CN104730950B - 具有侧通风的片式 io 壳体 - Google Patents

具有侧通风的片式 io 壳体 Download PDF

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Abstract

提出了输入/输出(I/O)设备、输入/输出(I/O)设备组件以及组装输入/输出(I/O)设备组件的方法。所述输入/输出(I/O)设备具有：基部，所述基部被配置成将I/O设备与至少一个其他设备在通信上连接；I/O模块，所述I/O模块在物理上和通信上连接至所述基部，并且所述I/O模块包括I/O通信电路和接线盒安装表面；以及接线盒，所述接线盒在物理上和通信上连接至所述I/O模块的所述接线盒安装表面。所述接线盒安装表面具有大于所述接线盒的对应宽度的宽度，以使得所述接线盒安装表面的一部分延伸超过所述接线盒，所述延伸超过所述接线盒的所述接线盒安装表面的一部分包括用于允许空气穿过所述I/O模块并且沿所述接线盒来流动的至少一个通风口。

Description

具有侧通风的片式IO壳体
相关专利及申请的交叉引用
本申请要求于2013年12月19日提交的新加坡专利申请No.201309439-6的申请日的优先权和权益，该新加坡专利申请通过引用合并到本文中。
技术领域
本文示例性实施方式总体上涉及自动化控制系统领域，例如用在工业和商业环境中的自动化控制系统。发现了与用于提供、访问、配置、操作或连接下述输入/输出(I/O)设备的技术相结合的特定应用：被配置用于与自动化控制器进行耦接和交互的输入/输出(I/O)设备，并且将特别关于这些技术来对该特定应用进行描述。然而，要理解的是，本文示例性实施方式也适合于其他相似应用。
背景技术
自动化控制器是用于控制工业自动化等的专用计算机。在所存储程序的指引下，自动化控制器的处理器检查反映受控处理的状态的一系列输入(例如至自动化控制器的电输入信号)，并且基于分析和逻辑来改变输出(例如来自自动化控制器的电输出信号)以影响对受控处理的控制。所存储的控制程序可以以一系列的执行周期来连续地执行、周期性地执行或者基于事件来执行。由自动化控制器从受控处理所接收的输入以及由自动化控制器发送至受控处理的输出一般通过一个或更多个I/O设备来传递，所述一个或更多个I/O设备为自动化控制系统的用作自动化控制器与受控处理之间的电气接口的部件。
传统I/O设备通常包括：基部，所述基部被配置成将I/O设备与汇流条等相耦接；接线盒，所述接线盒用于将I/O设备与现场设备在通信上相耦接；以及I/O模块，所述I/O模块包括用于执行通信功能和/或逻辑运算的电路。在运转时，传统I/O设备通常经由接线盒的端子与现场设备(例如传感器和执行器)在通信上相耦接，以使得I/O设备可以接收来自现场设备的输入信号并且向现场设备提供输出信号。
在许多应用中，大量的基部沿安装在壁上或其他表面上的汇流条彼此紧密接近地布置。每个基部支承接线盒与I/O模块二者。这种类型的配置有时称为片式I/O(slice I/O)，这是因为每组基部、模块和接线盒呈现为较大的结构的“一片”。在这些紧凑布置中，I/O模块生成的热可能会引起性能问题。在过去，提供外部冷却或者使设备降级运行以确保可靠的功能和设备寿命。外部冷却招致额外的开销，而降级运行需要额外的单元和/或空间。因此，上述任一方法均不理想。
发明内容
根据一个方面，一种输入/输出(I/O)设备包括：基部，所述基部被配置成将所述I/O设备与至少一个其他设备在通信上连接；I/O模块，所述I/O模块在物理上和通信上连接至所述基部，并且所述I/O模块包括I/O通信电路和接线盒安装表面；以及接线盒，所述接线盒在物理上和通信上连接至所述I/O模块的所述接线盒安装表面。所述接线盒安装表面具有大于所述接线盒的对应宽度的宽度，以使得所述接线盒安装表面的一部分延伸超过所述接线盒，所述延伸超过所述接线盒的所述接线盒安装表面的一部分包括用于允许空气穿过所述I/O模块并且沿所述接线盒来流动的至少一个通风口。
