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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventileinheit mit mehreren aneinander gereihten elektromagnetischen Ventilen zum Schalten eines Druckluftflusses, welche hier mindestens einem Grundelement zur fluidischen und/oder elektrischen Anbindung an eine zentrale Druckluft- bzw. Spannungsquelle zugeordnet sind, wobei aus je ventilseitigen RFID-Transpondern und einer grundelementseitigen RFID-Leseeinrichtung bestehende elektronische Mittel zur Ventilkennung vorgesehen sind.
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Bevorzugtes Einsatzgebiet solcher Ventileinheiten sind pneumatische Automatisierungssysteme, mit welchen Arbeitsprozesse durchgeführt werden. In einer Ventileinheit sind mehrere Ventile, die zur Ansteuerung von Pneumatikaggregaten - wie Druckluftzylindern - dienen, örtlich zusammengefasst und können so zentral mit Druckluft und mit elektrischen Steuersignalen sowie einer elektrischen Betriebsspannung versorgt werden. Ventileinheiten können auch Ventile mit direkt gehäusemäßig integrierten Grundelementen besitzen, bei denen Kanalabschnitte zur Druckluftversorgung sowie -entsorgung in das Ventilgehäuse mit integriert sind. Bei der hier interessierenden Ausgestaltungsform von Ventileinheiten sind die Ventile jedoch separat von Grundelementen ausgebildet. Dies ermöglicht einen Austausch einzelner Ventile im Wartungsfall, ohne Einfluss auf die gemeinsame Druckluftversorgung sowie den elektrischen Anschluss der Ventile nehmen zu müssen. Dabei kann jedem einzelnen Ventil ein eigenes Grundelement zugeordnet sein, welche wiederum über korrespondierende Kanalabschnitte aneinandergereiht sind. Daneben ist die vorliegende Erfindung jedoch auch auf einstückige Grundelemente anwendbar, welche je zur zumindest Druckluftversorgung mehrerer Ventile dienen.
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In der
DE 103 10 893 A1 ist eine Anordnung aus hydraulischen Bauteilen für den untertägigen Bergbau offenbart.
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Die
DE 43 12 757 A1 offenbart eine elektronische Steuereinrichtung für eine modulartig aufgebaute Ventilstation, die eine mit elektrisch steuerbaren Ventilen bestückte Fluidverteileranordnung aufweist.
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Der Stand der Technik
US 2006 / 0 017 634 A1 beschreibt eine Antennenanordnung für eine RFID-Antenne, die mit einem Lesegerät gekoppelt ist, wobei die Antennenanordnung ein Antennensystem und einen Multiplexer umfasst, welcher zwischen dem Lesegerät und dem Antennensystem angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2007 041 262 A1 ist eine Ventileinheit mit mehreren aneinandergereihten Ventilen zum Schalten eines Druckflusses bekannt. Die Ventile sind dabei jeweils mindestens einem Grundelement zur fluidischen oder elektrischen Anbindung zugeordnet.
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Die
DE 10 2005 041 510 A1 offenbart eine gattungsgemäße Ventileinheit, bei welcher Grundplattenelemente als Ventilaufnahme vorgesehen sind. Jedes Grundplattenelement nimmt wenigstens ein Ventil zur Druckluftversorgung und - entsorgung auf, gleichzeitig erfolgt über die Ventilaufnahme auch der elektrische Anschluss der elektromagnetischen Ventile sowie die Übermittlung von Steuersignalen an die elektrischen Spulen der elektromagnetischen Ventile.
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Die bekannte Ventileinheit besitzt darüber hinaus elektronische Mittel zur Ventilerkennung, welche eine Identifikation jedes Ventils hinsichtlich seiner technischen Daten gestattet. Derartige technische Daten sind vornehmlich die elektrischen Parameter und insbesondere die Ventilfunktion. Wichtige Ventilfunktionen sind 3/2-, 5/2- und 5/3-Ventilfunktionen in NO (Normal Open) oder NC (Normal Closed). Diese technischen Daten werden über die Ventilaufnahme an eine zentrale Steuereinheit einer pneumatischen Anlage weitergeleitet, welche die korrekte Ventilbestückung der Ventileinheit überwacht.
