EP2681875A1 - Busknoten und steuerungssystem zur ansteuerung einer arbeitsvorrichtung - Google Patents

Busknoten und steuerungssystem zur ansteuerung einer arbeitsvorrichtung

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Publication number
EP2681875A1
EP2681875A1 EP12702751.4A EP12702751A EP2681875A1 EP 2681875 A1 EP2681875 A1 EP 2681875A1 EP 12702751 A EP12702751 A EP 12702751A EP 2681875 A1 EP2681875 A1 EP 2681875A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
functional module
bus
bus node
contact
electrical
Prior art date
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Ceased
Application number
EP12702751.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Rohwer
Andreas Alois SIEDLER
Jürgen Eckert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Festo SE and Co KG
Original Assignee
Festo SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Festo SE and Co KG filed Critical Festo SE and Co KG
Publication of EP2681875A1 publication Critical patent/EP2681875A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40—Bus structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40006—Architecture of a communication node
    • H04L12/40032—Details regarding a bus interface enhancer
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40208—Bus networks characterized by the use of a particular bus standard
    • H04L2012/40221—Profibus

Definitions

  • the invention relates to a bus node for an electrical coupling of a bus system with a functional module arrangement, comprising an electronic circuit for converting electrical signals between a bus protocol provided by the bus system and an internal communication protocol provided by the functional module arrangement as well as a first coupling means for an electrical connection of the electronic circuit with the functional module arrangement and with a second coupling means for an electrical connection of the electronic circuit to the bus system. Furthermore, the invention relates to a control system for controlling a working device.
  • DE 10 2006 030 706 A1 discloses a system and a method for controlling bus-networked devices with a gateway via an open fieldbus.
  • the data networking, the subscriber configuration of the devices and the electrical supply of energy to the devices are disclosed.
  • industrial switching devices such as contactors, motor starters, circuit breakers and measuring sensors and similar devices are specified
  • the system has at least one gateway, which is connected between an open fieldbus and actuators.
  • DE 102009033691 B3 discloses an apparatus for transferring data between a serial data bus and work modules, wherein the data bus is connected to a bus node in a bus module having at least two serial commutators
  • Bus node connected or integrated in it hub are connected, wherein the communication terminals for connecting the working modules and the power supply thereof are formed, and wherein at least one of the working modules is designed as an actuator and / or I / O module, which is a serial - Parallel - Converter for parallel connection of actuators
  • serial-to-parallel converter for parallel connection of I / O interfaces comprising or connected to the respective working module, the serial links between the hub and the working modules being point-to-point Connections are formed.
  • the object of the invention is to provide a bus node and a control system for controlling a working device, which have improved properties with regard to interference signal emission and / or interference signal radiation.
  • the first coupling means comprises a first contact means, which is designed for direct electrical contact with a ground terminal of the functional module arrangement.
  • the ground potential for the bus node is provided via a bus cable, which is provided for connecting the bus node via the bus system with a control module, or by individual earthing points on the respective housings.
  • a bus cable which is provided for connecting the bus node via the bus system with a control module, or by individual earthing points on the respective housings.
  • the bus cable depending on the spatial arrangement of the bus node and control module can have a considerable length and, especially in processing machines, mechanical loads, for example, by vibration exposed, the ground potential, which is provided via the bus cable to the bus node, from a ground potential differ the function module arrangement.
  • the ground potential applied to the control module and provided via the bus cable to the bus node can deviate from the ground potential at the functional module arrangement.
  • the invention provides the bus node via the first coupling means, which is designed for the electrical connection to the functional module assembly and which comprises a first contact means in direct electrical contact with a To bring mass connection of the functional module assembly.
  • the first coupling means which is designed for the electrical connection to the functional module assembly and which comprises a first contact means in direct electrical contact with a To bring mass connection of the functional module assembly.
  • the second coupling means comprises a second contact means, which is designed for providing the ground potential of the functional module arrangement which can be applied to the first contact means to the bus system.
  • the ground potential of the function module arrangement can also be provided to the bus cable in order to achieve the desired reduction To achieve the interference signal emission and increase the Störeineinstrahlungsfesttechnik for the bus node to achieve.
  • the contact means is designed as a spring-elastic contact tongue for a plug-in connection with an assepotential, in particular with the ground terminal of the functional module arrangement.
  • the coupling is preferably carried out as a plug-in operation, accordingly, the contact means are formed on the function module assembly and the bus node as a connector.
  • the contact means comprises a plurality of circumferentially arranged contact tongues in order to ensure a shielding effect between the ground terminal and the electronic circuit or the ground terminal, the electronic circuit and the second coupling means. This achieves a further reduction in the emission of interference signals and / or an increase in the interference signal strength for the bus node.
  • the contact means for a connector with a screw of a screw connector in particular a M8 connector or an M12 connector is formed.
  • the bus node can be connected in a simple manner, in particular by means of a plug-in operation, with a functional module arrangement.
  • both the signal lines which are required for the transmission of the signals in accordance with the internal communication protocol are connected and the ground connection is established.
  • the object of the invention is achieved according to a second aspect with a control system for controlling a working device according to claim 5.
  • the control system comprises a control module for outputting control commands to an Eussystem, a bus system for forwarding the control commands, a bus node for converting control commands according to a bus protocol into control commands according to an internal communication protocol of a functional module arrangement and a functional module arrangement, the valve modules for AnSteutation of fluidic actuators and / or electrical
  • the functional module arrangement with a ground potential in particular with a machine frame
  • a contact device for a signal-transmitting coupling between functional module arrangement and bus node which has a ground connection, which is connected to the ground potential and wherein the bus node is formed coupled to the functional module arrangement and a first contact means of the bus node is so directly connected to the contact device, that an electrical contact between the ground terminal of the functional module arrangement and the bus node is guaranteed.
