JP4468331B2

JP4468331B2 - モニタおよび／または制御装置ならびにそのブリッジ・モジュール

Info

Publication number: JP4468331B2
Application number: JP2006170205A
Authority: JP
Inventors: トーマス・アルベルス
Original assignee: バーゴ・フェアバルトゥングスゲゼルシャフト・エムベーハー
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2026-06-20
Also published as: CN1896984A; DE102005028735A1; JP2007006694A; CN1896984B; US20060284596A1; US7508690B2; DE102005028735B4

Description

本発明は、フィールド・バス用結合モジュール、給電モジュールおよび／または入出力モジュールの形態の複数のシステム・モジュールのアセンブリを有するモニタおよび／または制御装置に関する。このシステム・モジュールは互いに隣接して設けられており、システム・バスおよび／またはシステム・モジュールの電圧供給端子を後続のシステム・モジュールに接続するための端子コンタクトを有している。

このようなモニタおよび／または制御装置は、例えば、プログラム可能な論理制御装置（ＳＰＳ）またはプロセスモニタの装置として知られており、特許文献１に記載されている。共通のトップハット・レールには、複数のシステム・モジュールが取り付けられている。これらのシステム・モジュールは、夫々、外部からアクセス可能な電気的な接続端子を有する専用のハウジングを具備する。システム・モジュールは、トップハット・レールに互いに隣接して設けられる。互いに隣接している複数のシステム・モジュールの、互いに割り当てられた複数の電気的接触端子が互いに接続されている。このようにして、通常はトップハット・レール上の左側に設けられている給電ユニット（電圧供給モジュール）から始まって、この給電ユニットに接続されたシステム・モジュール同士の電圧供給を行なう電圧供給ラインが実現される。同じようにして、複数の電気的な接触端子によって、システム・バスが実現される。このシステム・バスには、供給電圧が、左側から、フィールド・バス結合モジュールを介して供給される。フィールド・バス結合モジュールは、内部のシステム・バスを外部のフィールド・バスに連結するために用いられる。

この第１の構造の利点は、電圧供給ラインおよびシステム・バスのライン長が、システム・モジュール自身によって決定され、別個のラインが不要であることである。

例えば、非特許文献１に記載されている第２の構造では、システム・バスおよび／または電圧供給ラインがトップハット・レール上に構成されることを提案している。複数のシステム・モジュールは、システム・バスラインおよび電圧供給ラインと接触するための複数の接触ピンを有する。しかし、このことは、トップハット・レールが比較的複雑になり、ライン長が、実際に必要なライン長に最適に適合されていないという欠点を有する。このことによって、不要な減衰損失が生じる可能性がある。更に、システム・バスラインおよび電圧供給ラインは、外部からアクセス可能であり、妨害の可能性のある危険に晒されている。

システム・バスおよび／または電圧供給ラインを隣接するシステム・モジュールに更に接続するための、複数のシステム・バスに設けられた接続端子を有する第１の構造によって、システム・バスおよび／または電圧供給ラインを実現する際には、一連のシステム・モジュールから１つのシステム・モジュールを取り外すことによってシステム・バスおよび電圧供給ラインが中断される、という問題がある。

複数のホット・スワップ可能なシステムが、個々の電子部品の交換がシステム全体の停止をもたらしてはならないプロセスを自動化するために、必要となる。交換の理由は、個々の電子部品の故障または変更の必要性である。
ドイツ特許公開第44 02 002 A1号公報『elektro AUTOMATION,4/2005,pp2+3』に所収のＤ・チムプケ著『Flexibilitaet zahlt sich aus』

従って、本発明の課題は、一連のシステム・モジュールから任意のあるシステム・モジュールを取り除くときでも保証されている機能性を有する、改善されたモニタおよび／または制御装置を提供することである。

