DE102019110592A1

DE102019110592A1 - Modular switch for use in a data transmission and control system

Info

Publication number: DE102019110592A1
Application number: DE102019110592.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Müller
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2019-04-24
Filing date: 2019-04-24
Publication date: 2020-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft einen modularen Switch (30) zum Einsatz in einem Datenübertragungs- und Steuerungssystem (10). Der modulare Switch (30) weist folgende Merkmale auf: ein erstes Modul (31), welches ein erstes, eine ethernetbasierte Kommunikation unterstützendes Bussegment (120) und wenigstens eine erste Schnittstelle (40-42), an die vorzugsweise ein zwei-, oder vier- oder achtadriges Kabel (22) zum Übertragen von Ethernet-Datenpaketen anschließbar ist, aufweist, ein zweites Modul (32), welches ein zweites, eine ethernetbasierte Kommunikation unterstützendes Bussegment (121) und mehrere zweite Schnittstellen (50-52) aufweist, an die jeweils ein externes ethernetfähiges E/A-Gerät (90, 110) mit einer 2-Draht-Schnittstelle (91, 111) über eine 2-Draht-Leitung (100, 101) zum Übertragen von Ethernet-Datenpaketen anschließbar ist, wobei das erste Modul (31) und das zweite Modul (32) jeweils in einem separaten Gehäuse angeordnet sind und jeweils eine Schnittstelle (47, 53) zum elektrischen Koppeln des ersten und zweiten Bussegments (120, 121) aufweisen.The invention relates to a modular switch (30) for use in a data transmission and control system (10). The modular switch (30) has the following features: a first module (31), which has a first bus segment (120) supporting Ethernet-based communication and at least one first interface (40-42), to which preferably a two or four - or eight-wire cable (22) can be connected for transmitting Ethernet data packets, has a second module (32) which has a second bus segment (121) supporting Ethernet-based communication and several second interfaces (50-52) to which An external Ethernet-compatible I / O device (90, 110) with a 2-wire interface (91, 111) can be connected via a 2-wire line (100, 101) for transmitting Ethernet data packets, the first Module (31) and the second module (32) are each arranged in a separate housing and each have an interface (47, 53) for electrically coupling the first and second bus segments (120, 121).

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Switch, der insbesondere in einem Datenübertragungs- und Steuerungssystem, wie zum Beispiel in einem Automatisierungssystem, zum Einsatz kommen kann, so wie ein Datenübertragungs- und Steuerungssystem mit einem solchen modularen Switch.The invention relates to a modular switch which can be used in particular in a data transmission and control system, such as, for example, in an automation system, such as a data transmission and control system with such a modular switch.

Ganz allgemein zeichnet sich ein Automatisierungssystem dadurch aus, dass mehrere Sensoren und Aktoren über ein Übertragungsmedium mit einer überlagerten Steuerungseinrichtung Daten austauschen können. Um die Installation eines Automatisierungssystems zu strukturieren und zu vereinfachen, können sogenannte I/O-Module vorgesehen sein, die über das Übertragungsmedium mit der überlagerten Steuerung verbunden sind, wobei an jedes I/O-Modul mehrere Sensoren und Aktoren angeschlossen werden können.In general, an automation system is characterized in that several sensors and actuators can exchange data with a higher-level control device via a transmission medium. In order to structure and simplify the installation of an automation system, so-called I / O modules can be provided, which are connected to the higher-level controller via the transmission medium, with multiple sensors and actuators being able to be connected to each I / O module.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen modularen Switch zum Einsatz in einem Datenübertragungs- und Steuerungssystem bereitzustellen, der eine einfache Skalierung des Datenübertragungs- und Steuerungssystems sowie eine flexible Anpassung eines Datenübertragungs- und Steuerungssystems an unterschiedliche Übertragungsmedien und verschiedene Kommunikationsprotokolle ermöglicht.The invention is based on the object of providing a modular switch for use in a data transmission and control system, which enables simple scaling of the data transmission and control system and flexible adaptation of a data transmission and control system to different transmission media and different communication protocols.

Ein Kerngedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, einen aus Modulen flexibel aufbaubaren Switch zu schaffen, bei dem die interne Kommunikation, d.h. die Kommunikation zwischen den Modulen und insbesondere zwischen den Schnittstellen bzw. Anschlussports der Module sowie vorzugsweise zu einer externen, an den modularen Switch angeschlossene Steuerungseinrichtung gemäß dem Ethernet-Kommunikationsprotokoll erfolgt, während die Kommunikation zwischen den Schnittstellen der Module und den an diesen Schnittstellen angeschlossenen elektronischen oder elektrischen Geräten über unterschiedliche Übertragungsmedien erfolgen kann.A core idea of the invention can be seen in creating a switch which can be flexibly constructed from modules and in which the internal communication, i.e. the communication between the modules and in particular between the interfaces or connection ports of the modules and preferably to an external control device connected to the modular switch takes place in accordance with the Ethernet communication protocol, while the communication between the interfaces of the modules and the electronic or connected to these interfaces electrical devices can take place via different transmission media.

Das oben genannte technische Problem wird zum einen durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The above-mentioned technical problem is solved on the one hand by the features of claim 1.

