CN110622360A - 具有堆叠互连功能部件的模块化电气现场总线系统 - Google Patents

Abstract

一种用于阀歧管的模块化电气总线系统，具有通信模块、阀驱动器模块、以及多个I/O模块，每个I/O模块具有多个I/O配件，所述I/O配件经由连接相邻模块的桥接构件可电连接和机械连接在一起。所述桥接构件具有壳体，所述壳体的内部用于容纳用于存储器存储或Wi‑Fi接收和发射的电子部件，该电子部件可操作地连接到互补电气配件，所述互补电气配件被构造成连接到所述电气现场总线系统的模块的电气配件，而不会给所述电气现场总线系统的所述模块组添加额外长度。

Description

具有堆叠互连功能部件的模块化电气现场总线系统

技术领域

本发明的领域涉及可与气动阀歧管一起使用的电气现场总线系统。

背景技术

工业自动化使用许多控制装置。一种有用的控制装置结合电控螺线管，这些螺线管控制液压流或气动流的方向以用于操作其他下游装置。近年来，这些阀已经通过通常称为现场总线的工业网络协议进行控制，现场总线的通信模块通常安装在阀歧管附近。

具有输入输出(I/O)模块和阀模块组的模块化现场总线部件由于各种原因而很受欢迎。如有需要，可以添加附加的I/O部件。此外，当I/O模块或阀部件发生故障时，可以很容易地对其进行更换，而无需更换整个部件组。

随后还可以添加提供功能的其他任选部件，这些部件通常称为智慧或智能部件(例如，自动恢复模块或Wi-fi模块)以向歧管组提供附加功能和特征。此类任选模块的添加仅受可用空间的限制，例如，其上安装有模块的安装支架的长度或其他机柜空间约束。换句话说，安装轨道(通常为DIN导轨)具有有限长度，并且通常用于安装轨道的安置的原始计划仅考虑最初计划的I/O模块和阀站。原始计划可能没有为附加部件(诸如额外的阀模块、额外的I/O单元)或其他功能部件(诸如Wi-fi传输部件或其他功能或智慧和智能部件)提供空间。

某些模块化组的模块经由桥接元件机械互连在一起。此外，这些桥接元件还经由通过桥接元件的电气配件和布线将一个模块化单元电连接到另一个模块化单元。桥接元件中的电布线本质上是无源的并且仅提供电通信。换句话说，桥接元件不会添加附加的智能功能。

需要一种具有任选部件的模块化电气总线系统，这些任选部件以可堆叠方式包装到原始模块上以提供添加的有源智慧和智能功能，而不仅是将电流从一个配件传递到另一个配件，但不增加模块现场总线组的长度。还需要一种模块化现场总线系统，其可以用另一个功能模块代替用于将两个模块连接在一起的无源桥接元件，该另一个功能模块也将两个模块连接在一起。

发明内容

根据本发明的一个方面，用于阀歧管的模块化电气现场总线系统具有一组彼此相邻安装的模块。所述模块在其每一侧附近具有相应电气配件以用于将两个相邻模块电连接在一起。至少一个桥接构件跨越至少两个彼此相邻的模块并将其电连接和机械连接在一起。每个桥接构件具有互补电气配件以用于与所述两个相邻模块的所述电气配件接合。桥接构件还优选地通过接收紧固件将两个相邻模块机械连接在一起。功能性模块化构件在其中具有替换桥接构件或端板的内部功能性智能或智慧装置，并且具有互补电气配件以用于连接到至少一个所述模块上的至少一个所述电气配件，以将所述智能装置附接到所述模块组而不会增加所述模块组的长度。

优选地，功能性模块化构件具有多个互补电气配件，以用于与两个相邻模块的相应电气配件配合，并且具有用于容纳紧固件的孔，所述紧固件将两个相邻模块接合并机械地紧固在一起。在一个实施例中，所述功能性模块化构件具有可操作地安装在其中的无线网关，并且可操作地连接到所述互补电气配件以用于从其接收电通信并将所述电通信无线传输到远程接收装置，并且用于将从远程无线发射装置接收的电通信传输到所述互补电气配件。在另一个实施例中，所述功能性模块化构件是具有非易失性计算机存储器的自动恢复模块以用于连接到通信模块和阀驱动模块的电气配件。