上記課題は、この明細書の最初の部分に記載されたタイプのモニタおよび／または制御装置を用いて、本発明に基づいて達成され、それにおいて、システム・モジュールの１つが一連のシステム・モジュールから取り外される場合に、接続されたシステム・モジュールに対して供給電圧を供給するために、少なくとも１つのブリッジ・モジュールが、システム・バスをフィールド・バスに結合するためのフィールド・バス結合モジュールと反対側および／または電圧供給モジュールと反対側において複数のシステム・モジュールのアセンブリの端部に設けられており、ブリッジ・モジュールは、このブリッジ・モジュールに隣接する複数のシステム・モジュールに冗長的に電圧を供給しおよび／またはブリッジ・モジュールに隣接する複数のシステム・モジュールのためにシステム・バスを提供するように構成されることによって解決される。

モニタおよび／または制御装置は、システム・バスおよび電圧供給ラインの構成に関して、第１のおよび第２の構造の組合せであってもよい。しかしながら、モニタおよび／または制御装置が第１の構造を使用して完全に構成されていることは好ましい。

通常は左側から電圧供給モジュールによって供給電圧が供給され、フィールド・バス結合モジュールによって共通のシステム・バスを用いるようにされるシステム・モジュールをトップハット・レール上に配置する際には、システム・バスのための終端抵抗を有する通常の終端端子の代わりに、ホット・スワップ可能なブリッジ・モジュールが用いられる。このブリッジ・モジュールは、或る１つのシステム・モジュールの取り外しによってシーケンスが中断されるとき、このブリッジ・モジュールに接続されたシステム・モジュールに、右から、供給電圧および／またはシステム・バスを供給する。

一連のシステム・モジュールから或る１つのシステム・モジュールが取り外されるとき、ブリッジ・モジュールが、システム・バスの中断および／または供給電圧の遮断を検出するためのモニタ・ユニットを有することは好ましい。続いて、モニタ・ユニットによって、出来る限り遅延なく、システム・バスおよび／または電圧供給が、そのブリッジ・モジュールに隣接する一連のシステム・モジュールのために供給される。このことは、電圧供給およびシステム・バスが、ブリッジ・モジュールによって恒常的ではなく、必要に応じて供給されることを意味する。これによって、電圧供給モジュールの被制御型（調整された切換えモード）の給電ユニットの制御の妨害が阻止され、システム・バスの正確な終端が保証される。冗長なシステム・バスを提供するために、ブリッジ・モジュールが、正確な状態でスイッチ・オンされる終端抵抗を有することは好ましい。システム・バスの中断が検出されたときのみ、終端抵抗は、フローティング式のラインを介してブリッジ・モジュールに接続されたシステム・バスによって置換される。

好ましい実施形態では、ブリッジ・モジュールは、モニタおよび／または制御装置の別のシステム・モジュールの電圧供給端子に配線するための外部からアクセス可能な接続端子を有する被制御型の給電ユニットを具備している。ブリッジ・モジュールには、フローティング式のラインを使用して、例えば２４Ｖの、開閉装置内で通常は用いられる供給電圧が供給される。被制御型の給電ユニットを使用することによって、この電圧は、例えば５Ｖまたは３．３Ｖの内部供給電圧へ低下するように制御される。

他の好ましい実施形態では、ブリッジ・モジュールは被制御型の給電ユニットを有しない。その代りに、外部からアクセス可能な接続端子は、システム・モジュールの被制御型の給電ユニットの出力端に延びる電圧供給ラインのために設けられている。その接続端子は、ブリッジ・モジュールに隣接するシステム・モジュールのための電圧供給端子に直接接続されている。この場合、モニタ・ユニットが省略され、電圧供給は、ブリッジ・モジュールを介して、恒常的に冗長的に複数のシステム・モジュールへ供給されることができる。何故ならば、調整の不整合が複数の給電ユニットによって防止されるからである。

