CN105122156B - 一种电气接口模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电气接口模块（IM）。所述电接口模块（IM）具有一个用于存储数据的存储器装置（MEM）以及一个用于向外部读取装置（RW）提供数据的集成接口（IO），其中，所述电气接口模块（IM）还包括一个安装布置所述存储器装置（MEM）和所述集成接口（IO）的支架（2），所述电气接口模块（IM）能够通过所述集成接口经由任一位于附近的其它电气接口模块（IM）交换数据和/或能量，相邻电气接口模块（IM）经由所述集成接口形成逻辑数据总线，所述逻辑数据总线能够借助于具有更高控制权的至少一个前模块或主模块和/或监控装置被寻址和/或控制。

Description

一种电气接口模块

技术领域

本发明涉及一种电气接口模块。

背景技术

从现有技术中已知电气接口模块。它们通常被安装在较大的电气系统中。

关于本发明，电气接口模块通常被理解为例如工业设施的控制柜中使用的自动化技术的电子部件。电气接口模块的一些示例为电开关装置、引擎控制单元、（以太网）网络元件、现场总线部件及系统、I/O装置、中继及保护装置、工业通信技术装置、测量技术和控制工程装置以及监控与信号发送装置。

这导致必须将这些部件记录在电路图中的问题，以及导致需要识别这些部件并对这些部件提供关于其连接和安装的全面装配指令的问题。各个体部件还必须随附测试记录等。

记录各个部件及提供标识符是费力的。此外，在具有相对小的安装空间的较大电路系统中难以有足够空间来添加各个标识。

由于缺乏安装空间，在安装和维护期间通常不能获得任何装配指令，因此，还必须为每个部件明确引入装配指令。

对于安装空间的日益增加的限制还具有通常省略可视显示器的影响，这是由于可视显示器占用宝贵的安装空间。

同时，希望获得关于这些部件的额外信息，从而使得能够为这类更换事先制定计划，或者在故障发生之前识别出即将发生的故障并根据实际老化迹象来更换受影响的部件。

此外，希望容易识别部件的故障。另外，希望更换部件的配置简单且快捷。

发明内容

本发明的目的是提供一种以创造性方式避免现有技术的一个或多个缺点的改进的电气接口模块。

本发明的目的是通过独立权利要求的特征实现的。

本发明的优选实施实施例体现在了从属权利要求中。

附图说明

在下文中，基于优选实施例参照附图进一步详细地说明本发明。

图1示出了根据本发明的优选实施例的电接口模块的示意表示；

图2示出了根据本发明的电接口模块的示例性实施例的分解示意表示；

图3示出了根据本发明的电接口模块的另一示例性实施例的分解示意表示，以及

图4示出了关于本发明一个方面的根据本发明的示例性实施例的多个电气接口模块的分解示意表示。

附图标记列表

电气接口模块 IM

存储器 MEM

接口，NFC/RFID接口 IO

写入装置，读取装置 RW

壳体 1a，1b，1c，1d

支架 2

部件区域 3a，3b，3c

控制器 4

接口 5

接口芯片 6

天线（平面） 7

移动电话，智能手机，平板电脑 8

（磁）场线 10a，10b，10c

安装轨道 11

具体实施方式

图1示意了一个根据本发明优选实施例的电气接口模块IM。

电接口模块IM具有一个用于存储数据的存储器装置MEM。任何适当形式的存储器可用于此。例如，由于闪存存储器或NAND存储器能够在没有电的情况下保持数据，因而其可以用作该存储器。这在相应的部件没有电流及没有电源的情况下尤其有用。

此外，电气接口模块IM还具有用于向外部读取装置或读写装置RW提供数据的集成IO接口。另外，电流隔离要求的提供变得更加容易实现。

在本发明的一个实施例中，IO接口是无线近场通信（NFC）IO接口；然而，本发明并不限于无线IO接口，并且还可以利用传导接口（例如分支到模块的T耦合器）或使用基于CAN总线（特别是能够多主控）的系统来实施。

在下文中没有说明无线通信的具体特性的情况下，描述适用于有线IO接口和无线IO接口两者。

可以建立NFC IO 接口使其为主动式的或被动式的。在NFC IO接口的被动实施例中，NFC IO接口不需要其自身电源。相反，来自读写装置的无线能源对NFC IO接口供电。这在相应部件没有电流及没有电源的情况下尤其有利。另外，这对有电流隔离要求的提供为更加容易实现。