优选地，每个模块的一侧具有第一延伸部。每个模块还具有相对侧，所述相对侧具有带互补互锁腔的另一个延伸部。所述功能性模块化构件是桥接构件，所述桥接构件直接放置并对准在两个相邻模块以及所述相应互锁延伸部和互锁腔的前面，并且与其固定以将所述两个相邻模块机械连接在一起。

优选地，模块具有其各自的第一延伸部和相对放置的另一个延伸部，该延伸部具有相对于模块的主面凹陷的前面。所述延伸部容纳横向地插置在两个相邻模块单元的两个主面之间的所述电气配件。所述功能性模块化构件配合在所述两个相邻模块的所述主面之间的所述凹陷前面的正前方形成的间隙中，以便机械连接并附连到所述相邻模块中的两者，并且直接位于所述延伸部的所述凹陷前面的前方。

根据本发明的另一方面，一种电气现场总线组件具有第一模块和第二模块，所述第一模块和第二模块彼此并置并且具有带互补形状部分的相对侧面以沿着一平面互锁在一起。桥接构件可在所述互补形状部分的正前方安装在所述第一模块和第二模块上，以在垂直于所述平面的方向上将所述模块紧固和连接在一起。所述模块和所述桥接构件具有互补电气配件，以通过所述桥接构件将相邻模块电连接在一起。所述桥接构件具有安装在其内部并可操作地连接到所述互补电气配件的非易失性存储器以及Wi-fi发射接收装置中的至少一个。

优选地，所述第一模块和第二模块彼此相邻地并置；所述模块具有侧面延伸部，所述侧面延伸部具有相对于所述相应模块的主面凹陷的前面。所述侧面延伸部容纳插置在两个相邻模块的两个主面之间的电气配件。所述桥接构件配合在所述两个相邻模块的所述主面之间的所述凹陷前面的前方形成的间隙中，以便机械连接并附连到所述相邻模块中的两者。优选地，每个桥接构件具有互补电气配件以连接到所述两个相邻模块的所述电气配件以便电连接所述两个相邻模块。

根据本发明的另一个方面，用于电气现场总线系统中的模块组的功能模块具有壳体，所述壳体的内部用于容纳优选用于存储器存储或Wi-Fi接收和发射的智能电子部件，其可操作地连接到互补电气配件，所述互补电气配件被构造成连接到所述电气现场总线系统的模块的电气配件，而不会向所述电气现场总线系统的所述模块组添加额外长度。优选地，互补电气配件从功能模块的底部延伸以用于连接到模块的前表面上的模块的电气配件。

附图说明

现在参考附图，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的一种布置的透视图，该布置被示为具有三个I/O模块的组、通信模块、以及附接到阀歧管的任选子总线模块；

图2是图1所示的具有两个I/O模块的组、总线输出模块、通信模块和Wi-Fi模块的部分分解图；

图3是类似于图2的视图，其示出了替换附接到I/O模块组的子总线模块的端板；

图4是带有自动恢复模块ARM夹和wi-fi模块夹及任选端板的相邻I/O模块、通信模块和阀驱动器模块的部分分解侧正视图；

图5是图1所示的ARM夹的放大透视图；

图6是图1所示的通信模块和阀驱动模块的放大透视图；

图7是安装在阀驱动构件和通信模块上的ARM夹的透视图，其中为清楚示出，通信模块以虚线示出；

图8是根据本发明的实施例的无线Wi-fi端板模块的放大透视图；

图9是图8所示的无线Wi-fi端板模块的另一个透视图；

图10是图6所示的自动恢复模块夹的底部平面图；

图11是替代自动恢复模块夹的底部平面图；以及

图12是图8所示的无线Wi-fi端板模块的底部平面图。

具体实施方式

现在参考图1和图2，示出了电气现场总线系统10的一种布置，该系统本质上是模块化的并且提供了对组16中组装在一起的电磁致动阀12的控制，并且控制阀歧管14中的定向流。组16具有通信模块30，其中在该通信模块上安装有字母数字显示器22。现场总线系统还可以具有多个I/O模块18，这些I/O模块经由桥接构件20(其通常称为夹)连接在一起，这些桥接构件桥接并连接(即“夹在一起”)两个相邻模块18，并将I/O模块与通信模块30物理连接和电连接在一起。通信模块30的另一个侧面连接到阀驱动器模块32，该阀驱动器模块提供到电磁阀12的连接并对其进行控制。