  • the control module may be, for example, a programmable logic controller (PLC), which is designed for the specification of control commands to components of the working device.
  • PLC programmable logic controller
  • a communication with actuators and / or sensors is provided, which are arranged on the working device and implement the control commands of the control system or a feedback of effects enable the control commands to the control system.
  • the working device can be, for example, a processing machine for workpieces that is aligned with actuators that can be operated fluidly and / or electrically and with associated sensors.
  • the bus system allows the transmission of the control commands between the control module and the functional module arrangement according to a predetermined bus protocol, for example according to the Profibus protocol.
  • the bus node is provided to convert the control commands contained in the bus protocol into an internal communication protocol of the function module arrangement and to provide them thereto.
  • the functional module arrangement comprises a plurality of functional modules which are adapted to carry out, for example, a fluidic or electrical actuation of actuators and / or a readout of sensors on the basis of the provided control commands and to pass on possibly determined sensor signals to the bus node via the internal communication protocol.
  • the functional module arrangement is connected to a ground potential, for example a machine frame of the working device. According to the invention, this ground potential is also to be provided to the bus node.
  • the electrical or electronic circuits in the functional module arrangement and in the bus node are at the same ground potential, whereby a low level for an interference signal emission originating from the bus node and a high level for the Störsignaleinstrahlungsfestig- speed of the bus node is achieved.
  • the bus node is adapted to be plugged onto the functional module arrangement. This will be a special achieved easy to handle mechanical and electrical coupling between the bus node and functional module assembly.
  • connection of the socket to the functional module arrangement is designed as a threaded sleeve of a screwed-on plug connector, in particular as a threaded sleeve of an M8 plug connector or an M12 plug connector.
  • Screw connectors are formed, for example, for a particularly mechanically strong coupling of a cable provided with a corresponding connector.
  • An electrical connection between the signal lines of a screw plug and a screw jack is made by a connector, the provision of the ground potential takes place by a threaded sleeve and a corresponding threaded ring.
  • M8 connectors or M12 connectors are often used to connect bus systems.
  • a recess adapted to the outer geometry of the screw sleeve is provided in the bus node, so that the bus node can be plugged as flush as possible onto the surface of the functional module arrangement, wherein the screw sleeve is accommodated at least almost completely in the recess.
  • the first contact means is designed as a resilient contact tongue, in particular as a group of circumferentially arranged contact tongues.
  • the desired ground connection between the function module arrangement and the bus node is established when plugging the bus node to the function module arrangement without further action by a user.
  • the at least one contact tongue is designed such that it rests on an outer side of the, in particular designed as a screw, ground connection.
  • the functional module arrangement comprises a connection module which is designed as an electrical link between the functional modules and the bus node.
  • the connection module serves for a central supply of supply energy, fluid and control signals to the downstream arranged functional modules and includes for this purpose corresponding connection means as at least one supply voltage connection and at least one fluid connection and a
  • Connector in particular an M8 connector or an M12 connector, which are designed for the provision of signals to the internal communication protocol of the functional module assembly.
  • FIG. 1 control system for a processing machine for controlling electrical and / or fluidic actuators
  • FIG. 2 shows a side view, partially cut away, of a functional module arrangement with an attached bus node
  • Figure 3 is a perspective view of a functional module assembly
  • Figure 4 is a perspective view of an interface region of a bus node.
  • FIG. 1 schematically shows a control system 1 for a processing machine (not shown).
  • the control system 1 includes an example
  • Control module 2 for outputting control commands to a bus system 3.
  • the bus system 5 may be a fieldbus system customary for such processing machines, for example a bus protocol according to the Profibus protocol.
  • the bus system 3 is connected via a bus line, which is formed for example as a bus cable 4, with a bus node 5 in connection.
  • the bus node 5 is in turn electrically connected to a functional module arrangement 6, which comprises a plurality of functional modules 7, 8 and 9.
  • a first functional module is designed as a connection module 7, a second as a valve module 8 and a third as an input / output module 9.
  • the functional modules 7, 8 and 9 are lined up in a sealing manner along a Aufrahihungsachse 10 each with mutually facing mounting surfaces 11 and each have along the alignment axis 10 extended, not shown internal fluid channels, supply lines and signal - on lines.
  • the supply lines are connected to supply terminals 11, which are formed on the connection module 7 and which allow the provision of electrical voltage, for example a low-voltage AC voltage, to the other functional modules 8 and 9.
  • the fluid channels are connected to the fluid connections 12, which are formed on the connection module 7.
  • a first fluid connection 12 is designed as compressed air connection and a second fluid connection 12 as exhaust air connection.
  • the signal lines which are likewise not shown and run along the line-up axis 10 through the function modules, enable signal transmission between the bus node 5 and the function modules 8 and 9.
  • control commands of the control module 2 via the bus system 3, in particular via the bus cable 4 have been provided to the bus node 5, are passed to the function modules 8 and 9.
  • a control of a valve module 8 can take place in order to provide fluid to a connected fluidic actuator 15.
  • a control command provided to an input / output module 9 in accordance with the internal communication protocol can, for example, cause a readout of a measured value of a connected sensor 16.
  • the read-out sensor signal from the input / output module 9 is forwarded to the bus node 5 in accordance with the internal communication protocol, converted into the bus protocol in the bus node 5 and provided from there to the control module 2 for further processing.
  • the functional module arrangement 6 has a ground connection 17, which is connected to a ground potential, for example to a grounded, metallic machine frame (not shown) of the processing machine (not shown). It is advantageous if the bus node 5 is also at this ground potential via an electrical contact described in more detail below and shown in FIGS. 2 and 4, as symbolically represented by the potential limit 18.
  • connection module 7 points at a parallel Lel to the plane of representation of Figure 2 aligned mounting surface 19 two fluid channels 20, a plurality of signal lines 21, two supply lines 22 and a ground line 23 on.
