DE10207502A1

DE10207502A1 - Leit/Steuersystem mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und einer Vielzahl von Aktoren und/oder Sensoren und/oder Eingabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten

Info

Publication number: DE10207502A1
Application number: DE10207502A
Authority: DE
Inventors: Kai Garrels; Christoffer Apneseth; Anne E Vallestadt; Harald Vefling; Niels Aagvaak
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2002-09-26

Abstract

Es wird ein Leit/Steuersystem vorgeschlagen, mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (2) und einer Vielzahl von Aktoren und/oder Sensoren und/oder Eingabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten (1.1...1.n) - nachstehend Einheiten genannt -, DOLLAR A - welche jeweils eine Steckvorrichtung (7.1...7.n) aufweisen, auf welche jeweils eine drahtlose Kommunikationseinrichtung (8.1...8.n) aufsteckbar ist, DOLLAR A - welche mit einem Funkempfänger (10.1) ausgestattet ist DOLLAR A - und welche einen zur Signalanpassung der zwischen der Einheit (1.1...1.n) und der speicherprogrammierbaren Steuerung (2) auszutauschenden Signale und/oder zur Aktivierung/Deaktivierung der Einheit und/oder zur Einstellung von spezifischen Parametern der Einheit dienenden Mikrorechner (9.1) aufweist, DOLLAR A - wobei über diese Steckvorrichtung (7.1...7.n) eine elektrische Energieversorgung der Baueinheiten der drahtlosen Kommunikationseinrichtung (8.1...8.n) erfolgt, indem die elektrische Energie für die Einheit oder die elektrische Steuerenergie (6.1) für eine Ansteuereinrichtung (5.1) der Einheit herangezogen wird DOLLAR A - und wobei die speicherprogrammierbare Steuerung (2) mit mindestens einer Basisstation (12) verbunden ist, welche mindestens einen Funksender (13) zur Erzeugung der Funksignale für die Einheiten (1.1...1.n) aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leit/Steuersystem mit einer speicherprogrammierba ren Steuerung und einer Vielzahl von Aktoren und/oder Sensoren und/oder Eingabe einheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten - nachstehend Einheiten genannt -. Die Erfindung kann beispielsweise bei einem System mit einer Vielzahl von Näherungsschaltern/Näherungsssensoren, Temperaturmeßsensoren, Druckmeßsensoren, Strommeßsensoren oder Spannungsmeßsensoren sowie mikro mechanischen, piezoelektrischen, elektrochemischen, magnetostriktiven, elektrostrikti ven, elektrostatischen oder elektromagnetischen Aktoren verwendet werden, wie sie in Aktoren-Systemen oder Maschinen, beispielsweise bei Steuer/Regelsystemen, in Fern steuersystemen, in der Robotertechnik, bei Herstellungsautomaten bzw. Fertigungsau tomaten, als Anzeigeelemente und in Schutz- und Sicherheitssystemen (beispielsweise bei Freiluft- oder Innenraum-Schaltanlagen) zum Einsatz gefangen.

Aus der DE 19 92 554 A1 ist ein Leit/Steuersystem mit einem Zentralrechner, einem Bus und einer Vielzahl von Eingabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Aus gabe-Einheiten und/oder Sensoren und/oder Aktoren - nachstehend Einheiten genannt - bekannt. Es sind Bus-Stecker vorgesehen, welche einerseits über eine erste Steck vorrichtung mit einer Einheit und andererseits über ein Verbindungskabel mit dem Bus verbunden sind und welche einen zur Signalanpassung der zwischen der Einheit und dem Bus auszutauschenden Signale und/oder zur Aktivierung/Deaktivierung der Einheit und/oder zur Einstellung von spezifischen Parametern der Einheit dienenden Mikro rechner aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein universell einsetzbares und kostengün stig herstellbares Leit/Steuersystem mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und einer Vielzahl von Aktoren und/oder Sensoren und/oder Eingabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Leit/Steuersystem mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung und einer Vielzahl von Aktoren und/oder Senso ren und/oder Eingabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeein heiten - nachstehend Einheiten genannt -,

