Модуль ввода/вывода для шины данных

 

Изобретение касается модулей ввода/вывода для шины данных, которые выполнены с возможностью крепления на несущей шине рядом с другими модулями. Модуль ввода/вывода выполнен в виде присоединительного зажима со встроенной или насаживаемой электроникой, образованного из нескольких соединенных в группы шинных клемм, причем как проводники шины данных, так и проводники энергоснабжения для электроники ввода/вывода интегрированы в отдельные шинные клеммы и пропущены через них. Технический результат - создание модуля ввода/вывода с высокой модульностью, что упрощает монтаж. 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение касается модуля ввода/вывода для шины данных, каким он предлагается различными изготовителями в виде так называемой шины массива в сочетании со специальными процессорными системами, промышленными компьютерами и т.д., например, для управления, визуализации хода процесса, машинами, установками и для системной техники, предусмотренной для помещений.

Из проспекта фирмы Сименс "Die grossen Sparer - das System KOALA", 1993 г. известна концепция шины массива, представляющая собой рациональный вид монтажа машин и установок. Модули ввода/вывода (E/A-модули) оборудованы местами для подсоединения клемм для осуществления параллельного монтажа отдельных пользователей шины, приводных головок, сенсорных датчиков и прочей аппаратуры.

Монтаж может быть реализован в любой желаемой технике подключения, например, с одним, двумя, тремя и четырьмя проводниками. Что касается зажимов подключения, то здесь пригодны особенно просто обслуживаемые пружинные зажимы или же винтовые клеммы.

Модули оборудованы электроникой ввода/вывода, которая соединяет пользователей, подключенных к клеммам модулей, с последовательным проводником шины данных, который может быть, например, простым двухпроволочным проводником или же световодом.

При этом на практике этот проводник шины данных, подключенный к модулям ввода/вывода, является большей частью независимой подшиной в топологии кольца, которая через главную шину подключена к шине массива (дистанционная шина). Главная шина управляет отдельными модулями ввода/вывода, которые могут комбинироваться друг с другом в любой последовательности и размещаться в кольце в любых позициях.

Из проспекта фирмы Phoenix Contact "Neuheiten zu Teilkatalog 11 INTERBUS", 1993 известна установка модулей ввода/вывода на обычные имеющиеся в продаже несущие шины. Известно также одновременное с процессом установки автоматическое соединение с проводником шины данных и с линиями энергоснабжения, которые снабжают электронику ввода/вывода обычным напряжением, примерно 24 B DC.

Для этой цели у основания несущих шин обычно в форме колпака смонтированы отдельные печатные платы, которые связаны друг с другом в одну так называемую питающую шину. Наряду с двумя проводами для токоснабжения на питающей шине имеются три дополнительных провода для шины данных. Контактирование проводов осуществляется через штепсельные контакты, которые жестко встроены в питающую шину на определенном раствором расстоянии.

Такая питающая шина, интегрированная в несущую шину, не только повышает стоимостные и монтажные затраты, связанные с креплением несущей шины модулей ввода/вывода (неиспользованные частичные участки должны быть закрыты), но одновременно препятствует ее модульности, так как ширина модулей ввода/вывода всегда должна быть в несколько раз больше заданных растровых расстояний штепсельных контактов в питающей шине.

Питающая шина, размещенная у основания несущей шины, затрудняет также крепление самой несущей шины на монтажной поверхности, так как необходимые для этого отверстия под винты допускаются только на вполне определенных местах питающей шины, что на практике не совпадает с действительными условиями.

Названных выше недостатков можно избежать в других известных модулях ввода/вывода, которые крепятся на несущих шинах, а именно, с помощью того, что их крепят на неизменяющихся, имеющихся в свободной продаже несущих шинах, а проводники шины данных и провода токоснабжения для электроники ввода/вывода соединяют в форме плоского ленточного кабеля со штепсельным разъемом, переходя от модуля к модулю.

Однако, этот процесс представляет для пользователя весьма затруднительную и связанную с большими временными затратами работу по монтажу, и, вероятно, по этой причине изготовитель этой системы решил предложить очень широкие модули ввода/вывода с 16, 24 и 32 входами или выходами, расположенными рядом друг с другом в направлении несущих шин. Модульность системы при этом в значительной степени теряется.

