CN105785931B - 一种数字装备工业控制平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字装备工业控制平台，包括整机和支撑架，所述整机安装于所述支撑架上，所述整机包括至少两个机箱，至少部分机箱与所述支撑架形成滑动连接，各机箱上均设有卡合件，所述支撑架上设有与卡合件配合的卡合部，各机箱通过卡合件卡合于所述支撑架上。本发明通过支撑架加固了整机的刚度，且通过设置滑动连接及卡合件/卡合部，有利于各机箱的快速组合拆卸。

Description

一种数字装备工业控制平台

技术领域

本发明涉及计算机控制系统，特别是涉及一种数字装备工业控制平台。

背景技术

随着工业自动化的飞速发展，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业控制系统中广泛使用。围绕需求各异的应用，传统单一、固定架构的工控平台，不具备灵活性，一旦应用需求有变更，就必须修改底层硬件、甚至上层软件代码，开发周期长；而已开发的软、硬件平台又由于项目不同，可重复使用率很低。

在现阶段的各领域系统应用中，客户端应用系统一般由“工控平台+客户端硬件+应用软件”组成。客户端硬件部分往往需要根据不同的系统开发，存在以下问题：

传统工控平台现有功能不能满足客户需求，需要增加或修改工控机已有功能，如处理能力、扩展能力、功率等，变更成本高，周期长；

普通工控平台作为通用机型，由于受空间限制，预留的扩展能力往往满足不了不同客户散热、电源和系统硬件资源的需要；

普通工控平台只能提供标准总线扩展，不能匹配不同的客户端硬件，如：智能客户端、DSP、FPGA等，具有一定的局限性。

底层硬件和上层软件，随应用需求的改变，其形态、功能、性能变化大，而已有软硬件平台难以升级重用，需要重复设计。

同时，传统的工业控制计算机，主板、扩展卡、电源等部件均安装在一个机箱之内，部分输入/输出(I/O)接口和功能组件采用线缆连接方式与主板连接来实现各种输入/输出、显示、存储等功能。这使得传统的工业控制计算机内部走线布局凌乱，维修困难。

因此，发明人有意提供一种新型的数字装备工业控制平台，采用模块化设计，将整机设计分为几个不同的功能模块，通过对不同模块的排列组合，能够快速响应不同的客制化要求，并能实现多功能扩展，应用于不同的工业现场。但由于将整机分成了几个模块，会遇到整体的刚度不够，且组合拆装时不易操作的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种整机刚度能够满足要求，且易于组合拆卸的数字装备工业控制平台。

一种数字装备工业控制平台，包括整机和支撑架，所述整机安装于所述支撑架上，其特征在于，所述整机包括至少两个机箱，至少部分机箱与所述支撑架形成滑动连接，各机箱上均设有卡合件，所述支撑架上设有与卡合件配合的卡合部，各机箱通过卡合件卡合于所述支撑架上。

在其中一个实施例中，所述支撑架包括支撑背板和与支撑背板的边缘垂直连接的支撑侧板，所述卡合部为自支撑侧板边缘向支撑侧板中部延伸一段距离的卡合槽，所述支撑背板上设有滑轨，与支撑架形成滑动连接的机箱上相应开设有滑槽。

在其中一个实施例中，所述与支撑架形成滑动连接的机箱包括扳手，所述扳手通过固定于机箱上的转轴与机箱旋转连接，各卡合件卡合于卡合槽内时扳手与支撑侧板抵接，抵接形成的接触线均垂直于所述滑轨在支撑侧板上的投影。

在其中一个实施例中，所述支撑架的卡合部的数量为3个，位于3卡合槽中间的一个的位置处的支撑侧板上开设有开口以供扳手伸入并与支撑侧板抵接。

在其中一个实施例中，所述3个卡合槽中，位于两侧的卡合槽中的一个的延伸方向垂直于所述滑轨在支撑侧板上的投影，另外两个卡合槽的延伸方向平行于所述滑轨在支撑侧板上的投影。

在其中一个实施例中，所述整机包括主控机和电源箱两个机箱；所述电源箱包括电源箱体、设于电源箱体内的电源及外露于所述电源箱体的电源连接器公头，所述电源连接器公头用于与电源连接器母头插接并提供电源；所述主控机包括主机箱体、背板和设于主机箱体内的多块抽拉式结构的电路板，所述背板固定于主机箱体一面板内侧，所述电路板包括主板和硬盘板，每块电路板均插接于所述背板上，所述背板包括外露于主机箱体的电源连接器母头。

