CN107643723A - 用于电机控制中心的网络分配适配器 - Google Patents

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Abstract

提供了用于电机控制中心的网络分配适配器。网络分配适配器可以被配置成在隔离壁的一侧(在垂直电线管道内)垂直地连接网络电缆，同时在隔离壁的相对侧(MCC的内部)以一定角度连接另一网络电缆。这可以有利地使得能够将适配器装配在由垂直电线管道提供的有限空间中，同时还为网络连接提供更可靠的保护。在一方面，网络分配适配器可以包括印刷电路板(PCB)，印刷电路板将布置在与PCB平行的第一平面中的第一连接器和布置在与第一平面成角度的第二平面中的第二连接器耦接。PCB可以安装在罩壳中，罩壳又可以相对于隔离壁中的开口安装。

Description

用于电机控制中心的网络分配适配器
技术领域
本发明总体上涉及例如用于将电力信号分配至受控装置的配电系统，并且更具体地，涉及用于可以在这样的系统中智能控制的电气单元的网络分配适配器。
背景技术
具有封装的电气部件和电子部件的电气系统是已知的并且在使用中。例如，电机控制中心(MCC)用于大型操作和工业操作中的电力和数据分配。在MCC中，各种部件如开关装置、半导体电力电子电路、可编程逻辑控制器、电机控制器等可以被容置在大的电气外壳中，电气外壳可以被细分为区段或列，电气外壳还可以被细分为隔间或单元。所述MCC包括用于向各个隔间分配电力的关联汇流条、互连和支承结构。
MCC中的一些单元可以通过与另一设备如可编程逻辑控制器(PLC)的网络连接被“智能地”控制。为将这样的单元连接至设备以用于智能控制，需要从MCC中的智能单元至设备布设(run)网络电缆。还可以使用通常用于将线路和负载布设接线至MCC的服务部件的垂直电线管道或水平电线管道来布设这样的网络电缆。然而，由于这样的电线管道的空间有限以及在通常需要容错的系统中传统网络连接的潜在的脆弱性，因此在这样的电线管道中布设网络电缆可能是挑战。因此，存在对以下系统的需要，在该系统中可以在MCC中以容错、可靠的方式布线网络电缆。
发明内容
本发明人已经确定，网络分配适配器可以被配置成在隔离壁的一侧(在垂直电线管道内)垂直地连接网络电缆，同时在隔离壁的相对侧(MCC的内部)以一定角度连接另一网络电缆。这可以有利地使得能够将适配器装配在由垂直电线管道提供的有限空间中，同时还为网络连接提供更可靠的保护。在一方面，网络分配适配器可以包括印刷电路板(PCB)，印刷电路板对布置在与PCB平行的第一平面中的第一连接器和布置在与第一平面成一定角度的第二平面中的第二连接器进行耦接。PCB可以安装在罩壳中，罩壳又可以相对于隔离壁中的开口进行安装。
在一方面，以太网(或EtherNet/IP)适配器可以安装在MCC内的每个插入区段的垂直电线管道中，并且每个适配器可以使用在垂直电线管道后面布线的以太网电缆连接至网络接入设备。这可以使得以太网基础设施能够被预先安装和组织，避开(out of the way)也可以通过垂直电线管道布线的终端用户电缆。每个适配器可以允许例如两个以太网连接。每个区段可以容纳例如多达四个适配器，四个适配器可以在每个区段内提供多达八个连接点。单元内的设备可以使用可以易于管理和成角度向下的短插线电缆来连接至以太网适配器，使得在调试活动期间保护终端用户免于破坏适配器或单元的以太网连接。因此，适配器可以在相同占用空间(footprint)内电力电线管道后面提供用于电缆向上或向下的布线，从而向可以在现场更换的可接入以太网的单元提供电缆连接的保护。