Demnach ist ein modularer Switch zum Einsatz in einem Datenübertragungs- und Steuerungssystem vorgesehen, wobei der modulare Switch folgende Merkmale enthält:

Ein erstes Modul, welches ein erstes, eine ethernetbasierte Kommunikation unterstützendes Bussegment und wenigstens eine erste Schnittstelle zum Senden und Empfangen, von Ethernet-Datenpaketen aufweist, wobei die wenigstens eine erste Schnittstelle mit dem ersten Bussegment elektrisch verbunden ist,
ein zweites Modul, welches ein zweites, eine ethernetbasierte Kommunikation unterstützendes Bussegment und mehrere zweite Schnittstellen aufweist, an die jeweils ein externes ethernetfähiges Gerät mit einer 2-Draht-Schnittstelle über eine 2-Draht-Leitung zum Übertragen von Ethernet-Datenpaketen anschließbar ist. Auf diese Weise kann eine Ethernet-Kommunikation zwischen dem zweiten

Accordingly, a modular switch is provided for use in a data transmission and control system, the modular switch containing the following features:

A first module which has a first bus segment supporting Ethernet-based communication and at least one first interface for sending and receiving Ethernet data packets, the at least one first interface being electrically connected to the first bus segment,
a second module, which has a second bus segment supporting Ethernet-based communication and several second interfaces, to each of which an external Ethernet-capable device with a 2-wire interface can be connected via a 2-wire line for transmitting Ethernet data packets. In this way an Ethernet communication between the second

Bussegment und dem jeweiligen externen ethernetfähigen Gerät ermöglicht werden. Die zweiten Schnittstellen sind elektrisch mit dem zweiten Bussegment verbunden, wobei das erste Modul und das zweite Modul jeweils in einem separaten Gehäuse angeordnet sind und jeweils eine Schnittstelle zum elektrischen Koppeln des ersten und zweiten Bussegments aufweisen. Bei den zweiten Schnittstellen des zweiten Moduls und der 2-Draht-Schnittstelle des ethernetfähigen Geräts kann es sich jeweils beispielsweise um eine Single-Pair-Ethernet-Schnittstelle handeln, während die 2-Draht-Leitung als Single-Pair-Ethernet-Leitung ausgebildet sein kann.Bus segment and the respective external Ethernet-capable device. The second interfaces are electrically connected to the second bus segment, the first module and the second module each being arranged in a separate housing and each having an interface for electrically coupling the first and second bus segments. The second interfaces of the second module and the 2-wire interface of the Ethernet-compatible device can each be, for example, a single-pair Ethernet interface, while the 2-wire line can be designed as a single-pair Ethernet line can.

Angemerkt sei, dass es sich bei dem Datenübertragungs- und Steuerungssystem beispielsweise um ein industrielles Automatisierungssystem oder ein gebäudetechnisches Automatisierungssystem und bei dem externen ethernetfähigen Gerät um ein ethernetfähiges E/A-Gerät, wie zum Beispiel einen Sensor oder Aktor, handeln kann.It should be noted that the data transmission and control system can be, for example, an industrial automation system or a building automation system and the external Ethernet-compatible device can be an Ethernet-compatible I / O device, such as a sensor or actuator.

Das erste Modul kann wenigstens eine optische Schnittstelle zum Anschließen eines Lichtwellenleiters aufweist, wobei die optische Schnittstelle über einen elektrooptischen Wandler mit dem ersten Bussegment verbunden ist, und/oder die wenigstens eine erste Schnittstelle kann zum Anschließen eines zwei-, oder vier- oder achtadrigen Kabels ausgebildet sein.The first module can have at least one optical interface for connecting an optical fiber, the optical interface being connected to the first bus segment via an electro-optical converter, and / or the at least one first interface for connecting a two-, four- or eight-wire cable be trained.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der modulare Switch um ein drittes Modul erweitert werden, welches mehrere dritte Schnittstellen und ein drittes, eine ethernetbasierte Kommunikation unterstützendes Bussegment aufweist, wobei die dritten Schnittstellen jeweils als 10-Link-Schnittstellen zum Anschließen eines externen IO-Link-Geräts ausgebildet und jeweils über ein Gateway mit dem dritten Bussegment verbunden sind, wobei das dritte Modul in einem separaten Gehäuse angeordnet ist und wenigstens eine Schnittstelle zum elektrischen Koppeln des dritten Bussegments mit dem ersten oder zweiten Bussegment aufweist.According to an advantageous development, the modular switch can be expanded by a third module, which has several third interfaces and a third bus segment supporting Ethernet-based communication, the third interfaces each as 10-link interfaces for connecting an external IO-Link device and are each connected to the third bus segment via a gateway, the third module being arranged in a separate housing and having at least one interface for electrically coupling the third bus segment to the first or second bus segment.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der modulare Switch optional oder zusätzlich um ein viertes Modul erweitert werden, welches mehrere vierte Schnittstellen und ein viertes, eine ethernetbasierte Kommunikation unterstützendes Bussegment aufweist, wobei die vierten Schnittstellen jeweils als drahtlose Schnittstellen zum Anschließen eines externen drahtlosen Geräts ausgebildet und jeweils über ein Gateway mit dem vierten Bussegment verbunden sind, wobei das vierte Modul in einem separaten Gehäuse angeordnet ist und wenigstens eine Schnittstelle zum elektrischen Koppeln des vierten Bussegments mit einem der Bussegmente aufweist.According to an advantageous development, the modular switch can optionally or additionally be expanded by a fourth module which supports several fourth interfaces and a fourth, Ethernet-based communication Has bus segment, the fourth interfaces each designed as wireless interfaces for connecting an external wireless device and each connected to the fourth bus segment via a gateway, the fourth module being arranged in a separate housing and at least one interface for electrically coupling the fourth bus segment with one of the bus segments.

