CN115004868B - 用于处理控制器与现场设备间的信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理在控制器(150)与现场设备(160)之间传输的信号的装置(100)。所述装置(100)包括载体(110)，所述载体具有控制接口(112)、现场接口(114)和插槽(116)。在所述控制接口(112)上连接有所述控制器(150)的电气线路通道(118)。在所述现场接口(114)上连接有所述现场设备(160)的EA信号线(120)。所述插槽(116)被构建成分别沿插接方向(102)可解除地机械连接一个模块(130)，并且在所述机械连接状态下，将所述相应模块(130)与所述线路通道(118)以及与所述现场设备(160)的EA信号线(120)电连接。所述装置(100)包括至少一个模块(130)，其用于在所述插槽(116)上与所述载体(110)可解除地机械连接。所述模块(130)被构建成，在所述机械连接状态下对源于所述电连接的线路通道(118)的信号进行处理并在所述电连接的EA信号线(120)上输出以及/或者反向地实施。所述相应的插槽(116)被构建成，在所述机械连接状态下在所述模块(130)的第一点(132)上对所述模块(130)进行电连接。所述第一点(132)具有横向于插接方向(102)的机械自由度(104)，其被所述模块(130)的不同于所述第一点(132)的第二点(134)上的机械连接固定。

Description

用于处理控制器与现场设备间的信号的装置

技术领域

本发明涉及一种用于处理在控制器与一或多个现场设备之间传输的信号的装置。

背景技术

控制器，特别是可编程控制器(PLC)视情况可通过逻辑单元与信号处理模块连接，以便现场侧地检测或输出不同的信号形式。此举也称为信号调整，或者在专业术语中统称为“marshalling”(编解码)。文献US 9 971 727 B2描述一种用于处理在现场设备与控制器之间传输的输入和/或输出信号的中介层系统。该系统包括载体，其上插接有带信号处理电路的信号处理模块。该载体既包括现场侧接头又包括控制器侧接头。

但在传统中介层系统中，在用来插入模块的每个插槽上均需要设置一个复杂的插式连接器半部，其在模块的沿插接方向位于上游的棱边上实现必要的电气和机械连接。此外，每个模块必须包括一个相应复杂的互补式插式连接器半部以建立机械和电气连接。

发明内容

有鉴于上述现有技术，本发明的目的是提供一种用于在现场设备与至少一个控制器之间进行信号处理的技术，从而使得载体和模块易于制造。一种替代或特定的目的是，使得这些模块的结构更为扁平并更紧密地布置在载体上。

本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的特征。本发明的有益技术方案和有利改进方案参阅从属权利要求。

下面部分地结合图式对本发明的实施例进行描述。

根据一个方面，用于处理在控制器与一或多个现场设备之间传输的信号的装置包括载体和至少一个模块。

所述载体包括控制接口、现场接口以及插槽或多个插槽。所述控制接口被构建成连接所述控制器的一或多个电气线路通道。所述现场接口被构建成连接所述一或多个现场设备的输入和/或输出信号线(EA信号线，或简称：信号线)。所述一或多个插槽被构建成沿插接方向可解除地机械连接模块，并且在机械连接状态下，将相应模块与所述或其中一个线路通道以及与所述或其中一个现场设备的EA信号线电连接。

所述至少一个模块被构建成在该插槽或其中一个插槽上与所述载体可解除地机械连接。所述至少一个模块还被构建成，在所述机械连接状态下对源于所述电连接的线路通道的信号进行处理并在所述电连接的EA信号线上输出，以及/或者对源于所述电连接的EA信号线的信号进行处理并在所述电连接的线路通道上输出。所述插槽或每个插槽被构建成，在所述模块的第一点上对所述模块进行电连接，并且在所述第一点上横向于所述插接方向地在模块与载体之间具有机械自由度。所述插槽的机械连接将所述第一点的机械自由度固定在所述模块的不同于所述第一点的第二点上。

在该装置的实施例中，利用不同于用于进行电连接的第一点的第二点来固定机械自由度，就能在第一点上(例如与前述现有技术相比)简化电连接的结构。举例而言，所述载体和/或所述模块的实施例无需设置第一点上的插式连接器半部和/或可以降低制造成本。作为替代或补充方案，所述载体和/或所述模块的实施例可以具有多个插槽和/或具有间距较小的插槽和/或结构紧凑。举例而言，插槽在载体上的密度有所提高(即插槽间的距离可以缩小)以及/或者所述至少一个模块可以采用更为扁平的结构。

所述载体的插槽可以包括用于电连接相应模块的电气触点(优选弹簧触点，如弹簧端子)。可选地，这些电气触点的定位和/或分配可以采用文献US 9 971 727 B2中的方案，其中(例如不同于前述现有技术地)这些电气触点具有横向于插接方向的机械自由度以及/或者被构建成横向于插接方向地实现机械自由度。该插槽或每个插槽分别包括无框架的一排弹簧触点(如弹簧端子)。

作为替代或补充方案，该模块或每个模块可以在第一点上包括电气导电通路，以便与线路通道和相应模块的EA信号线进行电连接。可选地，这些电气导电通路的定位和/或分配可以采用文献US 9 971727B2中的方案，其中(例如不同于前述现有技术地)这些电气导电通路具有横向于插接方向的机械自由度以及/或者被构建成横向于插接方向地实现机械自由度。

