(57)【要約】  本発明は、ユニバーサルアイソレータなどの電子アイソレータ装置であって、アイソレーション及び可能な安全機能を有し、アイソレータモジュール（５５０）と、ベースモジュール（５００）とを備え、アイソレータモジュールは、ベースモジュールへの取外し可能な物理的／電気的接続のために、かつベースモジュールに対して少なくとも２つの配向／位置で配置され、少なくとも２つの配向／位置の各々におけるベースモジュールへの電気的接続は、アイソレータ装置のタイプ／機能を構成するように作用する、電子アイソレータ装置、を提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子アイソレータ装置であって、アイソレータモジュールと、ベースモジュールとを備え、前記アイソレータモジュールは、前記ベースモジュールに対して少なくとも２つの配向／位置で前記ベースモジュールへの取外し可能な物理的／電気的接続のために配置され、前記少なくとも２つの配向／位置の各々における前記ベースモジュールへの電気的接続は、前記アイソレータ装置のタイプ／機能を構成するように作用する、電子アイソレータ装置。
【請求項２】
安全機能を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記安全機能は、安全モジュールにより提供される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記安全モジュールは、バリア回路を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
ユニバーサルアイソレータを備えた、請求項１、２、３、または４に記載の装置。
【請求項６】
本質的に安全な環境で動作する装置に関連してアイソレーションを提供するように配置された、請求項１〜５のいずれか一項以上に記載の装置。
【請求項７】
前記配向の数は、前記ベースモジュールへの接続性を提供する前記アイソレータモジュールの異なる側の数に対応する、請求項１〜６のいずれか一項以上に記載の装置。
【請求項８】
前記位置の数は、前記ベースモジュールへの接続性を提供するアイソレータモジュールの異なる側の数に対応する、請求項１〜６のいずれか一項以上に記載の装置。
【請求項９】
前記アイソレータモジュールのコモン側に少なくとも２つの電位位置が存在する、請求項１〜６のいずれか一項以上に記載の装置。
【請求項１０】
前記アイソレータモジュールと前記安全モジュールとの間の物理的接続の配向／位置が前記モジュールのタイプ／機能を視覚的に示すように作用するように配置された、請求項１〜９のいずれか一項以上に記載の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも２つの配向／位置によって構成される前記アイソレータ装置の前記電気的機能は、入力機能及び／または出力機能の少なくとも１つを含む、請求項１〜１０のいずれか一項以上に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はユニバーサルアイソレータに関し、一例では、本質的に安全な環境に配置された装置に関連して使用するユニバーサルアイソレータに関する。
【０００２】
アイソレータ装置は、例えば、危険な環境に関連して動作する処理制御機能の本質的に安全な接続性を提供するために、何らかの形式のバリア機能などの安全機能と共にしばしば使用するために一般に提供される。
【０００３】
従来は、異なるアイソレータは異なる構成であり、デジタル入力（ＤＩ）、デジタル出力（ＤＯ）、アナログ入力（ＡＩ）、及びアナログ出力（ＡＯ）などが提供され、異なるアイソレータのうちのいずれか１つが特定のシステム要件のために選択される。
【０００４】
最近では、また、異なるアイソレータの必要性を軽減するために、ユニバーサルアイソレータが開発されている。
【０００５】
そのようなユニバーサルアイソレータの場合、ほとんどのアイソレータは入力側または出力側の段が片側にあり、出力側または入力側の入力回路が反対側にあるため、アイソレータは入力と出力の両方の機能を両側で二重に有することになる。これは、高価な回路二重化という欠点をもたらす。また、いくつかの既知のユニバーサルアイソレータは、信号タイプの自動検出を有するが、そのような検出が常に正確に達成されるとは限らないことが分かっている。
【０００６】