以太网适配器可以由例如由硬化树脂如聚对苯二甲酸丁二醇酯420SE0模制的塑料罩壳和盖子组成。罩壳可以包括用于印刷电路板(PCB)的支承件和可以由两个半部卡扣装配在一起的压纹面(emboss side)。罩壳可以是大约2-1/4英寸宽、2-1/4英寸长、1-3/8英寸深，并且可以在顶部处倾斜，以包括凹陷区域以粘贴1.25英寸乘0.25英寸的适配器端口标签。适配器可以安装在电力电线管道的前面以使得适配器能够现场更换。PCB可以被设计成具有在板的一个侧面朝下的两个直的RJ-45连接器和在板的另一侧面朝上或朝下的两个角形RJ-45连接器(45°)。顶部和底部的适配器可以使用相同的塑料罩壳而基于所使用的角形连接器来使用不同的PCB。
然后具体地，本发明的一个方面可以提供一种网络分配适配器，包括：罩壳；安装在罩壳中的印刷电路板(PCB)，PCB具有顶侧和底侧；安装至PCB的顶侧的第一网络连接器，第一网络连接器设置有能够通过罩壳接入的顶插孔，顶插孔被布置在与PCB平行的第一平面中；以及安装至PCB的底侧的第二网络连接器，第二网络连接器设置有能够通过罩壳接入的底插孔，底插孔被布置在与第一平面成一定角度的第二平面中。
本发明的另一方面可以提供一种电机控制中心(MCC)，包括：外壳，其具有用于支承电气单元的设备安装空间(device mounting volume)；垂直电线管道，其被布置成与设备安装空间相邻；壁，其将垂直电线管道与区段的内部部分隔开；以及网络分配适配器，包括：罩壳；安装在罩壳中的PCB，PCB具有顶侧和底侧；安装至PCB的顶侧的第一网络连接器，第一网络连接器设置有能够通过罩壳接入的顶插孔，顶插孔被布置在与PCB平行的第一平面中；以及安装至PCB的底侧的第二网络连接器，第二网络连接器设置有能够通过罩壳接入的底插孔，底插孔被布置在与第一平面成一定角度的第二平面中。网络分配适配器可以安装至壁中的开口，使得第一网络连接器能够在垂直电线管道中接入，而第二网络连接器能够在区段的内部部分中接入。
根据以下具体实施方式和附图，本发明的这些特征和优点以及其他特征和优点对本领域技术人员而言将变得明显。然而，应该理解的是，指示本发明的优选实施方式的具体实施方式和具体示例是通过说明方式给出的，而不是限制性的。在不背离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内做出很多变化和修改，并且本发明包括所有这样的修改。
附图说明
图1是可以容置各种类型的电气单元并且可以安装根据本发明的方面的一个或更多个网络分配适配器的示例性电气系统；
图2是图1的电气系统的示例性区段的等距视图；
图3是根据本发明的方面的示例性网络分配适配器的等距视图；
图4是安装在图2的区段中的网络分配适配器的等距剖视图；
图5是安装在图2的区段中的多个网络分配适配器的剖面侧视图；
图6是出现在图1的电气系统内部、安装在图2的区段中的网络分配适配器的成角度的连接器的等距视图；以及
图7是出现在图1的电气系统内部、安装在图2的区段中的根据本发明的可替选方面网络分配适配器的成角度的连接器的等距视图。
具体实施方式
现在参考图1，提供了可以容置各种类型的电气单元12(例如所示的单元12a、12b以及12c)的示例性电气系统10。电气系统10可以是例如电机控制中心(“MCC”)或者其他工业、商业、船舶或其他电气系统。电气系统10的一个示例可以是可以从洛克威尔自动化公司获得的Centerline 2100电机控制中心。通常，电气系统10可以提供一个或更多个区段14(例如所示的区段14a、14b以及14c)，每个区段在设备安装空间周围形成用于支承单元12的壳体。壳体可以由任何合适的材料如厚板金、增强塑料等制成。单元12通常可以是可以插入区段14和从区段14移除的“插件”单元，或者是可以使用永久地安装至区段14的框架安装结构来构建的“框架安装”单元，“框架安装”单元不能容易地插入或移除。
电气系统10通常可以经由适当的导管(未示出)从外部电源例如供电网接收三相电力和/或数据信号，并以各种方式将接收到的电力和/或数据信号分配至一个或更多个区段14。区段14可以彼此电隔离，或者可替选地可以例如经由公共的水平电力母线(未示出)与其他区段14电连接。