  • the electrical lines 21, 22, 23 each have on the mounting surface 19 raised projecting contact pins, which are provided for receiving in corresponding contact sockets of an arrayable on the mounting surface function module 8 or 9.
  • the signal lines 22 and the ground line 23 are terminated in the connection module 7 on a screw connector 24 shown in FIG.
  • the screw-type connector 24 is arranged by way of example on a connection surface 25 aligned in a normal manner to the mounting surface 19 and shown in FIG. 2, and comprises a screw-type sleeve 26, not shown in section for reasons of clarity
  • Screw sleeve 26 which is electrically connected to the ground line 23, a plurality of not shown pins and / or sockets are exemplified, which are connected to the signal lines 21.
  • the bus node 5 in the representation of FIG. 2 is plugged directly onto the screw plug connector 24 shown in FIG.
  • a recess 31 is provided, which is designed to be larger than a spatial extent of the screw connector 24 shown in Figure 3, thus allowing a complete immersion of the screw connector 24 in the housing 30.
  • the sockets 38 are connected to the Printed circuit board electrically connected and are directly or via a not shown, arranged on the circuit board and electrically interconnected electronic circuit with the signal lines 21 according to FIG 2 in combination.
  • a contact spring 33 is received, which serves as the first contact means for electrical coupling of the circuit board in the bus node 5 with the screw 26 of the screw connector 24 shown in detail in FIG.
  • the contact spring 33 and the plug pin 32 form the coupling means for the connection between bus node 5 and functional module arrangement 6.
  • the metallic contact spring 33 which is preferably made in one piece, is designed as a flat plug contact 34 at an end remote from the opening of the recess 31.
  • This flat plug contact 34 is received between two electrically connected to the circuit board, in particular soldered to the circuit board, contact springs 35, so that the 26 provided on the threaded sleeve 26 of the screw connector ground potential of the function module assembly 6 can be passed to the bus node 5.
  • the contact spring 33 Due to the exemplarily selected embodiment of the contact spring 33 as a substantially U-shaped metal spring formed from a flat strip material, a reliable electrical contact between the bus node 5 and the screw connector 24 of the functional module assembly 6 is achieved, the bus node 5 for this purpose only on the screw connector 24 of the functional module arrangement 6 must be plugged.
  • this is directly connected to the circuit board, in particular crimped and / or soldered, or is in electrical contact with the printed circuit board.
  • a screw connector 36 is arranged, which is provided for connection of the bus cable 4, wherein the bus cable in addition, the electrical supply of the bus node 5 and possibly also the Funkionsrnodul- arrangement 6 can take.
  • the voltage applied to the contact spring 33, tapped by the threaded sleeve 26 of the threaded connector 24 ground potential is looped through to the threaded sleeve 37 of the screw connector 36.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the functional module arrangement 6.
  • the screw connector 24 is attached to an upper side of the terminal module 7.
  • the formed in the housing 30 of the bus node 5 recess 31 can be seen.
  • the plug pin 32 with the exemplary five plug sockets 38 and two contact springs 33 arranged adjacent to one another are formed in the recess 31.
  • Adjacent to the recess 31, a molded centering pin 39 and a rotatably mounted screw 40 are arranged on the housing 30, which are provided for receiving in a correspondingly formed recess 41 and a threaded bore 42 in the connection module 7 and a correct and reliable coupling between bus node. 5 and connection module 7 serve.
  • an integrally formed on the bus node 5 centering pin 43 and a recess formed in the connection module 7 recess 44 may additionally be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Busknoten für eine elektrische Kopplung eines Bussystems (3) mit einer Funktionsmodulanordnung (6), mit einer elektronischen Schaltung zur Wandlung von elektrischen Signalen zwischen einem vom Bussystem (3) bereitgestellten Busprotokoll und einem von der Funktionsmodul- anordnung (6) bereitgestellten internen Kommunikationsprotokoll sowie mit einem ersten Kopplungsmittel (32, 33) für eine elektrische Verbindung der elektronischen Schaltung mit der Funktionsmodulanordnung (6) und mit einem zweiten Kopplungsmittel (36, 37) für eine elektrische Verbindung der elektronischen Schaltung mit dem Bussystem (3). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das erste Kopplungsmittel (32, 33) ein erstes Kontaktmittel (33) umfasst, das für einen unmittelbaren elektrischen Kontakt mit einem Massenanschluss (26) der Funktionsmodulanordnung (6) ausgebildet ist.

Description

Busknoten und Steuerungssystem zur Ansteuerung
einer Arbeitsvorrichtung
Die Erfindung betrifft einen Busknoten für eine elektrische Kopplung eines Bussystems mit einer Funktionsmodulanordnung, mit einer elektronischen Schaltung zur Wandlung von elektrischen Signalen zwischen einem vom Bussystem bereitgestellten Busprotokoll und einem von der Funktionsmodulanordnung bereitgestellten internen Kommunikationsprotokoll sowie mit einem ersten Kopplungsmittel für eine elektrische Verbindung der elektronischen Schaltung mit der Funktionsmodulanordnung und mit einem zweiten Kopplungsmittel für eine elektrische Verbindung der elektronischen Schaltung mit dem Bussystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuerungssystem zur Ansteuerung einer Arbeitsvorrichtung.
