(15)中也由护板(4)来盖住。

通过现场设备的导线所插入的触孔以及由于自动释放，现场设备可直接连接到现场模块，而不必使用附加的Ex-e接线盒。模块的组装密度由此在开关室内提高。借助于留出插入位置，离可能相邻的本质安全的现场模块的距离减小。可确保根据IEC/EN 60079-11为至少50毫米的离现场设备的预定距离。

不必要的触点保持由护板闭锁，因而取消了不必要的电缆尾部的预布线。触孔是自拉紧的笼式接线柱，如果越牢地拉动导体的线材，则该笼式接线柱就越牢地保持该线材。触点必须不仅保持现场布线而不由于松开的连接而引起火花，而且弹簧触点还必须在振动的情况下可靠地固定线材。可以惊人的方式证实，当两个触点中的一个断裂时，至触孔的电连接还由两个触点中的另一个来维持。大量试验表明，剩下的那个触点在最大允许的测量电流下未过热，并且相邻电路之间所要求的空气和泄漏距离符合对于提高的安全性的标准要求。3.81毫米的触点距离的栅尺寸对于例如1A的测量电流来说是足够的。由此，满足对插入式连接器的提高的安全性的要求。

此外，根据本发明现存在如下可能，即，打开具有本质安全和本质不安全的电路的模块所在的外壳，而不必申请热作业许可证，这是因为通过护板以提高的安全性不可接近这些电路。

在本发明的设计中，触孔设置在具有触针的插头内，且该插头分配有护板，其中触孔和触针的轴方向构造成较佳是平行且相对的。

这样不仅可以快速地布线以及快速地更换现场设备，并且可以快速地更换现有的具有电缆尾部(Kabelschwanz)的现场模块。在现有的设备中更换具有线材端部的现场模块时，这种更换由于插接触点而是可快速和容易实施的。对此，正面的电路可无电流地切换或者具有热作业许可证的人员是必要的。此后，较密地切下现场模块或现场设备处的线材，并且若有可能，剥皮的线材端部设有电缆芯线端部套。待更换的模块然后从安装板(所谓的底板)中拉出并可用具有可插接的前部接口的新模块来替换。对此，根据本发明的护板在引入线材的位置处通过折断所属的连接板来去除。然后，将需要的线材引入触孔中。为释放触孔采用合适的工具。随后，护板借助于两个螺钉将插头覆盖地固定在模块上，从而完成更换。

对此，本发明的另一设计规定插头的触针插入插孔，这些插孔较佳地注塑在现场设备中。

这些插孔与触孔的区别在于，它们构造成非自锁式。而插头具有自锁式触孔，本质不安全的现场设备的导体然后插入该触孔。

护板较佳地借助于螺钉固定在现场设备处的措施避免插头会不经意地松开。由此提供用于插接触点的护板，该护板使电缆尾部以及单独安装的附加的Exe接线柱变得多余。触孔取代电缆尾部和线材端部。护板同时实现多个功能：它确保插头免于不经意地松开；它盖住露出的导电部分；它盖住橘色的释放装置，因而不能在有电压的情况下移除线材；它避免直径大于1毫米的线材意外进入；它确保与本质安全的电路的必要的分离距离；它允许客户打开模块所在的外壳，而无须预先切断电压也无须热作业许可证。替代可插接的Exe接线柱，还可使用固定安装在设备上的接线柱。这些接线柱代替弹力接线柱(Federzugklemme)还可装备有Exe允许的螺旋式接线柱。

在现场导线插入触孔的顺序中，护板的连接板在对应的位置处断裂。未使用的开口继续由所属的护板连接板来盖住，从而不露出裸露的导电部分。

护板的各个连接板的触孔受保护地来构造的措施避免了对共同的护板进行操纵，如其在分开安装的Exe接线柱中至今常见的那样。由此可以快速地布线和切换模块和现场设备。用于共同的6至8个触点的、具有单独连接板的插头护板被认为是特别有利的。但还可设想更大的单元。

