EP1251596A1 - Mehrpolige Steckverbindung für Steuerungs- und Automatisierungssysteme - Google Patents

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EP1251596A1
EP1251596A1 EP02008928A EP02008928A EP1251596A1 EP 1251596 A1 EP1251596 A1 EP 1251596A1 EP 02008928 A EP02008928 A EP 02008928A EP 02008928 A EP02008928 A EP 02008928A EP 1251596 A1 EP1251596 A1 EP 1251596A1
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input
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    • H01R9/2491—Terminal blocks structurally associated with plugs or sockets

Definitions

  • the invention relates to a multi-pin connector for Connection of an input / output unit to a machine control according to the preamble of claim 1.
  • Modular control systems are in the manufacturing industry for manufacturing plants, transport plants or the like necessary. They have to be carefully planned and created and especially when upgrading production facilities allow. This is due to permanently installed energy and data lines achieved on any An interface card is connected along its length can be made using the input / output modules and I / O units, such as actuators, sensors or the like. be connected.
  • One actuator is connected to the data bus in another Way than connecting a sensor.
  • a sensor reports Signals on the data bus, is therefore queried by the data bus.
  • An actuator on the other hand, is connected to a via the data bus Control signal applied; usually an actuator is through Switching an electrical current actuated.
  • Actuators are thus control signals from the data bus to the Transfer actuator.
  • the design, planning and installation the system must therefore depend on the actuators used and sensors. This is complex and in particular then disruptive if the System slots are replaced and instead of sensors Actuators must be connected or vice versa.
  • the invention has for its object a multi-pole Plug connection for connecting an input / output unit to train on a machine control so that the connection different input / output units easily is possible.
  • the connector provides an electronic connection unit the connection to the data bus, where the same contact pin from the connection unit optionally as Signal input for a sensor or as a control output can be switched for an actuator.
  • This electronic The changeover is also done directly by software from the data bus possible. This means that there is only one type of connector or a module variant necessary, what the storage, assembly and maintenance simplified.
  • the pin is a plug connection alternatively as function input or diagnostic input and to switch the pin as an output or functional input.
  • a contact pin is also advantageously provided to be switched as diagnostic input and / or diagnostic output, so that z.
  • B. a liberated pin from the connector can be used as a diagnostic connection.
  • connection unit between the Contact pin of the connector and the connection unit electronic switch operated by the connection unit arranged which the contact pin depending on the type of connected I / O unit optionally with a signal input module the connection unit or with a control output module and / or connects to a diagnostic module.
  • the one controlled by the electronic connection unit Switch is therefore a free parameterization of the connector or the contact pins of the plug connection possible, so that in a simple manner by repositioning a sensor to an actuator connection and vice versa the connector operated according to the connected unit can be.
  • connection unit is advantageous over the data bus Machine control to program the electrical Control switches according to the connected I / O unit. Therefore, both when starting up the control undefined states can be avoided and it is always reprogramming to other parameters possible.
  • the diagnostic module can evaluate the evaluated data via the Transmit fieldbus to a central monitoring unit; the diagnostic module is advantageously connected to display elements, which are expediently designed as LEDs and before Place the user the opportunity to make a faulty Recognize input / output unit and initiate countermeasures. Error states that occur are both expedient signaled on the display unit as well as on the Transfer data bus. This simultaneous error message before A high level of security is guaranteed on site and at the head office.
  • the diagnostic module not only checks the connected one Unit, but can also be the line connection to the Monitor units or the interface. E.g. on given an output a signal and turns out to be Reaction a current of e.g. less than 3mA is on Line break before, which is shown as "open load" state becomes.
  • the interface shown in Fig. 1 is part of a machine control and is connected to an energy line 1 live network connected and via a Fieldbus 2 with the central machine control for exchange of data and control commands.
  • a power supply unit 3 is first used Power line 1 connected.
  • the power supply 3 is used for the voltage supply individual components to be connected.
