JP6716455B2 - 負荷モニタリングを有するモジュール式制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モジュール式制御装置、特に、安全切替装置に関するものである。モジュール式制御装置は、ヘッドモジュールと、当該ヘッドモジュール上で互いに隣接して配置された少なくとも１つの供給モジュールおよび少なくとも１つの周辺モジュールとを有する。

また、本発明は、このような制御装置のための供給モジュールに関するものである。

この種の制御装置および供給モジュールは、本出願人による記述「PSS Universal, Programmable control systems (汎用プログラマブル制御装置) PSS, System description, No.21256-DE-04」によって既知である。

制御装置は、たとえば設定可能またはプログラム可能なコントローラのためのモジュール式制御装置であってもよい。当該制御装置は、中央ヘッドユニットおよび互いに隣接して配置されたモジュールによって、モジュール式に構成されている。これらのモジュールは、互いに接続されるとともに、別個のバスを介して、ヘッドモジュールに接続されている。これらのモジュールの大部分は、制御対象の周辺機器の接続に使用可能な入出力モジュールである。このため、入出力モジュールは、周辺(peripheral)モジュールとも称する場合が多い。入力モジュールは、たとえばドア接点スイッチ、光バリア、または緊急オフスイッチといった信号伝達機器等の外部周辺機器からの信号を受ける。出力モジュールは、たとえば接触器、電磁弁、およびランプ等の接続アクチュエータの制御、および必要に応じて、これらへの電源流供給に用いられる。

このために必要な電源は、供給モジュールを介して出力モジュールに供給される。

供給モジュールは、入出力モジュールと同様に、制御装置上に配置され、共有バスに接続されている。供給モジュール上の外部コネクタの使用により、周辺電流(peripheral current)を制御装置に供給可能であるとともに、バスの使用によって、周辺電流を適当な出力モジュールに送ることができる。

周辺電流は、たとえば２３０ボルトＡＣの主電源電圧を対応する２４ボルトＤＣの動作電圧に変換する外部電源ユニットにより供給される。電源ユニットは、異なる電流レベルを提供するとともに、一定の閾値を超えた場合に制御ユニットへの電流路を切断して遮断するヒューズ等の形態の保護機構を有するように設計されている。

通例、複数の出力モジュールには、最初に引用したPSS Universal No. 21256-DE-04のシステム記述にも記載の通り、単一の供給モジュールによって電源が供給される。また、制御装置内には、それぞれ供給モジュールおよび関連する出力モジュールで構成された異なる電位群(potential group)が形成されている。１つの電位群のモジュールは、バス上で隣接して配置されており、各電位群が１つの供給モジュールから始まる。単一の供給モジュールと関連付けられる出力モジュールが増えると、通例、１つの供給モジュールが外部に運ぶ受ける電流は大きくなる。

特に、たとえばスイッチオン・オフ時の電力ピークの場合は、供給モジュールに対する負荷が非常に高くなる可能性があるため、外部電源ユニットの内部ヒューズまたは外部ヒューズが制御装置および／または個々の電位群を切断して隔離する。これにより基本的には、制御装置または個々のモジュールの損傷が防止される。ただし、この種の制御されていない切断は望ましくなく、全体システムの可用性に悪影響を及ぼす。

したがって、本発明の目的は、より良好かつ安全に過負荷に対処することのできる制御装置を規定することにある。

本発明の目的は、最初に引用した種類のモジュール式制御装置において、少なくとも１つの供給モジュールおよび少なくとも１つの周辺モジュールが、それぞれ少なくとも１つのベースモジュール部、電子モジュール部、および接続モジュール部を有し、少なくとも１つの供給モジュールの接続モジュール部が、外部周辺電流を供給する供給接続部を有し、少なくとも１つの周辺モジュールの接続モジュール部が、供給モジュールに供給された周辺電流を出力するアクチュエータを接続する出力部を提供し、互いに隣接して配置されたベースモジュール部が、ヘッドモジュール、少なくとも１つの供給モジュール、および少なくとも１つの周辺モジュールを互いに電気的に結合するバス構造を提供し、供給モジュールが、既定の断面を有し、接続モジュール部から電子モジュール部を通ってベースモジュール部まで延び、供給モジュールの少なくも１つの供給接続部をバス構造に接続する導電線と、導電線に配置され、導電線のパラメータを決定するとともに、パラメータが閾値を超えた場合に警告信号を発する過負荷識別ユニットとをさらに有する、モジュール式制御装置によって実現される。

本発明の別の態様によれば、上記目的は、バス構造を介して互いに結合されたヘッドモジュールおよび少なくとも１つの周辺モジュールを有するモジュール式制御装置用の供給モジュールであって、供給モジュールが、ベースモジュール部、電子モジュール部、および少なくとも１つの供給接続部を有する接続モジュール部を有しており、既定の断面を有し、接続モジュール部から電子モジュール部を通ってベースモジュール部まで延び、供給モジュールの少なくも１つの供給接続部をバス構造に接続する導電線と、導電線に配置され、導電線のパラメータを決定するとともに、パラメータが閾値を超えた場合に警告信号を発する過負荷識別ユニットとをさらに有する、モジュール式制御装置用の供給モジュールによって実現される。

