CN103548306A - 总线节点和用于控制工作装置的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于总线系统（3）与功能模块装置（6）的电耦合的总线节点，具有用于转换由总线系统（3）所提供的总线协议和由功能模块装置（6）所提供的内部通信协议之间的电信号的电子电路以及具有用于电子电路与功能模块装置（6）的电连接的第一耦合装置（32、33）并且具有用于电子电路与总线系统（3）的电连接的第二耦合装置（36、37）。根据本发明规定，第一耦合装置（32、33）包括被构造用于与功能模块装置（6）的地连接端子（26）直接电接触的第一接触装置（33）。

Description

总线节点和用于控制工作装置的控制系统

技术领域

本发明涉及用于总线系统与功能模块装置的电耦合的总线节点，具有用于在由总线系统提供的总线协议和由功能模块装置提供的内部通信协议之间转换电信号的电子电路，以及具有用于电子电路与功能模块装置的电连接的第一耦合装置，并且具有用于电子电路与总线系统的电连接的第二耦合装置。此外，本发明涉及用于控制工作装置的控制系统。

背景技术

由DE 10 2006 030 706 A1 已知用于利用网关通过开放的现场总线控制总线联网的设备的系统和方法。数据技术联网、设备的用户配置和以能量向设备供电被公开。作为典型的设备，如保护继电器、电动机起动器、功率开关和测量传感器以及相似的设备那样的工业开关设备被说明，其中该系统具有至少一个网关，该网关被连接在开放的现场总线和执行元件之间。

DE 102009033691 B3公开了用于在串行数据总线和工作模块之间传输数据的装置，其中数据总线被连接到总线模块中的总线节点上，该总线模块具有至少两个串行通信连接端子，该通信连接端子与和总线节点连接的或集成在该总线节点中的集线器的端口连接，其中通信连接端子被构造用于连接工作模块和用于给工作模块供应电压，并且其中工作模块中的至少一个作为执行元件模块和/或E/A模块被构造，该执行元件模块和/或E/A模块包含用于并行连接执行元件的串行－并行转换器和/或用于并行连接E/A接口的串行－并行转换器，所述串行－并行转换器具有各自的工作模块或与工作模块相连接，其中集线器和工作模块之间的串行连接作为点对点连接被构造。

发明内容

本发明的任务在于，提供总线节点和用于控制工作装置的控制系统，其在干扰信号发射和/或干扰信号辐射方面具有改进的特性。

该任务根据本发明的第一方面针对开头所述类型的总线节点利用权利要求1的特征被解决。在此规定，该第一耦合装置包括第一接触装置，该第一接触装置被构造用于与功能模块装置的地连接端子直接电接触。

通常，通过总线电缆或通过相应外壳上的各个接地点为总线节点提供地电势，其中该总线电缆被设置用于通过总线系统连接总线节点与控制模块。因为该总线电缆能够根据总线节点和控制模块的空间布置具有很大的长度并且特别是在加工机器中例如由于振动而遭受机械负荷，所以通过总线电缆向总线节点提供的地电势可能偏离功能模块装置上的地电势。此外，由于外部影响，位于控制模块上的并且通过总线电缆向总线节点提供的地电势可能偏离功能模块装置上的地电势。为了针对总线节点实现干扰信号发射和/或干扰信号辐射的改进，根据本发明规定，使总线节点通过被构造用于与功能模块装置电连接并且包括第一接触装置的第一耦合装置与功能模块装置的地连接端子直接电接触。因此确保，位于总线节点上的地电势等于功能模块装置的地电势，由此在总线节点和功能模块装置之间的单向的或双向的信号传输导致减少的干扰信号发射并且导致提高的抗干扰信号辐射性。

本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

如果第二耦合装置包括被构造用于向总线系统提供功能模块装置的在第一接触装置上可施加的地电势的第二接触装置，则是适宜的。因此功能模块装置的地电势也能够被提供给总线电缆，以便针对总线节点实现干扰信号发射的所期望的减少和抗干扰信号辐射性的提高。