- welche jeweils eine Steckvorrichtung aufweisen, auf welche jeweils eine drahtlose Kommunikationseinrichtung aufsteckbar ist,
- welche mit einem Funkempfänger ausgestattet ist.
- und welche einen zur Signalanpassung der zwischen der Einheit und der speicher programmierbaren Steuerung auszutauschenden Signale und/oder zur Aktivie rung/Deaktivierung der Einheit und/oder zur Einstellung von spezifischen Parametern der Einheit dienenden Mikrorechner aufweist,
- wobei über diese Steckvorrichtung eine elektrische Energieversorgung der Bauein heiten der drahtlosen Kommunikationseinrichtung erfolgt, indem die elektrische Energie für die Einheit oder die elektrische Steuerenergie für eine Ansteuereinrichtung der Ein heit herangezogen wird
- und wobei die speicherprogrammierbare Steuerung mit mindestens einer Basisstation verbunden ist, welche mindestens einen Funksender zur Erzeugung der Funksignale für die Einheiten aufweist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Sy stem zur drahtlosen Vernetzung von Aktoren und/oder Sensoren und/oder Eingabeein heiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten mit einer speicher programmierbaren Steuerung geschaffen wird. Die Montage des Systems ist sehr ein fach, da weder eine direkte Verdrahtung der Aktoren und/oder Sensoren und/oder Ein gabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten mit der speicherprogrammierbaren Steuerung noch eine Verdrahtung mit dem Feldbus erfor derlich sind. Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in denn Unteransprüchen gekennzeich net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen.

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Leit/Steuersystems mit einer Vielzahl von Aktoren und einer speicherprogrammierbaren Steuerung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Leit/Steuersystems mit einer Vielzahl von Aktoren und einer speicherprogrammierbaren Steuerung, ..

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform eines Leit/Steuersystems mit einer Vielzahl von Aktoren und einer speicherprogrammierbaren Steuerung.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Leit/Steuersystems mit einer Vielzahl von Einheiten, hier Aktoren 1.1, 1.2. . .1.n und einer speicherprogrammierbaren Steuerung 2 dargestellt. Jeder Aktor 1.1, 1.2. . .1.n weist eine Aktoreinheit 3.1, 3.2. . .3.n auf, bei spielsweise ein Druckluftventil, welches an eine Druckluftversorgung 4.1 angeschlossen ist. Die Ansteuerung der Aktoreinheit 3.1 erfolgt mit Hilfe einer Ansteuereinrichtung 5.1, welche die zur Ansteuerung erforderliche Energie aus einer elektrischen Energiever sorgung 6.1 bezieht.

Wie bereits in der DE 19 92 554 vorgesehen, weist jede Einheit, hier Aktor 1.1, 1.2. . .1.n eine Steckvorrichtung 7.1, 7.2. . .7.n auf. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß DE 19 92 554 wird jedoch auf diese Steckvorrichtung kein "intelligenter" Bus-Stecker aufgesteckt, sondern eine steckbare "intelligente" Kommunikationseinrichtung 8.1, 8.2. . .8.n.

Die gewünschte "Intelligenz" jeder steckbaren Kommunikationseinrichtung 8.1, 8.2. . .8.n wird durch einen eingebauten Mikrorechner - siehe 9.1 - sichergestellt. Dieser Mikro rechner dient zur Signalanpassung der zwischen den Einheiten 1.1, 1.2,. . .1.n und der speicherprogrammierbaren Steuerung 2 auszutauschenden Signale. Diese Signale sind beispielsweise Ansteuersignale zur Aktivierung/Deaktivierung der Einheiten, hier Akto ren 1.1, 1.2, . . .1.n und zur Einstellung von spezifischen Parametern der Einheiten 1.1, 1.2,. . .1.n.

Jede Kommunikationseinrichtung 8.1. . .8.n weist zumindest einen Funkempfänger - siehe 10.1 - mit nachgeordneter Antenne 11.1. . .11.n auf, wobei jedoch vorzugsweise zusätzlich ein Funksender oder alternativ hierzu ein kombinierter Funksender/Funk empfänger vorgesehen sind, um eine bidirektionale Signalübertragung zwischen den Einheiten und der speicherprogrammierbaren Steuerung zu ermöglichen. Auf diese Weise kann beispielsweise der aktuelle Zustand eines Aktors (oder ein Sensorsignal) gemeldet werden.

Die Energieversorgung von Mikrorechner 9.1 und Funkempfänger 10.1 der Kommuni kationseinrichtung 8.1 erfolgt über die Steckvorrichtung 7.1, an welcher die zur Spei sung der Ansteuereinrichtung 5.1 vorgesehene elektrische Energieversorgung 6.1 an liegt, beispielsweise die Spannungsversorgung, die ein Schütz (Aktoreinheit) zum Schalten benötigt oder die ein Druckluftventil betätigt. Alternativ kann auch die elektri sche Ansteuerenergie für die Einheit direkt zur Energieversorgung von Mikrorechner 9.1 und Funkempfänger 10.1 der Kommunikationseinrichtung 8.1 herangezogen wer den, falls möglich.