Aus der DE 10 2006 030 706 AI sind ein System und ein Verfahren zur Steuerung von busvernetzten Geräten mit einem Gateway über einen offenen Feldbus bekannt. Es werden die datentechnische Vernetzung, die Teilnehmerkonfiguration der Geräte und die elektrische Versorgung mit Energie an die Geräte offenbart. Als typische Geräte werden industrielle Schaltgeräte, wie Schütze, MotorStarter, Leistungsschalter und Mess- Sensoren und ähnliche Geräte angegeben, wobei das System mindestens ein Gateway aufweist, welches zwischen einem offenen Feldbus und Aktoren geschaltet ist. Die DE 102009033691 B3 offenbart eine Vorrichtung zur Übertragung von Daten zwischen einem seriellen Datenbus und Arbeitsmodulen, wobei der Datenbus an einen Busknoten in einem Busmodul angeschlossen ist, das wenigstens zwei serielle Kom- -Ullü ilü
Busknoten verbundenen oder in ihm integrierten Hub verbunden sind, wobei die Kommunikationsanschlüsse zum Anschluss der Arbeitsmodule und zur Spannungsversorgung derselben ausgebildet sind, und wobei wenigstens eines der Arbeitsmodule als Aktor- und/oder E/A-Modul ausgebildet ist, das einen Seriell - Parallel -Wandler zum parallelen Anschluss von Aktoren
und/oder einen Seriell-Parallel-Wandler zum parallelen Anschluss von E/A-Schnittstellen enthält, die das jeweilige Arbeitsmodul aufweist oder die mit ihm verbunden sind, wobei die seriellen Bindungen zwischen dem Hub und den Arbeitsmodu- len als Punkt -Zu-Punkt -Verbindungen ausgebildet sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Busknoten und ein Steuerungssystem zur Ansteuerung einer Arbeitsvorrichtung bereitzustellen, die verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Störsignalaussendung und/oder der Störsignaleinstrahlung aufweisen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung für einen Busknoten der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das erste Kopplungsmittel ein erstes Kontaktmittel umfasst, das für einen unmittelbaren elektrischen Kontakt mit einem Massenanschluss der Funktionsmodulanordnung ausgebildet ist.
Üblicherweise wird das Massepotential für den Busknoten über ein Buskabel, das zur Verbindung des Busknotens über das Bus- system mit einem Steuerungsmodul vorgesehen ist, oder durch individuelle Erdungspunkte an den jeweiligen Gehäusen bereit- gestellt. Da das Buskabel je nach räumlicher Anordnung von Busknoten und Steuerungsmodul eine erhebliche Länge aufweisen kann und, insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen, mechanischen Belastungen, beispielsweise durch Vibration, ausgesetzt ist, kann das Massepotential, das über das Buskabel an den Busknoten bereitgestellt wird, von einem Massepotential an der Funktionsmodulanordnung abweichen. Zudem kann durch äußere Einflüsse das an dem Steuerungsmodul anliegende und über das Buskabel an den Busknoten bereitgestellte Massepotential vom Massenpotential an der Funktionsmodulanordnung abweichen. Um eine Verbesserung der Störsignalaussendung und/oder der Störsignaleinstrahlung für den Busknoten zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Busknoten über das erste Kopplungsmittel, das für die elektrische Verbindung mit der Funktionsmodulanordnung ausgebildet ist und das ein erstes Kontaktmittel umfasst, in unmittelbaren elektrischen Kontakt mit einem Massenanschluss der Funktionsmodulanordnung zu bringen. Hierdurch ist sichergestellt, dass das am Busknoten anliegende Massepotential gleich dem Massepotential der Funktionsmodulanordnung ist, wodurch die unidirektionale oder bidirektionale Signalübertragung zwischen Busknoten und Funktionsmodulanordnung zu einer reduzierten Störsignalaussendung und zu einer erhöhten Störsignaleinstrahlungsfestigkeit führt .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Zweckmäßig ist es, wenn das zweite Kopplungsmittel ein zweites Kontaktmittel umfasst, das für eine Bereitstellung des am ersten Kontaktmittel anlegbaren Massepotentials der Funktionsmodulanordnung an das Bussystem ausgebildet ist . Hierdurch kann das Massepotential der Funktionsmodulanordnung auch an das Buskabel bereitgestellt werden, um die gewünschte Redu- zierung der Störsignalaussendung und die Erhöhung der Stör- signaleinstrahlungsfestigkeit für den Busknoten zu erreichen.
Vorteilhaft ist es, wenn das Kontaktmittel als federelastische Kontaktzunge für eine Steckverbindung mit einem assepo- tential, insbesondere mit dem Masseanschluss der Funktionsmodulanordnung ausgebildet ist . Hierdurch kann eine einfache Kopplung zwischen dem Busknoten und der Funktionsmodulanordnung und/oder dem Buskabel erreicht werden. Die Kopplung wird vorzugsweise als Steckvorgang vorgenommen, dementsprechend sind die Kontaktmittel an der Funktionsmodulanordnung und am Busknoten als Steckerbinder ausgebildet.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kontaktmittel mehrere, umlaufend angeordnete Kontaktzungen umfasst, um eine Abschirmwirkung zwischen dem Masseanschluss und der elektronischen Schaltung oder dem Massenan- schluss, der elektronischen Schaltung und dem zweiten Kopplungsmittel zu gewährleisten. Hierdurch werden eine weitere Reduzierung der Störsignalaussendung und/oder eine Erhöhung der Störsignaleinstrahlungsfestigkeit für den Busknoten er- reicht.
