输入输出系统、锁定致动器组件及设备固定方法与流程

1.本文公开的主题涉及自动化控制系统领域，例如在工业和商业环境中使用的自动化控制系统。更具体地，本发明的实施方式涉及用于提供、访问、配置、操作被配置成与自动化控制器耦合和交互的输入/输出(i/o)设备或者与之接口的技术。


背景技术：

2.自动化控制器是用于控制工业自动化等的专用计算机。在所存储的程序的指导下，自动化控制器的处理器检查反映受控过程的状态的一系列输入(例如，自动化控制器的电输入信号)并且基于用于影响受控过程的控制的分析和逻辑来改变输出(例如，来自自动化控制器的电输出信号)。可以以一系列执行循环连续地执行、周期性地执行或者基于事件而执行所存储的控制程序。由自动化控制器从受控过程接收的输入以及由自动化控制器发送到受控过程的输出通常通过一个或更多个i/o设备，这些设备是自动化控制系统的用作自动化控制器与受控过程之间的电气接口的部件。
3.常规的i/o设备通常包括被配置成将i/o设备与母线、通信总线等耦合的基座、用于将i/o设备与现场设备通信地耦合的端子块、以及包括用于执行通信功能和/或逻辑操作的电路的i/o模块。在传统的自动化控制系统中，i/o模块可以通过将模块朝向基座推动来耦合到基座。i/o模块的部件与基座之间的摩擦或者简单的锁定机制可以有助于防止i/o模块与基座脱离。过去，已经采用锁定肘节机构将i/o模块固定到基座。在其他布置中，螺钉或者其他紧固件用于将i/o模块固定到基座。可以通过将i/o模块拉离基座来从基座上卸下i/o模块。


技术实现要素：

4.现在认识到，需要提供更高效和有效的技术来将i/o模块与i/o设备的基座耦合、锁定和分开。根据本公开内容的一个方面，输入输出i/o系统包括：i/o基座，其具有第一连接器部件；i/o模块，其能够选择性地附接到i/o基座，并且具有适于与第一连接器部件配合的第二连接器部件；以及锁定致动器组件，其用于将i/o模块固定到i/o基座。锁定致动器组件包括由i/o模块支撑以用于轴向运动和旋转运动的致动器，致动器可以从致动器的第一端从i/o模块的外壳延伸的解锁位置移动到其中致动器的第二端从外壳延伸的锁定位置，致动器的第二端包括至少一个凸缘，所述至少一个凸缘适于穿过i/o基座的表面中的对应槽/开口，使得当致动器旋转时，该至少一个凸缘限制致动器从i/o基座中的槽/开口中撤离。
5.第二连接器部件可以由外壳内的电路板支撑，并且致动器可以由在临近第二连接器部件处固定到电路板的支架支撑。支架可以包括具有下述第一端和下述第二端的支撑件，上述第一端和上述第二端在电路板的外侧位置处固定到电路板，使得电路板的宽度的主要部分由支撑件桥接。支撑件可以包括位于支撑件的第一端与第二端之间的圆柱部，致动器延伸穿过圆柱部。组件还可以包括固定到支撑件的帽，支撑件的圆柱部和帽限定腔，致
动器的至少一个径向地延伸的引导凸缘被容纳在该腔中。帽和圆柱部可以限定至少一个槽，至少一个引导凸缘被容纳在所述至少一个槽中，所述至少一个槽界定致动器的轴向运动和旋转运动。至少一个槽可以为l形，l形具有l形的轴向地延伸的第一部分和l形的周向地延伸的第二部分。偏置元件可以置于至少一个引导凸缘与支撑件的圆柱部之间，偏置元件将致动器向解锁位置轴向地推动。当处于解锁位置时，致动器的第一端可以从i/o设备的外壳的第一外侧延伸，并且其中，当处于锁定位置时，致动器的第二端从外壳的与第一外侧相对的第二外侧延伸。支撑件可以在临近外壳的第二外侧处被固定到电路板。
6.根据另一方面，用于将相关联的输入输出i/o系统的相关联的第一设备和第二设备选择性地固定在一起的锁定致动器组件包括：锁定致动器组件，该锁定致动器组件包括由相关联的第一设备的电路板支撑以用于轴向运动和旋转运动的致动器，当致动器的第一端被轴向下压和旋转时，致动器可以从解锁位置移动到锁定位置，其中，致动器的第二端包括至少一个凸缘，至少一个凸缘适于穿过相关联的第二设备的表面中的对应槽/开口，使得当致动器旋转时，至少一个凸缘限制致动器从相关联的第二设备的表面中的槽/开口中撤离。
