-
Die Erfindung betrifft ein Modul-System mit Busanbindung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Solche Modul-Systeme sind mit einer Vielzahl vom gleichen Anmelder entwickelten Modulen bekannt geworden.
-
Als Beispiel werden folgende Modul-Konfigurationen genannt:
- Digital-Eingangsmodule zum Anschluss von bis zu 16 bzw. 32 digitalen Sensoren an eine M1-Steuerung mit 16 oder 32 Eingängen
- • Stromziehende Eingänge > 2 mA
- • Eingangsspannung nom. 24 VDC (18 bis 34 VDC) oder nom. 48 VDC (30 bis 58 VDC).
- • Eingänge 1 und 2 als Interrupteingänge konfigurierbar
- • Galvanische Trennung der Eingänge zum System
- • Statusanzeige für jeden Kanal über LED
- • Sink-/Source-Eingänge
-
Digital-Relais-Ausgangsmodul Relais sind die einfachste Art, galvanisch getrennte Stromkreise anzusteuern. Die direkt steckbaren Relais dieses digitalen Ausgangsmoduls reduzieren den Verdrahtungsaufwand, sparen Schaltschrankplatz und vereinfachen die Fehlersuche. Die mechanische Verriegelung hält bei Schocks und Vibrationen die Relais zuverlässig auf ihrem Platz. Alle Möglichkeiten, die diese Standard-Relais Type bietet, wie Spannungsbereiche von 24 V/48 VDC oder 230 VAC, weite Strombereiche und die Auswahl preiswerter elektromechanischer Relais oder Solide State für hohe Schaltzyklen, bieten maximale Flexibilität für den Einsatz im Schaltschrank. Leichte Verfügbarkeit, eindeutige Status und Fehleranzeige mittels LED, sowie eine Verriegelung mit Auswerfermechanik der Relais als Ersatzteil ermöglichen einen werkzeuglosen und schnellen Service für den Endkunden.
-
Digital-Ein-/Ausgangsmodule sind dazu geeignet, digitale Verbraucher wie Schütze, Relais, Pneumatik- und Hydraulikventile anzusteuern, sowie Signale von digital arbeitenden Sensoren, Fühlern oder Schaltern einzulesen. Auf Ereignisse können über 8 verfügbaren Interrupteingängen schnellstens reagiert werden. Alternativ stehen bis zu vier Zähler bereit, um z.B. Positionen zu erfassen oder Stückgut zu zählen. Für den energiesparenden Betrieb von Induktivitäten sind alle Ausgänge als PWM betreibbar. Besonders für den PWM-Betrieb von Ventilen ist zusätzlich eine Haltezeit von 0 bis 2 s konfigurierbar. Ausgänge sind parallelschaltbar, sofern sie im gleichen Betriebsmode betrieben werden.
-
Modulsysteme sind in der Weise bekannt geworden, dass sie in einem größeren Messverbund vorhanden sind, welcher Messverbund z. B. aus einer Vielzahl von Sensoren besteht, die mit Aktoren verknüpft sind und die Messergebnisse der Sensoren und der Aktoren von Input-Output-Modulen aufgenommen und weiterverarbeitet werden sollen.
-
Solche Sensoren und Aktoren werden für Steuerungen im Maschinenbau, Windkraftanlagen, Wasserkraftwerke und dergleichen verwendet, wobei die Sensoren z. B. Dehnungsmessstreifen, Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren, Drehzahlsensoren, Neigungssensoren, Vibrationssensoren und dergleichen sind.
-
Bei derartigen Maschinensteuerungen sind also eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren tätig, und deren Messsignale müssen von einzelnen I/O-Modulen aufgenommen und über ein an sich bekanntes Bussystem an eine Auswerteeinheit weitergeleitet werden.
-
Derartige Bussysteme sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt, und sind z.B. in der Form als serieller Bus verwendet, wobei es derartige serielle Bussysteme als CAN-Bus, Ethercat oder dergleichen, wie auch Profibus und dergleichen Verwendung finden.