本発明のさらに別の態様によれば、上記目的は、周辺電流をモジュール式制御装置に供給する方法であって、ヘッドモジュールと、ヘッドモジュール上で互いに隣接して配置された少なくとも１つの供給モジュールおよび少なくとも１つの周辺モジュールとを有するモジュール式制御装置を用意するステップであって、少なくとも１つの供給モジュールおよび少なくとも１つの周辺モジュールが、少なくとも１つのベースモジュール部、電子モジュール部、および接続モジュール部を有する、ステップと、少なくとも１つの供給モジュールの接続モジュール部上の供給接続部を介して外部周辺電流を受容するステップと、互いに隣接して配置されたベースモジュール部によって、ヘッドモジュール、少なくとも１つの供給モジュール、および少なくとも１つの周辺モジュールを互いに電気的に結合するバス構造を提供するステップと、過負荷識別ユニットを有する少なくとも１つの供給モジュールに導電線を提供するステップであり、導電線が、既定の断面を有し、接続モジュール部から電子モジュール部を通ってベースモジュール部まで延び、供給モジュールの少なくも１つの供給接続部をバス構造に接続する、ステップと、少なくとも１つの周辺モジュールの接続モジュール部上の出力部を介して、周辺電流を出力するステップと、過負荷識別ユニットによって、導電線のパラメータを決定するステップと、パラメータが閾値を超えた場合に、過負荷識別ユニットによって、警告信号を発するステップと、を有する、方法によって実現される。

以上のように、本開示は、供給モジュールおよび周辺モジュールがモジュール式設計であり、少なくとも１つのベースモジュール部、電子モジュール部、および接続モジュール部を備えたモジュール式制御装置を提案している。互いに隣接して配置された供給モジュールおよび周辺モジュールのベースモジュール部は、個々のモジュールを互いに接続するとともに制御装置のヘッドモジュールに接続するバス構造と併せて、制御装置の「背骨(backbone)」を構成している。ベースモジュール部は、供給モジュールおよび周辺モジュールの両者に対して、同じ形態であるのが好ましい。モジュールの実際の機能は、ベースモジュール部に接続された電子モジュール部によって決まる。電子モジュール部は、モジュールの中心的存在であって、たとえば周辺モジュールのロジック・切替装置等、限定的な処理装置を提供する。さらに、モジュールは、外部周辺機器との接続の設定に使用可能な別の接続モジュール部を有する。入力モジュールの場合は、このモジュール部の使用によって、外部信号伝達機器を制御装置に結合する。出力モジュールの場合は、接続モジュール部の使用によって、制御対象の外部周辺要素を制御装置に接続するとともに、必要に応じて、これらに電流を供給する。一例として、外部周辺要素は、接触器、電磁弁、またはランプ等の接続アクチュエータであってもよい。

供給モジュールの場合、接続モジュール部は、外部周辺電流を受ける少なくとも１つの供給接続部を備える。また、接続モジュール部の供給接続部から電子モジュール部を通ってベースモジュール部のバスまで、既定の断面を有する導電線が取り回されている。この導電線は、出力モジュールに接続された外部周辺機器に対する電流の供給に必要な全供給周辺電流を搬送するのが好ましい。このため、出力モジュールにより供給されたすべての周辺電流の合計が導電線を介して流れる。

また、導電線には、当該導電線の少なくとも１つの特性パラメータを連続して決定する過負荷識別ユニットが配置されている。このパラメータは、たとえば導電線の電流等、導電線の物理的状態に直接関係した値であってもよいし、導電体の環境に関係しており、導電線の現在の利用レベルに関する情報を提供する値であってもよい。また、導電線ひいては供給モジュールが臨界状態となって、過負荷識別ユニットにより警告信号が発せられ、好ましくは直ちに表示されるか、またはヘッドモジュールが利用可能となる点を規定するこのパラメータの閾値が指定されている。したがって、本発明のコンセプトは、供給モジュール、特に、外部周辺電流により充電された構成要素を連続してモニタリングするとともに、過負荷が生じた場合には、制御装置の制御されていない切断が発生する前の適時に措置を講じることである。このようにして、制御装置の制御されていない破壊的故障を防止可能である。

以上により、上記目的は完全に実現される。

好適な一実施形態において、ヘッドモジュールは、警告信号に基づいて、少なくとも１つの周辺モジュールの少なくとも１つの出力でアクチュエータを切断する。

したがって、この実施形態においては、過負荷識別ユニットにより発せられた警告信号が内部バスを介してヘッドモジュールに送られる。制御装置の「頭脳」に相当するヘッドモジュールは、具体的には関連出力での周辺要素の切断または別の省電力状態への移行の基準としてこの警告信号を受け取ることができる。結果として、単一の供給モジュールの負荷を抑えることができ、制御装置は利用可能な状態を維持する。さらに、ヘッドモジュールは、ユーザに対する警告信号を発することができるため、ユーザがこれに応じて対処可能であるとともに、一例として、故障が発生する前に、制御装置の別の供給モジュールを提供する。

