DE202014005961U1

DE202014005961U1 - automation equipment

Info

Publication number: DE202014005961U1
Application number: DE201420005961
Authority: DE
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2024-07-25
Also published as: CN204761915U

Abstract

Automatisierungsgerät zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, mit Modulen und elektronischen Einheiten, die miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Module und elektronischen Einheiten des Automatisierungsgerätes innerhalb eines Schutzgehäuses (7) angeordnet sind, wobei innerhalb des Schutzgehäuses (7) eine erste Leiterplatte (1) angeordnet ist, die die CPU Hauptkomponenten beinhaltet, wobei innerhalb des Schutzgehäuses (7) eine zweite Leiterplatte (2) angeordnet ist, die eine Vorrichtung zur Erzeugung von Versorgungsspannungen beinhaltet und die mit der ersten Leiterplatte (1) mechanisch und elektrisch verbunden ist, wobei innerhalb des Gehäuses (7) eine dritte Leiterplatte (3) angeordnet ist, die Anzeige- und Bedienkomponenten beinhaltet und die mit der ersten Leiterplatte (1) mechanisch und elektrisch verbunden ist, wobei innerhalb des Gehäuses (7) eine vierte Leiterplatte (4) angeordnet ist, die Vorrichtungen zum Anbinden einer Pufferbatterie und eines Anzeige- und Bedienmoduls (6) beinhaltet und die mit der dritten Leiterplatte (3) mechanisch und elektrisch verbunden ist, wobei innerhalb des Gehäuses (7) eine fünfte Leiterplatte (5) angeordnet ist, die mindestens zwei unterschiedliche Feldbusschnittstellen beinhaltet und die mit der ersten Leiterplatte (1) mechanisch und elektrisch verbunden ist.Automation device for controlling and / or monitoring technical processes, with modules and electronic units which are interconnected, characterized in that the modules and electronic units of the programmable controller are arranged within a protective housing (7), wherein within the protective housing (7) a first Circuit board (1) is arranged, which includes the CPU main components, wherein within the protective housing (7), a second circuit board (2) is arranged, which includes a device for generating supply voltages and mechanically and electrically connected to the first circuit board (1) is, wherein within the housing (7) a third printed circuit board (3) is arranged, which includes display and control components and which is mechanically and electrically connected to the first circuit board (1), wherein within the housing (7) has a fourth circuit board ( 4) is arranged, the devices for connecting a Pufferbat and a display and control module (6) and which is mechanically and electrically connected to the third circuit board (3), wherein within the housing (7) a fifth circuit board (5) is arranged, which includes at least two different fieldbus interfaces and is mechanically and electrically connected to the first circuit board (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatisierungsgerät zur Steuerung und/oder Überwachung technischer Prozesse, dessen Module und elektronische Einheiten elektrisch miteinander verbindbar sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Automatisierungsgerät ist ein Gerät zur Kontrolle und Steuerung von Automatisierungssystemen. Es wird auch als eine speicherprogrammierbare Steuerung, im deutschen Sprachraum als SPS abgekürzt, im englischen Sprachraum als PLC bezeichnet (von Programmable Logic Controller) bezeichnet. Bezüglich des mechanischen und hardwaremäßigen Aufbaus sind speicherprogrammierbare Steuerungen bekannt, bei denen einzelne Leiterplatten, die verschiedene Komponenten und Baugruppen beinhalten, die einen 19''-Einschubrahmen, auch als Rack bezeichnet, parallel nebeneinander eingeschoben werden. An der Rückseite des 19''-Racks befindet sich eine sogenannte Backplane, die Busleitungen eines Signal- und Energiebusses beinhaltet, und die Anschlusssockel hat, in die die einzelnen Leiterplatten mittels an den Leiterplatten befindlicher Anschlussstecker anschließbar sind. Dieser Aufbau ist mechanisch sehr aufwändig, wenn auch sehr flexibel, aber doch sehr teuer und nicht geeignet für den Einsatz in rauher Umgebung, oder nur unter Hinzufügung eines zusätzlichen, wiederum sehr teuren, Schutzgehäuses um das Rack herum. Die DE 10 2004 056 363 A1 zeigt ein fexibles, erweiterbares Automatisierungsgerät, bei dem einzelne Baugruppen jeweils als in sich geschlossenes Modul ausgeführt sind, und die Module sind aneinandergereiht nebeneinander platzierbar und mittels Anschlusselementen und eines Steckers über einen Bus elektrisch miteinander verbindbar. Dieses Gerät ist zwar wegen der einzelnen, geschlossenen Module geeignet für den Einsatz in rauer Umgebung, allerdings ist eine flexible Anpassung an unterschiedliche Konfigurationen nur aufwändig durchführbar, denn es müssen jedesmal entsprechen geeignete vollständige Module vorgehalten und vorhanden sein, und beim Austausch eines Moduls muss der ganze Verbund zunächst auseinandergenommen und anschließend wieder zusammengesetzt werden. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Automatisierungsgerät, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zu schaffen, das ein sehr flexibles mechanisches und hardwaremäßiges Aufbaukonzept hat, so dass verschiedene Produktvarianten ohne großen Aufwand in ein – und demselben Gehäuse realisiert werden können. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Automatisierungsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß also sind die Module und elektronischen Einheiten des Automatisierungsgerätes innerhalb eines Schutzgehäuses angeordnet. Innerhalb des Schutzgehäuses ist eine erste Leiterplatte angeordnet, die die CPU Hauptkomponenten beinhaltet. Innerhalb des Schutzgehäuses ist eine zweite Leiterplatte angeordnet, die eine Vorrichtung zur Erzeugung von Versorgungsspannungen beinhaltet und die mit der ersten Leiterplatte mechanisch und elektrisch und signaltechnisch verbunden ist. Innerhalb des Gehäuses ist eine dritte Leiterplatte angeordnet, die Anzeige- und Bedienkomponenten beinhaltet und die mit der ersten Leiterplatte mechanisch und elektrisch und signaltechnisch verbunden ist, und innerhalb des Gehäuses ist eine vierte Leiterplatte angeordnet, die Vorrichtungen zum Anbinden einer Pufferbatterie und eines Anzeige- und Bedienmoduls beinhaltet und die mit der dritten Leiterplatte mechanisch und elektrisch und signaltechnisch verbunden ist, und innerhalb des Gehäuses ist eine fünfte Leiterplatte angeordnet, die mindestens zwei unterschiedliche Feldbusschnittstellen beinhaltet und die mit der ersten Leiterplatte mechanisch und elektrisch und signaltechnisch verbunden ist. Das erfindungsgemäße Automatisierungsgerät benötigt keinen Einschubrahmen mehr mit Backplane und besonderem Schutzgehäuse. Es braucht auch keine Tragschiene, auf der die Module nebeneinander angereiht und miteinander durch Steckverbinder verbunden werden müssen. Der mechanische, elektrische und signaltechnische Aufbau beruht darauf, dass die erste Leiterplatte als Basisplatte fungiert, und dass die anderen Leiterplatten direkt oder indirekt an der ersten Leiterplatte angeschlossen sind, nicht an einem gemeinsamen Backplane-Bus und nicht an einer gemeinsamen Tragschiene. Die zweite, dritte und fünfte Leiterplatte sind sowohl mechanisch als auch elektrisch als auch signaltechnisch mit der ersten Leiterplatte verbunden, ohne dass eine Tragschiene benötigt wird, und die vierte Leiterplatte ist mechanisch, elektrisch und signaltechnisch mit der dritten Leiterplatte verbunden. Somit ist ein sehr einfaches und flexibles mechanisches und hardwaremäßiges Aufbaukonzept gegeben. Produktvarianten könne einfach durch Austausch einzelner Leiterplatten innerhalb eines einzigen Gehäuses realisiert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Anzeige- und Bedienmodul vorhanden, das Anzeige.