DE4013815C2 - Steuerschaltung für Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für Maschinen mit wenigstens einer Bedieneinheit und einer Mehrzahl von Sensoren und Aktoren, die gruppenweise an dezentrale Kontaktanordnungen angeschlossen sind, die ihrerseits mit der Bedieneinheit verbun­ den sind, wobei aus einer Mehrzahl von Kontaktanordnungen zusam­ men mit einem Koppelbaustein eine Grundeinheit gebildet wird und der Koppelbaustein ein lokales, intelligentes Bauelement auf­ weist, das über einen Datenbus zwischen der Bedieneinheit und dem Grundbaustein eine Datenübertragung zwischen der Bedienein­ heit und den angeschlossenen Aktoren oder Sensoren organisiert.

Bisherige Steuerungssysteme für Maschinen sind in neuerer Tech­ nik speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS). Diese bestehen im einfachsten Fall aus einer Stromversorgung, einem Rechner (CPU) und einer Eingangs- und Ausgangsebene für die Verbindung zu Schaltgeräten für die Maschinensteuerung. Diese Geräteteile kön­ nen zu einer Einheit zusammengefaßt sein. Die einzelnen Kanäle der Ein- und Ausgangsebene werden vorzugsweise zu bestimmten Gruppen zusammengefaßt, z. B. zweiunddreißig Eingangs- oder Aus­ gangskanäle. Da die Aktoren und Sensoren an vorgegebenen Stellen der Maschine angebracht sein müssen, ergibt sich die Notwendig­ keit von vielen langen Leitungen, wenn die Schaltgeräte in kon­ ventioneller Schaltschranktechnik zentral im Schaltschrank un­ tergebracht werden.

Eine Steuerschaltung der eingangs genannten Art ist beispielsweise durch die VDI-Zeitschrift 1986, Nr. 1/2, Seite 13 und 14 bekannt. Dabei sind die Schaltgeräte dezentral in der Nähe von Sensoren und Aktoren der Maschine unterzubringen und diese Schaltgeräte mit ebenfalls dezentralen Steuerungseinrichtungen zu steuern. Der Anschluß der Sensoren und Aktoren erfolgt über Klemmen von Verbindungsbausteinen. Die dezentralen Steuerungs­ einrichtungen sind über eine serielle Datenleitung mit dem zen­ tralen Rechner verbunden. Bei den dezentralen Steuerungsgeräten werden dabei eine bestimmte Anzahl von Ein- und Ausgangskanälen zusammengefaßt, so daß sich die Anzahl der Verbindungsleitungen zum Schaltschrank deutlich verringert, für jede lokale Aufgaben­ stellung jedoch ist eine neue günstige Kombination von Eingängen und Ausgängen erforderlich.

Bei dem bekannten System werden kom­ plette E/A-Blöcke mit einer spezifischen Elektronik verwendet. Das Hinzufügen von Aktoren und/oder Sensoren erfordert daher eine tiefgreifende Änderung des Steuerungssystems, da der ent­ sprechende E/A-Block geändert werden muß.

Aus der Zeitschrift "Regelungstechnische Praxis und Prozeß Rechentechnik", H. 6, 1973, Seiten 136 bis 143, ist ein sogenanntes CAMAC-System bekannt, bei dem die Prozeßperipherie eines Prozeß­ rechners durch seriell miteinander verbundene Crates gebildet wird. In die Crates sind Module einsetzbar, die für bestimmte Aufgaben vorgesehen sind. Aus dem auf Seite 142 bis 143 be­ schriebenen Anwendungsbeispiel geht hervor, daß die Module zur Durchführung verschiedener Aufgaben ausgebildet sind. Beispiels­ weise ist ein Modul zur Ansteuerung der Schütze und Ventile, ein anderes Modul zur Abfrage der Schalter, ein weiteres Modul zur Digital-Analog-Wandlung für die Sollwertvorgaben usw. vorgese­ hen. Das Problem der Erweiterung des Systems um Aktoren und/oder Sensoren stellt sich daher bei diesem Peripherieaufbau eben­ falls.

Ausgehend von einer sich hieraus ergebenden Problemstellung ist die erfindungsgemäße Steuerschaltung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinheit eine Mehrzahl von gleich aufgebauten Kontaktanordnungen zur Aufnahme unterschiedlicher Aktoren oder Sensoren aufweist und daß die verschiedenen Aktoren oder Sensoren mit jeweils einer Kontaktanordnung durch ein auf die Kontaktanordnung aufsteckbares Einzelmodul verbunden sind, das eine zur Verbindung des Aktors oder Sensors mit dem Koppelbaustein geeignete Schaltung enthält.

