用于电气交换台的可移除抽屉的通信接口以及电气交换台的制作方法

本发明涉及一种用于电气交换台的抽屉的通信接口。本发明还涉及包括这种通信接口的电气交换台。

本发明更具体地涉及工业电气设备，例如包括电气单元的电气交换台，该电气单元连接到高速数据链路上，例如，以太网或过程现场总线。

背景技术：

这种电气交换台从WO 2012/080587中已知。该电气交换台包括连接到数据链路或数据总线的电气单元，用于彼此和/或与电气交换台的外部元件通信。电气单元放置在接收在电气交换台的相应外壳中的可移除抽屉中，以便连接到数据总线。这些抽屉可以从外壳中移除，用于将由该抽屉承载的单元与数据总线断开。这些抽屉便于单元的维护。操作员可以干预从交换台中取出的抽屉中的一个单元，而其它交换台单元继续正常运转。

然而，当电气单元中的一个停止运转时，必须避免数据总线被中断。实际上，数据总线通常具有链构形，也称为“雏菊链”，其中电气单元一个接一个串联连接。

为此，电气交换台包括多个通信接口，每个通信接口置于电气交换台的外壳中。每个通信接口包括开关装置，该开关装置能够实现到单元的数据总线的连接，所述单元包含在与其相关联的抽屉中，并且，当抽屉从电气交换台移除时所述开关装置保持数据总线的连续性。

这种电气交换台的一个缺点是需要存在有线链路，对于每个外壳，有线链路在接口的开关装置和连接器之间延伸，该连接器用于插入到由抽屉承载相应连接器中并且用于连接电气单元。这种有线链路具有许多缺点。它通常必须在安装电气交换台期间手动安装。在电气交换台复杂的情况下，如工业环境中常有的情况，要连接的有线链路的数量可能是相当大的，产生较高的安装成本并且增加了对电气交换台的正确操作有害的布线误差的风险。此外，由于空间和/或拥塞方面的限制，链路可能具有从一个接口到另一个接口不同的电缆长度。长度上的这些变化，也称为抽头长度，可能对数据总线中的数据传输的速度和性能产生不利影响。

技术实现要素：

本发明特别旨在通过提供一种用于电气交换台的可移除抽屉的通信接口来补救这些缺点，当抽屉被移除时，该通信接口保持交换台的数据总线的连续性，该接口易于安装，并且不会导致数据总线中的数据传输性能的任何降低。

为此，本发明涉及一种用于电气交换台的可移除抽屉的通信接口，该可移除抽屉包括电气单元并且允许该电气单元连接到电气交换台或者从其移除，通信接口被配置为连接到所述电气交换台的数据总线并且包括数据连接器，该数据连接器被配置为当该交换台被接收到所述交换台中时连接到所述可移除抽屉的电气单元的相应的数据连接器，以及开关装置，其可在连接状态和断开状态之间选择性地和可逆地切换，在连接状态下其将数据总线连接到数据连接器，在断开状态其将数据总线与数据连接器隔离，同时保持数据总线的连续性。通信接口包括其中集成有开关装置和数据连接器的外壳。

由于本发明，有线链路可以被消除。因此大大简化了电气交换台的安装和维护。因此降低了安装成本以及布线错误的风险。此外，通过将通信接口与连接器集成在同一壳体中，可以在工业上控制该通信接口和该数据连接器之间的连接参数，尤其是长度，因此在安装电气交换台时参数是已知的。因此，在安装电气交换台期间不再需要考虑从一个通信接口到另一个通信接口的抽头长度的可能的波动，这改善了数据总线的操作。