別の実施形態において、過負荷識別ユニットは、導電線の温度値を決定する温度センサ、特にＮＴＣ抵抗を有する。

この実施形態において、過負荷識別ユニットが決定するパラメータは、導電線の温度値である。この値は、導電線の近傍に配置されたＮＴＣ抵抗が決定するのが好ましい。温度測定の利点は、負荷の特性である電流の値とは別に、外部条件も同時に考慮されることである。これにより、導電体の負荷および重大な故障が発生するタイミングは、導体中の電流の実際の流れのみならず、特に、外部状況によっても決まる。したがって、導電線の近傍での温度測定により、導電体および供給モジュールの実際の負荷の確実なパラメータを間接的に決定することができる。

特に好適な一実施形態において、温度センサは、導電線に対して、熱的には結合されているが、電気的には絶縁されている。

この実施形態には、導電線の負荷が温度値から確実に特定可能である一方、電磁適合性に関して、温度センサ自体および関連する過負荷識別ユニットがラインから保護されるように配置されるという利点がある。したがって、導電線の電気的過負荷が温度センサおよび過負荷識別ユニットを損傷することはない。

別の実施形態において、過負荷識別ユニットは、導電線からある距離で配置されているが、この距離は、導電線の既定の断面の３倍以下に対応する。

したがって、この実施形態においては、過負荷識別ユニットが導電線に直接接続されず、導電線からの最大距離の範囲内に配置されているため、導電線の実際の負荷を確実に表すことができる。

別の実施形態において、過負荷識別ユニットは、第１のパラメータと種類が異なり、特に導電線を通る電流に対応した少なくとも１つの第２のパラメータを決定する。

この実施形態には、第１のパラメータのセンサとは無関係の別個のセンサによって、好ましくは別のパラメータが検知されるという利点がある。この第２のパラメータは、導電線を流れる電流であるのが好ましい。一例として、この電流は、ホール効果センサまたはシャント抵抗により決定可能である。原理上、ホール効果センサが導電線から電気的に絶縁されているのに対して、シャント抵抗では、導電線と過負荷識別ユニットとの間に別個の電気的絶縁が別途必要となることに留意する必要がある。ただし、ホール効果センサと比較して、シャント抵抗は安価に製造できる。第２のパラメータの測定によって、供給モジュールの負荷をより正確に評価することができる。特に、第１のパラメータが温度値であり、第２のパラメータが導電線の電流の流れを表している場合は、温度値の上昇の実際の原因を導電線の電気的負荷に帰することができるか否か、あるいは、温度上昇が外部条件によりもたらされているか否かを確認することができる。

別の実施形態において、導電線は、第１および少なくとも１つの第２の平行接続導体トラックを有する。

この実施形態は特に、導電線に負荷をより良好に分布させるのに都合が良い。導電線は、幅および高さが規定された導体トラックであるのが好ましいため、たとえばプリント回路基板の背面上等、別の導体トラックに電流が分布可能であれば都合が良い。同様に、第２の導体トラックの近くでさらに別の導体トラックを平行に接続して、負荷をさらに分割することも考えられる。これら別の導体トラックは、たとえばプリント回路基板の内部層に存在していてもよい。

別の実施形態において、少なくとも１つの周辺モジュールは、第１の出力および少なくとも１つの第２の出力を有し、これら第１および第２の出力が、供給モジュールの導電線に対して電気的に接続されている。

この実施形態において、出力モジュールは、１つの出力のみならず、たとえば半導体スイッチを介して別個に制御可能な複数の出力を有するのが好ましい。この実施形態により、制御装置をよりコンパクトな形態で設計できるため都合が良い。

別の実施形態において、供給モジュールの電子モジュール部は、雄コネクタを有し、供給モジュールのベースモジュール部は、組み立てられた場合に、導電線をバス構造に対して電気的に結合するプラグ接続部を形成する対応したはめ合いコネクタを有し、過負荷識別ユニットが、電気的に絶縁されているが、導電線の断面の３倍に対応する最大距離でプラグ接続部に配置されている。

この実施形態において、過負荷識別ユニット、特に、パラメータの決定に関係するセンサは、導電線の過負荷が特定の影響を及ぼす供給モジュール内の重要な位置に配置されている。プラグ接続部には、たとえば頻繁な挿入および取り出しの結果としての接触点の摩耗の場合に、より高いレベルの接触抵抗が予想される。接触抵抗が高くなると、ライン抵抗も高くなり、当該位置での高負荷に対して、たとえば発熱の形態の特に高い電力損失が予想される。したがって、過負荷識別ユニットをこの重要な位置に配置することは特に、考え得る故障を適時に識別するのに都合が良い。

当然のことながら、上記特徴および以下に説明する特徴は、それぞれ指定の組み合わせのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせまたはそのままで使用可能である。

本発明の制御装置の好適な一実施形態を示す簡略図である。 本発明のモジュール式制御装置の好適な一実施形態を示す模式図である。 供給モジュールおよび周辺モジュールを有する本発明の制御装置を示す内部斜視図である。 過負荷識別ユニットの一実施形態を示す簡略模式図である。 本発明の過負荷識別ユニットの一実施形態を示す断面図である。 過負荷識別ユニットの一実施形態を示す別の断面図である。 本発明の過負荷識別ユニットの一実施形態を示す平面図である。 供給モジュールの一実施形態を示す斜視図である。

