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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Verteiler für die Automatisierung mit einem
Speichermodul hierfür. Mittels
eines derartigen Verteilers werden beispielsweise Förderanlagen
anhand von mittels Sensoren festgestellten Eingangssignalen, die
in einer programmierbaren Steuerung verarbeitet werden und auf am
Ausgang angeschlossene Aktuatoren einwirken, gesteuert.
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Im
Stand der Technik ist bekannt, sogenannte „SPS", nämlich
speicherprogrammierbare Steuerungen für die unterschiedlichsten Aufgaben
der Automatisierung einzusetzen. Dazu werden Verteiler verwendet,
die in Schaltschränken
untergebracht sind. Die Schaltschränke sind so ausgeführt, dass
die entsprechende Schutzklasse des gesamten Systems erreicht wird.
Die Verteiler selbst sind auf ihrer Eingangsseite mit Sensoren verbunden,
deren Leitungen dem Kabelschrank über weite Entfernungen zugeführt werden
müssen.
Auf der anderen Seite sind die Verteiler an ihren Ausgängen mit
Aktuatoren verbunden, zu welchen wiederum aus dem Kabelschrank heraus
Leitungen führen.
Darüber
hinaus benötigen
die Aktuatoren eine eigenständige
Energieversorgung.
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Derartige
Verteiler wirken mit einer im Schaltschrank befindlichen programmierbaren
Zentraleinheit zusammen, die über
eine Schnittstelle mit einem PC verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung ebenfalls
aus dem Schaltschrank heraus geführt
werden muss. Die Programmierung der Zentraleinheit erfolgt in der
Regel durch herstellerspezifische Kommunikationssoftware zwischen
dem PC und der programmierbaren Steuerung.
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In
der WO 02/08867 A2 ist eine universelle Schnittstelle zur elektrischen,
elektronischen und elektromechanischen Steuerung, Abfragung und
Betätigung
offenbart. Die universelle Eingang/Ausgang-Schnittstelle wird zur
Zusammenschaltung solcher Bestandteile und Steuersysteme verwendet,
die analoge oder digitale Spannungs- und/oder Stromsignale über einer
große
Strecke ohne Hardware- oder Software-Schalter senden oder empfangen.
Es wird eine Mehrzahl von Betriebsmodusstromkreise zur Verfügung gestellt,
um den digitalen und analogen Ein- und Ausgang zu bewerkstelligen.
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In
der
DE 196 39 212
A1 ist Aktuator-Sensor-Interfacebaustein
(ASI) zur seriellen Datenübertragung
zwischen einer Maschinensteuerung und durch diese zu steuernde Verbraucher
mit mindestens einem mit einem Speicherbaustein gekoppelten ASI-Slave-Chip,
der mit der Maschinensteuerung über
einen ASI-Bus verbunden ist offenbart. Den eingebauten Speicherbausteinen
werden die für
die Steuerung notwendigen Ansprechadressen der Sensoren bzw. Aktuatoren
zugeteilt.
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In
der
US 5,727,170 ist
eine programmierbare Steuerung (PLC) mit einer vom Benutzer konfigurierbaren
Protokollschnittstelle offenbart. Eine Speicherpatrone ist offenbart,
die interne permanente Informationen aus einer Basiseinheit mit
einer CPU abspeichern kann und ohne eine Programmiereinrichtung
benutzen zu müssen,
diese Informationen bereitzustellen kann. Diese Speicherpatrone
kann von einer Anschlussdose an der Basiseinheit getrennt werden.
An die Basiseinheit kann ein Erweiterungsmodul mittels einer Bus-Verbindung
angeschlossen werden, wobei der Bus-Anschluss an der Basiseinheit
und der Anschluss der Speicherpatrone unterschiedlich sind. Vorzugsweise
kann die Basiseinheit an einem Schienenträger befestigt werden. Solche Schienenträger werden üblicherweise
zur Befestigung in Schaltschränken
verwendet.