- und Bedienkomponenten beinhaltet und das mit der vierten Leiterplatte elektrisch und signaltechnisch verbunden ist.The invention relates to an automation device for controlling and / or monitoring technical processes whose modules and electronic units are electrically connectable to each other, according to the preamble of claim 1. Such an automation device is a device for controlling and controlling automation systems. It is also referred to as a programmable logic controller, abbreviated to SPS in the German-speaking world, referred to in the English-speaking world as a PLC (designated by Programmable Logic Controller). With regard to the mechanical and hardware structure, programmable logic controllers are known in which individual circuit boards, which contain various components and assemblies, which a 19 '' - slide-in frame, also referred to as a rack, are inserted parallel to each other. At the back of the 19 '' - Rack is a so-called backplane, which includes bus lines of a signal and power bus, and the terminal base has, in which the individual circuit boards are connected by means of connectors located on the circuit boards. This structure is mechanically very complex, if very flexible, but very expensive and not suitable for use in harsh environments, or only with the addition of an additional, again very expensive, protective housing around the rack. The DE 10 2004 056 363 A1 shows a fexible, expandable automation device, in which individual modules are each designed as a self-contained module, and the modules are juxtaposed side by side placeable and electrically connectable by means of connecting elements and a plug via a bus. Although this device is suitable because of the individual, closed modules suitable for use in harsh environments, however, a flexible adaptation to different configurations is complicated to carry out, because it must be appropriate each complete appropriate modules and be present, and when replacing a module must whole composite first taken apart and then reassembled. The object underlying the present invention is to provide an automation device, in particular a programmable logic controller (PLC), which has a very flexible mechanical and hardware design concept, so that different product variants can be realized in one and the same housing without much effort. The object is achieved by an automation device with the features of claim 1. According to the invention, therefore, the modules and electronic units of the programmable controller are arranged within a protective housing. Within the protective housing, a first printed circuit board is arranged, which contains the CPU main components. Within the protective housing, a second circuit board is arranged, which includes a device for generating supply voltages and which is mechanically and electrically and signal technically connected to the first circuit board. Within the housing, a third circuit board is arranged, which includes display and control components and which is mechanically and electrically and signal technically connected to the first circuit board, and within the housing, a fourth circuit board is arranged, the devices for connecting a backup battery and a display and Includes control module and which is mechanically and electrically and signal technically connected to the third circuit board, and within the housing a fifth circuit board is arranged, which includes at least two different fieldbus interfaces and which is mechanically and electrically and signal technically connected to the first circuit board. The automation device according to the invention no longer requires a slide-in frame with a backplane and a special protective housing. It also needs no mounting rail on which the modules lined up next to each other and must be connected together by connectors. The mechanical, electrical and signal engineering structure is based on the fact that the first printed circuit board acts as a base plate, and that the other printed circuit boards are directly or indirectly connected to the first printed circuit board, not on a common backplane bus and not on a common mounting rail. The second, third and fifth printed circuit board are both mechanically and electrically and signal technically connected to the first circuit board, without a support rail is required, and the fourth circuit board is mechanically, electrically and signal technically connected to the third circuit board. Thus, a very simple and flexible mechanical and hardware construction concept is given. Product variants can be easily realized by replacing individual circuit boards within a single housing. According to an advantageous embodiment of the invention, a display and adjustment module is present, which contains display and control components and which is electrically and signal technically connected to the fourth circuit board.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die erste Leiterplatte einen Hauptprozessor und wenigstens eine Speichervorrichtung.According to an advantageous embodiment of the invention, the first circuit board includes a main processor and at least one memory device.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die erste Leiterplatte weiterhin eine Kommunikationsschnittstelle und wenigstens eine spezifische Schnittstelle für die Anbindung wenigstens eines externen I/O-Moduls und/oder eines externen Feldbuskommunikationsmoduls. According to an advantageous embodiment of the invention, the first circuit board further includes a communication interface and at least one specific interface for the connection of at least one external I / O module and / or an external fieldbus communication module.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die erste Leiterplatte 1 einen standardisierten PCI-Express(abgekürzt zu PCIe)-Sockel für den Anschluss eines Steckverbinders für vier PCI-Express Lanes. Nur zwei der Lanes sind mit der CPU verbunden. Die anderen beiden Anschlüsse können für andere, design-spezifische Signale benutzt werden, die nicht in den PCIe-Regularien standardisiert sind. Der Vorteil liegt darin, dass kein zusätzlicher Steckverbinder benötigt wird, um design-spezifische Signale an die PCIe-Leiterplatte anzuschließen. Der PCIe-Sockel gemäß der Erfindung ist dennoch kompatibel mit Standard PCIe-Geräten mit zwei PCIe-Lanes und einem Verbinder für zwei Lanes, denn die Pin-Belegungszone im Bereich der beiden Standard-PCIe-Lanes bei dem vorliegend gemäß der Erfindung eingesetzten PCIe-Sockel hat eine Standard-PCIe-Pinbelegung.According to an advantageous embodiment of the invention, the first circuit board includes 1 a standardized PCI Express (abbreviated to PCIe) socket for connecting a connector for four PCI-Express lanes. Only two of the lanes are connected to the CPU. The other two ports can be used for other design-specific signals that are not standardized in the PCIe regulations. The advantage is that no additional connector is needed to connect design-specific signals to the PCIe board. The PCIe socket according to the invention is nevertheless compatible with standard PCIe devices with two PCIe lanes and a connector for two lanes, because the pin assignment zone in the area of the two standard PCIe lanes in the case of the PCIe presently used according to the invention. Socket has a standard PCIe pinout.

Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist es weiter, dass kein zusätzlicher Anschlussstecker benötigt wird, um zusätzliche Signale an die PCIe-Leiterplatte anzuschließen, da ja der Bereich der Lanes 3 und 4 an dem erfindungsgemäßen PCIe-Sockel design-spezifisch belegt sein kann.Advantage of the arrangement according to the invention, it is further that no additional connector is required to connect additional signals to the PCIe board, since the area of the lanes 3 and 4 can be assigned design-specific to the PCIe socket according to the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die zweite Leiterplatte Vorrichtungen zur Erzeugung aller benötigten Hauptspannungspotentiale, einschließlich zur Erzeugung von galvanisch getrennten Potentialen für Feldbusschnittstellen.According to an advantageous embodiment of the invention, the second printed circuit board includes means for generating all the required main voltage potentials, including for generating galvanically isolated potentials for fieldbus interfaces.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die dritte Leiterplatte eine Anschaltung basierend auf einem Mikrokontroller, sowie einen SD-Karten-Halter.According to an advantageous embodiment of the invention, the third circuit board includes a connection based on a microcontroller, as well as an SD card holder.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet die dritte Leiterplatte das Interface zwischen der ersten und der vierten Leiterplatte.According to an advantageous embodiment of the invention, the third circuit board forms the interface between the first and the fourth circuit board.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die fünfte Leiterplatte zwei voneinander unabhängige Feldbusschnittstellen, wobei die Feldbusschnittstellen untereinander synchronisierbar sind.According to an advantageous embodiment of the invention, the fifth printed circuit board includes two independent field bus interfaces, wherein the field bus interfaces are synchronized with each other.