本発明の実施形態を、図面に示すとともに、以下の記述においてより詳しく説明する。

図１において、本発明の制御装置の一実施形態の全体を参照番号１０で示している。図示の実施形態は、安全切替装置を示し、この場合は、工業設備１２の保護に用いられる。この例において、工業設備１２は、人員保護のために危険領域がガードドア１６で制限された自動化動作のロボット１４である。

ガードドアは、作動要素１８およびセンサ２０を備えたドア接点スイッチを有する。作動要素がセンサの検知範囲にある間、ガードドアは閉じている。ガードドアが開かれて作動要素１８がセンサ２０の検知範囲から移動すると、センサがこれらの変化を検出して、この危険な状態を安全切替装置に伝達する
ここに示す例において、センサ２０は、第１のライン２２および第２のライン２４を介してモジュール式制御装置に接続された受動的なセンサである。この背景において、受動的とは、ガードドアの現在の状態を表す信号をセンサ２０が自発的に生成せず、ライン２２を介してモジュール式制御装置１０による制御信号の供給を受けることを意味する。ガードドアが閉じている場合には、制御信号が不変の形態でセンサからライン２４を介してモジュール式制御装置１０に返される一方、ガードドアが開いている場合には、信号の流れが遮断される。したがって、後者の場合、制御装置により送信された信号は、制御装置の入力に再び適用されることはない。

信号伝達機器の別の例として、図１に、緊急オフスイッチ２６をさらに示す。ドア接点スイッチと同様に、緊急オフスイッチ２６は、受動的な信号伝達機器であり、同様に、２つのライン２８、３０を介してモジュール式制御装置に接続されている。あるいは、たとえば対応するイネーブル信号を自発的に生成する光バリアまたは光カーテン等の能動的なセンサが制御装置に接続されていてもよい。能動的な信号はＯＳＳＤセンサとも称し、ＯＳＳＤは「出力信号切替装置（Output Signal Switching Device）」を表す。

センサの種類に関わらず、信号伝達機器２０、２６からのイネーブル信号は、モジュール式制御装置の入力３２で受け取られ、モジュール式制御装置１０により処理される。本実施形態において、入力信号は、当該入力信号を互いに独立して評価し、工業設備１２の停止あるいは安全状態への移行が必要か否かを決定する２つの冗長なマイクロコントローラ３４ａ、３４ｂによって処理される。この場合、停止は、それぞれ接触器３８ａ、３８ｂに接続された２つの半導体スイッチ３６ａ、３６ｂを介して行われる。

安全状態すなわち信号伝達機器２０、２６からのイネーブル信号が正しく入力３２に適用されている場合は、接触器３８ａ、３８ｂに電流が供給されるように、マイクロコントローラ３４ａ、３４ｂによって半導体スイッチ３６ａ、３６ｂが切り替えられる。また、接触器３８ａ、３８ｂの動作接点４２は、電源４４と工業設備１２との間の電流路において直列に接続されている。接触器３８ａ、３８ｂに電流が供給されている状態では、ソレノイドが機械的接点４２を安全状態とするのが好ましい。すなわち、電源４４から工業設備１２への電流路が閉じられて、ロボットが動作可能となる。

ガードドアが開放されおよび／または緊急オフスイッチ２６が操作された場合、接触器は、他方のチャネルに障害があっても少なくとも１つの接触器３８ａ、３８ｂが隔離されるように、冗長設計されたマイクロコントローラ３４ａ、３４ｂ、半導体スイッチ３６ａ、３６ｂ、および接触器３８ａ、３８ｂによって、モジュール式制御装置１０により隔離される。接触器の動作接点４２が直列に接続されていることから、ロボット１４の隔離には、一方の接触器を解除すれば十分である。

接触器の作動に必要な電流は、出力を介して制御装置により供給されるが、以下では周辺電流と称する。この場合は、電流の供給を接続部４０ａ、４０ｂで示している。制御装置による電流の供給方法については、図２を参照して、以下により詳しく説明する。

図２は、ヘッドモジュール４６ならびに多様な同格の供給および周辺モジュール４８、５０を備えた本発明のモジュール式制御装置１０の一実施形態を示している。ヘッドモジュール４６は、モジュール式制御装置１０の縁部に配置され、センサおよびアクチュエータレベルを上位のコントローラに接続するための通信インターフェース（詳細には図示せず）を有するのが好ましい。接続は、標準的な制御機能のための一般的なフィールドバスシステムにより可能である。あるいは、たとえば安全指向機能のためのSafetyBus p等の特殊な安全バスシステムにより可能である。したがって、ヘッドモジュールは、少なくとも１つの中央演算処理装置と、通信のためのインターフェースとを備える。

この場合、ヘッドモジュール４６の近くには、列を成して互いに隣接して配置された１２個の単一モジュールが示される。これらは、３つの供給モジュール４８および９つの周辺モジュール５０である。ヘッドモジュール４６およびその他のモジュールは、最上層レール５２に接続されているのが好ましい。モジュールは、バス（詳細には図示せず）を介して互いに接続されるとともに、ヘッドモジュールに接続されている。また、モジュールは、新たなモジュールが追加された場合にバスが自動的に拡張されるような形態である。