  • the Connection to fieldbus 2 is preferred via a active interface card 4 which has four connections 4a, 4b, 4c and 4d for individual components like one A plurality of input / output modules 10, 12 or the like.
  • the modules 10 consist of an M12 connector while the modules 12 consist of an M8 connector 6.
  • the modules 10, 12 are arranged stationary in a holder and via a link module 11 and an interface cable 23 with a connection 4a, 4b, 4c, 4d of the interface card 4 connected.
  • Each plug connection 6 of the input / output modules 10, 12 is a multi-pin connector for connecting an input / output unit like an actuator 25 or a sensor 15 are provided, which are indicated schematically in FIG. 1.
  • the contact pins 1, 2, 4 shown in FIG. 2 Plug connection 6 via an electronic connection unit 41 and a bus cable 42 with the data bus 2 get connected.
  • the same contact pin 1, 2 or 4 optionally as signal input for a sensor or as a control output for one Actuator is to be switched.
  • the same contact pin 1, 2, 4 can also as a diagnostic input and / or diagnostic output be switch.
  • An M12 connector is preferred Pin 2 and Pin 4 can be freely parameterized, with Pin 2 or 4 e.g.
  • connection unit 41 For free parameterization of a contact pin 1, 2 or 4 between each contact pin 1, 2, 4 of the connector 6 and an electronic switch 40 is arranged in connection unit 41, which is preferably designed as an IC.
  • the electronic switch 40 is from the connection unit 41st actuated, each individual contact pin 1, 2, 4 depending the type of connected I / O unit 15, 25 optionally with a signal input module 30 or - from one Control signal output module 31 controlled - with one Power supply 33 is to be connected.
  • the connection unit 41 can each of the contact pins 1, 2, 4 with one Connect diagnostic module 32 for error detection.
  • the electronic switch especially designed as an IC 40 is from the fieldbus 2 of the machine control via the bus cable 42 to control, so that a connector 6 of a I / O modules 10, 12 corresponding to those on the connector 6 connected input / output units different can be used.
  • About the still free Contact pin 4 can diagnose the connected sensor be made so that the contact pin 4 on the IC 40th is connected to the diagnostic module 32.
  • LEDs 34a, 34b, 35a, 35b are driven, which display the respective status of the cables or the sensor and an error e.g. B. display immediately on pin 2 or 4.
  • Each pin has a yellow LED 34a, 35a as an OK indicator and a red LED 34b and 35b assigned as an error display.
  • the connector unit 41 can be self-detecting, i. H., after connecting z. B. a sensor to the connector 6 Checks the connection unit 41, whether by the connected Contact pin 1 a current is flowing. If this is the case, the Connection recognized as a sensor and the IC 40 controlled accordingly. A sensor can also be identified by applied test signals and incoming electrical signals Feedback is given.
  • an actuator is connected to connector 6, lie different electrical conditions than with a sensor, so that the connector can be recognized as an output and accordingly to be controlled by the connection unit 41 via the IC 40 is.
  • the actuators can also use the diagnostic module 32 are monitored so that e.g. at a given up Control signal of the current being monitored. If this is below a limit of e.g. 3mA, is a Line break before, which is shown as "open load" state becomes.
  • a diagnostic module in particular can also be used creeping overcurrent can be determined, so that a kind of advance notice has been created.
  • the user If the current is too high, the one in front of you in the near Warns of possible failure in the future, although the plant is designed for The time of the activated overcurrent display is still error-free is working.
  • the output currents can be advantageously digital Outputs between limit values in the range from 0 to 2A adjusted, preferably variably adjusted.