Auf der fünften Leiterplatte befinden sich erfindungsgemäß zwei Feldbus-Prozessoren. Dadurch wird die Verfügbarkeit von Ethernet-basierten Feldbus-Schnittstellen und entsprechenden Protokollen an Bord des Automatisierungsgerätes erhöht. Dabei kann mit beiden der Feldbus-Prozessoren dasselbe Protokoll verwendet werden (beide master oder beide slave), oder es können über jede der Feldbusschnittstellen unterschiedliche Protokolle gehandhabt werden, beispielsweise eine Schnittstelle als Master, die andere Schnittstelle als Slave.On the fifth circuit board according to the invention are two fieldbus processors. This increases the availability of Ethernet-based fieldbus interfaces and corresponding protocols on board the programmable controller. In this case, the same protocol can be used with both of the fieldbus processors (both master or both slave), or different protocols can be handled via each of the fieldbus interfaces, for example one interface as master, the other interface as slave.

Vorteilhaft ist die Erhöhung der Feldbusschnittstellen an nur einer Leiterplatte. Dadurch wird Platz gespart in dem Automatisierungsgerät, denn es ist nur eine Kommunikations-Leiterplatte erforderlich anstatt zwei wie im Stand der Technik bekannt.It is advantageous to increase the fieldbus interfaces on only one printed circuit board. This saves space in the automation device because only one communication board is required instead of two as known in the art.

Beide Feldbusprozessoren können dafür vorgesehen sein, die Protokolle zu synchronisieren, ohne eine weitere Vorrichtung oder ein weiteres Anwenderprogramm dazu zu benötigen.Both fieldbus processors can be designed to synchronize the protocols without the need for another device or application program.

Die beiden Feldbus-Schnittstellen können in vorteilhafter Weise auch als eine redundant ausgeführte Feldbusschnittstelle betrachtet werden. Vorteil ist dann die erhöhte Verfügbarkeit der entsprechenden Anwendung.The two fieldbus interfaces can be considered advantageously as a redundant running fieldbus interface. The advantage is then the increased availability of the corresponding application.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Auswahl der zu verwendenden Feldbusschnittstelle mittels eines Engineering Tools festlegbar und änderbar.According to an advantageous embodiment of the invention, the selection of the fieldbus interface to be used can be defined and changed by means of an engineering tool.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Anzeige- und Bedienmodul ein LCD-Display zur Anzeige von Informationen und ein Tastenfeld als Bedienkomponente.According to an advantageous embodiment of the invention, the display and operating module includes an LCD display for displaying information and a keypad as a control component.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Anzeige- und Bedienmodul mit den Anzeige.- und Bedienkomponenten vom Gehäuse abnehmbar ausgeführt. Das Gerät könnte somit in einer speziellen Variante auch ohne das Anzeige- und Bedienmodul betrieben werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the display and adjustment module with the display and operating components of the housing is designed to be removable. The device could thus be operated in a special variant without the display and adjustment module.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.Reference to the drawing, in which an embodiment of the invention is shown, the invention and further advantageous refinements and improvements and other advantages to be explained and described.

Es zeigt die einzige Figur schematisch ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Automatisierugsgerätes.The single FIGURE shows schematically a block diagram of an automation device according to the invention.

Die Figur zeigt schematisch das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Automatisierungsgerätes. Es handelt sich um ein Gerät zur Kontrolle und Steuerung von Automatisierungssystemen. Es handelt sich genauer gesagt um eine speicherprogrammierbare Steuerung, im deutschen Sprachraum als SPS abgekürzt, im englischen Sprachraum als PLC bezeichnet (von Programmable Logic Controller).The figure shows schematically the block diagram of an automation device according to the invention. It is a device for controlling and controlling automation systems. More specifically, it is a programmable logic controller, abbreviated to SPS in the German-speaking world, referred to in the English-speaking world as a PLC (by Programmable Logic Controller).

