DE4402001A1 - E/A-Modul für einen Datenbus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus, wie er als sogenannter Feldbus von unter­ schiedlichen Herstellern in Verbindung mit speziellen Prozessorsystemen, Industrie­ computern, etc. z. B. für die Steuerung, Visualisierung o. dgl. von Prozeßab­ läufen, Maschinen, Anlagen und für die Gebäudesystemtechnik angeboten wird.

Das Feldbus-Konzept stellt eine rationelle Art der Verdrahtung von Maschinen und An­ lagen etc. dar. Die Ein-/Ausgabe-Module (E/A-Module) sind mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung der einzelnen Busteil­ nehmer ausgerüstet, die Aktoren, Sensoren und auch sonstige Geräte sein können. Die Verdrahtung kann in jeder gewünschten An­ schlußtechnik realisiert werden, z. B. in Ein-, Zwei-, Drei- oder Vierleitertechnik. Für die Klemmstellen eignen sich besonders einfach zu bedienende Federkraftklemmen oder auch Schraubklemmen.

Die Module sind mit einer E/A-Elektronik aus­ gerüstet, die die an den Klemmstellen der Module angeschlossenen Teilnehmer mit der seriellen Datenbusleitung verbindet, die z. B. eine einfache Zweidrahtleitung oder auch ein Lichtwellenleiterkabel sein kann. Dabei ist diese an die E/A-Module angeschlossene Daten­ busleitung in der Praxis meistens ein eigen­ ständiger Sub-Bus in der Topologie eines Ringes, der über einen Busmaster an den Feld­ bus (Fernbus) angekoppelt ist. Der Busmaster steuert die einzelnen E/A-Module, die in beliebiger Reihenfolge miteinander kombinier­ bar und in beliebigen Positionen im Ring an­ geordnet sein können.

Es ist bekannt, E/A-Module auf Tragschienen aufzurasten, in denen eine sogenannte Versorgungsschiene in Form von zusammen­ gesetzten Leiterplatten-Teilstücken montiert ist. Neben den zwei Leitern für die Stromver­ sorgung der E/A-Elektronik stehen dort auf der Versorgungsschiene drei weitere Leiter für den Datenbus zur Verfügung. Die Kontaktierung der Leiter erfolgt über Buchsen­ kontakte, die in einem bestimmten Rasterab­ stand in die Versorgungsschiene fest einge­ baut sind.

Eine solche in die Tragschiene montierte Versorgungsschiene erhöht nicht nur den Kosten- und Montageaufwand für die Tragschienen­ befestigung der E/A-Module (unbenutzte Teil­ stücke der Versorgungsschiene müssen abge­ deckt sein), sondern behindert zugleich auch deren Modularität, da die Breite der E/A-Module immer ein Vielfaches der vorge­ gebenen Rasterabstände der Buchsenkontakte in der Versorgungsschiene sein muß. Auch be­ hindert die in der Tragschiene angeordnete Versorgungsschiene die Befestigung der Trag­ schiene selbst auf einer Montagefläche o. dgl., da die dafür erforderlichen Schrauben­ durchgänge nur an ganz bestimmten Stellen der Versorgungsschiene zugelassen sind, was in der Praxis mit den örtlichen Gegeben­ heiten oftmals nicht in Übereinstimmung steht.

Die vorgenannten Nachteile sind bei anderen bekannten E/A-Modulen, die auf Tragschienen aufrastbar sind, dadurch vermieden, daß man diese in bewährter Weise auf die unveränderten, handelsüblichen Tragschienen aufrastet und die Datenbusleitungen sowie die Stromver­ sorgungsleitungen für die E/A-Elektronik in Form eines steckbaren Flachbandkabels von Modul zu Modul durchverbindet. Das ist für den Anwender eine etwas umständliche Arbeit.