Für die Funk-Kommunikation ist die speicherprogrammierbare Steuerung 2 mit einer Basisstation 12 verbunden, welche zumindestens einen Funksender 13 mit Antenne 14, vorzugsweise jedoch zusätzlich einen Funkempfänger oder alternativ hierzu einen kombinierten Funksender/Funkempfänger aufweist.

Für das angegebene Leit/Steuersystem ist es von Wichtigkeit und von großem Vorteil, daß mit ein und denselben Einheiten drei völlig unterschiedliche Kommunikationsver bindungen mit der speicherprogrammierbaren Steuerung realisierbar sind:

Konventionelle Steuerverdrahtung zwischen den Steckvorrichtungen der Einheiten und der speicherprogrammierbaren Steuerung;

- Verdrahtung mit der speicherprogrammierbaren Steuerung über einen (zweiadrigen Feldbus durch Aufstecken der gemäß DE 19 92 554 A1 vorgeschlagenen "intelligenten" Bus-Stecker auf die Steckvorrichtungen der Einheiten;
- Drahtlose Kommunikation mit der speicherprogrammierbaren Steuerung durch Auf stecken der "intelligenten" Kommunikationseinrichtungen 8.1. . .8.n auf die Steckvor richtungen der Einheiten.

Jede Kommunikationseinrichtung 8.1. . .8.n kann optional mit einem optischen Empfän ger (beispielsweise Infrarot-Empfänger) ausgerüstet sein, welcher über einen entspre chenden optischen Sender (beispielsweise Infrarot-Sender) ansteuerbar ist, wodurch beispielsweise vorteilhaft eine Parameter-Vorgabe erfolgen kann. Mittels einer in jeder Kommunikationseinrichtung 8.1. . .8.n befindlichen Leuchtdiode kann der aktuelle Zu stand einer Einheit 1.1, 1.2, . . .1.n, beispielsweise der EIN/AUS-Zustand eines Aktors angezeigt werden. Diese Variante mit visueller Anzeige des aktuellen Zustandes und direkter Einstellmöglichkeit der Parameter hat beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Leit/Steuersystems einer Anlage mit einer Vielzahl von Einheiten große Vorteile. Es kann Zeit eingespart werden. Der Kostenaufwand wird reduziert.

Von Vorteil ist es auch, daß die Funk-Kommunikation zwischen speicherprogrammier barer Steuerung 2 bzw. der Basisstation 12 und den einzelnen Mikrorechnern 9.1. . . der Aktoren 1.1, 1.2, . . .1.n in der Weise möglich ist, daß beispielsweise ein "Downloaden" von Programmen von der speicherprogrammierbaren Steuerung 2 zu den einzelnen Mikrorechnern erfolgen kann.

Auch wenn beim vorstehenden Ausführungsbeispiel ein System mit einer Vielzahl von Aktoren beschrieben wird, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern in glei cher Weise für ein System mit einer Vielzahl von Sensoren (mit einem die Sensorum gebung detektierenden Sensorkopf mit nachgeschalteter Signalauswertung) und/oder Eingabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten - nach stehend Einheiten genannt - einsetzbar, wie vorstehend auch schon mehrfach ange deutet.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Leit/Steuersystems mit einer Vielzahl von Einheiten, hier Aktoren und einer speicherprogrammierbaren Steuerung dargestellt. Die drahtlose Kommunikationseinrichtung 8.1' ist mit zur Energieeinspeisung dienen den Klemmen KL ausgerüstet. In Abwandlung zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 er folgt demnach die elektrische Energieversorgung der Baueinheiten der drahtlosen Kommunikationseinrichtung 8.1' nicht, indem die elektrische Energie für die Einheit oder die elektrische Steuerenergie für eine Ansteuereinrichtung der Einheit herangezo gen wird, sondern indem eine externe Energieversorgung (beispielsweise 24 Volt Gleichspannung) an die Klemmen KL angeschlossen wird. Selbstverständlich ist nicht lediglich eine einzige Einheit, sondern eine Vielzahl von Einheiten vorgesehen.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform eines Leit/Steuersystems mit einer Vielzahl von Einheiten, hier Aktoren und einer speicherprogrammierbaren Steuerung dargestellt. Die drahtlose Kommunikationseinrichtung 8.1" ist mit einer Energieeinspeiseeinrichtung EE ausgerüstet. Des weiteren ist eine externe Magnetfelderzeugungseinrichtung ME vor gesehen. Diese Magnetfelderzeugungseinrichtung ME erzeugt mittels mindestens einer von einem Oszillator gespeisten (und vorzugsweise zusammen mit einem Resonanz kondensator im Resonanzfall betriebenen) Primärwicklung ein Magnetfeld im Bereich von etwa 15 kHz bis etwa 15 MHz, welches von mindestens einer Sekundärwicklung der Energieeinspeiseeinrichtung EE empfangen wird. Die Sekundärwicklung wird vor zugsweise zusammen mit einem Resonanzkondensator im Resonanzfall betrieben. Ein mit der Sekundärwicklung verbundener Gleichrichter mit Stützkondensator dient zum Gleichrichten bzw. Umwandeln der induktiv empfangenen Energie und versorgt die Baueinheiten. In Abwandlung zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 erfolgt demnach die elektrische Energieversorgung der Baueinheiten der drahtlosen Kommunikationsein richtung 8.1" nicht, indem die elektrische Energie für die Einheit oder die elektrische Steuerenergie für eine Ansteuereinrichtung der Einheit herangezogen wird, sondern indem die beispielsweise aus der DE 199 26 799 A1 oder DE 199 26 562 A1 bekannte Technologie der induktiven Energieübertragung eingesetzt wird. Selbstverständlich ist nicht lediglich eine einzige Einheit, sondern eine Vielzahl von Einheiten vorgesehen.