如果接触装置作为用于与地电势、特别是与功能模块装置的地连接端子的插接连接的有弹簧弹性的接触舌簧被构造，则是有利的。因此总线节点和功能模块装置和/或总线电缆之间的简单的耦合能够被实现。该耦合优选地作为插接过程进行，与此相应地，功能模块装置处和总线节点处的接触装置作为插头连接器被构造。

在本发明的改进方案中规定，该接触装置包括多个环绕地布置的接触舌簧，以便保障地连接端子和电子电路或地连接端子、电子电路和第二耦合装置之间的屏蔽作用。因此针对总线节点实现干扰信号发射的进一步的减少和/或抗干扰信号辐射性的提高。

优选地，接触装置被构造用于与螺纹插接连接器、特别是M8插接连接器或M12插接连接器的螺纹套筒的插接连接。因此总线节点能够以简单的方式、特别是借助插接过程与功能模块装置连接。在总线节点和功能模块装置的螺纹插接连接器的这种耦合的情况下，不仅根据内部通信协议传输信号所需的信号线路被连接，而且地连接被建立。

本发明的任务根据第二方面利用根据权利要求5的用于控制工作装置的控制系统被解决。该控制系统包括用于向总线系统发出控制指令的控制模块、用于转发控制指令的总线系统、用于将根据总线协议的控制指令转换为根据功能模块装置的内部通信协议的控制指令的总线节点、以及功能模块装置，该功能模块装置包括用于控制流体执行元件的阀门模块和/或用于控制电执行元件的电开关模块和/或用于控制和/或监控传感器的输入－输出模块，所述模块能够分别根据由内部通信协议所提供的控制指令而受影响，其中功能模块装置能够与地电势、特别是与机架耦合并且包括用于功能模块装置和总线节点之间的信号传输耦合的接触装置，该接触装置具有与地电势连接的地连接端子，并且其中总线节点被构造为能够耦合到功能模块装置上，并且总线节点的第一接触装置直接与该接触装置连接，使得功能模块装置的地连接端子和总线节点之间的电接触被保障。

控制模块例如可以涉及存储器可编程的控制装置（SPS），该控制装置被构造用于向工作装置的部件预先给定控制指令。为此应设置与执行元件和/或传感器的通信，该执行元件和/或传感器被布置在工作装置处并且转换控制系统的控制指令或者能够向控制系统反馈控制指令的作用。工作装置例如可以涉及用于工件的加工机器，该加工机器利用可流体和/或电驱动的执行元件和所分配的传感器来校准。该总线系统能够根据预先给定的总线协议、例如根据现场总线协议在控制模块和功能模块装置之间传输控制指令。该总线节点被设置用于将总线协议中包含的控制指令转换为功能模块装置的内部通信协议并且向该功能模块装置提供。功能模块装置包括多个功能模块，该功能模块被设立用于根据所提供的控制指令进行执行元件的例如流体的或电的控制和/或传感器的读出并且必要时将所确定的传感器信号通过内部通信协议转发给总线节点。为了功能模块装置的有利的功能以及为了遵守有关的规定而规定，该功能模块与地电势、例如工作装置的机器框架连接。根据本发明规定，也向总线节点提供该地电势。因此功能模块装置中和总线节点中的电路或电子电路处于相同的地电势，由此实现从总线节点发出的干扰信号发射的低的水平和总线节点的抗干扰信号辐射性的高的水平。

在本发明的有利的改进方案中规定，总线节点被构造为可插装到功能模块装置上。因此实现总线节点和功能模块装置之间的可特别简单地操作的机械和电耦合。

如果功能模块装置上的地连接端子作为螺纹插接连接器的螺纹套筒、特别是作为M8插接连接器或M12插接连接器的螺纹套筒被构造，则是适宜的。这样的螺纹插接连接器例如被构造用于配备有对应插头的电缆的机械上特别能负重的耦合。螺纹插头和螺纹插座的信号线路之间的电连接通过插接连接器被建立，地电势的提供通过螺纹套筒和对应的螺纹环进行。通常M8插接连接器或M12插接连接器被用于总线系统的连接端子。优选地，在总线节点中设置有与螺纹套筒的外部几何结构适配的凹槽，使得总线节点能够尽可能齐平地被插装到功能模块装置的表面上，其中该螺纹套筒至少几乎完全被容纳在凹槽中。