Die erfindungsgemäße Steuerschaltung ist dezentral ausgebildet, wobei sich in der Maschine dezentrale Grundeinheiten befinden, die jeweils aus einem Koppelbaustein und Kontaktanordnungen be­ stehen, die zur Kontaktierung unterschiedlicher Aktoren und/oder Sensoren gleich ausgebildet sind. Jedem Aktor und/oder Sensor ist ein Einzelmodul zugeordnet, das eine zur Verbindung des Ak­ tors oder Sensors mit dem Koppelbaustein geeignete Schaltung enthält. Die Einzelmodule leiten die sich aus den Aktoren und/oder Sensoren ergebenden Signale an den Koppelbaustein weiter, der mit einem lokalen intelligenten Bauelement für die Übertragung zu dem Bedienterminal bzw. dessen Rechner, vorzugsweise über einen seriellen Datenbus, sorgt.

Die in den Einzelmodulen enthaltene Verschaltung sorgt für eine einheitliche Belegung der Kontakte der Einzelmodule, so daß die vorzugsweise durch Steckerleisten gebildeten Kontaktanordnungen der Grundeinheit alle oder gruppenweise gleich aufgebaut sein können. Die Anzahl der Kontaktanordnungen der Grundeinheit richtet sich nach der Anzahl der angeschlossenen Aktoren und Sensoren. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß auch die Grundeinheit modular aufgebaut sein kann, d. h. daß zusätzliche Kontaktanordnungen ohne weiteres ansteckbar mit den übrigen Kontaktanordnungen und dem Koppelbaustein verbindbar sein können.

Wenn in einer bevorzugten Ausführungsform die Einzelmodule Schnellverbindungsmittel zur Verbindung mit den Kontaktanord­ nungen aufweisen, können sie - unabhängig von der Art des angeschlossenen Aktors bzw. Sensors - ohne besondere Überlegung mit einer Kontaktanordnung verbunden werden. Für verschiedene Aktoren bzw. Sensoren ist daher nicht eine fachmännische Installation erforderlich, da die Aktoren oder Sensoren nur auf die Kontaktleisten aufgesteckt werden müssen. Die Kontaktanord­ nungen können alle gleich oder zumindest in Gruppen gleich aufgebaut sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die Kontaktleisten über spezielle, dafür vorgesehene Kontakte einen lokalen Datenbus. In diesem Fall weisen die einzelnen Module zweckmäßigerweise ein eigenes intelligentes Bauelement auf, das die Schnittstelle zu dem lokalen Datenbus bildet.

Die Erfindung soll mit weiteren bevorzugten Ausführungsformen anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bedien­ terminals mit einem zentralen Rechner sowie dezentrale Steuerungseinheiten in einer Maschine,

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf eine Grundeinheit, be­ stehend aus einem Koppelbaustein und neun Einzel­ modulen,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Einzelmoduls.

In Fig. 1 ist schematisch ein Bedienterminal 1 mit einer Tastatur 2 und einem Monitor 3 dargestellt. An das Bedienterminal 1 ist ein Rechner 4 angeschlossen. Bedienterminal 1 und Rechner 4 weisen jeweils eine Schnittstelle zu einem seriellen Datenbus 5 auf, der eine Datenverbindung zu dezentralen Grundeinheiten 6 in einer Maschine 7 herstellt. An die Grundeinheiten 6 sind (nicht dargestellte) Aktoren und/oder Sensoren angeschlossen, von denen die Sensoren Einstell- oder Zustandsdaten der Maschine feststel­ len und die Aktoren diese Einstell- oder Zustandsdaten der Maschine verändern können.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Grundeinheit 6 in einer Ansicht von oben, also auf die Haupt-Kontaktseite der Grundeinheit 6.

Die Grundeinheit 6 besteht aus einem Koppelbaustein 8 sowie im dargestellten Ausführungsbeispiel aus neun Steckerleisten 8′ als Kontaktanordnungen. Der Koppelbaustein 8 stellt eine Verbindung zu dem seriellen Datenbus 5 über Eingangsklemmen 10 und Ausgangsklemmen 11 her.

Ferner weist der Koppelbaustein 8 Spannungsversorgungsklemmen 12, 13 für 24 V bzw. 5 V auf.

Einzelmodule 9 sind steckbar mit angedeuteten Arretierungsnasen 14 mit der Grundeinheit 8 verbunden und weisen an ihren Unter­ seiten Kontakte 15 auf. Die Kontaktbelegung ist für jedes Einzelmodul 9 gleich, wobei die mit den Sensoren verbundenen Ein­ zelmodule 9 belegte Eingangsklemmen für den Datenbus 5 und die mit den Aktoren verbundenen Einzelmodule 9 Ausgangsklemmen für den Datenbus 5 aufweisen.