Bevorzugt ist das Kontaktmittel für eine Steckverbindung mit einer Schraubhülse eines Schraubsteckverbinders, insbesondere eines M8 -Steckverbinders oder eines M12- Steckverbinders, ausgebildet. Hierdurch kann der Busknoten in einfacher Weise, insbesondere mittels eines Steckvorgangs, mit einer Funktionsmodulanordnung verbunden werden. Bei dieser Kopplung von Busknoten und Schraubsteckverbinder der Funktionsmodulanordnung werden sowohl die Signalleitungen, die zur Übertragung der Signale gemäß dem internen Kommunikationsprotokoll benö- tigt werden, verbunden als auch die Masseverbindung hergestellt . Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt mit einem Steuerungssystem zur Ansteuerung einer Arbeitsvorrichtung gemäß dem Anspruch 5 gelöst . Das Steuerungssystem umfasst ein Steuerungsmodul zur Ausgabe von Steuerungsbefehlen an ein Eussystem, ein Bussystem zur Weiterleitung der Steuerungsbefehle, einen Busknoten zur Umsetzung von Steuerbefehlen gemäß einem Busprotokoll in Steuerbefehle gemäß einem internen Kommunikationsprotokoll einer Funktionsmodulanordnung sowie eine Funktionsmodulanordnung, die Ventilmodule zur AnSteuerung von fluidischen Aktoren und/oder elektrische
Schaltmodule zur Ansteuerung von elektrischen Aktoren
und/oder Eingangs -Ausgangsmodule für die Ansteuerung und/oder Überwachung von Sensoren umfasst, die jeweils anhand der vom internen Kommunikationsprotokoll bereitgestellten Steuerbefehle beeinflussbar sind, wobei die Funktionsmodulanordnung mit einem Massepotential, insbesondere mit einem Maschinengestell, koppelbar ist und eine Kontakteinrichtung für eine signalübertragende Kopplung zwischen Funktionsmodulanordnung und Busknoten umfasst, die einen Masseanschluss aufweist, der mit dem Massepotential verbunden ist und wobei der Busknoten an die Funktionsmodulanordnung ankoppelbar ausgebildet ist und ein erstes Kontaktmittel des Busknotens derart unmittelbar mit der Kontakteinrichtung verbunden ist, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Masseanschluss der Funktionsmodulanordnung und dem Busknoten gewährleistet ist.
Bei dem Steuerungsmodul kann es sich beispielsweise um eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) handeln, die für die Vorgabe von Steuerbefehlen an Komponenten der Arbeitsvorrichtung ausgebildet ist . Hierzu ist eine Kommunikation mit Aktoren und/oder Sensoren vorzusehen, die an der Arbeitsvorrichtung angeordnet sind und die die Steuerbefehle des Steuerungssystems umsetzen bzw. eine Rückkopplung von Auswirkungen der Steuerbefehle an das Steuerungssystem ermöglichen. Bei der Arbeitsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Bearbeitungsmaschine für Werkstücke handeln, die mit fluidisch und/oder elektrisch betreibbaren Aktoren und zugeordneten Sensoren ausgerichtet ist. Das Bussystem ermöglicht die Übertragung der Steuerbefehle zwischen dem Steuerungsmodul und der Funktionsmodulanordnung gemäß einem vorgegebenen Bus- protokoll, beispielsweise gemäß dem Profibus-Protokoll. Der Busknoten ist dazu vorgesehen, die im Busprotokoll enthaltenen Steuerbefehle in ein internes Kommunikationsprotokoll der Funktionsmodulanordnung umzusetzen und an diese bereitzustellen. Die Funktionsmodulanordnung umfasst mehrere Funktionsmodule, die dazu eingerichtet sind, anhand der bereitgestellten Steuerbefehle eine beispielsweise fluidische oder elektrische Ansteuerung von Aktoren und/oder ein Auslesen von Sensoren vorzunehmen und gegebenenfalls ermittelte Sensorsignale über das interne Kommunikationsportokoll an den Busknoten weiterzugeben. Für eine vorteilhafte Funktion der Funktionsmodulanordnung sowie zur Einhaltung der einschlägigen Vorschriften ist es vorgesehen, dass die Funktionsmodulanordnung mit einem Massepotential, beispielsweise eines Maschinenrahmens der Arbeitsvorrichtung, verbunden ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dieses Massepotential auch an den Busknoten bereitzustellen. Hierdurch liegen die elektrischen bzw. elektronischen Schaltungen in der Funktionsmodulanordnung und im Bus- knoten auf dem gleichen Massepotential, wodurch ein geringes Niveau für eine vom Busknoten ausgehende Störsignalaussendung und ein hohes Niveau für die Störsignaleinstrahlungsfestig- keit des Busknotens erzielt wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Busknoten auf die Funktionsmodulanordnung aufsteckbar ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders einfach handzuhabende mechanische und elektrische Kopplung zwischen Busknoten und Funktionsmodulanordnung erzielt.
Zweckmäßig ist es, wenn der asseanschluss an der Funktionsmodulanordnung als Schraubhülse eines Schraufosteckverbinders , insbesondere als Schraubhülse eines M8 -Steckverbinders oder eines M12 -Steckverbinders , ausgebildet ist. Derartige
Schraubsteckverbinder sind beispielsweise für eine mechanisch besonders belastbare Ankopplung eines mit einem korrespondierenden Stecker versehenen Kabels ausgebildet. Eine elektrische Verbindung zwischen den Signalleitungen eines Schraubsteckers und einer Schraubbuchse wird durch einen Steckverbinder hergestellt, die Bereitstellung des Massepotentials findet durch eine Schraubhülse und einen korrespondierenden Schraubring statt . Für den Anschluss von Bussystemen werden häufig M8- Steckverbinder oder M12 -Steckverbinder eingesetzt. Vorzugsweise ist in dem Busknoten eine auf die Außengeometrie der Schraubhülse angepasste Ausnehmung vorgesehen, so dass der Busknoten möglichst bündig auf die Oberfläche der Funktionsmodulanordnung aufgesteckt werden kann, wobei die Schraubhülse zumindest nahezu vollständig in der Ausnehmung aufgenommen ist .
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Kontaktmittel als federelastische Kontaktzunge, insbesondere als Gruppe umlaufend angeordneter Kontaktzungen, ausgebildet ist. Hierdurch wird beim Aufstecken des Busknotens auf die Funktionsmodulanordnung ohne weiteres Zutun eines Benutzers die gewünschte Masseverbindung zwischen der Funktionsmodulanordnung und dem Busknoten hergestellt. Vorzugsweise ist die wenigstens eine Kontaktzunge derart ausgebildet, dass sie auf einer Außenseite des, insbesondere als Schraubhülse ausgebildeten, Masseanschlusses anliegt. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventil- und/oder Schalt- und/oder Eingangs -/Ausgangmodule der Funktionsmodulanordnung in einer Aufreihungsrichtung aneinander aufgereiht sind und in der Aufreihungsrichtung ü .1 UU.
