用于连接数据总线用户设备的模块单元的制作方法

本发明涉及一种用于连接数据总线用户设备与本地总线的模块单元，尤其在本地总线运行期间连接。

背景技术：

用于连接数据总线用户设备与本地总线的模块单元大多用在自动化系统中。自动化系统尤其用于控制工业设备、建筑物以及交通工具。对于控制自动化系统来说，大多需要多个传感器和执行器。这些传感器和执行器监视并且控制由系统执行的过程。一个自动化系统的不同的传感器和执行器在这种情况下经常也被称为自动化设备。

这些自动化设备可以直接与自动化系统的控制器连接，或者可以首先与输入模块和输出模块(经常也被称为i/o模块)连接。接着，这些模块又与控制器直接连接。在此，自动化设备可以直接集成在i/o模块中，或者可以与这些i/o模块经由缆线或者无线地连接。

自动化系统的控制器通常借助一个或多个内存可编程的控制器、plc实现。在此，plc按等级地或者非中心地设置在自动化系统中。在此，在plc中存在不同的性能级，从而plc可以根据计算能力和存储能力承担不同的控制和调节。plc在最简单的情况下具有输入端、输出端、运行系统(固件)和接口，通过它们可以加载用户程序。用户程序定义了应该如何根据输入切换输出。在这种情况下，输入端和输出端与自动化系统和/或i/o模块连接，并且可以借助在用户程序中寄存的逻辑监视或者控制由自动化系统执行的过程。在此，通过传感器实现过程的监视并且通过执行器实现过程的控制。这种控制器也可以被称为中央控制器或者中央单元，并且至少针对与控制器连接的一个自动化设备或者i/o模块承担控制。

不过，自动化设备与至少一个控制器直接连接或者i/o模块与至少一个控制器以并行接线的方式直接连接(亦即从每个自动化设备或每个i/o模块各布置一条线路以用于上级控制)是相当昂贵的。

尤其是随着自动化系统的自动化程度的提高，在并行接线时增加了接线工作量。这在设计、安装、调试和维修时与高成本相关联。

因此，目前在自动化技术中大多使用总线系统，利用总线系统可以将自动化设备或者i/o模块连接到控制器上。为了进一步简化各个自动化设备或者i/o模块与总线系统的连接，目前经常借助专门的本地总线将各组自动化设备或者i/o模块上下连接成本地总线系统并且接着将该本地总线的至少一个用户设备与总线系统连接，该总线系统与控制器连接。在此，本地总线系统可以与用于与控制器连接的总线系统不同。

一组本地总线用户设备的与控制器的总线系统连接的用户设备经常也被称为本地总线主控装置。备选地，也使用本地总线系统的前端的名称。这种本地总线主控装置相对于其他本地总线用户设备来说包含其他的逻辑、电路和功能性，这些逻辑、电路或功能性对于连接到控制器的总线系统上来说是必需的。本地总线主控装置本身也可以包含plc。这种用户设备也可以具有用于在两个总线系统之间转换的逻辑和电路。因此，本地总线主控装置也可以构造为网关或者总线转换器，并且负责将以其中一个总线系统的格式存在的数据转换成本地总线系统的格式，并且反之亦然。但是，大多不强制将本地总线主控装置专门用于将本地总线连接到上级的总线上。

通常使用的本地总线大多适配于自动化设备的或者i/o模块的特定的使用要求或者考虑到它们的特殊的硬件设计。在此，本地总线系统的自动化设备或者i/o模块的组大多形成自动化系统的用于执行在由自动化系统执行的过程中的特殊任务的分组。针对过程的在总线上交换的数据也经常被称为本地总线数据或者过程数据，因为这些数据包含用于调节或者控制由自动化系统执行的过程的信息。在此，这种数据还可以包括测量数据、控制数据、状态数据和/或其他信息。根据使用的总线协议，这些数据可以前置于其他数据(报头)或者附加在其他数据之后(尾部)。所述其他数据可以包含关于数据的信息或者包含关于在本地总线上的内部通信的信息。在此，已知多种不同的信息，这些信息按照使用的总线协议前置于所述过程数据或者附加在所述过程数据之后。连接到本地总线上的本地总线用户设备也可以称为数据总线用户设备，因为这些数据在本地总线上交换。在此，数据总线用户设备用于控制或监视过程、尤其通过将控制信号例如输出给执行器和/或通过例如由传感器接收测量信号实现。数据总线用户设备将控制信号和/或测量信号转换成本地总线的过程数据或者反之亦然。数据总线用户设备也可以被称为本地总线用户设备。

本地总线的一个实例是环型总线，其是本地总线的一种专门的形式，例如由us5472347已知。在环型总线中，数据总线用户设备、例如自动化设备或者i/o模块分别与它们直接相邻的数据总线用户设备连接并且将数据依次从一个数据总线用户设备继续传送给另一个数据总线用户设备。因此，不是同时向所有数据总线用户设备发送数据，而是依次发送，其中，一个数据总线用户设备从其上游的数据总线用户设备获得数据并且将数据继续传送给其下游的数据总线用户设备。数据总线用户设备可以在获得数据和继续传送之间处理获得的数据。当数据到达系列中的最后的数据总线用户设备时，再次将数据从最后的数据总线用户设备依次返回传送到第一个数据总线用户设备。在此，这种返回传送要么通过所有数据总线用户设备实现，要么在数据总线用户设备旁边借助旁路线实现。因此，环型总线具有数据的下行流和上行流。环型总线中的数据大多以数据包的形式传输，数据包经过所有数据总线用户设备。

在闭合的环型总线配置中，本地总线的每个插接位置必须利用一数据总线用户设备占据，从而可以将数据依次从一个数据总线用户设备继续传送给另一个数据总线用户设备。如果插接位置未被数据总线用户设备占据，则总线、或者说下行数据流和/或上行数据流中断，并且数据的继续传送、或者说返回传送不再正常工作。在运行期间移除相应地插接的数据总线用户设备也会立即中断总线。