まず、バスの使用により、ヘッドモジュールと個々のモジュールとの間およびモジュール間でデータをやり取りし、次に、バスを介して、個々のモジュールに電流を供給することができる。ヘッドモジュールから個々のモジュールの処理ユニットに十分な動作電圧が供給されている間、外部周辺機器にも電流を供給する周辺モジュールは、特殊な供給モジュール４８を設けて、必要な電圧を供給する必要がある。

供給モジュール４８は、複数の周辺モジュール５０に適当な周辺電流を供給可能である。制御装置１０内には、周辺電流が異なるさまざまな電位群の形成または複数の供給モジュールへの負荷の分布のため、複数の供給モジュール４８が設けられているのが好ましい。この場合、電位群は、供給モジュールを介して電流が供給される関連の周辺モジュール５０を備えた当該供給モジュール４８を意味することが了解される。

図２に示す実施形態において、モジュール式制御ユニットは、３つの電位群に分割されている。周辺モジュール５０は、好ましくはモジュールが互いに隣接して配置される順序で、供給モジュール４８に割り当てられている。あるいは、特定の配線等の回路による割り当ても当然ながら可能である。

外部電源ユニットは、供給モジュール４８上の供給接続部５６を用いて、周辺電流を供給する。この場合、電流は、新たな供給モジュール４８が列中に出現するまで、バスを介して１つのモジュールから隣接するモジュールに送られる。図３にてより詳しく説明する通り、周辺モジュール５０は、バスを介して周辺電流を取り出し、接続された外部周辺機器に送る。

図３は、本発明の制御装置の一実施形態に係る内部設計を示した斜視図である。同じ参照番号は、同じ部分を表している。

図３は、電位群５４を示している。この場合、電位群５４は、供給モジュール４８および２つの周辺モジュール（出力モジュール）５０を含む。モジュール４８、５０はそれぞれ、接続モジュール部５８、電子モジュール部６０、およびベースモジュール部６２を有する。この場合、接続モジュール部は、すべてのモジュールについて、雄コネクタストリップ５８の形態で示している。この背景において、供給モジュール４８の接続モジュール部５８は、電位群５４への周辺電流の供給に用いられる単一の供給接続部５６を有する。また、周辺モジュール５０の接続モジュール部はそれぞれ、半導体スイッチ３６を介して個別に制御可能であるとともに、供給モジュール４８が受けた周辺電流４０の外部周辺機器への出力に使用可能な４つの出力部６４を有する。

この場合、周辺モジュール５０の電子モジュール部６０は、周辺モジュール５０の処理ユニットが配置された簡素なプリント回路基板として示している。この場合は、簡略化のため、出力への導体トラックおよび対応する半導体スイッチ３６のみを示している。半導体スイッチ３６は、制御ユニット（詳細には図示せず）による使用によって、出力４０を切替可能である。スイッチのバイナリオン／オフのほか、たとえば出力４０のアナログ制御等、他の出力コントローラを設けることも当然ながら可能である。さらに、周辺モジュール５０の電子モジュール部６０は、別のＥＭＣコンポーネントおよび／または電流制限部を含むことができる。たとえば、電流制限部の使用によって、周辺モジュールが受けられる最大電流を決定および規定することができる。

この場合、供給モジュール４８の電子モジュール部６０は、簡略化のため、導電線６６および過負荷識別ユニット６８を１つだけ有する。導電線６６は、接続モジュール部の供給接続部５６からベースモジュール部６２まで、単一の導体トラックの形態で延びている。

供給モジュール４８および周辺モジュール５０のベースモジュール部６２は、プラグ接続部にて示している。個々のプラグ接続部６２は、バス７２が通って延びるバックプレーン７０上に配置されている。バス７２は、供給モジュール４８および周辺モジュール５０のベースモジュール部６２を接続している。この場合は、バス７２の使用により、供給モジュール４８の供給接続部５６上で受けた周辺電流４０を周辺モジュール５０に送る。

特に好適な一実施形態において、バックプレーン７０およびバス７２は、ベースモジュール部６２によって直接構成されてもよい。このため、ベースモジュール部６２は、互いに近くで接続された場合に、バックプレーンを構成するとともに少なくとも１つのバス７２を提供する構造を設けるように設計されている。

過負荷識別ユニット６８は、導電線６６の極力近くではあるが、とにかくＤＣ絶縁された様態で、供給モジュール４８の電子モジュール部６０のプリント回路基板上に配置されている。過負荷識別ユニット６８と導体トラック６６との間の距離は、少なくともＥＭＣガイドラインによるクロストークが起こることのない大きさであるが、上述の通り、導電線６６の状態を表すパラメータを過負荷識別ユニット６８が決定できるように、導電線の断面の３倍以下である。さらに、過負荷識別ユニット６８は、ベースモジュール部にごく近接して、特にバス７２との電気的接続部の範囲に配置されている。バスへの移行部は、高いライン抵抗が通常予想される重要な領域を示す。この高いライン抵抗は、たとえば接点接続部の摩耗の結果として生じる可能性がある。したがって、過負荷識別ユニットは、移行部の周りに配置されているのが好都合である。

図４、図５ａ、図５ｂ、および図５ｃを参照して、過負荷識別ユニット６８の一実施形態の設計方法および導電線６６に対して過負荷識別ユニット６８を配置可能な方法をより詳しく説明する。