所述I/O模块的所述接线盒安装表面可以为所述I/O模块的上表面，所述I/O模块的相对的下表面可以与所述基部接合，并且所述I/O模块的相对的下表面可以包括与所述接线盒安装表面的所述至少一个通风口流体连通的至少一个通风口，借此，空气能够流通穿过所述I/O模块并且通过所述接线盒。所述输入/输出(I/O)设备还可以在所述I/O模块的前表面上包括至少一个通风口，所述前表面在所述I/O模块的所述上表面与所述I/O模块的所述下表面之间延伸。所述输入/输出(I/O)设备还可以包括用于将所述I/O模块连接至相邻I/O模块的至少一个连接端子。所述接线盒可以可拆装地固定至所述I/O模块。所述I/O模块可以具有15mm的宽度，并且所述接线盒安装表面可以具有与所述I/O模块的宽度同延(coextensive)的宽度。所述接线盒可以具有10mm的宽度。
根据另一方面，一种输入/输出(I/O)设备组件包括彼此邻接接合地安装在导轨上的多个I/O设备，每个I/O设备包括：基部，所述基部被配置成将所述I/O设备与至少一个其他设备在通信上连接；I/O模块，所述I/O模块在物理上和通信上连接至所述基部，并且所述I/O模块包括I/O通信电路和接线盒安装表面；以及接线盒，所述接线盒在物理上和通信上连接至所述I/O模块的所述接线盒安装表面，所述接线盒安装表面具有大于所述接线盒的对应宽度的宽度，以使得所述接线盒安装表面的一部分延伸超过所述接线盒，所述延伸超过所述接线盒的所述接线盒安装表面的一部分包括用于允许空气穿过所述I/O模块并且沿所述接线盒来流动的至少一个通风口，其中，在相邻的I/O设备的各自的接线盒之间形成有空隙，所述空隙限定了用于空气从所述I/O模块流通通过所述各自的接线盒的通道。
每个I/O模块的接线盒安装表面可以为每个I/O模块的上表面，每个I/O模块的相对的下表面与所述基部接合，并且每个I/O模块的相对的下表面包括与所述接线盒安装表面的所述至少一个通风口流体连通的至少一个通风口，借此，空气能够流通穿过每个I/O模块并且通过所述接线盒。所述输入/输出(I/O)设备组件还可以在每个I/O模块的前表面上包括至少一个通风口，所述前表面在每个I/O模块的所述上表面与所述下表面之间延伸。每个I/O设备还可以包括用于连接至相邻I/O模块的至少一个连接端子。每个I/O设备的接线盒可以可拆装地固定至该I/O设备。每个I/O模块可以具有15mm的宽度，并且每个I/O模块的接线盒安装表面可以具有与该I/O模块的宽度同延的宽度。至少一个接线盒可以具有10mm的宽度。
根据另一方面，一种组装输入/输出设备组件的方法包括：将第一I/O模块和第二I/O模块安装至导轨，所述I/O模块具有共同的宽度并且沿它们相应的侧面邻接接合；以及将至少一个接线盒安装至所述第一I/O模块和所述第二I/O模块中的至少一个的接线盒安装表面，所述接线盒具有小于所述I/O模块宽度的宽度。所述I/O模块可以安装在固定至导轨的相应的基部上。
附图说明
图1是示例性控制和监视系统的图示；
图2是根据本公开内容的I/O设备的立体图；
图3是根据本公开内容的示例性I/O设备的分解图；以及
图4是根据本公开内容的示例性I/O模块和接线盒的立面图。
具体实施方式
图1是根据本技术的实施方式的适于与联网部件和配置装备连接的示例性控制和监视系统的图示。该控制和监视系统总体上由附图标记10来表示。具体地，控制和监视系统10被示出为包括人机接口(HMI)12以及适于与处理16的部件连接的自动化控制器或控制/监视设备14。