-
Die Sensoren arbeiten also über jeweils einen dem jeweiligen Sensor oder Aktor zugeordneten Kanal auf ein I/O-Modul, welches die Kanäle in sich vereinigt und aus den verschiedenen Signalen, die von den verschiedenen Kanälen im I/O-Modul empfangen werden, ein Signal erzeugt, welches auf ein vorher genanntes Bussystem übertragen wird.
-
Kanalübergreifende Funktionen werden bisher üblicherweise in speziellen Modulen, die alle benötigten Kanäle beinhalten, gelöst. Vielfach gibt es dabei je nach Anwendung leicht unterschiedliche Anforderungen, wie verschiedene Meßbereiche, galvanische Trennung der Sensoren und Aktoren oder Zusatzfunktionen wie Triggerein- und Ausgänge. Dies führt zu einer Variantenvielfalt der Module oder zu komplexen funktionsüberladenen Modulen, die dann meist auch entsprechend teuer sind.
-
Beispiele für kanalübergreifende Funktionen sind:
- - Dehnungsmessstreifen (Spannung und Strom)
- - Zähler mit Latch/Reset Signalen
- - Netzmesstechnik („Grid“)
-
Nachteil der kanalübergreifenden Funktionen mit daran angepassten speziellen Modulen ist jedoch, dass jedes Modul an eine spezielle Anwendung angepasst werden muss.
-
Jede spezielle Anwendung braucht ein spezielles Modul, und es ist nicht möglich, ein universelles Modul zu verwenden, dessen Eigenschaften erst später festgelegt werden.
-
Insbesondere ist auch eine Interaktion zwischen Modulen, die auf einer gemeinsamen Verbindungsschiene angeordnet sind, nicht vorgesehen.
-
Bei limitierter Baugröße, z. B. für einen Messgeräteschrank oder dergleichen besteht der Nachteil, dass man nicht alle Modulanforderungen in einem einzigen Modul vereinigen kann. In diesem Fall benötigt man eine Vielzahl unterschiedlicher I/O-Module, der eingangs genannten Art, die jeweils ein oder mehrere Kanäle für die Kommunikation mit einem oder mehrerer Sensoren beinhalten.
-
Die Baugröße ist im Übrigen nicht durch den Einbauraum beschränkt, sondern durch die Modulgehäuse, die besonders schlank und einfach aufgebaut sein sollen.
-
Ein Standardmodul, wie es in der bisherigen Technik verwendet wird, hat etwa Abmessungen von 80 mm, bei 50 mm x 120 mm.
-
Damit ist die Baugröße und der Einbauraum im wesentlichen Maße beschränkt.
-
Die Werte der einzelnen Sensoren und Aktoren werden im I/O-Modul ausgewertet und über ein Bussystem zur Verdrahtungsschiene gesendet. An dieser Verdrahtungsschiene können weitere I/O-Module mit Sensoren und Aktoren angeschlossen sein.
-
Nachteil dieses Standes der Technik ist, dass die großen Module Spezialausführungen und Sonderbauformen sind, die nicht in einem Standardgehäuse Platz finden. Das macht die Anfertigung eines Spezialmoduls teuer und aufwendig.
-
Ein solches Spezialmodul kann auch nicht für spezielle Wünsche angepasst werden, z. B. wenn dieses Modul einen Messkanal oder Kommunikationskanal mehr aufweisen soll oder dergleichen. Hieraus ergibt sich, dass die bisher verwendeten, an die spezielle Messaufgabe angepassten Spezialmodule ungünstig sind, weil sie eine Spezialanfertigung sind, in ihrer Bauform groß und nur für einen einzigen Anwendungszweck anwendbar sind.
-
Es ist eine weitere Anordnung eines Modul-Systems mit Busanbindung bekannt geworden, bei der die kanalübergreifenden Funktionen von den Sensoren und Aktoren von lediglich nur noch einem einzigen I/O-Modul bewerkstelligt wird.
-
Demnach ist für jeden Sensor und für jeden Aktor ein jeweils separater Kommunikationskanal vorhanden und jeder Kommunikationskanal wird in einem I/O-Modul verwaltet, so dass sich pro Kommunikationskanal jeweils ein I/O-Modul ergibt.