Задача настоящего изобретения заключается в создании модулей ввода/вывода с высокой модульностью, которые могут наипростейшим образом быть установлены на неизменяемых и имеющихся в свободной продаже несущих шинах, причем, тем не менее, одновременно с процессом крепления должно автоматически осуществляться присоединение к проводнику шины данных и к проводке токоснабжения.

Эта задача, в соответствии с изобретением, решается тем, что модули ввода/вывода выполнены в виде последовательности клемм с встроенной или вставляемой электроникой, которые могут крепиться известным образом на несущей шине в виде специальных отдельных клемм или в виде блока, образованного группой из нескольких клемм, (называемых далее шинными клеммами), чтобы как проводники шины данных, так и проводка энергоснабжения для электроники ввода/вывода были интегрированы в шинные клеммы и через них замкнуты в цикл, в то время как каждая отдельная клемма шины и каждый блок клемм в своих боковых поверхностях, обращенных к соседним клеммам, имеют соответственно нажимные контакты (в дальнейшем называемые шинными контактами), таким образом, что контакты шины при фиксации шинных клемм на несущей шине автоматически контактируют друг с другом в направлении присоединения клемм шины, так что шинные клеммы, закрепленные на несущей шине, соединяются с образованием клеммной шины с проходящим насквозь проводником шины данных и проводкой энергоснабжения.

Шинные клеммы, в соответствии с изобретением, могут закрепляться без проблем на обычной несущей шине и соединяться при этом автоматически в клеммную шину с проводником шины данных и проводкой энергоснабжения, замыкающимися через нее в цикл. И для этого от пользователя не требуется проведение каких-либо дополнительных монтажных работ.

Модульность новых шинных клемм чрезвычайно велика, так как каждая отдельная шинная клемма представляет собой всегда только один функциональный узел ввода/вывода и имеет соответственно собственную электронику ввода/вывода, которая встроена в корпус из изоляционного материала отдельных шинных клемм.

При этом ширина такой шинной клеммы соответствует обычной ширине клеммы, входящей в ряд клемм, и ей свойственна та же техника крепления на несущей шине, которая характерна для клемм, входящих в ряд, и та же техника подсоединения мест, содержащих клеммы, для проволочного монтажа пользователей шины.

Поэтому шинная клемма, в соответствии с изобретением, представляет собой в принципе присоединительный зажим, который известен пользователю при монтажных работах.

То же самое касается случая, когда две, три или несколько новых отдельных клемм шины собраны в блок шинных клемм, что может сделать изготовитель или пользователь, поскольку в практике двойные или тройные и так далее модули могут использоваться дополнительно к одинарному модулю для того, чтобы зафиксировать на обычной несущей шине клеммную шину любой длины и любой конфигурации.

Клеммная шина может удерживаться с помощью конечного уголка, зафиксированного на несущей шине, как это известно для присоединительных зажимов. В результате этого обеспечивается то, что контактное давление контактных шин между шинными клеммами не раздвигает клеммную шину на несущей шине.

Для этой же цели предпочтительная форма исполнения изобретения предусматривает наличие на боковых поверхностях шинных клемм, соединяющихся с соседними клеммами, выступов и углублений, которые при насаживании шинных клемм на несущую шину входят в зацепление и механически соединяют клеммы шины в направлении установленных в ряд клемм, обеспечивая прочность при растяжении.

Подобные выступы и углубления могут быть расположены на прямой линии или на дуге в зависимости от соответствующего движения, выполняемого при насаживании или фиксировании шинных клемм на несущей шине.

Следующая форма усовершенствования конструкции и манипулирования клеммами шины, в соответствии с изобретением, согласно пункта 3 формулы изобретения характеризуется тем, что, - исходя из специальной питающей клеммы, как она известна для присоединительных зажимов, - энергообеспечение пользователей, подключенных к местам нахождения шинных клемм, осуществляется с помощью перемычек для пропускания силового тока, которые неподвижно установлены на боковых поверхностях каждой отдельной шинной клеммы и каждого блока шинных клемм и которые при насаживании шинных клемм на несущую направляющую автоматически зацепляются друг с другом.

