自动化现场设备技术领域
本发明涉及一种自动化中的现场设备。
背景技术
在自动化中，特别是在过程自动化中，经常使用用于捕获和/或修改过程变量的现
场设备。诸如液位测量装置、流量计、压力和温度测量装置、Ph值氧化还原电位计、电导率计
等的传感器用于记录各自的过程变量，诸如液位、流量、压力、温度、pH值、或电导率。诸如例
如阀或泵的致动器用于影响过程变量，通过这种致动器，管道截面中的流体流量或者容器
中的液位高度可以改变。通常，现场设备涉及面向过程加工并且提供或编辑过程相关信息
的所有装置设备。在本文中，现场设备被理解为特别地是远程I/O、无线适配器、或者在现场
层面布置的普通装置设备。各种这样的现场设备由Endress+Hauser公司制造并销售。
所有上述现场设备具有共性，即根据传感器确定的过程变量，通过下游的现场设
备电子单元来确定和估算测量值。这些现场设备电子单元通常适配于相关的测量要求和待
测量的过程变量，因此对于每个传感器概念、待测量的每个过程变量以及每个测量性能，必
须研发独立的现场设备电子单元。当然，在当现场设备具有致动器并用于影响过程变量时，
也同样如此。目前，功能被封装在独立的电子模块中，这种电子模块典型地具有多个接口。
当使用现场设备时，这些接口中的一个用于连接到对于期望功能所需的外部单元。接口因
此或多或少地表示“用户接口”，其可以单独地分配到各现场设备。除了“用户接口”以外，目
前的电子模块具有内部接口，通过该内部接口在现场设备内提供功能。典型地，接口被布置
为使得“用户接口”位于前端使得用户可访问，内部接口被设计为位于后端。这种解决方案
的缺点在于当在电子模块壳体中封装印刷电路板时必须进行复杂的密封测量，使得封装不
从壳体中露出。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有功能性的现场设备，该功能性可以很容易地由现场
设备电子单元适配以对应需求，并且更容易生产。
根据本发明，本目的通过一种具有壳体和位于壳体内的模块化现场设备电子单元
的自动化现场设备来实现，其中现场设备至少包括下述部件：
-第一印刷电路板，其至少具有一个第一插入连接器元件和一个第二插入连接器
元件，其中第一和第二插入连接器元件被设计为传送能量和/或数据，使得也被设计为传送
能量和/或数据的互补插入连接器元件可以沿偏好插入方向插入，并且两个插入连接器元
件形成插入连接器耦合，其中第一插入连接器元件用于电连接外围设备，其中第一和第二
插入连接器元件被布置在第一印刷电路板上，使得第一插入连接器元件和第二插入连接器
元件这两者从相同的偏好插入方向可实质接触，
-第二印刷电路板，其至少具有一个第三插入连接器元件，第三插入连接器元件被
设计为传送能量和/或数据并与第二插入连接器元件互补，其中印刷电路板被布置为使得
第二插入连接器元件以可拆卸方式连接到第二印刷电路板的第三插入连接器元件，从而使
得借助于第一印刷电路板把外围设备电连接到第二电路板，并且第二印刷电路板具有至少
一个凹口，使得第一印刷电路板的第一插入连接器元件经由该凹口连接外围设备。
根据本发明，该目的通过下述方式来实现：接口在后面和前面之间不分离，而是两
个接口都保持在前面。因此各个印刷电路板的所有接口都面向相同方向，并且沿相同的偏
好插入方向可接触，即可以彼此插入。
插入连接器元件被设计为使得它们能够被可释放地插入到对应的、即逆向设计的
插入连接器元件。两个逆向设计的插入连接器元件被对应于它们的偏好插入方向而彼此插
入，并且通过外形适配(form fit)合适地机械对准，因此形成插入连接器耦合。在本文中，
偏好插入方向可以理解为端面上竖立的指向相应插入连接器元件的法向矢量。
在一个有利的实施例中，第一印刷电路板具有第四插入连接器元件，其被设计为
传送能量和/或数据，并且从与第一和第二插入连接器元件相同的偏好插入方向可接触。
特别地，该实施例设置第四插入连接器元件经由至少一个充气管或气阻(gas
arrestor)连接到第一插入连接器元件。
在另一个有利实施例中，第二印刷电路板至少具有一个第五插入连接器元件，其
被设计为传送能量和/或数据，并与第一印刷电路板的第四插入连接器元件互补，其中第五
插入连接器元件布置在电路板的与第二印刷电路板的第三插入连接器元件相同的侧上，以
及其中第五插入连接器元件的多个接触插针接地，优选地所有的接触插针接地。
在另一有利实施例中，第二印刷电路板具有附加第三插入连接器元件，其被设计