Das Gerät besteht aus mehreren Komponenten:

– einem Gehäuse 7 zum Schutz der elektronischen Komponenten des Gerätes. Hier ist hat das Gehäuse mindestens die Schutzklasse IP 20.
– Einer ersten Leiterplatte 1, welche die CPU Hauptkomponenten beinhaltet.
– Einer zweiten Leiterplatte 2 für die Erzeugung von Versorgungsspannungen.
– Einer dritten Leiterplatte 3 für Anzeige- und Bedienkomponenten.
– Einer vierten Leiterplatte 4 zur Anbindung einer Pufferbatterie und eines Displaymoduls.
– Einer fünften Leiterplatte 5 für diverse Industrie Feldbus Schnittstellen.
– Einer sechsten Leiterplatte 6 für Anzeige und Bedienkomponenten.

The device consists of several components:

- a housing 7 to protect the electronic components of the device. Here the housing has at least the protection class IP 20.
- A first circuit board 1 which includes the CPU main components.
- a second circuit board 2 for the generation of supply voltages.
- A third circuit board 3 for display and operating components.
- A fourth circuit board 4 for connecting a buffer battery and a display module.
- A fifth circuit board 5 for various industrial fieldbus interfaces.
- A sixth circuit board 6 for display and operator components.

Die erste Leiterplatte 1 beinhaltet den Hauptprozessor und unterschiedliche Speichermedien wie NOR Flash, NAND Flash, SRAM, MRAM DDR2.The first circuit board 1 includes the main processor and different storage media like NOR Flash, NAND Flash, SRAM, MRAM DDR2.

Darüber hinaus sind hier Kommunikationsschnittstellen wie Ethernet, RS232, RS485 und CAN realisiert. Ebenfalls sind hier spezifische Schnittstellen für die Anbindung von externen I/O Modulen und externen Feldbuskommunikationsmodulen untergebracht.In addition, communication interfaces such as Ethernet, RS232, RS485 and CAN are implemented here. It also houses specific interfaces for connecting external I / O modules and external fieldbus communication modules.

Ein aktiver Verpol- und Rückspeiseschutz auf der ersten Leiterplatte 1 sorgt für geringe Verluste. Sie überwacht die Eingangsspannung und kann je nach Wert der Eingangsspannung verschiede Schaltungsteile zu- und abschalten um entweder den Ladestrom oder die Verluste zu minimieren.An active polarity reversal and regeneration protection on the first circuit board 1 ensures low losses. It monitors the input voltage and, depending on the value of the input voltage, can switch different parts of the circuit on and off to minimize either the charging current or the losses.

In vorteilhafter Ausgestaltung wird ein MRAM, abgekürzt für magnetoresistives RAM, anstatt eines SRAM, abgekürzt von statisches RAM, verwendet, um die Lebensdauer einer Pufferbatterie zu verlängern. MRAM ist eine nicht-volatile Speichertechnologie. Üblicherweise wird eine Pufferbatterie verwendet für die Erzeugung einer backup-Spannung für den Speicher-Backup und die Echtzeit-Uhr, auch als RTC, von real time clock, bezeichnet. Die Pufferbatterie stellt die Spannung für den Speicher und die RTC zur Verfügung, wenn das Gerät ausgeschaltet ist. Dabei verbraucht sich die Pufferbatterie im Laufe der Zeit. Bei Verwendung einer MRAM-Technologie wird für den Speicher keine Puffer-Spannung benötigt, die Puffer-Batterie muss nur noch den RTC versorgen und wird dadurch weniger belastet. Somit wird eine längere Lebensdauer der Pufferbatterie erreicht, ohne dass der Gesamtaufbau oder die Gesamtfunktion beeinflusst werden. In Anwendungen, in denen kein RTC benötigt wird, kann durch Einsatz einer MRAM-Technologie die Pufferbatterie sogar ganz entfallen.In an advantageous embodiment, an MRAM, short for magnetoresistive RAM, is used instead of an SRAM, abbreviated to static RAM, to extend the life of a backup battery. MRAM is a non-volatile storage technology. Typically, a backup battery is used for generating a backup voltage for the memory backup and the real time clock, also referred to as RTC, from real time clock. The back-up battery provides the voltage for the memory and the RTC when the device is off. In the process, the backup battery consumes itself over time. When using MRAM technology, no buffer voltage is required for the memory, the buffer battery only has to supply the RTC and is thus less loaded. Thus, a longer life of the backup battery is achieved without affecting the overall structure or the overall function. In applications where no RTC is required, the use of MRAM technology even eliminates the backup battery.

