JP2000509207A - 自己支持構造のモジュール拡張式モジュラー型周辺装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、モジュールによって拡張可能なモジュラー型周辺装置に関する。この周辺装置は、個々のモジュールが互いに連結可能な形状構造を持っていることにより、多数のモジュールが、高度の保護様式（ＩＰ６５）によって特徴付けられる自己支持型構造を有する周辺装置を達成するように互いに取り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 自己支持構造のモジュール拡張式モジュラー型周辺装置 本発明は、技術プロセスを制御したり監視したりするための、モジュールによ って拡張可能なモジュラー型周辺装置に関する。周辺装置は少なくとも電源電圧 が供給され、かつ少なくとも１つの拡張モジュールが接続可能な基本モジュール を備えている。その場合、基本モジュールも少なくとも１つの接続可能な拡張モ ジュールも技術プロセスを制御したり監視したりするための能動回路やセンサに 接続することができる。 この種の型の周辺装置は従来技術において一般に周知とするところである。シ ーメンス社は例えばモジュラー型周辺装置ET200Uを供給している。オートメーシ ョン設備の従来構造においては、センサや能動回路は中央のオートメーション装 置に直接的に接続されている。このことは広く分岐した設備の場合、高い配線費 用を伴う大規模な配線を必要とし、かつ変更や追加の際の自由度を小さくしてい る。 そのため、分散型周辺装置がプロセスと中央のオートメーション装置との間に 効率的なインターフェースを形成する。プロセス信号の処理及び変換（センサ及 び能動回路による中間動作）は現場のすぐ近く、すなわち空間的にもプロセス又 は部分プロセスに対応して行われる。周辺装置と中央のオートメーション装置と の間の接続は通常、フィールドバスを介して、従って個々の接続部を介して行わ れる。 従来技術においては、さらに高度な保護形式の一体型周辺装置（IP66/IP67） 、例えばシーメンス社から販売されている周辺装置ET200Cが知られており、これ はなによりもまず過酷な生産環境の中で使用するのに適している。 それに対して、高度な保護様式のもとで同時にモジュールによって拡張し得る 周辺装置は知られていない。さらに、従来技術においては、拡張中に例えば差込 プラグやケーブルのような付加的な接触手段を設けることなしに個々のモジュー ル間に必要な導電接続が与えられる構成のモジュールによって拡張し得る周辺装 置は知られていない。 本発明の課題は、モジュールによって拡張可能な技術プロセスの制御や監視の ための周辺装置を提供することである。 この課題は、請求項１の前段に記載の周辺装置において、基本モジュールが下 部基本モジュール及び上部基本モジュールを備え、拡張モジュールは下部拡張モ ジュール及び上部拡張モジュールを備え、下部基本モジュール及び下部拡張モジ ュールは連結可能な形状構造を持っており、下部基本モジュールと下部拡張モジ ュール、又は下部拡張モジュールと他の下部拡張モジュールは、相互に形状係合 的に連結可能であることによって達成される。 好ましい実施形態においては、周辺装置は連結可能な構造が自己支持型である ことを特徴としている。このことは、下部モジュールを形状係合的な、取り外し 可能接続部とすることによって達成される。 他の好ましい実施態様では、周辺装置は各上部モジュールがそれぞれ対応する 下部モジュールでのみ少なくとも１つの取付手段によって取り付けられ、取付手 段の操作は他の上部モジュール又は下部モジュールによって妨げられないことを 特徴としている。このように構成された周辺装置においては、上部モジュールは いつでも、例えば保守の目的のために、予め他の上部モジュールを外したり、下 部モジュール間の接続を外したりすることなく、交換することができる。 他の利点及び本発明の詳細は、図面を参照して行う以下の実施形態の説明及び 従属請求項との関連において明らかにされる。図面において、 図１は、モジュールによって拡張可能なモジュラー型周辺装置を連結状態で示 す図、 図２は、モジュールによって拡張可能なモジュラー型周辺装置を部分的に分解 した状態で示す図、 図３は、互いに連結した下部モジュールの平面図、 図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿って見た周辺装置の断面図、 図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿って見た周辺装置の断面図である。 