当插头的触针设置在分隔栅格内且护板具有以分隔栅格的间隔在一侧引入的槽口以使覆盖凸起部形成时，护板可通过简单地折断连接板来匹配端子配置。如果在稍后的时刻改变插头处的布线，则必须确保没有导电部分是未受保护的。如果例如在之前折断护板的连接板的位置处移除线材，则现在开口不允许敞开。在此情况下，护板必须由新的护板来更换，且连接板仅在线材应引入各个插头开口内的地方被折断。

为了移除连接板有利的是，在其它的设计中，每个覆盖凸起部具有理论断裂点。由此为了移除连接板而不需要特别的工具。连接板可借助于螺丝刀抬高并折断。

每个触孔分配有导体释放装置的措施也避免了导体不经意地松开，该导体释放装置在引入触孔的导体中设置成由护板来盖住。

此任务也通过用于保护插头的触孔的护板来如此解决，其中该插头具有在分隔栅格内排列的触针和在该分隔栅格内成排设置用以插入导体内的触孔：护板为了装到插头上而沿插入方向具有至少一个引导件并与此横向地具有盖住触孔的保护面。明显节省空间是决定性的优点，这通过根据本发明的护板来实现。护板在插入现场设备内的插头上的定位以及该护板与现场设备的固定连接由此变得相当容易。

由于保护面在触孔的栅格中横向于保护面的边具有槽口以使各个保护性的覆盖凸起部得以构成，因而产生分别精确地分配给一个触点并盖住该触点的连接板。插头的各个触孔精确地由凸起部来盖住，然后为了露出引入开口而移除该凸起部。因此，护板可个别地进行调整。

护板如盒子般构造，但缺少两个面。由此，引导件构造成在三个侧面处至少部分地包围插头的壁，且保护面较佳地仅部分地伸入由引导面空出的面。

与槽口朝向敞开的面开口并且仅如此伸入保护面内以使插头的导体释放装置的释放机构保持被盖住的设计一起，即便在已安装的状态下，也可抓住保护凸起部的端部并且通过折断来去除凸起部。然而，避免了无意地释放释放机构。

在此，由此使从下方抓住凸起部端部并去除凸起部变得容易，即，保护凸起部构造成在其端部处与插头间隔开，并且保护凸起部具有理论断裂点。

借助于该优点，插头和护板在工作时与现场设备固定连接，因为触点护板为了固定在现场设备处而具有固定元件。因此，可以在没有热作业许可证或者不预先关闭设备的状况下打开现场设备所在的外壳。

最后，方法任务通过用于使本质不安全的现场设备较佳以提高的安全性的方式接触或布线的方法来解决，其中，具有触针和触孔、较佳地具有自锁式弹簧触孔的插头插入具有触孔的现场设备并根据罩盖的类型由护板来盖住，并且护板被固定在现场设备上，以及现场设备的导体在去除所属的保护凸起部之后插入插头的触孔内并在此闭锁在插头内。刚性导体必须在其插入插头开口内之前在其端部处根据规定进行剥皮。挠性导线必须设有电缆芯线套，以能确保相邻电路之间必要的距离并能将导线可靠地引入触点内。

附图说明

例如借助于附图来阐释本发明的较佳实施方式。

附图中的各图分别示出：

图1示意地示出具有本质安全和本质不安全的现场设备的、敞开的外壳的俯视图，

图2示出图1中所示的现场模块中的两个的示意俯视图，

图3示出根据本发明的护板的立体图，

图4示出根据本发明的护板的立体图，

图5示出属于根据图4的护板的插头的立体图以及

图6示出插头和护板作为连接到一起的结构组件的立体图。

具体实施方式

图1是目前的现有技术，其中，不同的现场模块1在外壳2内安装于共同的背板(也称为底板)上。

安全性提高的现场模块29和本质安全的现场模块28共同装入外壳2内。这些现场模块29具有例如16个电缆尾部，它们浇注在现场模块29内并且其自由端引导到Ex-e接线盒31上。为了覆盖对于在开关柜和开关室内使用来说必要的各种电缆长度，存在这种用于本质不安全的I/O的同一现场模块29的许多不同变型。为了安装Ex-e接线盒必须附加地在外壳2的背面上设有安装导轨32。为清楚起见未示出其它常见的构件。接口单元27连接于安装板33下方。电缆尾部30使现场模块28、29与Ex-e接线盒连接。

