DD152644A1 - Schaltungsanordnung fuer einen rechnerprogrammierbaren impulszaehler-modul - Google Patents

Abstract

Die Schaltungsanordnung dient der Realisierung eines variabel nutzbaren Zaehlermoduls fuer rechnergesteuerte Messwerterfassungs- u.verarbeitungsanlagen, dessen Arbeitsweise vom Betreiber des Systems mit Hilfe des Rechnerprogramms bestimmt und waehrend des Betriebs geaendert und der als Summenzaehler, Zeitmesser, Zeitimpulsgeber oder Frequenz- bzw.Impulsratenmesser eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck werden die Zaehleingaenge eines mehrkanaligen Zaehlers ueber eine Funktionssteuerung, deren Zustand von einem Funktionsregister und einem Zeitgeberspeicher beeinflusst wird, an eine oder mehrere (maximal 4) verschiedene Impulsquellen oder die Uebertragungsausgaenge eines anderen Zaehlerkanals angeschlossen. Zur Organisation interner Ablaeufe besitzt der Modul eine Steuerung, die ausserdem in Verbindung mit einem Adressdecoder und einem bidirektionalen Bustreiber den Datenaustausch mit einer Zentrale, an die sie ueber ein Rechner-Bus-System angeschlossen ist, ausgeloest und ueberwacht. Messwerterfassungsanlagen.

Description

Schaltungsanordnung für einen rechnerprogrammierbaren Impulszähler -Modul

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die'Erfindung betrifft die Schaltungsanordnung eines rechnerprogrammierbaren Zähler-Moduls einer Meßwerterfassungsanlage, dessen Funktion vom Anwender des Systems mit Hilfe des Eechnerprogramras bestimmt wird und in Abhängigkeit von veränderlichen' Prozeß- oder Systembedingungen variiert werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Meßwerterfassungsanlagen, die mehrere verschiedenartige Zählerfunktionen realisieren, verfügen zu diesem Zweck sowie zur Anpassung an spezifische Prozeß- oder Systembedingungen häufig über mehrere Typen von Modulen, auf denen Zähler unterschiedlicher Anzahl, Kapazität und Funktion (z. B. als Summen- und Differenszähler, Vorwärts-Eückwärts-Zähler oder Vorwahlzähler, in Verbindung mit einem Zeitnormal auch als Zeitgeber, Zeitimpulsgeber, Frequenz- oder Zeitmesser) untergebracht sind. Eine solche Anlage /"Prozeßrechner 310 Systenibeschreibung; Firmenschrift SIEMENS_J7 besitzt drei Zählerbaugruppen, mit deren Hilfe Zählerund Zeitgeberfunktionen realisiert werden (Vorwärts-Hüclcwärts-Zähler, Kurzzeitwecker, Zeitimpulsgeber). Bei einem v/eiteren System /~Schtzeit-Peripheriesystem IiS 1010} Firmenschrift VIDS0T0N_7 existieren ebenfalls drei Baugruppen mit den Funktionen 15 Bit-Zähler, 2 χ 15 Bit Zähler sowie 4 χ 16 Bit Zähler (auf 32 Bit kettbar) und Frequenzeingabe;

die Betriebsart dieser Baugruppe wird durch Brücken auf dem Modul programmiert.

Eine andere bekannte Einrichtung /""Kundeninformation Prozeß-Ein- und Ausgabeeinrichtung ursadat 4010; Firmensehrift EAW_7 weist aber durch auf dem Karteneinschub vorzunehmende Verdrahtungs-.programmierung als Vorwärtszähler unterschiedlicher Kapazität, als voreinstellbarer Zähler oder als Vorwärts-Sückwärts-Zähler betrieben werden kann.

Die Produktion mehrerer unterschiedlicher Module für spezielle, aber im wesentlichen ähnliche Zwecke ist für den Hersteller unvorteilhaft. Die Fertigungsserien sind verhältnismäßig klein, und für jeden Modul sind Entwurf und Anfertigung einer Leiterplatte sowie einer umfangreichen. Konstruktionsdokumentation erforderlich. Die Kosten der SySteinentwicklung und der Produktion sind dadurch relativ hoch.