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In
der
DE 198 16 170
A1 ist ein Steuerungsmodul mit einem Gehäuseunterteil
und einem Gehäuseoberteil
offenbart, wobei in dem Gehäuse
eine Schaltung vorgesehen ist. Über
eine Anschlusseinrichtung kann ein Programmiergerät mit der
elektronischen Schaltung verbunden werden, um diese zu programmieren
oder Daten auszulesen. Zum Anschluss externer Sensoren und/oder
Aktuatoren weist das Gehäuseoberteil
Steckereinrichtungen auf. Das Steuermodul kann direkt im Feld montiert
werden und Schutzklasse IP 67 wird durch eine entsprechende Abdichtung
der betroffenen Bauteile zueinander hergestellt.
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In
der
DE 203 14 618
U1 ist ein Feldgerät
zur Bestimmung und Überwachung
einer chemischen oder physikalischen Prozessgröße eines Medium offenbart,
wobei der Durchführungsraum
zwischen zwei Kammern mit einer Vergussmasse vergossen ist. Ein
solcher Verguss ist in dem Fall erforderlich, dass mindestens eine
Kammer druckdicht abgeschlossen sein muss.
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In
der
DE 201 17 856
U1 ist ein modulares Steckverbindungssystem offenbart,
wobei nach einem Ausführungsbeispiel
das Innere des Gehäuses mit
einer Vergussmasse ausgegossen wird. Durch das Vergießen wird
eine erhöhte
Zugentlastung und Vibrationsfestigkeit erreicht.
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Nachteilig
bei diesen bekannten Verteilern ist, dass die Sensoren und Aktuatoren
mit einem zentralen Schaltschrank verbunden werden müssen. Dies
gilt insbesondere dann, wenn sie in einer Umgebung betrieben werden,
welche besondere Schutzvoraussetzungen erfordert, beispielsweise
die Schutzvoraussetzungen nach IP67 bezüglich Staubdichtheit, Wasserdichtheit/Feuchtigkeit.
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Darstellung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
wird ein Verteiler für die
Automatisierung, umfassend ein Gehäuse, einen Anschluss für die Stromversorgung,
mindestens einen Eingang für
einen Sensor und mindestens einen Ausgang für einen Aktuator, weiterhin
umfassend eine elektronische Bauteile aufweisende Schaltung, vorgeschlagen,
bei dem die Schaltung programmierbar ist und bei dem eine auf der
Aussenseite des Gehäuses
angeordnete Schnittstelle für
die Programmierung der Schaltung sowie ein Erweiterungsanschluss
vorgesehen ist. Dabei ist eine automatische Erkennung für ein am
Erweiterungsanschluss angeschlossenes Erweiterungsmodul oder ein
Speichermodul vorhanden. Das Speichermodul enthält einen elektrisch löschbaren
und beschreibbaren Speicher, der in einem Gehäuseteil angeordnet ist, wobei
an dem Gehäuseteil
ein gegenüber
dem Gehäuse
abgedichteter Anschluss für
die programmierbare Schaltung in dem Verteiler angebracht ist. Das
abnehmbare Speichermodul enthält
ein Programm. Durch Austausch des Speichermoduls kann der Verteiler
von einer ersten Betriebsweise auf eine zweite Betriebsweise umgestellt
werden, ohne dass der Verteiler demontiert werden muss. Es ist ausreichend,
das gewünschte
Speichermodul mit dem Verteiler zu verbinden. Das Speichermodul
selbst weist keine eigene Stromversorgung auf und wird ausschließlich über den
Verteiler gespeist. Sobald das Speichermodul an den Verteiler angeschlossen
ist und vom Verteiler unter Spannung gesetzt wurde, läuft das
im Speichermodul enthaltene Programm ab.
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Mit
diesem Verteiler ist es möglich,
die Automatisierung unmittelbar am Einsatzort durchzuführen, und
dabei die Eigenschaften einer „SPS" bereitzustellen.