Zudem sind diese bekannten E/A-Module sehr breit. Sie bestehen jeweils aus einem Basis­ klemmenblock, der in Richtung der Tragschiene nebeneinander und in einem parallelen Abstand zueinander 16, 24 oder 32 Anschlußebenen mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung von jeweils einem Busteilnehmer (Aktor, Sensor oder ein sonstiges Gerät) pro An­ schlußebene aufweist. Die gewünschte Modularität des Systems geht bei so breiten E/A-Modulen weitgehend verloren, zumal da alle Anschluß­ ebenen eines E/A-Moduls jeweils immer nur einer Gattung angehören (jeweils nur Eingänge oder nur Ausgänge), da bei diesen bekannten E/A-Modulen ein auf den Basisklemmenblock auf­ steckbarer E/A-Elektronikbaustein vorgesehen ist, der sich in Richtung der Tragschiene quer über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckt. Das erhöht für den Anwender die Kosten, denn dieser muß auch dann einen E/A-Modul mit 16, 24 oder 32 Anschluß­ ebenen installieren, wenn er z. B. davon nur eine Anschlußebene benötigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den vorgenannten Typ der E/A-Module, der auf unveränderte, handelsübliche Tragschienen aufzurasten ist, so weiterzuentwickeln, daß er für den Anwender sehr einfach zu handhaben und mit den Datenbusleitungen und Stromver­ sorgungsleitungen zu verbinden ist, wobei zugleich eine hohe Modularität vorhanden sein soll, so daß die Kosten für die Elektronik nicht benötigter Anschlußebenen gespart werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß bei einem E/A-Modul mit Basisklemmen­ block ein flacher Bodenkanal im Isolierstoff­ gehäuse des Basisklemmenblocks vorgesehen ist, der sich parallel zu und vorzugsweise neben der Tragschiene über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckt. In diesen Boden­ kanal ist eine über die ganze Breite des Basis­ klemmenblocks sich erstreckende Leiterplatte angeordnet (vorzugsweise wird sie in den end­ seitig offenen Bodenkanal eingeschoben), wo­ bei die Leiterplatte Leiterbahnen für die Datenbusleitungen und für die Stromversorgung der E/A-Elektronik aufweist derart, daß E/A-Elektronikbausteine zum Kontaktieren der Leiterbahnen von oben auf die Leiterplatte aufsteckbar sind. Die Leiterbahnen von be­ nachbart auf der Tragschiene aufgerasteten Basisklemmenblocks sind mittels eines U-förmigen Elektronikbrückers miteinander verbindbar, der ebenfalls von oben auf die Endstücke benachbarter Leiterplatten auf­ steckbar ist.

Die hohe Modularität der neuen E/A-Module ist dadurch gewährleistet, daß für jede An­ schlußebene oder für einzelne Gruppen von Anschlußebenen desselben Basisklemmenblocks jeweils ein eigener E/A-Elektronikbaustein auf die im Bodenkanal angeordnete Leiter­ platte aufsteckbar ist. Dementsprechend sind die Isolierstoffgehäuse der Elektronikbau­ steine relativ schmal in Art einer Scheibe quer zur Längserstreckung der Tragschiene bzw. des Basisklemmenblocks auszuführen, wo­ bei die Scheibenbreite zweckmäßigerweise dem Rasterabstand der Anschlußebenen des Basisklemmenblocks entspricht.

Mit den erfindungsgemäßen E/A-Modulen lassen sich auf einer handelsüblichen Tragschiene eine große Anzahl von Anschlußebenen für die Teilnehmer eines Datenbusses installieren, wobei für jede einzelne Anschlußebene oder für bestimmte Gruppen von Anschlußebenen auch noch nachträglich, d. h. nach der Aufrastung des Basisklemmenblocks die jeweilige Gattung der Anschlußebene (Eingang oder Ausgang) durch Aufstecken eines entsprechenden E/A-Elektronikbausteins definiert werden kann. Dabei ist man an die Breite des je­ weiligen Basisklemmenblocks nicht gebunden. Die hohe Modularität ergibt sich durch die aufsteckbaren Elektronikbausteine. Ist eine Anschlußebene nicht belegt, d. h. nicht mit einem Busteilnehmer verdrahtet, dann ent­ fällt für diese Anschlußebene das Auf­ stecken der E/A-Elektronik.

Von besonderem Vorteil ist für den Anwender die einfache Verwendung eines Elektronik­ brückers zum Durchverbinden der Datenbus­ leitungen und der Stromversorgungsleitungen für die E/A-Elektronik. Die Elektronikbrücker sind lediglich in die in dem Bodenkanal an­ geordneten Leiterplatten einzustecken. Das ist eine Technik, die dem Anwender bereits in Form von anderen Querbrückungssystem be­ kannt ist.