  • the permissible currents can be configured accordingly can be set optionally so that through the diagnostic module each pin 1, 2 or 4 is monitored for the permissible current can be. With a completed overcurrent between 100% and 120%, an advance notification is generated, which reports the overload. The user can do one Detect impending failure and take countermeasures.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß einer E/A-Einheit wie eines Aktors (25), eines Sensors (15) oder dgl. an eine Maschinensteuerung mit einem zentralen Datenbus (2), wobei zumindest ein Kontaktpin (22) wahlweise als Signaleingang für einen Sensor (15) oder als Steuerungsausgang für einen Aktor (25) zu schalten ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß einer Eingabe/Ausgabe-Einheit an einer Maschinensteuerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Modulare Steuerungsanlagen sind in der herstellenden Industrie für Fertigungsanlagen, Transportanlagen oder dgl. notwendig. Sie müssen sorgsam geplant und erstellt werden und insbesondere bei Aufrüstung der Fertigungsanlagen Erweiterungen zulassen. Dies wird durch fest verlegte Energie- und Datenleitungen erzielt, an die an beliebiger Stelle über ihrer Länge eine Schnittstellenkarte angeschlossen werden kann, über die mittels Eingabe/Ausgabe-Modulen und E/A-Einheiten, wie Aktoren, Sensoren oder dgl. angeschlossen werden.
Der Anschluß eines Aktors an den Datenbus erfolgt in anderer Weise als der Anschluß eines Sensors. Ein Sensor meldet Signale an den Datenbus, wird also vom Datenbus abgefragt. Ein Aktor hingegen wird über den Datenbus mit einem Steuerungssignal beaufschlagt; meist wird ein Aktor durch Schalten eines elektrischen Stromes betätigt. Bei einem Aktor werden somit Steuerungssignale vom Datenbus an den Aktor übertragen. Die Auslegung, Planung und Installation der Anlage muß daher in Abhängigkeit der eingesetzten Aktoren und Sensoren erfolgen. Dies ist aufwendig und insbesondere dann störend, wenn beim Umbau oder der Aufrüstung der Anlage Steckplätze getauscht werden und anstelle von Sensoren Aktoren angeschlossen werden müssen oder umgekehrt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß einer Eingabe/Ausgabe-Einheit an einer Maschinensteuerung derart auszubilden, daß der Anschluß unterschiedlicher Eingabe/Ausgabe-Einheiten einfach möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Steckverbindung stellt über eine elektronische Anschlußeinheit die Verbindung mit dem Datenbus her, wobei derselbe Kontaktpin von der Anschlußeinheit wahlweise als Signaleingang für einen Sensor oder als Steuerungsausgang für einen Aktor geschaltet werden kann. Dies bedeutet, daß unabhängig von der angeschlossenen Eingabe/Ausgabe-Einheit die körperliche Ausbildung der Steckverbindung gleich bleibt und die Umstellung von einem Aktoranschluß auf einen Sensoranschluß elektronisch erfolgt. Diese elektronische Umstellung ist per Software auch unmittelbar vom Datenbus aus möglich. Somit ist nur eine Bauform einer Steckverbindung bzw. einer Modulvariante notwendig, was die Lagerhaltung, die Montage und die Wartung vereinfacht.
In bevorzugter Ausführung ist der Pin einer Steckverbindung alternativ als Funktionseingang oder Diagnoseeingang und der Pin als Ausgang oder Funktionseingang zu schalten.
Vorteilhaft ist ferner vorgesehen, einen Kontaktpin auch als Diagnoseeingang und/oder Diagnoseausgang zu schalten, so daß z. B. ein freiwerdender Pin von der Anschlußeinheit als Diagnoseanschluß genutzt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen dem Kontaktpin der Steckverbindung und der Anschlußeinheit ein elektronischer, von der Anschlußeinheit betätigter Schalter angeordnet, der den Kontaktpin in Abhängigkeit des Typs der angeschlossenen E/A-Einheit wahlweise mit einem Signaleingangsmodul der Anschlußeinheit oder mit einem Steuerungsausgangsmodul und/oder mit einem Diagnosemodul verbindet. Über den von der elektronischen Anschlußeinheit gesteuerten Schalter ist somit eine freie Parametrierbarkeit der Steckverbindung bzw. der Kontaktpins der Steckverbindung möglich, so daß in einfacher Weise durch Umstecken eines Sensors auf einen Aktoranschluß und umgekehrt die Steckverbindung der angeschlossenen Einheit entsprechend betrieben werden kann.