优选地规定，该第一接触装置作为有弹簧弹性的接触舌簧、特别是作为环绕地布置的接触舌簧的组被构造。因此在将总线节点插装到功能模块装置上时无需用户的进一步的帮助而在功能模块装置和总线节点之间建立所期望的地连接。优选地，至少一个接触舌簧被构造为使得该接触舌簧位于特别是作为螺纹套筒被构造的地连接端子的外侧。

在本发明的进一步的构造方案中规定，功能模块装置的阀门模块和/或开关模块和/或输入/输出模块在排列方向上相互被排列并且在该排列方向上彼此电和/或流体耦合。因此功能模块的紧凑的布置能够被实现。此外，以电能、以一种或多种流体、特别是压缩空气、以及以根据内部通信协议的信号对各个功能模块的供应因此被减轻。

如果功能模块装置包括作为功能模块和总线节点之间的电连接部分（Bindeglied）被构造的连接模块，则是适宜的。该连接模块用于向被布置在下游的功能模块中央地输送供应能量、流体和控制信号并且为此包括相应的连接装置，如至少一个供电电压连接端子和至少一个流体连接端子以及插接连接器、特别是M8插接连接器或M12插接连接器，这些连接装置被构造用于向功能模块装置的内部通信协议提供信号。

附图说明

本发明的有利的实施方式在图中被示出。在此，

图1 示出加工机器的用于控制电和/或流体执行元件的控制系统，

图2 示出具有被安放的总线节点的功能模块装置的部分截取的所示的侧视图，

图3 示出功能模块装置的透视图，和

图4 示出总线节点的接口范围的透视图。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了用于没有进一步被示出的加工机器的控制系统1。该控制系统1示范性地包括用于向总线系统3发出控制指令的控制模块2。总线系统5可以涉及对于这样的加工机器来说通常的示范性地具有根据现场总线协议的总线协议的现场总线系统。该总线系统3通过例如作为总线电缆4被构造的总线线路与总线节点5处于连接。该总线节点5在其侧与包括多个功能模块7、8和9的功能模块装置6电连接。其中第一功能模块作为连接模块7、第二功能模块作为阀门模块8以及第三模块作为输入/输出模块9被构造。所述功能模块7、8和9沿着排列轴10分别以面向彼此的装配面11密封地相互被排列并且分别具有沿着排列轴10延伸的没有进一步被示出的内部流体管道、供电线路和信号线路。该供电线路与供电连接端子11连接，该供电连接端子11被构造在连接模块7处并且能够向其余的功能模块8和9提供电压、例如低电压交流电压。该流体管道与被构造在连接模块7处的流体连接端子12连接。示范性地，第一流体连接端子12作为压缩空气连接端子并且第二流体连接端子12作为废气连接端子被构造。

同样没有被示出的、沿着排列轴10延伸通过功能模块的信号线路能够实现总线节点5和功能模块8和9之间的信号传输。由此可以根据内部通信协议将通过总线系统3、特别是通过总线电缆4被提供给总线节点5的控制模块2的控制指令转发给功能模块8和9。借助这样的控制指令，例如能够实现阀门模块8的控制，以便将流体提供给所连接的流体执行元件15。根据内部通信协议被提供给输入/输出模块9的控制指令能够示范性地引起所连接的传感器16的测量值的读出。优选地，所读出的传感器信号从输入/输出模块9根据内部通信协议被转发给总线节点5，在总线节点5中被转换为总线协议并且从那里为了进一步的处理被提供给控制模块2。

