DE19707298A1 - Modular assembly group system - Google Patents

Modular assembly group system

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Abstract

The system has a simple Europe-card format, i.e. 160 x 100mm, and includes one bus system plug connector with up to 96 pins, according to the standard DIN 41612 design C. The signals of the bus connector (2) are led one to one onto two 50 pin micro-connectors (3), the transfer connectors. The signals of the assembly group (1) end on a 50 pin micro-connector, the assembly group plug connector (4). A bus adjustment to all bus systems with DIN 41612 plugs results thereby, that the bus signals input over the two transfer and accordingly adjusted over the assembly group connector, are forwarded to the assembly group by device of a printed circuit board module(6). In reverse direction, the signals input over the assembly group connector, are adjusted and forwarded to the bus over the two transfer connectors.

Description

In der industriellen Steuerungstechnik werden zur Prozeßkontrolle verschiedene Hardware­ funktionen wie z. B. digitale Ein- und Ausgänge, Analog/Digital-Wandlung, Digital/Analog-Wandlung und Datenübertragungs-Schnittstellen wie Serielle- und Parallele-Schnittstellen benötigt. Diese Funktionen werden auf Interface-Leiterplatten, den sogenannte Baugruppen realisiert und von einem Prozeßrechner über einen sogenannten Bus angesteuert. Die technische Entwicklung führte zu einer Vielzahl unterschiedlicher Bussysteme. Eine größere Anzahl dieser Bussysteme besitzt jedoch, obwohl elektrisch völlig unterschiedlich, als Busstecker einen Steckverbinder nach DIN 41 612 Bauform C (z. B. ECB, SMP, G64, G96, ISA96, AT96, MultibusII, Nubus, VME, VXI u. a.).In industrial control technology, various hardware are used for process control functions such as B. digital inputs and outputs, analog / digital conversion, digital / analog conversion and data transmission interfaces such as serial and parallel interfaces needed. These functions are on interface circuit boards, the so-called assemblies realized and controlled by a process computer via a so-called bus. The technical Development led to a variety of different bus systems. A larger number of these However, bus systems have one, although they are completely different electrically, as bus plugs Connectors according to DIN 41 612 type C (e.g. ECB, SMP, G64, G96, ISA96, AT96, MultibusII, Nubus, VME, VXI u. a.).

Darüber hinaus sind verschiedene sogenannte Feldbusschnittstellen wie CAN, Profibus u. a. als Datenübertragungsinterface in der Anwendung, die sich auch über diesen Steckverbinder anschließen lassen.In addition, various so-called fieldbus interfaces such as CAN, Profibus and. a. as Data transmission interface in the application, which can also be found via this connector get connected.

Für den Hersteller von Prozeßinterfacetechnik ist es ein erheblicher Kostenvorteil, wenn vorhandene realisierte Hardwarefunktion sofort für verschiedene Bussysteme verfügbar werden.For the manufacturer of process interface technology, it is a considerable cost advantage if existing hardware functions immediately become available for various bus systems.

Zur Lösung dieses Problems gibt es eine Reihe von bekannten technischen Ansätzen.There are a number of known technical approaches to solving this problem.

Hierzu zählen alle sogenannten "Modul"- oder "Piggy Back"-Konzepte (z. B. die PCI, PMC und CMC Mezzanine Spezifikationen für den VME-Bus), bei denen auf ein sogenanntes "Motherboard" als Träger, welches für ein Bussystem entwickelt wurde, die Hardwarefunktionen in Form von "Piggy Backs" oder "Modulen" aufgesteckt werden. Andere Lösungen arbeiten mit geteilter Hardware, wobei im vorderen Teil die Hardware­ funktion und im hinteren Teil die Busanpassung realisiert werden.This includes all so-called "module" or "piggy-back" concepts (e.g. PCI, PMC and CMC mezzanine specifications for the VME bus), in which a so-called "Motherboard" as a carrier, which was developed for a bus system that Hardware functions in the form of "piggy backs" or "modules" can be plugged on. Other solutions work with shared hardware, with the hardware in the front part function and in the rear part the bus adaptation can be realized.