Um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen, können die Gehäuse der Module in einer Seite-an-Seite-Anordnung unmittelbar nebeneinander anreihbar sein. Die Gehäuse der Module können zum Bespiel mechanische Rastelemente aufweisen, die ein mechanisches Zusammenfügen der Module erleichtern.To enable a compact design, the housings of the modules can be lined up in a side-by-side arrangement directly next to one another. The housings of the modules can have, for example, mechanical locking elements that facilitate mechanical assembly of the modules.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Gehäuse der Module Rastelemente aufweisen, mittels derer die Gehäuse an einer Tragschiene aufgerastet werden können. According to an advantageous development, the housings of the modules can have locking elements, by means of which the housings can be locked onto a mounting rail.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der modulare Switch eine interne Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, die Übertragung von Ethernet-Datenpaketen über die Bussegmente zu oder von den Schnittstellen zu steuern. Vorzugsweise ist die interne Steuereinheit im ersten Modul implementiert. Denkbar ist, dass die interne Steuereinheit auch in einem separaten Modul, oder einem der zweiten bis vierten Module des modularen Switchs implementiert ist.According to an advantageous development, the modular switch has an internal control unit which is designed to control the transmission of Ethernet data packets via the bus segments to or from the interfaces. The internal control unit is preferably implemented in the first module. It is conceivable that the internal control unit is also implemented in a separate module or one of the second to fourth modules of the modular switch.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung kann das erste Modul mehrere optische Schnittstelle zum Anschließen jeweils eines Lichtquellenleiters aufweisen, wobei die optischen Schnittstellen jeweils über einen elektrooptischen Wandler mit dem ersten Bussegment verbunden sind. Denkbar ist, dass zusätzlich oder optional optische Schnittstellen zum Anschließen jeweils eines Lichtwellenleiters in dem zweiten, und/oder dritten, und/oder vierten und/oder in einem weiteren Modul implementiert sein können, wobei jede optische Schnittstelle dann über einen elektrooptischen Wandler, d.h. einen Medienkonverter, mit dem entsprechenden Bussegment verbunden ist.According to an expedient development, the first module can have a plurality of optical interfaces for connecting a respective light source conductor, the optical interfaces each being connected to the first bus segment via an electro-optical converter. It is conceivable that additional or optional optical interfaces for connecting a respective optical waveguide can be implemented in the second and / or third and / or fourth and / or in a further module, with each optical interface then via an electro-optical converter, i.e. a media converter is connected to the corresponding bus segment.

Das oben genannte technische Problem wird zum anderen durch die Merkmale des Anspruchs 9 gelöst.On the other hand, the technical problem mentioned above is solved by the features of claim 9.

Demnach ist ein Datenübertragungs- und Steuerungssystem vorgesehen, dass wenigstens einen modularen Switch nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8 enthält. Weiterhin weist das Datenübertragungs- und Steuerungssystem eine über ein zwei-, oder vier- oder achtadriges Kabel an eine der ersten Schnittstellen des ersten Moduls angeschlossene Steuerungseinrichtung und wenigstens ein ethernetfähiges Gerät, insbesondere ein ethernetfähiges E/A-Gerät, mit einer 2-Draht-Schnittstelle auf, welches über ein 2-Draht-Kabel an eine der zweiten Schnittstellen des zweiten Moduls modularen Switch zur Übertragung von Ethernet-Datenpaketen angeschlossen ist.Accordingly, a data transmission and control system is provided that contains at least one modular switch according to one of the preceding claims 1 to 8. Furthermore, the data transmission and control system has a control device connected to one of the first interfaces of the first module via a two-, four- or eight-wire cable and at least one Ethernet-compatible device, in particular an Ethernet-compatible I / O device, with a 2-wire Interface which is connected via a 2-wire cable to one of the second interfaces of the second module modular switch for the transmission of Ethernet data packets.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer einzigen Figur näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment in conjunction with a single figure.

In der Figur ist ein beispielhaftes Datenübertragungs- und Steuerungssystem 10 dargestellt, welches beispielsweise ein industrielles Automatisierungssystem sein kann. Das beispielhafte Automatisierungssystem 10 umfasst beispielsweise eine überlagerte ethernetfähige Steuerungseinrichtung 20, die als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet sein kann. Weiterhin kann das beispielhafte Automatisierungssystem 10 wenigstens einen modularen Switch 30 aufweisen. Unter dem Ausdruck „ethernetfähig“ ist vorzugsweise zu verstehen, dass eine Einrichtung zur Kommunikation gemäß dem Standard-Ethernet-Kommunikationsprotokoll ausgebildet ist.In the figure is an exemplary data transmission and control system 10 shown, which can be an industrial automation system, for example. The exemplary automation system 10 includes, for example, a higher-level, Ethernet-compatible control device 20th , which can be designed as a programmable logic controller (PLC). Furthermore, the exemplary automation system 10 at least one modular switch 30th exhibit. The expression “Ethernet-capable” is preferably to be understood as meaning that a device for communication is designed according to the standard Ethernet communication protocol.