使外部读取装置RW可用的数据选自包括以下各项的组：产品数据（特别是序列号和/或批次号和/或制造日期和/或制造商标识和/或制造地点）、安装手册、装配指令、对因特网网页的引用、测试数据（特别是关于最终制造检查的数据）、状态数据（特别是错误状态）、降级、配置数据（特别是参数化数据）。

根据本发明的电气接口模块IM的用户由此可以获取大量产品专用数据，从而使其能够计划目标操作。特别地，由于无需再在手边保留装配计划，因而充分简化了系统的启动。

此外，用户能够获得电气接口模块IM的重要访问数据（诸如，错误状态，降级，配置数据，并且特别是参数化数据），这些数据难以利用传统显示器呈现，特别是在较小安装空间限制的情况下更是如此。

在本发明的另一实施例中，使外部读取装置RW可用的数据选自如下组，该组包括：启动数据、安装地点的指定、周期性检查数据、状态指示、经由外部读取装置RW的读出数据、所使用的外部读取装置RW的类型、安装地点的气候数据（特别是温度和/或大气湿度）、主电压故障、功能范围、参数数据以及现场标识。

这些数据简化了对现有系统的检查。此外，能够借助专用读取装置RW（例如，诸如借助在图1的底部以程式化样式示出的笔记本电脑）或者通过智能电话应用（例如，诸如借助在图1的顶部以及图2和图3中以程式化形式示出的移动电话8）来辨别是否读入或读出数据。然而，本发明不限于这些实施例。相反，其它实施例还可以包括例如平板电脑作为读取装置RW。如图2和图3所示，关于相应的（平面）天线7，读取装置RW可能具有不同的方向，并且这可能取决于相应读取装置RW或移动电话8以及相应电气接口模块IM的实施例。

在本发明的另一实施例中，集成的IO接口可以被实现为使来自外部写入装置RW的数据可用并将其存储在存储器装置MEM中。

在本发明的该额外实施例中，优选地，使外部读取装置RW可用的数据选自包括以下各项的组：产品数据（特别是序列号和/或批次号和/或制造日期和/或制造商标识和/或制造地点）、安装手册、装配指令、对因特网网页的引用、测试数据（特别是关于最终制造检查的数据），以及关于制造商重新下订单的信息。通过提供数据登记，变得能够在生产电气接口模块IM之后存储所有相关的生产数据（特别是测试数据和序列号）而无需物理接触访问存储器MEM。

在本发明的该额外的实施例中，同样优选地，使外部读取装置RW可用的数据选自包括以下各项的组：启动数据、安装地点的指定、周期性检查数据、经由外部读取装置RW的读出数据以及所使用的外部读取装置RW的类型。这些数据简化了对现有系统的检查。

在本发明的该额外实施例中，同样优选地，使外部读取装置RW可用的数据包含针对电气接口模块IM的操作模式的配置数据。例如，该配置数据可以包含各种特性温度曲线，电压或电流范围或其它客户专用设置。结果，可以借助IO接口对电气接口模块IM进行个性化或配置和/或参数化。

这对于NFC IO接口的被动操作模式尤其有利，这是因为，可以事先（例如在电气接口模块IM处于封装状态时）将各配置数据以非接触方式写入存储器MEM，并且在电气接口模块IM启动时能够获得各配置数据。

可以很容易地规定以写保护或密码保护的方式存储产品专用数据的至少一部分。系统专用数据的至少一部分也可以以写入保护或密码保护的方式来存储。因此，可以设置不同的保护机制和/或密码。

此外，可以规定可通过使用NFC接口仅读取操作数据字段。

尽管写入装置和读取装置被描述为分开的装置，但是它们的功能也可以以组合形式在一个装置中获得。

首先，通过使用根据本发明的电气接口模块IM，可经由数据迁移将组件容易地记录在电路图中；然而，其次，还可以根据电路图识别电气接口模块IM。另外，还可以借助根据本发明的电气接口模块IM获得与连接和安装有关的装配指令，使得这些装配指令始终存在于安装地点。结果，无需分开存储或获取装配指令。此外，根据本发明的电气接口模块IM可以附有测试记录等。

特别是在其中几乎没有空间的大型控制室中，通过本发明大大地简化并且便利地实现识别。

另外，借助根据本发明的电接口模块IM还可以实现另外的显示器，基于可用空间需求而这若以其它方式是不可能的。特别地，本发明使得能够获得电气接口模块IM的另外的数据，以基于实际的老化迹象来事先计划更换或标识将发生的故障并且更换部件。