这些EA信号线也可以被称为输入和/或输出信号线、IO信号线，或简称信号线。该机械自由度也可以简称为自由度。

信号的处理可以被称为信号处理。这个或这些模块可以被构建成进行信号处理(也称为信号处理模块)。首先，这个或这些(优选信号处理)模块的实施例可以布置或可布置在该插槽或其中一个插槽上。

若干实施例例如可以彼此独立地以及/或者在控制器、装置和/或其它模块的工作过程中在载体上实现该模块或若干模块的更换。通过第二点上的机械连接，单独一个模块就能以与其他模块无关的方式可靠地从插槽上被取下或机械地可被解除，而不会(例如)误将相邻模块取下或机械分离。

通过更换部分模块就能消除信号处理故障或对信号处理加以调整，而不必(例如)断开与现场设备的电连接的接线(即用于连接现场设备的EA信号线的现场接口)和/或与控制器的电连接的接线(即用于连接线路通道的控制接口)。

例如在第二点上和/或在模块的与第一点相对的末端上和/或在第二点与该末端之间，所述模块例如可以为了从插槽上(优选直接)取下而可机械分离和/或可解锁和/或可被取下。作为替代或补充方案，第二点上插槽与模块间的机械连接被构建成，优选在解除第一点上该模块的电连接期间，横向于插接方向地固定该机械自由度。从而防止在取下期间出现错误或有害的电连接或者短路。

在模块的机械连接或插入过程中将该模块接线或电连接以及/或者在解除模块的机械连接过程中将该模块的电连接断开，可以包括针对相应模块接线或断开信号线(例如在插槽与第一点之间)，和/或针对相应模块接线或断开线路通道(例如在插槽与第一点之间)。

这些模块可以被构建成，在机械连接状态下通过相应线路通道来建立与控制器的(优选双向的)信道。

所述控制器可以是(例如工业的)过程控制器。所述载体也可以被称为载板或中介层。这些现场设备可以包括传感器和/或致动器。

若干实施例能够实现该模块或其中一个模块在载体上的简单适配。作为替代或补充方案，可以在控制器的任一线路通道上实现相应现场设备的可变接线。例如通过更换单独一个模块，相应的信号处理就能包括专门适用于某个现场设备的特定功能和/或信号形式。

每个所列接口均可以借助一个端子或插式连接器半部来实现，如插座、插头或单一型插式连接器半部。所述现场接口例如可以包括插头连接或端子连接。

现场接口和/或载体的插槽与模块的第一点之间的电连接的分配可以包括与EA信号线连接或可连接的触点，例如针对温度传感器(如电阻传感器即专业术语中的“Resistance Temperature Detector”或“RTD”；和/或具有正温度系数的导体即专业术语中的“PTC”；和/或具有负温度系数的导体即专业术语中的“NTC”)；数字或二进制输出端(例如用于逻辑电平，优选根据“晶体管-晶体管逻辑”或TTL)；和/或数字或二进制输入端(例如用于逻辑电平，优选根据“晶体管-晶体管逻辑”或TTL)；和/或直流电压源和/或地电位(如功能接地或保护接地)。

所述模块的第一点可以与所述模块的第二点间隔一定距离。第一点和/或第二点可以是模块的印制电路板的点，或者例如是容置该模块或信号处理单元的模块壳体的点。结合载体(如插槽)提及第一或第二点时，则所揭示或表示的可以是载体(如插槽)上的与所述第一或第二点(优选在机械连接状态下)相对应的点。

所述模块或所述模块壳体的第一棱边，优选所述模块或所述模块壳体的沿所述插接方向位于上游的棱边，可以包括所述模块的第一点。所述模块或所述模块壳体的第一棱边可以横向于，优选垂直于所述插接方向和/或平行于所述机械自由度的方向。

所述模块或所述模块壳体的不同于第一棱边的第二棱边可以包括所述模块的第二点。所述模块的第二棱边可以平行于所述插接方向以及/或者横向于，优选垂直于所述机械自由度的方向。

所述模块的第一点可以包括(例如非绝缘或暴露的)导电通路。所述导电通路可以为了传输源于所述电连接的线路通道的信号或者将信号传输至其而布置和/或构建。作为替代或补充方案，所述导电通路可以为了传输源于所述电连接的EA信号线的信号或者将信号传输至其而布置和/或构建。

该插槽或每个插槽可以包括用于进行电连接的弹簧触点。这些弹簧触点可以平行于该自由度的方向布置成一排。作为替代或补充方案，所述弹簧触点可以是用于接触导电通路的双侧弹簧触点或梅花触点和/或用于传输源于所述电连接的线路通道的信号或者将信号传输至其的弹簧触点和/或用于传输源于所述电连接的EA信号线的信号或者将信号传输至其的弹簧触点。

所述双侧弹簧触点或梅花触点可以与所述自由度对齐。作为替代或补充方案，所述双侧弹簧触点或梅花触点可以在所述自由度的方向上暴露。

在所述模块的第一点上，所述模块上的接触弹簧可以例如沿插接方向伸出或突出。所述接触弹簧可以被布置和/或构建成电连接相应的线路通道，如接触载体上的抵靠有相应线路通道的触点。作为替代或补充方案，所述接触弹簧可以被构建成电连接相应的EA信号线。

为了实现(例如与模块的)电连接，相应的插槽可以包括浑圆形孔洞或长形孔。这些浑圆形孔洞或长形孔例如可以平行于该机械自由度的方向布置成一排。作为替代或补充方案，所述长形孔可以平行于该机械自由度的方向定向。