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Technisch wird die Ventilerkennung dadurch realisiert, dass in jedem Ventilgehäuse ein elektronischer RFID-Transponder mit den vorgenannten Kenndaten implementiert ist, welcher mittels eines zugeordneten Lesegeräts seitens der Ventilaufnahme auslesbar ist. Die ausgelesenen Daten werden von den einzelnen Lesegeräten in vorstehend beschriebener Weise der zentralen Steuereinheit zur Auswertung zur Verfügung gestellt.
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Nachteilig bei dieser technischen Lösung erweist sich deren hoher Aufwand an elektronischen Bauteilen. Denn jedem einzelnen Transponder ist seitens des Grundelements ein eigenes Lesegerät zugeordnet. Zudem kann die Ventilbestückungsüberwachung seitens der zentralen Steuereinheit besonders dann recht unübersichtlich werden, wenn die pneumatische Anlage viele Ventileinheiten aufweist, die in erheblicher örtlicher Entfernung von der zentralen Steuereinheit angeordnet sind.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventileinheit mit elektronischen Mitteln zur Ventilerkennung dahingehend weiter zu verbessern, dass unter Einsatz eines minimalen bauteiltechnischen Aufwands eine übersichtliche Überprüfung der Ventilbestückung von Ventileinheiten einer pneumatischen Anlage möglich ist.
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Die Aufgabe wird ausgehend von einer Ventileinheit gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur einzelplatzselektiven Überprüfung der Ventilbestückung einer Ventileinheit die über die Leseeinrichtung je ausgelesenen Ventilkenndaten in einer nachgeschalteten Überwachungseinheit mit einer hinterlegten Sollbestückung vergleichbar sind, wobei das Vergleichsergebnis unmittelbar über ein an der Überwachungseinheit angeordnetes binäre Anzeigefeld ausgebbar ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass in technisch einfacher Weise die Bestückung einer Ventileinheit permanent mit einer vorgebbaren gespeicherten Sollbestückung vergleichbar ist, ohne dass zu diesem Zweck Datenverkehr auf den Kommunikationsleitungen der pneumatischen Anlage erzeugt wird. Bei einem nachträglichen Austausch eines Ventils in einer pneumatischen Anlage kann sofort vor Ort überprüft werden, ob ein Ventil mit der richtigen Ventilfunktion an den dafür vorgesehenen Ventilplatz einer Ventileinheit eingesetzt worden ist.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, das binäre Anzeigefeld der lokalen Überwachungseinheit aus zwei Reihen unterschiedlich farbiger LED's zu bilden, wobei die Anzahl der LED's jeder Reihe mindestens der Anzahl der aneinander gereihten elektromagnetischen Ventile entspricht. Dabei kann mit grünen LED's die Rückmeldung gegeben werden, dass die Bestückung des jeweiligen Ventilplatzes korrekt ist, wobei eine rote LED signalisiert, dass eine Fehlbestückung vorliegt.
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Die Leseeinrichtung der erfindungsgegenständlichen Ventileinheit besteht aus einzelnen, je einem RFID-Transponder zugeordneten RFID-Lesekopf, die alle mit einer gemeinsamen RFID-Leseeinheit über eine multiplexe Einheit verbunden sind. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass eine RFID-Leseeinheit nur einmal pro Ventileinheit erforderlich ist, wobei zum nacheinander Prüfen der einzelnen RFID-Leseköpfe eine der gemeinsamen RFID-Leseeinheit vorgeschaltete multiplexe Einheit genutzt wird. Ein Multiplexer ist ein Selektionsschaltnetz in der analogen Elektronik sowie der Digitaltechnik, mit dem einer Anzahl von Eingängen nacheinander ausgewählt werden können. Durch einen zyklischen Durchlauf aller Eingangssignale wandelt die Multiplexeinheit die parallelen Datenströme in serielle um. Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung zum Einsatz kommenden RFID-Leseköpfe sind vorzugsweise lediglich Antennen, welche aus Spulen gebildet werden können, um die frei zugeordneten RFID-Transponder zu aktivieren, sowie deren Daten zum bestimmungsgemäßen Zweck auszulesen.