此外，接口的使用提供了能够获得更大量的数据的优点。特别地，可以将数据存储为可扩展标示语言（xml）数据。

该特别呈现的构造使得能够制造平的电气接口模块IM，从而最小化空间需求同时使得能够获得新功能。特别地，所呈现的构造使得能够提供具有小于36 mm（特别是小于23mm、特别是小于18 mm、特别是小于13 mm以及尤其优选地小于7 mm）的宽度的电气接口模块IM。

例如，在宽度为7 mm的实施例中，该构造能够使得支架2（例如印刷电路板）在至少一侧上配备有SMD并且具有NFC IO接口和实际的接口元件。该支架2因而可以容易地被布置在窄的壳体中。此外，在支架上标识例如可用于电气接口模块或该模块所需的部件的不同任务的不同区域3a、3b、3c。可替代地或另外地，不同区域3a、3b和3c也可以指定彼此电流隔离的不同电势组，并且例如可以借助耦合元件连接。在图2和图3中示出了这种示例性配置。

可替代地或另外地，还可以提供有线总线系统。特别地，还可以提供如下的示例性总线系统，其位于安装轨道11中并且在被放置到安装轨道11上时由单独的电气接口模块IM接触。

在另一实施例中，规定支架2具有用于集成的NFC IO接口的平面天线7。这使得实现了一方面的单独电气接口模块IM和另一方面的平的电气接口模块IM之间的改进的交换。

例如，可以如图2和图3示意性所示地构建集成的NFC接口。除了存在于接口芯片6中的实际的发送和接收单元之外，NFC IO接口例如还可以具有平面天线7。在一些实施例中，芯片6还可以容易地已内置有天线7，或者可以添加天线作为部件，例如作为线圈。显然，充当天线7的这种线圈还可以实施为SMD使能的部件或实施为塑料壳体中的天线或者借助于膜粘接至壳体壁。另外，平面天线也可以实施为独立部件。然而，在其它方面，平面天线7也可以由支架2上的导体路径制造。此外，还借助电气接口模块IM上的适当连接建立与其它部分的连接。为了示例，在图2和图3中示出了经由另一接口5至控制器4的连接。除了单总线之外，示例性接口例如也可以具有其它串行或并行接口或者诸如总线的其它接口。控制器可以是微控制器或者任何其它逻辑电路。

图2、图3和图4示出了不同实施例的各种视图。电气接口模块IM适于安装在安装轨道11上。安装轨道11的一个示例为盖轨道（cap rail）。

在图2所示的实施例中，（平面）天线7被布置在安装轨道11的安装区附近。这在相对侧的区域中留出更多安装空间用于实际接口部件、连接件以及显示器。

在图3所示的实施例中，（平面）天线7被布置在与安装轨道11的安装区相对的区域中。这便于与外部读取装置RW的通信，从而使其能够与更大距离的电气接口模块IM通信（即，交换数据）。

对于本领域的技术人员而言，明显的是，还可以在（平面）天线7和芯片6的这两个位置之间提供其它位置，从而从相应优点获得至少部分益处。

在相邻的电气接口模块IM被布置成使其能够通过相应的集成NFC IO接口与位于相邻的其它电气接口模块IM交换数据和/或能量的情况下，这尤其有利。图4示出了其一个示例性布置，其示出了所希望的但非必需的至少关于相应的（平面）天线7的NFC接口的等同布置的情况。为了示例，图4示出了串在一起的电气接口模块IM，其中每个模块具有其自身的壳体1a、1b、1c、1d...。在壳体中布置至少一个支架2，进而将（平面）天线7设置在其上。为了简化说明，分别示出了示例性磁场线，诸如可以在数据和/或能量交换期间在独立电气接口模块IM之间形成的磁场线。例如，破折线所表示的磁场线10a可以通过位于壳体1a中的第一电气接口模块IM形成。例如，这些磁场线10a可以在与第一接口模块直接相邻的第二接口模块的（平面）天线7的区域中接合，使得可以通过磁场在相邻接口模块之间交换功能和/或数据。对于第二接口模块也可以采用同样的方式，其中为了区分的目的，这里以点划线示出了磁场线10b。这些磁场线当然也可以容易地实现为使得它们还能够超出相邻接口模块传输能量和数据。通过这种方式，例如，间隙和/或缺陷模块可以被桥接，和/或，如下文所述，甚至可以被标识为有缺陷的和/或被重新配置。