Die hier beschriebene Steuerung beinhaltet ein Modul „Echtzeituhr”. Diese Funktionseinheit ist in der Lage, die aktuelle Uhrzeit und das Datum auch bei ausgeschalteter Steuerung stets aktuell zu berechnen. Die Echtzeituhr wird über einen steuerungsinternen Energiespeicher (z. B. eine Batterie) mit Spannung versorgt. Die Pufferungsdauer des Energiespeichers hängt von dessen gespeicherter Energie und dem Energiebedarf der Echtzeituhr und weiteren Komponenten, die den Energiespeicher nutzen, ab.The controller described here includes a module "Real Time Clock". This functional unit is able to always calculate the current time and date even when the control is switched off. The real-time clock is supplied with power via an internal control energy storage (eg a battery). The buffering period of the energy storage depends on its stored energy and the energy requirements of the real-time clock and other components that use the energy storage from.

Die Norm für Speicherprogrammierbare Steuerungen IEC61131 sieht vor, dass Variablen des Anwenderprogramms als „persistent” oder „retain” deklariert werden können, um den Inhalt dieser Variablen auch nach dem Ab- und erneuten Einschalten der Steuerung zu bewahren. Der Speicher, der diese Variablen aufnimmt muss demzufolge spannungsausfallsicher sein. Üblich ist die Verwendung von batteriegepufferten RAM Bausteinen. In den üblichen Systemen wird also der Energiespeicher sowohl von der Echtzeituhr als auch von Speicherbausteinen genutzt. Bedingt durch den erhöhten Energiebedarf bei der Speisung sowohl der Echtzeituhr als auch des Speichers für remanente/persistente Daten, verringert sich die maximal mögliche Pufferungsdauer der einzelnen Komponenten.The standard for programmable logic controllers IEC61131 For example, variables of the user program can be declared as "persistent" or "retain" in order to retain the contents of these variables even after the control has been switched off and on again. The memory that receives these variables must therefore be voltage failure-proof. Common is the use of battery-backed RAM devices. In the usual systems, therefore, the energy storage is used by both the real-time clock and memory devices. Due to the increased energy requirement when feeding both the real-time clock and the memory for remanent / persistent data, the maximum possible buffering time of the individual components is reduced.

Um diesem Verhalten entgegen zu wirken, kann durch Einsatz neuer Speichertechnologien, die Pufferungsdauer der übrigen Komponenten (hier der Echtzeituhr) erhöht werden ohne die Größe des Energiespeichers zu ändern. Diese neuen Speichertechnologien welche die Daten auch ohne anliegende Versorgungsspannung zuverlässig sichern und gleichzeitig nicht die bekannten Nachteile von EEPROMS bzw. Flash-Speichern haben und die deshalb den Einsatz im Automatisierungsgerät für diese Anwendung ausschließen.To counteract this behavior, the use of new memory technologies can increase the buffering time of the other components (in this case the real-time clock) without changing the size of the energy storage device. These new storage technologies which reliably secure the data even without supply voltage and at the same time do not have the known disadvantages of EEPROMS or flash memory and therefore exclude the use in the automation device for this application.

Auf der ersten Leiterplatte 1 werden Standard PCIe Stecker für 4 Lanes mit Pinbelegung kompatibel zu 1 Lane Modulen und zusätzlichen spezifischen Signalen eingesetzt.On the first circuit board 1 Standard PCIe connectors are used for 4 lanes with pin assignment compatible with 1 lane modules and additional specific signals.

Die hier beschriebene Steuerung verwendet den PCI-Express Standard zur Kommunikation zwischen Haupt-CPU und speziellen Schnittstellencontrollern. Die Schnittstellencontroller befinden sich auf der fünften Leiterplatte 5, siehe unten, wohingegen die Haupt-CPU auf der ersten Leiterplatte 1 zu finden ist. Der eingesetzte PCI-Express Datenlink umfasst hier eine PCI-Express Lane. Durch Einsatz eines Steckverbinders für vier PCI-Express Lanes, welcher der elektrischen Belegung im Bereich der Kontaktreihe 1–18 der Standardbelegung für PCI-Express ×1 Steckverbinder entspricht, ist es möglich, die Kompatibilität und Steckbarkeit einer üblichen PCI-Express Karte mit einer Lane zu wahren und außerdem gerätespezifische Karten mit einer PCI-Express Lane im Bereich der Kontaktreihen 1–18 und spezifischer, vom PCI-Express Standard abweichender Belegung im Kontaktbereich der für die Lanes 2 bis 4 vorgesehen ist, zu verwenden.The controller described here uses the PCI-Express standard for communication between the main CPU and special interface controllers. The interface controllers are located on the fifth circuit board 5 see below, whereas the main CPU on the first circuit board 1 can be found. The used PCI-Express data link here includes a PCI-Express lane. By using a connector for four PCI-Express lanes, which corresponds to the electrical assignment in the range 1-18 of the standard assignment for PCI-Express × 1 connector, it is possible to compatibility and pluggability of a conventional PCI Express card with a lane In addition, device-specific cards with a PCI-Express lane in the range of contact rows 1-18 and specific, deviating from the PCI-Express standard assignment in the contact area intended for the Lanes 2 to 4 to use.