由此出发，本发明的任务在于，提供一种改进的模块单元，其能实现，即使在移除一个或多个数据总线用户设备时，本地总线也不中断，而是继续运行。

技术实现要素：

该任务利用按照独立权利要求的模块单元解决。有利的实施方式在从属权利要求中描述。

按照本发明的、用于连接数据总线用户设备与本地总线、尤其环型总线的模块单元具有第一输入接口和第一输出接口，所述第一输入接口和第一输出接口能与本地总线连接。亦即，第一输入接口和第一输出接口适用于与本地总线连接。此外，按照本发明的模块单元具有第一数据连接接口，其能与数据总线用户设备连接。亦即，数据连接接口适用于与数据总线用户设备连接。此外，按照本发明的模块单元具有第一开关器件，其适用于根据数据总线用户设备的控制输入占据第一或第二接通状态，其中，在所占据的第一接通状态中第一输入接口与第一输出接口连接，并且在所占据的第二接通状态中，第一数据连接接口与第一输出接口连接。亦即，根据开关器件的接通状态，要么第一输入接口与第一输出接口连接并且仅通过模块单元传送数据，而在另一个接通状态下，不是直接将施加于第一输入接口上的数据传送到第一输出接口上，而是在第一输出接口上的数据依赖于第一数据连接接口、即例如依赖于数据总线用户设备提供给所述第一数据连接接口的数据。在此，开关器件例如可以适用于根据数据总线用户设备是否与模块单元连接调整相应的接通状态。在数据总线用户设备未与模块单元连接的情况下，开关器件例如呈现第一接通状态，而在数据总线用户设备与模块单元连接的情况下，开关器件呈现第二接通状态。

通过按照本发明的模块单元，能够从本地总线移除数据总线用户设备或者能够增加数据总线用户设备，而不会较长时间地中断本地总线。在按照本发明的模块单元中，首先有利的是，即使增加或移除数据总线用户设备，也不中断下行数据流，因为模块单元在这种情况下仍然建立在第一输入接口和输出接口之间的连接。

在按照本发明的模块单元的一种优选的实施方式中，所述模块单元具有第二数据连接接口，其能与数据总线用户设备连接，即适用于与数据总线用户设备连接，其中，第一开关器件进一步适用于将第二数据连接接口与第一输入接口连接。亦即，将施加在第一输入接口上的数据传送给第二数据连接接口，从而可以将所述数据传输给数据总线用户设备，所述数据总线用户设备借此执行处理。

接着，数据总线用户设备可以将处理好的数据输出到第一数据连接接口上，所述第一数据连接接口与第一输出接口连接，从而可以将处理好的数据继续传送给下一个模块单元或者下一个数据总线用户设备。在此，开关器件在相同的接通状态下建立在第二数据连接接口和第一输入接口之间的连接，在所述相同的接通状态下，第一数据连接接口也与第一输出接口连接。然而也可设想，在第一接通状态之前或之后的接通状态下建立在第二数据连接接口和第一输入接口之间的连接。亦即，第一数据连接接口与第一输出接口的连接可以与第二数据连接接口同第一输入接口的连接同时建立，或者这两种相应的连接可以依次建立。在本地总线上发送的数据以数据包的形式传输。数据包也可以称为电报。数据包例如具有头部、负载并且有利地具有校验和。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，本地总线构造为环型总线，并且第一输入接口适用于接收数据，而第一输出接口适用于发送数据。在此，第一输入接口接收来自上游的数据总线用户设备的或者上游的模块单元的或本地总线主控装置的数据。输出接口将数据发送给下游的数据总线用户设备或者下游的模块单元。所述接收和发送可以是被动的或主动的。亦即，所述接收例如可以仅包括在第一输入接口上施加信号，而不发生信号处理。在这种情况下，可以称为被动的接收。如果例如发生信号处理，则可以称为主动的接收。相同的情况也适用于发送，如果不执行信号处理，即将信号简单地提供给第一输出接口，则可以称为被动的发送，反之，如果执行了信号处理，则可以称为主动的发送。在此，第一输入接口和第一输出接口可以两者都是被动的或主动的，即都不执行或者执行信号处理，或者两个接口的其中一个接口是主动的而另一个是被动的，即其中一个执行信号处理，而另一个不执行信号处理。本领域技术人员了解，“信号处理”的概念可以指信号的任意处理，例如编译、解译、使用调制或解调、转换成一种传输格式或者从一种传输格式转换成另一种格式，等等。在此，也包括用于将有线信号转换成无线信号的相应的信号处理。在环型总线中，数据大多以数据包的形式发送，数据包经过所有数据总线用户设备。数据包在一个循环帧内从本地总线主控装置发送至数据总线用户设备。

在此，循环帧例如可以定义为周期的(循环的)、优选等距的时隙，在所述时隙中，数据能在本地总线上传输。循环帧例如具有至少一个开始标识符(soc)和用于传输数据的时域。在此，相继的循环帧的多个开始标识符(soc)有利地时间上等距地相互间隔开。所谓的时域针对数据包的传输而设定。开始标识符(soc)和数据包经由本地总线传输并且经过所有数据总线用户设备。开始标识符(soc)能单独地、亦即作为独立的符号传输或者有利地包含在开始数据包(soc-包)中。

在循环帧的时域内不传输、传输一个或者传输多个数据包。在循环帧中有利地插入空闲数据(idle-data)、特别是邻接至少一个数据包插入。有利地，数据包和/或空闲数据的传输引起在本地总线上的无中断的信号。这种信号能使数据总线用户设备实现针对所述信号在时间上同步。有利地，循环帧附加地具有帧尾。帧尾具有可变的长度并且在用于数据传输的、优选不超过下一个循环帧的随后的开始标识符(soc)的时域之后。有利地，帧尾具有空闲数据。