図１に示すように、基本モジュールＢＭは基本下部モジュールＢＭＵ及び基本 上部モジュールＢＭＯからなる。それに対応して、拡張モジュールＥＭは拡張下 部モジュールＥＭＵ及び拡張上部モジュールＥＭＯからなる。 基本下部モジュールＢＭＵ及び拡張下部モジュールＥＭＵは連結可能な形状構 造を持っており、基本下部モジュールＢＭＵ及び拡張下部モジュールＥＭＵ又は 拡張下部モジュールＥＭＵ及び他の拡張下部モジュールＥＭＵは形状構造的に連 結することができる。実施形態においては、段積み構造が採用されている。 図２は周辺装置ＰＧを部分的に分解した状態で示すものであり、下部モジュー ルＢＭＵ，ＥＭＵはすでに互いに連結されている。下部モジュールＢＭＵ，ＥＭ Ｕの連結は正確な形状適合性をもって行われる。というのは、下部モジュールＢ ＭＵ，ＥＭＵは協同作用をする形状的な受入部１及び図示していない形状適合エ レメント、例えばダブテイルとダブテイル受入部１によって導かれるものだから である。下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの形状構造的な連結によってモジュラー 型周辺装置ＰＧの連結構造が自己支持型になる。 密閉構造の各エレメントが相互に正確に係合できるように正確な適合性を持っ た案内が必要である。高度の保護機能を達成するために、この実施形態において は、密閉構造はばねと溝との組合せとして構成されている。上部モジュールＢＭ Ｏ，ＥＭＯのばねは下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの溝の中に挿入される。パッ キンが下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの溝の中に独立セルの形で発泡される。そ のため個々のモジュールＢＭ，ＥＭも拡張可能な周辺装置ＰＧもドイツ工業規格 ＤＩＮ ＩＥＣ ５２９による保護様式基準を満たすものである。 下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵは通常、載置面上に取り付けられる。そのため 下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵは孔２を備えており、その中に取付手段、例えば ねじを挿入することができる。取付手段によって下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵ は載置面上に個々に固定することができる。 互いに連結された下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵはねじ又は同様作用の取付手 段によって互いに固定される。そのため下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵは孔３， ３’を備えており、その中に例えばねじを挿入することができる。図示していな い実施形態においては、互いに連結された下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの固定 はくさび状のロック手段を導入することによって達成することができる。 さらに特に図２から明らかなように、上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯは、下部 モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの連結状態を解消することなしに、各下部モジュール ＢＭＵ，ＥＭＵから取り外すことができ、従って、保守や設備構成の変更の場合 に容易に交換可能である。このことは、各上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯの有利 な構成においてそれぞれ対応する下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵでのみ少なくと も１つの取付手段によって取付けられ、かつ取付手段の操作を他の上部モジュー ルＢＭＯ，ＥＭＯ又は下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵによって妨げられることが ないという状況から生じる。そのため、上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯは取付手 段、例えば下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの対応する孔４に挿入するねじを挿入 できる孔４’を備え、上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯが下部モジュールＢＭＵ， ＥＭＵに固定できるようにする。 