模块化的自动化系统

本发明涉及模块化的自动化系统，其可以应用在工业自动化技 术的领域内并且也可应用在开关与控制技术的领域内。

市场上常见的或者在专利文献中所描述的自动化系统或设备常 常被认为是模块化构造的、可灵活使用的或者可扩展的，但是其中 关于这些特性或多或少有很大限制。例如从EP 0499675B1中公知一 种灵活的自动化系统，其在第一扩建阶段中仅仅具有结构紧凑型设 备。在第二扩建阶段中借助于扩展模块能够实现扩展。如果在第三 扩建阶段中需要较高的处理效率，则必须替换整个结构紧凑型设 备。另外可以使用仅仅事先所添加的扩展模块。扩展模块彼此连接 并且借助于多芯扁形电缆与新的中央设备连接。

因此本发明所基于的任务是，给出一种自动化系统，其具有较 高的模块性和可扩展性。

通过具有在权利要求1中给出的特征的自动化系统解决该任 务。在另外的权利要求中给出有益的改进方案。

因此利用本发明建议一种自动化系统，其中在使用多个可选择 的、能以不同的方式扩建的底板之一的情况下可以构造并扩建中央 自动化设备。该自动化设备在使用多个中央单元之一的情况下是可 扩建的，所述中央单元在同样的外部尺寸的情况下具有不同的数据 处理效率和数据存储容量。在中央单元上可以直接耦合至少一个输 入输出设备，而中央单元也可以在没有输入输出设备的情况下工 作。底板可配备至少一个用于至分立输入输出单元的现场总线连接 的通信耦合器。

本发明的自动化系统具有一系列优点：

-在中央自动化设备地基础配备中已经存在现场总线端口，其能 够通过不同的标准现场总线、比如Profibus-DP、Modbus等连接外 围设备。

-在没有增加的位置需求的情况下能够提高处理效率和存储容量。

-能够快速并简单地安装和更换设备，因为借助于底板和插装在 其上的中央单元和必要时通信耦合器、以及所插装的输入输出扩展 设备构成中央的或独立的自动化设备。所有这些系统组件在没有电 缆连接的情况下彼此电连接。也以类似的方式构造分立的输入输出 单元，也就是借助于所谓的接线盒，可将EA(输入输出)接口模块 和EA扩展模块插装到所述接线盒上。多个EA扩展设备可以彼此串 联，其中分别经过侧面的插接连接从一个设备到下一个设备地进一 步引导扩展总线。因此在自动化系统内部仅仅在分立化的输入输出 的情况下需要标准现场总线的线路。

-也通过以下方式给出简单安装，即设备可以卡在顶帽型导轨 (Hutschiene)上并且在堆在一起时借助于侧面的定位装置彼此连 接。中央单元、通信耦合器和EA模块简单地被插装在底板板或接线 盒上。

-中央自动化设备和分立的输入输出单元的输入输出设备是同 样的并且不依赖于所使用的可用中央单元的类型来设计。此外由此 在改变系统扩建的情况下给出模块较高的再利用性。

根据附图从下面的实施例描述中得出对本发明的进一步阐述和 其优点。

图1示出几个典型模块和自动化系统的自动化设备配置的总平 面图，

图2示出具有现场总线的可能系统配置，

图3示出中央自动化设备，

图4和5示出输入输出设备，和

图6示出输入输出设备和扩展设备的接线盒。

参考符号列表

1.1、1.2、1.3  自动化设备

2.1、2.2、2.3  底板

3.1、3.2、3.3  中央单元

4              通信耦合器

5              现场总线连接

6              输入输出单元

7.1            具有FBP接口的输入输出设备

7.2            输入输出扩展设备

8              标准顶帽型导轨

9.1            输入输出设备的接线盒

9.2            输入输出扩展设备的接线盒

10             现场总线端口

11             插接端口

12.1           可插接的EA接口模块

12.2           可插接的EA扩展模块

13             中央单元的多极DIN插头

14             EA模块的多极DIN插头

15             现场总线插头

16             接线区域

17             显示区域

18             以太网端口

19             9极串行端口

20             数据存储卡

21             存储卡固定器

22             去联锁装置

23             LCD显示器

24             按键

25             LED显示器

26             电池盒盖

27             插接条

28             定位元件

29        扩展总线插孔

30        接线盒定位元件

31        开孔

图1以示意性和简化的表示在左侧区域在下面行中示出了用于 安装如在上面行中在左侧所示出的中央自动化设备1.1、1.2、1.3的 三个示范性底板2.1、2.2、2.3。最小的底板2.1适合于具有在中间行 示出的中央单元(CPU)3.1、3.2、3.3之一和通信耦合器4的所规划 的最终扩建。中间的底板2.2能够实现具有两个通信耦合器4的扩 建，最大的底板2.3能够实现具有四个通信耦合器4的扩建。每个所 述底板2.1、2.2、2.3都可以配备每个所述中央单元3.1、3.2、3.3， 所述中央单元在外部尺寸上没有区别，但是在其处理效率和存储容 量方面不同。每个所述底板2.1、2.2、2.3为此配备有多极(mehrpolig) 的DIN插头13。

