CN204761915U - 自动化设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于控制和/或监视技术过程的自动化设备，所述自动化设备具有彼此连接的模块和电子单元。所述自动化设备的模块和电子单元设置在保护壳体（7）内，其中在所述保护壳体（7）内设置第一线路板（1），所述第一线路板（1）包含CPU主要组件，其中在所述保护壳体（7）内设置第二线路板（2），所述第二线路板（2）包含用于产生供电电压的装置并且与所述第一线路板（1）以机械以及电方式连接，其中在所述壳体（7）内设置第三线路板（3），所述第三线路板（3）包含显示和操作组件并且与第一线路板（1）以机械以及电方式连接，其中在所述壳体（7）内设置第四线路板（4），所述第四线路板（4）包含用于联结缓冲电池以及显示和操作模块（6）的装置并且与第三线路板（3）以机械以及电方式连接，其中在所述壳体（7）内设置第五线路板（5），所述第五线路板（5）包含至少两个不同的现场总线接口并且与第一线路板（1）以机械以及电方式连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及根据权利要求1的前序部分、用于控制和/或监视技术过程的自动化设备，所述自动化设备的模块和电子单元能够彼此电连接。
背景技术
这种自动化设备是用于操控和控制自动化系统的设备。其也称为存储器可编程控制装置，在德语语言地区中简称SPS，在英语语言地区中称为PLC（可编程逻辑控制器）。
关于机械和硬件方面的结构，如下存储器可编程控制装置是已知的，其中，包含不同组件和构件的各个线路板彼此并行并排插入19''-插入框架、也称为支架。在19''支架的背侧上存在所谓的母板，其包含信号和能量总线的总线线路并且具有连接插座，各个线路板借助位于线路板处的连接插头能够连接到所述连接插座中。该结构在机械上是耗费非常大的，也是非常灵活的，然而非常昂贵并且不适合用在恶劣的环境中，或者只在附上额外的、又非常昂贵的、在该支架周围的保护壳体的情况下。
DE102004056363A1示出了柔性的、可扩展的自动化设备，其中各个构件分别实施为自封闭的模块，并且这些模块能够排成行地并排放置并且能够借助于连接元件以及插头通过总线彼此电连接。该设备虽然由于各个封闭的模块而适合于用在恶劣的环境中，不过，灵活地适应不同的配置只能在耗费大的情况下执行，原因在于，该设备每次必须对应于合适的完整模块来维持以及存在，并且在更换模块时，必须将全部复合结构首先拆开并且随后再次组合在一起。
发明内容
本实用新型所基于的任务是实现自动化设备、尤其是存储器可编程控制装置（SPS），所述自动化设备具有非常灵活的机械和硬件方面的结构构思，使得能够在花费不大的情况下在同一个壳体中实现不同的产品变型。
根据本实用新型，该任务通过具有权利要求1所述特征的自动化设备来解决。
因此，根据本实用新型，自动化设备的模块和电子单元设置在保护壳体内。在保护壳体内设置第一线路板，所述第一线路板包含CPU主要组件。在保护壳体内设置第二线路板，所述第二线路板包含用于产生供电电压的装置并且与第一线路板以机械以及电以及信号技术方式连接。在该壳体内设置第三线路板，所述第三线路板包含显示和操作组件并且与第一线路板以机械以及电以及信号技术方式连接，并且在该壳体内设置第四线路板，所述第四线路板包含用于联结缓冲电池以及显示和操作模块的装置并且与第三线路板以机械以及电以及信号技术方式连接，并且在该壳体内设置第五线路板，所述第五线路板包含至少两个不同的现场总线接口并且与第一线路板以机械以及电以及信号技术方式连接。
根据本实用新型的自动化设备不再需要具有母板以及特殊的保护壳体的插入支架。所述自动化设备也不需要如下支承轨道，在所述支承轨道上这些模块必须并排排列并且通过插接连接器彼此连接。以机械以及电以及信号技术方式的结构基于如下：第一线路板作为基本板起作用，并且其他线路板直接或者间接连接在第一线路板处，并非在共同的母板总线处，并且并非在共同的支承轨道处。第二线路板、第三线路板以及第五线路板不仅以机械方式而且以电方式而且以信号技术方式与第一线路板连接，而无需支承轨道，并且第四线路板以机械、电和信号技术方式与第三线路板连接。