Der modulare 30 Switch weist ein erstes Modul 31 auf, welches ein erstes Bussegment 120 und wenigstens eine erste ethernetbasierte Schnittstelle, vorzugsweise aber mehrere erste ethernetbasierte Schnittstellen 40 bis 42 aufweist, an die jeweils ein zwei-, oder vier- oder achtadriges Kabel 22 zum Anschließen eines externen elektronischen Geräts anschließbar ist. Die ersten Schnittstellen 40 bis 42 sind elektrisch mit dem ersten Bussegment 120 verbunden. Über das erste Bussegment 120 und die zwei-, oder vier- oder achtadrigen Kabel können vorzugsweise Ethernet-Datenpakete gemäß dem Standard Ethernet-Kommunikationsprotokoll übertragen werden. Die drei ersten Schnittstellen 40 bis 42 können beispielsweise als RJ45-Buchsen ausgebildet sein. Die Steuerungseinrichtung 20 weist eine ethernetbasierte Schnittstelle 21 auf. Somit kann die Steuerungseinrichtung 20 zum Senden und Empfangen von Ethernet-Datenpaketen beispielsweise über das zwei- oder vier- oder achtadrige Kabel 22 mit der ersten Schnittstelle 40 des ersten Moduls 31 elektrisch verbunden werden.The modular switch has a first module 31 on which a first bus segment 120 and at least one first Ethernet-based interface, but preferably a plurality of first Ethernet-based interfaces 40 to 42 has, to each of which a two-, four- or eight-wire cable 22nd can be connected for connecting an external electronic device. The first interfaces 40 to 42 are electrical with the first bus segment 120 connected. Via the first bus segment 120 and the two-, or four- or eight-wire cables can preferably be transmitted Ethernet data packets in accordance with the standard Ethernet communication protocol. The first three interfaces 40 to 42 can for example be designed as RJ45 sockets. The control device 20th has an ethernet-based interface 21st on. Thus, the control device 20th for sending and receiving Ethernet data packets, for example via the two-, four- or eight-wire cable 22nd with the first interface 40 of the first module 31 be electrically connected.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann das erste Modul 31 auch optische Schnittstellen 43 und 44 zum Anschließen jeweils eines Lichtwellenleiters aufweisen. Die beiden optischen Schnittstellen 43 und 44 sind jeweils über einen elektrooptischen Wandler 45 beziehungsweise 46 mit dem ersten Bussegment 120 verbunden. Die elektrooptischen Wandler fungieren hierbei als Medienkonverter.In the embodiment shown, the first module 31 also optical interfaces 43 and 44 each have a fiber optic cable for connecting. The two optical interfaces 43 and 44 are each via an electro-optical converter 45 respectively 46 with the first bus segment 120 connected. The electro-optical converters function here as media converters.

Der modulare Switch 30 umfasst ein zweites Modul 32, welches ein zweites Bussegment 121 und mehrere zweite Schnittstellen 50 bis 52 aufweist, an die jeweils ein externes ethernetfähiges Gerät, insbesondere ein ethernetfähiges E/A-Gerät, mit einer 2-Draht-Schnittstelle über ein 2-Draht-Leitung anschließbar ist. Die zweiten Schnittstellen 50 bis 52 sind jeweils an den zweiten Bussegment 121 angeschlossen und können die Funktion eines Zweidrahtwandlers ausführen, um die über eine 2-Draht-Leitung empfangenen Ethernet-Datenpakete zur Übertragung über eine vier- oder achtadrige Leitung und umgekehrt umzusetzen.The modular switch 30th includes a second module 32 , which is a second bus segment 121 and several second interfaces 50 to 52 has, to each of which an external Ethernet-capable device, in particular an Ethernet-capable I / O device, can be connected with a 2-wire interface via a 2-wire line. The second interfaces 50 to 52 are each on the second bus segment 121 connected and can perform the function of a two-wire converter in order to convert the Ethernet data packets received over a two-wire line for transmission over a four-wire or eight-wire line and vice versa.

