DE2822938C2 - Steuerungs- und Überwachungseinrichtung für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch betriebene Anlage - Google Patents

Description

zeigen, wo die Aus-Taste mechanisch anders konstruiert ist als die Ein-Taste.

deich konstruiert sind dagegen die in den beiden genannten österreichischen Patentschriften mit »Sender« und »Empfänger« bezeichneten Datenschnittstellen, die Adressiereinheiter: enthalten, die auf eine bestimmte Adresse einstellbar sein können, siehe S. 3, Zeilen 25 bis 29 der AT-PS 2 88 533.

Wie auf Seile 4, Zeilen 53 bis 56 außerdem gesagt wird, ist es günstig, wenn die einzelnen Einschöbe (die hinsichtlich der Bestückung mit Schützen, Signalhörnern, Signallampen usw. unterschiedlich aufgebaut sind) jeweils gleichartig Datenschnittstelleneinrichtungen und Adressiereinrichtungen (in der Druckschrift mit Sender, Empfänger, Adresseneinheit und Auswerter bezeichnet) aufweisen, um auf diese Weise zu ermöglichen, jeden Einschub an beliebiger Stelle einsetzen zu können, wobei lediglich die Adressierung verändert zu werden braucht.

Gegenüber älteren Konstruktionen weist der Gegenstand dieser österreichischen Patentschrift daher schon bereits viele Vorteile auf. Nachteilig ist jec:och immer noch, daß die einzelnen Einschöbe nicht völlig identisch sind, da die an die Datenschnittstelle angeschlossenen Einrichtungen, wie Betätigungstaste oder Signaleinrichtung, auf den einzelnen Einschüben durchaus unterschiedliche Konstruktion besitzen, beispielsweise eine Aus-Taste, eine Ein-Taste oder eine Signallampe darstellen. Besonders nachteilig ist jedoch der kabelaufwendige Zentralbetrieb, der nicht zu umgehen ist. j<>

Die bekannte Steuerungs- und Überwachungseinrichtung ist somit immer noch recht kostenaufwendig, da eine Serienfertigung für die einzelnen Einschöbe nicht oder doch nur in begrenztem Umfang möglich ist und außerdem hohe Verkablungskosten entstehen. r>

Ähnliche Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen sind auch aus anderen Druckschriften bekannt. In einem Prospekt der Fa. SCS-Control vom Mai 1976 wird ein Steuerungssystem beschrieben, das für eine Klimaanlage vorgesehen ist und von einem zentralen ad Schaltschrank aus die verschiedenen Geräte der Klimaanlage, wie Zuluftventilator, Abl-iftventilator, Klappenmotoren für Frischluftklappen. Wäscherpumpe und dgl. steuert und überwacht. In dem zentral angeordneten Schaltschrank befinden sich Einschöbe, r> auf deren Vorderseite mehrere Bedienungsknöpfe und Signallampen angeordnet sind, die mit entsprechenden elektronischen Schaltungen verbunden sind, die sich auf gedruckten Leiterplatten befinden.

Sowohl die Anzahl uer Signallampen als auch der in Knöpfe wie auch die Schaltung der Elektronik auf den Steuertafeln ist von Einscnub zu Einschub unterschiedlich, je nachdem was für ein Gerät von dem Einschub zu steuern und zu überwachen ist. So gibt es u. a. zwei Typen von »Anlagekarten«, zwei Typen von »Steuer- v, karten«, nämlich »Relaiskarten« und »Schaltkarten«, von denen jeweils wieder zahlreiche Varianten vorhanden sind. Schließlich sind noch Hilfskarten vorgesehen, wie »Vervielfacherkarten« und »Zeitreiaiskarten«.

Mit dem System lassen sich allerdings alle Steue- bo rungsfunktionen verwirklichen. Das Erfordernis, eine große Zahl von verschiedenartigen Einschüben vorzusehen, erschwert aber die Planung wie auch den Aufbau des S'.euerungssystems ganz erheblich, insbesondere ist die Verdrahtung eier einzelnen Bausteine untereinander genau zu planen und auszuführen.

Ganz ähnliche Nachteile weist auch eine Steuerungs-, Melde- und Überwachungsanlage für Antriebe in Klima-, Heizungs-, Lüftungs-, Forder- und Aufbereitungsanlagen auf, die von der Firma KIöckner-Moeller in einem aus dem März 1977 stammenden Prospekt G 27-2043 beschrieben wird. Gleiches gilt auch für ein Steuersystem der Firma Klaus J. Seil & Co. KG in Rotenburg, siehe deren aus dem Januar 1976 stammenden Prospekt betreffend »Selcomatic 4000«, Seiten BG 1, BG i L, BG 2 bis BG 20.

Auch das Steuersystem GEAZENTST der Firma AEG weist diese Vielzahl von Bausteinen auf, so wird zwischen 6 verschiedenen Reihen von Steuerbausteinen, 11 unterschiedlichen Serien von Zusatzbausteinen, 2 Meldebausteinen und verschiedenen Bedienungs- und Überwachungsgeräten, Leistungsbaugruppen und weiteren Baueinheiten unterschieden, siehe den vom 1. Feb. 1976 stammenden Prospekt »Gebäudeleittechnik A 150«.

