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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten, eine Steuerung für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten sowie einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten.
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Waren- oder Dienstleistungsautomaten sind in einer Vielzahl von Bauformen und Anwendungsgebieten bekannt. Warenautomaten werden beispielsweise dazu eingesetzt, Waren auszugeben, wenn ein Kunde den der Ware entsprechenden Betrag geleistet hat und das Produkt ausgewählt hat. Warenautomaten können beispielsweise Zigarettenautomaten, Getränkeautomaten (auch Heißgetränkeautomaten), Süßwarenautomaten sein. Dienstleistungsautomaten erlauben nach Entrichten des entsprechenden Betrags die Inanspruchnahme einer Dienstleistung, beispielsweise das Spielen eines Spiels. Ein Flipperautomat kann beispielsweise als Dienstleistungsautomat verstanden werden. Ebenso können Glücksspielautomaten als Dienstleistungsautomaten verstanden werden.
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Aus
US 6,000,521 ist ein Waren- oder Dienstleistungsautomat mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (programmable logic controller; PLC) bekannt. Ebenso ist aus
WO 2007/129291 A1 ein Waren- oder Dienstleistungsautomat mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (programmable logic controller; PLC) bekannt. Die Mehrzahl der auf dem Markt befindlichen Waren- oder Dienstleistungsautomaten weisen jedoch keine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) auf. Die Mehrzahl der auf dem Markt befindlichen Waren- oder Dienstleistungsautomaten weisen proprietäre Controller auf. Dies hat unter anderem damit zu tun, dass es auf dem Markt eine Vielzahl von in Waren- oder Dienstleistungsautomaten einsetzbaren Sensoren und Aktoren gibt. Der Betreiber eines Waren- oder Dienstleistungsautomaten wählt für den für ihn zu bauenden Waren- oder Dienstleistungsautomaten die Sensoren und Aktoren aus, die er einsetzen möchte, und lässt sich für die von ihm gewählte Kombination von Sensoren und Aktoren einen proprietären Controller konstruieren.
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Problematisch an den proprietären Controllern ist, dass sie störungsanfällig sind. Erfahrungswerte zeigen, dass ein proprietärer Controller einmal jährlich durch strukturelle Fehler ausfällt. Ferner sind proprietäre Controller in der Regel nicht erweiterbar und nur von Fachpersonal zu programmieren. Häufig ist eine Fehlerdiagnose vor Ort nicht möglich. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind störunanfälliger als proprietäre Controller. Das hat unter anderem damit zu tun, dass SPS in Industriequalität gefertigt werden. Moderne SPS können ferngewartet werden. So können Datenverbindungen zwischen einer SPS und einem Programmiergerät beispielsweise über das Telefon, ein Mobilfunknetz oder über das Internet aufgebaut werden. Damit bietet sich die Möglichkeit, Störungen schneller zu beheben, Anlagenfunktionen zu kontrollieren oder Programmänderungen durchzuführen. Für SPS gibt es zudem entsprechende Anzeigegeräte. So ist von einem einzeiligen Textdisplay bis zu PC-Darstellungen mit Touch-Bildschirm eine umfangreiche Auswahl von Visualisierungsgeräten gegeben. Bei den proprietären Controllern, die derzeit für Waren- oder Dienstleistungsautomaten eingesetzt werden, werden in der Regel Textdisplays mit einer Matrix eingesetzt, bei denen jeder einzelne Matrixpunkt einzeln angesteuert werden muss und deshalb eine eigene Leitung zwischen dem Controller und der Anzeige benötigt. Der Einsatz einer SPS ermöglicht es zudem, Entwicklungskosten zu sparen. Müssen bei der Konstruktion eines proprietären Controllers die einzelnen Verdrahtungen und Schaltungen entwickelt werden, so sind SPS fertig konstruiert erhältlich und müssen für den Einsatz in einem Waren- oder Dienstleistungsautomaten lediglich mit einer entsprechend angepassten Software betrieben werden. Das schließt die Erweiterung um weitere Funktionen ein, bei denen bei einem proprietären Controller ein vollständig neuer proprietärer Controller gebaut werden müsste.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten sowie eine Steuerung für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten und einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten selbst zu schaffen, die es leichter möglich machen, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) in einem Waren- oder Dienstleistungsautomaten einzusetzen.
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Diese Aufgabe wird durch die Baugruppe gemäß Anspruch 1, die Steuerung gemäß Anspruch 7 und den Waren- oder Dienstleistungsautomaten gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hiernach folgenden Beschreibung angegeben.