处理16可以采用许多形式并且包括用于实现许多不同的各种各样的目的的设备。例如，处理16可以包括压缩机站、炼油厂、用于制作食品的批处理操作、机械化组装线等。因此，处理16可以包括各种操作部件例如电动机、阀门、执行器、温度元件、压力传感器或者各种制造、加工、材料处理以及其他应用。另外，处理16可以包括用于通过自动化和/或观测来调节过程变量的控制和监视装备。
例如，所示出的处理16包括传感器18和执行器20。传感器18可以包括任意数目的适于提供关于处理条件的信息的设备。执行器20可以包括任意数目的适于响应于来自控制器(例如自动化控制器)的信号来执行机械动作的设备。可以利用传感器18和执行器20来操作处理装备。实际上，可以在由控制/监视设备14和/或HMI 12监视和控制的处理循环内利用传感器18和执行器20。这样的处理循环可以基于处理输入(例如来自传感器18的输入)或基于通过HMI 12接收的直接的操作员输入来激活。
如所示的，传感器18和执行器20与控制/监视设备14进行通信，并且可以在HMI 12可访问的控制/监视设备14中为传感器18和执行器20分配特定的地址。如所示的，传感器18和执行器20可以经由耦接至控制/监视设备14的一个更多个I/O设备22来与控制/监视设备14进行通信。I/O设备22可以在控制/监视设备14与受控处理16之间传送输入信号和输出信号。I/O设备22可以与控制/监视设备14集成，或者可以经由扩展槽、扩展舱或其他合适的机构进行添加或移除。例如，如下面较详细地描述的，可以添加另外的I/O设备22以向控制/监视设备14添加功能。实际上，如果添加了新的传感器18或执行器20以控制处理16，则可以添加另外的I/O设备22以将新的特征与控制/监视设备14功能性地兼容与合并。I/O设备22用作接口到控制/监视设备14的电气接口，并且可以被定位成接近或远离控制/监视设备14，包括接口到相关系统的远程网络接口。
I/O设备22可以包括：接收来自输入设备——例如光传感器和接近开关——的信号的输入模块；使用输出信号来接通继电器或启动电机的输出模块；以及双向I/O模块，例如可以指引运动设备并且接收位置或速度反馈的运动控制模块。在一些实施方式中，I/O设备22可以在由受控机器或受控处理上的设备使用的AC和DC模拟信号与由控制/监视设备14使用的DC逻辑信号之间进行转换。另外，I/O设备22中的一些可以向数字I/O设备提供数字信号并且接收来自数字I/O设备的数字信号。另外，在一些实施方式中，用于控制机器设备或过程控制设备的I/O设备22可以在I/O设备22的I/O模块上包括本地微运算能力。
在一些实施方式中，I/O设备22可以定位成极接近控制装备的一部分，并且远离控制/监视设备14的其余部分。在这样的实施方式中，可以经由公用通信链路或网络来与远程模块传送数据，其中，网络上的模块经由标准通信协议进行通信。许多工业控制器可以经由网络技术进行通信并且其还可以与较高级别的计算系统进行通信，所述网络技术例如为以太网(例如IEEE802.3、TCP/IP、UDP、EtherNet/IP等)、控制网、设备网或其他网络协议(基金会现场总线(H1和快速以太网)、Modbus TCP、Profibus)。