在此，在循环帧中传输的数据包优选原始由本地总线主控装置产生并且通过环型总线发送给数据总线用户设备。在产生时，本地总线主控装置将由控制器、例如plc接收的过程数据嵌入数据包中。然而，数据包也可以包含来自本地总线主控装置本身的和/或控制器的过程数据。接着，数据包和借此包含在内的过程数据逐步经过环型总线的各个数据总线用户设备。在此，数据包可以具有多个符号，其中，每个符号具有一定位数、例如8位、即1字节。与之相应地，数据包以单元的方式、片段的方式或者间隔的方式(例如逐个符号地)经过数据总线用户设备。与之相应地，数据总线用户设备在每个给出的时间内总是仅存在数据包的一部分。因此，如果在这里提到数据，那么这可以意指刚好经过环型总线的数据包的符号。携带过程数据的数据包也可以被称为过程数据包。过程数据包具有过程数据，所述过程数据由本地总线的数据总线用户设备发送和/或接收。有利地，过程数据包不具有用于将过程数据传输给本地总线中的数据总线用户设备或者传输来自数据总线用户设备的过程数据的地址。在过程数据包中，过程数据这样设置，使得数据总线用户设备基于过程数据在过程数据包中的相应的位置、例如在所属的相关的数据块(1字节)内的一位或几位识别出属于相应的数据总线用户设备的过程数据。有利地，过程数据包具有标识符(ide)，该标识符配属于该类型的数据包、亦即过程数据包并且能通过数据总线用户设备识别。

然而，数据包也可以是通信数据包，所述通信数据包不具有过程数据并且尤其用于程序化和/或控制和/或监视和/或识别至少一个数据总线用户设备。有利地，通信数据包具有配属于至少一个数据总线用户设备的地址。