Подобные перемычки для пропускания силового тока, неподвижно установленные на шинных клеммах и осуществляющие автоматическое замыкание, являются новыми и значительно облегчают монтаж клеммной шины на несущей шине.

В соответствии с пунктом 4 формулы изобретения, перемычки для силового тока состоят соответственно из контактного ножа и пружинящей контактной вилки, которые попеременно на боковых поверхностях шинных клемм и вступают в зацепление друг с другом в поперечном направлении при насаживании шинных клемм на несущую шину, то есть контактный нож входит в пружинящую контактную вилку в поперечном направлении между ее U-образными сторонами.

Этим, с одной стороны, обеспечивается то, что между контактным ножом и контактной вилкой возникает большое контактное давление, а, с другой стороны, что это контактное давление не действует в направлении последовательно расположенных клемм клеммной шины, так что высокое контактное давление перемычек для силового тока не обнаруживает тенденцию к раздвиганию клеммной шины на несущей шине.

Особенно предпочтительная форма исполнения изобретения предусматривает по пункту 5 формулы изобретения, что перемычки для силового тока образуют наконечники пруткообразной плоской шины, которые проходят внутри через отдельные шинные клеммы и блоки шинных клемм, так что отпадает также необходимость в перемыкании отдельных шинных клемм в блоке шинных клемм.

Ниже более подробно описываются примеры исполнения изобретения со ссылкой на чертежи.

Чертежи изображают: фиг. 1 - вид в перспективе двух блоков шинных клемм; фиг. 2 - 3 - частичные поперечные разрезы через блок шинных клемм, в соответствии с фиг. 1; фиг. 4 - 5 - частичные поперечные разрезы через блок шинных клемм, в соответствии с фиг. 1; фиг. 6 - детальное поперечное сечение к фиг. 2 и 4; фиг. 7 - детальное изображение к фиг. 3 и 5.

На фиг. 3 представлены два блока шинных клемм, в соответствии с изобретением, состоящие соответственно из трех отдельных клемм шины, в виде так называемых тройных модулей.

Каждая отдельная шинная клемма имеет электронику ввода/вывода, встроенную в корпус 8 из изоляционного материала, которая на фиг. 1 видна в форме смонтированной печатной платы 9.

Каждая печатная плата 9 имеет шинные контакты, с которыми она соединена электрически, которые расположены на одной боковой поверхности шинных клемм в виде пружинящего нажимного пальца 10, а на противолежащей боковой поверхности шинных клемм - в виде жестко установленных контактных перемычек 11 (см. фиг. 2 и 4).

На фиг. 6 контактные перемычки 11 можно увидеть на поперечном сечении сверху, а контактные пальцы 10 соответственно на противолежащей стороне соседней клеммы.

В общей сложности представленные отдельные шинные клеммы (см. фиг. 4 и 5) и представленные блоки шинных клемм (см. фиг. 1, 2 и 3) имеют соответственно по шесть шинных контактов на каждой боковой поверхности своего корпуса, выполненного из изоляционного материала.

Это соответствует проводникам, интегрированным в шинные клеммы и пропущенным через них с образованием цикла, из которых два проводника предусмотрены для энергоснабжения электроники ввода/вывода на соответствующих печатных платах 9 шинных клемм, а оставшиеся четыре являются проводниками шины данных (у кольцевой топологии шины данных соответственно два проводника информационной шины в направлении "туда" и два - в направлении "обратно").

Прохождение этих проводников через блок шинных клемм, а также через отдельную шинную клемму хорошо видно на фиг. 2 и 4.

На блоке шинных клемм для этой цели предусмотрены штифтовые гнезда 12, так что дискообразные отдельные клеммы могут неипростейшим образом соединяться в любой двойной, тройной или прочий многократный модуль.

Для этой цели предназначены мощные кнопочные фиксаторы 13 на корпусе из изоляционного материала. Замыкание каждой отдельной шинной клеммы и каждого блока клеммных шин образуют соответствующие замыкающие пластины 14 из изоляционного материала (см. фиг. 2 и 4).