单元12可以各自包括用于覆盖部件的组合的门，在每个单元12内经由已知方法例如螺纹或卡扣接合来支承所述部件的组合，从而提供至电气系统10的机械和电气连接。单元12的示例性部件可以包括继电器、电机起动器以及可编程逻辑控制器(“PLC”)等。用于单元12的门可以包括例如用于操作断开开关的杠杆、用于防止门打开的锁和/或用于指示打开门的安全状态的灯。可以在每个区段14中设置闩锁轨道(未示出)，以与单元12的各个门上的闩锁对接。
区段14还可以包括内置的电线管道，其中，可以在电气系统10内进行线路和负载接线、电缆布设以及其他连接。垂直电线管道16(例如所示的用于区段14c的垂直电线管道16c)可以垂直地布置在每个区段14中，与用于支承单元12的设备安装空间相邻。另外，水平电线管道18可以水平地布置在每个区段14中，例如水平地布置在最上部设备安装空间的上方并且与最上部设备安装空间相邻的上水平电线管道18a，以及水平地布置在最下部设备安装空间的下方并且与最下部设备安装空间相邻的下水平电线管道18b。
现在参考图2，提供了电气系统10的示例性区段14的等距视图。区段14可以由在用于支承单元12的设备安装空间22(例如所示的设备安装空间22a至22f)周围形成壳体的外壳20来限定。隔离壁24可以将垂直电线管道16与区段14的内部部分和电气系统10隔开，同时仍然为如将进一步描述的网络分配适配器提供开口。此外，垂直电线管道壁25可以将垂直电线管道16与设备安装空间22隔开，同时仍然提供接入区域23以用于在垂直电线管道16与设备安装空间22之间布设网络电缆和/或其他接线。
在一方面，“智能”单元12a(其可以例如是设备安装空间22a中的EtherNet/IP受控电机)可以由终端用户安装，以用于经由与另一设备的网络连接来进行控制。可以例如与电气系统10中的另一设备如设置在上水平电线管道18a中的网络交换机27建立这样的网络连接。网络交换机27的一个示例可以是可以从洛克威尔自动化公司获得的Stratix 5700工业管理以太网交换机。可替选地，可以与在电气系统10中的另一智能单元(如智能单元12c)中实现的PLC或者与电气系统10外部的另一设备建立这样的网络连接。
另外参考图3，为了可靠且有效地对这样的网络电缆和连接进行布线，区段14可以包括一个或更多个网络分配适配器26。网络分配适配器26可以安装至隔离壁24中的开口，使得网络基础设施可以预先安装和组织在区段14的内部部分中，避开了终端用户电缆，同时终端用户可以使用暴露在垂直电线管道16中的连接来简单地完成网络。因此，网络分配适配器26可以在暴露于终端用户的隔离壁24的一侧(在垂直电线管道16内)垂直地连接至网络电缆，然后网络电缆可以连接至智能单元12a。另外，网络分配适配器26可以使用在隔离壁24的相对侧(电气系统10内部)的网络电缆预先安装，以连接至电气系统10中的另一设备如网络交换机27或智能单元12c(实现PLC)，或者仅在电气系统10中可用，以供在别处例如在水平电线管道18中使用。电力分配适配器28也可以安装至隔离壁24中的开口，在垂直电线管道16中，用于类似地路由电力，例如对智能设备可能是必要的24V直流(DC)电力。
现在参考图4，提供了根据本发明的方面的安装在区段14中的网络分配适配器26的等距剖视图。网络分配适配器26可以包括包围设备的罩壳30。罩壳30可以包括可卡扣装配在一起的两个罩壳半部(如图3中分别示出的第一罩壳半部32a和第二罩壳半部32b)。罩壳30可以例如由硬化树脂如聚对苯二甲酸丁二醇酯420SE0模制。罩壳30还可以包括用于将罩壳30安装至隔离壁24中的开口的安装孔34(如图3中分别示出的第一安装孔34a和第二安装孔34b)。罩壳30可以例如通过驱动紧固件(如自攻螺丝)穿过安装孔34和隔离壁24中对应的孔进行安装。因此，网络分配适配器26可以安装在垂直电线管道16的前面以使得其能够现场可更换。罩壳30可以例如大约2-1/4英寸宽、2-1/4英寸长、1-3/8英寸深，并且可以在罩壳顶部31处倾斜，以包括凹陷区域以粘贴1.25英寸乘0.25英寸的适配器端口标签。