优选地，数据总线用户设备设立用于评价地址并且相应地处理通信数据包。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，第一输入接口具有用于连接到本地总线上的至少一个可拆卸的电触点和/或第一输出接口具有用于连接到本地总线上的至少一个可拆卸的电触点。在此，通过第一输入接口的其中一个电触点接收来自上游的数据总线用户设备或上游的模块单元的信号并且通过第一输出接口的其中一个电触点将信号发送给下游的数据总线用户设备或下游的模块单元。在此，这种发送和接收被动地或主动地进行。本领域技术人员也了解，所述接口也具有不同数量的触点并且这种数量仅与本地总线的具体的构造方式有关。本领域技术人员也了解，所述触点可以构造为插入式、切割式或者其他类型的触点，利用这些触点可以建立导电连接。也可设想，建立光学连接。“触点可拆卸”意味着，这些触点不进行固定的连接，而是可以通过施加一定的力再次相互拆卸。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，第一数据连接接口和/或第二数据连接接口分别具有用于连接到数据总线用户设备上的至少一个可拆卸的电触点。再次，第二数据连接接口适用于通过所述触点向数据总线用户设备发送信号，其中，这种发送可以被动地或主动地进行，并且第一数据连接接口适用于接收来自数据总线用户设备的信号，其中，这种接收被动地且主动地进行。本领域技术人员也了解，所述接口也具有不同数量的触点并且这种数量仅与本地总线的具体的构造方式有关。本领域技术人员也了解，所述触点可以构造为插入式、切割式或者其他类型的触点，利用这些触点可以建立导电连接。也可设想，建立光学连接。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，所述模块单元具有至少一个连接元件，以便与另一个模块单元连接，其中，模块单元的第一输出接口与另一个模块单元的第一输入接口电连接，或者模块单元的第一输入接口与另一模块单元的第一输出接口电连接。在此，连接元件可以建立在两个模块单元之间的机械连接，其中，这种连接可以仅通过施加一定的力再次拆卸。与之相应地，也可以说，连接元件是机械连接元件。机械连接元件例如可以通过如下方式形成，即模块单元在一侧具有锁定钩并且在对置的一侧具有凹部或者侧凹部，从而当两个模块单元紧靠设置时，其中一个模块单元的锁定钩嵌入到另一个模块单元的凹部或者侧凹部中，从而这两个模块单元可以机械地、但是可拆卸地连接。然而，本领域技术人员也已知如何将两个模块单元可拆卸地相互机械连接并且为此必须在模块单元上设置何种几何结构的其他可能性。在此，在连接模块单元时，连接元件这样设计，使得随着模块单元的连接也发生接口的电连接。在此，其中一个模块单元的第一输出接口与另一个下游的模块单元的第一输入接口电连接。于是，连接元件确保，模块单元可以仅通过施加一定的力再次相互拆卸进而再次解除电连接，所述一定的力超过连接元件的保持力。模块单元也可以这样调整，使得模块单元并排地设置在安装轨上，并且连接元件这样设计，使得所述连接元件将模块单元固定在安装轨上，从而另一个模块单元利用其连接元件直接固定到已经固定在安装轨上的模块单元上。由此，能够将多个模块单元并排地固定且固定在安装轨上。在此，其中一个模块单元的第一输出接口的所述至少一个触点与下游直接相邻的模块单元的第一输入接口接触，以便因此建立电连接。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，模块单元具有至少一个连接元件，以便与数据总线用户设备连接，其中，第一数据连接接口和/或第二数据连接接口与数据总线用户设备电连接。在此，连接元件至少这样设计，使得所述连接元件允许数据总线用户设备与模块单元可拆卸地机械连接。这例如可以通过在模块单元和数据总线用户设备上的适当的插接连接元件和/或夹紧连接元件实现，从而数据总线用户设备可以仅在施加由所述元件提供的保持力再次从模块单元拆卸。也可设想，使用固定元件，其防止数据总线用户设备的意外松脱，例如在振动强烈时松脱。这种固定元件仅可以利用工具拆卸或者呈现额外的保持力。当数据总线用户设备与模块单元连接时，第一和/或第二数据连接接口也与数据总线用户设备连接，该数据总线用户设备具有相应的互补的触点。这可以利用相应的插接触点或夹紧触点实现。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，所述模块单元具有用于与本地总线连接的第二输入接口和第二输出接口。所述接口形成本地总线的上行连接，并且允许将在第二输入接口上从下游的数据总线用户设备或者下游的模块单元接收的信号经由第二输出接口发送给上游的数据总线用户设备或模块单元。在此，这种发送和接收被动地或主动地进行。在一种简单的构造方式中，模块单元在第二输入接口和第二输出接口之间具有直接的导电的或导光的连接。亦即，在这种构造方式中，数据沿上行方向仅传送经过模块单元。备选地，模块单元也可以具有用于与数据总线用户设备连接的第三和第四数据连接接口，和第二开关器件，所述第二开关器件适用于根据数据总线用户设备的控制输入占据第一或第二接通状态，并且在第一接通状态下，第二输入接口与第二输出接口连接，并且在第二接通状态下，第三数据连接接口与第二输入接口连接和/或第四数据连接接口与第二输出接口连接。亦即，在这种构造方式中，来自下游的数据总线用户设备或者下游的模块单元的信号可以沿上行方向被数据总线用户设备处理。这在环型总线中尤其具有如下优点，即，数据包的经过数据总线用户设备的符号可以两次被处理，即当沿下行方向发送这些符号时处理一次并且当沿上行方向发送这些符号处理第二次。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，第一和/或第二开关器件能电控制。亦即，控制输入是电信号并且第一和/或第二控制器件按照电信号呈现相应的接通状态。“第一和/或第二开关器件”的表达意味着，至少一个所述开关器件这样设计。当仅存在一个第一开关器件时，该第一开关器件这样设计。当模块单元具有多个开关器件时，至少一个开关器件这样设计，优选所有开关器件这样设计。在此，两个开关器件可以加载相同的控制信号，从而同时控制两个开关器件，或者所述开关器件可以加载不同的控制信号。在此，控制信号例如可以由数据总线用户设备本身产生并且仅当达到特定条件时才产生。两个开关器件例如可以首先处于第一接通状态，即提供信号沿下行和上行方向的传送。当数据总线用户设备与模块单元连接时，该数据总线用户设备立即提供控制信号，该控制信号促使开关器件切换到第二接通状态中，从而不再将信号传输经过数据总线用户设备，而是由数据总线用户设备处理。然而，也可以的是，数据总线用户设备首先需要一定的时间，直至其准备通信或者准备处理，并且仅在该时间之后才将控制信号发送给模块单元，从而仅当存在通信准备或者处理准备时，才将数据传送给数据总线用户设备。控制信号本身可以是能将信息从数据总线用户设备运输道开关器件的任意信号。所述信息例如可以借助电信号或光信号运输。在此，控制信号例如是二进制信号，其仅指示是否应占据或是否不应占据一种接通状态。在此，第一和/或第二开关器件是至少一个电磁开关。第一和/或第二开关器件例如可以是带有电磁铁的继电器，所述继电器这样设计，使得电控制信号可以操纵该继电器。电磁开关可以处于模块单元中或者处于模块单元上。备选地，第一和/或第二开关器件也可以是电子开关。所述开关可以以半导体部件的形式、比如通过场效应晶体管、双极晶体管或者二极管电路实现。电子开关可以借助电控制信号切换。有利地，电子开关具有比电磁开关短的切换时间并且还是无振动且无磨损的。电子开关也可以处于模块单元中或者处于模块单元上。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，第一和/或第二开关器件能电控制。亦即，控制输入是机械输入，并且第一和/或第二控制器件根据该输入呈现相应的接通状态。亦即，所述开关器件从第一接通状态机械地转变为第二接通状态。这例如可以通过设置在数据总线用户设备上的几何结构实现，当数据总线用户设备设置在模块单元上时，所述一个或多个开关器件从第一接通状态切换到第二接通状态。于是，当数据总线用户设备利用相应的几何结构再次移除时，所述一个或多个开关器件再次重新从第二接通状态返回转变成第一接通状态。为此，几何结构例如销状地设计，以便在相应构造的开关器件中改变接通状态。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，第一和/或第二开关器件能光控制。亦即，控制输入是光信号并且第一和/或第二控制器件按照信号呈现相应的接通状态。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，第一开关器件和/或第二开关器件适用于，当不存在控制输入时，尤其当数据总线用户设备未与模块单元连接时，占据第一接通状态。亦即，当数据总线用户设备未与模块单元连接时，不存在控制信号，或者不存在引起接通状态的几何结构。在这种情况下，优选第一接通状态，该第一接通状态允许信号在本地总线上沿下行和上行方向的传送。在这种情况下，模块单元提供传送。这例如可以通过在输入和输出接口之间建立低阻抗路径或者导电路径来实现。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，第一开关器件和/或第二开关器件在第一接通状态下适用于将第二数据连接接口和/或第三数据连接接口与固定的电势连接。亦即，提供参考电势。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，模块单元可以具有由塑料或另一种不导电的材料制成的壳体，从而各接口与环境电绝缘。在此，所述壳体例如适用于支承地容纳数据总线用户设备。此外，所述壳体适用于将模块单元固定在安装轨上。

在按照本发明的模块单元的另一种优选的实施方式中，模块单元具有用于连接电压源与数据总线用户设备的电压连接接口。类似于其他接口，电压连接接口可以在模块单元上突出，从而可以将数据总线用户设备与模块单元可拆卸地连接。电压连接接口向数据总线用户设备供应网络电压，从而数据总线用户设备可以运行。相关的电压源可以处于模块单元中或者处于模块单元上或者设置在模块单元外部。

在按照本发明的模块单元的再一种优选的实施方式中，模块单元具有控制输入接口，用于接收来自数据总线用户设备的控制输入。类似于数据连接接口和电压连接接口，控制输入接口可以是突出的，从而所述控制输入接口能实现数据总线用户设备与模块单元的可拆卸的连接。

