JP6050013B2 - プロセスフィールドバスの冗長パワーコンディショナのｄｉｎレール装着式ベース - Google Patents

Description

本発明は、１つ又は複数のホスト装置（分散制御システム）、センサ及び／又はアクチュエータで構成された２線式プロセスフィールドバスネットワーク、に冗長で絶縁され調整された電力を提供するパワーコンディショナのベースに関する。

プロセスフィールドバスの従来のパワーコンディショナのベースは、積層されてＤＩＮレールに装着されている。電力バスは、フィールドバスを動作させるために、ベースを通って延在し、リモート電源に接続されて各ベースに電力を供給する。

各ベースは、中空のプラスチック本体と、本体内の電子部品とを有する。本体内の部品は、電力モジュール、フィールドバス配線、電源リード線、及びＤＩＮレールに装着された隣接するベースなどの外装部品と電気接続する。

外装部品と電気接続するために、回路部品が適切な位置に相互に近接して取り付けられたコンパクトなプロセスフィールドバスが必要とされている。

開示されるベースは、２つの電力絶縁モジュールに対する装着及び接続性を提供する。ベースは、２つの電力バス、２つのホスト装置、センサ及びアクチュエータ用の１本の幹線、継電器アラームループ、及びアースのためのフィールド線端子ブロックと、２つの電力絶縁モジュールを受けるドッキングコネクタと、隣接するベース間に電力及びアラームバスを提供する電力バス及び継電器アラームループのためのカードエッジ接続部とを有する。フィールド線端子ブロックは、各配線にプラグ接続可能である。電力絶縁モジュールは通電運転中にスワップすることができ（ホットスワップ可能）、これによってプロセスフィールドバスネットワークの運転を損なわずに、一度に１つのモジュールを交換することができる。ブリッジコネクタを、ベース間のカードエッジ電力及び継電器アラーム接続部に設置して、複数のベース及びプロセスフィールドバスネットワークで構成される設置において、大容量ＤＣ電力及び継電器アラームループの配線を容易にすることができる。

ベースは、２回路基板アセンブリを収容する中空のプラスチック本体で構成される。電気部品及びフィールド線端子ブロックを回路基板アセンブリに装着する。さらに、ベースは、ベースをＤＩＮレールに嵌合及び嵌合解除する機構と、各プロセスフィールドバスネットワークにラベルを貼るユーザが使用可能なプラスチックマーカを装着する手段とを提供する。

回路基板アセンブリ内の回路基板の縁部は、シェルの内面に形成された内装溝に嵌め込まれて、アセンブリを本体内で垂直に位置決めする。シェル内の溝に設けられた位置合わせリブは、アセンブリ全体を本体内で長手方向に位置決めするために、溝内の回路基板縁部に形成された凹部内に延在する。位置合わせ溝及びリブを使用して本体内でアセンブリを位置決めすると、本体内でアセンブリ上に部品を密集状態で正確に位置決めすることができる。これによって、ベースがコンパクトになり、回路基板アセンブリ上の電気部品が、確実に外装部品との電気接続部を形成するために適切に位置決めされる。

ＤＩＮレールに装着されたベースの側面図である。 ＤＩＮレールに装着された３つのベースの上面図である。 図２の線３−３に沿って切り取った断面図である。 ベースの組立分解斜視図である。 図４の線５−５に沿って切り取った図である。 図５の部分Ａの拡大図である。 図４の線７−７に沿って切り取った図である。 図４の線８−８に沿って切り取った回路基板アセンブリの側面図である。 図８の線９−９に沿って切り取った断面図である。 図８の上面図である。

図１及び図２は、ＤＩＮレール１２に装着された、同様のプロセスフィールドバスベース１０を示す。２つの絶縁モジュール１４が、各ベース１０に着脱自在に装着される。絶縁モジュール１４は、図１では具象的に示されている。