１つのブリッジ・モジュールが、モニタおよび／または制御装置の別のシステム・モジュールに接続可能な別個のシステム・バスラインのための外部からアクセス可能な接続端子を有することは、同様に有効合である。この場合、冗長な電圧供給を供給するためのブリッジ・モジュールは、冗長なシステム・バスを提供するためのブリッジ・モジュールと同じである必要はない。各目的に対して、専用のブリッジ・モジュールが設けられることができる。しかしながら、２つの機能を１つのブリッジ・モジュールに統合することは有効である。システム・バスのための接続端子が、フィールド・バス結合モジュールの、外部からアクセス可能な接続端子へ接続するために設けられていることは好ましい。この場合、フィールド・バス結合モジュールは、そこには、システム・バスのための外部からアクセス可能な接続端子が設けられているように、変更されている。

ブリッジ・モジュールが、冗長なシステム・バスのための複数の接続端子と、供給電圧のための複数の接続端子とを有することも、有効である。従って、システム・バスおよび供給電圧は、ブリッジ・モジュールの複数の接続端子にプラグ結合されたフローティング式のラインによって供給される。モニタ・ユニットは、容易な方法で、システム・モジュールの取り外しが供給電圧のディップに基づいて検出され、それに続いて即座に、対抗策が、冗長な供給電圧をブリッジ・モジュールの端子コンタクトに結合することによっておよびシステム・バスをブリッジ・モジュールの対応の端子コンタクトに結合することによって直ちに導入されることができる。

以下、図面を参照して本発明の例示的な実施形態を詳述する。図１はモニタおよび／または制御装置１のブロック図を示す。このモニタおよび／または制御装置では、システム・モジュールＳ_ｉ（但し、ｉ＝１ないしＮである）のアセンブリが、トップハット・レール２にプラグ結合で取り付けられている。複数のシステム・モジュールＳ_ｉは互いに隣接して設けられており、システム・バス４のための端子コンタクト３ａおよび電圧供給ライン５のための端子コンタクト３ｂを有する。構成に応じて、システム・バス４または電圧供給ライン５の一方のみが、端子コンタクト３ａ，３ｂによって実現されることができる。或る１つのシステム・モジュールＳ_ｉの左側にある各端子コンタクト３は、システム・モジュールＳ_ｉのハウジングの右側にある夫々１つの端子コンタクト３に接続されている。複数の端子コンタクト３は、各端子コンタクト３が、システム・モジュールＳ_ｉがプラグ結合で取り付けられる際に、隣接したシステム・モジュールＳ_ｉの対応の端子コンタクト３に電気的に接続されているように、形成されている。このようにして、システム・バス４および／または電圧供給ライン５は、行に並んで配置されている複数のシステム・モジュールＳ_ｉによって、簡単に形成される。

トップハット・レール２にプラグ結合で取り付けられた複数のシステム・モジュールＳ_ｉの左端には、フィールド・バス用結合モジュールＳ_１が、システム・モジュールＳとして設けられている。システム・バス４のフィールド・バス用結合モジュールＳ_１は、内部のシステム・バス４を外部のフィールド・バス７に結合するために、結合ユニット６を有する。このようなフィールド・バス用結合モジュールＳ_１は、良く知られている。

フィールド・バス用結合モジュールＳ_１に隣接している電圧供給モジュールＳ_２は、被制御型の給電ユニット８を備えている。この給電ユニット８は、電圧供給モジュールＳ_２のハウジング上に設けられた接続端子（図示せず）によって、例えば２４Ｖの供給電圧に接続されている。フィールド・バス用結合モジュールＳ_１および電圧供給モジュールＳ_２は互いに分離されているか、あるいは一体的なユニットとして構成されていてもよい。電圧供給モジュールＳ_２から始まる電圧供給ライン５は、複数の隣接するシステム・モジュールＳ_１のために供給される。

