DE10308183B4

DE10308183B4 - Elektronische Einrichtung zur Ansteuerung von in einer Ventileinheit gruppiert angeordneten Ventilen

Info

Publication number: DE10308183B4
Application number: DE2003108183
Authority: DE
Inventors: Klaus Fassbender
Original assignee: Rexroth Mecman GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: DE10308183A1

Abstract

Elektronische Einrichtung zur Ansteuerung von mehreren in Form einer Ventileinheit (1) gruppiert angeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Ventilen (2, 3) zum Schalten eines Druckmittelflusses, mit einer zentralen Steuereinheit (4) zum Umsetzen von eingangsseitig der Ventileinheit (1) zugehenden elektrischen Ansteuersignalen in individuelle Ansteuersignale für die Ventile (2, 3), denen jeweils zumindest ein Elektromagnet zum Antrieb der Ventilmechanik zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) einen Ansteuersignalausgang (5) zur Abgabe von adressierten seriellen Ansteuersignalen auf eine von Ventil (2) zu Ventil (3) verlaufende Ansteuerleitung (6) aufweist, deren Zuordnung zu dem mindestens einen anzusteuernden Ventil (2, 3) über eine an einem Filterausgang (10) der Steuereinheit (4) angeschlossene Widerstandsbahn (9) erfolgt, derart, dass jedem Widerstand (11, 12) der Widerstandsbahn (9) ein Ventil (2 bzw. 3) zugeordnet ist, so dass der nach jedem Widerstand (11, 12) entstehende Spannungsabfall der konstant über den Filterausgang (10) abgegebenen Spannung mittels einer Spannungsabfalldetektionseinheit (13, 14) des zugeordneten Ventils (2 bzw....

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Einrichtung zur Ansteuerung von mehreren in Form einer Ventileinheit gruppiert angeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Ventilen zum Schalten eines Druckmittelflusses, mit einer zentralen Steuereinheit zum Umsetzen von eingangsseitig der Ventileinheit zugehenden elektrischen Ansteuersignalen in individueller Ansteuersignale für die Ventile, denen jeweils zumindest ein Elektromagnet zum Antrieb der Ventilmechanik zugeordnet ist. Daneben betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Ansteuerung einer solchen Ventileinheit.

Aus dem Prospekt „Pneumatik in der Handhabungstechnik" der Rexroth Mecman GmbH (Druckblattnummer 885-890-378-3, Ausgabe 03/2000, Seite 9) gehen verschiedene Arten von Ventileinheiten hervor, die eine gruppierte bauliche Zusammenfassung von elektromagnetisch betätigbaren Ventilen darstellen. Einer Ventileinheit ist gewöhnlich eine allen Ventilen der Ventileinheit gemeinsame elektronische Steuereinheit zugeordnet, die von einer übergeordneten Steuereinheit – beispielsweise einer SPS – die Ansteuersignale für die einzelnen Ventile per seriellem Bus-Signal empfängt. Die zentrale Steuereinheit hat die Aufgabe, dieses Bus-Signal in individuelle Ansteuersignale für die einzelnen Ventile umzusetzen. Jedes einzelne Ventil kann je nach Ventilfunktion ein oder mehrere Elektromagneten zur Betätigung des Ventilmechanismus aufweisen.

In allgemein bekannter Weise kann die Signalweiterleitung von der zentralen Steuereinheit zu den einzelnen Elektromagneten der anzusteuernden Ventile über eine parallele Verdrahtung jedes Elektromagneten mit der zentralen Steuereinheit erfolgen, was jedoch einen recht hohen Verdrahtungsaufwand verursacht.

Aus der DE 196 53 714 C1 geht eine elektronische Einrichtung zur Ansteuerung einer Ventileinheit hervor, welche zur Vermeidung eines solchen Verdrahtungsaufwands vorschlägt, das eingangsseitig der Ventileinheit zugehende Bus-Signal in einem aktiven Anschlusselement direkt in einem Ventil zu dekodieren. Der hierfür vorgesehene Dekodierchip, welcher eingangsseitig mit der Busleitung elektrisch verbunden ist, weist mehrere Anschlüsse zur Ansteuerung von entsprechend mehreren Ventilen auf, wobei mindestens ein Anschluss mit dem zugeordneten Ventil parallel verdrahtet ist und die weiteren Anschlüsse über weitere passive Anschlusselemente mit den jeweils dazugehörigen Ventilen – also ohne eigene Dekodierchips – elektrisch verbunden sind. Zwar reduziert diese technische Lösung den Gesamtaufwand an elektronischen Bauelementen und eine zentrale Steuereinheit kann hier gänzlich eingespart werden; jedoch ist wegen der seriellen Datenübertragung für jedes Ventil ein bzw. dessen Elektromagneten eine herkömmliche Adresszuweisung erforderlich, damit die adressierte serielle Datenübertragung im Bussystem funktionieren kann. Gebräuchliche Bussysteme für Ventileinheiten sind beispielsweise ASI oder CAN.

Aus der DE 39 15 456 A1 geht eine gattungsgemäße elektronische Einrichtung zur Ansteuerung von mehreren gruppiert angeordneten Ventilen hervor. Hierfür ist ein Zwei-Leiter-Bus vorgesehen, der von einer zentralen Steuereinheit aus zu den einzelnen Ventilen geführt ist. Über den Zwei-Leiter-Bus werden Daten und Hilfsenergie an jedes Ventil übertragen, welches hierfür jeweils mit einem Ankoppelbaustein als Schnittstelle zum Zwei-Leiter-Bus versehen ist, der jeweils einen Controller zum Dekodieren der Bussignale umfasst. Ein SHUNT-Widerstand ist in einer der Busleitungen vorgesehen, an dem der Spannungsabfall zwecks Überprüfung der Ansteuerung gemessen wird.