每个浑圆形孔洞或每个长形孔可以具有在该浑圆形孔洞或该长形孔的边缘上环绕式的接触面以接触接触弹簧。

在该第一点上，模块上的至少一个电极可以被布置成在机械连接状态下与该载体的功能接地电容耦合。在第一点上例如可以布置有模块的控制器侧接口和现场侧接口的至少两个用于进行功能接地的电极。

相应的插槽可以包括至少一个接地电极。该接地电极可以被布置成在机械连接状态下与模块电容耦合。至少两个接地电极可以平行于该自由度的方向地或沿其布置。

举例而言，在模块上布置有至少两个电极，在插槽上布置有至少两个电极，从而在机械连接状态下成对地进行电容耦合。具有模块的第一电极和插槽的第一电极的第一对实现在控制器侧上的接地。具有模块的第二电极和插槽的第二电极的第二对实现在现场侧上的接地。

所述模块可以包括用于与插槽上的接地电极进行电容耦合的电极。模块上用于进行电容耦合的电极可以具有绝缘层(如漆涂层)。作为替代或补充方案，模块上用于进行电容耦合的电极可以分别是(借助该层绝缘和/或暴露的)导电通路的一个末端或者是一个接触面。插槽上的用于进行(例如电容或电流、即直接)耦合的电极可以包括梅花触点或接触面。

可以通过电容耦合的(例如根据标准系列IEC 60243所测的)击穿强度来确定该电容耦合的耐电强度。特别是可以通过以下参数中的至少一个来确定耐电强度：(例如导电通路的末端上的漆涂层的)漆涂层厚度、(例如导电通路的末端上的漆涂层的)漆料的电子逸出功，和(例如导电通路的末端上的漆涂层的)漆料的化学结合能。借助双侧弹簧触点的电容耦合可以相当于两个不同电容的并联，从而使得每一侧的电容相加。

所述模块可以包括信号处理单元。所述信号处理单元可以被构建成，对源于所述电连接的线路通道的信号进行处理并在所述电连接的EA信号线上输出，以及/或者对源于所述电连接的EA信号线的信号进行处理并在所述电连接的线路通道上输出。所述模块还可以包括承载所述信号处理单元的印制电路板(也称：线路板)，其具有多个接触所述信号处理单元的导电通路。所述第一点可以包括线路板的第一棱边(例块沿插接方向位于上游的棱边)，导电通路终止于该第一棱边上。

所述载体的控制接口可以包括插式连接器半部，优选插座或插头，其被构建成连接控制器的所述电气线路通道。所有线路通道可以借助载体的和/或载体上的单独一个插式连接器半部而连接。该插式连接器半部可以被构建成与互补的插式连接器半部插式连接。该互补的插式连接器半部可以机械式连贯地包括至少两个线路通道。

所述载体可以被构建成，在不同的插槽上导通控制器的不同线路通道。线路通道的导通可以是控制接口或控制器与插槽或模块的一对一连接。所述载体可以被构建成在每个插槽上分别导通有所述控制接口的线路通道中的一个。所述载体可以被构建成，一一对应地在每个插槽上分别导通有至少两个电气线路通道中的正好一个。

作为替代或补充方案，所述现场接口可以包括插式连接器半部，优选插座或插头，以连接所述现场设备的信号线。

所述载体可以被构建成，在不同的插槽上导通现场设备的不同信号线。信号线的导通可以是现场接口或现场设备与插槽或模块的一对一连接。所述载体可以被构建成，在每个插槽上分别导通有所述控制器口的一个信号线。所述载体可以被构建成，一一对应地在每个插槽上分别导通有至少两个信号线中的正好一个。

所述控制器可以是(例如工业的)过程控制器。所述载体也可以被称为载板或中介层。这些现场设备可以包括传感器和/或致动器。

每个所列接口(如现场接口和/或控制接口)均可以借助一或多个端子或一或多个插式连接器半部来实现，如插座、插头或单一型插式连接器半部。

所述载体可以是针对至少两个插槽的共同的载体(例如具有一体式线路板)。所述载体可以具有背接线(也称：Backplane)，其用于分别将至少一个线路通道和/或信号线导通至相应的模块。相应的弹簧触点或(浑圆形孔洞或长形孔的)相应的环绕式接触面例如可以与该背接线导电连接。

该或每个模块可以分别在第一点上具有一或多个用于与相应现场设备的信号线电连接的导电通路，和/或一或多个用于与该或其中一个线路通道电连接的导电通路。

所述装置还可以包括该或多个现场设备的信号线。所述信号线可以包括(优选机械式连贯的)插式连接器半部。所述信号线的插式连接器半部可以与载体的现场接口可解除地连接或可连接，以便连接信号线和/或通过相应插槽与相应模块的第一点间的电连接将相应现场设备的相应的至少一个信号线导通至相应的模块。

优选地，所述载体的插槽包括机械接口，其用于在第二点上与相应的模块进行机械连接，如闭锁。作为替代或补充方案，每个模块或相应模块的模块壳体包括一个机械接口，其用于在相应模块的第二点上与载体进行机械连接，如闭锁。

所述载体可以被构建成，在不同的插槽上导通控制器的不同线路通道。线路通道的导通可以是控制接口或控制器与插槽或模块的一对一连接。所述导通可以包括载体上的背接线或所谓的“Backplane”。

所述载体可以包括多个插槽。所述载体可以被构建成在每个插槽上分别导通有所述控制器的线路通道中的一个。所述载体的控制接口可以被构建成连接所述控制器的多个线路通道。所述载体可以被构建成，一一对应地在每个插槽上分别导通有所述至少两个电气线路通道中的正好一个。

