CN105612822A - 轨道安装的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于安装到轨道的控制系统。该控制系统包括控制组件以及一个或多个I/O组件。该控制组件和每个I/O组件包括可移除地安装到基底的模块。该基底具有主体，该主体具有形成在其中的、被适配为接纳轨道的通道。闭锁组件被安装到主体并且包括能够在闭锁位置与非闭锁位置之间移动的杠杆，其中该杠杆在该非闭锁位置与闭锁位置之间的移动使得闭锁构件移动到通道中并且从通道中移出，由此当该轨道被设置在通道中并且杠杆被移动到闭锁位置时，闭锁构件移动到通道中，由此将轨道捕获在通道中并且将基底紧固到轨道。当该模块被安装到基底时，该模块覆盖闭锁组件的杠杆从而不可接入。

Description

轨道安装的控制系统

背景技术

本发明涉及工业控制系统，更具体地，涉及具有轨道安装的控制器和输入/输出模块的工业控制系统。

诸如分散控制系统之类的工业控制系统通常包括利用来自诸如流量计之类的现场设备的输入信号的一个或多个控制器以向诸如阀之类的最终控制元件提供控制输出信号，以便于控制过程或一个或多个子过程。这样的控制系统通常是基于模块的并且包括一个或多个控制器模块以及一个或多个输入/输出(I/O)模块，控制器模块通过输入/输出模块而相应地从现场设备接收输入信号及向现场设备发送输出信号。控制器模块和I/O模块通常被安装到轨道，诸如DIN轨道。

轨道安装的控制系统必须具有允许不同类型和数量的I/O模块与控制模块被连接在一起的灵活性设计。此外，该设计应当允许模块以相对简易的方式被安装到轨道并且从轨道移除。然而，该简易性必须与保持模块安全地紧固到轨道的需要取得平衡。该平衡通常不能用常规的轨道安装的控制系统所实现。

本发明涉及具有改进特征的轨道安装的控制系统，这些改进特征包括改进的模块安装特征。

发明内容

依据本发明，一种控制系统被提供用于安装到轨道。该控制系统包括具有主体和闭锁组件的基底。该主体具有形成在其中的通道，该通道被适配为接纳该轨道。闭锁组件被安装到主体并且包括可移动杠杆以及至少一个闭锁构件。该杠杆能够在闭锁位置与非闭锁位置之间移动，其中该杠杆在该非闭锁位置与闭锁位置之间的移动使得至少一个闭锁构件移动到通道中并且从通道中移出，由此当该轨道被设置在通道中并且杠杆被移动到闭锁位置时，至少一个闭锁构件移动到通道中，由此将轨道捕获在通道中并且将基底紧固到轨道。模块被提供用于可移除地安装到基底。该模块包括用于处理控制信号的电路。当该模块被安装到基底时，该模块覆盖闭锁组件的杠杆从而不可接入。

附图说明

本发明的特征、方面和优点相对于下面的描述、所附的权利要求书以及附图将变得更好理解，在附图中：

图1示出了被安装到轨道的控制系统的前视图；

图2示出了控制系统的I/O组件的I/O模块的前透视图；

图3示出了I/O模块的后视图；

图4示出了控制系统的控制组件的前透视图；

图5示出了I/O组件的前透视图；

图6示出了I/O组件的I/O基底的前视图；

图7示出了I/O基底的底部端视图；

图8示出了I/O基底的后透视图；

图9示出了被安装到轨道的I/O基底的部分侧视图；以及

图10示出了控制系统的第一和第二端部模块。

具体实施方式

应当注意的是，在以下的详细描述中，相同的元件具有相同的附图标记，不论它们在本发明的不同的实施例中是否被示出。还应当指出的是，为了清楚和简洁地公开本发明，附图不一定是按比例绘制，并且本发明的某些特征可以以某种示意形式示出。

现在参照图1，示出了工业控制系统的节点的模块行2。模块行2包括控制器组件4、多个I/O组件6以及被安装到顶帽DIN轨道20的第一和第二端部模块16、18。节点可以包括一个或多个附加模块行，其包括一个或多个I/O组件6以及第一和第二端部模块16、18。每个附加模块行可以被安装到单独的DIN轨道。节点可以被用来控制所有的或一部分的工业过程，诸如功率生成过程。进而，节点可以被连接到工业控制系统的其他节点，如下面更充分描述的。