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Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine Baugruppe für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten zu schaffen, mit der die in der Branche vorhandenen, vielfältigen Sensoren und/oder Aktoren für Waren- oder Dienstleistungsautomaten, die für ihre Kommunikation über Signalleitungen ein Fremdprotokoll einsetzen, an eine steuerprogrammierbare Steuerung angeschlossen werden können. Die wesentliche Aufgabe der Baugruppe ist es, aus einem nach dem Fremdprotokoll kodierten Signal ein nach einem SPS-Protokoll kodiertes Signal zu erzeugen, damit dieses Signal der SPS zugeführt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe weist einen Fremdprotokoll-Eingang für den Anschluss einer Signalleitung eines Sensors und/oder eines Aktors an die Baugruppe auf. An den Anschluss kann eine Signalleitung angeschlossen werden, mit der der Sensor und/oder Aktor der Baugruppe ein nach einem Fremdprotokoll kodiertes Signal übermittelt und/oder von der Baugruppe ein nach dem Fremdprotokoll kodiertes Signal empfangen kann. Der Fremdprotokoll-Eingang ist für den Anschluss der Signalleitung ausgestaltet. Insbesondere bevorzugt ist der Fremdprotokolleingang eine Buchse, in einer bevorzugten Ausführungsform eine Buchse für einen RJ45(Western Stecker)-Stecker. Ebenso ist es jedoch denkbar, als Fremdprotokoll-Eingang eine Klemmleiste zu verwenden, an die ein Draht oder an die eine Gruppe von Drähten angeschlossen werden kann, wobei die Klemmleiste bei dem Anschließen einer Gruppe von Drähten insbesondere bevorzugt eine Mehrzahl von Klemmen aufweist.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe weist einen Ausgang für den Anschluss einer Signalleitung einer speicherprogrammierbaren Steuerung an die Baugruppe auf. Mit der an den Anschluss anschließbaren Signalleitung übermittelt die Baugruppe der SPS ein nach einem SPS-Protokoll kodiertes Signal, bzw. empfängt von der SPS ein nach dem SPS-Protokoll kodiertes Signal. Der Ausgang kann eine Buchse sein, in einer bevorzugten Ausführungsform eine Buchse für einen RJ45-Stecker. Ebenso ist es jedoch denkbar, als Ausgang eine Klemmleiste zu verwenden, an die ein Draht oder an die eine Gruppe von Drähten angeschlossen werden kann, wobei die Klemmenleiste bei dem Anschließen einer Gruppe von Drähten insbesondere bevorzugt eine Mehrzahl von Klemmen aufweist. Insbesondere bevorzugt ist der Ausgang so ausgebildet, dass er an ein Bussystem einer SPS angeschlossen werden kann.
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In der Mikrocontroller Technologie gibt es im Wesentlichen zwei Arten zu kommunizieren. Zum einen seriell, zum anderen parallel. Bei den bekannten SPS werden Daten zwischen den Komponenten einer SPS (zwischen der zentralen Recheneinheit und den angegliederten Baugruppen) üblicherweise via serieller Schnittstelle übertragen.
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Bei der seriellen Datenübertragung werden digitale Daten bitweise hintereinander übertragen. Im Gegensatz hierzu werden bei der parallelen Datenübertragung mehrere Bits auf einmal (d. h. gleichzeitig) übertragen, wobei die Bit- und Bytereihenfolgen beim Empfänger dieselbe sein muss wie beim Sender. Für die serielle Übertragung sind verschiedene serielle Schnittstellen normiert.
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Bei seriellen Datenübertragungen gibt es häufig zwei Datenleitungen, die für den Datentransport zuständig sind: TxD (Transmitted Data) ist die Ausgangleitung des Computers. Über diese Leitung werden die Daten seriell gesendet.
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RxD (Reveived Data) ist die Empfangsleitung des Computers. Über diese Leitung werden die Daten seriell empfangen.
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Die Baugruppe kann das SPS-Protokoll kodierte Signal mit der SPS über eine normierte Signalform Analog (4 ... 20 mA, 0–10 V) und/oder binär (logisch „0” = 0 VDC, logisch „1” = 12 VDC oder 24 VDC) austauschen.
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Es ist aber auch denkbar, das SPS-Protokoll kodierte Signal über den internen Peripherie Bus auszutauschen. Der kann je nach Hersteller eine andere Pinbelegung haben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Baugruppe Anschlusselemente zur Befestigung der Baugruppe an einer Hutschiene auf. SPS werden häufig an Hutschienen montiert. Ist eine solche Hutschiene ohnehin zur Befestigung der SPS in einem Waren- oder Dienstleistungsautomaten vorgesehen, so empfiehlt es sich, diese Hutschiene ebenfalls dafür einzusetzen, die erfindungsgemäße Baugruppe an ihr zu befestigen.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe weist einen Kommunikationsprozessor auf, der aus einem über den Fremdprotokolleingang empfangenen, nach dem Fremdprotokoll kodierten Signal ein nach dem SPS-Protokoll kodiertes Signal erzeugen kann und über den Ausgang ausgeben kann. Ergänzend oder alternativ kann der Kommunikationsprozessor aus einem über den Ausgang empfangenen, nach dem SPS-Protokoll kodierten Signal ein Fremdprotokoll kodiertes Signal erzeugen und über den Fremdprotokolleingang ausgeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kommunikationsprozessor eine in einem Speicher hinterlegte Tabelle auf. Auf diese Tabelle kann der Kommunikationsprozessor zurückgreifen, um ein in einem Fremdprotokoll kodiertes Signal in ein nach einem SPS-Protokoll kodiertes Signal zu übersetzen. Jedes Signalprotokoll enthält eine Information an einer bestimmten Stelle des jeweiligen Signals und in Form eines für das jeweilige Protokoll typischen Zustands, beispielsweise durch das Vorhandensein einer Signalflanke an einer bestimmten Stelle des Signals oder aber durch einen bestimmten Signalwert (beispielsweise 0 oder 1) an einer bestimmten Stelle des Signals. Die Tabelle versetzt den Kommunikationsprozessor in die Lage, das Vorhandensein einer speziellen Signalform an einer bestimmten Stelle des Signals in eine bestimmte Signalform an einer bestimmten Stelle eines in einem anderen Protokoll zu erzeugenden Signals zu übersetzen. Beispielsweise kann bei einem als Münzprüfer ausgebildeten Sensor ein Signal erzeugt werden, das an einer bestimmten Stelle des Signals eine Signalflanke aufweist. In der in dem Speicher abgelegten Tabelle findet sich dann der Hinweis, dass eine an dieser Stelle des Signals vorhandene Flanke beispielsweise in den Wert „1” an einer bestimmten Stelle des neu zu erzeugenden Signals nach dem SPS-Protokoll zu übersetzen ist. Der Kommunikationsprozessor erzeugt daraufhin ein Signal, das an der dem Eintrag der Tabelle entsprechenden Stelle des Signals nach dem SPS-Protokoll den dem Tabelleneintrag entsprechenden Wert enthält.