Alle diese Lösungen haben den Nachteil, daß durch das modulare Konzept der für die eigentliche Realisierung der Hardwarefunktion zur Verfügung stehende Platz deutlich eingeschränkt wird und im Fall von "Piggy Backs" zusätzlich in der Bauhöhe Beschränkungen auftreten.All of these solutions have the disadvantage that the modular concept of the actual Realization of the hardware function available space is significantly limited and in the case of "piggy backs" there are additional height restrictions.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, für eine vorhandene Hardwarefunktion (z. B. Analog/Digital-Wandler) die Nutzung auf verschiedenen Bussystemen zu ermöglichen ohne daß hierdurch die beschriebenen Nachteile entstehen.The invention specified in claim 1 is based on the problem for a existing hardware function (e.g. analog / digital converter) can be used on different To enable bus systems without the disadvantages described.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die Baugruppensignale des Steckers (4) bestehen aus einem 8 bis 16 Bit breiten Datenbus und einem 10 Bit breiten Adreßbus, sowie 11 Bit allgemeine Steuersignale. Zur Anpassung synchroner Systeme an asynchrone Systeme stehen noch 5 spezielle Steuersignale zur Verfügung.This object is achieved with the features listed in claim 1. The module signals of the connector ( 4 ) consist of an 8 to 16 bit wide data bus and a 10 bit wide address bus, as well as 11 bit general control signals. There are 5 special control signals available to adapt synchronous systems to asynchronous systems.

Für die Spannungsversorgung sind 8 Anschlüsse vorgesehen. Wobei nach Patentanspruch 2 die 4 doppelt belegten Anschlüsse der 50 poligen Mikrosteckverbinder (3) an solche Kontakte des 96 poligen Steckverbinders (2) gelegt werden, die bei möglichst vielen Bussystemen mit Versorgungsspannungen oder Masse belegt sind, um höhere Ströme übertragen zu können. 8 connections are provided for the power supply. According to claim 2, the 4 double-occupied connections of the 50-pin micro connector ( 3 ) are placed on those contacts of the 96-pin connector ( 2 ) which are connected to supply voltages or ground in as many bus systems as possible in order to be able to transmit higher currents.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß der Hardwarefunktion mit etwa 90% nahezu die gesamte Netto Leiterplattenfläche einer 3HE Baugruppe (160 × 100mm, HE = Höhen-Einheiten) und für 63% der Fläche auch die volle Bauhöhe zur Verfügung steht. Dies ist deshalb wichtig, da für unterschiedliche Interfacefunktionalitäten oftmals sehr unterschiedliche Leiterplattenflächen und Bauhöhen notwendig werden.With the invention it is achieved that the hardware function with approximately 90% almost the entire Net PCB area of a 3U module (160 × 100mm, HE = height units) and for 63% of the area is also available in full height. This is important because for different interface functionalities often very different PCB areas and Heights become necessary.

Die erforderlichen Anpassungen an unterschiedliche Bussysteme werden als Modul (6) in der zweiten Ebene ausgeführt. Diese Anpassungen können eine unterschiedliche Datenbreite betreffen, z. B. 32 Bit auf 8 Bit oder seriell nach parallel Konvertierung. Ebenso läßt sich an dieser Stelle unterschiedliches Zeitverhalten, z. B. von synchronen und asynchronen Bussystemen, anpassen. Für die Busanpassung wirkt sich eine Höhen- und Flächen­ einschränkung wenig aus, da hier nur digitale Signale anzupassen sind oder, bei gleicher Datenbreite und gleichem Zeitverhalten, die digitale Signale sogar nur anders zu verdrahten sind.The necessary adjustments to different bus systems are carried out as module ( 6 ) on the second level. These adjustments can affect a different data width, e.g. B. 32 bit to 8 bit or serial after parallel conversion. Likewise, different time behavior, e.g. B. of synchronous and asynchronous bus systems, adapt. A height and area restriction has little effect on the bus adaptation, since only digital signals have to be adapted here or, with the same data width and the same timing, the digital signals can only be wired differently.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben.A further embodiment of the invention is specified in claim 3.