因而，给出非常简单且灵活的机械以及硬件方面的结构构思。产品变型能够简单地通过更换唯一壳体内的各个线路板来实现。
根据本实用新型的有利实施方式，存在如下显示和操作模块，所述显示和操作模块包含显示和操作组件并且与第四线路板以电以及信号技术方式连接。
根据本实用新型的有利实施方式，第一线路板包含主要处理器以及至少一个存储器装置。
根据本实用新型的有利实施方式，第一线路板进一步包含通信接口以及至少一个用于联结至少一个外部I/O模块和/或外部现场总线通信模块的特定接口。
根据本实用新型的有利实施方式，第一线路板1包含标准化的PCI-Express（简称PCIe）插座，其用于连接用于四个PCI-Express线道的插接连接器。这些线道中仅仅两个线道与CPU连接。其他两个连接能够用于特定于设计的其他信号，它们未在PCIe标准项目中标准化。优点在于，不需要额外的插接连接器用以将特定于设计的信号连接到PCIe线路板处。然而，根据本实用新型的PCIe插座与具有两个PCIe线道以及用于两个线道的连接器的标准PCIe设备兼容，原因在于对于目前根据本实用新型所应用的PCIe插座，两个标准PCIe线道的区域中的引脚分配区段具有标准PCIe引脚分配。
根据本实用新型的布置的优点还在于，无需额外的连接插头，用以将额外的信号连接到PCIe线路板处，原因在于，能够特定于设计地对根据本实用新型的PCIe插座处线道3和4的区域进行引脚分配。
根据本实用新型的有利实施方式，第二线路板包含用于产生所有所需主电压电势的装置，包括用于产生用于现场总线接口的电分离的电势。
根据本实用新型的有利实施方式，第三线路板包含基于微控制器的联接（Anschaltung）以及SD卡保持器。
根据本实用新型的有利实施方式，第三线路板构成第一线路板与第四线路板之间的接口。
根据本实用新型的有利实施方式，第五线路板包含两个相互独立的现场总线接口，其中这些现场总线接口能够彼此同步。
根据本实用新型，两个现场总线处理器位于第五线路板上。因而，基于以太网的现场总线接口以及相应协议在自动化设备板上的可用性得到提高。在此，能够对于两个现场总线处理器使用相同的协议（两个主或者两个从），或者，能够通过每个现场总线接口处置不同协议，例如一个接口作为主接口，另一个接口作为从接口。
有利的是，现场总线接口仅在一个线路板处增加。因而，节省了自动化设备中的位置，原因在于，代替现有技术中已知的两个通信线路板，仅仅需要一个通信线路板。
两个现场总线处理器能够设置用于使协议同步，而为此无需另外的装置或者另外的应用程序。
以有利的方式，这两个现场总线接口也能够被认为是以冗余方式实施的现场总线接口。于是，优点是相应应用的提高的可用性。
根据本实用新型的有利实施方式，借助工程工具能够确定并且能够改变对要应用的现场总线接口的选择。
根据本实用新型的有利实施方式，该显示和操作模块包含LCD显示器用于显示信息并且包括键区来作为操作组件。
根据本实用新型的有利实施方式，具有显示和操作组件的显示和操作模块实施成可从壳体拆卸。因此，在一种特定的变型方案中，没有显示和操作模块，该设备也能够运行。
附图说明
根据附图（在所述附图中示出了本实用新型的实施例），详细地阐明并描述本实用新型以及另外的有利实施方案和改进方案以及另外的优点。
唯一的附图示意性示出了根据本实用新型的自动化设备的方框图。
具体实施方式
该图示意性示出了根据本实用新型的自动化设备的方框图。它是用于操控和控制自动化系统的设备。更确切地说，它是存储器可编程控制装置，在德语语言地区中简称为SPS，在英语语言地区中称为PLC（可编程逻辑控制器）。
该设备由以下多个组件组成：
-壳体7，用于保护该设备的电子组件。在这里，该壳体至少具有保护等级IP20。
-第一线路板1，所述第一线路板1包含CPU主要组件。
-第二线路板2，所述第二线路板2用于产生供电电压。
-第三线路板3，所述第三线路板用于显示和操作组件。
-第四线路板4，所述第四线路板用于联结缓冲电池和显示器模块。
-第五线路板5，所述第五线路板5用于不同的工业现场总线接口。
-第六线路板6，所述第六线路板6用于显示和操作组件。
第一线路板1包含主要处理器以及不同的存储介质，例如，NOR闪存、NAND闪存、SRAM、MRAMDDR2。