附图说明

以下借助实施例与附图进一步阐述本发明。由所描述的实施例得出本发明的技术方案的其他细节、特征和优点。图中：

图1示出示例性的自动化系统的示意性框图，其具有内存可编程的控制器、上级的总线、按照本发明的模块单元的实施例、以及示例性的环型总线；

图2在没有设置在模块单元上的数据总线用户设备的情况下示出按照本发明的模块单元的实施例的示意性的电路图，所述模块单元具有开关器件且处于第一接通状态中；以及

图3示出按照本发明的模块单元的实施例的示意性的电路图，所述模块单元具有设置在其上的数据总线用户设备、具有开关器件且处于第二接通状态中。

具体实施方式

图1示出自动化系统的示意性框图。本领域技术人员了解，所示出的自动化系统仅是示例性的并且所有属于该自动化系统的元件、模块、构件、用户设备和单元可以不同地构造，但是仍然可以实现在这里描述的基本功能。

图1中示出的自动化系统具有上级的控制器1，该控制器例如可以利用内存可编程的控制器、plc实现。这种plc1原则上用于控制和调节由自动化系统执行的过程。不过目前，自动化系统中的plc1也承担广泛的功能，比如像所有过程相关的数据的可视化、报警和记录，并且plc1本身作为人机接口行使功能。存在不同性能级的plc1，所述性能级具有不同的指标(计算能力、存储能力、输入及输出的点数和类型、以及接口)，这些指标使plc1能实现对自动化系统的过程的控制和调节。plc1大多具有一个模块化的结构并且包括各个组成部分，这些组成部分分别实现不同的任务。plc1通常包括中央的计算组件(具有一个或多个中央处理器和存储模块)和多个具有输入端和输出端的组件。

这样模块化构建的plc1能够通过补充组件而简单地扩展。在此，与过程的复杂性和构建自动化系统的复杂性有关的是在plc1中需要集成哪些组件。在现今的自动化系统中，plc1大多也不再是独立的系统，反而，plc1通过相应的接口(这里未示出)与互联网或内联网连接。这意味着，plc1是其可以从中获得信息、指令和程序的网络的一部分。例如，plc1可以通过与处于内联网或互联网中的计算机的连接来接收在过程中输送的资料，从而例如可以通过这种信息优化地控制所述过程的数量和状态。也可设想的是，通过使用者从内联网或互联网的存取来控制plc1。因此，使用者例如可以借助于计算机(也称为主机)访问plc1并且检查、变更和修改其用户程序。与之相应的，可以从一个或多个远程控制站或调度中心访问plc1。必要时，主机可以具有用于呈现过程流程的可视化装置。

为了控制自动化系统的过程，plc1与自动化设备连接。为了保持低的接线成本，针对这种连接使用总线系统。在图1中示出的实施例中，plc1借助于上级的总线2与下级的本地总线系统的本地总线主控装置3连接，所述总线在这里示出的实施例中可以是现场总线。但是，在上级的总线2处不仅可以像这里示出的实施例中那样连接本地纵向的本地总线主控装置3，而且也可以连接构造用于与plc1通信的其他任意用户设备(在这里未示出)。

在这里示出的实施例中，上级的总线2与本地总线主控装置3连接。为此，本地总线主控装置3具有第一接口4，所述第一接口这样设计，使得其可以与上级的总线2连接。为此，接口4例如可以具有插口形式的接收端并且上级的总线2可以具有插头，该插头可以由插口容纳。在此，插头和插口例如可以是模块化插头和模块化插座，亦即上级的总线2的每条芯线都以一定连接在模块化插座中电学地或者光学地连接。但是，对于本领域技术人员来说，也已知设计接口4的其他可能性，从而可以将本地总线主控装置3与上级的总线2电学地或光学地连接。在此，本领域技术人员已知螺纹连接、旋接、卡扣连接或插塞连接，借助于这些连接方式能建立电学的或光学的连接。在此，大多是公插头由母配件容纳。这种容纳方式大多不仅建立电学的或光学的连接，而且也确保两个部件的机械耦联并且可以仅利用一定的力就能再次拆卸。但是也可设想的是，上级的总线2与接口4固定地接线。

在这里示出的实施例中的本地总线主控装置3具有另一个第二接口，以便连接本地总线主控装置3与本地总线，其中，在这里示出的实施例中的本地总线构造为环型总线6。在这种情况中，第二接口分成第一部分5a和第二部分5b。第二接口的第一部分5建立环型总线6中的下行连接并且第二接口的第二部分5b建立环型总线6中的上行连接。

在示出的实施例中，环型总线6具有多个模块单元8a、8b、……、8n以用于与数据总线用户设备20a、20b、……、20n连接，所述环型总线的数据发送方向在图1中示出的实施例中以箭头示出。

从本地总线主控装置3将数据包发送到本地总线6上，该数据包经过所有模块单元8a、8b、……、8n和与这些模块单元连接的数据总线用户设备20a、20b、……、20n。在此，一个数据总线用户设备20a、20b、……、20n总是仅从其上游的数据总线用户设备20a、20b、……、20n或者模块单元8a、8b、……、8n接收数据包的一部分。包含在这部分中的数据由数据总线用户设备20a、20b、……、20n处理，在此时间段之后，将这部分继续传送给下游的数据总线用户设备20a、20b、……、20n并且同时从上游的数据总线用户设备20a、20b、……、20n或者模块单元8a、8b、……、8n接收数据包的新的一部分。数据包的所有部分以这种方式连续经过所有数据总线用户设备20a、20b、……、20n或者模块单元8a、8b、……、8n。本地总线以有利的方式构造为环型的结构。这样的本地总线也可以称为环型总线6。备选地，本地总线也可以构造为线型的或星型的或者由前述的组合或混合形式构造。所述模块单元8a、8b、……、8n也可以称为环型总线6的基本元件。在此，通过模块单元8a、8b、……、8n构建环型总线基础结构并且数据总线用户设备20a、20b、……、20n是可更换的，从而环型总线6可以利用任意的数据总线用户设备20a、20b、……、20n构建。借助模块单元8a、8b、……、8n也确保，即使移除一个数据总线用户设备20a、20b、……、20n，在剩余的数据总线用户设备20a、20b、……、20n之间的通信也不中断，因为这种通信通过仍存在的模块单元8a、8b、……、8n执行。