-
Dies bedeutet, dass eine Vielzahl von I/O-Modulen jeweils mit ihren Kommunikationsmodulen an die spezielle Messaufgabe des Sensors oder des angeschlossenen Aktors angepasst werden müssen und die Module kommunizieren über den Systembus miteinander. Auch wenn es einen zweiten Systembus für spezielle Aufgaben geben würde, z. B. der Sicherheitsaufgaben erfüllt, sind die I/O-Module in ihrer Aufgabe festgelegt, denn sie sind über ein starres Bussystem miteinander gekoppelt.
-
Ein solches bekanntes Bussystem, mit dem die I/O-Module miteinander gekoppelt sind, ist z. B. der Profinet-Bus, der keine durchgehende Kanalverbindung vorsieht, sondern der mit seinen Busanschlüssen jeweils durch die I/O-Module hindurchgeschleift ist.
-
Auf diese Weise gibt es keine gemeinsame Verdrahtungsebene, sondern der Bus ist durch jedes I/O-Modul hindurchgeführt, was mit dem Nachteil eines hohen Bauaufwandes, Wartungsaufwandes beim I/O-Modul verbunden ist, und außerdem einen hohen Aufwand für die Steuerung und die Verwaltung der I/O-Module bedeutet.
-
So zeigt auch die US 2016/ 0092388 A1 eine Identifizierungssignalleitung, die durch jedes Modul geführt wird. Die Identifikationssignalleitung wird von einer Eingangsseite des Moduls aus durch das Modul hindurch zu seiner Ausgangsseite geleitet. Somit kann ein Signal auf der Identifikationssignalleitung durch das eine Modul hindurch zu einem angrenzenden Modul geleitet werden, wobei jedem Slave-Modul über ein Signal eine Adresse zugeordnet wird. Die Identifikationssignalleitung erkennt wenn einem Modul bereits eine Adresse zugeordnet ist, und welchem benachbarten Modul als nächstes eine Adresse zugewiesen werden soll.
-
Die Nachteile eines solchen an sich bekannten Bussystems sind Folgende:
- - Die Modul-zu-Modulkommunikation belastet den Systemaufbau und muss bei der Systementwicklung vorgesehen werden.
- - Die Kommunikation ist zeitlich auf den Systembus limitiert („Zyklen“)
- - Die Kommunikation ist signaltechnisch auf den Systembus limitiert.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine flexiblere Anbindung der Module an eine gemeinsame Verdrahtungsschiene zu ermöglichen.
-
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der bus-gebundenen Kommunikationsverbindung zwischen den einzelnen I/O-Modulen eine unmittelbare und direkte, elektrisch leitfähige Verdrahtungsverbindung zwischen den I/O-Modulen besteht.
-
Wesentliches Merkmal ist, dass das Modulsystem in an sich bekannter Weise mit einer Busanbindung auf einem gemeinsamen Bus arbeitet, dass aber zwischen den einzelnen Modulen zusätzlich eine Direkt-Drahtverbindung besteht.
-
Dabei wird es bevorzugt, wenn benachbarte Module unmittelbar und direkt über Verdrahtungsverbindung verbunden sind.
-
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der entscheidende Vorteil, dass nun über eine Direkt-Drahtverbindung zwischen den einzelnen Modulen die zeitaufwendige und langsame Verbindungsleitung über den Verbindungsbus zwischen dem Modul entfällt und dass stattdessen eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung direkt zwischen den Modulen besteht, die insbesondere als Direkt-Drahtverbindung ausgebildet sein kann.
-
Damit ergibt sich der Vorteil, dass jedem Modul nun eine besondere und einfache Aufgabe zugeordnet werden kann, wie z. B. das eine Modul dient als Master, welches bestimmte Messergebnisse verarbeitet, während das zweite Modul lediglich die Eingangsspannungen von verschiedenen Sensoren misst, das dritte Modul den Eingangsstrom von verschiedenen Aktoren misst und das vierte Modul beispielsweise als Relaismodul ausgebildet ist.