为了可靠的电功能，该功能模块装置6具有地连接端子17，该地连接端子被连接到地电势上，例如连接到没有被示出的加工机器的接地的、金属的并且没有进一步被示出的机架上。如果总线节点5通过下面进一步被描述的并且在图2和4中被示出的电接触同样位于该地电势上，如通过电势边界18象征性地示出的，则是有利的。

在图2中该总线节点5和连接模块7被进一步示出。该连接模块7在平行于图2的图示平面被定向的装配面19处具有两条流体管道20、多条信号线路21、两条供电线路22和一条地线23。电气线路21、22、23分别具有突出地伸出装配面19的接触针，该接触针被设置用于容纳在可顺序排列到装配面上的功能模块8或9的相应的接触插座中。信号线路22和地线23在连接模块7中终止于在图3中示出的螺纹插接连接器24处。该螺纹插接连接器24被示范性地布置在垂直于装配面19定向的、在图2中被示出的连接面25上并且包括出于清楚明了的原因而没有被截取示出的螺纹套筒26。在与地线23电连接的螺纹套筒26中，示范性地构造有多个没有被进一步示出的与线号线路21连接的插销和/或插座。

目前在图2的图示中总线节点5被直接安放到在图3中被示出的螺纹插接连接器24上。在总线节点5的外壳30中设置有凹槽31，该凹槽被实施为比在图3中示出的螺纹插接连接器24的空间大小更大并且因此使得螺纹插接连接器24能够完全插入到该外壳30中。由绝缘材料构成的、在图4中被示出的插头脚32被固定在总线节点5中所设置的没有进一步被示出的印刷电路板上，总线节点5的同样没有进一步被示出的电子电路被构建在该印刷电路板上，目前五个导电的插座38被布置在该插头脚32中。该插座38与印刷电路板电连接并且直接地或通过没有被示出的、被布置在印刷电路板上的以及以电的方式被中间连接的电子电路与根据图2的信号线路21处于连接。此外，根据图2的图示，在凹槽31的壁范围内容纳有接触弹簧33，该接触弹簧作为第一接触装置用于总线节点5中的印刷电路板与在图3中进一步被示出的螺纹插接连接器24的螺纹套筒26的电耦合。该接触弹簧33和插头脚32形成用于总线节点5和功能模块装置6之间的连接的耦合装置。

示范性地，优选地整体实施的、金属的接触弹簧33被构造在作为扁形插接接触34的背离凹槽31的出口的端部处。该扁形插接接触34被容纳在两个与印刷电路板电连接的、特别是与印刷电路板焊接的接触弹簧35之间，使得功能模块装置6的在螺纹插接连接器24的螺纹套筒26上可提供的地电势能够被转发给总线节点5。基于作为基本上U形的、由扁平带材料所构成的金属弹簧的接触弹簧33的示范性地选择的构造方案，总线节点5和功能模块装置6的螺纹插接连接器24之间的可靠的电接触被实现，其中总线节点5为此只需被插装到功能模块装置6的螺纹插接连接器24上。在接触弹簧的没有被示出的实施方式中，该接触弹簧直接与印刷电路板连接、特别是压接（vercrimpt）和/或焊接，或与印刷电路板处于电接触。

在总线节点5的背离功能模块装置6的表面上同样布置有螺纹插接连接器36，该螺纹插接连接器36被设置用于连接总线电缆4，其中该总线电缆也可以附加地承担总线节点5的供电以及必要时也承担功能模块装置6的供电。根据在图2到图4中所示出的实施例，位于接触弹簧33上的、从螺纹插接连接器24的螺纹套筒26截取的地电势被循环通过（durchgeschleift）直到螺纹插接连接器36的螺纹套筒37上。