根据本发明的有利的但非强制性的方面，以技术上可行的任意组合方式，所述通信接口可以包括以下一个或多个特征。

-通信接口包括集成到壳体中的接地屏障，以相互保护数据连接器和开关装置免受电磁干扰。

-接口包括印刷电路，其中导电轨道将数据连接器连接到开关装置，这些轨道仅在开关装置处于连接状态时连接到数据总线。

-数据总线是以太网总线。

-数据总线是过程现场总线。

-开关装置包括用于检测可移除抽屉在电气交换台中的位置的模块，该检测模块被配置为用于当开关装置检测到可移除抽屉从电气交换台中移除时，将开关装置从连接状态自动切换到断开状态。

-检测模块包括开关，其设计为用于当该抽屉被插入电气交换台内时与可移除抽屉接触，并且当该抽屉从电气交换台移除时从第一位置切换到第二位置。

根据另一方面，本发明涉及一种电气交换台，包括：

-多个可移除抽屉，每个抽屉包括电气单元，

-多个外壳，每个外壳适于接收可移除的抽屉，用于将由该抽屉承载的电气单元连接到电气交换台，

-连接到每个通信接口的数据总线，其中通信接口符合本发明。

附图说明

参照附图，根据以下仅作为示例给出的用于电气交换台的可移除抽屉的通信接口的实施例的描述，本发明可以被更好的理解，其优点更为清晰，其中：

图1是根据用于电气单元的现有技术的电气交换台的示意图；

图2是图1中所述电气交换台的外壳的示意图，设计用于接收包括电气单元的可移除的抽屉；

图3是根据本发明的用于电气单元的电气交换台的示意图；

图4是根据类似于图2中的视图的图3中的电气交换台的外壳的示意图，设计用于接收包括电气单元的可移除的抽屉；

图5是图3中的外壳的壳体的示意图，该壳体包括根据本发明的通信接口；

图6是图5的壳体中的接地屏障的示意图。

具体实施方式

图1和图2示出了根据现有技术的电气交换台2A，其包括电气单元4。每个单元4设有用于数据交换的通信接口。作为非限制性示例，单元4是用于电动机或用于任何类型的电气开关设备或继电器的断路器、接触器、变速驱动器。

因此，单元4适于连接到交换台2A的数据链路或总线6，用于彼此和/或与电气交换台2的外部元件8、9通信。作为变型，元件8和9被省略，且总线6连接以形成闭环。

电气单元4放置在可移除的抽屉10中，抽屉10被配置为被接收在交换台2A的相应的外壳20中。如图1所示，示出抽屉为部分插入其外壳20中，从而是可见的。其它外壳20由其它抽屉10填充。

总线6是高速数据链路，例如，具有大于或等于5兆比特每秒或10兆比特每秒的数据传输速度。在该示例中，总线6是以太网现场总线。作为变型，它可以是过程现场总线(Profibus)现场总线，如由国际电工委员会的标准IEC 61158定义的。

每个可移除抽屉10可在接合位置和移除位置之间移动。在接合位置，抽屉10接收在外壳20内部。然后，由抽屉10承载的单元4连接到数据总线6。在移除位置，抽屉10至少部分地从外壳20移除。然后，由该抽屉10承载的单元4与数据总线6断开。例如，抽屉10通过导轨滑动移动。

图2示意性地示出交换台2A的外壳20。该外壳20能够接收抽屉10，用于通过沿着箭头F10所示的方向插入来将其连接到交换台2A。例如，外壳20具有与抽屉10的形状互补的形状。外壳20在这里由交换台2A的框架的壁22界定，并且具有矩形块形状。为了简化描述，仅描述交换机2A的外壳20的一个示例。在该示例中，外壳20彼此相同。作为变型，外壳20可以彼此不同，特别是由于其尺寸适合于抽屉10的尺寸。

交换台2A还包括多个通信接口12。接口12各自放置在外壳20处。每个接口12连接到总线6，以允许其连接到包含在接收于外壳20中的抽屉10中的单元4的数据总线6。

数据总线6具有链构形，也称为“雏菊链”。因此，交换台2A的接口12一个接一个串联连接到总线6。

接口12还被配置为当与该接口12相关联的抽屉10处于其移除位置时保持数据总线6的连续性。当电气单元4中的一个停止运转时，接口12用于避免数据总线6中断。为此，通信接口12包括与连接器16分离并且通过有线链路14连接到该连接器16的开关装置18。链路14通常是电缆。