Wird die Modulleiterplatte (7) zur Bussystemanpassung über 6 oder 9 HE geführt, so können auch 2 oder 3 Baugruppen je 3HE auf Bussysteme mit 6HE (z. B. VME-Bus) oder auf 9 HE Bussysteme angepaßt werden. Von Vorteil ist hierbei, das erstens verschiedene Baugruppen mit unterschiedlicher Funktionalität kombiniert werden können, zweitens eigenintelligente Subsysteme gebildet werden können, die die Möglichkeiten der Multiprozessor-Schnittstelle nach Patentanspruch 4 nutzen und drittens zusätzliche Interfacefunktionalität auf dem Anpassungsmodul realisiert werden kann. Die hierbei entstehenden neuen Interfacesignale können über freie Steckerpins der weiteren Baugruppen (z. B. J2 des VME-Bus) und den Übergabesteckverbindern (3) nach außen geführt werden.If the module circuit board ( 7 ) is guided over 6 or 9 U for bus system adaptation, then 2 or 3 modules, each 3U, can be adapted to bus systems with 6U (e.g. VME bus) or to 9U bus systems. The advantage here is that, firstly, different modules can be combined with different functionality, secondly, self-intelligent subsystems can be formed, which use the possibilities of the multiprocessor interface according to claim 4, and thirdly, additional interface functionality can be implemented on the adaptation module. The resulting new interface signals can be routed to the outside via free connector pins of the other modules (e.g. J2 of the VME bus) and the transfer connector ( 3 ).

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 und 5 angegeben. Zusätzlich zur Möglichkeit der Busanpassung beinhaltet die Erfindung eine lokale Erweiterungs- Bus-Schnittstelle (5), über die Funktionsbaugruppen mit eigenem Prozessor untereinander Daten austauschen können. Von Vorteil ist hierbei, daß dabei der Master-CPU-Bus nicht belastet wird und mehrere 3HE Baugruppen vertikal angeordnet ein eigenständiges 6HE oder 9HE Subsystem mit gemeinsamer Systembusschnittstelle bilden können. Die Signalbelegung dieses Erweiterungsbussteckers ist nur für die Versorgungsspannung und Masse festgelegt und richtet sich ansonsten nach den verwendeten Prozessoren. Über zwei zusätzliche Erweiterungs­ busstecker (9) auf den Anpassungsmodulen (7) kann die Verbindung von Baugruppen zusätzlich horizontal erfolgen.A further embodiment of the invention is specified in claims 4 and 5. In addition to the possibility of adapting the bus, the invention includes a local expansion bus interface ( 5 ) via which function modules with their own processor can exchange data with one another. The advantage here is that the master CPU bus is not loaded and several 3U modules arranged vertically can form an independent 6U or 9U subsystem with a common system bus interface. The signal assignment of this expansion bus connector is only defined for the supply voltage and ground and is otherwise based on the processors used. Two additional expansion bus connectors ( 9 ) on the adaptation modules ( 7 ) allow modules to be connected horizontally.

Eine weitere zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben. Durch die besondere Anordnung der Steckverbinder (3 bis 5) am Rand der Leiterplatten wird erreicht, daß sowohl die Nutzfläche der Baugruppe, als auch die Nutzfläche des Anpassungsmoduls nicht durch Steckverbinder unterbrochen wird. Dies gilt gleichermaßen für die zur mechanischen Stabilisierung vorgesehenen Befestigungsbohrungen.A further additional embodiment of the invention is specified in claim 6. The special arrangement of the connectors ( 3 to 5 ) on the edge of the circuit boards ensures that both the usable area of the module and the usable area of the adaptation module are not interrupted by connectors. This applies equally to the mounting holes provided for mechanical stabilization.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 7 angegeben. Wird die Funktionsbaugruppe schon in der Basisausführung mit einer der möglichen und häufig benötigten Bussystem-Anpassungen versehen, so kann in vielen Fällen die zweite Ebene völlig entfallen. Diese Standardmäßige Busanpassung läßt sich durch Entfernen entsprechender Brücken (11) und oder Schaltkreise (10) vollständig, d. h. inklusive der Spannungszuführung aufheben, um die allgemeine Busanpassungsfähigkeit nicht zu beeinträchtigen. An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 7. If the basic version of the function module is already equipped with one of the possible and frequently required bus system adaptations, the second level can be completely omitted in many cases. This standard bus adaptation can be completely removed, ie including the power supply, by removing the corresponding bridges ( 11 ) and or circuits ( 10 ) in order not to impair the general bus adaptability.