分别具有顶侧36a和底侧36b的印刷电路板(PCB)36可以安装在罩壳30中。可以例如使用多个卡扣功能件38将PCB 36安装至罩壳，卡扣功能件38可以是具有弹性以有效地提供安全附接的塑料紧固件。一个或更多个第一网络连接器40(其可以是直的以太网连接器)可以安装至PCB 36的顶侧36a。第一网络连接器可以各自设置有能够通过罩壳30接入的顶插孔42。顶插孔42可以例如是用于以太网连接的RJ-45插孔。在优选的方面，两个第一网络连接器40可以设置在PCB 36的顶侧36a上。此外，在优选的方面，网络分配适配器26可以被安装成使得第一网络连接器40(和顶插孔42)面朝下。
另外参考图5，分别示出了安装在区段14中的第一网络分配适配器26a和第二网络分配适配器26b，一个或更多个第二网络连接器44(其可以是角形以太网连接器)可以安装至PCB 36的底侧36b。第二网络连接器44可以各自设置有能够通过罩壳30接入的底插孔46。底插孔46也可以是例如用于以太网连接的RJ-45插孔。在优选的方面，两个第二网络连接器44(各自对应于第一网络连接器40)可以设置在PCB 36的底侧36b上。第一网络连接器40和第二网络连接器44可以经由PCB 36电耦接，PCB 36可以包括简单的穿过的镀铜迹线或在其他方面可以提供各种信号功能的无源和/或有源电气部件。第二网络连接器44(和底插孔46)可以被配置在网络分配适配器26上，使得它们根据需要大体上面朝上或朝下。第一连接器和第二连接器能够操作成例如经由本领域已知的集成光管显示发光二极管(LED)的光。
顶插孔42可以布置在第一平面50中，第一平面50可以与布置在PCB平面52中的PCB36平行。此外，底插孔46可以布置在第二平面54(在图5中示出为相对于第一网络分配适配器26a的第二平面54a和相对于第二网络分配适配器26b的第二平面54b)中，第二平面54与第一平面50成角度56(在图5中示出为相对于第一网络分配适配器26a的角度56a和相对于第二网络分配适配器26b的角度56b)。
在一方面，第一平面50与第二平面54之间的角度如第一平面50与第二平面54a之间的角度56a可以是钝角，使得网络电缆“A”和“B”(各自具有第一端和第二端)可以沿大体上相反的方向布线。在该配置中，角度56a可以优选地为135°。因此，能够离开顶插孔42135°接入底插孔46，例如通过隔离壁24中的第一开口72a。简要地参考图6，如区段14的内部部分70中出现的底插孔46可以被引导向上以用于例如接入至上水平电线管道18a。
在另一方面，第一平面50与第二平面54之间的角度如第一平面50与第二平面54b之间的角度56b可以是锐角，使得网络电缆“C”和“D”(各自具有第一端和第二端)可以沿大体上相似的方向布线。在该配置中，角度56b可以优选地为45°。因此，能够离开顶插孔4245°接入底插孔46，例如通过隔离壁24中的第二开口72b。简要地参考图7，如区段14的内部部分70中出现的底插孔46可以被引导向下以用于例如接入至下水平电线管道18b。
因此，可以对网络分配适配器26进行不同的配置以有利地装配在垂直电线管道16的有限空间中，同时为这样的网络连接提供可靠的保护。在一方面，区段14可以容纳例如多达四个网络分配适配器26，四个网络分配适配器26可以在垂直电线管道16内提供多达八个连接点。
仅出于参考的目的，在本文中使用了某些术语，因此这些术语不意在限制。例如，在所参考的附图中，术语如“上部”、“下部”、“上方”和“下方”指代方向。术语如“前面”、“后面”、“后部”、“底部”、“侧面”、“左”和“右”描述一致但任意参考系内的部件的各部分的取向，其通过参考文本和描述所讨论的部件的相关联的附图而变得清楚。这样的术语可以包括上面具体提及的词、其派生词和类似含义的词。类似地，除非上下文明确地指出，否则术语“第一”、“第二”和其他涉及结构的这样的数字术语并不暗指序列或顺序。