さらに、いくつかのユニバーサルアイソレータまたは隔離障壁は、それらが動作しているモードを直接視覚的に示すことはなく、これは試運転中に特に問題となる。
【０００７】
本発明は、既知のこのようなアイソレータに優る利点を有するユニバーサルアイソレータを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の一態様によれば、アイソレータモジュールと、ベースモジュールとを備えた電子アイソレータ装置が提供され、アイソレータモジュールは、ベースモジュールに対して少なくとも２つの配向でベースモジュールに取外し可能な物理的／電気的接続のために配置され、少なくとも２つの配向の各々におけるベースモジュールへの電気的接続は、アイソレータ装置のタイプ／機能を構成するように作用する。
【０００９】
確認として、アイソレータモジュールはユニバーサルアイソレータを含むことができる。
【００１０】
必要に応じて、電子装置は、本質的に安全な環境で動作する装置に関連して隔離を提供するように配置される。
【００１１】
有利なことに、１つの配置では、配向の数は、ベースモジュールへの接続性を提供するアイソレータモジュールの異なる側の数に対応する。好ましくは、アイソレータ装置は、アイソレータモジュールとベースモジュールとの間の物理的接続の配向が、モジュールのタイプ／機能を示すように作用するように配置される。
【００１２】
別の配置では、アイソレータ機能は、モジュールを回転させることなく「シフト」位置で接続することによって達成することもできる。
【００１３】
有利には、該少なくとも２つの配向によって構成されるアイソレータ装置の電気的機能は、入力機能及び／または出力機能の少なくとも１つを含む。
【００１４】
本発明の単なる一例として、アイソレータ装置は安全機能を含むことができる。このような安全機能は、安全モジュールにより提供することができる。
【００１５】
好ましくは、安全機能は、安全モジュールがバリアモジュールを含むことができるようにバリア機能を含むことができる。
【００１６】
本発明は、入力（または出力）の１つがアイソレーションの一方の側で使用されていないとき、それを他方の側によって使用することができるという認識を通じて、有利であることがわかる。
【００１７】
このように、アイソレーションの一方の側は入力としてのみ働くことになり、他方の側は出力としてのみ働くことになり、前述の少なくとも２つの配向は、例えば、装置を入力アイソレータから出力アイソレータに変更し、かつ／または本質的安全機能を導入するように作用する。
【００１８】
これより、添付の図面を参照しながら、単なる例として本発明をさらに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】アナログ出力信号を提供するように配置された既知のアイソレータを概略的に示す。
【図１Ｂ】アナログ入力信号を取り扱うように配置された既知のアイソレータを概略的に示す。
【図２Ａ】図１Ａと同様の概略図であるが、フィールド部に本質的安全機能を含む。
【図２Ｂ】図１Ｂと同様の概略図であるが、フィールド部に本質的安全機能を含む。
【図３】各側に入力段と出力段の両方を有する既知のユニバーサルアイソレータの一例の概略図である。
【図４】ユニバーサルアイソレータの、図３のものと同様の概略図であるが、フィールド部に二重化された本質的安全機能を用いている。
【図５】本発明の一実施形態によるアイソレータ装置の概略図である。
【図６】図５のようなアイソレータ部の配向を変更することができる様式の図である。
【図７】図５のようなアイソレータ装置の概略図であるが、解放可能に接続可能なアイソレータ部との間の配向が異なり、図６の変更などの変更の後である。
【００２０】
最初に図１Ａを参照すると、アナログ出力信号を伝達するように配置され、供給部１０１と、処理部１１０と、フィールド部１３０とを含む、既知のアイソレータ１００が示されている。
【００２１】
アナログ入力処理線１１５は、アナログ入力信号を信号処理機能１１１に提供する処理部１１０に接続されている。処理された信号は、次いで、電気−光結合または電磁結合などのアイソレーション結合１２１を介して、信号処理機能１３１及びフィールド部１３０に伝達され、以後、アナログ出力信号としてフィールド線１３５に伝達される。
【００２２】