图2是根据本公开内容的实施方式的连接至I/O适配器24的多个I/O设备22的立体图。虽然示出了仅两个I/O设备22，但是要理解的是，根据本公开内容，可以使用任意数目的I/O设备。I/O适配器24被配置成向I/O设备22提供系统电力，以及实现I/O设备22与控制/监视设备14的通信协议之间的转换。如所示的，I/O适配器24和多个I/O设备22安装至DIN导轨26，DIN导轨26为用于将控制装备安装在机架和机柜中的工业标准支承导轨。多个I/O设备22沿DIN导轨26串联地电耦接，使得可以在I/O设备22之间传送场功率(field power)、系统信息以及电力，并且将这些通过I/O适配器24传送回控制/监视设备14。在其他实施方式中，可以用不同类型的安装结构取代DIN导轨26。要理解的是，可以以各种各样的配置来使用I/O设备，并且图2中所示的布置在本质上仅为示例性的。
每个I/O设备22包括基部28，基部28用于将I/O设备22在物理上和通信上连接至DIN导轨26、I/O适配器24和/或相邻I/O设备22。另外，I/O设备22的基部28被配置成经由DIN导轨26、下面较详细描述的现场和系统电接点以及下面较详细描述的基部连接功能件等将I/O设备22与其他I/O设备22在物理上和通信上连接。另外，每个I/O设备22包括接线盒30(其在某些实施方式中可以从基部28移除)，接线盒30用于将I/O设备22电连接至现场设备，例如图1中所示的传感器18和执行器20。如下面较详细描述的，在某些实施方式中，每个接线盒30可以包括直接与接线盒30的端子对准(例如，与接线盒30的连接端子相邻或直接集成)的状态指示器。此外，每个I/O设备22包括一个或更多个I/O模块32，所述一个或更多个I/O模块32包括I/O控制电路和/或逻辑。通常，I/O模块32接收来自现场设备的输入信号、将输出信号传递至现场设备、对输入和/或输出执行一般的和/或特定的本地功能、将输入和/或输出传送至控制/监视设备14和/或其他I/O设备22，等等。
另外参照图3和图4，每个I/O模块32包括接线盒安装表面40(例如，与配置成与基部接合的接线盒的下表面相对的接线盒的上表面)。接线盒安装表面40包括用于与接线盒30的相应连接件耦接的多个连接件42以及空气可以穿过的多个通风口或开口44。如所示的，接线盒安装表面40具有大于接线盒30的对应宽度Wtb的宽度Wm，以使得当接线盒30安装至接线盒安装表面40时，接线盒安装表面40的一部分延伸超过接线盒30。要理解的是，所述延伸超过接线盒30的接线盒安装表面40的一部分包括用于允许空气穿过I/O模块32并且沿接线盒30来流动的通风口44。这也许在图2中最容易看到，在图2中，通风口44暴露在每个I/O设备22上。
在所示实施方式中，接线盒30的宽度大致为接线盒安装表面40的宽度的三分之二。在一个示例性配置中，Wtb为约10mm，并且Wm为约15mm。要理解的是，其他尺寸也是可以的，并且接线盒与接线盒安装表面的相对宽度可以是不同的相对宽度。
现在应当理解的是，本公开内容提出了具有侧通风的片式IO模块壳体。相邻的接线盒之间形成的空隙提供了用于外界空气进入I/O模块以及热空气从I/O模块逸出的另外的通路。
在运转时，模块内部的印刷电路板(或其他电气部件)发热。在模块中，热被传递至周围空气，从而周围空气变热。由于模块中的热空气经由出风口Vo而涌出到模块外部，并且较冷的外界空气经由进风口Vi进入模块，因此对流开始。通风口Vo和通风口Vi定位在I/O模块的在上表面与下表面之间延伸的前表面和后表面上。这是将来自印刷电路板的热从模块排出的主要方式。
如图2中所示，较窄的接线盒30有助于在接线盒安装表面上形成额外的通风口44。当如所示的将I/O模块组装在一起时，沿模块的长度形成附加的空隙G。附加的通风口44提供了另外的较冷外界空气进入I/O模块以及热空气沿I/O模块逸出并且沿接线盒30传递的另外通路。该增加的空气流动可以有助于对I/O模块的电气部件所生成的热进行管控。