図４に示す実施形態において、過負荷識別ユニット６８は、導電線６６のごく近くにおける温度測定に基づく。導電線６６の温度は、ライン６６を流れる周辺電流４０によって厳密に決まる。したがって、導電線６６のごく近接での温度は、ライン６６を流れる電気的負荷を表す。

本実施形態において、温度は、マイクロコントローラ７８のアナログ／デジタル変換器７６に接続された電圧ドライバ７４によって決定される。電圧ドライバ７４は、定抵抗８０およびＮＴＣ抵抗８２で構成されている。ＮＴＣ抵抗８２は、電気抵抗が負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタである。ＮＴＣ抵抗は、低温よりも高温で電流がよく流れる。マイクロコントローラ７８による電圧ドライバ７４およびアナログ／デジタル変換器７６の使用によって、導電線６６の温度を決定する。

ＮＴＣ抵抗の代わりに、デジタル温度センサを用いて温度を決定することも可能である。さらに、過負荷識別ユニットは、デジタルセンサの場合にはたとえば単方向バスを介してマイクロコントローラに接続された複数のセンサを備えていてもよい。このように、供給モジュール内のさまざまな位置で温度値を決定可能であり都合が良い。

マイクロコントローラ７８は、メモリに格納された基準温度値に対して温度値を比較し、受信温度値が基準値を超えている場合には、警告信号８４を発する。警告信号８４は、供給モジュール４８による直接処理、あるいは特に、モジュール式制御装置のヘッドモジュールへの転送が可能である。ヘッドモジュールおよび／または供給モジュールは、特定の出力の切断または別の方法による出力モジュールの電流消費の抑制による供給モジュールの負荷の低減の基準として警告信号８４を受け取ることができる。

図５ａ、図５ｂ、および図５ｃは、過負荷識別ユニット６８を単一のセンサの形態で導電線６６上に配置可能な方法の例を示している。この場合、導電線６６は、プリント回路基板８６上に配置されており、この場合は、めっきした貫通孔８８によって平行に接続された４つの導体トラックａ〜ｄを含む。したがって、周辺電流４０は、４つの平行接続導体トラック６６において分割されるため、単一の導体トラックの負荷が抑えられる。導体トラックは、プリント回路基板８６の外部および内部層に一様に分布しているのが好ましい。

本実施形態において、過負荷識別ユニット６８は、ＮＴＣ抵抗８２にて示している。この場合、ＮＴＣ抵抗８２は、プリント回路基板８６の表面９０に配置されたＳＭＤコンポーネントである。ＮＴＣ抵抗８２は、導電線の導体トラック８６からＤＣ絶縁されている。ただし、ＮＴＣ抵抗８２は、ＥＭＣ規定が許可する導体トラックとの近さで配置されているのが好ましい。

図５ａ、図５ｂ、および図５ｃに示す実施形態において、導電線６６の導体トラックは、外部層上に切断部９２を有する。ＮＴＣ抵抗８２は、切断部９２の中心に配置されているのが好ましい。また、ＮＴＣ抵抗８２の下側中心に、別の導体トラック６６が延びているのが好ましい。

図５ｂは、図５ａの実施形態のＡ−Ｂ線を通る断面を示している。ＮＴＣ抵抗８２は、プリント回路基板８６の表面９０において、導体トラック６６の中心垂線上の中心に配置されている。切断部９２によって、温度センサを表面９０に直接搭載可能である。

図５ｃは、図５ａおよび図５ｂの実施形態を示した平面図である。ＮＴＣ抵抗８２は、導体トラック６６の切断部９２の中心に配置されている。ＮＴＣ抵抗８２と導体トラック６６との間の距離ｄは、温度センサに対する周辺電流のクロストークが生じることのないように選定されている。ＮＴＣ抵抗８２は、２つの接点９４により、好ましくは電圧ドライバを介して、マイクロコントローラまたは別の評価ユニットのアナログ・デジタル変換器に接続されているため、抵抗の抵抗値またはその微分としての温度が決定される。

この場合、図４および各図５に示す過負荷識別ユニットは、過負荷識別ユニットの考え得る例示的な一実施形態に過ぎない。あるいは、導電線６６の電流を決定することにより、負荷を測定することも可能である。一例としては、ホール効果センサを同様に配置することによって、電流の測定が可能である。この場合、ホール効果センサは、ＮＴＣ抵抗と同様のＤＣ絶縁で配置されていてもよい。別の実施形態においては、導体トラックと直列に接続されたシャント抵抗によって、電流を測定することができる。この場合は、マイクロコントローラ上の計装用増幅器およびアナログ・デジタル変換器を用いて測定を行う。シャント抵抗は導電線６６に対して電気的に接続する必要があるため、測定機器と評価ユニットとの間には、ＤＣ絶縁を設ける必要がある。

さまざまな種類のセンサを組み合わせて、供給モジュール内のさまざまな位置に配置可能であるため都合が良い。

図６は、単一の供給モジュール４８の一実施形態を示している。このモジュールは、接続モジュール部５８、電子モジュール部６０、およびベースモジュール部６２を備える。各モジュール部は、機械的に組み合わされて、１つのユニットを構成するとともに、互いに電気的に接続されている。モジュールの機能が電子モジュール部によって決まる一方、接続モジュール部およびベースモジュール部は、他のモジュールにも使用可能であるのが好ましい。