図１又は図２による実施形態では、基本モジュールＢＭは３つの接続プラグＡ Ｓ１，ＡＳ２，ＡＳ３を備えている。これらの接続プラグのうち２つの接続プラ グＡＳ２，ＡＳ３はプラグ板ＳＰ上に一緒に組み立てられている。通常は、接続 プラグＡＳ１を介して周辺装置ＰＧに対し少なくとも電源電圧が供給される。接 続プラグＡＳ２，ＡＳ３を介して、例えばフィールドバス導体が周辺装置に導か れる。その場合、接続プラグＡＳ２，ＡＳ３がプラグ板ＳＰ上に組み立てられる のがよい。その理由は、導入・出バス導体が接続プラグＡＳ２，ＡＳ３に接続さ れるものとした時、接続プラグＡＳ２，ＡＳ３やプラグ板ＳＰから形成されてい るプラグユニットを取り外すに際してフィールドバス導体を中断する必要がない からである。同様に他の周辺装置ＰＧとの間の連絡接続もそのまま維持される。 モジュラー型周辺装置ＰＧの個々のモジュールＢＭ，ＥＭの下部モジュールＢ ＭＵ，ＥＭＵは、信号電圧や電源電圧を導くための複数の接触エレメントＬＥを 備えている。接触エレメントＬＥはほぼＵ字状の接触エレメントＬＥとして構成 され、連結可能に形成された構造体側の下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの中に配 置される。 Ｕ字状の接触エレメントＬＥの一方の脚部は、上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯ が装着された場合、モジュールＢＭ，ＥＭの内部にあり、Ｕ字状の接触エレメン トＬＥの多数の脚部は内部接触装置ＩＭＬ（この実施形態では内部刃型接触子Ｉ ＭＬ）を形成する。Ｕ字状の接触エレメントＬＥの他方の脚部は、上部モジュー ルＢＭＯ，ＥＭＯが装着された場合においてもモジュールＢＭ，ＥＭの外部にあ り、その結果Ｕ字状の接触エレメントＬＥ多数の脚部は外部接触装置ＥＭＬ（本 実施形態では外部刃型接触子ＥＭＬ）を形成する。 拡張モジュールＥＭを基本モジュールＢＭに連結する場合、基本モジュールＢ Ｍの外部刃型接触子ＥＭＬは、基本モジュールＢＭの外部刃型接触子ＥＭＬが連 結状態の拡張モジュールＥＭの内部刃型接触子ＩＭＬに対向位置するように拡張 モジュールＥＭ内に挿入される。拡張モジュールＥＭに他の拡張モジュールＥＭ を連結する場合、上述の関係に準じて実施される。ちなみにこれらは特に図２か ら認めることができる。 連結された他の拡張モジュールＥＭによっては覆われていない外部刃型接触子 ＥＭＬはその代わりに特別の端部片ＥＳによって覆われる。求められる保護方式 に必要なカバーのような接触保護も端部片ＥＳによって同様にして達成される。 さらに、複数の拡張モジュールＥＭをほぼ同一構造に保つが可能であり、従って 閉鎖モジュールとして特別な拡張モジュールＥＭを必要とすることがない。 通常、上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯと一緒に、又はそれと関連して設けられ るセンサや能動回路に接続される電気回路によって、接触エレメントＬＥの少な くとも一部と個々の下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵとの間に所望の導電接続が作 られる。 図３は互いに連結された下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵの平面図である。内部 刃型接触子ＩＭＬ及び外部刃型接触子ＥＭＬを認めることができる。刃型接触子 ＩＭＬ，ＥＭＬの接触エレメントＬＥの一部は少なくとも電源電圧を供給するた めに用いられ、接触エレメントＬＥの他の一部は信号電圧を供給するために用い られる。 信号電圧を導く構成は特に図４に明示されている。図４には示されていない接 続プラグＡＳ２，ＡＳ３により周辺装置ＰＧにフィールドバス導体が接続される 。このフィールドバス導体によって周辺装置ＰＧの基本モジュールＢＭに信号電 圧が供給される。基本モジュールＢＭ内に配置された導電板ＬＰによって、基本 モジュールＢＭの内部刃型接触子ＩＭＬの接触エレメントＬＥに信号電圧が供給 される。その場合、導電板ＬＰ上にある導電路を介して、接続プラグＡＳ２，Ａ Ｓ ３の図示していない接触部と内部刃型接触子ＩＭＬの接触エレメントＬＥとの間 の導電接続が与えられる。 信号電圧の伝送のために用いられる内部刃型接触子ＩＭＬの接触エレメントＬ Ｅは、以下に符号ＬＥＳで表される。 