DE102011120954A1

DE102011120954A1 - Multifunktionales Eingangs/Ausgangs-Modul

Info

Publication number: DE102011120954A1
Application number: DE201110120954
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Hudetz
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013087302A1

Abstract

Schaltungseinrichtung eines E/A-Moduls (50) für eine speicherprogrammierbare Steuerung, umfassend einen E/A-Anschluss (6), eine Steuereinrichtung (4), eine Eingangseinrichtung (3) und eine Ausgangeinrichtung (2) und/oder eine Treibereinrichtung (1). Ein Signaleingang der Eingangseinrichtung (3) und ein Signalausgang der Ausgangseinrichtung (2) und/oder ein Signalausgang der Treibereinrichtung (1) sind mit dem E/A-Anschuss (6) verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Eingangs/Ausgangs-Modul für ein Steuerungssystem mit einem multifunktionalen Eingangs/Ausgangsanschluss.
Zur Steuerung von Anlagen und Prozessen werden in der Automatisierungstechnik oftmals speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) eingesetzt, die je nach Anwendung unter anderem eine unterschiedliche Anzahl von digitalen Ein- und Ausgängen besitzen. Die digitalen Ein- und Ausgänge können z. B. von digitalen Eingangs/Ausgangs-Modulen bereitgestellt werden, die nachfolgend auch als E/A-Module bezeichnet werden, Die E/A-Module können zum Beispiel modulartig in Form einer sog, SPS-Scheibe zu einem Grundgerät einer SPS hinzugefügt werden und umfassen eine Anzahl von Anschlussklemmen. Die Elektronik der E/A-Module stellt eine Schnittstelle zur SPS bereit und besitzt eine Anzahl von digitalen Ein- und Ausgangseinrichtungen, die mit einer Anschlussklemme des Moduls fest verbunden sind. Die Anzahl der Anschlüsse an einem Modulgehäuse ist insbesondere durch die geometrische Form einer modularen SPS-Scheibe begrenzt. Die Funkton der jeweiligen Anschlussklemme, d. h. der Anschlusstyp ist durch die interne Verdrahtung mit einer Eingangseinrichtung oder Ausgangseinrichtung vorgegeben.
Oftmals werden von einem Anschlusstyp mehr Anschlüsse benötigt, als auf einer SPS-Scheibe vorhanden sind, während von dem jeweils anderen Anschlusstyp nicht alle vorhandenen Anschlüsse benötigt werden. Somit werden zusätzliche E/A-Module benötigt, obwohl die Kapazität der Anschlussklemmen nicht vollständig erschöpft ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Kapazität der Anschlussklemmen effizienter nutzen zu können und die Anzahl der notwenigen E/A-Module zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungseinrichtung eines E/A-Moduls für eine speicherprogrammierbare Steuerung gemäß Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 gelost. Bevorzugte Ausführungen sind Gegenstand der unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung umfasst einen E/A-Anschluss, eine Steuereinrichtung, eine Eingangseinrichtung und eine Ausgangeinrichtung und/oder eine Treibereinrichtung. Ein Signaleingang der Eingangseinrichtung ist zusammen mit einem jeweiligen Signalausgang der Ausgangseinrichtung und/oder einem Signalausgang der Treibereinrichtung mit dem E/A-Anschluss verbunden.
Die erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung stellt ein E/A-Modul bereit, das mit nur einer Anschlussklemme wenigsten zwei Funktionen bereitstellt, nämlich einen digitalen Eingang und wenigstens einen digitalen Ausgang bzw. einen Lastausgang. Grundsätzlich können auch drei der genanten Funktionen parallel an dem E/A-Anschluss bereitgestellt werden.
Bevorzugter Weise ist der E/A-Anschluss somit als digitaler Signaleingang und/oder als digitaler Signalausgang und/oder als Lastausgang konfigurierbar. Die Konfiguration kann über eine Programmierung der Steuereinrichtung erfolgen, Zwischen dem Signalausgang einer Treibereinrichtung und dem E/A-Anschluss kann vorzugsweise eine erste Diode angeordnet sein ebenso kann zwischen dem Signalausgang einer Ausgangseinrichtung und dem E/A-Anschluss eine zweite Diode angeordnet sein.
Die Treibereinrichtung kann bevorzugt dazu ausgebildet sein, einen Strom von bis zu 500 mA bereitzustellen, so dass eine angeschlossene elektrische Last direkt aus dem E/A-Modul versorgt werden kann.
Die Ausgangseinrichtung kann ausgebildet sein, an einem als digitalen Signaleingang konfigurierten E/A-Anschluss einen HIGH-Pegel bereitzustellen. Der als digitaler Signaleingang konfigurierte E/A-Anschluss kann somit auch in einem Aktiv LOW-Modus betrieben werden, wobei mit einem Signalgeber das Signal am E/A-Anschluss auf Masse gezogen werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme der einzigen beigefügten Zeichnung detaillierter beschrieben. Die Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen E/A-Moduls mit einem multifunktionalen Eingangs/Ausgangsanschluss.
In der 1 sind die für die Erfindung wesentlichen elektronischen Komponenten eines erfindungsgemäßen E/A-Moduls 50 in einem Blockschaltbild zusammengefasst dargestellt. Die gezeigte E/A-Elektronik kann zum Beispiel in einem separaten Gehäuse einer SPS-Scheibe oder direkt in einer SPS untergebracht sein.
Die Schaltung umfasst einen Mikrocontroller 4, der über einen BUS 40 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten übergeordneten SPS verbunden ist oder werden kann. Das E/A-Modul stellt zumindest einen bidirektionalen E/A-Anschluss 6 und einen Bezugspotentialanschluss 7 sowie gegebenenfalls einen Versorgungsspannungsanschluss 5 bereit. Je nach Anwendung kann eine Last, ein Schaltaktor oder ein Sensor an dem E/A-Modul angeschlossen und betrieben werden.