在其中一个实施例中，所述电路板还包括用于实现定制的扩展功能的扩展板。

在其中一个实施例中，所述主机箱体两侧面的面板内侧设有导向槽，所述电路板抽拉时在导向槽内滑动。

在其中一个实施例中，所述主板上覆盖有被动式散热器，所述主机箱体在与电源连接器母头相对的一面开窗以使所述散热器外露，所述主板安装进所述主机箱体时设有散热器的一面靠近所述主机箱体正面的位置设有弹性凸起；或者所述电源上覆盖有被动式散热器，所述电源箱体在与电源连接器公头相对的一面开窗以使所述被动式散热器外露。

在其中一个实施例中，所述机箱还包括设于电源箱和主控机之间的扩展箱，所述扩展箱包括扩展箱体和底板，所述底板固定于扩展箱体一侧面的面板内侧，所述底板包括用于插接标准扩展卡的扩展卡槽、电源连接器公头、电源连接器母头及数据信号连接器公头，其中扩展箱的电源连接器母头设于与所述电源箱连接的一侧，扩展箱的电源连接器公头和数据信号连接器公头设于与所述主控机连接的一侧。

上述数字装备工业控制平台，通过支撑架加固了整机的刚度，且通过设置滑动连接及卡合件/卡合部，有利于各机箱的快速组合拆卸。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是一实施例中主控机的示意图；

图2是图1所示实施例中安装有背板的主机箱体的示意图；

图3是一实施例中主板的示意图；

图4是一实施例中硬盘板的示意图；

图5是一实施例中背板的示意图；

图6是一实施例中电源箱的示意图；

图7是图6所示电源箱另一角度的视图；

图8是由主控机、电源箱及扩展箱组成的数字装备工业控制平台的示意图；

图9是一实施例中扩展箱的示意图；

图10是图9所示扩展箱另一角度的视图；

图11是一实施例中底板的示意图；

图12是一实施例中转接板的示意图；

图13是一实施例中支撑架的示意图；

图14是主控机、电源箱扩展箱及支撑架组成的数字装备工业控制平台的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种数字装备工业控制平台，包括整机和支撑架，整机安装于支撑架上，整机包括至少两个机箱，机箱与支撑架形成滑动连接(或者除一个机箱外的所有机箱与支撑架形成滑动连接)，各机箱上均设有卡合件，支撑架上设有与卡合件配合的卡合部，各机箱通过卡合件卡合于支撑架上。

在其中一个实施例中，整机包括主控机10和电源箱20。参见图1和图2，主控机10包括主机箱体12、背板14和设于主机箱体12内的多块抽拉式结构的电路板。背板14固定于主机箱体12一面板内侧，在本实施例中是主机箱体12背面的面板内侧。请一并参见图3、图4，电路板包括主板162和硬盘板164，每块电路板均插接于背板14上。参见图5，背板14包括外露于主机箱体12底面的电源连接器母头142。电源连接器母头142需要与电源连接器公头配套使用，二者相互插接后组成电源连接器，通过电源连接器公头向电源连接器母头142提供电源。

参见图1，在本实施例中，电路板还包括扩展板166。扩展板166的用途是在制造数字装备工业控制平台时根据用户的个性化需求定制扩展功能。根据不同应用的需求，可以再同一机型中扩展出不同的功能模块。

主控机10是数字装备工业控制平台的控制单元，各电路板在主控机10内可单独实现插拔安装和拆卸。参见图2，在本实施例中，主机箱体12两侧面的面板内侧设有导向槽17，供各电路板抽拉时在导向槽17内滑动。主机箱体12由钣金成型，各电路板通过导向槽17插入背板14中。

由于主板162的发热量一般在各块电路板中是最大的，因此需要将其安装于易散热的位置。参见图8，由于主控机10的一面是跟电源箱20或扩展箱30接在一起，不利于散热，因此优选将主板162安装于与这个连接面相对的一面(下文中称为散热面)，并且于主板162的一面设置被动式散热器161，在本实施例中为设有鳍片状散热片的金属散热外壳。请一并参见图2，主机箱体12在图2中靠左的一面(即散热面)开窗形成窗口11，以使被动式散热器161外露从而进行散热，被动式散热器161同时作为主控机10散热面的外壳。为了使插入背板14后的主板162能够固定得更稳固，主板162在主机箱体12的散热面与正面交界处的位置设有弹性凸起，插入后弹性凸起会被窗口11旁边的框架122压紧，从而对主板162形成固定。

请参见图6和图7，电源箱20包括电源箱体22、设于电源箱体22内的电源及外露于电源箱体22的电源连接器公头244。在本实施例中，电源箱20与电源连接器公头244相对的一面(散热面)设有与主板162类似的被动式散热器26，电源箱体22的散热面同样开窗以使被动式散热器26外露，外露的被动式散热器26同时作为电源箱20散热面的外壳。

上述数字装备工业控制平台，主控机10和电源箱20可以组成基本的工业控制计算机，满足基本的工业控制需求。由于采用的是组合式结构，在用户有扩展需求时，还可以配备扩展箱30，此时数字装备工业控制平台由主控机10、电源箱20及扩展箱30组成，参见图8。