每个I/O组件6包括可释放地安装到I/O基底40的I/O模块14。现在具体参照图2和图3，每个I/O模块14包括包围电路板28的两件式塑料壳体26。大体圆柱形安装件30被连接到壳体26的侧壁。孔轴向地延伸通过安装件30。壳体26定义了后插头32，在其以内设置有电路板28的连接部分。电路板28上的电路处理从现场中的传感器接收到的现场输入或者从控制器模块12接收到的控制输出，这取决于I/O模块14是否处理输入或输出。更具体地，电路诸如通过使用模数和/或数模转换器在现场信号(例如，模拟4-20mA，数字24VDC等)以及数字控制器信号之间进行转换。电路还诸如通过使用开关、滤波器和多路复用器调节从现场接收到的或者去往现场的信号，并且将现场信号从控制器模块12隔离。

每个I/O组件6处理多个输入或者多个输出。典型的控制系统具有处理输入的一个或多个I/O组件6以及处理输出的一个或多个I/O组件6。输入可以是模拟输入、数字输入、热电偶输入或者RTD输入。输出可以是模拟输出或者数字输出。输入和输出(I/O)通常由现场中的传感器和控制元件所供能。然而，数字输出可以由I/O组件6供能，诸如在数字输出被用来供能继电器线圈时。

现在也参照图4，控制器组件4包括可释放地安装到控制器基底42的控制器模块12。控制器模块12具有与每个I/O模块14相似的构造并且包括被安装到壳体26以内的电路板，其中安装件30(针对控制器模块12并未示出)被连接到壳体26。电路板包括微处理器、存储器以及其他电路。存储器存储由微处理器执行的控制程序。控制程序包括一个或多个控制回路，诸如PID回路，其在一个或多个现场输入上工作以生成控制输出。现场输入和控制输出经由模块通信总线通过I/O组件6去往以及来自控制器组件4进行路由。

如上所述，每个I/O模块14被安装到I/O基底40。I/O基底40被适配用于可释放地紧固安装到DIN轨道20。

现在参照图5至图7，每个I/O基底40通常是L形的，具有从安装部分50以大约直角向外延伸的侧部分52。安装部分50具有前侧和后侧、第一和第二横向侧以及顶端和底端。功率连接器54被紧固在侧部分52以内并且能够通过底端接入。功率连接器54被适配用于连接到功率源(例如24VDC)以用于对数字输出进行供电，如上所述。

第一和第二针连接器58、60相应地被紧固到第一和第二横向侧并从第一和第二横向侧延伸。第一和第二针连接器58、60被一起连接在安装部分50以内并且有助于形成模块通信总线，以及模块功率总线。I/O基底40的第一针连接器58被适配为接合及连接到另一个且相邻的I/O基底40的第二针连接器60。以此方式，多个I/O基底40可以被一起连接以形成一系列I/O基底40，模块总线和功率总线延伸通过该一系列I/O基底40。

通常是矩形的扩大的开口延伸通过前侧并且进入安装部分50的内部中。电路板连接器62被设置在安装部分以内并且能够通过该扩大的开口接入。扩大的开口和连接器62形成了插座64以用于接纳插头以及I/O模块14的电路板28的连接部分。另一个且更小的开口被设置与插座64相邻。该更小的开口延伸通过安装部分。被连接到凸轮的包括细长杠杆67的致动器66被枢转地安装在该更小的开口以内并且能够在闭锁位置与非闭锁位置之间移动。在闭锁位置中，杠杆67被设置为与前侧基本齐平(如图6中所示)，而在非闭锁位置中，杠杆67从前侧向外延伸(如图7和图8中所示)。

现在参照图8，通道70被形成在I/O基底40的后侧中。通道70被适配用于接纳DIN轨道20并且部分地通过具有从其向下延伸的一对垂片72的上边缘而被定义。壁栅格74位于通道70之下并且定义了通路，金属梭件76被可移动地安装在该通路以内。梭件76是大体矩形的并且包括具有一对向外延伸的侧凸缘的主体78。凸缘向上延伸超过主体78，由此形成一对向上突出的柄脚80。接触臂82以大约直角从主体78向内延伸，进入安装部分50中的较小开口中。在接触臂82的端部上的凸缘接合致动器66的凸轮。梭件76能够在接合位置与非接合位置之间可滑动地移动。当梭件76处于接合位置时，梭件76的柄脚80延伸到通道70中。当梭件76被移动到非接合位置时，柄脚80被缩回到通路中。弹簧86被连接在梭件76的下端与壁格栅74的下壁之间。弹簧86将梭件76向接合位置偏压。

致动器66的凸轮和梭件76的接触臂82被定位及成形使得当致动器66在闭锁位置与非闭锁位置之间移动时，凸轮接合接触臂82以使梭件76在接合位置与非接合位置之间移动。更具体的是，当致动器66处于闭锁位置时(并且杠杆67与前侧齐平)，梭件76处于接合位置(并且柄脚80延伸到通道70中)。当致动器66被移动到非闭锁位置时，梭件76被移动(相对于弹簧86的偏压)到非接合位置(并且柄脚80被移出通道70)。