Die Schaltung besitzt eine Treibereinrichtung 1, eine digitale Ausgangsschaltung 2 sowie eine digitale Eingangschaltung 3.
Die Treibereinrichtung 1 ist dazu ausgebildet, eine Last mit einer Ausgangspannung, insbesondere von 24 V, und einem maximalen Strom, insbesondere von 500 mA, zu versorgen. An dem Ausgang 8 der Treibereinrichtung kann somit ein digitaler Lastausgang bereitgestellt werden, der über ein digitales Steuersignal ansteuerbar ist, Eine Ansteuerung erfolgt über einen ersten Port P1 durch den Mikrocontroller 4, der über den BUS 40 mit einer CPU einer speicherprogrammierbaren Steuerung kommuniziert bzw. kommunizieren kann und entsprechende Ein- bzw. Ausschaltbefehle erhält, Des Weiteren wird die Treibereinrichtung 1 über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Versorgungseinrichtung mit einer Spannung, insbesondere mit einer Spannung von 24 V, versorgt.
Ein zweiter Port P2 des Mikrocontrollers 4 ist mit einer digitalen Ausgangseinrichtung 2 verbunden, die an ihrem Ausgang 9 eine schaltbare digitale Ausgangsspannung für eine Schaltausgangsfunktion bereitstellt. Mit der digitalen Ausgangseinrichtung kann beispielsweise ein potentialfreier Öffner-/Schließerkontakt angesteuert werden, der maximale Ausgangsstrom ist beispielsweise auf 10 mA begrenzt.
Die dargestellte Schaltung umfasst weiterhin eine digitale Eingangseinrichtung 3 mit einem Signaleingang 10, an dem ein digitales Eingangssignal angelegt werden kann. Die Eingangseinrichtung 3 besitzt z. B. eine Schwellwerterkennung, mit der eine definierter Spannungspegel festgestellt werden kann, so dass an dem Signaleingang 10 ein HIGH-Pegel und/oder ein LOW-Pegel eines Eingangssignals erkannt werden kann. Ein Signalausgang ist mit dem Port P3 des Mikrocontrollers 4 verbunden, so dass ein am Signaleingang 10 erkannter Pegel zur weiteren Verarbeitung an den Mikrocontroller 4 übertragen werden kann. Der Mikrocontroller 4 signalisiert das an seinem Port P3 anliegende Signal über den BUS 40 an die CPU der speicherprogrammierbaren Steuerung.
Der schaltungstechnische Aufbau der Treibereinrichtung 1, der digitalen Ausgangseinrichtung 2 sowie der digitalen Eingangseinrichtung 3 entspricht im Wesentlichen einem Aufbau, wie sie in bekannten E/A-Modulen Verwendung finden.
Bei bekannten E/A-Modulen ist jeder Treibereinrichtung, Eingangseinrichtung bzw. Ausgangseinrichtung jeweils ein separater Ausgangsanschluss zugeordnet, an dem jeweils die entsprechenden digitalen Aktoren oder Sensoren anschließbar sind. Im Gegensatz hierzu werden bei dem dargestellten E/A-Modul die Ausgänge 8 und 9 und der Eingang 10 auf einen gemeinsamen E/A-Anschluss 6 zusammengelegt.
Da der E/A-Anschluss 6 an einem einzigen physikalischen Kontakt drei verschiedene Funktionen bereitstellt, ist eine Umschaltung für eine jeweilige Anwendung als Last- oder Schaltausgang bzw. als digitaler Eingang erforderlich, Die Umschaltung wird durch den Mikrocontroller 4 gewährleistet, wobei eine jeweilige Funktion in dem Programm einer übergeordneten SPS ausgewählt wird und über den BUS 40 im Mikrocontroller 4 eingestellt wird. Des Weiteren ist zwischen dem Ausgang 8 der Treibereinrichtung 1 und dem E/A-Anschluss 6 sowie zwischen dem Ausgang 9 und dem E/A-Anschluss 6 jeweils eine Diode D1 bzw. D2 angeordnet, mit dem der jeweilige Ausgang entkoppelt wird.
Eine Last oder ein schaltbarer Aktor wird jeweils zwischen dem E/A-Anschluss 6 und dem Bezugspotentialanschluss 7 angeschlossen und betrieben, wobei der E/A-Anschluss 6 in diesem Fall von der SPS als schaltbarer Ausgangsspannungsanschluss konfiguriert ist. In Abhängigkeit eines logischen Signals, das über den BUS 40 von der nicht dargestellten SPS an den Mikrocontroller 4 gesendet wird, kann ein jeweiliges Ausgangssignal über den E/A-Anschluss 6 ausgegeben werden.
Ein Sensor kann zwischen dem Versorgungsspannungsanschluss 5 und dem E/A-Anschluss 6 oder zwischen dem E/A-Anschluss 6 und dem Bezugspotentialanschluss 7 angeschlossen werden. In Abhängigkeit von der Anschlussart kann der E/A-Anschluss 6 in diesem Fall von der SPS als ein Signaleingang im Aktiv-HIGH-Modus oder als ein Signaleingang im Aktiv-LOW-Modus konfiguriert werden.
Im Aktiv-HIGH-Modus liegt das Potential am E/A-Anschluss 6 auf dem LOW-Pegel, der vorzugsweise dem Bezugspotential GND entspricht, Bei aktiviertem Sensor wird ein HIGH-Pegel, der vorzugsweise dem Betriebsspannungspotential UB entspricht, von dem Sensor auf den E/A-Anschluss 6 ausgegeben.
Im Aktiv-LOW-Modus liegt das Potential am E/A-Anschluss 6 auf dem HIGH-Pegel, der zum Beispiel von der aktivierten Ausgangseinrichtung 2 bereitgestellt werden kann. Ein aktivierter Sensor, der zwischen dem E/A-Anschluss 6 und dem Bezugspotentialanschluss 7 angeschlossen ist, zieht das Signal E/A-Anschluss 6 auf Bezugspotential GND, das dem LOW-Pegel entspricht.
Ferner kann ein am E/A-Anschluss 6 jeweilig anliegender Pegel von der Eingangseinrichtung 3 erkannt und über den Port P3 an den Mikrocontroller 4 signalisiert werden, der den Zustand über den BUS 40 an die überlagerte SPS überträgt,