Schließlich ist auch ein System der Firma Eberle aus den unterschiedlichsten Einschubkarten aufgebaut, siehe den Prospekt »EBERLE HKI 110« aus dem Jahre 1977.

Mit den genannten Steuerbausteinen lassen sich zwar Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen jeder Art aufbauen, jedoch ist die Planung und die Anzahl der benötigten unterschiedlichen Bausteine mit einem beachtlichen Aufwand verbunden. Zudem erfordert der Aufbau vom Planer genaue Detailkenntnisse. Außerdem sind Funktionsänderungen in der fertigen Anlage nur durch Verdrahtungsänderungen zu verwirklichen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Steuerungs- und Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art, die dezentralen Betrieb ermöglicht und gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik noch einfacher geplant und aufgebaut werden kann und dadurch noch wesentlich kostengünstiger ist als die aus der österreichischen Patentschrift bekannte Anordnung.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die Geräte dezentral angeordnet sind und die Zentraleinheit mehrere, jeweils mit mehreren Leuchtdrucktasten vf .sehene und in einem Gehäuse einsteckbare Steckkarten umfaßt, daß die Steckkarten identischen Aufbau besitzen und mit ihren Steckanschlüssen parallel miteinander verbunden sind, und daß die Funktion der Leuchtdrucktasten durch auf der Steckkarte befindliche Codierschalter oder durch einen mit den Steckkarten in Verbindung stehenden Mikroprozessor festlegbar ist.

Durch diese Maßnahmen wird eine noch weitergehende Vereinheitlichung der Steuerungs- und Überwachungseinrichtung erreicht, indem diese Einrichtung praktisch neben einem Gehäuse nur noch zueinander identische Steckkarten aufweist, eventuell ergänzt durrh einen Mikroprozessor, falls Codierschalter nicht verwendet werden. Außerdem läßt sich dezentrale Betriebsweise verwirklichen, wodurch meist hohe Verkabelungskosten eingespart werden können. Dieser letztgenannte Vorteil ergibt sich z. B. dadurch, daß die Geräte, also insbesondere motorische Antriebe, aber auch Meßfühler, Jrenzschalter und dgl. zusammen mit ihrer jeweiligen zugeordneten Datenschnittstelle die aufzunehmenden oder abzugebenden Daten auch speichern können, so daß diese sich von Jer eine Schaltoder Anzeigetafel bildenden Zentraleinheit sowie auch voneinander räumlich entfernt anordnen lassen. Dies trifft für die aus der AT-PS 2 88 533 bekannte Anordnung nicht zu, vielmehr sind dort die einzelnen Geräte in vorfabrizierten Einschüben enthalten, die ihrerseits in Gehäuse eingeschoben werden und

dadurch die individuell aufgebaute Schalttafel bilden. Mit dieser Schalttafel sind dann die von der Schalttafel aus zu steuernden Geräte einzeln verbunden, d. h., daß beispielsweise ein Motor seine Antriebsenergie über einen Schütz erhält, der in der Schalttafel gemäß der Druckschrift angeordnet ist. Dieser beim Stand der Technik notwendige Kabelbedarf ergibt sich, weil von der die Zentrale bildenden Schalttafel zu jedem zu steuernden Motor eine Energieversorgungsleitung sowie eventuell noch zusätzliche Temperatur-Meßfühlleitungen und dgl. geführt werden müssen.

Wird dagegen die erfindungsgemäße Anordnung gewählt und z. B. gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung (Anspruch 2) die Anordnung einer gemeinsamen Stern- oder Ringleitung nicht auf die Schalttafel selbst begrenzt, wie beim Stand der Technik, sondern werden vielmehr die Datenschnittstellen der einzelnen zu steuernden Geräte aus der Zentrale herausgenommen und dezentralisier; an den einzelne" Geräten angeordnet, was erst die Merkmale des Hauptanspruchs ermöglichen, läßt sich der Aufwand für Verkabelung drastisch reduzieren. Weitere Kosteneinsparungen ergeben sieh dadurch, daß die einzelnen Steckkarten einen identischen Aufbau besitzen und dadurch in Serienfertigung hergestellt und dadurch erheblich billiger gemacht werden, können, als es bei den bislang verwendeten Steuerbausteinen der Fall ist, die ganz unterschiedliche Konstruktion besitzen und daher nur in kleinen Serien geplant und gefertigt werden können. Ein weiterer Vorteil liegt tiarin, daß alle Steckkarten zueinander parallel geschaltet werden, so daß die Verdrahtung außerordentlich vereinfacht und sogar ganz durch Flachbandkabel ersetzt weiden kann. Um bei Anwendung eines Mikroprozessors die einzelnen Steckkarten identifizierbar zu machen, könnte — wie es z.B. bei der CH-PS 2 88 533 geschieht - eine entsprechende gespeicherte Codierung voreesehen werden, wenn man es nichl vorzieht, auf eine vollständige Parallelschaltung der einzelnen Steckkarten zu verzichten und die Identifizierbarkeit dadurch zu erreichen, daß die einzelnen Steckfassungen durch ihre Verdrahtung oder sonstige elektrische Merkmale voneinander unterscheidbar werden.