-
Es ist nun nach der technischen Lehre der Erfindung nicht mehr notwendig, diese vier genannten Module in einem Kombinationsmodul unterzubringen, sondern erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedes einzelne Modul seine spezielle und nur für diesen Anwendungszweck angepasste Funktion aufweist. So sieht die Erfindung vor, dass das Verarbeitungsmodul separat von dem Spannungsmodul ausgebildet ist und das Strommodul wiederum separat von dem Relaismodul. Es werden also Standardmodule geschaffen, die nur eine einzige, spezielle Mess- oder Verwaltungsaufgabe haben und es ist nicht mehr notwendig, diese Module in einem Kombinationsmodul zusammenzufassen.
-
Damit besteht der entscheidende Vorteil, dass durch die Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen den Modulen nunmehr es erstmals möglich ist, eine Umgehung des Verbindungsbusses zu schaffen, was zu einer wesentlich schnelleren Datenverbindung führt.
-
Eine solche Direkt-Drahtverbindung hat den weiteren Vorteil, dass nun unmittelbar zwischen den Modulen eine Pegelanpassung durchgeführt werden kann, wenn z. B. das eine Modul mit einem Pegel von 5 Volt arbeitet, das andere Modul aber mit einem Pegel von 24 Volt. Nun ist es über die Direkt-Drahtverbindung möglich, eine Pegelanpassung zwischen den Modulen durchzuführen, weil diese über die Punkt-zu-Punktverbindung direkt elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind.
-
Dies wäre bei einer alleinigen Anbindung der Module über ein Bussystem nicht möglich, weil ein Bussystem eine solche Pegelanpassung nicht ermöglicht.
-
Die Direkt-Drahtverbindung nach der Erfindung hat noch den weiteren Vorteil, dass die Module direkt gegeneinander austauschbar sind, so dass es einfach ist, z. B. das Spannungsmodul gegen ein anderes Spannungsmodul auszutauschen und ebenso das Strommodul gegen ein anderes Modul und ebenso das Relaismodul in ein andersartiges Relaismodul, welches z. B. statt drei Relaisausgängen nunmehr fünf Relaisausgänge aufweist.
-
Somit ergibt sich eine universelle Einsetzbarkeit von einzelnen, auf einzelne Funktionen beschränkte Module, die durch Direkt-Drahtverbindung miteinander verbunden sind, was bisher nicht bekannt war.
-
Abgrenzungsmerkmale:
- - keine Anschaltung zu einem übergeordneten Bus, sondern rein für die Modul-zu-Modul-Kommunikation
- ◯ Interne-Modul-Kommunikation beeinflusst übergeordnetes Bussystem nicht
- ◯ Komplette Unabhängigkeit bei der Modul-Kommunikation
- ◯ Busschiene bietet nur elektrische Verbindung
- ◯ den Rest machen die Module.
- ◯ Keine Festlegung auf elektrische Signale
- - Nebenläufig zum Hauptbus der Station
- ◯ Die beiden Busse können gegenseitig rückwirkungsfrei und ohne Zugriff auf gemeinsame Ressourcen betrieben werden.
- - „Freies Protokoll“
- ◯ Die an der „Gesamtaufgabe“ beteiligten Module „kennen einander“ (d.h. nicht auf ein bestimmtes Protokoll festgelegt, nur elektrische Verbindung)
- ◯ Kommunikation kann deshalb „einfach gehalten“ werden.