フィールド・バス用結合モジュールＳ_１および電圧供給モジュールＳ_２と反対側で、一連のシステム・モジュールＳ_１の右端には、ブリッジ・モジュールＢが設けられている。このブリッジ・モジュールは、電圧供給ライン５上における供給電圧のディップを検出するための第１のモニタ・ユニット９を有する。更に、被制御型の給電ユニット１０がブリッジ・モジュールＢに集積されている。その目的は、供給電圧のディップが検出されたとき、冗長な電圧供給を、ブリッジ・モジュールＢの左隣のシステム・モジュールＳ_ｎ＋ｉに与えるためである。被制御型の給電ユニット１０には、例えば２４Ｖの供給電圧が、ブリッジ・モジュールＢのハウジングに設けられた外部からアクセス可能な接続端子（図示せず）を使用して、フローティング式のライン１１によって恒常的に供給されている。供給電圧Ｖは、通常のモニタおよび／または制御装置1では、通常、例えば、電圧供給モジュールＳ_２の接続端子において問題なく利用可能である。

冗長な電圧供給に追加してまたはその代わりに、第２のモニタ・ユニット１２が設けられている。このモニタ・ユニットは、電圧供給ライン５上の供給電圧の中断および／またはシステム・バス４の故障が検出された際に、例えばシステム・モジュールＳ_ｎが取り除かれたときには、ブリッジ・モジュールＢの左隣にある複数のシステム・モジュールＳ_ｎ＋１，Ｓ_ｎ＋２…に、システム・バスを提供する。この目的のために、ブリッジ・モジュールＢは、フローティング式のライン１３を使用して、接続端子を介して、フィールド・バス用結合モジュールＳ_１に設けられた対応する接続端子に接続されている。対応の接続端子において、システム・バスが供給される。場合によっては、システム・バス４の正確な動作を保証するために、少なくとも１つの終端抵抗がブリッジ・モジュールＢに設けられてもよい。

図２はモニタおよび／または制御装置１の第２の実施形態を示す。このモニタおよび／または制御装置では、ブリッジ・モジュールは、冗長な電圧供給を確保するための専用の給電ユニットも、モニタ・ユニット９も有しない。その代りに、フローティング式の電圧供給ライン１５をシステム・モジュールＳ_２の被制御型の給電ユニット８の出力に接続するための、外部からアクセス可能な接続端子１４が設けられている。接続端子１４は、ブリッジ・モジュールＢに隣接するシステム・モジュールＳ_ｎ＋１，Ｓ_ｎ＋２…のための電圧供給端子３ｂに直接接続されている。第２の実施形態では、システム・モジュールＳ_ｉのために、供給電圧が、ブリッジ・モジュールＢを介して、恒常的に冗長的に供給される。

従って、或る１つのシステム・モジュールＳ_ｎが一連のシステム・モジュールＳ_ｉから取り除かれるときでも、ブリッジ・モジュールＢによって、ブリッジ・モジュールＢの左隣のシステム・モジュールＳ_ｎ＋１，Ｓ_ｎ＋２…Ｓ_ｎが更に動作することが保証される。他方では、取り外されたシステム・モジュールＳ_ｎの左側に接するシステム・モジュールＳ_３…Ｓ_ｎ−１には、通常の動作と同様に、左側から、電圧供給ライン５およびシステム・バス４が供給される。

このようにして、モニタおよび／または制御装置１が、簡単な方法で、ホット・スワップ可能に実現される。

一連のシステム・モジュールの右端にブリッジ・モジュールを有するモニタおよび／または制御装置のブロック図。モニタおよび／または制御装置の第２の実施形態のブロック図。

符号の説明

１モニタおよび／または制御装置
３ａ端子コンタクト、接続端子
３ｂ端子コンタクト、接続端子
４システム・バス
７フィールド・バス
Ｂブリッジ・モジュール
Ｓ_１フィールド・バス結合モジュール
Ｓ_２電圧供給モジュール
Ｓ_ｎシステム・モジュール