Fig. 3 verdeutlicht einen beispielhaften Aufbau eines Einzel­ moduls 9. Es besteht aus einem Gehäuse mit zwei nach unten ragenden Rastnasen 16, mit denen das Einzelmodul 9 steckbar arretierbar ist. Durch die Arretierung kontaktieren die Kontakte 15 mit entsprechenden Kontaktklemmen der Steckerleisten 8′.

Mit den Kontakten 15 ist eine Vorschaltung des Einzelmoduls 9, beispielsweise eine Schaltelektronik, verbunden. Auf der Oberseite des Gehäuses angeordnete Klemmen 18 dienen zur Verbindung des zugeordneten Aktors oder Sensors mit dem Einzel­ modul 9. Die Vorschaltung 17 kann in einfachen Fällen eine bloße Signalverteilung auf die Kontakte 15 bewirken, in anderen Fällen auch Bauelemente, wie Schwellwertschalter, oder auch Prozessoren o. ä. beinhalten.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Aufbau einer dezentra­ len Steuerung mit Hilfe der Einzelmodule 9 und der Grundeinheiten 6 für verschiedene Maschinen 7 in vielfältigster Form möglich ist, ohne daß hierfür Änderungen des Koppelbausteins 8 und der Einzelmodule 9 erforderlich wären. Zum Einsatz können dabei Ein­ zelmodule 9 kommen, die Analogklemmen, Zählerklemmen o. ä. auf­ weisen. Darüberhinaus können die Einzelmodule 9 Eingangs- und Ausgangs- sowie Stromversorgungskontakte, ggfs. für verschiedene Spannungen, aufweisen. Darüberhinaus können die Einzel­ module 9 mit Statusleitungen für Fehlererkennung o.a. versehen sein und untereinander über ausgewählte Kontakte 15 einen lokalen Datenbus bilden. Die Vorschaltung 17 belegt einheitlich, bestimmte Kontakte 15 mit Eingangs- bzw. Ausgangssignalen der Sensoren bzw. Aktoren, so daß die zugehörigen Kontaktklemmen der Steckerleisten 8′ mit entsprechenden Anschlüssen des lokalen intelligenten Bauelementes im Koppelbaustein 8 vorverdrahtet sein können. Das lokale intelligente Bauelement kann ein Prozessor, ein ASIC-Baustein o. ä. sowie eine Kombination solcher Elemente sein.

Die Klemmen 18 der Einzelmodule 9 mit LEDs zur Statusanzeige versehen sein, so daß an der dezentralen Steuerung der jeweilige Status des zugehörigen Sensors/Aktors erkennbar ist. Ferner ist es möglich, die verschiedenen Klemmenarten zu markieren, um im Servicefall erkennen zu können, welcher Art das eingesetzte Einzelmodul 9 ist und ob die betreffenden Klemmen Analog- Zählerklemmen usw. sind.

Claims (7)

1. Steuerschaltung für Maschinen (7) mit wenigstens einer Be­ dieneinheit (1) und einer Mehrzahl von Sensoren und Akto­ ren, die gruppenweise an dezentrale Kontaktanordnungen (8′) angeschlossen sind, die ihrerseits mit der Bedieneinheit (1) verbunden sind, wobei aus einer Mehrzahl von Kontakt­ anordnungen (8′) zusammen mit einem Koppelbaustein (8) eine Grundeinheit (6) gebildet wird und der Koppelbaustein (8) ein lokales, intelligentes Bauelement aufweist, das über einen Datenbus (5) zwischen der Bedieneinheit (1) und dem Grundbaustein (6) eine Datenübertragung zwischen der Be­ dieneinheit (1) und den angeschlossenen Aktoren oder Senso­ ren organisiert,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinheit (6) eine Mehr­ zahl von gleich aufgebauten Kontaktanordnungen (8′) zur Aufnahme unterschiedlicher Aktoren oder Sensoren aufweist und
daß die verschiedenen Aktoren oder Sensoren mit jeweils einer Kontaktanordnung (8′) durch ein auf die Kontaktanord­ nung (8′) aufsteckbares Einzelmodul (9) verbunden sind, das eine zur Verbindung des Aktors oder Sensors mit dem Koppel­ baustein (8) geeignete Schaltung (17) enthält.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmodule (9) Schnellverbindungsmittel (14, 16) zur Verbindung mit den Kontaktanordnungen (8′) der Grund­ einheit (6) aufweisen.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Schnellverbindungsmittel (14, 16) durch Rastmittel gebildet sind.

4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmodule (9) einer Grundein­ heit (6) durch einen lokalen Datenbus miteinander verbunden sind.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lokale Datenbus über die Steckerleiste gebildet ist.

6. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenbus zwischen der Bedieneinheit (1) und der Grundeinheit (6) ein serieller Datenbus (5) ist.

7. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelmodule (9) mit einem Anzeige­ element zur optischen Statusanzeige verbunden sind.