7.电路板可以支撑适于与相关联的第二设备的第二连接器部件配合的第一连接器部件，并且致动器可以由在临近连接器部件处固定到电路板的支架支撑。致动器可以在支撑件的第一端与第二端之间的位置处由支撑件支撑，支撑件的第一端和第二端在电路板的外侧位置处固定到电路板，使得电路板的宽度的主要部分由支撑件桥接。支架的圆柱部和固定到支架的帽限定其中容纳致动器的径向地延伸的引导凸缘的腔。帽和圆柱部限定至少一个槽，至少一个径向地延伸的引导凸缘被容纳在所述至少一个槽中，所述至少一个槽界定致动器的轴向运动和旋转运动。至少一个槽可以为l形，l形具有l形的轴向地延伸的第一部分和l形的周向地延伸的第二部分。偏置元件可以被置于至少一个引导凸缘与支撑件的圆柱部之间，偏置元件将致动器向解锁位置轴向地推动。支架可以在邻近其边缘处被固定到电路板，并且致动器可以在垂直于支架的方向上与电路板共同延伸。
8.根据另一方面，将输入输出i/o系统的第一设备固定到i/o系统的第二设备的方法包括：将第一设备耦合到第二设备；以及使用锁定致动器组件将第一设备锁定到第二设备。锁定致动器组件包括由第一设备的电路板支撑以用于轴向运动和旋转运动的致动器，在致动器的第一端轴向下压和旋转时，致动器可以从解锁位置移动到锁定位置，其中，致动器的第二端包括适于穿过第二设备的表面中的对应槽的至少一个凸缘，使得当致动器旋转时，至少一个凸缘限制致动器从第二设备的表面中的槽/开口中撤离。将第一设备锁定至第二设备可以包括：从所述第一设备的与所述第二设备相对的外侧下压并且旋转致动器的第一端。
附图说明
9.图1是适于与联网部件和配置装备接口的示例性控制和监测系统的示意图；
10.图2是连接到i/o适配器的多个i/o设备的立体图；
11.图3a是连接到i/o基座的多个i/o模块的立体截面图；
12.图3b是处于锁定配置的i/o模块的锁定致动器组件的放大立体图；
13.图4是具有处于解锁状态的锁定致动器组件的示例性i/o模块的剖切图；
14.图5是具有处于锁定状态的锁定致动器组件的示例性i/o模块的剖切图；
15.图6是包括锁定致动器组件的示例性i/o模块的电路板的立体图；
16.图7是根据本公开内容的示例性锁定致动器组件的立体图；
17.图8是根据本公开内容的锁定致动器组件的致动器的立体图；
18.图9是根据本公开内容的具有第一锁定致动器组件和第二锁定致动器组件的示例性i/o模块的剖切立体图；
19.图10是图9的i/o模块的另一剖切立体图；以及
20.图11是根据本公开内容的具有锁定致动器组件的另一示例性i/o模块的剖切立体图。
具体实施方式
21.图1是根据本技术的实施方式的适于与联网部件和配置装备接口的控制和监测系统的图解表示。该系统的完整描述在于2015年6月16日授权公告的共同受让的美国专利第9,059,539号中阐述，该专利的全部内容通过引用并入本文中。
22.控制和监测系统总体上由附图标记10表示。具体地，控制和监测系统10被示出为包括人机接口(hmi)12和适于与过程16的部件接口的自动化控制器或者控制/监测设备14。
23.示出的过程16包括传感器18和致动器20。传感器18可以包括适于提供关于过程条件的信息的任何数目的设备。致动器20可以包括适于响应于来自控制器(例如，自动化控制器)的信号而执行机械动作的任何数目的设备。可以利用传感器18和致动器20来操作过程装备。实际上，传感器18和致动器20可以在由控制/监测设备14和/或hmi 12监测和控制的过程回路内使用。这样的过程回路可以基于过程输入(例如，来自传感器18的输入)或者通过hmi 12接收到的直接操作员输入来激活。
24.如图所示，传感器18和致动器20与控制/监测设备14通信并且可以被分配控制/监测设备14中的可以由hmi 12访问的特定地址。如所示，传感器18和致动器20可以经由耦合到控制/监测设备14的一个或更多个i/o设备22与控制/监测设备14通信。i/o设备22可以在控制/监测设备14与受控过程16之间传输输入和输出信号。i/o设备22可以与控制/监测设备14集成在一起，或者可以经由扩展槽、架或者其他合适的机制添加或移除。例如，可以添加附加的i/o设备22以向控制/监测设备14添加功能。
25.i/o设备22可以包括从诸如光电传感器和接近开关的输入设备接收信号的输入模块、使用输出信号来激励继电器或者启动马达的输出模块、以及双向i/o模块，例如可以引导运动设备并且接收位置或速度反馈的运动控制模块。在一些布置中，i/o设备22可以在由受控机器或者过程上的设备使用的ac和dc模拟信号与由控制/监测设备14使用的dc逻辑信号之间转换。