Hierdurch kann eine kompakte Anordnung der Funktionsmodule erreicht werden. Zudem wird dadurch eine Versorgung der einzelnen Funktionsmodule mit elektrischer Energie, mit einem oder mehreren Fluididen, insbesondere Druckluft, und mit den Signalen gemäß dem internen Kommunikationsprotokoll, erleichtert .
Zweckmäßig ist es, wenn die Funktionsmodulanordnung ein Anschlussmodul umfasst, das als elektrisches Bindeglied zwischen den Funktionsmodulen und dem Busknoten ausgebildet ist. Das Anschlussmodul dient einer zentralen Zufuhr von Versorgungsenergie, Fluid und Steuersignalen an die nachgelagert angeordneten Funktionsmodule und umfasst hierzu entsprechende Anschlussmittel wie wenigstens einen Versorgungsspannungsan- schluss und wenigstens einen Fluidanschluss sowie einen
Steckverbinder, insbesondere einen M8- Steckverbinder oder einen M12 -Steckverbinder, die für die Bereitstellung von Signalen an das interne Kommunikationsprotokoll der Funktionsmodulanordnung ausgebildet sind.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
Figur 1 Steuerungssystem für eine Bearbeitungsmaschine zur Ansteuerung von elektrischen und/oder fluidischen Aktoren,
Figur 2 eine teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht einer Funktionsmodulanordnung mit aufgesetztem Busknoten, Figur 3 eine perspektivische Darstellung einer Funktionsmodulanordnung und
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Schnittstellenbereichs eines Busknotens.
In der Figur 1 ist ein SteuerungsSystem 1 für eine nicht näher dargestellte Bearbeitungsmaschine schematisch dargestellt. Das Steuerungssystem 1 umfasst exemplarisch ein
Steuerungsmodul 2 zur Ausgabe von Steuerungsbefehlen an ein Bussystem 3. Bei dem Bussystem 5 kann es sich um ein für derartige Bearbeitungsmaschinen übliches Feldbussystem, exemplarisch mit einem Busprotokoll gemäß dem Profibus-Protokoll, handeln. Das Bussystem 3 steht über eine Busleitung, die beispielsweise als Buskabel 4 ausgebildet ist, mit einem Busknoten 5 in Verbindung. Der Busknoten 5 ist seinerseits elektrisch mit einer Funktionsmodulanordnung 6 verbunden, die mehrere Funktionsmodule 7, 8 und 9 umfasst. Dabei ist ein erstes Funktionsmodul als Anschlussmodul 7, ein zweites als Ventilmodul 8 und ein drittes als Eingangs -/Ausgangmodul 9 ausgebildet. Die Funktionsmodule 7, 8 und 9 sind längs einer Auf- reihungsachse 10 jeweils mit einander zugewandten Montageflächen 11 abdichtend aneinander gereiht und weisen jeweils längs der Aufreihungsachse 10 erstreckte, nicht näher dargestellte interne Fluidkanäle, Versorgungsleitungen und Signal - leitungen auf. Die Versorgungleitungen sind mit Versorgungsanschlüssen 11 verbunden, die am Anschlussmodul 7 ausgebildet sind und die die eine Bereitstellung von elektrischer Spannung, beispielsweise einer Niedervolt -Wechselspannung, an die übrigen Funktionsmodule 8 und 9 ermöglichen. Die Fluidkanäle sind mit den Fluidanschlüssen 12 verbunden, die am Anschlussmodul 7 ausgebildet sind. Exemplarisch ist ein erster Fluid- anschluss 12 als Druckluftanschluss und ein zweiter Fluidan- schluss 12 als Abluftanschluss ausgebildet. Die ebenfalls nicht dargestellten, längs der Aufreihungsachse 10 durch die Funktionsmodule verlaufenden Signalleitungen ermöglichen eine Signalübertragung zwischen dem Busknoten 5 und den Funktionsmodulen 8 und 9. Dadurch können entsprechend einem internen Kommunikationsprotokoll Steuerungsbefehle des Steuerungsmoduls 2, die über das Bussystem 3, insbesondere über das Buskabel 4 an den Busknoten 5 bereitgestellt wurden, an die Funktionsmodule 8 und 9 weitergegeben werden. Mittels derartiger Steuerungsbefehle kann beispielsweise eine An- steuerung eines Ventilmoduls 8 erfolgen, um Fluid an einen angeschlossenen fluidischen Aktor 15 bereitzustellen. Ein gemäß dem internen Kommunikationsprotokoll an ein Eingangs- /Ausgangsmodul 9 bereitgestellter Steuerungsbefehl kann exemplarisch ein Auslesen eines Messwerts eines angeschlossenen Sensors 16 bewirken. Vorzugsweise wird das ausgelesene Sensorsignal vom Eingangs -/Ausgangsmodul 9 gemäß dem internen Kommunikationsprotokoll an den Busknoten 5 weitergeleitet, im Busknoten 5 in das Busprotokoll umgesetzt und von dort aus zur weiteren Verarbeitung an das Steuerungsmodul 2 bereitgestellt .
Für eine zuverlässige elektrische Funktion weist die Funktionsmodulanordnung 6 einen Masseanschluss 17 auf, der an ein Erdpotential, beispielsweise an ein geerdetes, metallisches und nicht näher dargestelltes Maschinengestell der nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine angeschlossen ist. Vorteilhaft ist es, wenn der Busknoten 5 über einen nachstehend näher beschriebene und in den Figuren 2 und 4 dargestellten elektrischen Kontakt ebenfalls auf diesem Massepotential liegt, wie dies durch die Potentialgrenze 18 symbolisch dargestellt ist.