为传送能量和/或数据，并与第一印刷电路板的第二插入连接器元件互补。
特别地，根据该实施例，在附加第一印刷电路板通过附加第三插入连接器元件连
接到第二印刷电路板的情况下，第二印刷电路板具有附加凹口，使得附加第一印刷电路板
的第一插入连接器元件经由该附加凹口连接附加外围设备。此外，根据该实施例，所有的第
三插入连接器元件通过内部总线彼此连接。特别优选地，根据该实施例，根据总线规格——
优选地根据CAN总线规格——来设计第一印刷电路板的第二插入连接器元件。
在另一有利实施例中，第二印刷电路板具有附加第五插入连接器元件，其被设计
为传送能量和/或数据，并且其中附加第五插入连接器元件的多个接触插针接地，优选地所
有的接触插针也接地。
在另一有利实施例中，所有的第三插入连接器元件和所有的第五插入连接器元件
在第二印刷电路板上以交替顺序布置。
在另一有利实施例中，第一印刷电路板的第一、第二和第四插入连接器元件从相
同的印刷电路板边缘或印刷电路板侧可接触。
在另一有利实施例中，第一和第二印刷电路板相对于彼此布置，使得第一印刷电
路板的表面平面与第二印刷电路板的表面平面相交。
在最终实施例中，外围设备在空间上布置在壳体之外，在壳体中提供至少一个开
口或通道，通过该开口或通道，导线被引导到外围设备。
附图说明
将基于所附附图更详细地解释本发明。其中：
图1示出了现场设备的示意性表示，
图2示出了第一印刷电路板的示意性表示，以及
图3示出了第二印刷电路板的示意性表示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的自动化现场设备的示意表示。根据本发明的现场设备的
特征在于：位于壳体1内的现场设备电子单元2利用至少一个第一印刷电路板3和一个第二
印刷电路板8来模块化地设计。然而，典型地，现场设备电子单元2由若干第一印刷电路板3
构成，这些第一印刷电路板3通过第二印刷电路板8彼此连接，该第二印刷电路板8或多或少
用作主板。印刷电路板3、8被设计，使得通过插入至少一个第一印刷电路板3而使作为主印
刷电路板的第二印刷电路板8与第一印刷电路板3电接触，从而使得彼此交换数据和/或能
量。通常，如已解释的，若干第一印刷电路板3连接到第二印刷电路板8(主印刷电路板)，使
得现场设备的期望功能可以通过个别剪裁的现场设备电子单元2来实现。模块化现场设备
电子单元2因此对应于模块化原则，其中整个系统，即现场设备电子单元2利用各元件即不
同的印刷电路板3、8构造。
以该方式构造或组装的现场设备电子单元2然后集成到现场设备的壳体1中。现场
设备的壳体1在图1中用虚线表示。图1所示的壳体1具有用于通道17的开口，通过该开口，位
于现场设备壳体1之外的外围设备7经由导线18连接到或可以连接到现场设备电子单元2。
然而，可以设想现场设备的替选设计，其中外围设备7位于壳体1内。
通常，外围设备7是经由模拟或数字接口有线或无线地接收或提供信息的设备。示
例包括：
-读出或提供信息的PLC；
-生成模拟热电压的热电偶；
-生成数字信号的现场设备，该信号例如在到达阈值时生成；
-生成模拟电流信号的现场设备，该现场设备具有或不具有数字通信器件(HART)；
-用于接收无线数字信号(无线HART等)的接收单元。
图2示出了第一印刷电路板3的可能实施例的示意性表示。本实施例的第一印刷电
路板3具有第一、第二和第四插入连接器元件4、5、11，其用于传送数据和/或能量。其中可用
的插入连接器元件的数量不同于图2所示实施例的其他实施例是完全可以设想的。
插入连接器元件4、5、11典型地具有多个接触插针(contact pin)。例如，插入连接
器元件可以由两行构成，每行包括12个接触插针，因此插入连接器元件具有总共24个接触
插针。
插入连接器元件4、5、11被设计为使得它们以可释放地插入到对应的即逆向设计
的插入连接器元件9、13、15、16。两个逆向设计的插入连接器元件对应于它们的偏好插入方
向而彼此插入，并且通过外形适配合适地机械对准，因此形成插入连接器耦合。
偏好插入方向可以理解为端面上竖立的指向相应插入连接器元件的法向矢量。在
图2中，偏好插入方向用附图标记6的箭头表示。
根据本发明，位于第一印刷电路板上的所有插入连接器元件4、5、11被布置为使得
它们从相同的偏好插入方向6可实质接触。例如，如图2所示，第一印刷电路板3的插入连接
器元件4、5、11因此被布置在印刷电路板边缘上或印刷电路板边缘中，并且所有插入连接器
元件4、5、11的法向矢量均指向相同方向。因此，从偏好插入方向6可接触第一印刷电路板3