- ◯ Flexibel anzupassen an die Bedürfnisse der jeweiligen modulübergreifenden Aufgabe
- ◯ Einfacher Bus für einfachste Bedürfnisse
- - Kette von Punkt/Punkt-Verbindungen, die zu einem Bus zusammengeschalten werden
- ◯ Konfiguration dieser Zusammenschaltung (Ende der Kette) nur darüber, welche Module angesteckt werden
- ◯ Unterschiedliche Protokolle auf den verschiedenen „Bus-Inseln“ einer Station möglich
- ◯ Unterschiedliche Signalpegel auf den verschiedenen „Bus-Inseln“ einer Station möglich
- - Muss nicht „von außen“ konfiguriert werden
- ◯ Die relevanten Module „kennen einander“ und ihre Aufgabe
- ◯ Die angesteckten Module bestimmen, was über den Bus läuft
- - Varianten entstehen durch unterschiedliche Kombinationen von Modulen
- ◯ Einfache und kostengünstige Anpassungen an wechselnde Anforderungen
-
Besonderer Vorteil der Erfindung ist somit, dass man nunmehr eine schnelle Kommunikationsverbindung über die vorgesehene Draht-Verbindung verwenden kann, ohne dass ein verbindendes Bussystem verwendet werden muss. Das Bussystem wird also durch die erfindungsgemäße Punkt-zu-Punkt-Verbindung überbrückt und umgangen, wenn es um die spezielle Anpassung von Pegeln, Signalen oder dergleichen zwischen einander zugeordneten separaten Modulen geht.
-
Die Verwendung einer Direkt-Drahtverbindung zwischen einzelnen Modulen ist nicht darauf beschränkt, dass zwischen benachbarten Modulen eine solche Drahtverbindung angeordnet ist. Es wird bevorzugt, dass diese Drahtverbindung auf eine gemeinsamen Verbindungsschiene angeordnet ist, so dass die Möglichkeit besteht, dass auf diese Verbindungsschiene eine Vielzahl von Drahtverbindungen vorhanden ist, und die einzelnen Module direkt über bevorzugte Steckverbindungen mit der Verbindungsschiene gekoppelt sind.
-
Auf diese Weise ist es jeweils über ohmsche Kontakte möglich, d. h. über einfache Steckverbindungen, jedes Modul mit einem beliebigen anderen Modul über eine direkte Drahtverbindung zu verbinden.
-
Es ist also nicht unbedingt erforderlich, benachbarte Module mit einer Drahtverbindung zu verbinden, sondern es können beliebige Module mit einer Direkt-Drahtverbindung miteinander gekoppelt werden.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die direkten Drahtverbindungen auch schaltbar ausgebildet sind.
-
Als „schaltbar“ wird verstanden, dass in den Direkt-Drahtverbindungen Umschalter vorhanden sind, die entweder die Drahtverbindungen öffnen oder schließen können oder auch die Drahtverbindung von einem Drahtleiter auf einen anderen, daran angeschlossenen Drahtleiter umschalten können.
-
Es wird also sowohl ein Abschalten als auch ein Umschalten vorgeschlagen.
-
Die Umschalter können also beliebiger Weise ausgeführt werden. Sie können als elektrisch kontaktierbare Schalter ausgebildet sein, sie können aber auch als Signalkoppler ausgebildet sein oder als elektrische Schaltelemente, wie z.B. Feldeffekttransistoren.
-
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
-
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
-
Es zeigen:
- 1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bussystems mit Modulen nach dem Stand der Technik
- 2: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Bussystems mit Modulen nach dem Stand der Technik
- 3: eine bevorzugte Ausführungsform eines Modulsystems mit Direkt-Drahtverbindung nach der Erfindung
- 4: ein funktionelles Schaltbild des Aufbaus nach 3
- 5: ein schematisiertes Schaltbild für die Verwirklichung der Direkt-Drahtverbindungen nach dem Ausführungsbeispiel der 3 und 4
- 6: ein Funktionsschaltbild mit einer erweiterten Funktion bezüglich der Direkt-Drahtverbindung in 5
-
In 1 ist allgemein ein Modulsystem nach dem Stand der Technik dargestellt, bei dem erkennbar ist, dass in einem Messmodul 4 eine Anzahl von Sensoren 1, 2 und ein oder mehrere Aktoren 3 angeordnet sind.
-
Nachteil ist, dass das I/O-Modul 7 aufgrund der Vielzahl von angeschlossenen Sensoren 1, 2 und Aktoren 3 relativ aufwendig zu fertigen ist und eine spezielle Mess- und Regelaufgabe anpassbar sein muss.