Dabei ist nach Anspruch 3 vorgesehen, daß der Bodenkanal mittels einer oberen Isolier­ stoffwand geschlossen ausgeführt ist der­ art, daß diese die Leiterplatte berührungs­ geschützt abdeckt und die Elektronikbrücker sowie auch die E/A-Elektronikbausteine durch die obere Isolierstoffwand hindurch in die Leiterplatte eingesteckt werden.

Zweckmäßig ist es, die Elektronikbrücker ver­ senkt in der oberen Isolierstoffwand des Bodenkanals anzuordnen, so daß dann bei einer bündigen Versenkung die gesamte obere Fläche des Bodenkanals für die Anordnung der E/A-Elektronikbausteine zur Verfügung steht.

Die elektrische Verbindung der E/A-Elektronik­ bausteine zu der Signalanschluß-Klemmstelle des Basisklemmenblocks sowie auch zu weiteren Klemmstellen derselben Anschlußebene kann ge­ mäß Anspruch 5 in einfachster Weise dadurch realisiert werden, daß die E/A-Elektronikbau­ steine an einer Seitenfläche, die nicht dem Bodenkanal gegenüberliegt, fest angeordnete Kontakte aufweisen, die beim Aufstecken der Elektronikbausteine auf die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte jeweils einen Strom­ pfad zu den Klemmstellen der zugeordneten Anschlußebene des Basisklemmenblocks schließen.

Es ist ein besonderer Vorteil, daß diese Schließkontakte, die eine höhere Spannung als die am Bodenkanal angeordneten Elektronik­ brücker aufweisen können, einen deutlichen Abstand von dem Bodenkanal und den dort unter­ gebrachten Datenbusleitungen haben.

Gemäß Anspruch 6 ist vorgesehen, daß die Leitungsstromversorgung für die an die Klemm­ stellen angeschlossenen Busteilnehmer mittels einer internen Durchverbindung durch die Basis­ klemmenblöcke erfolgt und daß, wie bei Reihenklemmen bekannt, ausgehend von einer speziellen Einspeiseklemme die internen Durchverbindungen zwischen den Basisklemmen­ blöcken mittels bekannter U-förmiger Leistungs­ querbrücker gebrückt sind.

Dadurch bleiben die neuen E/A-Module bei der bei den Reihenklemmen bekannten Systemtechnik der Querbrückung, und somit kann der Anwender diese Technik systemeinheitlich sowohl für das Stecken der Elektronikbrücker als auch für das Stecken der Leistungsquerbrücker ver­ wenden.

Die neuen E/A-Module lassen sich auch kombiniert mit Reihenklemmen bekannter Bauart und bekannter Funktion auf einer Tragschiene kombinieren, dann nämlich, wenn gemäß Anspruch 7 die Reihen­ klemmen, vorzugsweise Reihenklemmenblocks, ebenfalls einen Bodenkanal zum Einsetzen von Leiterplatten aufweisen, der mit dem Boden­ kanal der E/A-Module korrespondiert. In diesem Fall können die Datenbusleitungen und die Stromversorgungsleitungen für die E/A-Module problemlos durchverbunden werden, ohne daß da­ durch die Funktion der Reihenklemmen beein­ trächtigt ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in einer perspektivischen Dar­ stellung den neuen E/A-Modul aufgerastet auf einer Trag­ schiene,

Fig. 2 den Schließkontakt der E/A-Elek­ tronikbausteine nach Fig. 1,

Fig. 3 Stromschienen für den Basis­ klemmenblock nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind zwei erfindungsgemäße E/A-Module dargestellt, jeweils bestehend aus einem Basisklemmenblock 4 und 5, die auf die Tragschiene 6 in der bekannten Weise aufgerastet sind. Beim Aufrasten kontaktiert zugleich der Schutzleiter-Anschluß 7 über den Schutzleiterfuß 8 die Tragschiene 6, wie dies bekannt ist. Pro Basisklemmenblock ist jeweils nur ein Schutzleiterfuß 8 vorgesehen. Dieser ist mittels einer in den Basisklemmenblock quer eingesteckten Stromschiene 9 mit allen Klemmstellen der Schutzleiteranschlüsse 7 verbunden.