每个I/O基底40的侧部分52具有有助于定义细长袋部89的内壁和外壁88、90。具有螺纹孔的安装件91被形成在内壁88中，与袋部89相邻。一对连接器92被紧固在袋部89以内。每个连接器92具有细长的不规则开口，其至少部分地由波状或弯曲的内表面定义。多个金属针被安装在不规则开口以内并且被电气地连接到插座64的电路板连接器62。不规则开口被适配为以插入类型的方式相应地接纳一对端子排(诸如端子排96、98)的插头。每个端子排插头包括多个卷曲，其分别接合连接器92的针92。以此方式，端子排可以被可移除地安装到I/O基底40。螺钉可以被用来将端子排可移除地紧固到袋部89以内的安装件。

不同类型的端子排可以选择性地安装到连接器92。例如，针对现场电线的不同规格的不同端子排可以被安装到连接器92。而且，可以使用松的电线和/或编组端子排。在每个I/O基底40中，端子排可以是相同的类型或者可以是不同的类型。例如，如在图1中所示，一个端子排可以用于第一规格的现场电线(例如连接器96)，而另一个端子排(例如连接器98)可以用于第二规格的现场电线。而且，如在图5中所示，松的电线端子排连接器(例如连接器98)可以与编组端子排连接器(例如连接器102)使用。在编组端子排连接器102中，用于连接到连接器92的针的现场电线包括在连接到接头的单个线缆104中，该接头被插入到连接器92的不规则开口中。

参照回图4，控制器基底42通常也是L形的，具有从安装部分108以大约直角向外延伸的侧部分110。第一和第二针连接器58、60相应地被紧固到安装部分108的第一和第二横向侧并从该第一和第二横向侧延伸。第一和第二针连接器58、60被一起连接在安装部分108以内并且有助于形成模块通信总线，以及模块功率总线。控制器基底42的第一针连接器58被适配为接合及连接到相邻的I/O基底40的第二针连接器60。以此方式，控制器基底42可以被连接到并且与一系列I/O基底40通信。

与I/O基底40类似，控制器基底42具有在其安装部分108中的插座64(针对控制器基底42未示出)以用于接纳插头32并且连接控制器模块12的电路板的连接部分。而且，类似于I/O基底40，控制器基底42具有致动器66(针对控制器基底42未示出)，其可操作为在接合部分与非接合部分之间移动梭件76以在控制器基底42的后侧中将柄脚移动到通道70并且移出通道70。如在I/O基底40中，在控制器基底42中的通道70被适配用于接纳DIN轨道20并且部分地通过具有从其向下延伸的一对垂片72(针对控制器基底42未示出)的上边缘而被定义。

控制器基底42的侧部分110具有与I/O基底40的侧部分52不同的构造。侧部分110并不具有如侧部分52的形成在其中的袋部。然而，侧部分110的确具有安装间91。控制器基底42的侧部分110的自由外端具有波状表面，多个以太网插口112位于该波状表面以内。以太网插口112被适配为分别接纳以太网线缆的接头。当控制器模块12通过插座64和电路板的连接部分被连接到控制器基底42时，以太网插口112被连接到控制器模块12中的以太网外部设备接口。以此方式，控制器模块12可以在插入到以太网插口112中的以太网线缆上与其他设备通信。更具体地，控制器模块12可以与类似地连接到以太网线缆的其他控制器模块12(在其他节点中)和/或与连接到以太网线缆的操作员工作站通信。控制器12可以使用诸如ModbusTCP之类的协议来与连接到以太网线缆的其他设备通信。

现在参照图10，第一端模块16具有主体116，该主体116具有前侧和后侧以及第一横向侧和第二横向侧。用于连接到模块功率源的功率连接器118被安装到主体116并且能够从前侧接入。通信连接器120也被安装到主体116并且能够从前侧接入。第一针连接器58被紧固到主体116的第一横向侧并且从主体116的第一横向侧延伸。通信连接器120和功率连接器118被连接到主体116以内的第一针连接器58。以此方式，当第一端模块16的第一针连接器58被连接到控制器基底42的第二针连接器60时，功率连接器118和通信连接器120被连接到模块通信总线和模块功率总线。因而，模块功率源通过其与功率连接器118的连接而向模块总线提供功率。