I/O模块18和电磁阀12可以成组并安装到DIN RAIL系统34或直接安装到背衬板35。在组16的一端处，模块18和通信模块30与螺线管12的组和阀歧管14连接。通信模块可以经由连接到配件29的电缆31供电并与其他组或以太网络通信。I/O模块组16的另一端具有总线输入、总线输出模块24(通常称为子总线模块)，以经由连接到配件25的电缆33连接到其他子站，或者如图3所示，组16的端部可以具有端接安装板38。模块24和板38均具有适合容纳DIN兼容紧固件的孔37，以用于安装到DIN RAIL安装导轨34。

现在参考图2和图3，每个I/O模块18具有壳体40，该壳体在其前主面28上具有字母数字图形显示器26。前主面28还具有多个I/O连接或配件36。壳体40的一个侧面41具有横向延伸的互锁延伸部42。互锁延伸部42具有从主前面28凹陷的前面44。前面44具有电气配件46和中心螺纹插入件48。所示的互锁延伸部的形状可以是燕尾形的，具有成角度的侧壁50和平行于侧面41的直线端壁52。延伸部42在壳体40的上端54和下端56之间居中。

壳体40的另一侧60在相应的上端54和下端56附近具有两个互补形状的互锁延伸部62。延伸部具有与壳体20的相应上端54和下端56齐平的外侧壁64。内部成角度壁66适当地间隔开以形成燕尾形腔70以便配合相邻模块18的延伸部42。每个延伸部60具有以与延伸部42相同的方式相对于主前面28凹陷的前面72。每个延伸部60具有电气配件46和螺纹插入件48。每一侧的配件46以及I/O配件和图形显示器均通过安装在壳体40内部的适当电路板(未示出)可操作地互连。

如图2和图3所示，相邻模块18通过将一个模块相对于另一个模块竖直落下或滑动来配合在一起，以经由互锁延伸部42和延伸部62将这些模块横向锁定在一起。换句话说，当两个相邻模块壳体40坐置在图1所示的DIN导轨34上时，它们被锁定在一起。然后在两个相邻壳体40之间形成如图4中最清楚可见的间隙74，其从主前面28向下延伸到延伸部62和延伸部42的竖直对准的前面44和72。每个间隙74接收夹20以将两个相邻模块壳体40连接在一起，并且通过紧固到螺纹插入件48中来防止相邻模块壳体38相对于彼此提升。

如图2、图3和图4中更清楚地显示的，标准夹20具有伸长壳体78，该壳体具有互补电气配件80，每个电气配件都配合并连接到延伸部42和60中的配件46。此外，每个夹有与螺纹插入件48对准并通过螺栓84紧固的孔82。夹20可以安装在每个间隙74中以组装I/O模块壳体40的组、通信模块30和阀驱动模块32，并且将I/O壳体40与通信模块30和阀驱动模块32电互连。

通信模块30和阀驱动模块32具有相同的互连延伸部62和42，其如先前针对I/O壳体40所述的具有配件46和紧固件插入件48，并且可以类似地经由夹20电气和机械地附接在一起。

模块壳体40的内部本质上是常规的。例如电路板(未示出)的内部操作部件可操作地连接到电气配件46、字母数字显示器22和I/O配件76，其方式使得当被组装成与夹20通信时，电力和通信在整个组16中延伸并且可操作地连接至通信模块30。

此外，该构造提供了通过移除螺栓86，提起夹20来移除中间定位的I/O模块。通过移除相邻的夹20，延伸部42、62被暴露并且模块壳体40可以被提起。可以将替换I/O模块18定位在所提供的空间中，而不用移动其他I/O模块18。任选地，其他I/O模块可以通过互锁连接一起移动并接合在一起，从而消除了移除的I/O模块留下的空间。此外，如果需要附加的I/O模块18，则可以暂时移除子总线模块24或端板38以便形成一个空间，其中然后可以引入附加模块18，并且可以重新连接子总线模块24或端板38以完成机械、电气和接地连接。此外，以类似的方式，可以在两个其他相邻模块18之间引入附加模块18。同样，如果需要，可以经由在每一侧移除夹20来替换通信模块30。

类似地，可能以上述方式添加任选的Wi-fi模块和自动恢复模块。然而，许多阀模块组最初已配合在尺寸紧凑的机柜内或紧凑空间内。组的线性增加通常是不可能的，但操作员可能仍然需要或期望添加功能(例如，自动恢复特征或Wi-fi)而无需替换整个组16。