Der dargestellte Basisklemmenblock 4 besitzt acht Anschlußebenen. Der benachbart auf der Tragschiene aufgerastete Basisklemmenblock 5 nur vier Anschlußebenen. Die Anschlußebenen erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Trag­ schiene und sind in Richtung der Tragschiene nebeneinander angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in jeder Anschluß­ ebene jeweils vier Klemmstellen vorhanden, und zwar ein Signalanschluß 10, ein (+) Anschluß 11, ein (-) Anschluß 12 und der Schutzleiter- Anschluß 7. Jede Klemmstelle ist in bekannter Bauart als Federkraftklemme 13 ausgeführt und bedarf deshalb keiner weiteren Beschreibung.

Die Klemmanschlüsse 10, 11 und 12 besitzen jeweils in der Darstellung nach links sich erstreckende Strompfade 14, 15, 16, deren gabelförmige Enden zur Aufnahme der Schließ­ kontakte 17, 18, 19 an den E/A-Elektronikbau­ steinen 20 vorgesehen sind.

Die (+) Anschlüsse 11 und die (-) Anschlüsse 12 der Anschlußebenen eines Basisklemmenblocks sind jeweils mittels einer quer in dem Basis­ klemmenblock eingesteckten Stromschiene 21 miteinander verbunden. Die Enden dieser Strom­ schienen weisen Steckschlitze 22 auf (siehe Fig. 3), in die der Leistungsquerbrücker 23 (siehe Fig. 1) einsteckbar ist, so daß (aus­ gehend von einer bekannten Einspeiseklemme, die nicht dargestellt ist) die Leistungs­ stromversorgung für die mit den Klemmstellen der Anschlußebenen verdrahteten Busteilnehmer durchgebrückt werden kann, wenn dies schaltungs­ technisch so vorgesehen ist.

Jeder Basisklemmenblock besitzt einen flachen Bodenkanal 24, wie er in Fig. 1 zunächst als Reststück 24a eines nicht dargestellten Basis­ klemmenblocks zu sehen ist, der sich dann in dem Stück 24b, das zu dem dargestellten Basisklemmenblock 4 gehört, fortsetzt. Er­ kennbar ist, daß in dem Bodenkanal eine Leiterplatte 25 eingeschoben ist, die die erforderlichen Leiterbahnen für die Daten­ busleitungen und für die Stromversorgung der E/A-Elektronik aufweist, aber auch mit weiteren elektronischen Bauelementen bestückt sein kann, falls dies schaltungstechnisch so vorgesehen ist. Auch kann in dem Bodenkanal mehr als eine Leiterplatte angeordnet, vor­ zugsweise eingeschoben sein.

Durch die obere Isolierstoffwandung 26 deckt der Bodenkanal die Leiterplatte 25 berührungsgeschützt ab. In der oberen Isolier­ stoffwandung 26 sind die erforderlichen Steck­ öffnungen vorgesehen derart, daß die E/A-Elektronikbausteine 20 zum Kontaktieren der Leiterbahnen auf der Leiterplatte 25 von oben auf die Leiterplatte aufsteckbar sind.

Die Leiterbahnen von benachbart auf der Trag­ schiene aufgerasteten Basisklemmenblocks sind mittels des dargestellten U-förmigen Elektronik­ brückers 27 miteinander verbindbar, indem dieser von oben auf die Endstücke benachbarter Leiterplatten aufgesteckt wird, wie dies durch die strich-punktierten Funktionslinien 28 ver­ deutlicht ist.

Die E/A-Elektronikbausteine 20 besitzen eine Gehäusebreite, die der Rasterbreite zwischen den Anschlußebenen des Basisklemmenblocks entspricht. Jeder Elektronikbaustein besitzt an seinen den Klemmstellen des Basisklemmen­ blocks zugeordneten Seitenflächen fest ange­ ordnete Schließkontakte 17, 18 und 19, die beim Aufstecken des E/A-Elektronikbausteins auf, die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte jeweils in die gabelförmigen Enden der zuge­ ordneten Strompfade 14, 15, 16 eingreifen, wie dies in Fig. 2 im Detail dargestellt ist.