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Um eine baulich kompakte Anordnung der elektronischen Bauelemente zu gewährleisten, ist neben den aneinandergereihten elektromagnetischen Ventilen ein Steuerungsmodul angeordnet, das die Multiplexeinheit, die RFID-Leseeinheit und die Überwachungseinheit beinhaltet. Dabei kann das Steuerungsmodul entweder in Form einer Busbox ausgebildet sein, die daneben auch eine Signalumsetzung zur Busankopplung vornimmt; zum anderen kann das Steuerungsmodul auch mit den baulichen Abmaßen eines Ventils ausgestaltet sein, so dass sich dieses auf einen Ventilplatz unterbringen lässt.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Steuerungsmodul über einen zusätzlichen digitalen Ausgang zur Statusausgabe mit einer übergeordneten Steuerung in Verbindung steht. Über den digitalen Ausgang kann an die übergeordnete Steuerung die Meldung „Bestückung fehlerfrei“ ausgegeben werden, um diese Information erforderlichenfalls an zentraler Stelle zur Datenverarbeitung zur Verfügung zu stellen.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, die Überwachungseinheit mit einer von außen her manuell betätigbaren Lerntaste auszustatten. Mit der Lerntaste lässt sich ein Lernmodus der Überwachungseinheit aktivieren, um eine aktuell vorgenommene Bestückung der Ventileinheit mit Ventilen als Sollbestückung zu hinterlegen. Dies erfolgt vorzugsweise innerhalb eines ebenfalls in die Überwachungseinheit integrierten Speicherelements, das mit einem Mikroprozessor zur Ablaufsteuerung des Vergleichs und der Überwachung in Verbindung steht.
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Gemäß einer anderen die Verbindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass alle RFID-Leseköpfe in einer gemeinsamen Sandwichplatte integriert sind, die zwischen dem mindestens einen Grundelement und den aneinander gereihten elektromagnetischen Ventilen angeordnet ist. Insoweit können die RFID-Leseköpfe in einer eigenständigen Baueinheit integriert werden, um die erfindungsgemäße Funktionalität einer einzelplatzselektiven Überprüfung der Ventilbestückung für eine Ventileinheit erforderlichenfalls zusätzlich zu implementieren. Insoweit brauchen herkömmliche Grundelemente und Ventile nicht geändert zu werden, um die erfindungsgegenständliche Funktionalität auszuführen.
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Die Multiplexeinheit ist erfindungsgemäß nach Art eines Mehrfach-Multiplexers zum Umwandeln der parallelen Signale der RFID-Leseköpfe in ein serielles Signal ausgebildet, dessen Anzahl der Eingänge mindestens der Anzahl der RFID-Leseköpfe entspricht. In diesem Zusammenhang ist es auch denkbar, die Multiplexeinheit zur flexiblen Anpassung an eine gewünschte Anzahl von Ventilen modular aus mehreren Multiplexelementen mit definierter Anzahl von Eingängen aufzubauen.
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Um die Funkstrecke der über die RFID-Leseköpfe aktivierten und hier zugeordneten RFID-Transponder möglichst minimal zu halten, sollten diese elektronischen Sende-/Empfangsbauteile möglichst direkt benachbart zueinander im Bereich der aneinander zur Anlage kommenden Gehäuseflächen integriert sein. Zur geschützten Unterbringung bietet es sich an, diese Sende-/Empfangsbauteile direkt im Gehäusekunststoff einzugießen.