这种已知的交换台2A具有在安装交换台2A期间必须手动安装有线链路14的缺点。另外，交换台2A的不同有线链路14可能具有不同的电缆长度，从而导致削弱数据总线操作的长度变化。

图3和图4示出了补救这些缺点的根据本发明的电气抽屉2B。

交换台2B与交换台2A相当，轻微的区别在于，交换台2B包括通信接口32而不是接口12，以及数据连接器34，而不是连接器16。

通信接口32包括数据连接器34、开关装置36和壳体38。装置36和连接器34集成在壳体38内部。壳体38，例如由塑料或金属制成。所述壳体38具有棱柱形状，其具有尺寸为4cm×5cm或5cm×10cm的矩形基部。

通过将装置36和连接器34集成在壳体38中，可以消除有线链路14，这简化了电气交换台2B的安装和维护。这降低了安装成本和布线错误的风险。此外，通过将接口32与连接器34集成在同一壳体中，可以在工业上控制该通信接口和该数据连接器之间的数据链路的参数，尤其是长度，因此在安装电气交换台时参数是已知的。因此，在安装电气交换台期间不再需要考虑从一个通信接口到另一个通信接口的抽头长度(tap length)的可能波动，这改善了数据总线的操作。

图5沿着图4中的箭头F5示出了根据特写视图的所述接口32。

连接器34被配置成用于连接到与电气单元4连接的相应的数据连接器40。该连接器40，例如，没有自由度地牢固附接到抽屉10。连接器34在这里包括被配置用于被接收在传感器40的附加插座44中的销42，以便当两个连接器34和40连接在一起时确保它们之间的数据传输。作为变型，连接器34和40具有不同的形状，同时保持互补。例如，销42由连接器40承载。

在该示例中，接口32包括设有导电轨道的集成电路，其将连接器34电连接到装置36。

以这种方式，可以在接口32的制造期间在工业上监测连接器34和装置36之间的链路的特征，特别是长度。因此，相同电气交换台2B的接口32可以以相同的方法生产，这减小了同一交换台2B内的抽头长度的变化。因此提高了数据总线6的性能。

有利地，接口32包括接地屏障80，其在接口32的操作期间将设备36的连接器34与电磁干扰隔离，例如，借助连接到电接地的板。

有利地，连接器34还包括接地屏障84，如图6所示。通信总线6的分支6A和6B由多个单独的通信线形成，用于发送和接收数据。每个通信线具有连接器34的相应的销42。在该示例中，这些通信线连接到被称为有效销(active pin)86的销42。在该示例中，有效销86根据相关通信线的功能被成对地分组。这些成对有效销86通过销42彼此分离，销42不与通信线相关联并且被连接到电接地以形成接地屏障84。

在该示例中，接口32有利地包括电力连接器50(图5)，其被配置为连接到与电气单元4相关联的互补电力连接器52。连接器50通过电缆54连接到电气交换台2B总线的电源总线。为了简化图6，只有一根电缆显示附图标记54。连接器52通过电缆56连接到单元4，用于向单元4提供电力。连接器52没有自由度地附接到抽屉10。在该示例中，连接器52和40牢固地结合在同一壳体58内，而没有抽屉10的任何自由度。连接器50包括接触销60，配置成被接收在形状互补的孔62中并且由连接器52承载，以便确保，当它们一个插入另一个内部时、电流从电气交换台2B的电力总线通过到单元4。作为变型，连接器50可以被省略。在这种情况下，单元4经由接口32的单独的专用连接器连接到电源总线。