Claims

Schaltungseinrichtung eines E/A-Moduls (50) für eine speicherprogrammierbare Steuerung, umfassend einen E/A-Anschluss (6), eine Steuereinrichtung (4), eine Eingangseinrichtung (3) und eine Ausgangeinrichtung (2) und/oder eine Treibereinrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Signaleingang der Eingangseinrichtung (3) und ein Signalausgang der Ausgangseinrichtung (2) und/oder ein Signalausgang der Treibereinrichtung (1) mit dem E/A-Anschluss (6) verbunden ist,
Schaltungseinrichtung gemäß verstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der E/A-Anschluss (6) als digitaler Signaleingang und/oder als digitaler Signalausgang und/oder als Lastausgang konfigurierbar ist,
Schaltungseinrichtung gemäß vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Signalausgang der Treibereinrichtung (1) und dem E/A-Anschluss (6) eine erste Diode (D1) angeordnet ist.
Schaltungseinrichtung gemäß vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Signalausgang der Ausgangseinrichtung (2) und dem E/A-Anschluss (6) eine zweite Diode (D2) angeordnet ist.
Schaltungseinrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinrichtung (1) ausgebildet ist, einen Strom von bis zu 500 mA bereitzustellen.
Schaltungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangseinrichtung (3) ausgebildet ist, an einem als digitalen Signaleingang konfigurierten E/A-Anschluss (6) einen HIGH-Pegel bereitzustellen.