在图1的右侧区域中在下面行中示出了两个用作基板的EA接线 盒9.1、9.2，其用于安放输入输出设备7.1或者输入输出扩展设备 7.2。输入输出设备7.1的EA接线盒9.1具有现场总线端口10，其用 于与中央自动化设备1.1-3.1之一连接。与此相反，输入输出扩展设 备7.2的EA接线盒9.2在侧面具有用于与输入输出设备7.1或中央 自动化设备1.1-1.3之一连接的插接端口11，如根据图2还要进一步 阐述的那样。为了安放输入输出设备7.1或输入输出扩展设备7.2需 要在相应的EA接线盒9.1或者9.2上可插装在其多极DIN插头14 上的EA模块12.1或者12.2。可以以不同的实施方式提供接线盒9.1、 9.2，例如具有螺旋接线夹或弹簧接线夹和用于不同的工作电压。EA 模块12.1或者12.2也可以以不同的实施方式例如被用作数字或模拟 EA模块。

图2示范性示出了利用选择在图1中示出的模块所配置的自动化 系统。在此使用自动化设备1.2，其模块卡在标准顶帽型导轨8上。 使用底板2.2，其配备有中央单元3.2以及两个通信耦合器4。此外 EA接线盒9.2插接在底板2.2上，在该接线盒9.2上又插装EA扩展 模块12.2。在下面根据图4至6的图示进一步阐述这些插接可能性。 两个通信耦合器4在其端口方面不同地被实施，也即具有以太网端 口18或者9极串行端口19。

分别借助于现场总线插头15和现场总线连接5，分立的输入输 出单元6与自动化设备1.2连接。该输入输出单元6包含具有所插装 的EA接口模块12.1的EA接线盒9.1、也就是输入输出设备7.1以 及具有所插装的EA扩展模块12.2的EA接线盒9.2、也就是输入输 出扩展设备7.2，其中接线盒9.1、9.2插接在一起，正如在图6中所 出的。根据图4和5说明模块在接线盒上的插装。输入输出设备7.1 或者输入输出扩展设备7.2分别具有接线区域(Klemmenbereich)16 和显示区域17。接线区域16不仅包含螺旋接线夹而且也包含弹簧牵 引接线夹。在输入输出扩展设备7.2上可以插接另外的输入输出扩展 设备7.2。自动化设备1.2和输入输出设备6的输入输出扩展设备7.2 同样地被实施，由此可以灵活应用并且降低类型多样性。借助于组 合接线盒和所插装的EA模块来安装EA设备此外有这样的优点，即 EA模块能够更换，而不必为此拆卸在接线盒上的布线。

图3再一次示出了已经在图2中示出的自动化设备1.2，但是其 中去除输入输出设备7.2，以便表示数据存储卡20，其可以插入中央 单元3.2的存储卡固定器21中。中央单元3.2配备有去联锁装置22， 在操作该去联锁装置之后可以从底板2.2上取下中央单元3.2。存在 背景照明的LCD显示器23用于不同的消息，布置LED显示器25 用于直接的状态显示并且多个键24用于调整。用26表示电池盒盖。

具有中央单元和多个通信耦合器的这种模块化自动化设备可以 以不同的功能被灵活应用，例如用作较大自动化系统的总线主控、 用作在这种分散化的较大自动化系统中的分立处理装置，或用作与 本地可耦合的输入输出设备相连接的独立自动化设备、或者用作根 据图2描述的系统的中央自动化设备。

图4在右侧示出了已经在图2中所示的、输入输出设备7.1的正 视图，其包括具有所插装的EA接口模块12.1的接线盒9.1。此外在 左侧示出了接线盒9.1和还没有插装的EA接口模块12.1的侧视图。 当EA接口模块12.1沿箭头方向上被插装时，该EA接口模块借助于 定位元件28啮合到接线盒9.1中。此外，在此通过在EA接口模块 12.1上的插接条27以及在图1中所示的在EA接口模块12.1上的多 极DIN插头14建立电连接。用29表示扩展总线插孔。

图5示出可以如何通过同时在箭头100方向上挤压去联锁装置 22(在中央单元3.2的情况下也如此，参见图3)和在箭头200方向 上拉拔来取下EA接口模块12.1。

图6示出输入输出单元6的接线盒9.1和9.2。从图示中可以看 出，通过在标准顶帽型导轨8上在箭头方向上推移可以将接线盒9.1 和9.2插接在一起，并且它们借助于接线盒定位元件30来定位。此 外通过接线盒9.2的插接端口11和接线盒9.1的扩展总线插孔29建 立扩展总线的电插接，该扩展总线是现场总线的扩展，其现场总线 插头可以连接在现场总线端口10上。接线盒9.1和9.2包含对于扩展 总线所需的电子装置。输入输出扩展设备的接线盒9.2像输入输出设 备7.1的接线盒9.1那样(参见图4)包含在图6中在盒9.2上没有示 出的扩展总线插孔29，因此能够将扩展总线进一步引导到另外的输 入输出扩展设备。如果不使用顶帽型导轨，则在接线盒9.1和9.2上 的开孔31使其能够螺旋安装在墙壁上。