在这里示出的实施例中，模块单元8a、8b、……、8n分别具有第一输入接口9，以便从在环型总线6上处于上游的或前置的用户设备(例如上游的模块单元、数据总线用户设备、或本地总线主控装置3)接收数据。这种接收可以是主动的或被动的，亦即可以发生或不发生信号处理。在所示的模块单元8a的情况下，该模块单元经由第一输入接口9从上游的本地总线主控装置3接收数据。此外，模块单元8a、8b、……、8n在这里示出的实施例中分别具有第一输出接口10，以便将数据继续传送给下游的或后置的模块单元和/或数据总线用户设备。在模块单元8a的情况下，该模块单元将数据经由第一输出接口10发送给下游的模块单元8b，该下游的模块单元带有安装在其上的数据总线用户设备20b。这种发送可以主动地或被动地发生，亦即可以发生或不发生信号处理。在此，第一输入接口9和第一输出接口10用于沿环型总线6的下行方向、亦即远离本地总线主控装置3传播数据。此外，模块单元8a、8b、……、8n也具有第二输入接口11和第二输出接口12，所述第二输入接口和第二输出接口用于沿环型总线6的上行方向、亦即朝向本地总线主控装置3传播数据。在此，在模块单元8a的情况下，第二输入接口11设计用于从具有或不具有设置在其上的数据总线用户设备20b的下游的或后置的模块单元8b接收数据，并且第二输出接口12设计用于将数据继续传送给上游的或前置的模块单元和\或数据总线用户设备(在这里是本地总线主控装置3)。因此，可以说，输出接口10和12是发送接口，而输入接口9和11是接收接口。

即使本地总线主控装置3与具有或不具有安装在其上的数据总线用户设备20a、20b、……、20n的各个模块单元8a、8b、……、8n在这里示出的实施例中呈现为相互间隔的，本地总线主控装置3也可以与模块单元8a、8b、……、8n非中心地设置。如本领域技术人员所知，模块单元8a、8b、……、8n和本地总线主控装置3(也是环型总线6的一个数据总线用户设备)也可以直接相互连接。在此，其中一个模块单元8a、8b、……、8n的触点例如可以作用于直接相邻的模块单元8a、8b、……、8n的相应的容纳端或者容纳触点，以便因此建立在所述模块单元8a、8b、……、8n之间的电连接，以便可以沿下行或上行方向发送数据。模块单元8a、8b、……、8n例如可以在远离主控装置的一侧具有容纳端并且在面向主控装置的一侧具有触点。于是，如果模块单元8a、8b、……、8n相应地串列布置，则其中一个模块单元8a、8b、……、8n的触点相应地嵌接到另一个模块单元8a、8b、……、8n的容纳端中并且可以产生电学的或光学的连接。于是，本地总线主控装置3在作用于第一模块单元8a的容纳端的一侧相应地具有触点，以便因此在接口5a和9或者接口5b和12之间产生电学的或光学的连接。不过，本领域技术人员也已知两个直接相邻设置的模块单元8a、8b、……、8n建立电学的或光学的连接的其他可能性，例如压力接触、闸刀式接触和叉式接触。在图1中单独示出的模块单元8a、8b、……、8n可以设置在共同的壳体中，从而各自的第一和第二输入接口和输出接口9至11在壳体内部相互固定地电路连接，例如借助于导体电路实现。

如果模块单元8a、8b、……、8n和本地总线主控装置3直接相互连接，那么它们也可以具有机械的容纳端或者机械的连接元件，利用这种容纳端或连接元件可以将模块单元8a、8b、……、8n与本地总线主控装置3相互连接。在此，模块单元8a、8b、……、8n例如可以在一侧具有突出部并且在另一侧具有侧凹部。于是，如果模块单元8a、8b、……、8n串列布置，那么其中一个突出部嵌接到另一个模块单元8a、8b、……、8n的侧凹部中，从而产生机械的耦联。为了串列布置模块单元8a、8b、……、8n，这些模块单元也可以设置在一个共同的容纳端、例如安装轨上。为了紧固在安装轨上，模块单元8a、8b、……、8n可以具有相应的紧固器件。备选地或附加地，模块单元8a、8b、……、8n例如也可以具有能可拆卸地连接的紧固器件，利用所述紧固器件可以将模块单元8a、8b、……、8n紧固在安装轨上或者紧固在另一个容纳端上。为此，能可拆卸地连接的紧固器件是可更换的，并且用于期望的容纳端的相应的紧固器件可以与模块单元8a、8b、……、8n连接，从而可以将这些模块单元紧固在期望的容纳端上。

能在模块单元8a、8b、……、8n上安装或插接的数据总线用户设备20a、20b、……、20n经由数据连接接口13a、14a、15a、16a与模块单元8a、8b、……、8n上的相应的数据连接接口13b、14b、15b、16b连接。