在一个示例性实施例中，相邻电气接口模块IM被实现为使得相邻电气接口模块IM通过集成接口IO形成逻辑数据总线，该集成接口IO可以通过具有更高控制权和/或监控装置的至少一个前模块或一个主模块进行寻址和/或控制。例如，接口模块之一可以被指派主模块的功能，或者充当主模块的专用前模块可以被引入到相邻电气接口模块IM一侧或相邻电气接口模块IM之间。

在一个实施例中，例如规定相邻电气接口模块IM构成自组网络，在这种情况下，相邻电气接口模块IM中的一个承担主功能，并且与其相邻的其它电气接口模块IM承担从功能。例如，图4中由壳体1b表示的中间的电气接口模块IM或由壳体1a和1c表示的外面的电气接口模块IM中的一个可以承担主模块角色，而剩余的电气接口模块充当该电气接口模块的从模块。

例如可以基于预定的序列来确定主模块的选择。例如，该选择可以基于一个或多个下列标准：

产品数据

配置数据

第一操作电气接口模块

优先级

流失的时间。

应当指出的是，写入和/或读取装置RW当然也可以承担主功能，尤其是在无线IO接口的情况下。

此外，写入和/或读取装置RW也可以连接至最后的用户或者甚至连接至前模块。

为了示例，将参照有线接口IO简要说明主模块选择的一种可能性。

在下文中，针对IO接口将采用基于CAN作为多主控系统的示例。通过针对IO接口的基于CAN，每个用户由此可以成为主控，即，该系统是所谓的多主控系统。多主控系统的用户（即电气接口模块IM）尤其用其他用户可以分析的特定ID来发送数据。

利用CAN，例如可以快速地建立主控功能，这是因为在同步传输的情况下仅对具有最高优先级的一方授权总线访问。例如，这可以通过例如最低地址为总线主控的地址确定。在此情况下，其他用户可以撤出。

为了实现此，可以确保在更高协议层（例如应用层级或第7层）中，其他用户（即其它电气接口模块IM）例如在相应主控如此请求它们的情况下可以仅自身传输。在缺少相应主控的情况下，则可以规定另一电气接口模块IM承担该主控功能。

这将是有利的，例如，在有故障的情况下，如果主控被随机确定；在此情况下，并且如果主控模块由于较高优先级电报（例如CAN）的确定不能终止其传输，其他用户（例如电气接口模块IM）将不得不等待直到它们从新主控接收到传输请求等，其反过来可以按照相同的方式（例如基于最高优先级）事先确定。

然后，可以规定，例如在更高协议层保证，因之前主控故障，一直未起作用的具有从动功能的电气接口模块IM现在将会再次发送传输请求。

此外，还可以规定，相邻电气接口模块IM通过更高的网络协议经由IO接口交换数据，即，对于ISO/OSI层模型中的IO接口，使得只有一个或多个较深层（例如物理层）可用，然而利用不同协议使得上层或多个上层可用。更高网络协议的一些示例是旁路母线、母线、RS232、ASI等，其中，例如通过NFC IO接口的物理层使得这些网络协议的物理层可用。

在本发明的实施例中，还可以规定电气接口模块IM存储来自至少一个直接相邻的电气接口模块IM的至少部分配置数据，以及监控该直接相邻的电接口模块的可用性。在图4中，例如，壳体1b所表示的电气接口模块可以监控由壳体1c表示的直接相邻的电气接口模块IM，或存储至少其部分配置数据。监控可以以不同方式进行，例如，通过监控通信是否存在或经由目标查询。尽管在上述的实施例中仅在一个方向上讨论了监控和存储，当然也可以规定执行其它相邻的电气接口模块IM中的1a的监控。此外，该监控还可以被安装成不仅覆盖直接相邻的电气接口模块，而且还覆盖更远的电气接口模块。例如，可以规定图4中的第一电气接口模块IM中的1a也监控电接口模块IM中的1c。

如果现在发现相邻的电气接口模块IM有缺陷，则可以将错误转发到其它电气接口模块。特别地，可将错误转发到主控模块和／或前模块并显示出。替代地或另外地，还可以规定将错误转发到其它装置，例如监控装置。

如果现在更换受影响的电接口模块，则可以规定，通过经由接口的通信，对于存储电气接口模块IM中的1b而言，现在可选地检查该插入的替代电接口模块IM中的1c就所存储的配置数据而言的适应性。