In der Figur 2 sind der Busknoten 5 und das Anschlussmodul 7 näher dargestellt. Das Anschlussmodul 7 weist an einer paral- lel zur Darstellungsebene der Figur 2 ausgerichteten Montage- flache 19 zwei Fluidkanäle 20, mehrere Signalleitungen 21, zwei Versorgungsleitungen 22 und eine Masseleitung 23 auf. Die elektrischen Leitungen 21, 22, 23 weisen jeweils über die Montagefläche 19 erhaben abragende Kontaktstifte auf, die zur Aufnahme in entsprechenden Kontaktbuchsen eines an die Montagefläche anreihbaren Funktionsmoduls 8 oder 9 vorgesehen sind. Die Signalleitungen 22 und die Masseleitung 23 sind in dem Anschlussmodul 7 an einem in der Figur 3 dargestellten Schraubsteckverbinder 24 terminiert. Der Schraubsteckverbinder 24 ist exemplarisch an einer normal zur Montagefläche 19 ausgerichteten, in Figur 2 dargestellten Verbindungsfläche 25 angeordnet und umfasst eine aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht geschnitten dargestellte Schraubhülse 26. In der
Schraubhülse 26, die elektrisch mit der Masseleitung 23 verbunden ist, sind exemplarisch mehrere nicht näher dargestellte Steckerstifte und/oder Steckbuchsen ausgebildet, die mit den Signalleitungen 21 verbunden sind.
Vorliegend ist der Busknoten 5 in der Darstellung der Figur 2 unmittelbar auf den in der Figur 3 dargestellten Schraubsteckverbinder 24 aufgesteckt. In einem Gehäuse 30 des Busknotens 5 ist eine Ausnehmung 31 vorgesehen, die größer als eine räumliche Ausdehnung des in der Figur 3 dargestellten Schraubsteckverbinders 24 ausgeführt ist und somit ein vollständiges Eintauchen des Schraubsteckverbinders 24 in das Gehäuse 30 ermöglicht. An einer im Busknoten 5 vorgesehenen, nicht näher dargestellten Leiterplatte, auf der eine ebenfalls nicht näher dargestellte elektronische Schaltung des Busknotens 5 aufgebaut ist, ist ein aus isolierendem Material ausgebildeter, in der Figur 4 dargestellter Steckerzapfen 32 befestigt, in dem vorliegend fünf elektrisch leitende Steckbuchsen 38 angeordnet sind. Die Steckbuchsen 38 sind mit der Leiterplatte elektrisch verbunden und stehen unmittelbar oder über eine nicht dargestellte, auf der Leiterplatte angeordnete und elektrisch zwischengeschaltete elektronische Schaltung mit den Signalleitungen 21 gemäß Figur 2 in Verbindung. Zudem ist gemäß der Darstellung der Figur 2 in einem Wandbereich der Ausnehmung 31 eine Kontaktfeder 33 aufgenommen, die als erstes Kontaktmittel zur elektrischen Kopplung der Leiterplatte im Busknoten 5 mit der Schraubhülse 26 des in Figur 3 näher dargestellten Schraubsteckverbinders 24 dient. Die Kontaktfeder 33 und der Steckerzapfen 32 bilden das Kopplungs- mittel für die Verbindung zwischen Busknoten 5 und Funktions- modulanordnung 6.
Exemplarisch ist die, vorzugsweise einstückig ausgeführte, metallische Kontaktfeder 33 an einem der Mündung der Ausnehmung 31 abgewandten Ende als Flachsteckkontakt 34 ausgebildet. Dieser Flachsteckkontakt 34 ist zwischen zwei elektrisch mit der Leiterplatte verbundenen, insbesondere mit der Leiterplatte verlöteten, Kontaktfedern 35 aufgenommen, so dass das an der Schraubhülse 26 des Schraubsteckverbinders 24 bereitstellbare Massepotential der Funktionsmodulanordnung 6 an den Busknoten 5 weitergegeben werden kann. Aufgrund der exemplarisch gewählten Ausgestaltung der Kontaktfeder 33 als um Wesentlichen U- förmige, aus einem Flachbandmaterial geformte Metallfeder wird ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zwischen dem Busknoten 5 und dem Schraubsteckverbinder 24 der Funktionsmodulanordnung 6 erreicht, wobei der Busknoten 5 hierzu lediglich auf den Schraubsteckverbinder 24 der Funktionsmodulanordnung 6 aufgesteckt werden muss. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform der Kontaktfeder ist diese unmittelbar mit der Leiterplatte verbunden, insbesondere vercrimpt und/oder verlötet, oder steht in elektrischem Berührkontakt mit der Leiterplatte. An einer der Funktionsmodulanordnung 6 abgewandten Oberfläche des Busknotens 5 ist ebenfalls ein Schraubsteckverbinder 36 angeordnet, der zum Anschluss des Buskabels 4 vorgesehen ist, wobei das Buskabel zusätzlich auch die elektrische Versorgung des Busknotens 5 und gegebenenfalls auch der Funk ionsrnodul- anordnung 6 übernehmen kann. Gemäß dem in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das an der Kontaktfeder 33 anliegende, von der Schraubhülse 26 des Schraubsteckverbinders 24 abgegriffene Massepotential bis an die Schraubhülse 37 des Schraubsteckverbinders 36 durchgeschleift.
Aus der Figur 3 geht eine schematische Darstellung der Funktionsmodulanordnung 6 hervor. Der Schraubsteckverbinder 24 ist an einer Oberseite des Anschlussmoduls 7 angebracht.