Die Anschlußeinheit ist vorteilhaft über den Datenbus der Maschinensteuerung zu programmieren, um den elektrischen Schalter entsprechend der angeschlossenen E/A-Einheit anzusteuern. Daher können sowohl beim Hochfahren der Steuerung undefinierte Zustände vermieden werden, und es ist jederzeit eine Umprogrammierung auf andere Parameter möglich.
Das Diagnosemodul kann die ausgewerteten Daten über den Feldbus einer zentralen Überwachungseinheit übermitteln; vorteilhaft ist das Diagnosemodul mit Anzeigeelementen verbunden, die zweckmäßig als LED's ausgeführt sind und vor Ort dem Benutzer die Möglichkeit geben, eine fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Einheit zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten. Auftretende Fehlerzustände werden zweckmäßig sowohl an der Anzeigeeinheit signalisiert als auch auf den Datenbus übertragen. Diese gleichzeitige Fehlermeldung vor Ort und an die Zentrale gewährleistet eine hohe Sicherheit. Das Diagnosemodul überprüft nicht nur die angeschlossene Einheit, sondern kann auch die Leitungsverbindung zu den Einheiten bzw. zur Schnittstelle überwachen. Wird z.B. auf einen Ausgang ein Signal aufgegeben und stellt sich als Reaktion ein Strom von z.B. weniger als 3mA ein, liegt ein Leitungsbruch vor, der als "open load"-Zustand angezeigt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1
in schematischer Darstellung eine Schnittstelle einer Maschinensteuerung mit einem zentralen Daten-bus,
Fig. 2
in schematischer Darstellung einen Prinzipschalt-plan für die Beschaltung von frei parametrierbaren Kontaktpins.
Die in Fig. 1 dargestellte Schnittstelle ist Teil einer Maschinensteuerung und wird über eine Energieleitung 1 an ein spannungsführendes Netz angeschlossen sowie über einen Feldbus 2 mit der zentralen Maschinensteuerung zum Austausch von Daten und Steuerungsbefehlen verbunden.
An einem beliebigen Punkt der Energieleitung 1 und des Feldbus 2 kann über die Schnittstelle die Verbindung zu einer Fertigungsanlage, einer Maschine oder dgl. aufgebaut werden. Hierfür wird zunächst ein Netzteil 3 mit der Energieleitung 1 verbunden. Das Netzteil 3 dient der Spannungsversorgung anzuschließender Einzelkomponenten. Die Verbindung mit dem Feldbus 2 wird über eine vorzugsweise aktive Schnittstellenkarte 4 erreicht, welche vier Anschlüsse 4a, 4b, 4c und 4d für Einzelkomponenten wie eine Vielzahl von Eingabe-/Ausgabemodulen 10, 12 oder dgl. aufweist.
Die Module 10 bestehen aus einer M12 Steckverbindung, während die Module 12 aus einer M8 Steckverbindung 6 bestehen.
Die Module 10, 12 werden in einem Halter ortsfest angeordnet und über ein Linkmodul 11 und ein Schnittstellenkabel 23 mit einem Anschluß 4a, 4b, 4c, 4d der Schnittstellenkarte 4 verbunden.