在模块单元8a、8b、……、8n上的数据连接接口13b、14b、15b、16b又与第一和第二输入接口和输出接口9、10、11、12连接。数据总线用户设备20a、20b、20n例如具有算数连接单元或者另一类型的运算器，借助于所述运算器可以处理数据。在此，这种处理单元可以是处理器、单片机或运算电路，该运算电路尤其由集成电路的门元件形成。运算电路也可以构造为数字逻辑，该数字逻辑尤其至少构造为半导体芯片的部件。所述电路可以在专用集成电路(英语：asic)中或者在现场可编程(逻辑)门阵列(英语：fpga)中实现。数据总线用户设备20a、20b、20n可以设计用于处理从环型总线6接收的数据以及输出数据。可以从上游的数据总线用户设备20a、20b、20n或者从本地总线主控装置3或数据总线用户设备20a、20b、20n的用户设备输入端21接收待处理的数据。在此，数据总线用户设备20a、20b、20n的用户设备输入端21与传感器连接，所述传感器例如发送测量数据、状态数据等等。可以将处理过的数据输出到下游的数据总线用户设备20n上或者输出到数据总线用户设备20b的用户设备输出端22上。在此，数据总线用户设备20b的用户设备输出端22可以与执行器连接，所述执行器例如借助其发出的数据执行特定的动作。

基于其与传感器或执行器连接的输入端和输出端21、22，在该实施例中示出的数据总线用户设备20a、20b、20n也经常称为i/o模块。即使数据总线用户设备20a、20b、20n在这里示出的实施例中呈现为与传感器或者执行器空间分离，传感器或执行器也可以集成在数据总线用户设备20a、20b、20n中。

在模块单元8a、8b、8n上的不同的接口9至19例如可以具有插口形式的接收端并且相应的连接元件、例如环型总线6的连接导线7可以相应地具有插头，该插头可以由插口容纳，所述不同的接口结合图2详细阐述。但是，本领域技术人员也已知设计接口9至19的其他可能性，从而可以将相应的连接元件与接口9至19电学地或光学地连接。在此，本领域技术人员已知螺纹连接、旋接、卡扣连接或插塞连接，借助于这些连接方式能建立电学的或光学的连接。在此，大多是公插头由母配件容纳。这种容纳方式大多不仅建立电学的或光学的连接，而且也确保两个部件的机械连接并且可以仅利用一定的力就能再次拆卸。

此外，本领域技术人员已知，所有接口9至19不必具有相同的类型。因此，例如接口9至19中的一些接口构造为插塞连接，其中，所述接口9至19中的其他接口构造为螺纹连接。

在模块单元8a、8b、8n上的不同的接口9至19(如图1中示例性地针对模块单元8a所示)可以设置在模块单元8a的壳体的任意位置上或者以任意的顺序设置在该壳体上。其他在这里未示出的接口也可以安装在模块单元8a、8b、8n上，借助于所述接口可以在模块8a、8b、8n和设置其上的数据总线用户设备20b、20n之间交换其他数据。此外，其他接口也可以安装在模块单元8a、8b、8n上，以便在模块单元8a、8b、8n之间交换数据，例如经过所有模块单元8a、8b、8n的状态信号。

在图2中示出模块单元的实施例，不带有设置在其上的数据总线用户设备、具有开关器件23、24且处于第一接通状态中。图2中示出的模块单元8a是图1中示出的模块单元8a。图2中示出的模块单元8a也可以是图1的其他模块单元8a、8b、8n中的任一个。如图1中所示，模块单元8a利用第一输入接口9与本地总线主控装置3连接并且利用第一输出接口10与模块单元8b。这种方向形成数据在环型总线6中的下行方向、即远离本地总线主控装置3的方向。模块单元8a的第二输入接口11与模块单元8b连接并且第二输出接口12与本地总线主控装置3连接。这种方向形成数据在环型总线6中的上行方向、即朝向本地总线主控装置3的方向。沿下行方向和上行方向的数据在环型总线6中从其中一个用户设备传送至上游的或下游的用户设备，所述其中一个用户设备可以是带有或者不带有设置在其上的数据总线用户设备20a、20b、……、20n的模块单元8a、8b、……、8n亦或仅是数据总线用户设备20a、20b、……、20n。如关于图1已经描述的那样，为了不中断环型总线6，数据必须可以从一个用户设备传送至另一个用户设备。为了确保环型总线6的功能能力，即使例如在模块单元8a上未安装数据总线用户设备20a时，数据也必须沿上行方向和下行方向经过模块单元8a、8b、……、8n。为此，模块单元8a具有针对下行方向的第一开关器件23和针对上行方向的可选的第二开关器件24。如图2中所示，第一开关器件23接通下行方向并且第二开关器件24接通上行方向。在此，第一开关器件23这样接通下行方向，使得在图2中示出的第一接通状态中，模块单元8a的第一输入接口9导电地或导光地与第一输出接口10连接。与之相应地，数据从本地总线主控装置3出发直接沿下行方向通过模块8a传送到模块单元8b上。在这里可选地示出的第二开关器件24这样接通上行方向，使得在图2中示出的第一接通状态中，模块单元8a的第二输入接口11导电地与第二输出接口12连接。与之相应地，数据从模块单元8b出发继续传输到本地总线主控装置3上。备选于第二开关器件24，在第二输入接口11和第二输出接口12之间也可以存在直接连接。

在这里示出的实施方式中，第一和第二开关器件23、24是电子开关或者机电开关。本领域技术人员已知，各个开关器件23、24可以由一个或多个电子开关或机电开关构建。各个开关器件23、24例如可以由继电器构建，所述继电器具有多个继电器触点、比如多个常开触点和常闭触点。开关器件23、24可以包括半导体元件或者继电器，并且由控制输入以电控制信号的形式控制。然而，本领域技术人员也已知，第一和第二开关器件23、24页可以是机械开关(在这里未示出)，所述机械开关可以根据机械的控制输入、比如在数据总线用户设备20a上安装的、销状的几何结构在第一和第二接通状态之间切换。