此外，在这里实现通信接口、例如以太网、RS232、RS485以及CAN。在此，同样安置用于联结外部I/O模块和外部现场总线通信模块的特定接口。
在第一线路板1上激活的极性变化保护和反向馈送保护对少量的损耗负责任。其监视输入电压并且能够根据输入的值来接通以及断开不同的电路部分，以便要么最小化充电电流要么最小化损耗。
在有利的实施方案中，使用MRAM（磁阻RAM的简称）来代替SRAM（静态RAM的简称），以便延长缓冲电池的寿命。MRAM是非易失性存储技术。通常，将缓冲电池用于产生用于存储器备份的备份电压以及实时时钟、也称为RTC（realtimeclock）。当关断该设备时，缓冲电池为存储器和RTC提供电压。在此，缓冲电池随着时间的运行消耗自身。在使用MRAM技术时，存储器不需要缓冲电压，缓冲电池仅还必须给RTC供电并且因而负载减小。因而，实现缓冲电池的较长寿命，而没有影响整体结构或整体功能。在其中不需要RTC的应用中，通过应用MRAM技术，甚至能够完全省却缓冲电池。
在这里描述的控制装置包含模块“实时时钟”。即使在控制装置关断的时候，该功能单元也能够始终最新地计算最新的时间和日期。通过控制装置内部的储能器（例如电池）向该实时时钟供应电压。该储能器的缓冲持续时间取决于其存储的能量以及实时时钟的能量需求以及使用储能器的另外部件的能量需求。
用于存储器可编程控制装置的规范IEC61131规定：应用程序的变量能够声明为“永久”或者“保留”，以便在控制装置断开以及重新接通之后还保持这些变量的内容。因而，保存这些变量的存储器必须是电压防故障的。通常是对电池缓冲的RAM部件的使用。因此，在常见的系统中，储能器不仅由实时时钟使用，而且由存储器部件使用。取决于在馈电时提高的能量需求，不仅实时时钟而且用于残值数据/永久数据的存储器减小了各个组件的最大可能缓冲持续时间。
为了抵消该行为，通过应用新的存储技术，能够提高其余组件（在这里是实时时钟）的缓冲持续时间，而无需改变储能器的大小。这些新存储技术在没有施加供电电压的情况下也可靠地保证这些数据的安全并且同时没有EEPROM和/或闪速存储器的已知缺点并且因此在自动化设备中排除用于该应用。
在第一线路板1上，使用用于4个线道的标准PCIe插头（其具有与1线道模块兼容的引脚分配）以及额外的特定信号。
在这里描述的控制装置将PCI-Express标准用于在主要CPU以及特定接口控制器之间的通信。这些接口控制器位于第五线路板5上，见下方，与此相反，主要CPU位于第一线路板1上。所使用的PCI-Express数据链路在这里包括一个PCI-Express线道。通过对于四个PCI-Express线道使用插接连接器（其对应于用于PCI-Express×1插接连接器的标准引脚分配的接触行1-18的区域内的电气引脚分配），可能的是，保持具有一个线道的常见PCI-Express卡的兼容性和可插接性以及此外还使用在接触行1-18的区域中具有一个PCI-Express线道并且在设置用于线道2-4的接触区域中具有与PCI-Express标准有偏差的特殊引脚分配的、特定于设备的卡。
在第二线路板2上产生所有的主电压电势，包括用于位于第一线路板上的一些现场总线接口的电分离电势。在一种实施方式中，现场总线接口是CAN总线接口。CAN接口的电绝缘的电压在第二线路板2上产生并且引导至该CAN接口，来代替如之前在现有技术中已知的那样在CAN接口本身上直接产生。根据迄今为止的现有技术，为此必须在CAN接口上使用额外的DC7DC转换器。在根据本实用新型的实施形式中，这不再是必要的，原因在于为此一同使用在任何情况下都存在于第二线路板2上的变换器。因此实现成本节省，原因在于整体上需要较少的部件。
为了最小化浪涌电流，仅仅使用缓冲电容之一作为直接馈电的充电电容，而其余缓冲电容通过电阻充电。
为了对启动系统所需的组件进行时间上规则的起动而需要的上电序列通过第一线路板1与第二线路板2之间各个开关调节器的使能信号来调节并且并没有如现有技术中常见的那样通过中央的上电序列IC(IC代表集成电路，集成电路部件）。
在第一线路板1上用于这些现场总线接口的三个电分离的供电电压集中地在第二线路板2上产生并且在第一线路板1上输送给这些接口并且未在这些接口前分散。