ほぼＵ字状の接触エレメントＬＥＳを介して信号電圧が外部刃型接触子ＥＭＬ にも、従って、連結された拡張モジュールＥＭの領域内に空間的に直接供給され る。基本モジュールＢＭの外部刃型接触子ＥＭＬから拡張モジュールＥＭの内部 刃型接触子ＩＭＬへの信号電圧の伝送は導電板ＬＰの導電路または他の適当な接 続手段を介して行われる。この実施形態では、上部拡張モジュールＥＭＯ内にも 導電板ＬＰが配置されている。下部拡張モジュールＥＭＵに導電板を装着するこ とによって、上部拡張モジュールＥＭＯ内の導電板ＬＰの接触エレメントとＵ字 状接触エレメントＬＥＳとの間に導電接続が得られる。この実施形態においては 、導電板ＬＰ上にバスＡＳＩＣが設けられる。バスＡＳＩＣを介して、各拡張モ ジュールＥＭの集積がバスに生じるデータ伝送において保証される。さらにバス ＡＳＩＣはバスを介して生じる信号電圧の修復をも引き受けることができる。バ スＡＳＩＣ内に流入する信号電圧は自明のごとく既に述べたようにして対応する 接触エレメントＬＥＳを介して場合によって存在する他の拡張モジュールＥＭに も伝送される。バスＡＳＩＣを省略した場合、信号電圧を伝送する接触エレメン トＬＥＳの１：１の接続方式も導電板ＬＰの導電路を介して考慮され得る。 負荷電圧の伝送導体は特に図５を参照して明らかになる。少なくとも１つの電 源電圧が周辺装置ＰＧの基本モジュールＢＭに、図５には示されていない接続プ ラグＡＳＩを介して導入される。接続プラグＡＳＩの図示されていない接触エレ メントから、下部基本モジュールＢＭＵ内で導電接触エレメントＶＥにより基本 モジュールＢＭの内部刃型接触子ＩＭＬの接触エレメントＬＥへの電源電圧の伝 送が行われる。もっぱら電源電圧の伝送に用いられる接触エレメントＬＥは以下 では符号ＬＥＰで表される。 信号電圧とは反対に電源電圧は、外部刃型接触子ＥＭＬから内部刃型接触子Ｉ ＭＬに、上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯ内に配置された電気回路を介して導かれ るのではなく、下部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵ内に配置された適当な導電接触エ レメントＶＥを介して導かれる。このことは、負荷電圧がそれぞれの場合に上部 モジュールＢＭＯ，ＥＭＯ内に配置された電気回路を介して導かれねばならない のではなく、それが現実に必要とされる場合にのみそこに生じるという利点を持 っている。 上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯ内に配置される電気回路で電源電圧の選択が可 能であり、従って、電気回路の領域内で実際必要になる電源電圧のみを用いるこ とができる。 これは特に上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯの領域内での熱発生に関して、また 電磁放射によって起こり得る妨害に関しても、有利なものである。上部モジュー ルＢＭＯ，ＥＭＯ内に配置される電気回路の一方に所定の電源電圧が必要とされ るときは、対応する接触エレメントは、電源電圧を導電板ＬＰから直接取り出せ るように構成される。このようにして実際に必要とされる電源電圧のみを電気回 路に導くことができる。他のすべての電源電圧は上述の１：１の接続方式内で接 続エレメントＶＥにより関係するモジュールＢＭ，ＥＭを通して導かれる。 拡張モジュールＥＭの連結を通して自動構築型バスが生じる。その場合、バス は信号電圧も電源電圧も含むことができる。電源電圧のタッピング及び信号電圧 の評価により、上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯ内に配置される電気回路の助けに よって技術プロセスの制御や監視が可能になる。各電気回路は上部モジュールＢ ＭＯ，ＥＭＯ内に配置されるので、それらは保守の場合に容易に交換可能である 。上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯ内に設けられている電気回路は各下部モジュー ルＢＭＵ，ＥＭＵまたはそこにある接触エレメントＬＥに適当なプラグコネクタ 、特にタイマーの接点を介して接続することができる。Ｕ字状接触エレメントＬ Ｅの脚部は必要に応じて例えば電圧の多重タッピングのための分岐部を備えるこ とができる。 表示エレメント及び接続エレメントはすべて前面に、すなわち上部モジュール ＢＭＯ，ＥＭＯ上に配置され、それにより、それらに技術プロセスのセンサや能 動回路の接続のために容易に近づくことができるようになる。 周辺装置ＰＧの組立上の姿勢は任意であり、従って適用個所の要件に応じて、 又は適用形式の要件に応じて決められる。