Der Anwender des Systems ist gezwungen, bereits im Stadium der Projektierung detaillierte Aussagen über die Funktion der benötigten Module zu machen. Spätere Änderungen sind schwierig, nach Installation der Anlage sind sie mit hohen Kosten verbunden.

Die Entwicklung und Produktion eines Moduls, der für unterschiedliche Zwecke vom Hersteller festverdrahtet programmiert wird, kann demgegenüber ökonomischer gestaltet werden. Die Systemkosten sind geringer als bei der Produktion mehrerer Module. Allerdings verbieten die Hersteller solcher Systeme dem Betreiber normalerweise den Eingriff in die Modulverdrahtung. Die Vorteile der Programmierbarkeit können deshalb vom Anwender nicht genutzt werden.

Eine zeitlich gestaffelte Mehrfachausnutzung eines Zählkanals für unterschiedliche Aufgaben ist mit bekannten Systemen in Betrieb nicht durchführbar. Derartige Probleme können nur mit erhöhtem Aufwand gelöst werden.

Ziel'der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein universell einsatzbarer Zählermodul, der in verschiedenen Konfigurationen verwendet und dessen Funktion in Betrieb variablen Prozeß- oder Systemgrößen angepaßt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Zählerbaugruppen bekannter Meßwerterfassungssysteme sind entweder auf eine bestimmte Funktion zugeschnitten oder werden bei der · Produktion vom Hersteller für einen von mehreren Verwendungszwekken programmiert. Spätere Änderungen sind entweder nicht möglich, oder sie werden vom Produsenten nicht zugelassen. Unter speziellen System- oder Prozeßbedingungen sind jedoch Punktionsänderungen, auch und besonders bei laufendem Betrieb der Anlage, wünschenswert und vorteilhaft.

-Aufgabe der Erfindung ist eine einfache Schaltungsanordnung für einen der Realisierung unterschiedlicher Zähler- und Zeitgeberfunktionen dienenden Modul einer Meßwerterfassungsanlage, dessen Programmierung für einen speziellen Verwendungszweck vom Anwender vorgenommen wird und in Betrieb veränderbar ist. Dieser Modul ist mit seiner zentraleseitigen Schnittstelle an ein Rechner-Bus-System angeschlossen, über das er mit einem Digitalrechner oder Mikroprozessor in Verbindung steht. Mit dem Bussystem sind der Adreßdekoder, die Modulsteuerung und der ein Datenwort parallel übertragende bidirektionale Bustreiber des Moduls verbunden. Die Modulsteuerung dient der Verknüpfung und Aufbereitung von Adreß- und Steuersignalen, die·sie vom Sechner-Bus-System und vom Adreßdekoder empfängt und einem mehrkanaligen Zähler und einem Funktionsregister zur Verfügung stellt. Außerdem liefert sie Steuersignale für den Adreßdekoder, den bidirektionalen Bustreiber und einen Zeitgeberspeicher. Der bidirektionale Bustreiber, der sein Sichtungssignal von der Modulsteuerung empfängt, überträgt Daten vom Rechner-Bus-System zum Punktionsregister und zum Zähler sowie von diesem zum Rechner-Bus-System. Das Punktionsregister speichert die vom Rechner-Bus-System übernommenen Daten und stellt sie der Funktionssteuerung zur Verfügung.

Die Funktionssteuerung schaltet verschiedene Zählsignale, die sie vom Prozeß über eine den Zähleingängen nachfolgende Eingabeschaltung zur Potentialtrennung, Signalanpassung und Störsignalunterdrückung oder vom Rechner-Bus-System entweder direkt oder über

die Modalsteuerung empfängt, in Abhängigkeit vom Zustand des Funktionsregisters und des Zeitgeberspeichers zu den Eingängen des mehrkanäligen Zählers durch. Zur Kettung von zwei oder mehreren Zählkanälen empfängt die Funktionssteuerung die "Überträge der Kanäle des Zählers. Der Zeitgeberspeicher, dessen Zustand über eine Ausgabeschaltung zur Potentialtrennung zum Prozeß ausgegeben wird, ist eingangsseitig mit dem Zähler/sowie der Modul- und der Funktionssteuerung verbunden. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung funktioniert auf die folgende Art und Weise: über das Rechner-Bus-System und den bidirektionalen Bustreiber schreibt die Zentrale mit Hilfe von Adreßdekoder und Modulsteuerung Daten inMas Funktionsregister ein. Diese Daten dienen der eindeutigen Festlegung der Betriebsart der Schaltungsanordnung, indem - vorzugsweise unter Verwendung von Multiplexern oder AND-NOK-Gatteyn - ein Teil der in der Funktionssteuerung vorgesehenen Signalwege freigegeben, ein anderer gesperrt wird.