この場合、接続モジュール部５８は、外部配線に対する８つの接続端子を有する。一例として、１つの接続端子９６を供給接続部として使用することも可能である。特に好適かつ実施形態において、接続モジュール部５８は、既製配線ハーネスの一部である。これにより、モジュールを簡単かつ誤りなく配線可能である。

電子モジュール部６０は、モジュールの処理ユニットを含む。本発明に係る過負荷識別ユニット６８のほか、供給モジュールの電子モジュールは特に、たとえば電流制限器および／または電流平滑器等、周辺電流を処理する回路部を含んでいてもよい。

電子モジュール部６０はベースモジュール部６２に接続され、ベースモジュール部６２が同格のモジュールおよびヘッドモジュールに対するインターフェースを提供している。この接続は、制御装置のモジュールの個々のベースモジュール部６２によって構造化されたバスによる。このため、ベースモジュール部６２の側面には、同格のベースモジュール部と接触するとともにこれらをバスでつなぐ接点９８、１００を有する。

図６に示す実施形態においては、２つのバス構造を示している。この場合、接点９８で示す第１のバスは、一方のモジュールから他方のモジュールおよび／またはヘッドモジュールへの情報の送信に使用可能なデータバスを構成する。また、この場合、接点１００で示すバスは、周辺電流の伝達に用いる供給電圧バスである。したがって、図示の実施形態においては、この場合、接続端子９６で構成された供給接続部を介して受けた周辺電流が電子モジュール部６０で処理され、本発明に係る過負荷識別ユニットによりモニタリングされた後、ベースモジュール部６２の接点１００を介して同格のモジュールに送られる。過負荷識別ユニットは、供給接続部とベースモジュール部上の接点との間の導電線の過電流による過負荷状況またはモジュールの過熱の結果と考えられる過負荷状況を特定した場合、接点９８のデータバスを介して同格のモジュールあるいは特にヘッドモジュールに転送される警告信号を出力可能である。そして、ヘッドモジュールおよび／または関連する周辺モジュールは、周辺モジュールの出力の作動、特に切断によって供給モジュールの負荷を抑えることにより、供給モジュールの負荷を制限することができる。

Claims (9)