Die trotz des identischen Aufbaus aller Steckkarten erreichbare unterschiedliche Funktion der auf der Steckkarte angeordneten Leuchtdrucktasten, also die Festlegung, ob eine bestimmte Taste von z. B. fünf auf der Steckkarte angeordneten Leuchtdrucktasten eine Einschalttaste, eine Ausschalttaste oder gar eine Leuchtanzeige ist. wird entweder durch eine auf der Steckkarte befindliche Codierschaltereinrichtung festgelegt, oder aber durch den mit der Steckkarte in Verbindung stehenden Mikroprozessor. Dies hat noch den weiteren Vorteil, daß die Funktion der einzelnen Steckkarten auch noch am Einsatzort ohne Probleme geändert werden kann.

Da gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Leuchtdrucktasten duren einlegbare Beschriftungen kennzeichenbar sind, läßt sich eine derartige Funktionsänderung im Feld auch in dieser Hinsicht problemlos kennzeichnen.

Um die Anlage möglichst kompakt zu gestalten, wird gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Mikroprozessor mit dem gleichen äußeren Aufbau wie die Steckkarten vorgesehen, so daß er zusammen mit mehreren Steckkarten — vorzugsweise sieben Steckkarten — in einer üblichen, insbesondere für Europakartenformat ausgelegten 19"-Steckgehäuse untergebracht werden kann.

Zur galvanischen Trennung der Steuerungsanlage von dem übrigen Anlagenteil ist es günstig, wenn zwischen der Steuerungs- und Überwachungseinrichtung und der elektrisch betriebenen Anlage ein zur galvanischen Trennung dienender Optokoppler vorgesehen ist, also ein Koppler, der die elektrischen Signale zunächst in Lichtsignale umwandelt, die dann anschließend wieder in elektrische Signale zurückverwandelt

ίο werden.

Die erfindungsgemäße Steuerungs- und Überwachungseinrichtung läßt sich besonders günstig bei einer Klimaanlage, bei einer Lüftungsanlage und bei einer Heizungsanlage einsetzen.

Bei diesen Anlagen ist die Einrichtung deshalb besonders geeignet, weil sie zum einen besonders hohen Verkabelungsaufwand erfordern, nämlich sowohl Kabel für die Energiezufuhr, wie auch für die Steuerung und für die ZuEtandsda'.cncrniiiiliinij. So ist beispielsweise in

_'o diesen Anwendungsfällen umfangsreicher Steuerungsund Überwachungsdatentransfer von der Steuerungsund Überwachungseinrichtung zu den einzelnen Anlagenteilen notwendig, was z. B. über eine Ringleitung erfolgt, wobei jedes einzelne Gerät der Anlage einen

:5 Befehhspeicher aufweist, um z. B. vom Mikroprozessor übermittelte digitale Bcfehlsdaten bis zur Ausführung des Befehls z. B. mit Hilfe von nachgeschalteten Schaltsc "\i\lzen oder dgl. zu speichern, wie es auch zweckmäßig ist, an dem angeschlossenen Gerät einen

j» Betriebszustandsspeicher vorzusehen, um auf Abruf durch z. B. den Mikroprozessor in diesem Speicher gespeicherte digitale Zustandsdaten wie Schalterstellungen. Temperatur. Druck, Phasenwinkel und dgl. an die Steuerungs- und Überwachungseinrichtung, also

z. B. insbesondere an dessen Mikroprozessor zu melden. Ein derartiger Mikroprozessor ist dann zweckmäßigerweise so aufgebaut, daß er zum aufeinanderfolgenden Abrufen aller Daten der an der Ringleitung angeschlossenen Betriebszustandspeicher in der Lage ist. Diese Anordnung vereinfacht die Verkabelung deshalb, weil die einzelnen Zustandssignale nicht parallel dem Mikroprozessor zugeführt werden brauchen, sondern die Zufuhr in zeitlicher Aufeinanderfolge durchgeführt wird und dadurch eine gemeinsame Ringleitung ausreicht.

Als zu verwendender Mikroprozessor genügt ein sehr einfacher I-Bit-Prozessor, da vom Prozessor eigentliche Rechenfunktionen — abgesehen möglicherweise von Vergleichsfunktionen zum Vergleich von abgerufenen

Daten mit im Mikroprozessor gespeicherten Sollwertdaten. um bei Abweichungen ein zugehöriges S.euerprogramm auszulösen — nicht ausgeführt werden brauchen. Ein derartiger 1-Bit-Prozessor läßt sich in sehr einfacher Weise programmieren, da es sich dabei um eine reine Ablaufsteuerung handelt.