的所有插入连接器元件4、5、11。
此外，所有插入连接器元件4、5、11沿印刷电路板边缘的布置产生的优点在于：当
在印刷电路板壳体19中封装第一印刷电路板3时，印刷电路板壳体19仅在一侧需要开口，第
一印刷电路板3的所有插入连接器元件4、5、11从该开口突出。对于现有技术已知的印刷电
路板，插入连接器元件被布置在不同的印刷电路板边缘，当封装或适当密封印刷设置有多
个开口的印刷电路板壳体中的印刷电路板时，需要显著的附加工作。
第一印刷电路板3满足特定功能。在提供若干第一印刷电路板3的情况下，对于每
个第一印刷电路板3满足不同的特定功能是有用的。图2所示的第一印刷电路板用于电连接
外围设备7。为了实现这一点，外围设备7经由导线18可释放地连接到第一插入连接器元件
4。因此，第一印刷电路板3用于把外部的、即如上所述布置在现场设备1的壳体之外的单元
联接或连接到内部现场设备电子单元2。
第一印刷电路板3的第二插入连接器5用于将第一印刷电路板3电连接到第二印刷
电路板8。典型地，为此，第二插入连接器元件5根据总线规格来设计，总线规格如CAN总线规
格。第一和第二印刷电路板3、8对于彼此的内部接触通过第二插入连接器元件5来实现。
第一印刷电路板3的第四插入连接器元件11与其他插入连接器元件4、5类似，也用
于传送能量和/或数据。与其他插入连接器元件4、5类似，第四插入连接器元件11也从相同
的偏好插入方向6可接触。第四插入连接器元件11通过至少一个充气管或气阻(未在图2中
示出)经由第一印刷电路板3连接到第一插入连接器4。
第四插入连接器元件11类似于所有其他插入连接器元件4、5，由多个单独的接触
插针形成。然而，利用其他插入连接器元件4、5，单独的接触插针被不同地单独指配，如，插
针1接地，插针2连接第一数据线，插针3又接地，以及插针连接第二数据线，等等，第四插入
连接器元件11的若干接触插针被指配为接地，使得在来源于外部布置的外围设备7的过电
压的情况下，经由第一插入连接器4、充气管或气阻，然后经由第四插入连接器元件11放电
电流。在过电压的情况下，通过经由第四插入连接器元件11的多个插针放电电流，防止了现
场设备电子单元2的损坏。
图3示出了第二印刷电路板8的示意性表示，该第二印刷电路板8用作现场设备电
子单元2的主板。第二印刷电路板8至少具有一个第三插入连接器元件9。典型地，附加第三
插入连接器元件13是可用的，其用于传送数据和/或电流。所有第三插入连接器元件9、13都
布置在第二印刷电路板8上，使得它们位于第二印刷电路板8的相同的第一侧20。它们的偏
好插入方向6因此从该板的表面延伸，或者它们的法向矢量在第二印刷电路板20的第一侧
上竖立。
第三插入连接器元件9、13用于第一印刷电路板3和第二印刷电路板8的内部接触。
如上述，第三插入连接器元件9、13是与第一插入连接器元件4互补的即逆向设计的，使得它
们可以彼此插入。第三插入连接器元件9、13的至少一部分在第二印刷电路板8上通过诸如
CAN总线的总线彼此连接。
第二印刷电路板8进一步具有至少一个凹口10，当第一印刷电路板3连接到第二印
刷电路板8时，第一印刷电路板3的第一插入连接器元件4通过该凹口10突出，从而能够实现
第一插入连接器元件4的接触。此外，第二印刷电路板8典型地具有附加凹口14，通过该附加
凹口，在多个第一印刷电路板3被连接到第二印刷电路板8的情况下，第一印刷电路板3的第
一插入连接器元件4可以通过这些凹口或开口接触。
除了第三插入连接器元件9、13以外，第二印刷电路板8至少具有一个第五插入连
接器元件15——然而，典型地，多个附加第五插入连接器元件16也被设计为传送能量和/或
数据。第五插入连接器元件15、16的接触插针以与第四插入连接器元件11的接触插针相同
的方式指配，使得在过压的情况下放电电流。
第三插入连接器元件9、13和第五插入连接器元件15、16以交替的顺序布置在第二
印刷电路板8上。
附图标记列表
1 现场设备壳体
2 现场设备电子单元
3 第一印刷电路板
4 用于外部接触的第一插入连接器元件
5 用于内部接触的第二插入连接器元件
6 偏好插入方向
7 外围设备
8 第二印刷电路板
9 第三插入连接器元件
10 开孔
11 第四插入连接器元件
12 充气管
13 附加第三插入连接器元件
14 附加开孔
15 第五插入连接器元件
16 附加第五插入连接器元件
17 开口或通道
18 至外围设备的导线
19 印刷电路板壳体
20 第二印刷电路板的第一侧