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Die Komplexität der Tabelle hängt von der Art und Menge der an die Baugruppe angeschlossenen Sensoren und/oder Aktoren ab. Wird die Baugruppe beispielsweise nur dafür verwendet, die von einem Münzprüfer stammenden, in einem Fremdprotokoll kodierten Signale in ein nach einem SPS-Protokoll kodiertes Signal zu übertragen, so reicht es aus, in der Tabelle die (wenigen) möglichen Stellen und Werte in dem Fremdprotokoll-kodierten Signal aufzulisten und ihnen eine Stelle und eine Signalform in dem zu erzeugenden Signal nach dem SPS-Protokoll zuzuweisen, für die in dem nach dem Fremdprotokoll-kodierten Signal eine mit einem Münzeinwurf korrelierende Information zu erwarten ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Kommunikationsprozessor einen austauschbaren, nicht flüchtigen Speicher auf. Insbesondere bevorzugt weist der Kommunikationsprozessor einen austauschbaren EE-Prom auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Tabelle in dem austauschbaren, nicht flüchtigen Speicher abgelegt. Das erlaubt eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses der Baugruppe. Diese kann einen immer gleich bleibenden Grundaufbau aufweisen und alleine durch das Einsetzen eines mit einer entsprechenden Tabelle versehenen nicht flüchtigen Speichers für den jeweiligen Einsatz präpariert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fremdprotokoll eines der nachfolgenden Protokolle: Puls, MDB (Multidrop Bus), ccTalk, CAN (Controller Area Network), USB (Universal Serial Bus), Protokoll A (Executive Protokoll), BDV, eSSP (Smiley-Secure-Protokoll), RS232, EIA-485 (RS485), IEEE 1284.
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Das Fremdprotokoll „Puls” ist die einfachste Art, ein Signal auszutauschen, nämlich mittels eines Impulses. Ein über die Signalleitung gesendetes Signal des Sensors sendet beispielsweise eine Reihe von Impulsen, abhängig von der Wertigkeit der Banknote oder der Münze. Beispielsweise können für eine erkannte 5-Euro-Banknote fünf Impulse hintereinander gesendet werden, während für eine 10-Euro-Banknote zehn Impulse hintereinander gesendet werden.
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Das Fremdprotokoll MDB oder Multidrop-Bus ist eine Automatenschnittstelle, die zum Anschluss von Münzgeldwechslern, Banknotenlesern oder auch bargeldlosen Zahlungssystemen eingesetzt wird. Der Standard wurde von der amerikanischen National Automatic Merchandising Association (NAMA) ausgegeben und definiert sowohl die physikalische Schnittstelle (elektrische Spezifikation), als auch den Kommunikationsablauf zwischen den Teilnehmern. Die Kommunikation läuft auf Basis des Master-Slave-Prinzips. Alle Slaves sind mit Optokopplern an Master-Transmit angeschlossen. Alle Slaves sind via Open-Collector-Schaltung parallel mit Master-Receive verbunden und wieder mittels Optokopplern galvanisch getrennt. Die Übertragungsrate kann beispielsweise 9600 bps betragen. Es können beispielsweise 32 Slaves adressiert werden. Der Master pollt die Slaves, womit Buskollisionen ausgeschlossen sind. MDB kann als serielle Übertragung mit RxD und TxD mit 9600 Baud und Start, Stop und Paritätsbit eingesetzt werden. Idealerweise werden beim Einsatz eines solchen Fremdprotokolls die Pegel entsprechend angepasst werden.
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Das cctalk-Fremdprotokoll kommt von Coin Control und wurde zu Beginn der frühen 1960er Jahre für die Münzprüfung verwendet. Cctalk ist ein Protokoll für den seriellen Port, welches zur Kommunikation zwischen Rechnern und Bezahlgeräten (Münzprüfer und Geldnotenleser) entwickelt wurde.
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Das Fremdprotokoll CAN (Controller Area Network) oder auch CAN-Bus genannt ist ein asynchrones, serielles Bussystem und gehört zu den Feldbussen. Um die Kabelbäume zu reduzieren und dadurch Gewicht zu sparen, wurde der CAN-Bus 1983 für die Vernetzung von Steuergeräten in Automobilen entwickelt und 1987 vorgestellt. CAN ist als ISO 11898 international standardisiert und definiert die Layer 1 (physikalische Schicht) und 2 (Datensicherungsschicht) im ISO/OSI-Referenzmodell.