Durch den Einsatz eines Mikroprozessors für die Steuerung wird es auch möglich, den Leistungsteil eines Schaltschrankes zu dezentralisieren. So kann eine Kraftstromringleitung in entsprechender Größe in Form einer Verkabelung oder in Form eines marktgängigen Sammelschienensystems installiert werden, jeder Verbraucher der Anlage wird direkt von dieser Ringleitung gespeist und erhält zu diesem Zweck vor Ort einen Schaltkasten, in dem entsprechende Sicherungen, Leistungsschütze. Überstromauslöser, ein Steuerschalter sowie eine Meldelampe für diese Verbraucher eirjebaut sind. Parallel zu dieser Kraftstromringleitung liegt dann die bereits erwähnte Datenleitung zu

Steuerung und Überwachung. Im Schaltkasten des Verbrauchers befindet sich dann der ebenfalls bereits erwähnte Befehlsspeicher, der die Signale der Datenleitung verarbeiten kann.

Neben den bereits erwähnten Anwendungsbeispielen ist eine Anwendung auch bei Förderanlagen möglich, aber auch bei der Steuerung von Aufbereitungsanlagen, Sari/.jranlagen, Beleuchtungsanlagen usw.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt

F i g. I eine aus mehreren Steckkarten sowie einem Mikroprozessor bestehende Steuereinheit;

F i g. 2 in perspektivischer Ansicht eine der Steckkarten der Steuereinheit gemäß Fig. 1 mit fünf Leuchttasten und Mikroschaltergruppen zur Funktionsfestlegung der Leuchtlasten;

F i g. 3 schemalisch eine von der in F i g. I dargestellten Steuereinheit steuerbare und überwachbare Klimaanlage, welche aus den zu steuernden und zu überwachenden Antrieben besteht, einschließlich der Verriegelungskriterien: Brandschutzklappen, Frostschutz, Luftstromüberwachung. Motorschutz: und

Fig. 4 schematisch eine über eine Ringleitung gesteuerte und überwachte Klimaanlage; und

F i g. 5 die eingangs erläuterte Schaltung des Standes der Technik.

In Fig. I ist in perspektivischer Ansicht eine Steuereinheit IO dargestellt, die aus einem 19"-Normgehäuse für Europasteckkartenformat besteht, in welches sieben gleichartige Steckkarten 12, eine ist in Fig. 2 perspektivisch in größeren Einzelheiten dargestellt, sowie eine Mikroprozessorkarte 14 eingesteckt sind.

Die Steuereinheit 10 kann. ggf. mit weiteren Steuereinheiten, in üblicher Weise in einem Schaltschrank, nicht dargestellt, untergebracht werden, der ailQorHgm Alt* cnntl nnpli (V*r ΛΊ** Ctoiiarnnn Aar Anlina erforderlichen Elemente enthält, wie Netzeinspeisung. Überwachungsmeßgeräte, Leistungsschütze, Hilfsleistungsschütze, Verriegdungseinrichtungen u. dgl.

Für z. B. die in F i g. 3 dargestellte Klimaanlage würden z. B. zwei Steuerkarten ausreichen, um folgende Geräte der Klimaanlage zu überwachen bzw. zu steuern: Verstellmotor des Filiers 16, Motor des Zuluftventilators 18(z. B. in der Formeines Führungsantriebs), Betätigung der Brandschutzklappe 20, Pumpe des Luftvorerhitzers 22. Motorkompressor des Luftkühlers 24, Frostschutzthermostat 26, Pumpe der Düsenkammer 28 (Wascher). Pumpe des Luftnacherhitzers 30, Luftstromüberwachung 32, Motoren des Umluftventilators 34 und des Abluftventilators 36 (arbeitet z. B. als Folgeantrieb), welche beiden Ventilatoren mit dem zu belüftenden Raum 38 in Verbindung stehen, schließlich eine Brandschutzklappe 40, die hinter dem Umluftventilator, wo die Umluft zur Wärmerückgewinnung zurückgeführt wird, und hinter dem Abluftventilator, aus dem die Fortluft austritt, angeordnet sind.

Des weiteren sind noch (in F i g. 3 nicht im einzelnen dargestellt) Überwachungsstellen für z. B. Druck, Temperatur, Durchströmungsgeschwindigkeit u. dgl. möglich, sofern es sich um 2-Punkt-Signale und nicht um Analogsignale handelt.

Der in F i g. 1 dargestellte Steuerbaustein 10 besteht aus sieben Steckkarten oder Einschüben 12 mit jeweils fünf Leuchtdrucktasten 42, wobei jede einzelne Drucktaste 42 einer bestimmten Funktion zugeordnet ist, die durch eine entsprechende Leuchtbeschriftung auf den einzelnen Drucktasten vermerkt werden kann.

Dieser Vermerk kann beispielsweise durch eine sehr einfach herstellbare Papiereinlage erfolgen, während es bisher üblich war, durch entsprechende Gravuren oder Aufkleber die Steuereinheiten zu beschriften, was sehr aufwendig ist.