各ベース１０は、成形プラスチックシェル１８と２０を相互に接合することによって形成された中空のプラスチック本体１６を含む。ユニットの回路基板アセンブリ２２が、シェル１８と２０の間で本体１６内に正確に位置決めされる。本体１６は、２つの横に並んだ絶縁モジュール１４を受けるために上方向に面したモジュールの凹部２４を画定する。ＤＩＮレールのフック２６及びＤＩＮレールのラッチ２８が各ベース１０の底部に設けられ、これによってベース１０をレール１２上に着脱自在に取り付けることができる。

回路基板アセンブリ２２は、本体１６の奥行方向長さに延在する細長い下部回路基板３０と、基板３０から上にわずかな距離離隔され、凹部２４の下に位置決めされた短い方の上部回路基板３２とを含む。回路基板３２は、基板３２の一端では２つのスペーサ留め具３４によって、基板３２の反対端では１つのスペーサ留め具３６によって回路基板３０に装着される。基板３２は、２つの横に並んだ多接点電気コネクタ３８を支持し、これはシェル１８及び２０内の開口４０及び４２を通ってモジュール凹部２４に通じる上端を有する。端子テール部４４が、コネクタ３８から基板３０上のパッドへと下方向に延在する。

図１０に示すように、プロセスフィールドバスネットワークの主幹線への接続は、端子４６ａで実行される。ケーブルシールドの接続は端子４６ｂで実行される。アースへの任意選択の接続は、端子４６ｃで実行される。継電器アラームループへの入出力接続、及び電力絶縁モジュールのバイパス接続は、端子４７によって提供される。２対の電力接点ピン５４が、図１０に示す基板４０の右端に装着される。

２対の電力接点パッド５６が、接続回路経路で下部基板３０の各側に設けられる。図９を参照されたい。隣接するアセンブリ上の電力接点パッド５６は、従来のブリッジコネクタ（図示せず）によって接続され、積層されたベースに沿って延在する２つの電力バス５７を形成する。各電力バスは、各ベース１０の１対の電力ピン５４に接続される。パッド５６は、シェル１８及び２０内の開口５８及び６０の内側に位置決めされる。

ブリッジコネクタ（図示せず）を使用することによって、ＤＩＮレール１２に装着された隣接するベース１０を通して延在するアラーム回路ループを形成するために、基板３０の各側にピン４６に隣接して２つの継電器接点パッド６２を設ける。パッド６２は、シェル１８及び２０の開口６４及び６６の内側に位置決めされる。

２つの減結合インダクタ６８を、ピン４７と上部回路基板３２の間で下部基板３０の上部に装着する。絶縁モジュール１４及びインダクタ６８を通して、電力バス５７をピン４６に接続する。

図５及び図７は、それぞれシェル２０及び１８の内部側壁を示す。各シェル１８、２０の内部側壁は、凹部２４の下で端部５２に隣接して位置決めされた水平の上部回路基板溝７０を含む。溝７０の下に位置決めされた水平の下部回路基板溝７２は、端部４８と５２の間に延在し、幾つかの離隔された溝区画７４を含む。

２つの対向する位置合わせ突起又はリブ７６が、上部溝７０に設けられる。図５、図６及び図７を参照されたい。回路基板アセンブリ２２がプラスチック本体１６に装着されると、リブ７６が上部回路基板３２の対向する縁部上の凹部７８に嵌り、回路基板アセンブリ２２を本体内で長手方向に位置決めする。

離隔された連動突起８０及び８２がシェル１８の外側から外方向に延在する。離隔された連動凹部８４及び８６がシェル２０の外側に延在する。１つのアセンブリ１０から延在する突起８０及び８２が、隣接するアセンブリ１０の凹部８４及び８６に嵌り、ＤＩＮレール１２上でアセンブリを相互にロックする。凹部８４は僅かに細長い。突起８０及び８２は凹部８４及び８６にぴったり嵌る。突起８０は、凹部８６内に対して長手方向の隙間嵌めにされ、寸法の公差に対応する。