第一端模块16具有致动器66(针对第一端模块16未示出)，其可操作为在接合部分与非接合部分之间移动梭件76以在第一端模块16的后侧中将柄脚移动到通道70并且移出通道70。如在I/O基底40中，在第一端模块16中的通道70被适配用于接纳DIN轨道20并且部分地通过具有从其向下延伸的一对垂片72(未示出)的上边缘而被定义。

第二端模块18具有主体128，该主体116具有前侧和后侧以及第一横向侧和第二横向侧。通信连接器130也被安装到主体128并且能够从前侧接入。第二针连接器60被紧固到主体128的第二横向侧并且从主体128的第二横向侧延伸。第二针连接器60被连接到模块通信中心以及模块功率总线。通信连接器130允许模块行2被连接到第二模块行，其包括第一和第二端模块16、18以及一个或多个I/O组件6。在这样的布置方式中，在模块行2中的第二端模块18的通信连接器130被线缆连接到第二模块行的第一段模块16中的通信连接器120。然而，如果模块行2并未连接到第二模块行，电路板132被插入到通信连接器130中以闭合模块总线，如所示。

第二端模块18具有致动器66(针对第二端模块18未示出)，其可操作为在接合部分与非接合部分之间移动梭件76以在第一端模块16的后侧中将柄脚移动到通道70并且移出通道70。如在I/O基底40中，在第二端模块18中的通道70被适配用于接纳DIN轨道20并且部分地通过具有从其向下延伸的一对垂片72(未示出)的上边缘而被定义。

I/O基底40和控制器基底42被安装到DIN轨道20而没有I/O模块14和控制器模块12被相应地连接到那。这是需要的以便于允许杠杆67被手动地操纵。I/O基底40、控制器基底42和第一和第二端模块16、18通过相同的机构并以相同的方式被安装到DIN轨道20。这些设备中的每个设备首先通过操纵杠杆67被安装到DIN轨道20以使得致动器66被移动到非闭锁位置，由此将梭件76移动到非接合位置，在该处柄脚80并未设置在通道70中。每个设备的顶部随后被倾斜并且垂片72被插入到DIN轨道20的顶部凸缘后面。该设备被向下枢转以在DIN轨道20上移动通道70。使得DIN轨道20设置在通道70中，杠杆67被操纵以使得致动器66被移动到闭合位置，由此将柄脚80在DIN轨道20的底部凸缘以下移动到通道70中。在该点处，DIN轨道20的顶部和底部凸缘通过垂片72和柄脚80(如在图9中所示)被捕获在通道70以内，由此将该设备紧固到DIN轨道20。

一旦控制器基底42和I/O基底40被如上所述地安装到DIN轨道20，通过将控制器模块12和I/O模块14的插头32相应地插入到控制器基底42和I/O基底40的插座64中，控制器模块12和I/O模块14被相应地安装到控制器基底42和I/O基底40。使得模块12、14这样定位，模块12、14的安装件30分别与基底42、40的安装件91对准。螺钉随后被分别旋入安装件30和安装件91的对准的孔，由此将模块12、14可释放地紧固到基底42、40。当模块12、14以前述方式被安装到基底42、40时，模块12、14被设置在杠杆67上(覆盖)，由此使得它们不可接入。相应地，为了从DIN轨道20移除控制器组件4和I/O组件6，控制器模块12和I/O模块14必须首先从控制器基底42和I/O基底40移除以提供到杠杆67的接入。针对每个基底40、42，杠杆67随后被操纵以将致动器66移动到非闭锁位置，由此将梭件76移动到非接合位置，在该位置处柄脚80并未设置在通道70中。作为结果，DIN轨道20的顶部和底部凸缘不再被捕获在通道70以内并且基底40、42可以从DIN轨道20移除。

当基底42、40被安装到DIN轨道20并且模块12、14被安装到基底42、40时(诸如在图1中所示)，端子排(诸如在每个I/O组件6中的端子排96、98)被设置到I/O模块14的侧(横向)并且被竖直地布置，即一个在另一个上面。此外，端子排从I/O模块14的最外部分向内定位(向着DIN轨道20)。

要理解的是本发明的前述示例性实施例的描述仅旨在作为示意性的而不是穷举的。本领域技术人员将能够对所公开主题的实施例做出某些添加、删除和/或修改，而不脱离本发明的精神或其由所附权利要求书所限定的范围。

Claims (15)

1.一种用于安装到轨道的控制系统，所述控制系统包括：

包括主体和闭锁组件的基底，所述主体具有形成在其中、被适配为接纳所述轨道的通道，所述闭锁组件被安装到所述主体并且包括可移动杠杆以及至少一个闭锁构件，所述杠杆能够在闭锁位置与非闭锁位置之间移动，其中所述杠杆在所述非闭锁位置与所述闭锁位置之间的移动使得所述至少一个闭锁构件移动到所述通道中并且从所述通道中移出，当所述轨道被设置在所述通道中并且所述杠杆被移动到所述闭锁位置时，所述至少一个闭锁构件移动到所述通道中，从而将所述轨道捕获在所述通道中并且将所述基底紧固到所述轨道；以及