Nach Auswahl einer Betriebsart wird der mehrkanalige Zähler falls notwendig - mit Hilfe von Adreßdekoder, Funktionssteuerung and bidirektionalem Bustreiber initialisiert. Anschließend ist er in der Lage, die von den angeschlossenen Quellen gelieferten Impulse zu summieren. In Abhängigkeit von der Betriebsart können diese dem Prozeß oder dem Eechner-Bus-System entstammen. Die ZentEale kann die einzelnen Zählkanäle programmiert oder auf Anreiz abfragen. Auf diese Weise lassen sich mit dem Modul Summenzähler unterschiedlicher Anzahl und Kapazität realisieren. Durch Beschaltung eines Zähleingangs mit einem Systemtakt stabiler und bekannter Frequenz und dessen !orung mit einem Prozeßsignal ist eine Zeitmessung durchführbar.

Der Zeitgeberspeicher kann vom Prozeß oder von der Zentrale gesetzt werden. Sein Kücksetzsignal wird von einem als Zeitgeber verwendbaren Teil des mehrkanaligen Zählers erzeugt. Am Ausgang des Zeitgeberspeichers entsteht auf diese Weise ein Impuls definierter Länge, der zum Prozeß' ausgegeben (Zeitimpulsgeberfunktion) oder mit Hilfe der Funktionssteuerung zur zeitabhängigen Erfassung einer von einem angeschlossenen Geber erzeugten Impulsfolge verwendet wird. Aus den dabei gewonnenen Daten kann die Zentale Impulsrate

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oder Frequenz dieses Signals ermitteln. Durch Erweiterung von Punktionsspeicher und Funktionssteuerung lassen sich - falls erforderlich - "beliebige zusätzliche Funktionen realisieren, beispielsweise eine zeitweilige Sperrung von Zählkanälen oder ein programmierter Eingriff der Zentrale in die Impulserfassung, etwa der zeitabhängige Start einer Frequenzmessung.

Neben ihren bereits genannten Vorzügen - anwenderfreundliche Programmierbarkeit sowie Änderung der Funktion in Betrieb zeichnet sich ein nach der Erfindung realisierter Zählermodul durch seinen einfachen und ökonomischen Aufbau aus. Kennzeichnend dafür ist die Übertragung der zur Programmierung erforderlichen Daten von der Zentrale zum Funktionsregister und der vom Zähler erfaßten Meßwerte zur Zentrale auf dem gleichen Signalweg.

Ausführungsbeispiel

Die Wirkungsweise der Erfindung wird anhand der im Bild dargestellten Blockschaltung des Ausführungsbeispiels erläutert. Danach ist die Schaltungsanordnung zur Organisation des Verkehrs mit der Zentrale über das Sechner-Bus-System 1 mit der Modulsteuerung 3 ausgestattet. Die Aufgaben der Modulsteuerung bestehen in der Anpassung der empfangenen und gesendeten Steuer-, Kontroll- und Taktsignale an die elektrischen und logischen Bedingungen des Eechner-Bus-Systems, der Verknüpfung der vom Adreß-Dekoder 2 erkannten Moduladresse mit ausgewählten Steuersignalen, der Verriegelung bzw. Freigabe des Adreß-Dekoders 2 in Abhängigkeit vom Zustand bestimmter Steuersignale sowie der Bereitstellung von Adreß-, Steuer- und Taktsignalen für den mehrkanaligen Zähler 6 und das Funktionsregister 5, des zentralen Eückstellsignals für den Zeitgeberspeicher und eines die Übertragungsrichtung des bidirektionalen Bustreibers 4 bestimmenden Steuersignals. Außerdem wird eine vom stabilen Systemtalct abgeleitete Frequenz der Funktionssteuerung 7 zugeführt.