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Weitere, die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt eine schematische Seitenansicht einer pneumatischen Ventileinheit mit Mitteln zur Ventilerkennung.
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Gemäß Figur besteht die Ventileinheit aus mehreren aneinander gereihten elektromagnetischen Ventilen 1, deren fluidischer und elektrischer Anschluss über ein je zugeordnetes Grundelement 2 erfolgt. Die einzelnen Grundelemente 2 sind ebenfalls aneinandergereiht und besitzen eine - hier nicht erkennbare - gemeinsame Kanalführung zur fluidischen Versorgung.
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Jedes Ventil 1 umfasst einen elektronischen RFID-Transponder 3, in welchem Ventilkenndaten, wie pneumatische Ventilfunktionen und elektrische Anschlussparameter, Herstelldatum, Chargenkennung, Seriennummer hinterlegt sind.
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Eine jedem RFID-Tranponder 3 seitens der Grundelemente 2 zugeordnete Leseeinrichtung umfasst einzelne RFID-Leseköpfe 4, die über eine parallele Verdrahtung mit je einem Signalleiter 5 dem Eingang einer Multiplexeinheit 6 zugehen. Mit der Multiplexeinheit 6 können zyklisch alle RFID-Leseköpfe 4 aktiviert werden, um den je zugeordneten Informationsgehalt der RFID-Transponder 3 auszulesen und diesem einer nachgeschalteten RFID-Leseeinheit 7 als serielles Signal zur Verfügung zu stellen. Die RFID-Leseeinheit 7 vollführt eine Signalbearbeitung und stellt Daten einer nachgeschalteten Überwachungseinheit 8 zur Verfügung.
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Zur einzelplatzselektiven Überprüfung der Ventilbestückung werden die über die vorgeschaltete Leseeinrichtung je ausgelesenen Ventilkenndaten der Reihe nach an die nachgeschaltete Überwachungseinheit 8 mit einer dort hinterlegten Sollbestückung verglichen, wobei das Vergleichsergebnis unmittelbar über ein an der Überwachungseinheit 8 angeordnetes binäres Anzeigefeld 9 ausgegeben wird. Das binäre Anzeigefeld 9 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Reihen unterschiedlich farbiger LED's. Die Anzahl der LED's jeder Reihe entspricht wiederum der Anzahl der einander gereihten elektromagnetischen Ventile 1. Durch das so logisch strukturierte Anzeigefeld 9 lässt sich vor Ort die Ventilbestückung prüfen.
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Die Überwachungseinheit 8 ist samt Multiplexeinheit 6 und RFID-Leseeinheit 7 innerhalb eines Steuerungsmoduls 10 untergebracht, dass neben den aneinander gereihten elektromagnetischen Ventil 1 platziert ist.
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Das Steuerungsmodul 10 weist weiterhin einen digitalen Ausgang 11 zur Statusausgabe mit einer - nicht dargestellten - übergeordneten Steuerung auf. Weiterhin ist ein Speicherelement 12 zur Hinterlegung der Sollbestückung an Ventilen 1 innerhalb der Überwachungseinheit 8 vorhanden, welches mit einem Mikroprozessor 13 zur Ablaufsteuerung des erfindungsgegenständlichen Vergleichs sowie sonstiger Überwachung von Funktionen in Verbindung steht.
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Über eine zusätzlich vorhandene Datenschnittstelle 15 ist das Auslesen der Ventildaten und die Speicherung in Form einer elektronischen Stückliste auf einem Wartungs- Steuergerät, beispielsweise eines Laptops, möglich.
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Ferner ist ein Lerntaster 14 Bestandteil der Überwachungseinheit 8, um einen Lernmodus zwecks Speichern der aktuellen Bestückung an Ventilen als zu hinterlegender Sollbestückung innerhalb des Speicherelements 12 zu aktivieren.
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Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, das binäre Anzeigefeld 9 anders auszubilden, beispielsweise in Form einer 7-Segment-Anzeige oder dergleichen.