しかし、反対方向の入出力電流の流れが必要とされる場合には、図１Ｂのアイソレータ１５０などの異なるアイソレータ１５０が用いられ、その入力信号は、フィールド部１８０への入力のため、及びアナログ信号としての入力信号処理機能１８１への伝達のためにフィールド線１８５で提供され、以後、アイソレータ結合１７１を介して処理部１６０の信号処理機能１６１に、処理部出力信号線１６５に伝達される。
【００２３】
この場合も、アイソレータ１５０は、供給線１５５を含む供給部１５１を含む。
【００２４】
図２Ａは、既知のアイソレータのさらなる変形例を示し、図１Ａの既知の例に類似しているが、本質的に安全なバリア機能も含む。すなわち、アナログ出力信号を伝達するように配置され、供給部２０１、処理部２１０、及びフィールド部２３０、さらにはバリア構成要素２４１を含む本質的安全フィールド部２４０を含む、アイソレータ２００が示されている。フィールド側のアナログ出力は、次いで、出力フィールド線２４５で利用可能である。
【００２５】
アナログ入力処理線２１５は、アナログ入力信号を信号処理機能２１１に提供するために処理部２１０に接続されている。処理された信号は、次いで、電気−光結合または電磁結合などのアイソレーション結合２２１を介してフィールド部２３０の信号処理機能２３１に伝達され、以後、フィールド線２４５に、バリア構成要素２４１を介して出力フィールド線２４５に伝達される。
【００２６】
図示されているように、バリア構成要素２４１は、ツェナー及び電流制限配置を含む。
【００２７】
しかしながら、この場合も、本質的安全機能を有する反対方向の入出力電流が必要とされる場合には、図２Ｂのアイソレータ２５０などの異なるアイソレータ２５０が用いられ、その入力信号は、フィールド部２８０への入力のため、及びアナログ信号としての入力信号処理機能２８１への伝達のためにフィールド線２９５で提供され、以後、アイソレータ結合２７１を介して処理部２６０の信号処理機能２６１に、処理部アナログ出力信号線２６５に伝達される。
【００２８】
図２Ａの既知のアイソレータと同様に、図２Ｂのアイソレータ２５０のフィールド部２８０は、アナログ入力フィールド線２９５に接続するバリア部２９１を用いる本質的安全フィールド部２９０を含む。
【００２９】
この場合も、図２Ｂのアイソレータ２５０は、供給線２５５に関連付けられた供給部２５１を含む。
【００３０】
理解されるように、本質的に安全なアナログ入力及び出力のアイソレーションを提供するには、アイソレータ２００及び２５０の両方が必要とされるであろう。
【００３１】
しかし、２つの異なるアイソレータを用いて機能を達成する必要性を回避するために、図３を参照して説明したものなどの、既知のいわゆるユニバーサルアイソレータ３００を設けることができる。
【００３２】
ここでも、供給線３０５によって供給される供給部３０１が示されており、複数のアナログ入出力処理線３１５、３１６は、処理部３１０に接続し、複数の入出力アナログフィールド線３３５、３３６は、フィールド部３３０に接続する。
【００３３】
理解されるように、ユニバーサルアイソレータ３００のアイソレーション結合３２１及び３２２の２つの側の各々は、入力３１１、３３２信号処理機能及び出力３１２、３３１信号処理機能の両方を含む。
【００３４】
このような既知のユニバーサルアイソレータは、例えば、フィールド部３３０への接続を介してフィールド装置に、またはフィールド装置から入力機能を提供するために、必要に応じて構成されることができる。しかしながら、アイソレーションの入力側と出力側の両方に接続の二重化が存在する限り、かつさらに関連する信号の検出が常に可能でない限り、欠点と限界が残る。
【００３５】
図３の本発明の図示された実施形態のさらなる変形例が図４に示されており、これはフィールド部内に本質的に安全な機能を含む。この場合も、供給部４０１が供給線４０５によって供給され、複数のアナログ入出力処理線４１５、４１６が処理部４１０に接続し、複数の入出力アナログフィールド線４４５、４４６がフィールド部４３０に接続する。
【００３６】
理解されるように、ユニバーサルアイソレータ４００のアイソレーション結合４２１及び４２２の２つの側の各々は、入４１１、４３２信号処理機能及び出４１２、４３１信号処理機能の両方を含む。図４の付加的な本質的安全機能は、複数のフィールド出入力線４４５、４４６の各々に関連付けられたバリア構成要素４４１、４４２を含む。
【００３７】
しかしながら、ここで図５を参照すると、本発明の一実施形態によるアイソレータベース５００を有するユニバーサルアイソレータ装置の図が提供されている。