由图3得出功能模块装置6的示意图。该螺纹插接连接器24被施加在连接模块7的上侧。

由图4可见被构造在总线节点5的外壳30中的凹槽31。示范性地，示范性地，具有示范性地五个插座38以及两个彼此相邻地被布置的接触弹簧33的插头脚32被构造在凹槽31中。与凹槽31相邻地，成形的定心销以及可旋转地安置的螺栓40被布置在外壳30上，该定心销和螺栓被设置用于容纳在连接模块7中对应地被构造的凹槽41以及螺纹孔42，并且用于总线节点5和连接模块7之间的正确的和可靠的耦合。为此可以附加地设置在总线节点5上成形的定心销43和在连接模块7中被构造的凹槽44。

Claims (11)

1. 用于总线系统（3）与功能模块装置（6）的电耦合的总线节点，具有用于转换由总线系统（3）所提供的总线协议和由功能模块装置（6）所提供的内部通信协议之间的电信号的电子电路以及具有用于电子电路与功能模块装置（6）的电连接的第一耦合装置（32、33）并且具有用于电子电路与总线系统（3）的电连接的第二耦合装置（36、37），其特征在于，第一耦合装置（32、33）包括被构造用于与功能模块装置（6）的地连接端子（26）直接电接触的第一接触装置（33）。

2. 根据权利要求1所述的总线节点，其特征在于，第二耦合装置（36、37）包括被构造用于将功能模块装置（6）的在第一接触装置（33）上可施加的地电势提供给总线系统（3）的第二接触装置（37）。

3. 根据权利要求1或2所述的总线节点，其特征在于，所述接触装置（33）作为有弹簧弹性的接触舌簧被构造用于与地连接端子（26）、特别是与功能模块装置（6）的地连接端子的插接连接。

4. 根据权利要求1、2或3所述的总线节点，其特征在于，所述接触装置包括多个环绕地布置的接触舌簧，以便保障地电势和电子电路之间的屏蔽作用。

5. 根据上述权利要求之一所述的总线节点，其特征在于，所述接触装置（33）被构造用于与螺纹插接连接器（24）、特别是M8插接连接器或M12插接连接器的螺纹套筒（26）的插接连接。

6. 用于工作装置、特别是用于加工机器的控制系统，具有用于向总线系统（3）发出控制指令的控制模块（2）、用于转发控制指令的总线系统（3）、特别是根据上述权利要求之一所述的用于将根据总线协议的控制指令转换为根据功能模块装置（6）的内部通信协议的控制指令的总线节点（5），以及具有功能模块装置（6），该功能模块装置（6）包括用于控制流体执行元件（15）的阀门模块（8）和/或用于控制电执行元件的电开关模块（9）和/或用于控制和/或监控传感器（16）的输入－输出模块，所述模块能够分别根据由内部通信协议所提供的控制指令而被影响，其中功能模块装置（6）能够与地电势（17）、特别是与机架耦合并且包括用于功能模块装置（6）和总线节点（5）之间的信号传输耦合的接触装置（24），该接触装置（24）具有与地电势（17）连接的地连接端子（26），其特征在于，总线节点（5）被构造为能够耦合在功能模块装置（6）上并且总线节点（5）的第一接触装置（33）直接与接触装置（26）连接，使得功能模块装置（6）的地连接端子（17）与总线节点（5）之间的电接触被保障。

7. 根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述总线节点（5）被构造为能够插装到功能模块装置（6）上。

8. 根据权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述功能模块装置（6）上的地连接端子（26）作为螺纹插接连接器的螺纹套筒、特别是作为M8插接连接器或M12插接连接器的螺纹套筒被构造。

9. 根据权利要求6、7或8所述的控制系统，其特征在于，所述接触装置（33）作为有弹簧弹性的接触舌簧、特别是作为环绕地布置的接触舌簧的组被构造。

10. 根据权利要求6到9之一所述的控制系统，其特征在于，所述功能模块装置（6）的阀门模块和/或开关模块和/或输入/输出模块（7、8、9）在排列方向（10）上相互被排列并且在该排列方向（10）上彼此电和/或流体耦合。

11. 根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述功能模块装置（6）包括作为功能模块（8、9）和总线节点（5）之间的电连接部分被构造的连接模块（7）。

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