所述载体可以被构建成，通过插槽与模块的第一点之间的电连接来将所述线路通道未经自主信号处理和/或以线性信号路径导通至相应的模块。所述载体可以被构建成，通过相应插槽与相应模块的第一点之间的电连接来将所述线路通道未经自主信号处理和/或未经非线性信号处理或者未经数据处理地提供给该模块或这些模块。

被导通至相应模块的线路通道可以包括控制器与模块之间的(优选串行和/或数字的)通信。所述载体可以被构建成将所述通信未经自主信号处理和/或自主数据处理地导通至各模块。

所述模块可以被构建成，借助信号线而与所述现场设备中的至少一个存在信号线连接。每个现场设备可以通过独立信号线与对应的模块存在信号线连接。信号线连接可以包括源于相应现场设备的输入信号和/或传输至相应现场设备的输出信号。信号线可以包括从相应插槽上的电连接至现场接口的接线(如导电通路)。

传感器可以借助信号线将测量信号、分析信号和/或报警信号输出至相应的模块。该相应的模块可以检测(例如所测量的)信号并将其作为数据通过相应线路通道输出至控制器。

作为替代或补充方案，这些致动器可以包括开关和/或执行元件。该相应的模块可以通过导通的线路通道从控制器接收控制信号，并通过EA信号线将对应的(例如致动器特定的)控制信号输出至致动器。所述模块例如可以基于现场设备的信号将测量数据通过对应的线路通道发送给控制器，例如连续地(例如周期性地或者按特定时间段)或者事件驱动地(例如作为对控制器的查询语句的响应)而为之。作为替代或补充方案，所述模块可以通过相应的线路通道来接收用于相应致动器的控制数据。优选地，这些模块间并不直接交换所测信号，而是将其发送给控制器，以便例如在控制器的应用层级或过程层级上交换所测信号。

每个所列电连接均可以是导电连接，优选为电流连接或欧姆连接。

所述载体可以包括至少两个插槽。所述载体的至少两个插槽可以被构建成，将至少两个模块独立地与载体机械连接和/或分离。该模块或者这些模块中的一个或每个可以插入该载体的这些插槽中的每个，例如可在每个插槽上与该载体机械连接且电连接。

这些模块可以在其相应的插槽中可被单独触及、可被单独连接(例如可被单独插接和/或单独闭锁)和/或可被单独分离。每个插槽例如可以以与相应模块的第二点空间对应的方式包括(优选独立的)闭锁机构和/或(优选独立的)纵向导引件，以便与其中一个模块可解除地机械连接。作为替代或补充方案，所述至少两个模块可以彼此邻接和/或插入模块的相邻插槽。例如可以有至少两个模块同时(即成组地)插入其相应的插槽。

该模块或者这些模块中的至少一个或每个可以包括信号处理单元，其被构建成对所述信号进行检测(又称：接收)、处理和/或输出(又称：发送)。

相应模块的信号处理单元可以借助载体的相应插槽与相应模块的第一点之间的电连接，和/或借助控制接口与相应插槽之间在载体上的相应线路通道的导通，而被连接至控制器或可被连接至控制器。作为替代或补充方案，相应模块的信号处理单元可以借助载体的相应插槽与相应模块的第一点之间的电连接，和/或借助现场接口与插槽上的电连接之间在载体上的相应信号线的导通，而被连接至相应现场设备或可被连接至相应现场设备。

该模块或每个模块，优选相应的信号处理单元，可以被构建成，在(例如自动化或生产技术领域中的)现场总线的协议栈或等级式层级模型(如OSI层级模型)中，在现场层级、物理层级和/或最低层级上提供功能。作为替代或补充方案，该模块或每个模块，优选相应的信号处理单元，可以包括信号放大器、模数转换器、数模转换器、电隔离装置(如光电耦合器)和/或固态继电器(例如用于根据控制器的逻辑控制信号来通断电流)。

该或每个模块可以包括自有的模块壳体。所述模块壳体可以由介电材料，如塑料，构成。优选地，在相应的模块壳体中可以布置有和/或实施有相应的信号处理单元。

所述装置还可以包括装置壳体。在该装置壳体中可以布置有该载体。在所述载体中，所述模块可以在与载体连接的状态下布置或可布置。

附图说明

下面参照附图结合优选实施例对本发明进行详细阐述。

图中：

图1为第一实施例中的用于处理在控制器与至少一个现场设备之间传输的信号的装置的示意性透视图；

图2为可在该装置的第二实施例中实现或使用的现场接口的示意性分配图；

图3为插槽与可在该装置的第三实施例中实现或使用的第一点间的电连接的示意性截面图；

图4为载体的插槽与可在该装置的第三实施例中实现或使用的模块第一点间的电连接的示意性截面图；

图5为可在该装置的第五实施例中实现或使用的功能接地的示意性截面图；以及

图6为该装置的第六实施例的示意性框图。

具体实施方式

图1为整体用附图标记100表示的用于处理在控制器150与一或多个现场设备160之间传输的信号的装置的第一实施例的示意性透视图。

装置100包括载体110(如印制电路板111)，其包括控制接口112、现场接口114和一或多个插槽116。控制接口112被构建成连接113控制器150的一或多个电气线路通道118。现场接口114被构建成连接115一或多个现场设备160的输入和/或输出信号线120(简称：EA信号线或信号线)。