Aus der Figur 4 ist die im Gehäuse 30 des Busknotens 5 ausgebildete Ausnehmung 31 zu erkennen. Exemplarisch sind in der Ausnehmung 31 der Steckerzapfen 32 mit den exemplarisch fünf Steckbuchsen 38 sowie zwei benachbart zueinander angeordnete Kontaktfedern 33 ausgebildet. Benachbart zur Ausnehmung 31 sind an dem Gehäuse 30 ein angeformter Zentrierzapfen 39 sowie eine drehbar gelagerte Schraube 40 angeordnet, die für eine Aufnahme in einer korrespondierend ausgebildeten Ausnehmung 41 bzw. einer Gewindebohrung 42 im Anschlussmodul 7 vorgesehen sind und einer korrekten und zuverlässigen Kopplung zwischen Busknoten 5 und Anschlussmodul 7 dienen. Hierzu kann zusätzlich ein am Busknoten 5 angeformter Zentrierzapfen 43 und eine im Anschlussmodul 7 ausgebildete Ausnehmung 44 vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1. Busknoten für eine elektrische Kopplung eines Bussystems (3) mit einer Funktionsmodulanordnung (6), mit einer elektronischen Schaltung zur Wandlung von elektrischen Signalen zwischen einem vom Bussystem (3) bereitgestellten Busprotokoll und einem von der Funktionsmodulanordnung (6) bereitgestellten internen Kommunikationsprotokoll sowie mit einem ersten Kopplungsmittel (32, 33) für eine elektrische Verbindung der elektronischen Schaltung mit der Funktionsmodulanordnung (6) und mit einem zweiten Kopplungsmittel (36, 37) für eine elektrische Verbindung der elektronischen Schaltung mit dem Bussystem (3), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kopplungsmittel (32, 33) ein erstes Kontaktmittel (33) umfasst, das für einen unmittelbaren elektrischen Kontakt mit einem Massenanschluss (26) der Funktionsmodulanordnung (6) ausgebildet ist.
2. Busknoten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kopplungsmittel (36, 37) ein zweites Kontaktmittel umfasst (37) , das für eine Bereitstellung des am ersten Kontaktmittel (33) anlegbaren Massepotentials der Funktionsmodulanordnung (6) an das Bussystem (3) ausgebildet ist.
3. Busknoten nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmittel (33) als federelastische Kontaktzunge für eine Steckverbindung mit einem Masseanschluss (26) , insbesondere mit dem Masseanschluss der Funktionsmodulanordnung (6), ausgebildet ist.
4. Busknoten nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmittel mehrere, umlaufend angeordnete Kontaktzungen umfasst, um eine Abschirmwirkung zwischen dem Massepotential und der elektronischen Schaltung zu gewährleisten ,
5. Busknoten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmittel (33) für eine Steckverbindung mit einer Schraubhülse (26) eines Schraubsteckverbinders (24) , insbesondere eines M8 -Steckverbinders oder eines M12- Steckverbinders, ausgebildet ist.
6. Steuerungssystem für eine Arbeitsvorrichtung, insbesondere für eine Bearbeitungsmaschine, mit einem Steuerungsmodul (2) zur Ausgabe von Steuerungsbefehlen an ein Bussystem (3), einem Bussystem (3) zur Weiterleitung der Steuerungsbefehle, einem Busknoten (5) , insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zur Umsetzung von Steuerbefehlen gemäß einem Busprotokoll in Steuerbefehle gemäß einem internen Kommunikationsprotokoll einer Funktionsmodulanordnung (6) sowie mit einer Funktionsmodulanordnung (6) , die Ventilmodule (8) zur Ansteuerung von fluidischen Aktoren (15) und/oder elektrische Schaltmodule (9) zur Ansteuerung von elektrischen Aktoren und/oder Eingangs -Ausgangsmodule (9) für die Ansteuerung und/oder Überwachung von Sensoren (16) umfasst, die jeweils anhand der vom internen Kommunikationsprotokoll bereitgestellten Steuerbefehle beeinflussbar sind, wobei die Funktionsmodulanordnung (6) mit einem Massepotential (17) , insbesondere mit einem Maschinengestell, koppelbar ist und eine Kontakteinrichtung (24) für eine signalübertragende Kopplung zwischen Funktionsmodulanordnung (6) und Busknoten (5) umfasst, die einen Masseanschluss (26) aufweist, der mit dem Massepotential (17) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Busknoten (5) an der Funktionsmodulanordnung (6) ankoppelbar ausgebildet ist und ein erstes Kontaktmittel (33) des Busknotens (5) derart unmittelbar mit der Kontakteinrichtung (26) verbunden ist, dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem asseanschluss (17) der Funktionsmodulanordnung (6) und dem Busknoten (5) gewährleistet ist.
7. Steuerungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Busknoten (5) auf die Funktionsmodulanordnung
(6) aufsteckbar ausgebildet ist.
8. Steuerungssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (26) an der Funktionsmodul - anordnung (6) als Schraubhülse eines Schraubsteckverbinders, insbesondere als Schraubhülse eines M8- Steckverbinders oder eines M12 -Steckverbinders , ausgebildet ist.
9. Steuerungssystem nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktmittel (33) als federelastische Kontaktzunge , insbesondere als Gruppe umlaufend angeordneter Kontaktzungen, ausgebildet ist.
10. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventil- und/oder Schalt - und/oder Eingangs -/Ausgangmodule (7, 8, 9) der Funktionsmodulanordnung (6) in einer Aufreihungsrichtung (10) aneinander aufgereiht sind und in der Aufreihungsrichtung (10) elektrisch und/oder fluidisch miteinander gekoppelt sind.
11. Steuerungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsmodulanordnung (6) ein Anschlussmodul
(7) umfasst, das als elektrisches Bindeglied zwischen den Funktionsmodulen (8, 9) und dem Busknoten (5) ausgebildet
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