Jede Steckverbindung 6 der Eingabe-/Ausgabemodule 10, 12 ist als mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß einer Eingabe/Ausgabe-Einheit wie eines Aktors 25 oder eines Sensors 15 vorgesehen, die in Fig. 1 schematisch angedeutet sind. Hierzu können die Kontaktpins 1, 2, 4 der in Fig. 2 dargestellten Steckverbindung 6 über eine elektronische Anschlußeinheit 41 und ein Buskabel 42 mit dem Datenbus 2 verbunden werden. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der selbe Kontaktpin 1, 2 oder 4 wahlweise als Signaleingang für einen Sensor oder als Steuerungsausgang für einen Aktor zu schalten ist. Derselbe Kontaktpin 1, 2, 4 kann ferner als Diagnoseeingang und/oder Diagnoseausgang zu schalten sein. Bevorzugt ist bei einer M12 Steckverbindung der Pin 2 und der Pin 4 frei parametrierbar, wobei der Pin 2 bzw. 4 z.B. als digitaler Funktionseingang mit Schließeroder Öffner-Funktionalität, als Diagnoseeingang oder auch als digitaler Ausgang zu beschalten ist. Alternativ ist auch eine Parametrierung als analoger Eingang und Ausgang für Spannung und Strom zweckmäßig. Über analoge Eingänge können z.B. Stellsensoren angeschlossen sein, deren Signalspannung oder Signalstrom proportional einer Steuergröße ist und z.B. im Bereich zwischen 0 und 10V oder 0 und 20 mA liegt. Entsprechend sind auch Stellglieder als Aktoren ansteuerbar, so daß am Ausgang ein analoges Steuersignal aufgegeben wird.
Zur freien Parametrierung eines Kontaktpins 1, 2 oder 4 ist zwischen jedem Kontaktpin 1, 2, 4 der Steckverbindung 6 und der Anschlußeinheit 41 ein elektronischer Schalter 40 angeordnet, der bevorzugt als IC ausgebildet ist. Der elektronische Schalter 40 ist von der Anschlußeinheit 41 betätigt, wobei jeder einzelne Kontaktpin 1, 2, 4 in Abhängigkeit des Typs der angeschlossenen E/A-Einheit 15, 25 wahlweise mit einem Signaleingangsmodul 30 oder - von einem Steuersignal-Ausgangsmodul 31 gesteuert - mit einer Spannungsversorgung 33 zu verbinden ist. Die Anschlußeinheit 41 kann jeden der Kontaktpins 1, 2, 4 auch mit einem Diagnosemodul 32 zur Fehlererkennung verbinden.
Der insbesondere als IC ausgebildete elektronische Schalter 40 ist über das Buskabel 42 vom Feldbus 2 der Maschinensteuerung anzusteuern, so daß eine Steckverbindung 6 eines E/A-Moduls 10, 12 entsprechend den über die Steckverbindung 6 angeschlossenen Eingabe/Ausgabe-Einheiten unterschiedlich genutzt werden kann. Wird über die Steckverbindung z. B. ein zweipoliger Sensor angeschlossen, können die Pole 1 und 2 über die elektronischen Schalter 40 und die Steuer/Signalleiten 43 mit dem Signaleingangsmodul 30 verbunden werden; von der Spannungsversorgung 33 sind die Kontaktpins 1 und 2 dann abgekoppelt. Über den noch freien Kontaktpin 4 kann eine Diagnose des angeschlossenen Sensors vorgenommen werden, so daß der Kontaktpin 4 über das IC 40 mit dem Diagnosemodul 32 verbunden wird. Über das Diagnosemodul werden LED's 34a, 34b, 35a, 35b angesteuert, welche den jeweiligen Zustand der Leitungen oder des Sensors anzeigen und einen Fehler z. B. auf Pin 2 oder 4 sofort anzeigen. So sind jedem Pin eine gelbe LED 34a, 35a als OK-Anzeige und eine rote LED 34b und 35b als Fehleranzeige zugeordnet.
Die Anschlußeinheit 41 kann selbstdedektierend sein, d. h., nach Anschluß z. B. eines Sensors an die Steckverbindung 6 prüft die Anschlußeinheit 41, ob durch den angeschlossenen Kontaktpin 1 ein Strom fließt. Ist dies der Fall, wird der Anschluß als Sensor erkannt und das IC 40 entsprechend angesteuert. Eine Erkennung eines Sensors kann auch durch aufgegebene Prüfsignale und darauf eingehende elektrische Rückmeldungen erfolgen.