Claims

フィールド・バス用結合モジュール、給電モジュールおよび／または入出力モジュールの形態の複数のシステム・モジュール（Ｓｉ）のアセンブリを有するプロセスの自動化システム（１）であって、前記システム・モジュールは互いに隣接して設けられており、システム・バス（４）および／またはシステム・モジュール（Ｓｉ）の電圧供給端子を後続するシステム・モジュール（Ｓｉ＋１）に接続するための端子コンタクト（３ａ，３ｂ）を有しているプロセスの自動化システム（１）において、
システム・モジュール（Ｓｎ）の１つが一連のシステム・モジュール（Ｓｉ）から取り外される場合に、接続されたシステム・モジュール（Ｓｉ）に対して供給電圧を供給するために、少なくとも１つのブリッジ・モジュール（Ｂ）が前記システム・バス（４）をフィールド・バス（７）に結合するためのフィールド・バス結合モジュール（Ｓ１）と反対側および／または電圧供給モジュール（Ｓ２）と反対側において複数のシステム・モジュール（Ｓｉ）のアセンブリの端部に設けられており、前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）は、このブリッジ・モジュール（Ｂ）に隣接する前記複数のシステム・モジュール（Ｓｉ）に冗長的に電圧を供給しおよび／または前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）に隣接する前記複数のシステム・モジュール（Ｓｉ）のために前記システム・バス（４）を提供するように構成されていることを特徴とするプロセスの自動化システム（１）。
前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）は、供給電圧をモニタし、供給電圧中のディップが生じた際に、一連のシステム・モジュール（Ｓｉ）からの１つのシステム・モジュール（Ｓｉ）が取り除かれたことを検出するためのモニタ・ユニット（９）を有していることを特徴とする請求項１に記載のプロセスの自動化システム（１）。
前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）は、一連のシステム・モジュール（Ｓｉ）から１つのシステム・モジュール（Ｓｉ）を取り外す際の前記システム・バス（４）の中断を検出し、それに続いて、前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）に隣接する一連のシステム・モジュール（Ｓｉ）のために前記システム・バス（４）を提供するモニタ・ユニット（１２）を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のプロセスの自動化システム（１）。
前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）は、前記プロセスの自動化システム（１）の別のシステム・モジュール（Ｓｉ）の電圧供給端子に配線するための外部からアクセス可能な接続端子（１４）を有する被制御型の給電ユニット（１０）を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載のプロセスの自動化システム（１）。
１つのブリッジ・モジュール（Ｂ）は、前記プロセスの自動化システム（１）の別のシステム・モジュール（Ｓｉ）に接続可能な別個のシステム・バスラインのための外部からアクセス可能な接続端子（１４）を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載のプロセスの自動化システム（１）。
前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）は、１つのシステム・モジュール（Ｓｉ）の被制御型の給電ユニットの出力端に延びる電圧供給ラインのための外部からアクセス可能な接続端子（１４）を有し、前記接続端子（１４）は、前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）に隣接する前記システム・モジュール（Ｓｉ）のための前記電圧供給端子に直接接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のプロセスの自動化システム。
前記システム・バス（４）のための前記接続端子（１４）は、フィールド・バス結合モジュール（Ｓ１）の、外部からアクセス可能な接続端子（１４）に接続するために設けられていることを特徴とする請求項５に記載のプロセスの自動化システム。
前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）は、冗長な前記システム・バス（４）のための接続端子（３ａ，３ｂ）と、被制御型の給電ユニット（１０）とを有し、この被制御型の給電ユニット（１０）は冗長な供給電圧を供給するために前記外部からアクセス可能な接続端子（１４）に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載のプロセスの自動化システム。
前記複数のシステム・モジュール（Ｓｉ）および前記少なくとも１つのブリッジ・モジュール（Ｂ）は、共通のトップハット・レール（２）上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１に記載のプロセスの自動化システム（１）。
請求項１乃至９のいずれか１に記載のプロセスの自動化システム（１）のためのブリッジ・モジュール（Ｂ）において、前記ブリッジ・モジュール（Ｂ）は、このブリッジ・モジュール（Ｂ）に結合された複数のシステム・モジュール（Ｓｉ）に最早他の方法では供給電圧が供給されずおよび／またはこれらのシステム・モジュール（Ｓｉ）がシステム・バスに接続されていないときに、冗長な電圧供給および／またはシステム・バス（４）を前記連結されたシステム・モジュール（Ｓｉ）に提供するよう構成されていることを特徴とするブリッジ・モジュール（Ｂ）。