So kann beispielsweise eine Förderanlage lokal
gesteuert werden. Dabei weist der Verteiler ein geringes Bauvolumen
auf und ist gemäß den Anforderungen
der hohen Schutzklasse IP67 ausgebildet, um selbst unter schwierigen
Umgebungsbedingungen betrieben zu werden. Zum Erreichen dieser Schutzklasse
ist es vorgesehen, dass die Schaltung im Gehäuse mit einem Füllmaterial
vergossen ist und dass sämtliche
Anschlüsse
gegenüber
dem Gehäuse
abgedichtet sind. Auch der Speicher und die vom Anschluss in ein
Gehäuseteil
des Speichermoduls hineinragenden Verbindungen in dem Gehäuseteil
sind vergossen. Der Speicher kann maschinenlesbare Befehle für eine programmierbare
Schaltung enthalten. Darüber
hinaus ist der Anschluss als Stecker ausgebildet und dieser und
das Gehäuseteil
sind gemäß den Anforderungen
der hohen Schutzklasse IP67 abgedichtet.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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So
kann die Schaltung mindestens einen Spannungsregler für die elektrische
Versorgung des an dem mindestens einen Ausgang angeschlossenen Aktuators
aufweisen. Auch kann der Eingang zum Anschluss mindestens eines
Sensors eine eigene Spannungsversorgung aufweisen und als Stecker zum
Anschluss mehrerer Sensoren, insbesondere von zwei Sensoren, ausgebildet
sein.
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Vorteilhafterweise
ist für
jeden Ausgang (4) zum Anschluss mindestens eines Aktuators ein eigener
Leistungsbegrenzer vorgesehen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung ist der Anschluss der Stromversorgung
den Anschluss von mindestens zwei unabhängigen Stromquellen ermöglicht,
wobei eine Stromversorgung für
den Eingang und eine andere Stromversorgung für den Ausgang vorgesehen ist.
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Besonders
günstig
ist es, wenn die Schaltung auf einer Leiterplatte angeordnet ist
und wenn die Schnittstelle und der Erweiterungsanschluss sowie der
Eingang und der Ausgang als Stecker ausgebildet sind, wobei die
Stecker unmittelbar an der Leiterplatte befestigt sind und vorzugsweise
senkrecht dazu angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise
sind die Schaltung und die Schnittstelle so ausgebildet sind, dass
sie mit einer Standard-Kommunikationssoftware
mit einem handelsüblichen
PC mit einem handelsüblichen
Betriebssystem ansprechbar ist. Die Programmierung der Schaltung
kann mittels eines Konvertierungsprogramms für Textbefehle in maschinenlesbare
Befehle erfolgt, wobei das Konvertierungsprogramm Bestandteil der
Schaltung ist.
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Es
ist vorteilhaft, wenn mehrere Programme einzeln aufrufbar abgespeichert
sind.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt, es zeigt die
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1 einen
erfindungsgemäßen Verteiler
in perspektivischer Ansicht, die
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2 den
Verteiler aus 1 in einer Draufsicht, die
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3 den
Verteiler aus 1 und 2 in einem
Querschnitt, die
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4 ein
Speichermodul in einer perspektivischen Ansicht und die
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5 das
Speichermodul aus 4 in einem Querschnitt
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Ausführungsbeispiel der Erfindung
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Der
in 1 dargestellte Verteiler umfasst ein Gehäuse 1 mit
einem Stecker 2 für
eine Stromversorgung und einer ersten Reihe von Steckern 3 für den Anschluss
von Sensoren sowie eine zweite Reihe von Steckern 4 für den Anschluss
von Aktuatoren. Jeder der Stecker 3 für die Sensoren ist als fünfpoliger
Stecker ausgebildet und stellt zwei Eingänge für Sensoren bereit. Auch jeder
Stecker 4 ist fünfpolig ausgebildet
und stellt zwei Ausgänge
für Aktuatoren bereit.
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Der
Stecker 2 für
die Stromversorgung ist so ausgebildet, dass die Stromversorgung
der Stecker 3 und der Stecker 4 aus zwei unterschiedlichen
Stromquellen erfolgen kann, die mit dem Stecker 2 verbunden
werden können.