Ist ein Aktor an die Steckverbindung 6 angeschlossen, liegen andere elektrische Verhältnisse vor als bei einem Sensor, so daß der Anschluß als Ausgang zu erkennen und entsprechend von der Anschlußeinheit 41 über das IC 40 anzusteuern ist. Auch die Aktoren können über das Diagnosemodul 32 überwacht werden, so daß z.B. bei einem aufgegebenen Steuersignal der sich einstellende Strom überwacht wird. Liegt dieser unter einem Grenzwert von z.B. 3mA, liegt ein Leitungsbruch vor, der als "open load"-Zustand angezeigt wird.
Mit einem Diagnosemodul kann insbesondere ein auch schleichend auftretender überstrom festgestellt werden, so daß eine Art Vorausfallanzeige geschaffen ist. Dem Benutzer wird ein zu hoher Strom angezeigt, der vor einem in naher Zukunft möglichen Ausfall warnt, obwohl die Anlage zum Zeitpunkt der aktivierten Überstromanzeige noch fehlerfrei arbeitet. Die Ausgangsströme können bei vorteilhaft digitalen Ausgängen zwischen Grenzwerten im Bereich von 0 bis 2A eingestellt, vorzugsweise variabel eingestellt werden. Die zulässigen Ströme können so entsprechend der Parametrierung wahlweise eingestellt werden, so daß durch das Diagnosemodul jeder Pin 1, 2 oder 4 auf den zulässigen Strom überwacht werden kann. Bei einem fertiggestellten Überstrom zwischen 100% und 120% wird eine Vorausfallanzeige generiert, die die überlast meldet. Der Benutzer kann so einen bevorstehenden Ausfall erkennen und Gegenmaßnahmen einleiten.

Claims (10)

  1. Mehrpolige Steckverbindung zum Anschluß einer E/A-Einheit wie eines Aktors (25), eines Sensors (15) oder dgl. an eine Maschinensteuerung mit einem zentralen Feldbus (2), wobei zumindest ein Kontaktpin (1, 2, 4) der Steckverbindung (6) über eine elektronische Anschlußeinheit (41) mit dem Feldbus (2) zu verbinden ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Kontaktpin (1, 2, 4) wahlweise als Signaleingang für einen Sensor (15) oder als Steuerungsausgang für einen Aktor (25) zu schalten ist.
  2. Steckverbindung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß derselbe Kontaktpin (22) als Diagnoseeingang und/oder Diagnoseausgang zu schalten ist.
  3. Steckverbindung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kontaktpin (22) der Steckverbindung (6) und der Anschlußeinheit (41) ein elektronischer, von der Anschlußeinheit (41) betätigter Schalter (40) angeordnet ist, der den Kontaktpin (22) in Abhängigkeit des Typs der angeschlossenen E/A-Einheit (15, 25) wahlweise mit einem Signaleingangsmodul (30) der Anschlußeinheit (41) oder mit einem Steuersignal-Ausgangsmodul (31) der Anschlußeinheit (41) und/oder mit einem Diagnosemodul (32) verbindet.
  4. Steckverbindung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (40) ein IC ist.
  5. Steckverbindung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Diagnosemodul (32) mit vorzugsweise einem Pin zugeordneten Anzeigeelementen (34, 35) verbunden ist.
  6. Steckverbindung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelemente (34, 35) LED's sind.
  7. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und/oder Ausgang als digitaler Eingang bzw. Ausgang geschaltet ist.
  8. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang und/oder Ausgang als analoger Eingang bzw. Ausgang geschaltet ist.
  9. Steckverbindung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsstrom eines Ausgangs zwischen Grenzwerten im Bereich von vorzugsweise 3mA bis 2A schaltbar, insbesondere variabel einstellbar ist.
  10. Steckverbindung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Diagnosemodul (32) Betriebsströme überwacht und bei Überschreiten eines Grenzwertes eine Vorausfallanzeige und/oder eine Fehleranzeige generiert.
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