请参见图9、图10及图11，扩展箱30包括扩展箱体32和底板34，底板34固定于扩展箱体32一侧面的面板内侧。请一并参见图11，底板34包括用于插接标准扩展卡42的扩展卡槽341和电源连接器母头342，需要安装标准扩展卡42时可以从扩展箱体32的与底板34相对的一侧插入。在本实施例中，底板34还包括用于插接转接板的转接板插槽343，通过在底板34的转接板插槽343中插接一块设有电源连接器公头344及数据信号连接器公头346的转接板36来实现与主控机10的连接，转接板36的结构如图12所示。数据信号连接器公头346与背板上的数据信号连接器母头146组成数据信号连接器。可以理解的，在其它实施例中，也可以直接在底板34上设置电源连接器公头344和数据信号连接器公头346。其中电源连接器母头342设于与电源箱20连接的一侧，电源连接器公头344和数据信号连接器公头346设于与主控机10连接的一侧。

扩展箱30拥有丰富的扩展接口，能够兼容行业内标准扩展卡，通过数据信号连接器公头346与主控机10的背板14对接，实现相互间的信号传递。扩展箱体32由钣金成型。在本实施例中，扩展箱30的数量为1个，在其他实施例中也可以设置两个以上的扩展箱。

在图8所示实施例中，由于背板14与底板34的安装方向不同，因此电源连接器母头142与电源连接器母头342相对于电源箱20的位置也不同，电源箱20上必须为电源连接器母头142与电源连接器母头342各配置一个电源连接器公头。可以理解的，在主控机10的电源连接器母头与扩展箱30的电源连接器母头与电源箱20的相对位置相同的实施例中，电源箱20上可以只配置一个电源连接器公头。

上述数字装备工业控制平台采用模块化设计，电源单独安装在一个箱体之内，使得主控机10内的部件均为可采用板卡式抽拉设计的部件，主控机10能够实现无线缆装配，装配和维修方便快捷，从而降低产品售后服务成本。且由于采用模块化设计，电源箱20通过电连接器可分别与主控机10或扩展箱30连接，可以通过选用不同的模块组合(即选用主控机10+电源箱20，或者主控机10+扩展箱30+电源箱20的组合形式)，快速响应不同的客制化要求，并能实现多功能扩展，应用于不同的工业现场。

数字装备工业控制平台的模块化设计，将整机设计分为不同的功能模块，通过对不同模块的排列组合，快速响应不同的客制化要求的同时能够减少整机内部线材，维修装配方便快捷，降低产品售后服务成本，给工业现场提供了新的解决方案。由于各模块单元的箱体为钣金成型，加上主控机10、电源箱20的高发热部件配合安装有被动式散热器，实现了各功能模块的工作散热，因此数字装备工业控制平台可以采用无风扇设计。

参见图13和图14，支撑架40包括支撑背板42和与支撑背板的边缘垂直连接的支撑侧板44，卡合部包括三个自支撑侧板44边缘向支撑侧板44中部延伸一段距离的卡合槽，分别是第一卡合槽412、第二卡合槽422以及第三卡合槽432。当数字装备工业控制平台采用主控机10+扩展箱30+电源箱20的组合时，第一卡合槽412用于与电源箱20上的卡合件212卡合，第二卡合槽422用于与主控机10上的卡合件112卡合，第三卡合槽432用于与扩展箱30上的卡合件312卡合；当数字装备工业控制平台采用主控机10+电源箱20的组合时，第二卡合槽422用于与主控机10上的卡合件112卡合，第三卡合槽432用于与电源箱20上的卡合件212卡合。支撑背板42上设有凸起的滑轨43，主机箱体10一侧面、扩展箱体30一侧面及电源箱体20一侧面的面板上分别开设有内凹并与滑轨43配合形成滑动连接的滑槽13、滑槽33和滑槽23。在本实施例中，滑轨43是从支撑背板42的底部一直延伸到顶部，而由于主控机10不需要在支撑架40上滑动，因此在其它实施例中也可以将滑轨43做短，并且主机箱体12上不设置滑槽。支撑架40能够加固各模块组合后数字装备工业控制平台整机的刚度。

在其中一个实施例中，可以将数字装备工业控制平台设计为固定模块+可拆卸模块的结构，即主控机10、电源箱20、扩展箱30等模块中安装在支撑架40上时，有一个模块是固定不动的，另外的模块则根据需要进行组合时在支撑架40上进行拆卸。由于主控机10和电源箱20是基本的模块，因此可以将其中之一作为固定模块，在本实施例中是将主控机10作为固定模块。相应的，第二卡合槽422的延伸方向垂直于滑轨43在支撑侧板44上的投影，使得作为固定模块的主控机10不易在支撑架40上滑动；而第一卡合槽412和第三卡槽432的延伸方向则平行于滑轨43在支撑侧板44上的投影，便于作为可拆卸模块的电源箱20、扩展箱30的组装与拆卸。