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Das Fremdprotokoll USB (Universal Serial Bus) ist ein serielles Bussystem zur Verbindung eines Computers mit externen Geräten. Mit USB ausgestattete Geräte oder Speichermedien können im laufenden Betrieb miteinander verbunden werden (Hot-Plugging) und angeschlossene Geräte sowie deren Eigenschaften automatisch erkannt werden.
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Das Fremdprotokoll „Protokoll A” ist auch als „Executive Protokoll” bekannt. Dieses Protokoll wurde in den frühen 1980er Jahren von Mars Electronics International zwischen Peripheriegeräten an elektronisch angesteuerten Automaten entwickelt. Die endgültige Protokoll A-Spezifikation wird von Mars Electronics International publiziert. Die Transaktion wird innerhalb des Münz-Wechsels gesteuert und Preise können in der Maschine oder in den Münz-Wechsler eingegeben werden. Die Schnittstelle entwickelte sich in den Jahren um den Zusatz von bargeldlosen Produkten. Das Fremdprotokoll eSSP (Smiley-Secure-Protokoll) sorgt für den Schutz und Zuverlässigkeit der Daten, die zwischen Validator und Host-Computer übertragen werden. Der Schlüssel ist 128 Bit lang und gliedert sich in zwei Teile. Die unteren 64 Bit werden durch den Maschinenbauer festgelegt, so dass Hersteller steuern können, welche Geräte in ihren Geräten verwendet werden können. Die oberen 64 Bit regeln den Datenaustausch zwischen den angeschlossenen Komponenten.
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Das Fremdprotokoll RS232 ist ein Standard für eine bei Computern teilweise vorhandene serielle Schnittstelle, der in den frühen 1960er Jahren von dem US-amerikanischen Standardisierungskomitee Electronic Industries Association (EIA) erarbeitet wurde. Mainframes und Text-Terminals wurden bis in die frühen 1990er Jahre unter Zuhilfenahme von Modems durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über die Telefonleitungen zusammengeschlossen. Die Übertragung der Daten bei beiden Systemen erfolgte sequenziell.
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Das Fremdprotokoll EIA 485 (Electronic Industries Association) auch als RS-485 bezeichnet, ist ein Schnittstellenstandard für digitale, leitungsgebundene, differenzielle, serielle Datenübertragung. Aufgrund der symmetrischen Signalübertragung ist EIA-485 durch eine hohe Toleranz gegenüber elektromagnetischen Störungen gekennzeichnet. EIA-485 benutzt ein Leitungspaar, um den invertierten und einen nicht invertierten Pegel eines 1-Bit-Datensignals zu übertragen. Am Empfänger wird aus der Differenz der beiden Spannungspegel das ursprüngliche Datensignal rekonstruiert. Das hat den Vorteil, dass sich Gleichtaktstörungen nicht auf die Übertragung auswirken und somit die Störsicherheit vergrößert wird.
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Das Fremdprotokoll IEEE 1284 wird bei parallelen Schnittstellen eingesetzt. Bei der Datenübertragung über eine parallele Schnittstelle werden mehrere Bits parallel übertragen, im Gegensatz zur seriellen Schnittstelle, bei der die Bits nacheinander übertragen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Baugruppe ist an den Fremdprotokoll-Eingang eine Signalleitung angeschlossen, die einen RJ45-Stecker aufweist und die an dem den RJ45-Stecker gegenüberliegenden Ende der Signalleitung eine von einer Buchse für einen RJ45-Stecker unterschiedliche Buchse oder einen von einem RJ45-Stecker unterschiedlichen Stecker aufweist. Eine solche Signalleitung kann als Adapter für in der Branche existierende Sensoren oder Aktoren verwendet werden. Diese weisen teilweise keinen RJ45-Stecker auf. Mit einer derart ausgestalteten Signalleitung können bei entsprechender Anpassung der am gegenüberliegenden Ende vorgesehenen Buchse die in der Branche existierenden Sensoren mit ihrem jeweiligen Stecker in die entsprechend auf den Stecker angepassten Buchse eingesteckt werden und die einzelnen Drähte der Signalleitung der in der Branche bestehenden Sensoren und/oder Aktoren auf die einzelnen Drähte eines RJ45-Stecker aufgelegt werden. Die am gegenüberliegenden Ende der Signalleitung vorgesehene Buchse kann auch eine Klemmleiste sein. Werden in der Branche existierende Sensoren und/oder Aktoren eingesetzt, deren Drähte nicht in einem Stecker enden, sondern als freiliegende Drähte ausgeführt sind, so kann über die Verbindung der Drähte mit der Klemmleiste der jeweilige Draht der Signalleitung des Sensors und/oder Aktors auf einen Draht eines RJ45-Steckers aufgelegt werden.
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Als Stecker einer Signalleitung können in bevorzugten Ausführungsformen auch MDB-Busstecker, Foundation Fieldbusstecker oder ASi-Stecker verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Steuerung für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten weist eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und mindestens eine erfindungsgemäße Baugruppe auf. Die Baugruppe ist über eine mit dem Ausgang der Baugruppe verbundene Signalleitung mit der speicherprogrammierbaren Steuerung verbunden. Insbesondere bevorzugt ist diese Signalleitung ein Peripheriebus einer SPS.