这个插槽116或这些插槽116被构建成沿插接方向102可解除地机械连接模块130。这个或每个插槽116被构建成在(插槽116与相应模块130的)机械连接状态下，将相应模块130与控制器150的该或所有或其中一个线路通道118电连接以及将相应模块130与该或其中一个现场设备160的EA信号线120电连接。

装置100还包括至少一个模块130，其被构建成在载体110的该或(至少)一个插槽116上与该载体110可解除地机械连接。该至少一个模块130(如模块130的信号处理单元140)被构建成在机械连接状态下对源于(优选通过插槽116和控制接口112电连接的)线路通道118的信号进行处理。此外，该至少一个模块130(如模块130的信号处理单元140)被构建成将经处理的信号输出至(优选通过插槽116和现场接口114电连接的)EA信号线120。作为替代或补充方案，该至少一个模块130(如模块130的该信号处理单元140或另一信号处理单元)被构建成对源于(优选通过插槽116和现场接口114电连接的)EA信号线120的信号进行处理。此外，该至少一个模块130(如模块130的该信号处理单元140或该另一信号处理单元)被构建成在(优选通过插槽116和控制接口112电连接的)线路通道118上输出经处理的信号。

该或每个插槽116被构建成在机械连接状态下在模块130的第一点132上对模块130进行电连接(即电接触)。该或每个插槽116在第一点132上横向于插接方向102地在模块130与载体110之间具有机械自由度104。插槽116的机械连接还被构建成将第一点132的机械自由度104固定在模块130的不同于第一点132和/或与其间隔一定距离的第二点134上。

机械自由度104的固定整体用附图标记124表示。例如可以借助至少一个轴承(优选至少一个导轨)来实现固定124。轴承124可以是就插接方向102而言的浮动轴承或滑动轴承，如沿插接方向102延伸的导轨124。

将机械自由度固定124在第一点132上可以包括载体110的导轨。导轨124可以沿插接方向102延伸。导轨124可以包括在模块130的方向上和/或在横向上暴露的凹槽(如矩形槽)，模块(如该模块的印制电路板)可在该凹槽中沿插接方向102纵向可动地被导引。第一点132的机械自由度可以通过将模块130抵靠在导轨中的凹槽的槽底上来实现。

导轨124中的凹槽可以包括两个平行的槽壁，模块(如该模块的印制电路板)在其间纵向可动地被导引。可选地，导轨124中的凹槽的至少一个槽壁或两个槽壁包括伸出部分，其使得凹槽的槽宽逐渐变小。模块130可以在第二点134上具有与伸出部分互补的凹口，如位于模块130的表面中的另一凹槽。伸出部分可以被构建成与凹口形状配合地进行相互作用从而固定住机械自由度。

载体110在第一实施例中包括第二点134上的导轨124，而在每个实施例的变体中，在模块130的相对棱边上分别实现有一个第二点134以固定住机械自由度。举例而言，载体110可以包括两个在插接方向102上延伸的导轨124，模块130可在导轨中沿插接方向纵向可动地被导引。

作为导轨的替代或补充方案或者作为导轨的实施例，载体110的壳体可以在该或每个插槽116上包括竖井或格层，其被构建成将该或相应的模块130简单或直线地输送至载体110的相应插槽116上。

载体110可以具有背接线(也称：Backplane)，其用于分别将控制接口112的另一或多个其他线路通道118导通至每个插槽116。

载体110的插槽116与模块130的第一点132或第二点134间的电连接与机械连接(至少就自由度104的固定124而言)是空间分离的。这样就无需设置在根据文献EP 1 573034 B1的现有技术中所使用的两个插式连接器半部中的至少一个。例如在根据文献EP 1573 034 B1的现有技术中，机械连接与电连接是在模块的同一点上实现的。与现有技术相比，通过将这些功能空间分离就能实现接口116的低成本和/或紧凑的结构形式。

优选地，在模块130的第一点132的第一棱边上布置有用于进行电连接的导电通路136或其他接触构件，其具有例如纵向可动的机械自由度104。机械自由度104的固定124(例如在模块130的平面内且垂直于插接方向102)是在该模块130的不同于第一棱边或第一点132的第二点134的第二棱边上实现的。例如，第一棱边与第二棱边或者第一点132与第二点134相对地布置在模块130上。作为替代或补充方案，第一棱边与第二棱边或者第一侧132与第二侧134具有模块130或模块壳体的同一角、在模块130的一角相交或者彼此邻接。

优选地，插槽116包括用于线路通道118的至少一个第一连接触点122.1，如弹簧触点122.1，和用于EA信号线120的至少一个第二连接触点122.2，如弹簧触点122.2。在第一点132上，作为用于在插槽116与第一点132之间进行电连接(即用于进行接触)的连接触点122.1和122.2(统称为连接触点122)的对配件，模块130仅包括用于相应线路通道118或相应EA信号线120的导电通路136.1或136.2(统称为导电通路136)。优选地，在模块130的第一点132上，除了导电通路136以外未设任何用于进行电连接(即进行接触)的构件，例如任何垫子、接触面或类似，而是仅设有导电通路136的末端。

在装置100的每个实施例中，控制接口112上的一个接头可以为了传输信号而一一对应地与插槽116的一个连接触点122.1导电连接。可选地，控制接口112的接地接头与插槽116上的专用接地电极129.1导电连接。