Um eine Anpassung an die verschiedenen Steuer- und Überwachungsaufgaben zu ermöglichen, lassen sich die Drucktasten über ein Codiersystem so programmieren, daß die Leuchtdrucktaster 42 entweder nur als

ίο Signallampe, als Einzeldrucktaster oder als Einschaltsignalgeber für bis zu fünf Stufen arbeiten kann. Das Codiersystem kann dabei vorzugsweise aus Gruppen von Miniaturschaltern 44 bestehen, die auf der Platine z. B. aufsteckbar oder auflötbar sind. Die Programmie-

Ii rung kann insbesondere derart erfolgen, daß durch ein einmaliges Niederdrücken einer der fünf Tasten ein Einschaltbefehl gegeben wird, während die Ausschaltung durch nochmaliges Betätigen dieser Taste bewirkt wird. Auf diese Weise könnten z. B. mit Hiife einer Steckkarte bis zu fünf Motore betätigt (eingeschaltet und ausgeschaltet) werden. Sind für einen Motor mehrere Tasten nötig, beispielsweise, wenn dieser verschiedene wählbare Drehzahlen aufweist (beispielsweise Automatik — Drehzahl 1 — Drehzahl 2), kann man den Tasten auch eine gegenseitige Auslösung zuordnen.

In dem in Fig. 1 dargestellten 19"-Rahmen. in dem neben dem Mikroprozessor 14 noch sieben Steuerkarten 12 einsteckbar sind, lassen sich somit bis zu

jo fünfunddreißig Funktionen unterbringen, die entweder Anzeigeeinrichtungen oder Einschalteinrichtungen darstellen. Der achte Steckplatz des Normgehäuses 12 wird, wie bereits erwähnt, durch den Mikroprozessor eingenommen, der vorzugsweise ein sehr preiswerter 1 -Bit-Mikroprozessor ist.

Die Verbindung der einzelnen Steckkarten unterein-

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auf der Rückseite des Trägerrahmens des Bausteins 10, wobei die gedruckte Leiterplatte mit insgesamt z. B.

acht Stecküockeln 46 auf der einen Seite bestückt ist, in die die Kontaktstifte entsprechender Steckstiftleisten 48 der einzelnen Steckkarten eingesteckt werden können, wobei z. B. eine Steckstiftleiste 31 Kontaktstifte aufweist, oder über die bereits erwähnten Flachbandkabei.

Auf der Rückseite der gedruckten Leiterplatte der Steuereinheit 10 befinden sich Stecker für die Querverbindung von mehreren Systemen untereinander sowie zur Verbindung mit weiteren Teilen des Schaltschrankes, beispielsweise Dateneingabe- und D-uenausgabeteil, die sich auf der Montageplatte des Schaltschrankes befinden können. Die Eingabe und die Ausgabe von Daten erfolgt zweckmäßigerweise über Einrichtungen, die eine galvanische Trennung bewirken, wobei insbesondere eine optische Entkopplung mit Hilfe von sogenannten »Optokopplern« zweckmäßig ist. Durch die galvanische Trennung wird verhindert, daß in der zu steuernden und zu überwachenden Anlage auftretende Störimpulse und Brummeinstreuungen in die Elektronik des Steuerbausteins störend einfließen. Aus dem gleichen Grunde ist es zweckmäßig, wenn der Schaltschrank für die Steuerbausteine eine eigene Netzversorgung besitzt, so daß auch hier Fremdspannungen von dem Steuerungssystem ferngehalten werden.

Per in Fig.2 dargestellte Steuerbaustein in Form einer Steckkarte 12 ist mit nicht näher dargestellten elektronischen Schaltungen auf einer Druckplatte 50

versehen, die bei allen Steckkarten identisch sind. Ebenso weisen alle Steckkarten die dargestellten Fünf Leuchttasten auf, wobei die Leuchttasten, wie bereits ausgeführt, je nach Einstellung der Miniaturschaltergruppe 44 unterschiedliche Funktion haben.

Die Steckkartenelektronik umfaßt insbesondere Befehlsspeicher tür Speicherung von eingetasteten Befehlsdaten, so daß vorteilhafterweise statt Arbeits- und Ruhekontaktschaltern (Stand der Technik) die viel einfacheren und betriebssicheren Taster verwendet werden können.

Des weiteren sind »Störungsspeicher« vorhanden, die bei Empfang eines eine Störung anzeigenden Datenimpulses oder bei z. B. Abweichung von Istwerten von den Sollwertbereichen an zugehörige Leuchttasten ein rhythmisches Aufleuchten (Blinken) bewirken und so die Aufmerksamkeit der Bedienung erregen.