图2示出背面的安装板33，本质安全的现场模块和安全性提高的现场模块被示为位于该安装板上。根据本发明，安全性提高的现场模块不具有电缆尾部。取而代之，在图2中可看到两个根据本发明的护板4，这些护板盖住在此图中看不见的插头(5)并螺接到本质不安全的现场模块29的正面上。

在图3中以放大的立体图示出图2中所示的护板4。护板4整体作为注塑部件由塑料制成。该护板从上面插到未示出的插头上。在沿插入方向34装入时，护板4在此由侧面20、21、22的内表面23引导直至保护面17抵靠到插头上并盖住插头5的触孔3。为了将护板4固定到现场模块1、29上，侧面22和20处的壁具有连接板35作为固定元件26。通过其固定开口36，螺钉配合到设在现场模块内的螺纹内并因此使护板与现场模块29固定连接。

由包围插头的壁23空出的面24受到部分伸入面24内的覆盖凸起部12及其端部25的限制。这些覆盖凸起部12侧向受到槽口11的限制，这些槽口从面24引入分隔栅格10内的保护面17。

覆盖凸起部12的端部构造成楔形，因而产生朝向由护板保持的插头的、渐缩的间隙。覆盖凸起部终止于边18。可伸入此间隙内并可向上牵拉覆盖凸起部12，直至覆盖凸起部在预定的理论断裂点折断为止。理论断裂点设计成在移除覆盖凸起部12之后所属的触孔3虽露出，但所属的导体释放装置14仍被盖住。槽口11设置在从保护面17的自由端大约至覆盖面17内的理论断裂点13的位置。在覆盖面17内附加地形成有台阶部37，因而内部轮廓与所属的插头匹配。插头5的导体释放装置14处理成与插头5的触孔3相对。引导件16从侧面与壁23邻接。

在图4至6中分别示出护板、插头和具有覆盖件的插头与导体的结构单元。下方的图4是护板，中间的图5是插头，而上方的图6是安装好的单元。

在中间示出的插头具有较宽配置的触孔，这些触孔设置在分隔栅格10内。附加地，每个触孔分配有导体释放装置14。如果应移除插入触孔3的导体，则首先必须指示该导体释放装置14，以能移除导体3。触孔3与设置在相对侧上的触针6具有平行的轴向7并分别成排地设置在分隔栅格10内。为了以提高的安全性连接电路，首先在触孔3的所属位置处移除覆盖凸起部12。在将对应的导体15插入触孔3内之后，护板4经由插头5被拉动并借助于螺钉9拧入设置在现场模块内的螺纹，以使所有部分与现场模块固定连接。触孔8位于沿轴方向7。

本发明还可用于固定安装的现场设备并且不限于具有弹力端子的可插接的接线柱。

附图标记列表

1 现场设备，例如现场模块

2 外壳

3 触孔

4 护板

5 插头

6 触针

7 轴向

8 插孔

9 螺钉

10 分隔栅格

11 槽口

12 覆盖凸起部

13 理论断裂点

14 导体释放装置

15 导体

16 引导件

17 保护面

18 边

20 侧面

21 侧面

22 侧面

23 壁

24 面

25 端部

26 固定元件

27 接口单元

28 本质安全的现场模块

29 安全性提高的现场模块

30 电缆尾部

31 Ex-e接线盒

32 安装导轨

33 安装板

34 插入方向

35 连接板

36 固定开口

37 台阶部

Claims (18)