例如，参考图1、图4和图7，如果期望自动恢复功能，则最初安装在通信模块30和阀驱动模块32之间的夹20可以用自动恢复模块(ARM)88替换。ARM 88具有壳体，该壳体的配件90与夹20的配件80类似地构造，这些配件配合并安装在通信模块30和阀驱动模块32之间的配件46。配件90通过ARM 88的内部将通信模块30的配件可操作地连接到阀驱动模块32。ARM88可以具有突出部分89以提供用于容纳功能部件的所需内部空间。如图10或图11所示，ARM88的内部具有电路板92，该电路板在电路板90上具有继电器91和非易失性存储器存储装置(未示出)，以便在每次启动或更改组16中的设置参数时提供功能性自动恢复，该组也连接到通往配件90的电路。ARM还具有接收螺栓84的孔94，该螺栓附接到通信模块30和阀驱动模块32的螺纹插入件48，以完成将ARM 88安装到通信模块30和阀驱动模块32上。

与常规ARM不同，ARM 88不需要将通信模块30与阀驱动模块32分开或间隔开。这样，ARM 88在通信模块30和阀驱动模块32的竖直侧壁102和104之间的间隙100内嵌套或背负到通信模块30和阀驱动模块32上。与常规ARM不同，ARM 88不附接到DIN导轨34，而是位于其他通信模块30和阀驱动模块32的顶部，并且坐置在通信模块30的主前面28和阀驱动模块32的较高阶梯部分86之间的前面44和72顶部上的间隙100中。

类似地，如果期望将Wi-Fi功能添加到组16，则可以用图8和图9所示的Wi-fi模块96替换图3所示的左侧端板38。Wi-fi模块96具有类似的突出部分97以便为功能部件创建所需内部空间。如图12所示，其内部具有电路板98，该电路板具有可操作地连接至其配件106的发射器和接收器105。配件106通常被连接并且可以被安装到最左侧模块壳体40的电气配件46，如图3所示。Wi-fi模块96具有与最左模块壳体40的螺纹插入件48对准的孔108以用于将模块96安装到模块壳体40。Wi-fi模块96还具有孔110，器接收符合DIN导轨的紧固件(未示出)以用于安装至DIN导轨34。如果没有DIN导轨34，则第三组孔112用于通过螺钉或螺栓(未显示)将模块96直接连接到背衬板35。当替换常规端板38时，Wi-Fi模块40不会添加组16的长度。这部分地是由于电气配件46的连接以及使用壳体40的前面44上方的空间。

在某些应用中，子总线模块24需要保留，但对于组16仍然需要或期望Wi-Fi能力。在该应用中，在两个模块18之间使用的夹20可以替换为替代Wi-fi模块114，如图1至图4所示。Wi-fi模块114的外部可能与ARM88相同并因此未单独显示透视图，但可以参考图5。在该应用中，Wi-Fi模块具有与两个相邻模块壳体40之间的电气配件46连接的电气配件116。模块114具有突出部分118。Wi-Fi壳体的内部在其内部具有电路板120，该电路板具有可操作地连接至其配件116的发射器和接收器105。电气配件116可操作地安装到两个相邻模块壳体40的互补互锁延伸部42、62上的配件46。像ARM模块88一样，Wi-Fi模块114嵌套或背负到两个相邻的模块壳体40上并且不附接到DIN导轨34，但位于相邻模块壳体40的顶部，并且坐置在相邻模块壳体40的主前面28之间的前面44和72顶部上的间隙74中并通过孔120附接到螺纹插入件48。

以这种方式，可以将功能部件(例如ARM或Wi-fi模块)添加到当前现有的组16中，而不会添加组16的长度或替换模块壳体40、主通信模块30或阀驱动模块32。

可以快速完成通过ARM 88或Wi-fi模块96、114移除和替换标准夹20。其次，Wi-fi模块114和ARM 88在正确安装时可以兼作夹，以将I/O模块壳体40、通信模块30和阀驱动器模块32锁定在一起。

在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，其他变型和修改是可能的。

Claims (12)