1. ヘッドモジュール（４６）と、前記ヘッドモジュール（４６）の近くに互いに隣接して配置された少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）および少なくとも１つの周辺モジュール（５０）とを有し、かつ、少なくとも１本のバス構造（７２）を有するモジュール式制御装置（１０）であって、
   前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）および前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）が、それぞれ、ベースモジュール部（６２）、電子モジュール部（６０）、および接続モジュール部（５８）を有し、前記電源供給モジュール（４８）は前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）に外部周辺電流（４０）を供給するように構成され、
   前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）の前記接続モジュール部（５８）が、前記外部周辺電流（４０）を受ける電力供給接続部（５６）を有し、
   前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）の前記接続モジュール部（５８）が、アクチュエータ（３８）に接続可能であって、かつ、前記電源供給モジュール（４８）から受けた前記周辺電流（４０）を出力する出力部（６４）を提供し、
   互いに隣接して配置された前記ベースモジュール部（６２）が、前記ヘッドモジュール（４６）、前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）、および前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）を互いに電気的に結合する前記バス構造（７２）を形成し、このため、前記周辺電流（４０）が、前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）から前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）まで、前記バス構造（７２）を通して伝送され、
   前記電源供給モジュール（４８）が、
   既定の断面を有し、前記接続モジュール部（５８）から前記電子モジュール部（６０）を通って前記ベースモジュール部（６２）まで延び、当該電源供給モジュール（４８）の前記少なくも１つの供給接続部（５６）を前記バス構造（７２）に接続するように配置された導体トラック（６６）を含むプリント回路基板（８６）と、
   前記導体トラック（６６）に配置され、前記導体トラック（６６）のパラメータを決定するとともに、前記パラメータが閾値を超えた場合に警告信号を発する過負荷識別ユニット（６８）と、をさらに有し、
   前記導体トラック（６６）は、平行な少なくとも１本の導体トラックをさらに含み、前記周辺電流（４０）が、前記導体トラック（６６）および前記少なくとも１本の導体トラックに分割されて流れ、
   前記パラメータが、前記導体トラック（６６）の温度であり、前記過負荷識別ユニット（６８）が、前記導体トラック（６６）の温度値を決定する温度センサを含み、前記温度センサは前記導体トラック（６６）および前記少なくとも１本の導体トラックのいずれかに近接して配置されている、モジュール式制御装置。
2. 前記ヘッドモジュール（４６）が、前記警告信号に基づいて、前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）の少なくとも１つの出力部（６４）に接続された前記アクチュエータ（３８）を切断する、請求項１に記載のモジュール式制御装置。
3. 前記プリント回路基板（８６）に配置された前記温度センサが、前記導体トラック（６６）に対して、熱的には結合されているが、電気的には絶縁されている、請求項１または請求項２に記載のモジュール式制御装置。
4. 前記過負荷識別ユニット（６８）が、前記導体トラック（６６）からある距離で配置されているが、前記距離は、前記導体トラック（６６）の前記既定の断面の３倍以下に対応する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のモジュール式制御装置。
5. 前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）が、前記出力部（６４）とともに少なくとも１つの第２の出力部を有し、前記各出力部が、前記電源供給モジュール（４８）の前記導体トラック（６６）に対して電気的に接続されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモジュール式制御装置。
6. 少なくとも１つの別の周辺モジュールをさらに有し、前記周辺電流が、前記電源供給モジュール（４８）から前記周辺モジュール（５０）および前記少なくとも１つの別の周辺モジュールに供給される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモジュール式制御装置。
7. 前記電源供給モジュール（４８）の前記電子モジュール部（６０）が、雄コネクタを有し、前記電源供給モジュールの前記ベースモジュール部が、組み立てられた場合に、前記導体トラック（６６）を前記バス構造（７２）に対して電気的に結合するプラグ接続部を形成する、対応したはめ合いコネクタを有し、前記過負荷識別ユニット（６８）が、電気的に絶縁されているが、前記導体トラックの断面の３倍に対応する距離またはそれより短い距離で前記プラグ接続部に配置されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のモジュール式制御装置。
8. バス構造（７２）を介して互いに結合されたヘッドモジュール（４６）および少なくとも１つの周辺モジュール（５０）に接続されたモジュール式制御装置用の電源供給モジュール（４８）であって、
   前記電源供給モジュール（４８）は、ベースモジュール部（６２）、電子モジュール部（６０）、および少なくとも１つの供給接続部（５６）を含む接続モジュール部（５８）を有し、前記電源供給モジュール（４８）は前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）に周辺電流（４０）を供給するように構成され、
   既定の断面を有し、前記接続モジュール部（５８）から前記電子モジュール部（６０）を通って前記ベースモジュール部（６２）まで延び、当該電源供給モジュール（４８）の前記少なくも１つの供給接続部（５６）を前記バス構造（７２）に接続する導体トラック（６６）と、
   前記導体トラック（６６）に配置され、前記導体トラック（６６）のパラメータを決定するとともに、前記パラメータが閾値を超えた場合に警告信号を発する過負荷識別ユニット（６８）とをさらに有し、
   前記導体トラック（６６）は、前記電子モジュール部（６０）を搭載しているプリント回路基板（８６）上に配置されており、前記導体トラック（６６）は、平行な少なくとも１本の導体トラックをさらに含み、前記周辺電流（４０）が、前記導体トラック（６６）および前記少なくとも１本の導体トラックに分割されて流れ、
   前記パラメータが、前記導体トラック（６６）の温度であり、前記過負荷識別ユニット（６８）が、前記導体トラック（６６）の温度値を決定する温度センサを含み、前記温度センサは前記導体トラック（６６）および前記少なくとも１本の導体トラックのいずれかに近接して配置されている、モジュール式制御装置用の電源供給モジュール。
9. 周辺電流（４０）をモジュール式制御装置に供給する方法であって、
   ヘッドモジュール（４６）と、前記ヘッドモジュール（４６）の近くに互いに隣接して配置された、少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）および少なくとも１つの周辺モジュール（５０）とを有するモジュール式制御装置（１０）を用意するステップであって、前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）および前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）が、それぞれ、少なくとも１つのベースモジュール部（６２）、電子モジュール部（６０）、および接続モジュール部（５８）を有する、ステップと、
   前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）の前記接続モジュール部（５８）上の供給接続部（５６）を介して外部から周辺電流（４０）を受容するステップと、
   互いに隣接して配置された前記ベースモジュール部（６２）によって、前記ヘッドモジュール（４６）、前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）、および前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）を互いに電気的に結合するバス構造（７２）を提供するステップと、
   前記少なくとも１つの電源供給モジュール（４８）にプリント回路基板（８６）と、その上に配置された導体トラック（６６）と、過負荷識別ユニット（６８）とを提供するステップであり、前記導体トラック（６６）が、前記接続モジュール部（５８）から前記電子モジュール部（６０）を通って前記ベースモジュール部（６２）まで延び、前記電源供給モジュール（４８）の前記少なくも１つの供給接続部（５６）を前記バス構造（７２）に接続し、前記導体トラック（６６）が、平行な少なくとも１本の導体トラックをさらに含み、前記周辺電流（４０）が、前記導体トラック（６６）および前記少なくとも１本の導体トラックに分割されて流れる、ステップと、
   前記少なくとも１つの周辺モジュール（５０）の前記接続モジュール部（５８）に接続された出力部（６４）を介して、前記周辺電流（４０）を出力するステップと、
   過負荷識別ユニット（６８）によって、前記導体トラック（６６）のパラメータを決定するステップと、
   前記パラメータが閾値を超えた場合に、前記過負荷識別ユニット（６８）によって、警告信号を発するステップと、を有し、
   前記パラメータが、前記導体トラック（６６）の温度であり、前記過負荷識別ユニット（６８）が、前記導電線（６６）の温度値を決定する温度センサを含み、前記温度センサは前記導体トラック（６６）および前記少なくとも１本の導体トラックのいずれかに近接して配置されている、方法。

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