如果提供这种检测并且是成功的，则现在规定，将所存储的配置数据传送到被更换的电接口模块。当然，该步骤还可以不依赖检查。

此外，还可以规定相应的存储相邻电接模块将所接收的配置与仍然存储的配置进行比较，并且在成功的等价配置情况下，例如通过借助接口IO发送适当信号，仅在配置完成并且已将该被完成的配置发送给它们的情况下，仅允许被交换的接口模块的操作性释放。这种方法对于例如具有如根据IEC 61508等SIL的预定安全集成水平的安全（子）系统有利。另外，由于目前不需要其它外部控制，因此非常便于缺陷模块的更换，从而消除这种其它必要配置的费用。

在另一实施例中，能够在多个相邻电气接口模块IM内对故障电气接口模块IM中的故障位置进行标识。

确定故障地点的一种可能是让相邻电气接口模块IM形成逻辑链。例如，第一电气接口模块或前模块或主模块于是可以通过继续将逻辑链中来自电气接口模块IM的信号转发到下一逻辑电气接口模块IM直到达到链条的任何一端或直到转发不引发任何应答为止，来确定链条长度。例如，转发的信号可以包含在成功转发时可以递增或递减的计数器信号。仍然可以达到的逻辑最后部件返回其在逻辑链中的位置，使得相应的第一电气接口模块或主模块或头模块现在可以根据此前已知逻辑链长度作出比对，以确定其是否匹配逻辑链的特定长度，以及是否根据报告的最后位置不能将错误位置确定为紧邻链条中最后应答链路之后的位置。

在其它可替代或其它实施例中，还可以规定，直接相邻的电气接口模块IM监控前述电气接口模块IM的状态，并且在发生故障时，向第一电气接口模块或主模块或头模块报告错误。

在主模块故障的情况下，可以规定相邻的或甚至其它电气接口模块承担此功能。

在系统内出现错误的情况下，例如除故障部件之外，还能够将站点划分为两个或n个独立子系统，并且继续局部处理。

迄今为止，以上参照NFC接口，但本发明不限于NFC，相反，其仅是近场传输技术的一个示例。另一示例性近场传输技术是例如可以用作NFC的替代的RFID。

本发明也不限于近场传送技术。本发明还能够实现电气接口模块借助其而被联网的有线总线系统，其中，使用CAN等作为总线协议。

Claims (5)

1. 一种电气接口模块（IM），其特征在于，所述电气接口模块（IM）包括一个用于存储数据的存储器装置（MEM）以及一个用于向外部读取装置（RW）提供数据的集成接口（IO），所述电气接口模块（IM）还有一个安装布置所述存储器装置（MEM）和所述集成接口（IO）的支架（2），所述电气接口模块（IM）能够通过所述集成接口经由任一位于相邻的其它电气接口模块（IM）交换数据和/或能量，相邻电气接口模块（IM）的集成接口组成逻辑数据总线，所述电气接口模块（IM）通过逻辑数据总线能够由具有更高控制权的至少一个前模块或主模块和/或监控装置被寻址和/或控制；所述相邻电气接口模块（IM）形成自组网络，在所述自组网络中，所述相邻电气接口模块（IM）之一承担主功能，并且与其相邻的其它电气接口模块（IM）承担从功能，基于预定的序列来确定所述主功能的选择，并且所述选择包含以下标准中的一个或多个：

产品数据

配置数据

第一操作电气接口模块

流失的时间。

2.根据权利要求1所述的电气接口模块（IM），其特征在于，所述相邻电气接口模块（IM）借助更高的网络协议经由接口交换数据。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的电气接口模块（IM），其特征在于，所述电气接口模块（IM）存储至少一个直接相邻的电气接口模块的至少一部分配置数据，并且监控该直接相邻的电气接口模块的可用性。

4.根据权利要求3所述的电气接口模块（IM），其特征在于，如果所述直接相邻的电气接口模块被更换，则所述电气接口模块（IM）向所更换的电气接口模块提供存储的所述配置数据。

5.根据权利要求3所述的电气接口模块（IM），其特征在于，如果直接相邻的电气接口模块被更换，则所述电气接口模块（IM）将所述先前存储的部分配置数据与所述交换的电气接口模块的当前配置数据进行比较，并且在所比较的配置数据相匹配的范围内，将所述更换的电气接口模块置于操作模式。