26.图2是根据本技术的实施方式的连接到i/o适配器24的多个i/o设备22的立体图。i/o适配器24被配置成向i/o模块22提供系统电力，以及启用i/o设备22与控制/监测设备14的通信协议之间的转换。如图所示，i/o适配器24和多个i/o设备22被安装到din导轨26，din导轨26是用于在机架和机柜中安装控制装备的工业标准支撑导轨。多个i/o设备22沿din导轨26串联地电耦合，使得现场电力和系统信息和电力可以在i/o设备22之间通信，并且通过i/o适配器24返回到控制/监测设备14。
27.每个i/o设备22包括用于将i/o设备22物理和通信地连接到din导轨26、i/o适配器24和/或相邻的i/o设备22、端子模块30以及一个或更多个i/o模块32的基座28。端子块30可以用于将i/o设备22电连接到现场设备，例如图1中所示的传感器18和致动器20。在某些布置中，端子块30可以从基座28移除。i/o模块32可以包括i/o控制电路和/或逻辑。通常，i/o模块32从现场设备接收输入信号，将输出信号传送到现场设备，对输入和/或输出执行一般和/或特定的本地功能，将输入和/或输出传送到控制/监测设备14和/或其他i/o设备22，等等。
28.参照图3a和图3b，示例性i/o系统被示出并且总体上由附图标记10'标识。应当理解，i/o系统10'通常包括与结合图1和图2所示和描述的i/o系统10相同的许多部件、特征和功能。这些部件通常包括：i/o基座24'，其可以安装到din导轨(未示出)并且具有带多个连接器c1的基座电路板38；多个i/o设备22'，每个i/o设备22'包括安装到基座24'的i/o模块32'和端子块30'。每个i/o模块32'包括适于与i/o基座24'的相应连接器c1配合的连接器c2。
29.根据本公开内容，每个i/o模块32'包括用于将i/o模块32'固定到基座24'的锁定致动器组件40。另外参照图4和5，锁定致动器组件40通常包括由锁定环c和支架46支撑以用于在i/o模块32'的外壳44内旋转和往复运动的弹簧加载的致动器42。所示实施方式中的锁定环c被支撑在i/o模块32'的led电路板50中。支架46被固定到i/o模块32'的、与i/o模块32'的连接器部件c2相邻的主电路板52上。致动器40可以从图4所示的第一解锁位置移动到图5所示的第二锁定位置。
30.致动器42的第一端60包括用于与诸如螺丝刀的工具接合以下压和旋转致动器42的槽62。应当理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以采用利于致动器42的下压和旋转的其他布置，例如六角形或梅花形布置、旋钮等。致动器42的相对端66包括径向向外延伸的凸缘f，使致动器42具有t形横截面。当致动器42处于锁定位置时，致动器42的端部66突出超出外壳44，如图5所示。
31.转向图6，锁定致动器组件40被示出为与i/o模块32'的外壳44隔离。锁定环c被容纳在led电路板50中的槽中，并且在致动器42的第一端60附近的位置处支撑致动器42以进行旋转和往复运动。支架46包括在主电路板42的紧邻电路板52的下端边缘的外侧位置处使用诸如销、螺钉、粘合剂等的紧固件72固定到主电路板52的纵向延伸支撑件70。在所示实施方式中，支架46在紧固件72之间没有附接到电路板52，从而保持电路板52的主要部分可用于表面安装部件等。支架46跨越电路板52在紧固件72之间的主要部分。
32.另外参照图7和图8，支架46包括筒状部76，致动器42的第二端66延伸穿过筒状部76。筒状部76包括从支撑件70延伸的相对的轴向延伸臂a以及从臂a延伸的圆柱部78。
33.如图8最佳所示，致动器42包括径向地延伸的凸缘82。径向地延伸的凸缘82在相反的径向方向上延伸并且被容纳在由臂a的部分、圆柱部78以及固定到支架支撑件70的帽94形成的相应l形槽92中。l形槽92具有轴向延伸部ae和周向延伸部ce。在示出的实施方式中，轴向延伸部对应于l形的基部水平部分，而周向延伸部对应于l形的竖直部分。