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Die SPS kann beispielsweise eine von der Firma Möller GmbH hergestellte Easy 412 oder eine von Phoenix Contact Deutschland GmbH hergestellte NLC oder eine von der Vipa GmbH hergestellte 100V oder eine von der Firma Wago Kontakttechnik GmbH hergestellte I/O-IPC oder eine von der Firma Kendrion Kuhnke Automation GmbH hergestellte Ventura Libro oder eine von der Firma Siemens AG hergestellte Logo sein. Insbesondere bevorzugt weist die SPS eine Programmiersoftware nach EN 61131 auf. Insbesondere bevorzugt ist die SPS auf einer Hutschiene montiert.
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Der erfindungsgemäße Waren- oder Dienstleistungsautomat weist eine erfindungsgemäße Steuerung und mindestens einen Sensor und/oder Aktor auf, der über eine Signalleitung mit dem Fremdprotokoll-Eingang der Baugruppe verbunden ist. Der Sensor und/oder Aktor ist insbesondere bevorzugt einer aus der nachfolgenden Gruppe: Banknotenleser, Münzprüfer, Münzwechsler, etc., Kombiakzeptoren (Münz- und Notenleser), Dokumentenprüfer (EC-Kreditkarte etc), RFID Reader, GSM (Handy Payment, Paypall), Fingerabdruckleser, Mini Thermalprinter (Quittungen), Kartenausgeber (Parkscheine), Notedispenser (Banknoten Rückgabe), Hopper (Münzausgabe), GSM (Telemetriedatenübermittlung).
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Waren- oder Dienstleistungsautomat einen ersten Sensor und/oder Aktor mit einer ersten Signalleitung und einen zweiten Sensor/Aktor mit einer zweiten Signalleitung und einem Y-Adapter auf, an dem die erste Signalleitung und die zweite Signalleitung angeschlossen sind, sowie eine dritte Signalleitung, die den Y-Adapter mit dem Fremdprotokoll-Eingang der Baugruppe verbindet. Dabei kann das Verbinden mit dem Fremdprotokoll-Eingang durch Zwischenschaltung weiterer Y-Adapter erfolgen. Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere bei Sensoren und/oder Aktoren an, die nach MDB kodierte Signale senden, bzw. empfangen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass ein Sensor eines Waren- oder Dienstleistungsautomaten über eine Signalleitung ein nach einem Fremdprotokoll kodiertes Signal an einen Fremdprotokoll-Eingang einer Baugruppe für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten übermittelt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt ein Kommunikationsprozessor der Baugruppe aus dem über den Fremdprotokoll-Eingang empfangenen, nach dem Fremdprotokoll kodierten Signal ein nach einem SPS-Protokoll kodiertes Signal und gibt es über einen Ausgang der Baugruppe aus. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das nach dem SPS-Protokoll kodiertes Signal über eine an den Ausgang der Baugruppe angeschlossene Signalleitung, vorzugsweise über einen Peripheriebus, an eine speicherprogrammierbare Steuerung gesendet.
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Ergänzend oder alternativ sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren vor, dass eine SPS eines Waren- oder Dienstleistungsautomaten über eine Signalleitung ein nach einem SPS-Protokoll kodiertes Signal an einen Ausgang einer Baugruppe für einen Waren- oder Dienstleistungsautomaten übermittelt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt ein Kommunikationsprozessor der Baugruppe aus dem über den Ausgang empfangenen, nach dem SPS-Protokoll kodierten Signal ein nach einem Fremdprotokoll kodiertes Signal und gibt es über einen Fremdprotokoll-Eingang der Baugruppe aus. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das nach dem Fremdprotokoll kodierte Signal über eine an den Fremdprotokoll-Eingang der Baugruppe angeschlossene Signalleitung, an einen Sensor oder Aktor gesendet.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe und die erfindungsgemäße Steuerung finden insbesondere bei Selbstbedienungsautomaten, Kaffeevollautomaten, Kiosksysteme, Getränkeautomaten, Verpflegungsautomaten, Regenschirmautomaten, Materialausgabeautomaten und Zugangsautomaten Anwendung.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Steuerung mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und einer erfindungsgemäßen Baugruppe und drei Sensoren;
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2 eine erfindungsgemäße Steuerung in einer alternativen Ausführungsform mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung, drei erfindungsgemäßen Baugruppen und drei Sensoren;
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3 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerung mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung, drei erfindungsgemäßen Baugruppen und drei Sensoren;
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4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Baugruppe mit drei über Signalleitungen an die erfindungsgemäße Baugruppe angeschlossenen Sensoren;
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5 eine Seitenansicht eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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6 eine Draufsicht auf ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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7 eine schematische Darstellung von Komponenten einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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8 eine Schaltplan einer erfindungsgemäßen Baugruppe;
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9 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe mit einer Erweiterungsschnittstelle;
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10 eine schematische Ansicht einer Programmieroberfläche für die erfindungsgemäße Baugruppe;
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11 eine schematische Ansicht eines User-defined-function-Anschlussblocks für eine erfindungsgemäße Baugruppe;
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12 einen Schaltplan des UDF-Anschlussblocks gemäß 11;
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13 eine perspektivische Ansicht eines V-Adapters, der als Teil der Signalleitung verwendet werden kann, die zu einer erfindungsgemäßen Baugruppe führt;
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14 eine perspektivische Ansicht einer Signalleitung;
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15 eine perspektivische Ansicht eines Steckers.