作为替代或补充方案，在装置100的每个实施例中，现场接口114上的一个接头可以为了传输信号而一一对应地与插槽116的一个连接触点122.2导电连接。可选地，现场接口114的接地接头与插槽116上的专用接地电极129.2导电连接。

所述装置100的实施例可以实现文献EP 1 573 034 B1所描述的实施例的其他特征(如单项特征)，例如，文献EP 1 573 034 B1中连接触点122的数目或者连接触点122的分配方案。

线路通道118可以在控制器侧包括用于控制器150的接头119。信号线120可以在现场侧包括用于现场设备160的一或多个接头121。

图2为可在装置100的第二实施例中实现或使用的现场接口114的示意性分配图。所述第二实施例可以是第一实施例的改进方案。

现场接口114可以包括用于进行接地的接头202(简称：接地接头)，其优选可用作模块130的功能接地。作为替代或补充方案，接地接头202可以将地电位从控制器150传输至现场设备160，反之亦然。例如，用于进行接地的接头202在载体110上与现场设备160的地电位和/或保护接地和/或地线连接。

作为替代或补充方案，现场接口114可以包括这个现场设备160或这些现场设备160的直流电压源的正极204。地线202或正极204例如可以为现场设备160供电。

作为替代或补充方案，现场接口114可以包括数字输入端206和/或数字输出端208。作为替代或补充方案，现场接口114包括模拟输入端210，其例如用于检测作为现场设备160的温度传感器的实施为电压信号或阻抗的信号。

图3为插槽116与可在装置100的第三实施例中实现或使用的第一点132间的电连接的示意性截面图。所述第三实施例可以是第一和/或第二实施例的改进方案。其中一个实施例中用相同附图标记表示的特征例如可以取代另一实施例中的对应特征。

载体110的插槽116的至少部分或所有连接触点122构建为双侧弹簧触点，优选梅花触点。梅花触点122被构建成在第一点132上对模块130的该导电通路136或其中一个导电通路136进行接触，或者每个梅花触点122被构建成在第一点132上分别对模块130的一个导电通路136进行接触。

梅花触点122包括两个弹簧触点，其在模块130与插槽116的机械连接状态下在第一点上抵靠在模块130的彼此相对的侧面上(例如在包括信号处理单元的线路板上)。梅花触点122的这两个弹簧触点均弹性地且在机械连接状态下被预紧，以抵靠在模块130上。这两个弹簧触点中的至少一个例如直接地、电流地或者金属对金属地接触相应的导电通路136。

该或每个梅花触点122的这两个弹簧触点沿自由度104(即在垂直于图3的图像平面的横向上)定向。设有多个梅花触点122时，它们可以沿自由度104(即在横向上)彼此对齐。

这样就能在第一点132上实现垂直于模块130的平面紧凑的电连接。作为替代或补充方案，模块130可以在第一点132上更为扁平。作为替代或补充方案，载体110上的插槽116间的距离可以更小。

图4为插槽116与可在装置100的第四实施例中实现或使用的第一点132间的电连接的示意性截面图。所述第四实施例可以是第一、第二和/或第三实施例的改进方案。可选地，其中一个实施例中用相同附图标记表示的特征可以取代另一实施例中的对应特征。

模块130的第一点132上的若干接触弹簧138例如可以部分或全部取代模块130的第一点132上的导电通路136(如导电通路136.1和/或136.2)。这些被描述为弹簧触点122(如用于线路通道的弹簧触点122.1和/或用于EA信号线的弹簧触点122.2)的连接触点可以部分或全部构建为浑圆形孔洞或长形孔126上的接触面128。每个接触面128可以环绕式布置在其中一个浑圆形孔洞或长形孔126上。

为了在载体110与模块130之间建立电连接，可以在模块的第一点132上布置有一或多个接触弹簧138。每个接触弹簧138均构建为(优选在机械连接状态下)卡入载体110上的一个浑圆形孔洞或长形孔126。在机械连接状态下，每个接触弹簧138抵靠在其中一个长形孔126的边缘128上，从而例如直接地、电流地或者金属对金属地进行电连接。

这个长形孔126或这些长形孔126可以沿其纵向在载体中铣削而成。所述浑圆形孔洞可以在载体中钻孔而成。优选地，每个浑圆形孔洞或长形孔的边缘128均作为接触面128而被金属涂布。

在例如图1和/或图5和/或图6所示第五实施例中，接地(优选功能接地)或地线(优选基准电位)的导引包括载体110与模块130之间的电容耦合170或导电连接(如主要是欧姆耦合)。

下文中不失一般性地对接地进行说明。也可以导引任一其他地电位或基准电位而非接地。

例如，将接地线从模块130(优选地IO卡)导引至载体110(优选导引至载体110的载板111)。模块130可以包括敏感的电子器件(如信号处理单元140)，其布置在塑料壳体中优选地以免受外部因素影响。传统塑料壳体的缺点是，通过插式触点必然会产生与电磁兼容性(EMC)相关的干扰(如影响模块130的干扰信号和/或源于模块130的干扰信号)，因为无法通过壳体将其引出。

根据第五实施例，模块130(例如模块130的承载信号处理单元的印制电路板)可以抵靠在载体110上(如印制电路板111上)，或者在机械连接状态下相互抵接，可选地为了在载体110的插槽116上或模块130上实现相应接地电极129和139(如接触面)的直接抵靠，或者为了在载体110的插槽116上或模块130上在接地电极129和139(如接触面)之间形成预设距离，以进行电容耦合170。