Auf der zweiten Leiterplatte 2 werden alle Hauptspannungspotentiale erzeugt, inklusive die galvanisch getrennten Potentiale für einige Feldbusschnittstellen, die sich auf der ersten Leiterplatte befinden. In einer Ausführungsform ist die Feldbusschnittstelle eine CAN-Bus-Schnittstelle. Die galvanisch isolierte Spannung für das CAN-Interface wird auf der zweiten Leiterplatte 2 erzeugt und zu dem CAN-Interface geführt, anstatt, wie bisher im Stand der Technik bekannt, auf dem CAN-Interface selbst direkt erzeugt zu werden. Gemäß bisherigem Stand der Technik musste dazu auf dem CAN-Interface ein zusätzlicher DC 7 DC-Konverter verwendet werden. In der erfindungsgemäßen Ausführung ist das nicht mehr erforderlich, denn es wird der auf der zweiten Leiterplatte 2 sowieso vorhandene Transformator dazu mit verwendet. Damit werden Kostenersparnisse erzielt, denn es sind weniger Bauteile insgesamt erforderlich.On the second circuit board 2 All main potentials are generated, including the galvanically isolated potentials for some field bus interfaces, which are located on the first circuit board. In one embodiment, the fieldbus interface is a CAN bus interface. The galvanically isolated voltage for the CAN interface is on the second printed circuit board 2 generated and routed to the CAN interface instead of being directly generated on the CAN interface itself, as heretofore known in the art. According to the prior art had this on the CAN interface, an additional DC 7 DC converter can be used. In the embodiment according to the invention that is no longer necessary, because it is the on the second circuit board 2 any existing transformer used with it. This saves costs because fewer components are required overall.

Zur Minimierung des Inrush-current wird nur einer der Pufferkondensatoren als Ladekondensator verwendet, der direkt gespeist wird, während die restlichen Pufferkondensatoren über einen Widerstand geladen werden.To minimize the inrush current, only one of the buffer capacitors is used as the charging capacitor, which is fed directly, while the remaining buffer capacitors are charged via a resistor.

Das notwendige Powersequencing zum zeitlich geregelten Anlaufen der für das Starten des Systems benötigten Komponenten, wird über die Freigabesignale der einzelnen Schaltregler zwischen der ersten Leiterplatte 1 und der zweiten Leiterplatte 2 geregelt und nicht über einen zentralen Powersequencing IC (IC steht für integrated circuit, ein integrierter Schaltungsbaustein), wie im Stand der Technik üblich.The necessary power sequencing for the time-controlled startup of the components required for starting the system is achieved via the enable signals of the individual switching regulators between the first printed circuit board 1 and the second circuit board 2 regulated and not via a central power sequencing IC (IC stands for integrated circuit, an integrated circuit module), as is common in the prior art.

Drei galvanisch getrennte Versorgungsspannungen für die Feldbusschnittstellen auf der ersten Leiterplatte 1 werden zentral auf der zweiten Leiterplatte 2 erzeugt und auf der ersten Leiterplatte 1 den Schnittstellen zugeführt und nicht dezentral vor den Schnittstellen.Three galvanically isolated supply voltages for the field bus interfaces on the first printed circuit board 1 be central on the second circuit board 2 generated and on the first circuit board 1 supplied to the interfaces and not decentralized in front of the interfaces.

Die dritte Leiterplatte 3 beinhaltet eine Anschaltung basierend auf einem Mikrocontroller. Auf dieser Leiterplattem Board sind Anzeigekomponenten wie Leuchtdioden untergebracht, wie auch Bedienelemente wie Schalter und Taster. Diese Komponenten können vom Onboard Mikrocontroller oder alternativ von der ersten Leiterplatte aus gesteuert werden.The third circuit board 3 includes a connection based on a microcontroller. On this printed circuit Board display components such as LEDs are housed, as well as controls such as switches and buttons. These components may be controlled by the onboard microcontroller or alternatively by the first circuit board.

Die dritte Leiterplatte 3 beinhaltet einen SD-Karten-Halter. Die dritte Leiterplatte bildet ebenfalls das Interface zwischen der ersten und der vierten Leiterplatte.The third circuit board 3 includes an SD card holder. The third circuit board also forms the interface between the first and fourth circuit boards.

Auf der vierten Leiterplatte 4 befinden sich Konnektoren für den Anschluss des Anzeige- und Bedienmoduls 6 und/oder einer Batterie.On the fourth circuit board 4 There are connectors for connecting the display and operating module 6 and / or a battery.