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Die in den 1, 2 und 3 dargestellten erfindungsgemäßen Steuerungen weisen jeweils eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) 1 auf.
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Bei der in 1 dargestellten Bauform ist eine erfindungsgemäße Baugruppe 2 vorgesehen. Die erfindungsgemäße Baugruppe 2 weist einen Fremdprotokoll-Eingang 3 für den Anschluss einer Signalleitung 4 eines Sensors 5 an die Baugruppe 2 auf. Über die Signalleitung 4 kann der Sensor 5 ein nach dem MDB-Protokoll kodiertes Signal an die Baugruppe 2 übermitteln. Die Baugruppe 2 weist ferner einen Ausgang 6 auf, mit dem die Baugruppe 2 an eine Signalleitung, nämlich einen Peripheriebus der SPS 1 angeschlossen werden kann. Die Baugruppe 2 kann über die Signalleitung 7 ein nach einem SPS-Protokoll kodiertes Signal an die SPS 1 übermitteln. Die Baugruppe 2 weist einen (in 1 nicht näher dargestellten) Kommunikationsprozessor auf, der aus dem über den Fremdprotokoll-Eingang empfangenen, nach dem MDB-Protokoll kodierten Signal ein nach dem SPS-Signal kodiertes Signal erzeugen und über den Ausgang 6 ausgeben kann.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind zwei weitere Sensoren 8, 9 vorgesehen. Diese sind über Signalleitungen 10, 11 mit dem jeweils benachbarten Sensor verbunden. Dabei kann auch die in 4 näher dargestellte Art der Verbindung gewählt werden. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform senden die Sensoren 8, 9 nach dem MDB-Protokoll kodierte Signale.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform wird die aus 1 bekannte Baugruppe 2 und der aus 1 bekannte Sensor 5 eingesetzt. Zudem ist ein weiterer Sensor 12 vorgesehen, der nach dem Puls-Protokoll Signale an eine weitere erfindungsgemäße Baugruppe 13 übermittelt. Die weitere Baugruppe 13 weist einen Ausgang auf, mit dem sie an den Peripheriebus der SPS 1 angeschlossen ist. Ferner weist die Baugruppe 13 einen (nicht näher dargestellten) Kommunikationsprozessor auf, der aus dem über den Fremdprotokoll-Eingang empfangenen, nach dem Puls-Protokoll kodierten Signal ein nach dem SPS-Protokoll kodiertes Signal erzeugt und über den Ausgang ausgibt. Ferner weist die in 2 dargestellte Ausführungsform eine dritte Baugruppe 15 und einen daran angeschlossenen dritten Sensor 14 auf. Der Sensor 14 sendet nach dem cctalk-Protokoll kodierte Signale aus. Die Baugruppe 15 weist einen (nicht näher dargestellten) Kommunikationsprozessor auf, der aus dem über den Fremdprotokoll-Eingang empfangenen, nach dem cctalk-Protokoll kodierten Signal ein nach dem SPS-Protokoll kodiertes Signal erzeugt und dieses über den Ausgang an den Peripheriebus der SPS 1 ausgibt, an den die Baugruppe 15 angeschlossen ist.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Ausführungsform dadurch, dass die Baugruppen 2, 13, 15 mit ihrem jeweiligen Ausgang nicht an einen Peripheriebus der SPS 1 angeschlossen sind. Stattdessen sind die jeweiligen Ausgänge der Baugruppen 2, 13, 15 als Klemmen ausgeführt. Von ihnen werden Signalleitungen 16, 17, 18 getrennt voneinander zur SPS 1 geführt.
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Die in 4 dargestellte Ausführungsform zeigt, dass die Sensoren 5, 8, 9 über insgesamt Y-Adapter 19, 20, 21 zu einer Signalleitung 4 zusammengefasst werden können, die mittels eines RJ45-Steckers an den Fremdprotokoll-Eingang 3 einer erfindungsgemäßen Baugruppe angeschlossen werden können. Die Sensoren liefern in der in 4 dargestellten Ausführungsform nach dem MDB-Protokoll kodierte Signale.
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Die 5 und 6 zeigen das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Baugruppe. Zu erkennen ist, dass die Baugruppe 2 mit ihrem Gehäuse darauf vorbereitet ist, an einer Hutschiene montiert zu werden.
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Insbesondere bevorzugt kann das Gehäuse ein Snap-Fit-Kit zur einfachen Montage aufweisen. Das Gehäuse kann einen Fingerschutz gemäß IP20 aufweisen. Das Gehäuse kann bis zu drei Leiterplatten horizontal aufnehmen. Insbesondere bevorzugt ist das Gehäuse grau, transparent rot oder mit klarer Abdeckung ausgeführt. Das Gehäuse kann eine Frontplatte für einen Mikrobildschirm aufweisen. Insbesondere bevorzugt ist das Gehäuse aus schwer entflammbarem Polykarbonat hergestellt. Möglich ist auch ein EMC-geschirmtes, metallisch beschichtetes Gehäuse.