通过该距离而形成形式为电容器的接面，即电容耦合170。优选地，在模块130与控制器150之间以及与现场或现场设备160之间均设有电容耦合170。

图6为装置100的第六实施例的示意性框图。在图6中，该电容耦合涉及控制器150以及现场或现场设备160的耦合电容用C1和C2表示。

发生陡边干扰或带突发信号的干扰时，接触面129与139无需相接触，二者之间采用电容耦合170即可。

作为替代或补充方案，该装置的每个实施例均可以包括用于导出EMC干扰的电路。该电路可以被构建成将从现场或现场设备160输入耦合模块130(如IO卡)的EMC干扰引出(简称：干扰导出)。

该电路可以为了进行干扰导出而包括位于插槽116上的电连接与现场接口114之间的(优选相对于载体110而言内部的)电阻器120'(R3)，以及/或者位于模块130上的接头136.2或138与接地电极139.2之间的(优选相对于模块130而言内部的)电阻器130'.2(R4)。借助该电路就能将从现场或现场设备160输入耦合的EMC干扰引至接地电极139.2从而将干扰导出，例如通过电容耦合170(即在图6所示情形中通过电容器C2)或者通过直接导电连接，引至载体110的接地电极129.2。

作为替代或补充方案，该电路可以为了进行干扰导出而包括位于插槽116上的电连接与控制接口112之间的(优选相对于载体110而言内部的)电阻器118'(R1)，以及/或者位于模块130上的接头136.1或138与接地电极139.1之间的(优选相对于模块130而言内部的)电阻器130'.1(R2)。借助该电路就能将从控制器150输入耦合的EMC干扰引至接地电极139.1从而将干扰导出，例如通过电容耦合170(即在图6所示情形中通过电容器C1)或者通过直接导电连接，引至载体110的接地电极129.1。

随后，由接地电极129.1或192.2将输入耦合的干扰导往地面。

替代地，装置100可以包括用于导出干扰的共同的电路，其既从控制器150又从现场或现场设备160输入耦合。

尽管已参考示例性实施例对本发明进行了说明，但是对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以进行不同的改变并且可以将等效物用作替换。此外，可以进行多次改性，以使特定的情况或特定的材料与本发明的原理相匹配。因此，本发明并不局限于揭示的实施例，而是涵盖落在随附的权利要求书的范围内的所有实施例。

附图标记说明

装置 100

插接方向 102

横向上的自由度 104

载体 110

载体的印制电路板，优选具有背接线 111

控制接口，优选用于控制器的连接端子 112

线路通道的载体侧接头，优选控制器的连接端子 113

现场接口，优选用于现场设备的连接端子 114

EA信号线的载体侧接头，优选现场或现场设备的连接端子 115

插槽 116

线路通道 118

电阻器，优选可选地线路通道的导线电阻R1 118'

线路通道的控制器侧接头 119

EA信号线，简称：信号线 120

电阻器，优选可选地信号线的导线电阻R3 120'

EA信号线的现场设备侧接头 121

作为载体的插槽的弹簧触点的连接触点 122

用于线路通道的弹簧触点，也称：输入触点 122.1

用于EA信号线的弹簧触点，也称：输出触点 122.2

自由度的固定，优选浮动轴承，如导轨 124

载体中的长形孔 126

作为长形孔上的接触面的连接触点 128

载体上的接地电极，优选梅花触点或接触面 129

载体上用于将控制器功能接地的接地电极 129.1

载体上用于将现场设备功能接地的接地电极 129.2

模块，也称：EA卡或IO卡 130

电阻器，优选导出电阻器R2 130'.1

电阻器，优选导出电阻器R4 130'.2

模块的第一点 132

模块的第二点 134

模块的导电通路 136

用于线路通道的导电通路 136.1

用于EA信号线的导电通路 136.2

模块的接触弹簧 138

模块上用于功能接地的电极，优选接触面 139

模块上用于将控制器功能接地的电极 139.1

模块上用于将现场设备功能接地的电极 139.2

信号处理单元 140

载体的壳体 142

用于安装导轨的凹口，优选具有闭锁机构 144

闭锁机构的解锁 146

控制器 150

现场设备 160

电容耦合，例如耦合电容C1或C2 170

现场设备的功能地线、保护地线和/或地线 202

现场设备的直流电压源的正极 204

数字输入端 206

数字输出端 208

模拟输入端，优选用于温度传感器 210

Claims (28)

1.一种用于处理在控制器(150)与一或多个现场设备(160)之间传输的信号的装置(100)，包括：

载体(110)，其包括控制接口(112)、现场接口(114)和一或多个插槽(116)，其中所述控制接口(112)被构建成连接(113)所述控制器(150)的一或多个电气的线路通道(118)，所述现场接口(114)被构建成连接(115)所述一或多个现场设备(160)的EA信号线(120)，所述一或多个插槽(116)被构建成分别沿插接方向(102)可解除地机械连接一个模块(130)，并且在所述机械连接状态下，将所述模块(130)与所述或其中一个线路通道(118)以及与所述或其中一个现场设备(160)的EA信号线(120)电连接；和

至少一个模块(130)，其被构建成在所述或其中一个插槽(116)上与所述载体(110)可解除地机械连接，并且被构建成，在所述机械连接状态下对源于所述电连接的线路通道(118)的信号进行处理并在所述电连接的EA信号线(120)上输出，以及/或者对源于所述电连接的EA信号线(120)的信号进行处理并在所述电连接的线路通道(118)上输出，