Gezeigt sind zwei externe ethernetfähige E/A-Geräte 90, 110 mit jeweils einer 2-Draht-Schnittstelle 91 bzw. 111. Die 2-Draht-Schnittstellen 91 und 111 können als RJ45-Buchsen ausgebildet sein, wobei die Schnittstelle 91 über eine 2-Draht-Leitung 100 mit dem E/A-Gerät 90 und die Schnittstelle 111 über eine 2-Draht-Leitung 101 mit dem E/A-Gerät 110 verbunden sein können. Bei dem ethernetfähigen E/A-Gerät 90 kann es sich um einen Temperatursensor handeln, während das ethernetfähige E/A-Gerät 110 zum Beispiel ein Aktor sein kann. Über das zweite Bussegment 121 und die 2-Draht-Leitungen 100 und 101 können Ethernet-Datenpakete übertragen werden. Bei den zweiten Schnittstellen 50 bis 52 des zweiten Moduls 32 und den 2-Draht-Schnittstellen 91 und 111 der ethernetfähigen Geräte 90 bzw. 110 kann es sich jeweils beispielsweise um eine Single-Pair-Ethernet-Schnittstelle handeln, während die 2-Draht-Leitungen 100 und 101 jeweils als Single-Pair-Ethernet-Leitung ausgebildet sein können.Two external Ethernet-compatible I / O devices are shown 90 , 110 each with a 2-wire interface 91 or. 111 . The 2-wire interfaces 91 and 111 can be designed as RJ45 sockets, the interface 91 via a 2-wire line 100 with the I / O device 90 and the interface 111 via a 2-wire line 101 with the I / O device 110 can be connected. For the Ethernet-enabled I / O device 90 it can be a temperature sensor, while the Ethernet-enabled I / O device 110 for example an actuator. Via the second bus segment 121 and the 2-wire lines 100 and 101 Ethernet data packets can be transmitted. With the second interfaces 50 to 52 of the second module 32 and the 2-wire interfaces 91 and 111 of the ethernet-compatible devices 90 or. 110 For example, it can be a single-pair Ethernet interface, while the 2-wire lines 100 and 101 can each be designed as a single-pair Ethernet line.

Das erste Modul 31 und das zweite Modul 32 sind jeweils in einem separaten Gehäuse angeordnet und weisen jeweils eine Schnittstelle 47 beziehungsweise 53 zum elektrischen Koppeln des ersten Bussegments mit dem zweiten Bussegment auf. Die Schnittstelle 47 schließt das erste Bussegment 120 ab, während die Schnittstelle 53 das zweite Bussegment 121 abschließt. Die Schnittstellen 47 und 53 sind an gegenüberliegenden Gehäuseseiten so angeordnet, dass die Gehäuse der Module 31 und 32 in einer Seite-an-Seite-Anordnung unmittelbar nebeneinander anreihbar und die beiden Bussegmente 120 und 121 im montierten Zustand elektrisch miteinander verbunden sind. Das zweite Bussegment 121 ist an seinem zweiten Ende mit einer weiteren Schnittstelle 54, die an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet und zum elektrischen Koppeln mit einem Bussegment eines weiteren Moduls ausgebildet ist, verbunden.The first module 31 and the second module 32 are each arranged in a separate housing and each have an interface 47 respectively 53 for electrically coupling the first bus segment to the second bus segment. the interface 47 closes the first bus segment 120 off while the interface 53 the second bus segment 121 concludes. The interfaces 47 and 53 are arranged on opposite sides of the housing so that the housing of the modules 31 and 32 in a side-by-side arrangement and the two bus segments can be lined up directly next to each other 120 and 121 are electrically connected to one another in the assembled state. The second bus segment 121 is at its second end with another interface 54 , which is arranged on the opposite side of the housing and designed for electrical coupling with a bus segment of a further module.

Der modulare Switch 10 kann um ein drittes Modul 33 erweitert werden, das beispielsweise mit dem zweiten Modul 32, aber auch mit dem ersten Modul 31 verbunden sein kann. Das dritte Modul 33 weist mehrere dritte Schnittstellen 60, 63 sowie ein drittes Bussegment 122 auf, über welches vorzugsweise Ethernet-Datenpakete gemäß dem Standard Ethernet-Kommunikationsprotokoll übertragen werden können. Die dritten Schnittstellen 60, 63 sind jeweils als IO-Link-Schnittstellen ausgebildet, an die jeweils ein externes 10-Link-Gerät angeschlossen werden kann. Bei den IO-Link-Geräten kann es sich um intelligente Sensoren oder Aktoren handeln, die mit der überlagerten Steuerungseinrichtung 20 kommunizieren können. Die IO-Link-Schnittstelle 60 ist über ein Gateway 61 mit dem dritten Bussegment elektrisch verbunden, während die andere IO-Link-Schnittstelle 63 über ein Gateway 62 elektrisch mit dem dritten Bussegment 122 verbunden ist. Denkbar ist auch, dass die IO-Link-Schnittstelle 60 und das Gateway 61 bzw. die IO-Link-Schnittstelle 63 und das Gateway 62 jeweils eine einzige Baugruppe bilden Es ist selbstverständlich, dass das dritte Modul 33 auch mehr als zwei IO-Link-Schnittstellen aufweisen kann. Die Gateways 61 und 62 fungieren insbesondere als Protokollwandler, die das IO-Link-Kommunikationsprotokoll in das Ethernet-Kommunikationsprotokoll und umgekehrt umwandeln, so dass IO-Link-Geräte mit der überlagerten ethernetfähigen Steuerungseinrichtung 20 über den modularen Switch 30 Daten austauschen können.The modular switch 10 can add a third module 33 can be expanded, for example with the second module 32 , but also with the first module 31 can be connected. The third module 33 has several third interfaces 60 , 63 as well as a third bus segment 122 on, via which preferably Ethernet data packets can be transmitted in accordance with the standard Ethernet communication protocol. The third interfaces 60 , 63 are each designed as IO-Link interfaces, to which an external 10-Link device can be connected. The IO-Link devices can be intelligent sensors or actuators that work with the higher-level control device 20th to be able to communicate. The IO-Link interface 60 is through a gateway 61 electrically connected to the third bus segment, while the other IO-Link interface 63 through a gateway 62 electrically with the third bus segment 122 connected is. It is also conceivable that the IO-Link interface 60 and the gateway 61 or the IO-Link interface 63 and the gateway 62 each form a single assembly It goes without saying that the third module 33 can also have more than two IO-Link interfaces. The gateways 61 and 62 act in particular as protocol converters that convert the IO-Link communication protocol into the Ethernet communication protocol and vice versa, so that IO-Link devices with the higher-level Ethernet-compatible control device 20th via the modular switch 30th Can exchange data.