幾つかのロックポスト８８がシェル２０の内縁部から外方向に延在する。対応するロック凹部９０がシェル１８の内縁部に設けられる。

上下回路基板３０及び３２の隣接する縁部が、それぞれ溝７０及び７２内に位置し、溝７０内のリブ又は突起７６が上部回路基板３２の隣接する側の凹部７８内に延在する状態で、回路基板アセンブリ２２の一方側をシェル１８又は２０の一方の内部に配置することによって、シェル１８及び２０及びアセンブリ２２を一緒にして、ベース１０を形成する。

回路基板アセンブリがシェルの一方の溝内の所定の位置にある状態で、他方のシェルが移動して回路基板アセンブリ２２の露出した側と係合し、２つの回路基板のうち他方側を他方のシェルの溝７０及び７２に嵌める。上部回路基板３２上の凹部７８が、第２のシェルの溝７０内にあるリブ７６に対向して位置決めされる。次に、２つのシェルが一緒に移動し、回路基板３０及び３２の縁部が溝７０及び７２に嵌って、突起７６が凹部７８内に入り、シェルの内縁部が相互に突き当たって本体１６を形成する状態で、ポスト８８を凹部９０内にロックする。

図３及び図４に示すように、回路基板アセンブリ２２はプラスチック本体１６の内部を完全に占有する。回路基板は本体の幅全体に延在する。回路基板３０は、本体の内側端部間に延在する。アセンブリの一方端の最も外側のピン４６、４７、及び基板の反対端の最も外側のピン５０、５１及び５４のためのハウジングが、本体の内側端部に位置決めされる。すなわち、回路基板３０が下部溝７０内で水平に正確に位置決めされることが極めて重要である。

スペーサ留め具３４及び３６は、上下回路基板３２及び３０を長手方向及び垂直方向に相互に適正な関係で正確に位置決めする。アセンブリ２２がプラスチック本体１６内に配置されると、リブ７６が上部回路基板３２を長手方向に正確に位置決めし、したがってシェルの成形、回路基板の製造、及び回路基板上への部品の製造及び装着の際に本来的に生じるわずかな寸法公差にかかわらず、下部回路基板の端部、及び下部回路基板に装着された部品が本体１６内で締まり嵌めのための所定の位置にある状態で、下部回路基板３０が本体内の適切な長手方向位置にある。

各ベース１０は、ピン対４６及び５０に接続されたプロセスフィールドバスを駆動する。一方の接地バス５７がベース上の１つの絶縁モジュール１４にＤＣ電流を供給する。他方のＤＣバス５７がベース上の他方の絶縁モジュールにＤＣ電流を供給する。絶縁バス５７は、ＤＩＮレールに装着されたベース１０の全てを通って延在する。ＤＣ電力は、１つのベース１０内にある２対の電力接点ピン５４に接続された線を通してこれらのバスに供給される。バス５７によって供給される電力のＤＣ電圧は変動することがあり、通常は約１８ボルトから約３０ボルトの範囲内である。この電圧は、フィールドバスの外部の要因により変動する。モジュール１４は入力電圧を絶縁して、調整し、約２８ボルトの安定したＤＣ出力電圧を生成する。２つのモジュール１４の出力電圧が組み合わされ、正の電圧出力は減結合インダクタ６８を通って供給され、接地又は負の出力は他方の減結合インダクタ６８を通って給電される。次に、これらの出力は、フィールドバス配線に接続されたピン４６及び５０に給電される。

ベース上の各絶縁モジュール１４は、ベース上の他方の絶縁モジュールに関係なく、ベース１０に接続されたフィールドバスへとフルに電力を送るのに十分な容量を有する。すなわち、ベース１０上の２つの絶縁モジュール１４のうち一方が故障しても、ベースによって駆動されるフィールドバスの運転に影響しない。他方の絶縁モジュールが自動的に電力を供給してフィールドバスを動作させる。また、モジュール１４はホットスワップ可能である。