Фиг. 3, 5 и 7 наглядно показывают конструкцию и расположение перемычек силового тока, состоящих соответственно из контактного ножа 15 и пружинящей контактной вилки 16, которые образуют наконечники пруткообразной плоской шины 17, проходящей через отдельную шинную клемму (фиг. 5) и через блок шинных клемм (фиг. 3).

Как представлено на фиг. 1, перемычки для силового тока 15, 16 расположены на достаточном расстоянии от шинных контактов 10, 11, так как они служат снабжению силовым током абонентов, подключенных к местам, предназначенным для шинных клемм (приводов головок, сенсорных датчиков, приборов), и могут проводить значительно более высокий потенциал напряжения, чем шинные контакты.

Места, где находятся клеммы, предназначенные для параллельного проводного соединения пользователей, доступны сверху, как это представлено на фиг. 1.

В данном примере исполнения для каждого пользователя предусмотрен сигнальный вывод 18, вывод (+) 19, вывод (-) 20 и вывод защитного проводника 21. Каждое клеммное место выполнено известным способом в виде пружинящей клеммы 22 и не требует дальнейшего описания.

Над сигнальным выводом предусмотрены светодиоды 23, которые индицируют статус ввод/вывод и при необходимости наличие неисправностей.

На фиг. 3 и 5, а также на фиг. 1 видно, что шинные клеммы имеют на своих боковых поверхностях взаимодействующие друг с другом выступы и углубления 24, 25, которые входят в зацепление друг с другом при насаживании и закреплении шинных клемм на несущей шине и соединяют шинные клеммы в направлении их последовательной установки с механической прочностью при растяжении.

Формула изобретения

1. Модуль ввода/вывода для шины данных, выполненный с возможностью крепления на несущей шине рядом с другими модулями, содержащий клеммные места для параллельного соединения проводами пользователей шины, например приводов головок, сенсорных датчиков, приборов, и электронику, соединяющую пользователей с последовательным проводником шины данных, отличающийся тем, что модуль ввода/вывода выполнен в виде присоединительного зажима со встроенной или насаживаемой электроникой и с возможностью крепления на несущей шине в виде отдельной шинной клеммы или в виде блока шинных клемм, образованного из нескольких соединенных в группы шинных клемм, причем как проводники шины данных, так и проводники энергоснабжения для электроники ввода/вывода интегрированы в отдельные шинные клеммы и пропущены через них, в то время как каждая отдельная шинная клемма и каждый блок шинных клемм на своих боковых поверхностях, обращенных к соседним клеммам, имеют соответственно шинные контакты, таким образом, что шинные контакты при креплении шинных клемм на несущей шине автоматически замыкают друг друга в направлении последовательной установки шинных клемм, так что шинные клеммы, зафиксированные на несущей шине, соединены в клеммную шину с проходящими насквозь проводниками шины данных и энергоснабжения.

2. Модуль ввода/вывода по п.1, отличающийся тем, что шинные клеммы на боковых поверхностях имеют взаимодействующие с соседними клеммами выступы и углубления, которые при насаживании шинных клемм на несущую шину входят в зацепление друг с другом и соединяют шинные клеммы в направлении последовательной установки клемм с механической прочностью при растяжении.

3. Модуль ввода/вывода по п.1 или 2, отличающийся тем, что снабжение силовым током пользователей, подключенных к клеммным местам шинных клемм, осуществляется через силовые перемычки, которые жестко установлены на боковых поверхностях каждой отдельной шинной клеммы и каждого блока шинных клемм и при насаживании шинных клемм на несущую шину автоматически входят в зацепление друг с другом.

4. Модуль ввода/вывода по п.3, отличающийся тем, что перемычки для силового тока состоят соответственно из контактного ножа и пружинящей контактной вилки, которые расположены попеременно на боковых поверхностях шинных клемм и которые входят в зацепление друг с другом в поперечном направлении при насаживании шинных клемм на несущую шину.

5. Модуль ввода/вывода по п.3 или 4, отличающийся тем, что перемычки для силового тока образуют наконечники пруткообразной плоской шины, которые проходят внутри через отдельные шинные клеммы и через блок шинных клемм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7