Das dritte Modul 33 ist wiederum in einem separaten Gehäuse angeordnet und weist eine das dritte Bussegment 122 abschließende Schnittstelle 64 zum elektrischen Koppeln beispielsweise mit dem zweiten Bussegment 121 des zweiten Modul 32 auf. Die Schnittstellen 64 und 54 sind an gegenüberliegenden Gehäuseseiten so angeordnet, dass die Gehäuse der Module 32 und 33 in einer Seite-an-Seite-Anordnung unmittelbar nebeneinander anreihbar und die beiden Bussegmente 121 und 122 im montierten Zustand elektrisch miteinander verbunden sind. Das dritte Bussegment 122 ist an seinem zweiten Ende mit einer weiteren Schnittstelle 65, die an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet und zum elektrischen Koppeln mit einem Bussegment eines weiteren Moduls ausgebildet ist, verbunden.The third module 33 is again arranged in a separate housing and has a third bus segment 122 final interface 64 for electrical coupling with the second bus segment, for example 121 of the second module 32 on. The interfaces 64 and 54 are arranged on opposite sides of the housing so that the housing of the modules 32 and 33 in a side-by-side arrangement and the two bus segments can be lined up directly next to each other 121 and 122 are electrically connected to one another in the assembled state. The third bus segment 122 is at its second end with another interface 65 , which is arranged on the opposite side of the housing and is designed for electrical coupling with a bus segment of a further module.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der modulare Switch 30 um ein viertes Modul 34 erweitert werden, welches beispielsweise mit dem dritten Modul 33 verbunden werden kann. Das vierte Modul 34 weist mehrere vierte Schnittstellen 70, 73 sowie ein viertes Bussegment 123 auf. Die vierten Schnittstellen 70, 73 können als drahtlose Schnittstelle ausgebildet sein, an die jeweils ein externes Funkgerät angeschlossen werden kann. Die drahtlosen Schnittstellen 70 und 73 können über ein Gateway 71 beziehungsweise ein Gateway 72 mit dem vierten Bussegment 123 elektrisch verbunden sein. Denkbar ist auch, dass die drahtlose Schnittstelle 70 und das Gateway 71 bzw. die drahtlose Schnittstelle 73 und das Gateway 72 jeweils eine einzige Baugruppe bilden Es ist selbstverständlich, dass das vierte Modul 34 auch mehr als zwei drahtlose Schnittstellen aufweisen kann. Die Gateways 71 und 72 fungieren insbesondere wiederum als Protokollwandler, die ein drahtloses bzw. Funk-Kommunikationsprotokoll in das Ethernet-Kommunikationsprotokoll und umgekehrt umwandeln, so dass drahtlose Geräte mit der überlagerten ethernetfähigen Steuerungseinrichtung 20 über den modularen Switch 30 Daten austauschen können.In the illustrated embodiment, the modular switch 30th a fourth module 34 can be expanded, for example with the third module 33 can be connected. The fourth module 34 has several fourth interfaces 70 , 73 as well as a fourth bus segment 123 on. The fourth interfaces 70 , 73 can be designed as a wireless interface to which an external radio device can be connected. The wireless interfaces 70 and 73 can through a gateway 71 or a gateway 72 with the fourth bus segment 123 be electrically connected. It is also conceivable that the wireless interface 70 and the gateway 71 or the wireless interface 73 and the gateway 72 each form a single assembly It goes without saying that the fourth module 34 can also have more than two wireless interfaces. The gateways 71 and 72 in particular act again as protocol converters, which convert a wireless or radio communication protocol into the Ethernet communication protocol and vice versa, so that wireless devices with the higher-level Ethernet-compatible control device 20th via the modular switch 30th Can exchange data.

Das vierte Modul 34 ist wiederum in einem separaten Gehäuse angeordnet und weist eine das vierte Bussegment 123 abschließende Schnittstelle 74 zum elektrischen Koppeln beispielsweise mit dem dritten Bussegment 122 des dritten Moduls 33 auf. Die Schnittstellen 74 und 65 sind an gegenüberliegenden Gehäuseseiten so angeordnet, dass die Gehäuse der Module 33 und 34 in einer Seite-an-Seite-Anordnung unmittelbar nebeneinander anreihbar und die beiden Bussegmente 122 und 123 im montierten Zustand elektrisch miteinander verbunden sind. Das vierte Bussegment 123 ist an seinem zweiten Ende mit einer weiteren Schnittstelle 75, die an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet und zum elektrischen Koppeln mit einem Bussegment eines weiteren Moduls ausgebildet ist, verbunden.The fourth module 34 is again arranged in a separate housing and has a fourth bus segment 123 final interface 74 for electrical coupling with the third bus segment, for example 122 of the third module 33 on. The interfaces 74 and 65 are arranged on opposite sides of the housing so that the housing of the modules 33 and 34 in a side-by-side arrangement and the two bus segments can be lined up directly next to each other 122 and 123 are electrically connected to one another in the assembled state. The fourth bus segment 123 is at its second end with another interface 75 , which is arranged on the opposite side of the housing and is designed for electrical coupling with a bus segment of a further module.