用于可移除地安装到所述基底的模块，所述模块包括用于处理控制信号的电路，其中当所述模块被安装到所述基底时，所述模块覆盖所述闭锁组件的所述杠杆从而不可接入。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中去往所述模块的功率以及去往和来自所述模块的通信通过所述基底进行路由。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述模块进一步包括插头并且所述基底的所述主体进一步包括插座，所述插座被适配为接纳所述插头以建立所述基底与所述模块之间的通信。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其中所述基底进一步包括以相对所述主体的大约直角进行延伸的侧部分，并且其中当所述模块被安装到所述基底时，所述模块从所述主体向外延伸并且从所述侧部分横向地设置。

5.根据权利要求4所述的控制系统，其中所述侧部分包括至少一个连接器以用于建立所述基底与一个或多个其他设备之间的通信，当所述模块被安装到所述基底时所述连接器从所述模块的最外表面向内设置。

6.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述连接器是用于连接到电线的端部的端子排，所述电线在其另外的端部处被连接到所述一个或多个其他设备。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述一个或多个其他设备是现场设备并且所述模块是输入/输出(I/O)模块，所述输入/输出模块处理并且调节从所述现场设备接收到的现场输入或者从控制器模块接收到的控制输出。

8.根据权利要求5所述的控制系统，其中所述模块是控制器模块并且所述连接器是以太网插口以用于接纳以太网线缆的插头，所述以太网线缆具有被连接到另外的控制器模块或者连接到操作员工作站的另外的插头。

9.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述闭锁组件进一步包括梭件，所述梭件可滑动地安装到所述基底的所述主体的后侧从而能够在垂直于所述通道的方向上移动，所述梭件包括所述至少一个闭锁构件以及与所述杠杆接合的臂，使得所述杠杆在所述闭锁位置与所述非闭锁位置之间的移动将所述梭件相应地在接合位置与非接合位置之间移动，其中当所述梭件处于所述接合位置中时，所述至少一个闭锁构件被设置在所述通道中，并且当所述梭件处于所述非接合位置中时，所述至少一个闭锁构件被设置在所述通道之外。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述闭锁组件进一步包括将所述梭件向所述接合位置偏压的弹簧。

11.根据权利要求10所述的控制系统，其中所述至少一个闭锁构件包括多个闭锁构件。

12.根据权利要求9所述的控制系统，其中当所述杠杆处于所述非闭锁位置时，所述杠杆从所述基底的前侧向外延伸，并且当所述杠杆处于所述闭锁位置时，所述杠杆被设置为与所述基底的所述前侧基本上齐平。

13.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述基底是第一基底并且所述模块是第一模块，并且其中所述控制系统进一步包括：

包括主体和闭锁组件的第二基底，所述主体具有形成在其中、被适配为接纳所述轨道的通道，所述闭锁组件被安装到所述主体并且包括可移动杠杆以及至少一个闭锁构件，所述杠杆能够在闭锁位置与非闭锁位置之间移动，其中所述杠杆在所述非闭锁位置与所述闭锁位置之间的移动使得所述至少一个闭锁构件移动到所述通道中并且从所述通道中移出，当所述轨道被设置在所述通道中并且所述杠杆被移动到所述闭锁位置时，所述至少一个闭锁构件移动到所述通道中，从而将所述轨道捕获在所述通道中并且将所述第二基底紧固到所述轨道；以及

用于可移除地安装到所述第二基底的第二模块，所述第二模块包含用于处理控制信号的电路，其中当所述第二模块被安装到所述第二基底时，所述第二模块覆盖所述闭锁组件的所述杠杆从而不可接入。

14.根据权利要求13所述的控制系统，其中所述第一基底和所述第二基底中的每个基底进一步包括被设置在所述主体的相对侧上的插头，其中所述第一基底的所述插头中的一个插头以及所述第二基底的所述插头中的一个插头被适配为连接到彼此，以有助于形成延伸通过所述第一基底和所述第二基底的功率总线以及通信总线。

15.根据权利要求14所述的控制系统，其中所述第一模块是包括可操作为执行控制程序的处理器的控制器模块，并且其中所述第二模块是输入/输出(I/O)模块，所述输入/输出模块包括电路以用于处理并且调节从所述现场设备接收到的现场输入或者从所述控制器模块接收到的控制输出。