各モジュール１４は、常閉型障害中継器を含み、これはベース１０上の他方のモジュールの中継器、及びＤＩＮレール１２に装着された他のベース１０に装着されたモジュール内の同様の中継器に接続される。中継器間の接続は中継器接点パッド６２を通して実行され、ブリッジコネクタが隣接するベース１０のパッド６２を接合する。

絶縁モジュール１４が故障し、一方の障害中継器が開いた場合、ベース１０上の残りのモジュールがフィールドバスを駆動し続け、アラームが起動してオペレータに故障の警報を発し、故障したモジュール１４の調査及び交換を開始する。警報は、操作盤上又は制御局にある照明又は表示器の点滅の形態を取ることができる。

Claims (9)

1. プロセスフィールドバスのベースであって、
   対向する側部を有する細長い内部空間と、前記対向する側部に沿って延在する１対の対向して平行な上部回路基板溝（７０）と、該上部回路基板溝（７０）の下で前記対向する側部に沿って延在する１対の対向して平行な下部回路基板溝（７２）と、を有する本体を形成する１対の対向する部材と、
   上部回路基板（３２）、該上部回路基板（３２）の下にある下部回路基板（３０）、該上部回路基板（３２）と該下部回路基板（３０）とを相互に固定するスペーサ（３４）を備えるユニット回路基板アセンブリ（２２）であって、前記上部回路基板溝（７０）内に前記上部回路基板（３２）の縁部が位置し、前記下部回路基板溝（７２）内に前記下部回路基板（３０）の縁部が位置し、前記上部回路基板（３２）の縁部と前記下部回路基板（３０）の縁部が対向して平行な、ユニット回路基板アセンブリ（２２）と、
   前記上部回路基板（３２）の縁部の一つに又は前記下部回路基板（３０）の縁部の一つにある第１の位置合わせ部材（７８）と、
   前記上部回路基板溝（７０）の一つに又は前記下部回路基板溝（７２）の一つにあり、前記第１の位置合わせ部材（７８）と相互に係合する第２の位置合わせ部材（７６）と、
   プロセスフィールドバスと電気接続を確立するために、前記ユニット回路基板アセンブリ（２２）上にある第１の接点要素と、
   前記プロセスフィールドバスのＤＣ電源との電気接続部を確立するために、前記ユニット回路基板アセンブリ（２２）上にある第２の接点要素とを備え、
   前記上部回路基板溝（７０）および下部回路基板溝（７２）が前記本体内で前記ユニット回路基板アセンブリを垂直方向に位置合わせし、前記第１および第２の位置合わせ部材（７８、７６）が、前記本体内で前記ユニット回路基板アセンブリ（２２）を水平方向に位置合わせする、ベース。
2. 前記スペーサが前記上部及び下部回路基板に接合され、前記上部及び下部回路基板を相互に離隔して平行で固定された関係に維持する、請求項１に記載のベース。
3. 前記第１の接点要素と前記第２の接点要素の間に減結合インダクタを含む、請求項１に記載のベース。
4. 前記第１及び第２の接点要素が、前記下部回路基板上にある、請求項１に記載のベース。
5. 前記第２の接点要素から前記第１の接点要素に供給される電力を調整する少なくとも１つの絶縁モジュールを含む、請求項１に記載のベース。
6. ＤＩＮレールフック及びＤＩＮレールラッチを含む、請求項１に記載のベース。
7. 前記１対の対向する部材の各々が中空のシェルである、請求項１に記載のベース。
8. 前記位置合わせ部材が第１の切り欠き及び第１のリブを備え、該第１のリブが前記第１の切り欠き内に延在する、請求項１に記載のベース。
9. 前記上部回路基板の縁部にある第２の切り欠きと、前記上部回路基板の前記縁部を受ける前記一対の上部回路基板溝の一つにある第２のリブとを含み、該第２のリブが前記第２の切り欠き内に延在する、請求項８に記載のベース。

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