如图2中所示，模块单元8a具有控制输入接口19b，以便从数据总线用户设备20a接收控制输入、例如控制信号和/或将控制输入继续传送给开关器件23、24。在图2中示出的实例中，控制输入同时控制所有示出的开关器件23、24。这意味着，开关器件23、24中的所有开关根据控制输入同时接通，从而开关器件23、24均根据控制输入占据限定的第一接通状态或限定的第二接通状态。然而，开关器件23、24也可以依次接通。在图2中示出的实施方式中，开关器件23、24处于第一接通状态中。当不存在控制输入时、例如当数据总线用户设备20a未与模块单元8a连接时，开关器件23、24例如可以呈现这种第一接通状态。如上文已经描述的那样，由此，环型总线6在数据总线用户设备20a故障时、或者在缺少数据总线用户设备20a的控制输入时不中断。亦即，在数据总线用户设备20a的故障情况下，例如可以呈现第一接通状态，因为缺少相应的控制输入。这种故障情况可以是，数据总线用户设备20a不再能处理信号，或者数20a不再提供正确的输出或者至少部分从模块单元8a机械地拆卸，从而不再存在全部接触。

开关器件23、24可以集成在模块单元8a中，或者处于模块单元8a外部。此外，图2示出，每个开关器件23、24的至少一个数据连接接口13b、15b在第一接通状态下接地。这能实现在第一接通状态下至少在两个数据连接接口13b、15b上施加限定的零信号(null-signal)。然而，本领域技术人员已知，按照本发明，即使数据连接接口13b、15b没有接地，开关器件23、24在第一接通状态下也正常工作。在图2中示出的实施例中，未接通数据连接接口14b和16b。

图2页示出，模块单元8a还具有电压连接接口17b、18b，所述电压连接接口用于连接电压源与数据总线用户设备20a。类似于其他接口，电压连接接口17b、18b可以在模块单元8a上突出，从而所述电压连接接口可以将数据总线用户设备20a与模块单元8a可拆卸地连接。当数据总线用户设备20a设置在模块单元8a上时，电压连接接口17a、18a向数据总线用户设备20a供应网络电压，从而数据总线用户设备20a可以运行。本领域技术人员已知，相应的电压源可以处于模块单元8a中，或者可以设置在模块单元8a外部。

图3示出模块单元8b的实施例的示意性的电路图，所述模块单元具有设置在其上的数据总线用户设备20b、具有开关器件23、24且处于第二接通状态中。图3中示出的模块单元8b是已经在图1中示出的、具有设置在其上的数据总线用户设备20b的模块单元8b。不过，示出的模块单元8b也可以是已经在图2中示出的、具有安装在其上的数据总线用户设备20a的模块单元8a，或者例如是图1中示出的模块单元8n。

如关于图1已经描述的那样，不同的接口9至10在模块单元8b上不同地构造。在图3中示出的实施例中，接口13至19将数据总线用户设备20b与模块单元8b连接，这些接口设计为插塞连接，从而数据总线用户设备20b可以在没有使用工具的情况下简单地用手插接到模块单元8b上。为此，数据总线用户设备20b具有如下接口，这些接口与模块单元8b的接口13b至19b相对应并且与接口13b至19b连接。

模块单元8b的优点在于，可以在总线持续运行期间将数据总线用户设备20b设置在模块单元8b上。如上文已经描述的那样，这通过如下方式实现，即数据总线用户设备20b被插接到模块单元8b上。在连接所有接口13b至19b并且例如通过电压连接接口17b、18b向数据总线用户设备20b供应电压之后，数据总线用户设备20b立即将呈电信号形式的控制输入经由控制输入接口19b发送到模块单元8b上，以便将开关器件23、24从第一接通状态切换到第二接通状态。然而，数据总线用户设备20b也可以在稍后的时间点经由控制输入接口19b发送控制输入。例如在该数据总线用户设备初始化之后，或者在接通数据总线用户设备20b的输入端(如关于图1所述)之后，等等。

在图3中示出的实施方式中，只要数据总线用户设备20b与模块单元8b连接，呈电信号形式的控制输入就一直施加在控制输入接口19b上。对此备选地，也可以额外使用适当的电子电路，其能使开关23、24根据来自模块单元18b的短的切换脉冲在第一和第二接通状态之间来回切换。

在图3中示出的第二接通状态下，第一数据连接接口13b与第一输入接口9连接，并且第二数据连接接口14b与第一输出接口10连接，第三数据连接接口15b与第二输入接口11连接，并且第四数据连接接口16b与第二输出接口12连接。如在图3中所示，在第二接通状态下未出现在模块单元8b中在相应的输入接口和输出接口之间的直接连接。代替地，环型总线6的上行作业和下行作业通过数据连接接口13b至16b经过数据总线用户设备20b。数据总线用户设备20b可以利用在上行和/或下行作业中经过的数据执行处理，之后将这些数据继续传送给相应的输出接口10或12。

在最后设置在环型总线6中的模块单元8n中，第二开关器件24也可以使用在图3中示出的接通状态，以便使数据沿下行方向出发经过数据总线用户设备20n并且接着再次沿上行方向发送。在这种情况下，在最后的模块单元8n上不需要桥接单元，所述桥接单元在其他情况下将第一输出接口10与第二输入接口11连接。

模块单元8b也允许在运行期间移除数据总线用户设备20b。在从模块单元8b再次移除数据总线用户设备20b并且将数据总线用户设备20b的接头与控制输入接口19b分开之后，也移除控制输入，或者说控制信号设置为零。这导致开关器件23、24再次占据第一接通状态，如图2中所示，并且发生沿下行方向以及上行方向的传输。

附图标记列表

1内存可编程的控制器(plc)

2上级的总线

3本地总线主控装置

4第一接口

5a、5b第二接口

6环型总线

7连接导线

8a、8b、8n模块单元

9第一输入接口

10第一输出接口

11第二输入接口

12第二输出接口

13a、13b第二数据连接接口

14a、14b第一数据连接接口

15a、15b第三数据连接接口

16a、16b第四数据连接接口

17a、17b、18a、18b电压连接接口

19a、19b控制输入接口

20a、20b、20n数据总线用户设备

21用户设备输入端

22用户设备输出端

23第一开关器件

24第二开关器件