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Weiterhin
ist eine Schnittstelle zu der in dem Gehäuse 1 enthaltenen
programmierbaren Steuerung vorhanden, welche ebenfalls als Stecker 5 ausgebildet
ist. Darüber
hinaus ist eine Erweiterungsanschluss 6 vorgesehen, der
ebenfalls als Stecker ausgebildet ist. Um Verwechslungen zu vermeiden,
kann der Erweiterungsanschluss 6 als vierpoliger Stecker ausgebildet
sein, so dass ein Kabel für
die Stecker 3, 4 oder 5 nicht auf den
Erweiterungsanschluss 6 aufgesteckt werden kann. Dies kann
selbstverständlich auch
durch andere Maßnahmen
bewerkstelligt werden.
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Schließlich weist
das Gehäuse
Befestigungslöcher 7, 8 auf,
durch welche Befestigungsschrauben gesteckt werden können.
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In 2 lässt sich
die Anordnung der verschiedenen Stecker sowie weiterer Bauteile
feststellen. Zu erkennen ist die erste Reihe von Steckern 3 für die Sensoren
sowie die zweite Reihe von Steckern 4 für die Aktuatoren. Neben jedem
Stecker 3, 4 sind Signallampen 9 in einer
Anzahl entsprechend der Eingänge
bzw. Ausgänge
jedes Steckers 3 bzw. 4. Darüber hinaus ist noch eine Bereitschaftsanzeige 10 für den Verteiler
insgesamt vorhanden. Schließlich
ist eine Signallampe 11 „US" zur Anzeige der Versorgungsspannung
für die
Aktuatoren und eine Signallampe 12 für die Anzeige der Versorgungsspannung
für die
Sensoren vorgesehen. Eine weitere Signallampe 13 zeigt
eine Überlast
auf der Ausgangsseite an.
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Alle
Signalleuchten, die vorteilhafterweise als LED ausgeführt sind,
können
im An/Aus-Modus betrieben werden, es kann aber auch alternativ oder zusätzlich ein
Blinken oder ein Wechseln der Farbe vorgesehen sein.
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Die
Signallampen 9 leuchten dann, wenn der zugeordnete Ein-/Ausgang aktiv ist.
Ist die Verbindung unterbrochen oder der Sensor ausgefallen, so erlischt
die Signallampe.
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Auch
die Signallampe 11, 12 zeigen das Vorhandensein
der Vorsorgungsspannung für
die Aktuatoren bzw. der Versorgungsspannung für die Sensoren an, wenn sie
leuchten. Wenn sie aus sind, ist die Versorgungsspannung für die Aktuato ren
nicht vorhanden bzw. ist die Versorgungsspannung für die Sensoren
nicht in dem zulässigen
Spannungsbereich.
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Die
Signallampe 13 zeigt an, ob auf der Ausgangsseite der über die
Stecker 4 angeschlossenen Aktuatoren eine Überspannung
vorliegt. In diesem Fall leuchtet die Signallampe 13 rot
auf, bei ordnungsgemäßem Betrieb
ist sie hingegen erloschen. Bei der Signallampe 10 handelt
es sich um eine mehrfarbige Leuchte, welche in einem gelben Betriebszustand
die ordnungsgemäße Funktion
der programmierbaren Steuerung anzeigt. Leuchtet die Signallampe 13 rot
und blinkt, so wird angezeigt, dass die programmierbare Steuerung
ein Problem beim Auslesen des Programms aus dem Speicher aufweist
oder dass der Benutzer das Programm abgebrochen hat, was über eine
PC-Kommunikation möglich
ist.
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Ist
die Signallampe 13 erloschen, ist der Verteiler blockiert.
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Der
Verteiler enthält
zunächst
kein Programm, so dass es erforderlich ist, vor einer ersten Benutzung
ein Programm zu laden. Dies geschieht über den Erweiterungsanschluss 6,
an welchem ein in 4, 5 dargestelltes
und später
erläutertes Speichermodul
angeschlossen wird. Wird der Verteiler aktiviert, beispielsweise
durch Anschluss an eine Stromversorgung, lädt die programmierbare Schaltung
das in dem Speichermodul abgelegte Programm und prüft die Integrität dieses
Programms bevor das Programm von der Schaltung ausgeführt wird.
Die ordnungsgemäße Funktion
wird durch die Signallampe 10 angezeigt.