Claims

1. Leit/Steuersystem mit einer speicherprogrammierbaren Steuerung (2) und einer Vielzahl von Aktoren und/oder Sensoren und/oder Eingabeeinheiten und/oder Ausgabeeinheiten und/oder Ein/Ausgabeeinheiten (1.1. . .1.n) - nachstehend Einheiten genannt -,
welche jeweils eine Steckvorrichtung (7.1. . .7.n) aufweisen, auf welche je weils eine drahtlose Kommunikationseinrichtung (8.1. . .8.n) aufsteckbar ist,
welche mit einem Funkempfänger (10.1) ausgestattet ist
und welche einen zur Signalanpassung der zwischen der Einheit (1.1. . .1.n) und der speicherprogrammierbaren Steuerung (2) auszutauschenden Signale und/oder zur Aktivierung/Deaktivierung der Einheit und/oder zur Einstellung von spezifischen Pa rametern der Einheit dienenden Mikrorechner (9.1) aufweist,
wobei über diese Steckvorrichtung (7.1. . .7.n) eine elektrische Energiever sorgung der Baueinheiten der drahtlosen Kommunikationseinrichtung (8.1. . .8.n) erfolgt, indem die elektrische Energie für die Einheit oder die elektrische Steuerenergie (6.1) für eine Ansteuereinrichtung (5.1) der Einheit herangezogen wird
und wobei die speicherprogrammierbare Steuerung (2) mit mindestens ei ner Basisstation (12) verbunden ist, welche mindestens einen Funksender (13) zur Er zeugung der Funksignale für die Einheiten (1.1. . .1.n) aufweist.

2. Leit/Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung (8.1. . .8.n) zusätzlich einen Funksender oder ei nen kombinierten Funksender/Funkempfänger aufweist.

3. Leit/Steuersystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation (12) zusätzlich einen Funkempfänger oder einen kombinierten Funksender/Funkempfänger aufweist.

4. Leit/Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung (8.1. . .8.n) zusätzlich einen optischen Empfänger aufweist.

5. Leit/Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtung (8.1. . .8.n) zusätzlich eine Leuchtdiode zur Anzeige des aktuellen Zustandes der Einheit aufweist.

6. Abwandlung des Leit/Steuersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtungen jeweils mit zur Energieeinspeisung dienenden Klemmen (KL) ausgerüstet sind und daß die elektri sche Energieversorgung der Baueinheiten der drahtlosen Kommunikationseinrichtun gen durch eine an diese Klemmen angeschlossene externe Energieversorgung erfolgt.

7. Abwandlung des Leit/Steuersystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die drahtlose Kommunikationseinrichtungen jeweils mit einer Energieeinspeiseeinrichtung (EE) ausgerüstet sind, welche ein von einer externen Magnetfelderzeugungseinrichtung (ME) unter Einsatz mindestens einer Primärwicklung erzeugtes Magnetfeld mit Hilfe mindestens einer Sekundärwicklung empfangen und daß die elektrische Energieversorgung der Baueinheiten der drahtlosen Kommunikati onseinrichtungen durch Gleichrichten bzw. Umwandeln der induktiv empfangenen Energie erfolgt.