在引入本公开内容和示例性实施方式的元件或特征时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意指存在这样的元件或特征中的一个或更多个。术语“包括”、“包含”和“具有”意在是包括性的，并且意指除了具体指出的那些元件或特征之外还可以存在另外的元件或特征。还应当理解的是，除非被具体标识为执行的顺序，否则本文所描述的方法步骤、过程和操作不应当被解释为必须要求它们按照所讨论或示出的特定顺序来执行。还应当理解的是，可以采用另外的步骤或替代的步骤。
在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征。应当理解的是，本发明在其应用中不限于本文阐述的构造细节和部件布置。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以各种方式实践或实施。前述内容的变化和修改在本发明的范围内。还应当理解的是，本文公开和限定的本发明延伸至从文本和/或附图中提到或显而易见的两个或更多个单独特征的所有替代组合。所有这些不同的组合构成了本发明的各种替代方面：本文描述的实施方式解释了已知用于实践本发明的最佳模式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。本文描述的包括专利出版物和非专利出版物的所有出版物以其全部内容通过引用并入本文中。
本发明可以是用于在野外、建筑或其他环境中保护人的生命和肢体的“安全系统”的一部分。然而，本文所使用的术语“安全性”、“安全地”或“安全的”并不表示本发明将使环境安全或其他系统将产生不安全的操作。这样的系统中的安全性取决于本发明范围之外的各种因素，包括：安全系统的设计、安全系统的部件的安装和维护以及使用安全系统的个人的合作和训练。虽然本发明意在是高度可靠的，但是所有的物理系统容易发生故障，并且必须为这样的故障做出防备。

Claims (20)

1.一种网络分配适配器，包括：
罩壳；
印刷电路板(PCB)，其安装在所述罩壳中，所述印刷电路板具有顶侧和底侧；
第一网络连接器，其安装至所述印刷电路板的顶侧，所述第一网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的顶插孔，所述顶插孔被布置在与所述印刷电路板平行的第一平面中；以及
第二网络连接器，其安装至所述印刷电路板的底侧，所述第二网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的底插孔，所述底插孔被布置在与所述第一平面成角度的第二平面中。
2.根据权利要求1所述的网络分配适配器，其中，所述底插孔被布置在与所述第一平面成45°角度的所述第二平面中，使得所述底插孔离开所述顶插孔45°可接入。
3.根据权利要求1所述的网络分配适配器，其中，所述底插孔被布置在与所述第一平面成135°角度的所述第二平面中，使得所述底插孔离开所述顶插孔135°可接入。
4.根据权利要求1所述的网络分配适配器，其中，所述第一网络连接器和所述第二网络连接器经由所述印刷电路板电耦接。
5.根据权利要求1所述的网络分配适配器，其中，所述第一网络连接器和所述第二网络连接器是RJ-45连接器。
6.根据权利要求1所述的网络分配适配器，其中，所述印刷电路板经由多个卡扣功能件安装至所述罩壳。
7.根据权利要求1所述的网络分配适配器，还包括：在所述罩壳中的用于将所述罩壳安装至壁的孔。
8.根据权利要求1所述的网络分配适配器，还包括：
第三网络连接器和第四网络连接器，
其中，所述第三网络连接器安装至所述印刷电路板的顶侧、与所述第一网络连接器相邻，所述第三网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的顶插孔，所述顶插孔被布置在与所述印刷电路板平行的第一平面中，并且