-
Jeder Sensor 1, 2 und Aktor 3 arbeitet über einen eigenen Kommunikationskanal 20a, 20b, 20c auf ein I/O-Modul 7, was mit dem Nachteil verbunden ist, dass das I/O-Modul aufgrund der Vereinigung von verschiedenen Kanälen 20a, 20b, 20c an die spezielle Messaufgabe angepasst werden muss.
-
In an sich bekannter Weise ist das I/O-Modul 7 über ein Bussystem 10 mit einer Verbindungsschiene 13 gekoppelt.
-
Die Verbindungsschiene besteht aus einer Anzahl von Leitungsverbindungen und bildet die Verbindung des Bussystems 10 zu dem benachbarten Bussystem 11 und/oder 12.
-
Die 1 - nach dem Stand der Technik - zeigt auch, dass einem Sensor 5 zwei unterschiedliche Kanäle zugeordnet werden können, die hier als 20a und 20b bezeichnet sind und die in einem eigenen I/O-Modul 8 zusammengefasst sind. Ebenso ist als Beispiel in 1 dargestellt, dass ein Aktor 6 über ebenfalls mehrere Kanäle 20a, 20b mit einem I/O-Modul 9 in Verbindung steht, wobei alle I/O-Module 7, 8, 9 über die zugeordneten Bussysteme 10, 11, 12 elektrisch leitfähig mit der Verbindungsschiene 13 verbunden sind.
-
Die Bussysteme 10, 11, 12 können nach dem Stand der Technik beliebig ausgebildet sein, z. B. als Profinet, Canbnet, Ethercat-Bus und dergleichen mehr.
-
Die 2 zeigt ebenfalls ein Modulsystem mit Bussystem nach dem Stand der Technik, wo erkennbar ist, dass nunmehr die aufwendigen I/O-Module 7, 8, 9 nach 1 nunmehr in einzelne Module aufgeteilt sind, so dass mit den I/O-Modulen 14, 15, 16 dargestellt ist, dass jedes I/O-Modul an seine spezielle Messaufgabe angepasst ist, wodurch sich ein flexiblerer Aufbau ergibt.
-
Kennzeichnend für dieses nach dem Stand der Technik bestehende System gemäß 2 ist, dass durch alle I/O-Module 14, 15, 16, 8, 9 ein sogenannter Systembus 17 hindurchgeschleift ist, was bedeutet, dass in dem jeweiligen I/O-Modul auch die Verwaltung des Systembusses 17 angeordnet werden kann, was insgesamt die Datenverarbeitung und die Kommunikation zwischen den I/O-Modulen 8, 9 und 14, 15, 16 aufwendig schwierig und langsam gestaltet. Außerdem ist der Herstellungsaufwand für derartige Module, die ihre Bussystemkomponenten direkt beinhalten, außerordentlich hoch.
-
Die Anordnung derartiger Module sind flexibel, weil das Bussystem (Systembus 17) an die jeweiligen Module angepasst werden und für alle Module gleich ausgebildet sein muss, was zu Kompromissen bei der Auslegung führt.
-
Nachteil dieser Anordnung nach dem Stand der Technik ist also, dass eine direkte Leitungsverbindung zwischen den I/O-Modulen 8, 9, 14, 15, 16 fehlt, was wiederum mit dem Nachteil verbunden ist, dass die Module nicht direkt miteinander kommunizieren können, sondern nur über den verwendeten Systembus 17 und eine Pegelanpassung und die Lösung spezieller Aufgaben, die eine schnelle Kommunikation erfordern, was mit einem solchen Ausführungsbeispiel nicht möglich ist.
-
Nachdem die Datenkommunikation von dem Takt auf den Systembus 17 abhängt, ist es z. B. nicht möglich, einen individuellen Takt zwischen benachbarten oder einander zugeordneten I/O-Modulen vorzusehen, was als schwerwiegender Nachteil angesehen wird.
-
Hier setzt die Erfindung ein, die gemäß 3 nunmehr vorsieht, dass ein Messmodul 4, welches entweder einzelnen Sensoren 1, 2 und Aktoren 3 oder auch separate Sensoren 5, 6 aufweisen kann, mit jeweils einem universell arbeitenden I/O-Modul 8, 9, 14, 15, 16 in Verbindung steht.