Die Funktion des Moduls wird durch das Eechnerprogramm festgelegt, das der Zentrale die Daten zur Definition des Funktionsregisters

liefert. Das Funktionsregister besitzt beim Ausführungsbeispiel eine Kapazität von 16 Bit. Die Zentrale beschreibt dieses Register in zwei voneinander unabhängigen Operationen byteweise. Dazu stellt sie die Adresse des zu programmierenden Registerbereiches sowie bestimmte Steuersignale bereit, die zur Organisation des Einschreibens der über das Sechner-Bus-System ausgegebenen Daten in das Funktionsregister 5 und zur Richtungsbestimmung des ein Datenwort von 1 Byte Breite parallel übertragenden bidirektionalen Bustreibers auf Empfang vom Bus dienen. Nach dem Setzen beider Registerbytes ist die Betriebsart des Moduls im funktionsregister gespeichert. Eine Änderung dieser Funktion ist durch weitere Ausgabeoperationen jederzeit möglich. Zentraleltement des Moduls ist der mekrkanalige Zähler 6. Beim Ausfuhrungsbeispiel wird ein Zähler/Zeitgeber-Schaltkreis (CTO) verwendet, der vier Kanäle mit einer maximalen Zählkapazität von 256 Bit besitzt, die von der Zentraleinheit auf beliebige Anfangswerte voreingestellt werden können. Der erste Kanal wird bei. Bedarf als Zeitgeber genutzt, er teilt dann den vom Rechner-Bus-System 1 über die Modulsteuerung 3 angelegten Systemtakt um einen zwischen 1 und 2 programmierbaren Faktor.

Drei Kanäle des CTO besitzen einen Überlaufausgang. Durch Verbindung dieses Ausgangs mit dem Zähleingang eines anderen Kanals kann eine Erweiterung der Zählkapazität vorgenommen v/erden. Der Anschluß der Impulsquellen an die Zänleingänge und die Kettung einer beliebigen Anzahl von Zählkanälen erfolgt über die Funktionssteuerung 7ϊ die zu diesem Zweck über eine Reihe von AHD-NOR- und NAND-Gatterη verfügt. Jedes dieser Gatter besitzt zwei bis vier Eingänge, von denen einer zur Auswertung eines Freigabe-Signals verwendet wird. Die Freigabeeingänge sind mit Ausgängen des Funktionsregisters 5 verbunden. Bin Teil der Gatter· dient der Verknüpfung weiterer Sperr- bzw. Freigabebedingungen, ein anderer der Durchschaltung der Zählsigaale verschiedener Quellen zu den Zähleingängen des GTC in Abhängigkeit vom Inhalt des Funktionsregisters 5· Zählsignale empfängt die Funktionssteuerung von vier mit dem Prozeß verbundenen Bigitaleingängen über voneinander unabhängige Eingabeschaltungen 9, die der Potentialtrennung, Signalanpassung und Störsignalunterdrückung dienen, von der Modul-

steuerung 3j vom Sechner-Bas-System 1 sowie vom Zähler 6 in Form der Überträge dreier Zähllcanäle. In Abhängigkeit vom Inhalt des Punktionsregisters 5 schaltet die Funktionssteuerung 7 bis zu vier dieser Impulsquellen auf die Zähleingänge des CTC durch.

Der Erzeugung von Zeitimpulsen dient der Zeitgeberspeicher 8. Er kann wahlweise von einem Prozeß- oder Bussignal über die Funktionssteuerung 7 gesetzt werden, ebenso durch Veränderung eines Bits des Funktionsregisters 5 als Folge einer Ausgabeoperation der Zentrale. Jeder Speicher-Setzimpuls dient außerdem als Startsignal für 'den als Zeitgeber arbeitenden ersten Kanal des CTG, der dann mit dem als Zähler programmierten zweiten Kanal gekettet ist. Ein Überlauf dieses Zählers setzt den Zeitgeberspeicher zurück. Da die Kanäle des CTC beliebig voreinstellbar sind, kann auf diese Weise am Ausgang des ZeitgeberSpeichers 8 ein Signal variabel definierbarer Länge erzeugt werden, das über die der Potentialtrennung dienende Ausgabeschaltung 10 zum Prozeß übertragen oder zur zeitgesteuerten Impulserfassung in der Funktionssteuerung 7 verwendet wird zu dem Zweck, Zählsignale nur während der Zeit, in der der Zeitgeberspeicher 8 gesetzt ist, auf die Eingänge der beiden verbleibenden Zählkanäle durchzuschalten.