Claims (8)

1. Ein-/Ausgabe-Modul für einen Datenbus,

• - die benachbart zueinander auf einer Tragschiene aufrastbar sind,
• - jeweils bestehend aus einem Basisklemmenblock, der in Richtung der Tragschiene nebeneinander und in einem parallelen Abstand zueinander mehrere Anschlußebenen mit Klemmstellen für die parallele Verdrahtung von jeweils einen Busteilnehmer (Aktor, Sensor, Gerät) pro Anschlußebene aufweist,
• - und mit einer auf den Basisklemmenblock auf­ steckbaren E/A-Elektronik, die die Busteil­ nehmer mit der seriellen, durch den Basis­ klemmenblock hindurchgeschleiften Datenbus­ leitung verbindet,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Isolierstoffgehäuses des Basisklemmen­ blocks (4, 5) einen flachen Bodenkanal (24) aufweist, der sich parallel zu und vorzugs­ weise neben der Tragschiene (6) über die ganze Breite des Basisklemmenblocks erstreckt,
• - daß in dem Bodenkanal eine über die ganze Breite des Basisklemmenblocks sich erstreckende Leiter­ platte (25) angeordnet, vorzugsweise einge­ schoben ist, die Leiterbahnen für die Datenbus­ leitungen und für die Stromversorgung der E/A-Elektronik aufweist derart, daß die E/A-Elektronikbausteine zum Kontaktieren der Leiterbahnen von oben auf die Leiterplatte auf­ steckbar sind,
• - und daß die Leiterbahnen von benachbart auf der Tragschiene aufgerasteten Basisklemmen­ blocks mittels eines U-förmigen Elektronik­ brückers (27) miteinander verbindbar sind, der von oben auf die Endstücke benachbarter Leiterplatten (25) aufsteckbar ist.

2. E/A-Modul nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß für jede Anschlußebene oder für einzelne Gruppen von Anschlußebenen eines Basisklemmen­ blocks jeweils ein eigener E/A-Elektronikbau­ stein (20) auf die im Bodenkanal (24) ange­ ordnete Leiterplatte (25) aufsteckbar ist.

3. E/A-Modul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Bodenkanal (24) mittels einer oberen Isolierstoffwand (26) geschlossen ausgeführt ist,
• - derart, daß diese die Leiterplatte berührungs­ geschützt abdeckt und die E/A-Elektronikbau­ steine und die Elektronikbrücker durch die obere Isolierstoffwand (26) hindurch in die Leiterplatte einsteckbar sind.

4. E/A-Modul nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Elektronikbrücker (27) versenkt in der oberen Isolierstoffwand (26) des Boden­ kanals angeordnet sind.

5. E/A-Modul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß die E/A-Elektronikbausteine (20) an einer Seitenfläche, die nicht dem Boden­ kanal gegenüberliegt, fest angeordnete Kontakte (17, 18, 19) aufweisen,
• - die beim Aufstecken der E/A-Elektronikbau­ steine auf die im Bodenkanal angeordnete Leiterplatte jeweils einen Strompfad (14, 15, 16) zu den Klemmstellen der zugeordneten Anschlußebenen des Basisklemmenblocks schließen.

6. E/A-Modul nach einem der vorgehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Leistungsstromversorgung für die an die Klemmstellen angeschlossenen Busteil­ nehmer mittels einer internen Durchverbindung durch die Basisklemmenblöcke erfolgt,
• - und daß, wie bei Reihenklemmen bekannt, aus­ gehend von einer speziellen Einspeiseklemme die internen Durchverbindungen zwischen den Basisklemmenblöcken mittel bekannter U-förmiger Leistungsquerbrücker (23) gebrückt sind.

7. Reihenklemmen bekannter Bauart, vorzugs­ weise Reihenklemmenblocks,
dadurch gekennzeichnet,

• - daß sie einen Bodenkanal zum Einsetzen von Leiterplatten aufweisen, der mit dem Boden­ kanal der E/A-Module in Anspruch 1 oder Anspruch 3 korrespondiert.