【００３８】
ユニバーサルアイソレータベース５００は、供給線５０５に関連付けられた供給部５０１と、処理線５１５に関連付けられた処理部５１０と、フィールド線５３５に関連付けられたフィールド部５３０とを含む。また、入力アナログ信号処理機能５５１及び出力信号処理機能５７１も図示されており、信号は、アイソレーション５６１を横切って交換される。
【００３９】
本発明の重要な特徴として、アイソレータ内のアイソレーション機能は、例えば、処理部５１０、フィールド部５３０、及び供給部５０１との間に取外し可能に差込み可能な接続性５５５を有する取外し可能カード５５０上などに、取外し可能部として設けられている。
【００４０】
したがって、信号処理５５１、５７１、及びアイソレーション５６１を含むアイソレータカード５５０は、必要に応じて、処理部５１０、フィールド部５３０、及び供給部５０１を含むアイソレータ装置の残りの部分から抜き取り、取り外すことができる。
【００４１】
図５に示すアイソレータカード５５０の構成／配向は、例えばアナログ出力構成に用いられるものである。
【００４２】
しかしながら、この例では、アイソレータカード５５０を抜き取り、アイソレータカード５５０を図６の矢印で示すようにアイソレーションの線と共に垂直軸を中心として１８０度回転させることを通じて、入出力構成を変更するように反対の配向／構成を容易に提供することができる。異なる配向でこのように再挿入することを通じて、アイソレータ装置５００の機能が変更される。
【００４３】
図７は、図５のユニバーサルアイソレータ５００を示しているが、アイソレータカード５５０は取り外され、再配向され、異なるタイプ／機能を決定する異なる構成／配向で再挿入されている。装置５００は、供給線５０５によってフィードされる供給部５０１と、処理線５１５に接続された処理側部５１０と、フィールド線５３５に接続されたフィールド側部５３０とを依然として含むが、アイソレータカード５５０を図７に示す様式でコネクタ５５５により再接続することは、フィールド側接続５３０及びフィールド線５３５を含むフィールド側が、アイソレーション５６１を横切って信号処理５５１を提供するための入力として機能し、処理側接続５１０及び処理線５１５が、アイソレーション５６１の処理側に現れる信号処理５７１からの信号の出力として作用する構成を提供する。
【００４４】
このように、処理側とフィールド側との間のアイソレータ機能を分離し、アイソレータ機能を再構成／再配向して再接続することを可能にすることを通じて、不要な追加回路なしに、かつ信号タイプの誤検出の可能性なしに、ユニバーサルアイソレータに関連して生じる利点を達成することができる。
【００４５】
理解されるように、本発明は、ユニバーサルアイソレータの入力（または出力）の１つが一方の側で使用されていないとき、それを他方の側によって効果的に使用することができるという認識に基づいている。したがって、アイソレーションの一方の側のみが入力になることになり、他方の側は出力になることになる。
【００４６】
このような選択を達成するために、装置の残部の接続端子から電子アイソレータカードを抜き取り、再差込みすることにより、特にＥｘ安全環境のために、入力アイソレータを出力アイソレータに変更することができる。
【００４７】
言うまでもなく、ことによると異なる軸を中心としてさらに回転させることは、デジタル機能をアナログ機能に変更するように作用することがある。また、Ｅｘ−ｉ用途に関して、以前に接続された非本質的安全部品を本質的安全回路に接続できない限り、安全構成要素の前のカードを回転させることは、起こり得る不正確かつ危険な接続性の可能性を克服することになる。
【００４８】
これは、構成要素の数、及び必要に応じて安全構成要素の数を大幅に低減するという利点を有することになる。このような低減は、有利にはより低いコストにつながり、また作業者は、ユニバーサルアイソレータが特定の具体的な機能に関してどのように構成されているかを正確に知ることができるようになる。
【００４９】
したがって、本発明に必要な構成要素が少なくなり、信頼性を高めることができる。これは、特にアクセスできない場所との関連で、一部のフィールド用途にとって重要な機能である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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