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Zur
Programmierung der im Gehäuse 1 untergebrachten
Schaltung wird über
den Stecker 5 eine Verbindung mit einem handelsüblichen
PC hergestellt, beispielsweise über
eine RS232-Schnittstelle am PC. Der Stecker 5 am Gehäuse 1 selbst
ist entsprechend den Schutzvorschriften am Einsatz ort des Verteilers
ausgebildet, hier gemäß der Schutzklasse IP67.
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Die
Verbindung des PC mit der Schaltung kann unabhängig davon hergestellt werden,
ob das Speichermodul an den Erweiterungsanschluss 6 angeschlossen
ist oder nicht. Eine unabhängige
Programmierung der Schaltung ist jedoch erst dann möglich, wenn
das Speichermodul am Erweiterungsanschluss 6 angebracht
ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die programmierbare Schaltung
stets auf das Speichermodul zugreift, um das Programm auszuführen.
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Der
Ablauf der Programmierung wird später erläutert.
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Aus
der Schnittzeichnung gemäß 3 wird der
innere Aufbau des Verteilers deutlich und insbesondere auch die
Maßnahmen
zur Erhaltung eines Schutzes gemäß IP67.
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Auf
einer Leiterplatte 14 im Innern des Gehäuses 1 ist die elektronische
Bauteile aufweisende, programmierbare Schaltung 15 angeordnet.
Der Eingang 3 und der Ausgang 4 sind als Stecker
ausgebildet, wobei die Stecker über
einen Kontakt 16 unmittelbar an der Leiterplatte 14 befestigt
und senkrecht dazu angeordnet sind. Die Schaltung 15 weist
mindestens einen Spannungsregler für die elektrische Versorgung
des an dem mindestens einen Ausgang 4 angeschlossenen Aktuators
auf.
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Die
Schaltung 15 ist im Gehäuse 1 mit
einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 17 vergossen, beispielsweise
mit einem Kunstharz, und die Anschlüsse 3, 4 sind
gegenüber
dem Gehäuse 1 abgedichtet.
Dazu sind die Anschlüsse 3, 4 in
an sich bekannter Weise aus einem mehrteiligen Stecker mit einem
Innenteil 18 zur Aufnahme von Kontakten und einem Außenteil 19 mit
einem Innengewinde zur Befestigung eines nicht dargestellten Anschlusssteckers
gebildet. Zwischen dem Innenteil 18 und dem Außenteil 19 ist
eine Dichtung 20 angeordnet. Eine weitere Dichtung 21 dichtet
einen in den Stecker 4 eingesteckten Anschlussstecker ab.
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In 4 ist
ein Speichermodul 22 dargestellt, welches einen Gehäuseteil 23 und
einen Steckerteil 24 zum Anschluss an den Stecker 6 aus 1, 2 aufweist.
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In 5 ist
ein Schnitt durch das Speichermodul 22 dargestellt. Das
Steckerteil 24 umfasst zum einen Steckkontakte 25 und
zum anderen ein Befestigungsteil, welches hier in Form einer Schraubverbindung 26 ausgebildet
ist. Das Speichermodul 22 lässt sich so auf den Erweiterungsanschluss 6 aus 2 aufstecken
und mit diesem verschrauben. Der eigentliche Speicher 27 ist
nach der Art eines EEPROM, d.h. er ist über die Kontakte 25 elektrisch lösch- und
beschreibbar und behält
seinen Inhalt ohne Stromversorgung. Weiterhin sind passive und aktive
elektronische Bauteile sowie eine Leiterplatte als Träger für die elektronischen
Bauelemente vorhanden, die nicht im einzelnen dargestellt sind.
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Der
Speicher 27 ist im Gehäuseteil 23 so
angeordnet, dass er gegenüber
der Umgebung entsprechend der erforderlichen Schutzklasse abgedichtet
ist. Dazu kann das Gehäuseteil 23 mit
einem vorzugsweise elektrisch isolierenden Füllmaterial 28 ausgegossen
sein und über
eine Dichtung 29 zum Befestigungsteil 24 hin verfügen.