34.致动器42的凸缘82被捕获在支架46的筒状部76与帽94之间，并且呈螺旋弹簧s(见图3b)形式的偏置元件将致动器42朝向解锁位置向上偏置。弹簧s被容纳在筒状部76的圆柱部78中，并且向上推动致动器42的凸缘82。
35.应当理解，被容纳在支架46的l形槽92中的凸缘82限制了致动器42的往复运动和旋转运动二者。在图7中，致动器42被示出为被弹簧s的偏置力压下。致动器42的进一步压下受到冲击在筒状部76的圆柱部78的周向端壁上的凸缘82的限制。致动器42的逆时针旋转也受到冲击在臂a上的凸缘82的限制。从图7所示的位置，致动器42在图7中向上自由行进到与解锁位置对应的未压下位置，受凸缘82撞击在帽94的圆周端面上的限制，并且在图7中顺时针向左自由旋转到锁定位置。当旋转到锁定位置时，凸缘82被限制在槽92的周向延伸部ce中，从而限制了致动器42的轴向运动。
36.现在可以理解，在i/o模块32'的连接器部件c2与基座24'的连接器部件c1接合之后，通过下压致动器的端部60，然后将致动器顺时针旋转90度，i/o模块32'可以被固定到基座24'。
37.返回到图3b，当致动器42处于解锁位置时，致动器的端部62的凸缘f与基座24'的电路板38中的相应形状的开口o对准。当致动器42被压下时，致动器42的端部66的凸缘f穿过开口o到达电路板38下方的位置。致动器42旋转九十度导致凸缘f不再与电路板38中的开口o对准。因此，当弹簧向上推动致动器42时，凸缘f接合电路板38的围绕开口o的相对侧。因此，弹簧s的弹簧力保持i/o模块32'，更直接地，i/o模块32'的电路板52抵靠基座24'的电路板38。
38.应当理解，可以采用具有各种弹簧常数的弹簧来施加宽范围的保持力。在一些实施方式中，可以省略弹簧s。然而，在许多应用中，需要弹簧加载的致动器来适应i/o系统和/或锁定致动器组件40的各种部件中的公差累积。
39.还应当理解的是，本公开内容的锁定致动器组件40将互锁特征(例如，凸缘f和开口o)定位成紧邻i/o模块32'和基部24'的连接器部件c1和c2。这导致互锁部件之间的力路径更加紧凑。例如，致动器42在紧邻支撑件46到主电路板52的附接点/紧固件72处接合基部24'的电路板38。因此，在锁定位置处，致动器42的主要部分不在经受负荷，力反而通过弹簧s从凸缘f传递到凸缘82到达筒状部78，并且经由支撑件46传递到主电路板52。然而，致动器42仍然可以方便地从i/o模块32'的外表面接近，并且还提供锁定致动器组件的状态(例如，锁定或者解锁)的视觉指示(例如，当解锁时致动器端部60突出于外壳46，并且当锁定时与外壳46齐平)。互锁与连接器对紧邻的电路板38和电路板52实现了连接器对之间更可靠的连接，并且消除了例如i/o模块的外壳和i/o基部互锁导致的任何公差累积。
40.如图8最佳所示，l形槽92限制致动器42轴向和旋转的行进。因此，对于向致动器42施加过大的力的情况，致动器故障点可以被设计到致动器42中。这样的故障点包括但不限于螺丝刀槽62、凸缘82和/或致动器42的轴。
41.转向图9和图10，根据本公开内容的i/o的另一示例性实施方式被示出并且总体上由附图标记32”标识。在该实施方式中，两个锁定致动器组件40”被设置在i/o模块24”的相对角处。锁定致动器组件40”类似于图3至图8的锁定致动器组件40，不同的是在锁定致动器40”中省略了支撑件46。相反，锁定致动器组件40”经由支架b”直接安装到主电路板52”。
42.图11示出了根据本公开内容的i/o模块32”'的另一示例性实施方式。在该示例中，锁定致动器组件40”'经由支架b”'直接固定到主电路板52”'。
43.应当理解，除了将它们附接到电路板的结构之外，锁定致动器组件40”和40”'的形式和功能与以上详细描述的锁定致动器组件40相同。
44.在前面的说明书中，已经参照附图描述了各种实施方式。然而，明显的是，可以在不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的更宽范围的情况下对其进行各种修改和改变，并且可以实现另外的实施方式。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。