电源箱20和扩展箱30上均设有扳手，电源箱20的扳手28通过固定于电源箱体22背面的转轴27与电源箱体22旋转连接。同理，扩展箱30的扳手38通过固定于扩展箱体32背面的转轴37与扩展箱体32旋转连接。卡合件212卡合于第一卡合槽412内、卡合件312卡合于第三卡合槽432内时，扳手28和扳手38与支撑侧板44形成抵接，抵接形成的接触线均垂直于滑轨43在支撑侧板44上的投影。这样一来，通过转动扳手28，支撑侧板44就会给扳手28一个反推力，使得电源箱20与支撑架40相分离。扳手38的作用也是同理。支撑侧板44在第三卡合槽432位置处开设有开口45以供扳手38(或者扳手28)从侧面伸入，从而与支撑侧板44抵接。可以理解的，电源箱20上也可以相应设置扳手。

上述数字装备工业控制平台，通过支撑侧板与扳手之间的相互作用，能够实现各模块的快速分离，且支撑架的设置加固了模块组合后整机的刚度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种数字装备工业控制平台，包括整机和支撑架，所述整机安装于所述支撑架上，其特征在于，所述数字装备工业控制平台设计为固定模块+可拆卸模块的结构，所述整机包括至少两个机箱，至少部分机箱与所述支撑架形成滑动连接，各机箱上均设有卡合件，所述支撑架上设有与卡合件配合的卡合部，各机箱通过卡合件卡合于所述支撑架上；其中，所述支撑架包括支撑背板和与支撑背板的边缘垂直连接的支撑侧板，所述卡合部为自支撑侧板边缘向支撑侧板中部延伸一段距离的卡合槽，所述支撑背板上设有滑轨，与支撑架形成滑动连接的机箱上相应开设有滑槽；

其中，所述与支撑架形成滑动连接的机箱包括扳手，所述扳手通过固定于机箱上的转轴与机箱旋转连接，各卡合件卡合于卡合槽内时扳手与支撑侧板抵接，抵接形成的接触线均垂直于所述滑轨在支撑侧板上的投影。

2.根据权利要求1所述的数字装备工业控制平台，其特征在于，所述支撑架的卡合部的数量为3个，位于3卡合槽中间的一个的位置处的支撑侧板上开设有开口以供扳手伸入并与支撑侧板抵接。

3.根据权利要求2所述的数字装备工业控制平台，其特征在于，所述3个卡合槽中，位于两侧的卡合槽中的一个的延伸方向垂直于所述滑轨在支撑侧板上的投影，另外两个卡合槽的延伸方向平行于所述滑轨在支撑侧板上的投影。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的数字装备工业控制平台，其特征在于，所述整机包括主控机和电源箱两个机箱；

所述电源箱包括电源箱体、设于电源箱体内的电源及外露于所述电源箱体的电源连接器公头，所述电源连接器公头用于与电源连接器母头插接并提供电源；

所述主控机包括主机箱体、背板和设于主机箱体内的多块抽拉式结构的电路板，所述背板固定于主机箱体一面板内侧，所述电路板包括主板和硬盘板，每块电路板均插接于所述背板上，所述背板包括外露于主机箱体的电源连接器母头。

5.根据权利要求4所述的数字装备工业控制平台，其特征在于，所述电路板还包括用于实现定制的扩展功能的扩展板。

6.根据权利要求4所述的数字装备工业控制平台，其特征在于，所述主机箱体两侧面的面板内侧设有导向槽，所述电路板抽拉时在导向槽内滑动。

7.根据权利要求4所述的数字装备工业控制平台，其特征在于，所述主板上覆盖有被动式散热器，所述主机箱体在与电源连接器母头相对的一面开窗以使所述散热器外露，所述主板安装进所述主机箱体时设有散热器的一面靠近所述主机箱体正面的位置设有弹性凸起；或者

所述电源上覆盖有被动式散热器，所述电源箱体在与电源连接器公头相对的一面开窗以使所述被动式散热器外露。

8.根据权利要求4所述的数字装备工业控制平台，其特征在于，所述机箱还包括设于电源箱和主控机之间的扩展箱，所述扩展箱包括扩展箱体和底板，所述底板固定于扩展箱体一侧面的面板内侧，所述底板包括用于插接标准扩展卡的扩展卡槽、电源连接器公头、电源连接器母头及数据信号连接器公头，其中扩展箱的电源连接器母头设于与所述电源箱连接的一侧，扩展箱的电源连接器公头和数据信号连接器公头设于与所述主控机连接的一侧。