Um die Module 31 bis 34 und deren elektrische und/oder elektronischen Bauteile mit Energie versorgen zu können, kann ein weiteres Modul 35 vorgesehen sein, das beispielsweise mit dem Modul 34 gekoppelt werden kann. Das Modul 35 weist neben einem weiteren Bussegment 124 zwei Anschlüsse auf, an die beispielsweise eine externe 24V-Gleichspannungsquelle angeschlossen werden kann. Eine effiziente Realisierung sieht vor, dass über die Bussegmente 120 bis 124 auch die Versorgungsspannung zu den jeweiligen Modulen übertragen werden kann. In diesem Fall sind die beiden Anschlüsse 80 und 81 elektrisch mit dem Bussegment 124 verbunden. Das Bussegment 124 kann an beiden Enden jeweils mit einer Schnittstelle 83 beziehungsweise 82 verbunden sein, um elektrisch mit dem Bussegment eines angrenzenden Moduls verbunden werden zu können.To the modules 31 to 34 and to be able to supply their electrical and / or electronic components with energy, another module 35 be provided, for example with the module 34 can be coupled. The module 35 shows next to another bus segment 124 two connections to which, for example, an external 24 V DC voltage source can be connected. An efficient implementation provides that over the bus segments 120 to 124 the supply voltage can also be transmitted to the respective modules. In this case the two ports are 80 and 81 electrically with the bus segment 124 connected. The bus segment 124 can have an interface at both ends 83 respectively 82 be connected in order to be electrically connected to the bus segment of an adjacent module.

Die Gehäuse der Module 31 bis 35 können Rastelemente aufweisen, so dass Gehäuse der Module auch mechanisch miteinander koppelbar sind. Im zusammengefügten Zustand der Module 31 bis 35 bilden die Bussegmente 120 bis 124 einen Bus zur Übertragung von Ethernet-Datenpaketen und gegebenenfalls zur Energieübertragung.The housing of the modules 31 to 35 can have locking elements so that the housing of the modules can also be mechanically coupled to one another. In the assembled state of the modules 31 to 35 form the bus segments 120 to 124 a bus for the transmission of Ethernet data packets and possibly for energy transmission.

Zweckmäßigerweise können die Gehäuse der Module 31 bis 35 Rastmittel zum Aufrasten auf einer Tragschiene (nicht dargestellt) aufweisen. In diesem Fall erstrecken sich die Bussegmente 120 bis 124 parallel zur Längsachse der Tragschiene.Appropriately, the housing of the modules 31 to 35 Have latching means for latching onto a mounting rail (not shown). In this case the bus segments extend 120 to 124 parallel to the longitudinal axis of the mounting rail.

Um Daten zwischen der überlagerten Steuerungseinrichtung 20 und den an den ersten Schnittstellen 40 bis 42, und/oder den optischen Schnittstellen 43 und 44, und/oder den zweiten Schnittstellen 50 bis 52, und/oder den dritten Schnittstellen 60, 63 und/oder den vierten Schnittstellen 70, 73 angeschlossenen E/A-Geräten austauschen zu können, ist eine switchinterne Steuereinheit 48 vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, die Weiterleitung der über die Bussegmente 120 bis 123 übertragenen Ethernet-Datenpakete zu den entsprechenden Schnittstellen beziehungsweise zu den entsprechenden Gateways zu steuern. Vorzugsweise ist die interne Steuereinheit 48 im ersten Modul 31 angeordnet.To data between the higher-level control device 20th and those at the first interfaces 40 to 42 , and / or the optical interfaces 43 and 44 , and / or the second interfaces 50 to 52 , and / or the third interfaces 60 , 63 and / or the fourth interfaces 70 , 73 The ability to exchange connected I / O devices is a switch-internal control unit 48 provided, which is designed to forward the over the bus segments 120 to 123 to control transmitted Ethernet data packets to the corresponding interfaces or to the corresponding gateways. Preferably the internal control unit 48 in the first module 31 arranged.

Das beispielhaft in der Figur gezeigte Datenübertragungs- und Steuerungssystem 10 weist somit beispielsweise den modularen Switch 30, die ethernetfähige Steuerungseinrichtung 20, die über das vier- oder achtadrige Kabel 22 an der Schnittstelle 40 des modularen Switch 20 angeschlossen ist, sowie die beiden ethernetfähigen E/A-Geräte 90 und 110 auf, die jeweils über die jeweils die 2-Draht-Leitung 100 beziehungsweise 101 an die Schnittstellen 51 und 52 des zweiten Moduls 32 angeschlossen sind, auf.The data transmission and control system shown by way of example in the figure 10 thus has the modular switch, for example 30th , the Ethernet-enabled control device 20th that via the four- or eight-core cable 22nd at the interface 40 of the modular switch 20th connected, as well as the two Ethernet-compatible I / O devices 90 and 110 each over the 2-wire line 100 respectively 101 to the interfaces 51 and 52 of the second module 32 connected to.