其中，所述第四网络连接器安装至所述印刷电路板的底侧、与所述第二网络连接器相邻，所述第四网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的底插孔，所述底插孔被布置在与所述第一平面成角度的第二平面中。
9.一种电机控制中心(MCC)，包括：
外壳，其具有用于支承电气单元的设备安装空间；
垂直电线管道，其被布置成与所述设备安装空间相邻；
壁，其将所述垂直电线管道与所述电机控制中心的内部部分隔开；以及
网络分配适配器，包括：
罩壳；
印刷电路板，其安装在所述罩壳中，所述印刷电路板具有顶侧和底侧；
第一网络连接器，其安装至所述印刷电路板的顶侧，所述第一网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的顶插孔，所述顶插孔被布置在与所述印刷电路板平行的第一平面中；以及
第二网络连接器，其安装至所述印刷电路板的底侧，所述第二网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的底插孔，所述底插孔被布置在与所述第一平面成角度的第二平面中；
其中，所述网络分配适配器安装至所述壁中的开口，使得所述第一网络连接器在所述垂直电线管道中可接入，而所述第二网络连接器在所述电机控制中心的内部部分中可接入。
10.根据权利要求9所述的电机控制中心，还包括具有第一端和第二端的电缆以及被布置成与所述设备安装空间相邻的水平电线管道，其中，所述电缆的第一端连接至所述第二网络连接器，而所述电缆的第二端设置在所述水平电线管道中。
11.根据权利要求10所述的电机控制中心，还包括在所述水平电线管道中的网络交换机，其中，所述电缆的第二端连接至所述网络交换机。
12.根据权利要求10所述的电机控制中心，还包括具有第一端和第二端的第二电缆，其中，所述第二电缆的第一端连接至所述第一网络连接器，而所述第二电缆的第二端设置在所述设备安装空间中。
13.根据权利要求9所述的电机控制中心，其中，所述底插孔被布置在与所述第一平面成45°角度的第二平面中，使得所述底插孔离开所述顶插孔45°可接入。
14.根据权利要求9所述的电机控制中心，其中，所述底插孔被布置在与所述第一平面成135°角度的第二平面中，使得所述底插孔离开所述顶插孔135°可接入。
15.根据权利要求9所述的电机控制中心，还包括将所述垂直电线管道与所述设备安装空间隔开的垂直电线管道壁，所述垂直电线管道壁具有用于布设所述垂直电线管道与所述设备安装空间之间的网络电缆的接入区域。
16.根据权利要求9所述的电机控制中心，其中，所述网络分配适配器还包括在所述罩壳中的用于安装所述罩壳的孔。
17.根据权利要求16所述的电机控制中心，还包括通过所述孔接纳的紧固件，其中，所述紧固件可操作成将所述罩壳安装至所述壁。
18.根据权利要求9所述的电机控制中心，其中，所述网络分配适配器还包括：
第三网络连接器和第四网络连接器，
其中，所述第三网络连接器安装至所述印刷电路板的顶侧、与所述第一网络连接器相邻，所述第三网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的顶插孔，所述顶插孔被布置在与所述印刷电路板平行的第一平面中；并且
其中，所述第四网络连接器安装至所述印刷电路板的底侧、与所述第二网络连接器相邻，所述第四网络连接器设置有通过所述罩壳可接入的底插孔，所述底插孔被布置在与所述第一平面成角度的第二平面中。
19.根据权利要求9所述的电机控制中心，其中，所述第一网络连接器和所述第二网络连接器是以太网连接器。
20.根据权利要求9所述的电机控制中心，其中，所述印刷电路板经由多个卡扣功能件安装至所述罩壳。
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