已经参照优选实施方式描述了示例性实施方式。显然，本领域其他技术人员在阅读和理解前述详细描述时将会想到一些修改和变更。意在将示例性实施方式解释为包括落入本发明所附权利要求或其等同方案的范围内的所有这样的修改和变更。

Claims (8)

1.一种输入/输出I/O设备，包括：
基部，所述基部被配置成将所述I/O设备与至少一个其他设备在通信上连接；
I/O模块，所述I/O模块在物理上和通信上连接至所述基部，并且所述I/O模块包括I/O通信电路和接线盒安装表面；以及
接线盒，所述接线盒在物理上和通信上连接至所述I/O模块的所述接线盒安装表面；
其中，所述接线盒安装表面具有大于所述接线盒的对应宽度的宽度，以使得所述接线盒安装表面的一部分延伸超过所述接线盒，所述延伸超过所述接线盒的所述接线盒安装表面的一部分包括用于允许空气穿过所述I/O模块并且沿所述接线盒来流动的至少一个通风口，并且
其中，所述I/O模块的所述接线盒安装表面为所述I/O模块的上表面，所述I/O模块的相对的下表面与所述基部接合，并且在所述I/O模块的前表面上和后表面上分别包括至少一个通风口，所述前表面和后表面在所述I/O模块的所述上表面与所述I/O模块的所述下表面之间延伸。
2.根据权利要求1所述的输入/输出I/O设备，其中，所述I/O模块的相对的下表面包括与所述接线盒安装表面的所述至少一个通风口流体连通的至少一个通风口，借此，空气能够流通穿过所述I/O模块并且通过所述接线盒。
3.根据权利要求1所述的输入/输出I/O设备，还包括用于将所述I/O模块连接至相邻I/O模块的至少一个连接端子。
4.根据权利要求1所述的输入/输出I/O设备，其中，所述接线盒可拆装地固定至所述I/O模块。
5.根据权利要求1所述的输入/输出I/O设备，其中，所述I/O模块具有15mm的宽度，并且所述接线盒安装表面具有与所述I/O模块的宽度同延的宽度。
6.根据权利要求5所述的输入/输出I/O设备，其中，所述接线盒具有10mm的宽度。
7.一种输入/输出I/O设备组件，其包括彼此邻接接合地安装在导轨上的多个如权利要求1-6中任一项所述的I/O设备。
8.一种组装输入/输出I/O设备组件的方法，包括：
将第一I/O设备的第一基部和第二I/O设备的第二基部安装至导轨，所述第一基部被配置成将第一I/O设备与至少一个其他设备在通信上连接，所述第二基部被配置成将第二I/O设备与至少一个其他设备在通信上连接；
将第一I/O模块和第二I/O模块分别安装至所述第一基部和所述第二基部；所述第一I/O模块在物理上和通信上连接至所述第一基部，并且所述第一I/O模块包括I/O通信电路和接线盒安装表面，所述第二I/O模块在物理上和通信上连接至所述第二基部，并且所述第二I/O模块包括I/O通信电路和接线盒安装表面，所述第一I/O模块和所述第二I/O模块具有共同的宽度并且沿它们相应的侧面邻接接合；以及
将至少一个接线盒安装至所述第一I/O模块和所述第二I/O模块中的至少一个I/O模块的接线盒安装表面，
其中，所述接线盒安装表面具有大于所述至少一个接线盒的对应宽度的宽度，以使得所述接线盒安装表面的一部分延伸超过所述至少一个接线盒，所述延伸超过所述至少一个接线盒的所述接线盒安装表面的一部分包括用于允许空气穿过所述至少一个I/O模块并且沿所述至少一个接线盒来流动的至少一个通风口，并且
其中，所述至少一个I/O模块的所述接线盒安装表面为所述至少一个I/O模块的上表面，所述至少一个I/O模块的相对的下表面与基部接合，并且在所述至少一个I/O模块的前表面上和后表面上分别包括至少一个通风口，所述前表面和后表面在所述至少一个I/O模块的所述上表面与所述至少一个I/O模块的所述下表面之间延伸。
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