Ausführungsbeispiele der Erfindung wird anhand der Zeichnungen 1 bis 3 erläutert.Embodiments of the invention will be explained with reference to drawings 1 to 3.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine 3 HE Baugruppen (1) mit Modulleiterplatte (6) zur Anpassung an einen 3HE Bus (z. B. SMP Bus) oder auch einen seriellen Feldbus (z. B. CAN) in Draufsicht und in der Seitenansicht. Fig. 1 is a 3 U modules ( 1 ) with module circuit board ( 6 ) for adaptation to a 3 U bus (e.g. SMP bus) or a serial field bus (e.g. CAN) in plan view and in side view.

Fig. 2 eine 3 HE Baugruppe (1) ohne Modulleiterplatte mit Busstecker (2) Übergabesteckverbinder (3) Baugruppenstecker (4) und dem Erweiterungsbussteckers (5). Zusätzlich sind als Beispiel eine Busanpassung mittels der Leitungsbrücken (11) und der gesteckten Bustreiber-Schaltungen (10) angedeutet. Am Busstecker (2) ist jetzt direkt eines der Bussysteme (z. B. der ISA96 Bus) verfügbar. Fig. 2 is a 3 U module ( 1 ) without module circuit board with bus connector ( 2 ) transfer connector ( 3 ) module connector ( 4 ) and the expansion bus connector ( 5 ). In addition, a bus adaptation by means of the line bridges ( 11 ) and the plug-in bus driver circuits ( 10 ) are indicated as an example. One of the bus systems (e.g. the ISA96 bus) is now directly available at the bus connector ( 2 ).

Fig. 3 zwei 3 HE Baugruppen (1) mit 6HE Modulleiterplatte (7) zur Anpassung an einen 6HE Bus (z. B. VME Bus) und den Erweiterungsbussteckern (9) in Draufsicht und in der Frontsicht. In diesem Beispiel sind vier 3HE Baugruppen zu einem gemeinsamen Subsystem verbunden. Fig. 3 two 3U modules ( 1 ) with 6U module circuit board ( 7 ) for adaptation to a 6U bus (e.g. VME bus) and the expansion bus connectors ( 9 ) in top view and front view. In this example, four 3U modules are connected to a common subsystem.

Claims (7)