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In 7 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Baugruppe dargestellt. Kern der Baugruppe 2 ist ein Kommunikationsprozessor 22, der nach Vorgabe die notwendigen Kommandos der angeschlossenen Sensoren und Aktoren auf die Kommunikationssprache der SPS transformiert. Als Eingang 3 dient ein Empfängermodul, das die Signale der angeschlossenen Komponente in einzelne Bit aufteilt. Der Logikprozessor 23 organisiert dabei die Anordnung der Bit-Folge zur Ausgabe auf den Sender (Ausgang 6). Angetrieben wird der Kommunikationsprozessor 22 durch eine konstante Frequenz von 4,9152 MHz. Der Kommunikationsprozessor 22 weist ferner ein herausnehmbares EEPROM 24 auf. In dem EEPROM 24 können Tabellen hinterlegt sein, die es dem Kommunikationsprozessor ermöglichen, die notwendigen Kommandos der angeschlossenen Sensoren und Aktoren auf die Kommunikationssprache der SPS zu transformieren.
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Wie aus 8 ersichtlich, besteht die Interface-Schaltung aus einer galvanischen Trennung und einem Pegelwandler. Die galvanische Trennung wird hier durch den Doppel-Optokoppler PC827 von Sharp erreicht, es können aber auch zwei einzelne PC827 oder andere Typen eingesetzt werden, wenn deren CTR (Current Transfer Ratio) mindestens 50% beträgt (bei IF = 5 mA).
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Da die beiden Optokoppler invertierend geschaltet sind, müssen zwei Inverter IC3A (zum MDB-Bus) und IC3B (vom MDB-Bus) die Signale nochmals umkehren. R3 fungiert als Strombegrenzungswiderstand, R4 als Pull-Up-Widerstand, um die Leitung sicher auf „high” zu schalten, wenn der Signalpegel nicht eindeutig „low” ist.
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Zur Pegelwandlung von 0/+5 V (SPS-Seite) auf symmetrische +12 ... 15 V und umgekehrt wird der bekannte MAX232 eingesetzt. Da nur eine RxD- oder eine TxD-Leitung benötigt wird, kann man pro Richtung jeweils zwei Treiber des MAX232 parallel schalten.
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Eine eigene Spannungsversorgung benötigt das SPS-Interface in der Regel nicht. Der Pegelwandler, die Phototransistoren-Seite von IC2A sowie die LED-Seite von IC2B werden über die MDB-Bus-Schnittstelle versorgt.
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Die Z-Diode D2 begrenzt dazu die Spannung auf +5 V. Die SPS liefert die Betriebsspannung für die Inverter, die LED-Seite von IC2A und die Transistorenseite von IC2B.
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Die Interface-Schaltung benötigt nur ungefähr 10 mA von der SPS-Schnittstelle. In seltenen Fällen kann dies den Schnittstellentreiber der SPS überfordern, so dass eine externe 5-V-Stromversorgung notwendig sein kann.
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In 9 ist dargestellt, dass die erfindungsgemäße Baugruppe 2 als Slave-Modul für die Steuerungsbaugruppe der SPS (12/24 oder 115/240 V) realisiert werden kann. Die Kommunikationsschnittstelle gemäß 9 weist dabei folgende Kodierung auf:
- GND
- = Spannungsversorgung –
- CLK
- = Taktfrequenz
- D0
- = Digitalausgang
- D1
- = Digitaleingang
- VCC
- = Spannungsversorgung +
- GND
- = Spannungsversorgung –
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Die erfindungsgemäße Baugruppe 2 ermöglicht die Kommunikation zwischen dem SPS-Master und externen Aktoren und Sensoren. Die Baugruppe 2 ist Bus-Teilnehmer am Peripheriebus der SPS und ermöglicht den Steuerungen durch Austausch von Telegrammen die Kommunikation mit Aktoren und Sensoren der Waren- oder Dienstleistungsautomaten.
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Die Baugruppe übermittelt Telegramme an die SPS und Funktionen an die Aktoren und Sensoren. Die Baugruppe stellt die aktuellen Zustände der projektierten Teilnehmer der SPS zur Verfügung, die damit in der Lage ist, diese mittels ihrer logischen Funktionen und Zeitglieder miteinander zu verknüpfen. Dabei können die Telegramme auch mit den Programmen der lokalen SPS-Ein- und Ausgänge verbunden werden. Die Baugruppe überträgt dann jede Zustandsänderung der Ausgangssignale auf die Aktoren und Sensoren. Die Kombination aus SPS und erfindungsgemäßer Baugruppe stellt dem Anwender eine dezentrale Controller-Funktionalität (DCS) für Aktoren und Sensoren zur Verfügung, mit der Möglichkeit Einstellungen, bzw. Änderungen von Parametern oder deren Verknüpfung schnell, einfach und ohne Programmiergerät vorzunehmen.
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Die erfindungsgemäße Baugruppe ermöglicht es, dass die Hardware der Baugruppe nur einmal gebaut werden muss. Die Intelligenz der erfindungsgemäßen Baugruppe kann über die Software realisiert werden. So kann ein PC über eine USB-Verbindung mit dem Kommunikationsmodul angeschlossen werden. Nach der Installation der notwendigen Treiber auf dem PC kann das Programmiertool mit der erfindungsgemäßen Baugruppe Kontakt aufnehmen.