Die Funktion der einzelnen Steckkarten, die beispielsweise mehrere integrierte Bausteine aufweisen können, wird von dem I-Bit-Mikroprozessor 14 festgelegt, der nach außen hin ebenfalls die Form einer Steckkarte hat und mit einer Steckstiftleiste 48 in einem Stecksockel 46 eingesteckt ist. wobei die einzelnen Stifte der jeweiligen Stecksockel jeweils zueinander parallelgeschaltet sind, was die Verdrahtung sehr erleichtert. Um trotzdem die Vielzahl der Steuerungsmöglichkeiten ausnutzen zu können, arbeitet der Mikroprozessor in der Weise, daß er die einzelnen Steckkarlen und damit auch die zugehörigen Geräte der Anlage in zv'illicher Aufeinanderfolge steuert bzw. abfragt ('/,elinuiltiplexbetrieb). Zu diesem Zweck besitzt der im libnijen herkömmlich aufgebaute Mikroprozessor einen Taktgeber sowie entsprechende Steuerungs- und Speichereinrichtungen, um die einzelnen Steuerkarten bzw. Außengeräte aufeinanderfolgend abzufragen bzw. zu steuern. Der Mikroprozessor enthält auch eingespeicherte Unterprogramme, um z. B. beim Auftreten einer Abweichung eines Istwertes von einem bestimmten Sollwert Steuerungen vorzunehmen, die ein Warnsignal zum Aufleuchten bringen. Falls die Anlage eine Regeleinrichtung besitzt, könnt? diese von dem Mikroprozessor Schaltbefehle erhalten, durch die ein Zurückführen des Istwertes in den Sollwertbereich veranlaßt wird.

Die soweit beschriebene Anlage kann so ausgeführt werden, daß von einem zentralen Schaltschrank aus Versorgungs- und/oder Datenleitungen zu den einzelnen Anlagenteilen laufen, d. h„ daß ein zentrales System vorliegt.

Ein besonderer Vorzug der erfindungsgeniäßen Steuerungs- und Überwachungseinrichtung besteht jedoch darin, daß die Systemsteuerung auch dezentral mit Hilfe von einer oder auch mehreren Ringleitungen ausgeführt werden kann, wodurch sich eine erhebliche Vereinfachung der Verkabelung ergibt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß nur noch ein kleiner Schaltschrank benötigt wird, dessen Gehäuse serienweise gefertigt werden kann, da keine Anpassung mehr an die einzelnen Anlagenformen erforderlich ist. Um die dezentrale Steuerung zu verwirklichen, ist gemäß der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform der Schaltschrank 52 nur noch mit einer Leistungseinspeisung 54, beispielsweise Drehstrom 3 · 380 V, versehen, die über einen Hauptschalter 56 und Sicherungselementen 58 den Ausgang 60 und den Eingang 62 der Drehstromversorgungsringieitung speist. Außerdem isi im Schaltschrank die erforderliche Anzahl von Steuerbausteinen 10 vorhanden, wobei ein einziger Steuerbaustein 10 bei einer Anlage, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist, ausreichen

v/ürde.

Die Steuerbausleine 10 sind über eine Datensammelschiene (Datenbus) 64 mit den einzelnen Anlagenteilen 66 bis 74 verbunden, wobei ein Teil dieser Anlagenteile, nämlich die motorbetriebenen Geräte 66 außerdem jeweils mit der Drehstromversorgungsringleitung 76 verbunden sind. Die Anlagenteile 68 bis 74 sind dagegen an der Drehstromringleitung nicht angeschlossen, da es sich hier um im wesentlichen passive Überwachungselemente handelt, wie beispielsweise um einen Thermostaten 68, einen Endstellungsschaltcr 70, einen Differenzdruckschalter 72 und einen Druckschalter 74. alles Meßorgane mit Zweipunktcharakteristik. Der Schaltschrank enthält neben den Steuerbausteinen 10 ggf. noch Schaltschrankeinbaumeßgeräte und Regelanlagen, die hier jedoch nicht näher interessieren. Die einzeln:η Verbraucher 66. die an der Drehstromringleitung 76 angeschlossen sind, weisen ein Gehäuse 78 auf. das mit den erforderlichen Sicherungen 80, den LeiMurig»chützen 82, den Überstromauslöser 84 und einen Speicher 86 für den Einschaltbefehl enthält. Dieser Speicher 86 ist deshalb erforderlich, weil der Mikroprozessor nicht dauernd mit allen Geräten 66 in Verbindung steht, sondern diese aufeinanderfolgend abtasten. Auf diese Weise wird vermieden, daß für jedes Anlagenteil eine eigene Datenleitung erforderlich wird.

Neben den Einschaltinformationen führt die parallel zur Leistungsringleitung verlegte Datenbus auch die Ausschaltinformationen der Geräte 66. Eine Betriebszustandsmeldelampe 88 sowie ein Steuerschalter 90 können ebenfalls in dem Gehäuse 78 untergebracht sein, um jeweils im Feld eine zusätzliche Steuerung und Überwachung des einzelnen Gerätes vornehmen zu können.

Neben den Ein- und Ausschaltinformationen bezüglich der vier Motore 92 enthaltenden Geräte 66 führt die Daicrisar^rrielschieno 64 noch die informationen /u den Steuerbausteinen 10. die von den Sensoren (z. B. Thermostat 68. Druckdifferenzschalter 72. Druckschalter 74) und von den Zustandsmeldeeinrichtungen der Feuerschutzklappen sowie der Schalt; ;stände der Zweipunktthermostaten und Sicherheitseinrichtungen (Endschalter 70) übermittelt werden.