Ein in der dargestellten Weise realisiertes Ausführungsbeispiel ist für die folgenden Punktionen porgrammierbar:

- voreinstellbarer Sumiaenzähler für vier Kanäle mit einer Zählkapazität von 2 Bit mit beliebigen Kettungsmöglichkeiten

op

bis zu einer maximalen Kapazität von 2^J Bit (1 Kanal)

- Zeitmesser, bei dem die Dauer eines Prozeßsignals durch Zählung der Perioden eines modifizierten Systemtakts ermittelt wird

- Zeitimpulsgeber, der einen Impuls porgrammierbarer Dauer zum Prozeß ausgibt und wahlweise durch ein Prozeßsignal, ein Bussignal oder per Programm gestartet werden kann. Bei dieser Funktion stehen darüber hinaus zwei Zählkanäle für Summenzähloperationen (einzeln oder gekettet) zur Verfügung

- Frequenz- bzw. .Zählratenmesser für eine oder zwei Quellen (programmierbar), bei dem das Prozeßsignal nur während der Dauer des vom Zeitgeber erzeugten Impulses zum zugeordneten Zähleinsang

des CTC durchgeschaltet wird und bei dem der Meßvorgang vom Prozeß, durch ein Bussignal oder per Programm ausgelöst werden kann.

Jeder Kanal kann zur Erfassung der eingelaufenen Impulse einzeln von der Zentrale abgefragt werden. Zu diesem Zweck wird eine Eingabeoperation durchgeführt, bei der die Zentrale die entsprechende Kanaladresse ausgibt. Die Datenübertragung erfolgt vom Zähler zum Bus, wozu das Siehtungssignal für den bidirektionalen Bustreiber 4· von der Modulsteuerung 3 gebildet wird. Die Ausnutzung des Datenweges über den bidirektionalen Bustreiber sowohl zur Datenerfassung als auch zur Punktionsprogrammierung des Moduls dient dem Ziel, eine einfache Systemstruktur und einen aufwandsarmen Schaltungsaufbau zu erreichen.

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Claims (1)

1. Srfindungsanspruch

   Schaltungsanordnung für einen rechnergesteuerten Impulszähler- . Modul einer Meßwerterfassungsanlage, der über ein Rechner-Bus-System mit einer Zentrale und über Eingabe- und Ausgabeschaltungen mit dem Prozeß in Verbindung steht, gekennzeichnet dadurch, daß ein mehrkanaliger Zähler (6), der über einen bidirektionalen Bustreiber (Λ) Daten von einer Zentrale über das Keeimer-Bus-System (1; empfangen und zu diesen senden kann, wozu an das ßechner-Bus-System (/I j außerdem ein Adreßdekoder {2) und eine Modulsteuerung Λ3)ι ein- und ausgangsseitig miteinander verbunden, angeschlossen sind, mit 2ahleingängen und Übertragausgängen mit einer Funktionssteuerung CV) verknüpft ist, aie mit üen Ausgängen des Funktionsregisters (5) verbunden ist, welches über den bidirektionalen Bustreiber und das fiechner-Bus-System an die Zentrale angeschlossen ist, daß Ausgänge der Modulsteuerung (3) mit dem Sechner-Bus-System (1), dem mehrkanaligen Zähler (6), dem Funktionsregister (5), dem bidirektionalen Bustreiber (4), der Funktionssteuerung (7) und einem Zeitgeberspeicher (8) verbunden sind, der außerdem eingangsseitig mit dem mehrkanaligen Zähler (6) und ein- und ausgangsseitig mit der Funktionssteuerung (7) verknüpft ist und daß letztere darüber hinaus direkt an das Rechner-Bus-System angeschlossen ist«

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