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Die
10 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Programmieroberfläche einer solchen Software. Darüber können folgende Parameter eingestellt werden:
| PROTOKOLL | Damit wird das Protokoll des Teilnehmers ausgewählt (Aktor oder Sensor)
Zur Auswahl stehen: Pulse, MDB, ccTalk, USB, Protokoll A, eSSP, RS232, EIA 485, IEEE 1284. Zukünftige Protokolle können ebenso implementiert werden. |
| PRODUKT | Art der Komponente. Zur Auswahl stehen:
Banknotenleser, Münzprüfer, Münzwechsler, Münzausgeber, Hopper, Handy Payment, E-Payment (usw) |
| ASH | Automatisierungssystem Hersteller
Zur Auswahl stehen:
Klöckner-Möller, Phoenix Contact, Vipa, WAGO, Kuhne, Siemens Logo, (usw) |
| STEUERGERÄT | Klöckner-Möller (PS4), Phoenix Contact (NLC), Vipa (100V), WAGO (I/O-IPC), Kuhnke (Ventura Libro) und Siemens Logo, (usw) |
| AUSGANG | Peripheriebus: Damit ist der interne Bus des jeweiligen Herstellers gemeint. Da die Hersteller unterschiedliche Steckmöglichkeiten haben, sowie unterschiedliche Busbelegungen haben, wird für jeden Hersteller ein separates Kommunikationsmodul gebaut. Dieser Parameter gibt also an, das bei einer Steuerung vom Typ X des Herstellers Y die Werkseite Verschaltung verwendet wird.
Klemmen: damit wird festgelegt, dass die Ausgangssignale nicht über den Peripheriebus ausgegeben werden, sondern über bis zu acht Klemmen auf dem Kommunikationsmodul (der Baugruppe). |
| COMMAND | damit ist die Bedeutung des übertragenen Eingangssignals gemeint. Jedes Bit des Protokolls hat eine festgeschriebene Bedeutung, die über Start/Stop Bits gesteuert wird. Da die meisten Protokolle meist alle erdenklichen Zustände der Aktoren/Sensoren übertragen können, ist es sinnvoll, nur die für den bestimmungsgemäßen Gebrauch notwendigen Informationen zu übertragen. Mit dem Parameter COMMAND kann diese Auswahl vorgenommen werden. |
| HEX CODE | Jedem Parameter des zu übertragenden Wertes ist ein Hex Code zugeordnet. Damit ist es häufig einfacher, bestimmte Bits schneller zu finden. Der Hex Code kann wahlweise zu dem Parameter COMMAND eingegeben werden. |
| BESCHREIBUNG | Das Feld Beschreibung dient nur zur besseren Orientierung der Vielzahl der verfügbaren COMMAND Parameter. |
| START DOWNLOAD | Nachdem der PC über die Kopplungssoftware mit dem Kommunikationsmodul verbunden ist, kann mit dem Download der Parameter begonnen werden. Auf dem Kommunikationsmodul wird hierzu ein EEPROM zunächst gelöscht, und anschließend mit dem neuen Parametersatz geladen. Dieser Vorgang dauert einige Minuten. Nach Abschluss des Downloads erscheint eine Statusmeldung. |
| ABBRUCH | damit wird ein aktiver Download abgebrochen. Das EEPROM muss anschließend gelöscht werden. |
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Die erfindungsgemäße Baugruppe erlaubt den Einsatz von benutzerdefinierten Funktionen (englisch: user defined function, Abkürzung UDF). Eine UDF in einer Programmierumgebung bezeichnet eine Funktion, die erstellt wurde und in die SPS-Umgebung eingebunden wird. Sie erfüllt eine Aufgabe wie ein Makro, wird jedoch über einen Funktionsaufruf realisiert. UDFs sind in symbolischen Programmiersprachen wie FUP oder KOP verfügbar. Die grafisch orientierte Programmiersprache verwendet in ihrer Darstellung die Logiksymbole der booleschen Algebra. Die Syntax einer UDF muss der Syntax der zugrundeliegenden Sprache entsprechen, wobei vordefinierte Standardfunktionen und andere UDFs in der Definition verwendet werden können. Als Funktion muss eine UDF genau einen Rückgabewert liefern. Im Gegensatz zu einer stored procedure kann eine UDF nicht als Programm gestartet werden.
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Die speziell für den Einsatz der Baugruppe geschriebene UDF beinhaltet die gesamte Kommunikation zwischen der Baugruppe und den weiteren Komponenten sowie der Logik der SPS. Die UDF kann gegen unerlaubten Zugriff mit Passwörtern geschützt werden. Die Realisierung einer UDF ist in 11 und 12 dargestellt.
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13 zeigt ein Y-Adapterkabel 19. Dieses weist einen RJ45-Stecker 22 und zwei Buchsen 23, 24 für RJ45-Stecker auf.
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Die 14 und 15 zeigen eine Signalleitung, die an einem Ende einen RJ45-Stecker 25 und an ihrem anderen Ende eine Buchse aufweist, die von einer Buchse für einen RJ45-Stecker unterschiedlich ist. Diese Buchse ist dazu ausgebildet, den in 15 dargestellten Stecker aufzunehmen. Mit der in 14, 15 dargestellten Signalleitung und Buchse ist es möglich, in der Branche vorhandene Sensoren oder Aktoren, die keinen RJ45-Stecker aufweisen mit einem RJ45-Stecker zu versehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6000521 [0003]
- WO 2007/129291 A1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- IEEE 1284 [0021]
- ISO 11898 [0025]
- IEEE 1284 [0030]
- EN 61131 [0034]
- IEEE 1284 [0075]