Die Anlage arbeitet in der Weise, daß beispielsweise der Mikroprozessor eines Steuerbausteins 10 aufeinanderfolgend mit den einzelnen Anlagenteilen 66 bis 74 Kontakt aufnimmt und entweder Befehle in die Befehlsspeicher 86 einspeichert und/oder Betriebszustandsinformationcn aus einem ebenfalls in den Gehäusen 66 enthaltenen Betriebszustandsspeicher 94 oder aus entsprechenden Speichern 96, 98 der Sensoreinrichtungen 68 und Endschaltereinrichtungen 70 abfragt und dann mit im Mikroprozessor gespeicherten Sollwerten vergleicht. Liegt der abgefragte Istwert im Sollwertbereich, geht der Mikroprozessor anschließend zur nächsten Anlageneinheit über. Weicht der Istwert vom Soliwert oder Sollwertbereich ab. veranlaßt der Mikroprozessor eine bestimmte gespeicherte Steuerungsfolge, um beispielsweise eine Warnanlage in Betrieb zu setzen, eine Anlage vom Netz abzutrennen, eine Feuerschutzklappe zu öffnen oder zu schließen oder sonstige Maßnahmen zu ergreifen, die die Bedienung zum Handeln veranlassen oder die selbsttätig die Störung beseitigen.

Der Mikroprozessor !aßt sich im Feld mit verhältnismäßig einfachen Mitteln fest programmieren, ohne daß zum Zwecke der Programmänderung oder Programmeinstellung irgendwelche Verdrahtungen geändert oder

überhaupt erst angebracht werden müßten. Fällt ein Bauteil aus, beispielsweise eine Steckkarte im Steuerbaustein 10, läßt sich diese durch eine entsprechende Steckkarte aus einem Vorrat von einander identischen Ersaizsieckkarten ersetzen, ohne daÜ dazu diese Steckkarte an die entsprechende Anlage angepaßt werden müßte — abgesehen von der Einstellung der Mikroschalter —, da die Funktionssteuerung vom Mikroprozessor erfolgt. Auf diese Weise ist die Lagerhaltung außerordentlich verbilligt, da nicht für jede einzelne unterschiedliche Steckkarte, wie es beim Stand der Technik der Fall ist, ein oder mehrere Ersatzsteckkarten vorhanden sein müssen, was bei größeren Anlagen zu ganz erheblichen Investitionsaufwendungen führen würde. Zudem wird durch die Möglichkeit, die einzelnen Geräte der Anlage über eine gemeinsame Ringleitung miteinander zu verbinden, der Verkabelungsaufwand und damit die Planurigs- und Verdrahtungsaufwendungen ganz erheblich vereinfacht und damit auch die Erstellung der Anlage gegenüber dem Stand der Technik erheblich verbilligt. Insbesondere die Schaltschränke brauchen nicht mehr an die einzelnen Anlagen angepaßt zu werJen, vielmehr können in Serie herstellbare Normschaltschränke verwendet werden, da die individuelle Steuerung der Anlagenteile dezentral erfolgt.

Die vorliegende Erfindung schafft also zum einen eine

in Steuerungs- und Überwachungseinrichtung mit einem Mikroprozessor mit kombinierter und integrierter Bedienungs- und Anzeigenheit von hoher Vielseitigkeit, die zum einen durch ihre äußere Form große Kosteneinsparungen ergibt, zum anderen durch den

ι '> Steuerungsmodus den Übergang vom zentralen, knbclaufwendigen zum dezentralen kabelsparenden Betrieb ermöglicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (25)

Patentansprüche:

1. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch betriebene Anlage, wobei die Geräte über eine gemeinsame stern- oder ringförmig angeordnete Datenleitung mit einer Steuereinheit verbunden sind, und jedem Gerät eine eine Adressen- und eine Adressierungseinrichtung aufweisende Datenschnittstelle zugeordnet ist, die bei Adressierung durch die Zentraleinheit für das Gerät bestimmte Daten der Zentraleinheit aufnehmen und speichern und/oder von dem Gerät gelieferte, gespeicherte Daten an die Zentraleinheit abgeben kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräte (66—77) dezentral angeordnet sind und die Zentraleinheit (10) mehrere, jeweils mit mehreren Leuchtdrucktasten (42) versehene und in einem Gehäuse einsteckbare Steckkarten (12) umfaßt, daü die Steckkarten (12) identischen Aufbau besitzen und mit ihren Steckanschiüssen (46, 48) parallel miteinander verbunden sind, und daß die Funktion der Leuchtdrucktasten (42) durch auf der Steckkarte (50) befindliche Codierschalter (44) oder durch einen mit den Steckkarten (12) in Verbindung stehenden Mikroprozessor (14) festlegb.'r ist.

2. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Geräte (66—74) zusammen mit ihrer zugehörigen Datenschnittstelle (86, 94, 96, 98) von der eine Schalt- und Anzeigetafel (Fig. 1) bildenden Zentraleinheit (10) sowie auch "oneinander räumlich entfernt angeordnet sind.

3. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckkarten (12) jeweils mehrere, vorzugsweise fünf Leuchttasten (42) aufweisen.

4. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 — 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Steckgehäuse ein Europaformat-Gehäuse darstellt und sieben Steckkarten (12) aufnehmen kann.

5. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche I —4. dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (14) auf einer Steckkarte untergebracht ist, die den gleichen äußeren Aufbau wie die übrigen Steckkarten (12) aufweist und zusammen mit diesen in ein Steckgehäuse einsteckbar ist.

6. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—5. dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdrucktasten (12) durch einlegbare Beschriftungen kennzeichenbar sind.

7. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—6. dadurch gekennzeichnet, daß sie von der elektrisch betriebenen Anlage (66—74) durch Optokoppler galvanisch getrennt ist.

8. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, gekennzeichnet durch Anwendung bei einer Klimaanlage.

9. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, gekennzeichnet durch Anwendung bei einer Lüftungsanlage.

10. Steuerungs- und Überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1—7. gekennzeichnet durch Anwendung bei einer Heizungsanlage.

Die Erfindung betrifft eine Steuerungs- und Überwachungseinrichtung für eine aus mehreren Geräten bestehende elektrisch betriebene Anlage, wobei die Geräte über eine gemeinsame stern- oder ringförmig angeordnete Datenleitung mit einer Steuereinheit verbunden sind, und jedem Gerät eine eine Adressen- und Adressierungseinrichtung aufweisende Datenschnittstelle zugeordnet ist, die bei Adressierung durch die Zentraleinheit für das Gerät bestimmte Daten der

ίο Zentraleinheit aufnehmen und speichern und/oder vom Gerät gelieferte, gespeicherte Daten an die Zentraleinheit abgeben kann.

Eine derartige Steuerungs- und Überwachungseinrichtung ist aus der AT-FS 2 88 533 bereits bekannt.

Die aus dieser bekannten Einrichtung zur Steuerung und Überwachung einer aus mehreren Geräten bestehenden elektrisch betriebenen Anlage weist Geräte (Motor M, Meldeeinschübe 21, 23; Endschalter 25; Ein-Taste 27; Aus-Taste 29, siehe F i g. 5) auf. die

>o über eine gemeinsame stern- oder ringförmige Datenleitung 17 mit einer Steuereinheit 19 verbunden sind, und jedem Gerät (siehe auch den Schützeneinschub 15, außerdem die Geräte 23, 27, 29, 25, 21) eine Datenschnittstelle (dort mit »Sender« bzw. »Empfangs ger« bezeichnet und in der F i g. 5 mit den Blockbezeichnungen A, B, C. D. E aufgeführt) zugeordnet ist, die bei Adressierung durctidie Zentraleinheit 19 für das Gerät bestimmte Daten der Zentraleinheit 19 aufnehmen und speichern und/oder von dem Gerät gelieferte und

jo gespeicherte Daten an die Zentraleinheit 19 abgeben kann. Die Datenschnittstellen enthalten Adressierungseinrichtungen, die mit den Kleinbuchstaben a, b. c. d. e in Fig.5 bezeichnet sind. Die Datenschnittstellen umfassen Verknüpfungseinrichtungen für digitale Signale, die

r> über die Datenleitung geliefert werden. Die Zentraleinheit 19 erzeugt in zyklischer Folge die Signale für die verschiedenen Adressen A bis E, wobei die Adressensignale codierte Impulsfolgen sein können.

Von der Steuerung der Zentraleinheit 19 werden die

4(i einzelnen Geräte zyklisch adressiert und dadurch erreicht, daß sendende Geräte ihre Signale an die Datenleitung abgeben und gleichzeitig adressierte (also gleiche Adresse aufweisende) Empfangsgeräte zu diesem Zeitpunkt die von den Sendern abgegebenen

v> Signale aufnehmen.

Die Zentraleinheit stellt somit an sich nur einen zyklischen Taktgeber zur Erzeugung von Adressensignalen dar. um zu ermöglichen, daß nacheinander Adressensignale A. B. C, usw. erzeugt werden und die

>() jeweils angesprochenen, die Adressen A. B oder C aufweisenden Datenschnittstellen über die Datenleitung ^rür eine kurze Zeit selektiv miteinander verbunden werden.

In der AT-PS 3 02 466 wird eine Weiterentwicklung des Gegenstandes der AT-PS 2 88 533 beschrieben.

Wie der AT-PS 2 88 533 (und in größeren Einzelheiten der AT-PS 3 02 466) zu entnehmen ist. stellen die »Geräte« Tasten unterschiedlicher Funktion (Ein-Tasie 27, Aus-Taste 29). Endschalter

25. Meldeeinrichtungen

ίο mit einem Horn (Bezugszahl 21) oder einer Lampe (Bezugszahl 23) dar. wie auch Schützeneinschübe mit Schützen unterschiedlicher Konstruktion, so beispielsweise einen Einschub mit Schützen einer ersten Konstruktion und Schützen einer zweiten Konstruktion.

ν") Hinsichtlich dieser Teile fehlt es also an einer Vereinheitlichung. Vielmehr sind Tasiaiuren ganz unterschiedlicher mechanischer Konstruktion notwendig, wie beispielsweise die beiden Blöcke 29 und 27