1. Anordnung für ein modulares Baugruppensystem als Prozeßrechner Interface mit freier Busan­ passung und Erweiterungsbus-Schnittstelle. Dieses im folgenden Baugruppe genannte Interface besitzt das Einfach-Europaformat (160 × 100 mm) und zum Bussystem einen bis zu 96 poligen Steckverbinder nach DIN 41 612 Bauform C, im folgenden Busstecker genannt und ist durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:
Die Signale des Bussteckers (2) werden 1 zu 1 auf zwei 50 polige Mikrosteckverbinder, den Übergabesteckern (3), geführt. Die Signale der Baugruppe (1) enden auf einem 50 poligen Mikrosteckverbinder, dem Baugruppenstecker (4). Eine Busanpassung an alle Bussysteme mit DIN 41 612 Stecker erfolgt dadurch, daß mittels einer Modulleiterplatte (6) die Bussignale über die zwei Übergabestecker (3) aufgenommen und entsprechend angepaßt über den Bau­ gruppenstecker (4) an die Baugruppe (1) weitergeleitet werden. In umgekehrter Richtung werden die Signale am Baugruppenstecker (4) aufgenommen, angepaßt und über die zwei Übergabestecker (3) an den Bus weitergeleitet.1. Arrangement for a modular assembly system as a process computer interface with free bus adaptation and expansion bus interface. This interface, which is referred to in the following module, has the single European format (160 × 100 mm) and to the bus system an up to 96-pin connector according to DIN 41 612 type C, hereinafter referred to as bus connector, and is characterized by the following features:
The signals from the bus connector ( 2 ) are routed 1 to 1 to two 50-pin micro connectors, the transfer connectors ( 3 ). The signals of the module ( 1 ) end on a 50-pin micro connector, the module connector ( 4 ). A bus adaptation to all bus systems with DIN 41 612 connector takes place in that the bus signals are picked up via the two transfer plugs ( 3 ) by means of a module circuit board ( 6 ) and forwarded accordingly via the assembly group connector ( 4 ) to the module ( 1 ). In the opposite direction, the signals are picked up at the module connector ( 4 ), adapted and forwarded to the bus via the two transfer connectors ( 3 ). 2. Auf dem 50 poligen Übergabesteckers (3) sind 4 Signale für eine höhere Strombelastbarkeit doppelt belegt und zu Anschlüssen des Bussteckers (2) geführt, die bei vielen Bussystemen mit der Spannungszuführung belegt sind.2. On the 50-pin transfer connector ( 3 ), 4 signals for a higher current carrying capacity are assigned twice and lead to connections of the bus connector ( 2 ), which are assigned the voltage supply in many bus systems. 3. Mit einer Modulleiterplatte (7), die sich über mehrere vertikal angeordnete Baugruppen erstreckt, lassen sich Bussysteme mit mehr als einem 96 poligen DIN 41 612 Stecker anpassen (z. B. 6HE VME-Bus).3. With a module circuit board ( 7 ) that extends over several vertically arranged modules, bus systems with more than one 96-pin DIN 41 612 connector can be adapted (eg 6U VME bus). 4. Mittels eines vierten 50 poligen Mikrosteckverbinders, dem Erweiterungsbusstecker (5) wird eine Multiprozessor-Schnittstelle gebildet, über die Baugruppen mit eigener CPU ohne Beteiligung des eigentlichen Bussystems Daten austauschen können. Die Erweiterungsbus­ stecker (5) mehrerer 3HE Baugruppen werden über die Modulleiterplatte (7) nach Patent­ anspruch 3 direkt 1 zu 1 verbunden.4. Using a fourth 50-pin micro connector, the expansion bus connector ( 5 ), a multiprocessor interface is formed, via which modules with their own CPU can exchange data without involving the actual bus system. The expansion bus connector ( 5 ) of several 3U modules are directly connected 1 to 1 via the module circuit board ( 7 ) according to claim 3. 5. Auf der Modulleiterplatte (7) befinden sich zwei zusätzliche 50 polige Erweiterungsbus­ stecker (9) zwischen den 3HE Baugruppen, die 1 zu 1 mit den Erweiterungsbussteckern (5) verbunden sind. Hierdurch lassen sich nebeneinander liegende Baugruppen mit eigener CPU in einem Kartenträger horizontal zu einem größeren Multiprozessorsubsystem verbinden.5. On the module circuit board ( 7 ) there are two additional 50-pin expansion bus connectors ( 9 ) between the 3U modules, which are connected 1 to 1 to the expansion bus connectors ( 5 ). In this way, adjacent modules with their own CPU can be horizontally connected in a card carrier to a larger multiprocessor subsystem. 6. Der Baugruppenstecker (4) ist in einem Winkel von 90° zum Busstecker (2) am oberen Rand und der Erweiterungsbusstecker (5) in einem Winkel von 90° zum Busstecker (2) am unteren Rand der Baugruppe angeordnet. Zur mechanischen Stabilisierung des Systems dienen je drei Befestigungsbohrungen (8) auf den Baugruppen, die jeweils ein gleichschenkliges Dreieck bilden und zwar eine Bohrung zwischen den Übergabesteckern (3) und je eine neben dem Baugruppenstecker (4) und dem Erweiterungsbusstecker (5).6. The module connector ( 4 ) is arranged at an angle of 90 ° to the bus connector ( 2 ) at the upper edge and the expansion bus connector ( 5 ) at an angle of 90 ° to the bus connector ( 2 ) at the lower edge of the module. For mechanical stabilization of the system, there are three mounting holes ( 8 ) on the modules, each of which forms an isosceles triangle, one between the transfer connectors ( 3 ) and one next to the module connector ( 4 ) and the expansion bus connector ( 5 ). 7. Eine bestimmte Busanpassung läßt sich durch das Stecken eines oder mehrerer elektrischer Schaltkreise (10) und oder einiger Schaltungsbrücken (11) ohne eine gesonderte Modul­ leiterplatte erreichen. Diese Standardanpassung läßt sich vollständig aufheben, so daß die freie Busanpassung nach Patentanspruch 1 nicht beeinträchtigt wird.7. A specific bus adaptation can be achieved by inserting one or more electrical circuits ( 10 ) and or some circuit bridges ( 11 ) without a separate module circuit board. This standard adaptation can be canceled completely, so that the free bus adaptation according to claim 1 is not impaired.
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