Auf der fünften Leiterplatte 5 sind zwei voneinander unabhängige Feldbusschnittstellen realisiert. Hierfür sind dedizierte Mikrocontroller verwendet, so wie auch Speichermedien wie SDRAM und Flash.On the fifth circuit board 5 Two independent fieldbus interfaces are realized. Dedicated microcontrollers are used, as well as storage media like SDRAM and Flash.

Jede Schnittstelle kann unterschiedliche Feldbusprotokolle beinhalten.Each interface can contain different fieldbus protocols.

Welches Protokoll in welcher der Schnittstelle verwendet wird, kann vom Kunden mit Hilfe eines Engineering Tools festgelegt und geändert werden. Die Schnittstellen können untereinander synchronisiert werden.Which protocol is used in which of the interface can be set and changed by the customer using an engineering tool. The interfaces can be synchronized with each other.

Das Anzeige- und Bedienmodul 6 beinhaltet ein LCD Display zur Anzeige von Informationen, sowie auch ein Tastenfeld als Bedienkomponente. Es ist abnehmbar ausgeführt. Insgesamt und zusammenfassend ist bei dem erfindungsgemäßen Automatisierungsgerät ein Konzept für einen Hardwareaufbau und einen mechanischen Aufbau gegeben, das sehr flexibel ist und es erlaubt, eine Vielzahl von Produktvarianten zu verwirklichen, ohne jede Variante jeweils neu entwickeln zu müssen.The display and adjustment module 6 includes an LCD display for displaying information, as well as a keypad as a control component. It is removable. Overall and in summary, a concept for a hardware construction and a mechanical structure is given in the automation device according to the invention, which is very flexible and allows to realize a variety of product variants, without having to develop each variant each new.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: erste Leiterplattefirst circuit board
22: zweite Leiterplattesecond circuit board
33: dritte Leiterplattethird circuit board
44: vierte Leiterplattefourth circuit board
55: fünfte Leiterplattefifth circuit board
66: Anzeige- und BedienmodulDisplay and adjustment module
77: Gehäusecasing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102004056363 A1 [0001]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

IEC61131 [0026]

Claims

Automation device for controlling and / or monitoring technical processes, with modules and electronic units, which are connected to each other, characterized in that the modules and electronic units of the programmable controller within a protective housing ( 7 ) are arranged, wherein within the protective housing ( 7 ) a first printed circuit board ( 1 ), which contains the CPU main components, wherein inside the protective housing ( 7 ) a second circuit board ( 2 ), which includes a device for generating supply voltages and which is connected to the first circuit board ( 1 ) is mechanically and electrically connected, wherein within the housing ( 7 ) a third printed circuit board ( 3 ), which contains display and operating components and which is connected to the first printed circuit board ( 1 ) is mechanically and electrically connected, wherein within the housing ( 7 ) a fourth printed circuit board ( 4 ), the devices for connecting a buffer battery and a display and operating module ( 6 ) and that with the third printed circuit board ( 3 ) is mechanically and electrically connected, wherein within the housing ( 7 ) a fifth circuit board ( 5 ), which contains at least two different fieldbus interfaces and which is connected to the first printed circuit board ( 1 ) is mechanically and electrically connected.

Automation device according to claim 1, characterized in that a display and adjustment module ( 6 ), which contains display and operating components and that with the fourth printed circuit board ( 4 ) is electrically and signal technically connected.

Automation device according to claim 1, characterized in that the first printed circuit board ( 1 ) includes a main processor and at least one memory device.

Automation device according to claim 3, characterized in that the first printed circuit board ( 1 ) includes a communication interface and at least one specific interface for the connection of at least one external I / O module and / or an external fieldbus communication module.

Automation device according to claim 1, characterized in that the second printed circuit board ( 2 ) Includes means for generating all required main voltage potentials, including for generating isolated potentials for fieldbus interfaces.

Automation device according to claim 1, characterized in that the third printed circuit board ( 3 ) includes a microcontroller-based interface, and an SD card holder.

Automation device according to claim 6, characterized in that the third printed circuit board ( 3 ) the interface between the first ( 1 ) and the fourth circuit board ( 4 ).

Automation device according to claim 1, characterized in that the fifth printed circuit board ( 5 ) includes two independent fieldbus interfaces, wherein the fieldbus interfaces are synchronized with each other.

Automation device according to claim 8, characterized in that the selection of the field bus interface to be used by means of an engineering tool can be fixed and changed.

Automation device according to claim 2, characterized in that the display and operating module ( 6 ) includes an LCD display for displaying information and a keypad as an operating component.

Automation device according to claim 10, characterized in that the display and operating module ( 6 ) is designed removable.

Automation device according to claim 3, characterized in that the first printed circuit board ( 1 ) includes a standardized PCI Express (PCIe) socket for connecting a connector for four PCI-Express lanes, with only two of the lanes connected to the CPU and the other two ports for other design-specific signals not in standardized PCIe regulations are usable.