Wie bereits gesagt, kann es sich bei dem ethernetfähigen E/A-Gerät 90 um einen Temperatursensor handeln, der unter Steuerung einer Steuereinheit 92, die beispielsweise als Mikrokontroller ausgebildet sein kann, digitale Messwerte in Ethernet-Datenpakete packt und über die 2-Draht-Ethernet-Schnittstelle 91, die 2-Draht-leitung 100, die zweite Schnittstelle 51 und die beiden Bussegmente 121 und 120 sowie über die erste Schnittstelle 40 zur überlagerten Steuerungseinrichtung 20 übertragen kann.As already said, the Ethernet-enabled I / O device 90 act to a temperature sensor, which is under the control of a control unit 92 which can be designed as a microcontroller, for example, packs digital measured values in Ethernet data packets and via the 2-wire Ethernet interface 91 , the 2-wire line 100 , the second interface 51 and the two bus segments 121 and 120 as well as via the first interface 40 to the higher-level control device 20th can transfer.

Dank des modular aufgebauten Switches 30 weist das Datenübertragungs- und Steuerungssystem 10 eine hohe Flexibilität im Hinblick auf einsetzbare Übertragungsmedien und anwendbare Kommunikationsprotokolle sowie einen hohen Grad an Skalierbarkeit auf. Zudem kann dank des modularen Switches 30 das Datenübertragungs- und Steuerungssystem 10 und somit insbesondere industrielle Automatisierungssysteme ohne Einsatz von I/O-Modulen, an die die E/A-Feldgeräte üblicherweise angeschlossen werden, installiert werden.Thanks to the modular switch 30th instructs the data transmission and control system 10 a high degree of flexibility with regard to usable transmission media and applicable communication protocols as well as a high degree of scalability. In addition, thanks to the modular switch 30th the data transmission and control system 10 and thus in particular industrial automation systems can be installed without the use of I / O modules to which the I / O field devices are usually connected.

Claims

Modular switch (30) for use in a data transmission and control system (10), the modular switch (30) containing the following features: a first module (31) which has a first bus segment (120) supporting Ethernet-based communication and at least one first interface (40-42) for sending and receiving Ethernet data packets, wherein the at least one The first interface (40-42) is electrically connected to the first bus segment (120), a second module (32) which has a second bus segment (121) supporting Ethernet-based communication and several second interfaces (50-52) to which An external Ethernet-capable device (90, 110) with a 2-wire interface (91, 111) can be connected via a 2-wire line (100, 101) for transmitting Ethernet data packets, the second interfaces (50- 52) are electrically connected to the second bus segment (121), the first module (31) and the second module (32) each being arranged in a separate housing and each having an interface (47, 53) for electrically coupling the first and second Have bus segments (120, 121).

Modular switch according to Claim 1 , characterized in that the first module (31) has at least one optical interface (43, 44) for connecting an optical waveguide, the optical interface (43, 44) via an electro-optical converter (45, 46) with the first bus segment (120 ) is connected, and / or wherein the at least one first interface (40-42) is designed for connecting a two-, four- or eight-wire cable (22).

Modular switch according to Claim 1 or 2 , characterized by a third module (33) which has a plurality of third interfaces (60, 63) and a third bus segment (122) supporting Ethernet-based communication, the third interfaces (60, 63) each serving as IO-Link interfaces to the Connecting an external IO-Link device and each connected via a gateway (61, 62) to the third bus segment (122), the third module (33) being arranged in a separate housing and at least one interface (64, 65 ) for electrically coupling the third bus segment (122) to the first or second bus segment (120, 121).

Modular switch according to Claim 1 , 2 or 3 characterized by a fourth module (34) which has a plurality of fourth interfaces (70, 73) and a fourth bus segment (123) that supports Ethernet-based communication, the fourth interfaces (70, 73) each being a wireless interface for connecting an external wireless Device and each connected via a gateway (71, 72) to the fourth bus segment (123), the fourth module (34) being arranged in a separate housing and at least one interface (74, 75) for electrically coupling the fourth bus segment (123) with one of the bus segments (120-122).

Modular switch according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the housings of the modules can be lined up in a side-by-side arrangement.

Modular switch according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the housing of the modules can be snapped onto a mounting rail.

Modular switch according to one of the preceding claims, characterized by an internal control unit (48) which is designed to facilitate the transmission of Ethernet data packets via the bus segments (120-123) to or from the interfaces (40-44; 50-52; 60, 63; 70, 73).

Modular switch according to Claim 7 , characterized in that the internal control unit (48) is implemented in the first module (31).

Data transmission and control system (10) comprising at least one modular switch (30) according to one of the preceding claims, one via a two-, four- or eight-wire cable (22) to one of the first interfaces (40) of the first module (31) connected control device (20) and at least one Ethernet-compatible device (90, 110) with a 2-wire interface (91, 111), which is connected to one of the second interfaces (51, 52) via a 2-wire cable (100, 101) ) of the second module (32) for the transmission of Ethernet data packets is connected.

Data transmission and control system (10) according to Claim 9 , characterized in that the Ethernet-enabled device (90, 110) is an Ethernet-enabled I / O device.