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Das
Gehäuseteil
kann wiederum mehrteilig sein und aus einem Grundkörper 30 und
einer Kappe 31 bestehen. Der Grundkörper 30 dient zur
Aufnahme eines Steckereinsatzes und als Träger für die Leiterplatte mit dem
Speicher 27 und als Befestigung für das Steckerteil 24,
welches wiederum über
das Schraubgewinde 26, hier ausgeführt als Gewinde M12, an dem
Verteiler anbringbar ist.
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Im
Ausführungsbeispiel
sind alle Verbindungen über
Stecker ausgeführt,
die der Schutzart IP67 entsprechen. Im Falle der IP67 bedeutet dies,
dass eine Abdichtung beispielsweise über O-Ringe bzw. andere Dichtungen
und ein Verguss der elektronischen Bauteile zum Schutz vor Spritzwasser
und Eindringen von Feuchtigkeit vorgesehen ist.
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Für die Verbindung
mit den Sensoren und den Aktuatoren werden Stecker M12 verwendet,
wobei für
den Erweiterungsanschluss an die Schnittstelle zur Steuerung unterschiedliche
Steckerbelegungen vorgesehen sein können. Der Stecker für die Stromversorgung
ist Typ M23 mit sechs Kontakten.
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Für die Programmierung
des Verteilers wird nach Herstellung der Verbindung über ein
Standartkommunikationsprogramm mit dem PC aus vom PC an den Verteiler übertragenen
Textanweisungen ein maschinenlesbares Programm erstellt, welches
in dem Speichermodul abgespeichert wird.
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Die
Textanweisungen werden hierfür
als Textdatei vollständig
an den Verteiler übermittelt.
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Alternativ
hierzu kann die elektronische Steuerung zusätzlich zu dem Speicher für das Betriebssystem
einen eigenen Programmspeicher aufweisen, in dem das Programm gespeichert
ist. Darüber
hinaus können
Mittel vorgesehen sein, um das gespeicherte Programm in das externe
Speichermodul zu übertragen,
beispielsweise nach Drücken
einer Taste. Darüber
hinaus kann vorgesehen werden, das Programm aus dem Speichermodul
erst auf Aufforderung hin auszulesen und in den eigentlichen Programmspeicher
zu übertragen.
Das Speichermodul kann in diesem Fall als Programmsicherung verwendet
werden und vom eigentlichen Verteiler entfernt werden. Weiterhin
kann im Gehäuse
des Verteilers ein Schalter, Taster oder ein Stecker zum Anschluss
einer Baugruppe mit Codierung angebracht werden, um z.B. nur berechtigten
Personen ein Überschreiben
eines in der Steuerung befindlichen Programms zu ermöglichen.
Weiterhin könnte
man auch Zählerstände, Laufzeiten
Zyklenzähler
usw. auslesen, welche von der Steuerung während des Betriebes gespeichert
werden.
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Darüber hinaus
können
im Speichermodul mehrere Programme einzeln abrufbar abgespeichert sein,
die aufgrund der Struktur des im Verteiler ablaufenden Programms
beispielsweise bei Betätigung
eines Wahlschalters oder durch besondere Eingangszustände ein
Sprung in ein Unterprogramm oder in ein verzweigtes Hauptprogramm
zur Folge haben.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Stecker
für die
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- Stromversorgung
- 3
- Stecker
für Sensoren
- 4
- Stecker
für Aktuato
-
- ren
- 5
- Stecker
für PC-
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- Schnittstelle
- 6
- Erweiterungsanschluss
- 7
- Befestigungslöcher
- 8
- Befestigungslöcher
- 9
- Signallampen
- 10
- Bereitschaftsanzeige
- 11
- Signallampe
- 12
- Signallampe
- 13
- Signallampe
- 14
- Leiterplatte
- 15
- Schaltung
- 16
- Kontakt
- 17
- Füllmaterial
- 18
- Innenteil
- 19
- Außenteil
- 20
- Dichtung
- 21
- Dichtung
- 22
- Speichermodul
- 23
- Gehäuseteil
- 24
- Steckerteil
- 25
- Steckkontakte
- 26
- Schraubverbindung
- 27
- Speicher
- 28
- Füllmaterial
- 29
- Dichtung
- 30
- Grundkörper
- 31
- Kappe