1.一种现场设备，其中，所述现场设备为了连接而具有触孔(3)，其中未使用的触孔(3)构造成由护板(4)来保护，且其中，每个触孔分配有导体释放装置(14)，所述导体释放装置在引入所述触孔(3)内的导体(15)中也设置成由所述护板(4)来盖住，其特征在于，所述触孔(3)设置在具有触针(6)的插头(5)内，并且所述插头(5)分配有所述护板(4)，且所述插头(5)的所述触针设置在分隔栅格(10)内并且所述护板(4)以所述分隔栅格(10)的间隔具有在一侧引入的槽口(11)，从而形成覆盖凸起部(12)。

2.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，所述现场设备是具有用于本质不安全的现场设备的至少一个接口以及用于装入外壳(2)内的现场模块(1)。

3.如权利要求2所述的现场设备，其特征在于，所述本质不安全的现场设备是传感器或执行器。

4.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，所述触孔构造成自持式弹力加载和可释放的接线柱触点或者Exe允许的螺旋式接线柱。

5.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，所述触孔(3)和所述触针(6)的轴向(7)构造成平行且相对。

6.如权利要求1所述的现场设备，其特征在于，所述插头(5)的所述触针(6)插入插孔(8)内。

7.如权利要求6所述的现场设备，其特征在于，所述插孔注塑在所述现场设备(1)内。

8.如权利要求1-7中任一项所述的现场设备，其特征在于，所述护板(4)借助于螺钉(9)固定在所述现场设备(1)处。

9.如权利要求1-7中任一项所述的现场设备，其特征在于，每个覆盖凸起部(12)具有理论断裂点(13)。

10.一种用于保护插头(5)的触孔(3)的护板(4)，所述插头具有在分隔栅格(10)内排列的触针(6)和在相同的分隔栅格(10)内成排设置以插入导体(15)的触孔(3)，其中，用于装到所述插头(5)上的所述护板(4)沿插入方向具有至少一个引导件(16)并与所述引导件横向地具有盖住所述触孔(3)的保护面(17)，其中，每个触孔分配有导体释放装置(14)，所述导体释放装置在引入所述触孔(3)内的导体(15)中设置成也由所述护板(4)来盖住，其特征在于，所述保护面(17)在所述触孔(3)的所述分隔栅格(10)内横向于所述保护面(17)的边(18)具有槽口(11)，从而构成各个保护性的覆盖凸起部(12)。

11.如权利要求10所述的护板，其特征在于，所述引导件(16)构造成在三个侧面(20,21,22)处至少部分地包围所述插头(5)的壁(23)。

12.如权利要求11所述的护板，其特征在于，所述保护面(17)仅部分地伸入空出的面(24)内。

13.如权利要求10-12中任一项所述的护板，其特征在于，所述槽口(11)朝向空出的面(24)开口并仅如此伸入所述保护面(17)内，即，使所述插头(5)的所述导体释放装置(14)保持被盖住。

14.如权利要求10-12中任一项所述的护板，其特征在于，所述覆盖凸起部(12)在其端部(25)处构造成与所述插头(5)间隔开。

15.如权利要求10-12中任一项所述的护板，其特征在于，所述覆盖凸起部(12)具有理论断裂点(13)。

16.如权利要求10-12中任一项所述的护板，其特征在于，所述护板(4)具有固定元件(26)，以固定在现场设备(1)上。

17.一种用于使本质不安全的现场设备接触或布线的方法，其特征在于，将具有触针(6)和触孔(3)的插头(5)插入具有插孔(8)的所述现场设备中，且所述插头根据罩盖的类型由护板(4)来盖住，且所述护板(4)固定在所述现场设备(1)上，所述触孔(3)的保护面(17)在所述触孔的分隔栅格(10)内横向于所述保护面(17)的边(18)具有槽口(11)，从而构成各个保护性的覆盖凸起部(12)，以及所述现场设备的导体(15)在去除所属的盖住的覆盖凸起部(12)之后插入所述插头(5)的触孔(3)，并且此时在所述插头(5)内自动闭锁，或者代替可插接的接口而采用与所述现场设备固定连接的接线盒，其中，分配给每个触孔的导体释放装置(14)在将导体(15)引入所述触孔(3)内时也保持由所述护板(4)盖住。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述触孔是具有自锁式弹力触孔(3)。