1.一种模块化电气现场总线组件，包括：

模块组，模块彼此相邻地安装；

所述模块在其每一侧附近具有相应的电气配件，以用于将两个相邻的模块电连接在一起；

至少一个桥接构件，跨越彼此相邻的至少两个模块并将该至少两个模块电连接和机械连接在一起；

每个桥接构件具有互补电气配件，以用于与两个相邻模块的所述电气配件接合；

所述桥接构件还将所述两个相邻模块机械连接在一起；

功能性模块化构件，在其中具有替换桥接构件或端板的内部功能性的智能装置，并且具有互补电气配件，以用于连接到至少一个所述模块上的至少一个所述电气配件，从而将所述智能装置附接到所述模块组而不会增加所述模块组的长度。

2.根据权利要求1所述的模块化电气现场总线系统，还包括：

所述功能性模块化构件具有多个互补电气配件，以用于与两个相邻模块的电气配件配合，并且用于将这两个相邻模块机械连接在一起。

3.根据权利要求2所述的模块化电气现场总线系统，还包括：

所述功能性模块化构件具有能操作地安装在所述功能性模块化构件中且能操作地连接到所述互补电气配件的无线网关，以用于从所述互补电气配件接收电通信并将所述电通信无线传输到远程接收装置，并且用于将从远程无线发射装置接收的电通信传输到所述互补电气配件。

4.根据权利要求2所述的模块化电气现场总线组件，还包括：

所述功能性模块化构件是具有非易失性计算机存储器的自动恢复模块，以用于连接到通信模块和阀驱动模块的电气配件。

5.根据权利要求1所述的模块化电气现场总线组件，还包括：

每个模块的一侧具有第一延伸部并且相对侧具有另一个延伸部，该另一个延伸部具有与所述第一延伸部互锁的腔；并且

所述功能性模块化构件是桥接构件，该桥接构件直接放置并对准在两个相邻模块及相应互锁延伸部和互锁腔的前面，并且与固定至相应互锁延伸部和互锁腔，以将这两个相邻模块机械连接在一起。

6.根据权利要求5所述的模块化电气现场总线组件，还包括：

所述模块具有所述第一延伸部和所述另一个延伸部，并具有相对于相应模块的主面的凹陷前面；

所述延伸部容纳横向地插置在两个相邻模块的两个主面之间的所述电气配件；并且

所述功能性模块化构件配合在所述两个相邻模块的主面之间的凹陷前面的正前方形成的间隙中，以便机械连接并附连到所述两个相邻模块中的两者，并且直接定位在所述延伸部的所述凹陷前面的前方。

7.一种模块化电气现场总线组件，包括：

第一模块和第二模块，彼此并置并且具有带互补形状部分的相对侧面，以沿着一平面互锁在一起；以及

桥接构件，能在所述互补形状部分的正前方安装在所述第一模块和所述第二模块上，以在垂直于所述平面的方向上将这些模块紧固和连接在一起；

所述模块和所述桥接构件具有互补电气配件，以通过所述桥接构件将这些模块电连接在一起，

所述桥接构件具有安装在其内部并能操作地连接到所述互补电气配件的非易失性存储器以及Wi-fi发射和接收装置中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的模块化电气现场总线组件，还包括：

所述第一模块和所述第二模块彼此相邻地并置；

所述模块具有侧面延伸部，所述侧面延伸部具有相对于相应模块的主面的凹陷前面；

所述侧面延伸部容纳插置在两个相邻模块的两个主面之间的电气配件；并且

所述桥接构件配合在所述两个相邻模块的所述主面之间的所述凹陷前面的前方形成的间隙中，以便机械地连接并附连到所述两个相邻模块中的两者。

9.根据权利要求8所述的模块化电气现场总线系统，还包括：

每个桥接构件具有互补电气配件，以连接到所述两个相邻模块的所述电气配件，从而电连接所述两个相邻模块。

10.一种用于电气现场总线系统中的模块组的功能模块，包括：

壳体，具有用于容纳智能电子部件的内部，所述智能电子部件能操作地连接到互补电气配件，所述互补电气配件被构造成连接到所述电气现场总线系统的模块的电气配件而不会给所述电气现场总线系统的所述模块组添加额外长度。

11.根据权利要求10所述的功能模块，还包括：

所述智能电子部件提供非易失性存储器存储以及Wi-Fi接收和发射中的一个。

12.根据权利要求10所述的功能模块，还包括：

所述互补电气配件从所述功能部件的底部延伸，以用于连接到位于所述模块的前表面上的所述模块的所述电气配件。