接口32还包括数据总线6的输入和输出连接器70、72。更确切地说，数据总线6包括分别连接到连接器70和72的输入支路6A和输出支路6B。这些连接器70和72用于将接口32连接到总线6。装置36通过数据链路连接到连接器70、72。为了简化图5，总线6的分支6A和6B以与连接器70和72断开的状态示出。

例如，基于数据总线6的技术类型来选择连接器70、72。在该示例中，连接器70、72是RJ45连接器。作为变型，如果总线6是过程现场总线(Profibus)现场总线，则连接器70、72可以是D9九销连接器或M12五销连接器。

装置36在连接状态和断开状态之间选择性地及可逆地可切换，在连接状态，其将数据总线6连接到连接器34，在断开状态，其将数据总线6与连接器34分离，同时保持数据总线6的连续性。在连接状态，数据可以在总线6和单元4之间通过。通过连接到该总线的每个单元4确保总线6的连续性。在断开状态下，数据不再能在总线6和单元4之间通过，但仍然可以沿着数据总线6特别是在数据总线6的分支6A和6B之间通过。“数据总线的连续性”指的是数据可以从总线6上的任何点传输到总线6上的任何其它点。

装置36，例如，由交换台2B的电源总线供电。

在该示例中，开关装置36包括插入到形成通信总线6的分支6A和6B的通信线与连接器34之间的未在图5中示出的机电继电器。在连接状态下，继电器将分支6A和6B的线连接到连接器34。在断开状态下，继电器将分支6A连接到分支6B的相应线上，且使它们与连接器34隔离。这些继电器，例如，通过电磁线圈在其由能量源供电时产生磁场，而在它们相应位置之间被激活。这种开关装置36在文献WO-A-2012/080587中有更详细地描述。

装置36有利地包括用于检测抽屉10在外壳20中的位置的模块90。模块90被配置为用于当模块90检测到抽屉10从交换台2A中移除时自动将开关装置36从连接状态跳闸(trip)到断开状态。例如，该模块90发送用于为装置36的机电继电器的电磁线圈供电的控制信号。

根据第一示例，模块90包括开关，该开关设计用于根据抽屉10在外壳20中的位置在第一位置和第二位置之一之间进行切换。例如，在抽屉10处于插入位置时开关放置在外壳20的背面以从其第一位置推动到其第二位置，当抽屉10从外壳20中移除时开关回到第一位置。该开关，例如，是接触器或按钮。外壳的背面在此表示与交换台20的前表面相对定位的外壳的垂直表面。作为变型，开关可以放置在外壳20的侧壁上。在这种情况下，开关是滑动接触开关。

在第二示例中，模块90被配置为用于测量由单元4经由电力连接器50消耗的电功率。以这种方式，当抽屉从外壳20移除时，连接器50盒52之间的电力连接中断。模块90于是检测到单元4不再被供电。然后，模块90将装置36的开关跳闸到其断开状态。例如，模块90包括传感器，该传感器具有代表通过连接到电力连接器50的电源总线的单元4所消耗的功率的电量(electrical magnitude)。模块90被编程为定期测量这个代表性的量，并将其与预定阈值对比。当代表性的量的测量值变得急剧低于预定阈值时，抽屉10被视为被移除。

在第三示例中，模块90被省略。例如，接口36被配置为仅通过由抽屉10承载的电源电路来供电。例如，该电源电路包括附接到抽屉10的电线。当抽屉10处于其接合位置时，电源电路例如通过电力连接器50、52将电源总线连接到装置36和附加电力连接器，所述附加电力连接器直接连接到装置36。在该示例中，装置36不直接通过连接器50或电缆54供电。当抽屉10处于其被移除位置时，电源电路不再连接到电源总线或装置36。因此，装置36停止被供电。装置36被配置为当其停止被供电时自动切换到其断开状态。因此，通过装置36的电力供应的损失来检测抽屉10的移除。当抽屉10返回到其接合位置时，电源电路能够再次对装置36供电。

本发明的各种实施例可以以技术上可行的任何组合方式组合在一起，以便产生本发明的新实施例。