-
Hier wird also gemäß dem Stand der Technik nach 2 bereits schon ein universelles I/O-Modul vorgeschlagen, und in einer Weiterbildung der Erfindung ist es nun vorgesehen, dass eine direkte Verdrahtungsverbindung 18 zwischen einzelnen I/O-Modulen 8, 9, 14-16 vorgesehen ist.
-
Zwar zeigt das Ausführungsbeispiel nach 3 nur eine direkte Verdrahtungsverbindung 18 zwischen benachbarten Modulen. Darauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt.
-
Wichtig ist jedenfalls, dass auf der Verbindungsschiene 13 direkte leitfähige Drahtverbindungen, wie z. B. auch leitfähige Leiterbahnen vorhanden sind, die eine Verdrahtungsverbindung 18 zwischen einzelnen Modulen 8, 9, 14-16 ermöglichen. Die direkte und unmittelbare Verdrahtungsverbindung 18 wird mittels Drahtbrücken 31 zwischen den Modulen 8, 9, 14-16 gebildet.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Module über Steckverbindungen 19 mit der Verbindungsschiene 13 elektrisch leitfähig verbunden sind und die gegenseitige Verbindung über die Drahtbrücken 31 erfolgt.
-
Es ist nur angedeutet, dass die Verbindungsschiene 13 selbst über eine Busschiene 32 mit einem Bussystem, wie z. B. einen Feldbus 21, mit einer übergeordneten Verwaltungseinheit verbunden ist.
-
Wichtig ist, dass beim Einstecken eines Moduls 8, 9, 14-16 mit Hilfe einer Steckverbindung 19 nunmehr eine direkte elektrisch leitfähige Verbindung über die jeweilige Drahtbrücke 31 zwischen einzelnen Modulen hergestellt werden kann, wodurch der Vorteil besteht, dass über diese elektrisch leitfähige Drahtverbindung oder Leitungsverbindung nunmehr unterschiedliche Pegel von dem einen Modul zum anderen übertragen werden können, dass unterschiedliche Taktverbindungen vorhanden sein können, und dass eine Zeitsynchronisation stattfinden kann zwischen unterschiedlichen Modulen, die völlig unabhängig von dem Feldbussystem 21 ist.
-
Somit können durch die Verschaltung der Module direkt und unmittelbar über Drahtbrücken 31 die gemeinsame Aufschaltung auf ein Bussystem vermieden werden, was eben nur einheitliche Taktverbindungen, einheitliche Pegel und eine einheitliche Zeitsynchronisation erlaubt.
-
Ebenso sind alle Signale vollkommen unabhängig von den Bussystemen 10-12.
-
Damit ergibt sich eine gegenüber dem Stand der Technik gesteigerte Erweiterbarkeit und universelle Verwendbarkeit derartiger I/O-Module, denn sie können über spezielle Drahtverbindungen, die auf der Verbindungsschiene 13 aufsetzen, nunmehr individuell konfiguriert werden, ohne dass es des Einsatzes des verwaltenden Bussystems (z. B. des Feldbusses 21) bedarf. Die Verbindungschiene 13 dient nur zur Halterung der Drahtbrücken 31. Diese könnten auch ohne Verbindungsschiene 13 von Modul zu Modul verlegt sein.
-
Die 4 zeigt das vereinfachte elektrische Schaltbild, bei dem erkennbar ist, dass nun unmittelbar erfindungsgemäß eine Verdrahtungsverbindung 18a zwischen den einzelnen Modulen 14, 15 vorhanden ist, und die Verdrahtungsverbindung 18a z. B. über eine Steckverbindung 19 zwischen den Modulen erbracht werden kann.
-
Statt einer Steckverbindung können auch dauerhafte Verdrahtungsverbindungen vorgesehen werden oder auch Leitungskoppler oder dergleichen mehr.
-
Wichtig ist, dass über die direkte Verdrahtungsverbindung 18a zwischen den Modulen 14, 15 nunmehr unabhängig von den Bussystemen 10, 11 und dem Feldbus 21 eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Modulen besteht, die als Punkt-zu-Punkt-Verbindung ausgebildet ist und über die wesentlich einfacher Datenpakete übermittelt werden können, die im Takt möglicherweise unabhängig vom Bustakt sind.