信号電圧又は電源電圧を導く接続部が それぞれのモジュールハウジング内に完全に収納されることにより、侵入したり 放出されたりする望ましくない電磁放射に対する十分な保護が達成される。全く 又は部分的にしか金属モジュールハウジングが無い場合のモジュールハウジング の保護が十分でないときは、モジュールハウジングの内側又は外側に付加的にシ ールドを装着することができる。 図示していない特別な実施形態においては、すでに示唆されているように、下 部モジュールＢＭＵ，ＥＭＵや上部モジュールＢＭＯ，ＥＭ０は連結可能な形状 構造の代わりにモジュールＢＭ，ＥＭの形状係合的な連結を可能とするような特 別な形状係合エレメントを備えてもよい。このような形状係合エレメントの例は 隣接モジュールＢＭ，ＥＭの対応する凹部に挿入されるピボットである。ピボッ ト自体が凹部を備えている場合は、整列された状態のモジュールＢＭ，ＥＭがピ ボットの凹部内のピン状又はくさび状の取付手段の挿入によって隣接モジュール ＢＭ，ＥＭに係止することができる。図示していない特別な実施形態においては 、ピン状またはくさび状の取付手段が上部モジュールＢＭＯ，ＥＭＯの対応する 凹部に挿入され、取付手段は少なくとも整列された隣接モジュールＢＭ，ＥＭの ピボットの凹部にまで達し、それによってそのモジュールが形状係合的に連結さ れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シルブル、ラインハルト ドイツ連邦共和国 デー―92421 シュワ ンドルフ クロイツフェルダーシュトラー セ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも電源電圧が供給され、かつ少なくとも１つの拡張モジュール（ ＥＭ）が連結できる基本モジュール（ＢＭ）を備え、この基本モジュール（ＢＭ ）及び少なくとも１つの連結可能な拡張モジュール（ＥＭ）は技術プロセスを制 御したり監視したりするための能動回路やセンサに接続され得る、技術プロセス を制御したり監視したりするための、モジュールによって拡張可能な周辺装置に おいて、 − 基本モジュール（ＢＭ）は下部基本モジュール（ＢＭＵ）及び上部基本モジ ュール（ＢＭＯ）を備え、拡張モジュール（ＥＭ）は下部拡張モジュール（ＥＭ Ｕ）及び上部拡張モジュール（ＥＭＯ）を備え、 − 下部基本モジュール（ＢＭＵ）及び下部拡張モジュール（ＥＭＵ）は連結可 能な形状構造を持っており、下部基本モジュール（ＢＭＵ）と下部拡張モジュー ル（ＥＭＵ）、又は下部拡張モジュール（ＥＭＵ）と他の下部拡張モジュール（ ＥＭＵ）は相互に形状構造的に連結可能である ことを特徴とするモジュラー型周辺装置。 ２． 連結可能な構造は自己支持型であることを特徴とする請求項１記載の周辺 装置。 ３． − 各上部モジュール（ＢＭＯ，ＥＭＯ）はそれぞれ対応する下部モジュ ール（ＢＭＵ，ＥＭＵ）でのみ少なくとも１つの取付手段によって取り付けられ 、 − 取付手段の操作は他の上部モジュール（ＢＭＯ，ＥＭＯ）又は下部モジュー ル（ＢＭＵ，ＥＭＵ）によって妨げられない ことを特徴とする請求項１または２記載の周辺装置。 ４． 下部モジュール（ＢＭＵ，ＥＭＵ）は、信号電圧や電源電圧を伝送するエ レメント（ＬＥ）を備えていることを特徴とする請求項１，２または３の１つに 記載の周辺装置。 ５． 上部モジュール（ＢＭＯ，ＥＭＯ）は、技術プロセスを制御したり監視し たりする電気回路を備えていることを特徴とする請求項１，２または３の１つに 記載の周辺装置。 ６． 上部モジュール（ＢＭＯ，ＥＭＯ）内に配置された電気回路は、それぞれ 下部モジュール（ＢＭＵ，ＥＭＵ）内に配置されかつ信号電圧や電源電圧を伝送 する適当な接触エレメント、特にタイマーの接点を介して伝送エレメント（ＬＥ ）に接続されることを特徴とする請求項５記載の周辺装置。 ７． 信号電圧や電源電圧を伝送する接触エレメント（ＬＥ）と技術プロセスを 制御したり監視したりする電気回路との間に、モジュール（ＢＭ，ＥＭ）の相互 連結の際に、一緒に導かれる電気接点が設けられていることを特徴とする請求項 ４または６記載の周辺装置。 ８． 上部モジュール（ＢＭＯ，ＥＭＯ）及び下部モジュール（ＢＭＵ，ＥＭＵ ）を備え、少なくとも下部モジュール（ＢＭＵ，ＥＭＵ）は連結可能な形状構造 を持っていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の周辺装 置。 ９． 少なくとも下部モジュール（ＢＭＵ，ＥＭＵ）は特にばねと溝との組合せ として構成された密閉構造を持っていることを特徴とする請求項８記載の周辺装 置。