其中所述插槽(116)在所述机械连接状态下在所述模块(130)的第一点(132)上对所述模块(130)进行电连接，并且在所述第一点(132)上横向于所述插接方向(102)地在模块(130)与载体(110)之间具有机械自由度(104)，且其中所述插槽(116)的机械连接将所述第一点(132)的机械自由度(104)固定(124)在所述模块(130)的不同于所述第一点(132)的第二点(134)上。

2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述模块(130)的第一点(132)与所述模块(130)的第二点(134)间隔一定距离。

3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其中所述模块(130)的第一棱边包括所述模块(130)的第一点(132)。

4.根据权利要求3所述的装置(100)，其中所述第一棱边是所述模块(130)的沿所述插接方向(102)位于上游的棱边。

5.根据权利要求3所述的装置(100)，其中所述模块(130)的第一棱边垂直于所述插接方向(102)和/或平行于所述机械自由度(104)的方向。

6.根据权利要求3所述的装置(100)，其中所述模块(130)的不同于所述第一棱边的第二棱边包括所述模块(130)的第二点(134)。

7.根据权利要求6所述的装置(100)，其中所述模块(130)的第二棱边平行于所述插接方向(102)和/或垂直于所述机械自由度(104)的方向。

8.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述模块(130)的第一点(132)包括导电通路(136)。

9.根据权利要求8所述的装置(100)，其中所述导电通路(136)是用于传输源于或传输至所述电连接的线路通道(118)的信号的导电通路(136.1)和/或用于传输源于或传输至所述电连接的EA信号线(120)的信号的导电通路(136.2)。

10.根据权利要求8所述的装置(100)，其中所述插槽(116)为了进行电连接而包括平行于所述自由度(104)的方向布置成一排的弹簧触点(122)。

11.根据权利要求10所述的装置(100)，其中所述弹簧触点(122)是用于接触所述导电通路(136)的双侧弹簧触点或梅花触点和/或用于传输源于或传输至所述电连接的线路通道(118)的信号的弹簧触点(122.1)和/或用于传输源于或传输至所述电连接的EA信号线(120)的信号的弹簧触点(122.2)。

12.根据权利要求1所述的装置(100)，其中在所述第一点(132)上，若干接触弹簧(138)沿所述插接方向(102)在所述模块(130)上伸出或突出。

13.根据权利要求12所述的装置(100)，其中所述接触弹簧(138)为用于电连接所述线路通道(118)的接触弹簧(138)和/或用于电连接所述EA信号线(120)的接触弹簧(138)。

14.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述插槽(116)为了进行电连接而包括平行于所述自由度(104)的方向布置成一排的浑圆形孔洞或者平行于所述自由度(104)的方向布置成一排且定向的长形孔(126)。

15.根据权利要求14所述的装置(100)，其中在所述第一点(132)上，若干接触弹簧(138)沿所述插接方向(102)在所述模块(130)上伸出或突出，其中所述浑圆形孔洞或者所述长形孔(126)具有在所述浑圆形孔洞或所述长形孔(126)的边缘上环绕式的用于接触所述接触弹簧(138)的接触面(128)。

16.根据权利要求1所述的装置(100)，其中在所述第一点(132)上，所述模块(130)上的至少一个电极(139)被布置成，在所述机械连接状态下与所述载体(110)的功能接地电容耦合(170)。

17.根据权利要求16所述的装置(100)，其中在所述第一点(132)上布置有所述模块(130)的控制器侧接口和现场侧接口的至少两个用于进行功能接地的电极(139.1，139.2)。

18.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述插槽(116)包括至少一个接地电极(129)，其被布置成在所述机械连接状态下与所述模块(130)电容耦合(170)。

19.根据权利要求18所述的装置(100)，其中布置有至少两个平行于所述自由度(104)的方向的接地电极(129.1，129.2)。

20.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述模块(130)包括：

信号处理单元(140)，其被构建成，对源于所述电连接的线路通道(118)的信号进行处理并在所述电连接的EA信号线(120)上输出，以及/或者对源于所述电连接的EA信号线(120)的信号进行处理并在所述电连接的线路通道(118)上输出。

21.根据权利要求20所述的装置(100)，其中所述模块(130)还包括：

承载所述信号处理单元(140)的线路板，所述线路板具有多个接触所述信号处理单元(140)的导电通路(136)，其中所述第一点(132)包括所述线路板的第一棱边，所述导电通路(136)终止于所述第一棱边上。

22.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述载体(110)的控制接口(112)包括插式连接器半部，所述插式连接器半部被构建成连接所述控制器(150)的电气的所述线路通道(118)，以及/或者其中所述现场接口(114)包括插式连接器半部，以连接所述现场设备(160)的EA信号线(120)。

23.根据权利要求22所述的装置(100)，其中所述插式连接器半部为插座。

24.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述载体(110)被构建成，在不同的插槽(116)上导通所述控制器(150)的不同线路通道(118)。

25.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述载体(110)被构建成，在所述插槽(116)中的每个上分别导通所述控制器(150)的所述线路通道(118)中的一个。

26.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述载体(110)被构建成，将所述线路通道(118)未经自主信号处理和/或以线性信号路径导通至所述模块(130)。

27.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述载体(110)的至少两个插槽(116)被构建成，将至少两个模块(130)独立地与所述载体(110)机械连接和/或分离。

28.根据权利要求1所述的装置(100)，还包括装置壳体，所述载体(110)布置在所述装置壳体中并且所述模块(130)在与所述载体(110)的连接状态下布置或能够布置在所述装置壳体中。