-
Die 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel, wie die Leitungsverbindungen auf eine Verbindungsschiene 13 ausgebildet sein könnten.
-
Es ist dargestellt, dass die einzelnen Module 14, 15 über ihre Steckverbindungen 19 und zugeordnete Steckkontakte 25 sowohl mit dem Bussystem 10, 11 miteinander verbunden sind und auf einem Koppelmodul 13a geschaltet sind, und es ist ebenfalls dargestellt, dass in der Steckverbindung 19 noch über zusätzliche Steckkontakte 25 die direkte, elektrisch leitfähige Verdrahtungsverbindung 18 auf der Verbindungsschiene 13 angeordnet ist.
-
Also das Bussystem 10, 11 ist über das Koppelmodul 13a auf den Feldbus 21 geschaltet, der der gemeinsame Verwaltungsbus darstellt. Wichtig ist jedoch, dass über die Steckkontakte 25 auch die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen einzelnen Modulen hergestellt wird.
-
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verbindung von einzelnen Modulen in Form einer Parallelverbindung beschränkt. Es kann auch eine serielle Leitungsverbindung vorgesehen sein, die durch einige oder alle Module hindurchgeschleift ist, wie dies beispielsweise in 6 dargestellt ist.
-
Die 6 zeigt demgemäß, dass die gemeinsame Verdrahtungsverbindung 18 durch alle Module 14, 15, 16 hindurchgeschleift ist, dass aber in den Modulen Schaltelemente 26, 27, 28 vorhanden sind, die in der Lage sind, entweder die Verbindungsleitungen 22, 23, 24 abzuschalten und in dem jeweiligen Modul totzulegen oder diese Schaltelemente 26, 27, 28 sind als Umschalter ausgebildet und sind deshalb in der Lage z. B. die Verbindungsleitung 22 über dem Umschalter 26 auf eine modulinterne Verbindungsleitung 30 zu schalten.
-
Gleiches ist in der 6 in dem mittleren Modul 15 dargestellt, wo der obere Umschalter (Schaltelement 28) in der Lage ist, die Verbindungsleitung 24 auf eine modulinterne Verbindungsleitung 29 zu schalten.
-
Die modulinternen Verbindungsleitungen 29, 30 können entweder im Modul verbleiben und bestimmte Verdrahtungsarbeiten ausführen, sie können jedoch auch als separate Leitungen auf ein anderes Modul geschaltet werden.
-
Wichtig bei der Erfindung ist demnach eine schnelle, unmittelbar zwischen dem Modul 14, 15, 16 wirkende Verdrahtungsverbindung 18, die eine Pegelanpassung, einen getrennten Systemtakt, die schnelle Übermittlung von Daten und dergleichen ermöglicht, wobei die Verbindung unabhängig von der Busverbindung und den Buskopplern ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sensor
- 2
- Sensor
- 3
- Aktor
- 4
- Messmodul
- 5
- Sensor
- 6
- Aktor
- 7
- I/O-Modul
- 8
- I/O-Modul
- 9
- I/O-Modul
- 10
- Bussystem
- 11
- Bussystem
- 12
- Bussystem
- 13
- Verbindungsschiene 13a Koppelmodul
- 14
- I/O-Modul
- 15
- I/O-Modul
- 16
- I/O-Modul
- 17
- Systembus (Ethercat)
- 18
- Verdrahtungsverbindung (Punkt-zu-Punkt) a, b
- 19
- Steckverbindung
- 20
- Kanal a, b, c
- 21
- Feldbus
- 22
- Verbindungsleitung
- 23
- Verbindungsleitung
- 24
- Verbindungsleitung
- 25
- Steckkontakt
- 26
- Schaltelement
- 27
- Schaltelement
- 28
- Schaltelement
- 29
- Verbindungsleitung
- 30
- Verbindungsleitung
- 31
- Drahtbrücken
- 32
- Busschiene