第三线路板3包含基于微控制器的联接。在该线路板板卡上，安置例如发光二极管等显示组件，还有比如开关和按键等操作元件。这些组件能够由板载微控制器或者替换地由第一线路板控制。
第三线路板3包含SD卡保持器。第三线路板同样构成第一线路板和第四线路板之间的接口。
用于连接显示和操作模块6和/或电池的连接器位于第四线路板4上。
第五线路板4上实现两个彼此独立的现场总线接口。为此使用专用微控制器，还有比如SDRAM和闪存等存储介质。
每个接口能够包含不同的现场总线协议。
在哪个接口中使用哪种协议能够由客户借助于工程工具来确定和改变。这些接口能够彼此同步。
显示和操作模块6包含用于显示信息的LCD显示器，还有作为操作组件的键区。显示和操作模块6能够实施成可拆卸的。
整体概括而言，对于根据本实用新型的自动化设备，对于硬件结构以及机械结构提供了如下构思，所述构思非常灵活并且允许实现多个产品变型，而不必分别重新研发每个变型。
参考标记列表
1第一线路板
2第二线路板
3第三线路板
4第四线路板
5第五线路板
6显示和操作模块
7壳体。
Claims (12)
1.一种用于控制和/或监视技术过程的自动化设备，所述自动化设备具有彼此连接的模块和电子单元，其特征在于，所述自动化设备的模块和电子单元设置在保护壳体（7）内，其中在所述保护壳体（7）内设置第一线路板（1），所述第一线路板（1）包含CPU主要组件，其中在所述保护壳体（7）内设置第二线路板（2），所述第二线路板（2）包含用于产生供电电压的装置并且与所述第一线路板（1）以机械以及电方式连接，其中在所述壳体（7）内设置第三线路板（3），所述第三线路板（3）包含显示和操作组件并且与第一线路板（1）以机械以及电方式连接，其中在所述壳体（7）内设置第四线路板（4），所述第四线路板（4）包含用于联结缓冲电池以及显示和操作模块（6）的装置并且与第三线路板（3）以机械以及电方式连接，其中在所述壳体（7）内设置第五线路板（5），所述第五线路板（5）包含至少两个不同的现场总线接口并且与第一线路板（1）以机械以及电方式连接。
2.如权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，存在显示和操作模块(6)，所述显示和操作模块(6)包含显示和操作组件并且与第四线路板(4)以电以及信号技术方式连接。
3.如权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，第一线路板(1)包含主要处理器以及至少一个存储器装置。
4.如权利要求3所述的自动化设备，其特征在于，第一线路板(1)包含通信接口以及至少一个用于联结至少一个外部I/O模块和/或外部现场总线通信模块的特定接口。
5.如权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，第二线路板(2)包含用于产生所有所需主电压电势的装置，包括用于产生用于现场总线接口的电分离的电势。
6.如权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，第三线路板(3)包含基于微控制器的联接以及SD卡保持器。
7.如权利要求6所述的自动化设备，其特征在于，第三线路板(3)构成第一线路板(1)与第四线路板(4)之间的接口。
8.如权利要求1所述的自动化设备，其特征在于，第五线路板（5）包含两个相互独立的现场总线接口，其中这些现场总线接口能够彼此同步。
9.如权利要求8所述的自动化设备，其特征在于，借助工程工具能够确定并且能够改变对要应用的现场总线接口的选择。
10.如权利要求2所述的自动化设备，其特征在于，所述显示和操作模块(6)包含LCD显示器用于显示信息并且包括键区来作为操作组件。
11.如权利要求10所述的自动化设备，其特征在于，所述显示和操作模块(6)实施成可拆卸的。
12.如权利要求3所述的自动化设备，其特征在于，第一线路板(1)包含标准化的PCI-Express（PCIe）插座，其用于连接用于四个PCI-Express线道的插接连接器，其中所述线道中仅仅两个线道与所述CPU连接并且其他两个连接能够用于特定于设计、未在PCIe标准项目中标准化的其他信号。
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