Die DE 42 32 519 A1 offenbart eine computerbusgesteuerte Ventilansteuerung, bei welcher jeweils ein ASIC zur Dekodierung und Stellsignalaufbereitung mit einer Busleitung verbunden ist, wobei das nachgeschaltete Ventil von einem Stellsignalausgang des ASIC über ein mikromechanisch ausgebildetes Vorsteuerventil ansteuerbar ist. Somit macht auch dieser Stand der Technik von der herkömmlichen Bus-Technologie unter Verwendung von ventilindividuellen Dekodierchips Gebrauch.

Aus der DE 195 26 846 A1 geht ganz allgemein eine Datenübermittlungseinrichtung hervor, hier für den speziellen Anwendungsfall bei einer Textilmaschine. Dabei ist zur Datenübertragung an Steuereinrichtungen der Arbeitsstellen vorgesehen, dass eine Versorgungsspannung, insbesondere durch Modulation der Spannungshöhe als Signalträger, für die zu übermittelnden Daten genutzt wird. Die hier erforderliche datentechnische Modulation bedingt ebenfalls einen recht hohen elektronischen Aufwand.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektronische Einrichtung bzw. ein Verfahren zur Ansteuerung von in Form einer Ventileinheit gruppiert angeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Ventilen zu schaffen, welches eine einfache individuelle Ansteuerung der Ventile bei einer Minimierung der erforderlichen elektrischen Leitungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer elektronischen Einrichtung oder einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 9 in Verbindung mit den jeweils rückbezogenen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die elektronische Steuereinheit einer Ventileinheit einen Ansteuersignalausgang zur Abgabe von adressierten seriellen Ansteuersignalen auf eine von Ventil zu Ventil verlaufende Ansteuerleitung aufweist, wobei die Signalzuordnung zu dem mindestens einen anzusteuernden Ventil über eine an einen Filterausgang der Steuereinheit angeschlossene Widerstandsbahn erfolgt, derart, dass jedem Widerstand der Widerstandsbahn ein Ventil zugeordnet ist, so dass der nach jedem Widerstand entstehende Spannungsabfall der konstant über den Filterausgang abgegebenen Spannung mittels einer Spannungsabfalldetektionseinheit des zugeordneten Ventils ermittelbar ist, um dem Ventil anhand des ermittelten Spannungsabfalls seine Adresse innerhalb der Ventileinheit zuzuweisen.

Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass zur Ansteuerung nunmehr lediglich drei einzelne elektrische Leitungen für eine Vielzahl von Ventilen einer Ventileinheit erforderlich sind. Die Ansteuersignalleitung dient auch der Betriebsspannungsversorgung, wobei hierauf die seriellen Ansteuersignale moduliert sind. Die parallel zur Ansteuerleitung verlaufende Widerstandsbahn dient der Adresszuweisung der einzelnen Ventile. Jedes Ventil kann somit über die Widerstandsbahn seine Adresse selbst erkennen. Es entfällt eine Adressierung der einzelnen Ventile durch eine entsprechende Programmierung, beispielsweise über ein Kippschalterfeld am Ventil. Ferner verläuft parallel zur Ansteuerleitung sowie zur Widerstandsbahn auch eine übliche Masseleitung zur Herstellung der Stromkreise. Durch die erfindungsgemäße elektronische Einrichtung kann jedes Ventil aufgrund der über die Widerstandsbahn zur Verfügung gestellten Information über dessen Position sowie der über die Ansteuerleitung zur Verfügung gestellten Information, welches Ventil ein- oder ausgeschaltet werden soll, entscheiden, ob das angeschlossene Ventil angesprochen ist, d.h. entsprechend ein – oder ausgeschaltet werden soll. Da die Ansteuersignale an jedes Ventil gleichzeitig gelangen, erfolgt die entsprechende Filterung des Ansteuersignals über die Widerstandsbahn.

Vorzugsweise weisen alle Widerstände der Widerstandsbahn denselben ohmschen Widerstandswert auf, was die Verwendung gleicher elektrischer Bauelemente gestattet und Verwechslungen ausschließt. Hierbei können die einzelnen elektrischen Widerstände in Form von separaten Bauteilen auf der Widerstandsbahn ausgebildet sein, also beispielsweise als ein in einer Leiterplatte eingelöteter Widerstand. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, dass sich die einzelnen elektrischen Widerstände aus entsprechenden Abgriffen an einer durchgehenden elektrischen Widerstandsleitung ergeben. In diesem Falle können separate elektrische Bauelemente gänzlich entfallen.

Der durch die Widerstandsbahn an jedem Ventil zu erzeugende Spannungsabfall nach dem zugeordneten Widerstand beträgt vorzugsweise 0,5–1 Volt, was einen signifikanten Wert darstellt, der trotz geringfügiger natürlicher Spannungsschwankungen noch zuverlässig von der Spannungsabfalldetektionseinheit als Signal interpretierbar ist.

Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme kann die Steuereinheit zusätzlich auch Mittel zur Fehlererkennung eines Leitungsbruchs enthalten, indem ein unendlicher Widerstand der Widerstandsbahn erfasst und als Leitungsbruch signalisiert wird.

Als elektrische Ansteuersignale, welche eingangsseitig der Steuereinheit zugeführt werden, können serielle Bussignale gemäß Profi-, Interbus-, CAN-, ASI- oder Ethernet-Busprotokoll verwendet werden.

Weitere die Erfindung verbessernden Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt.

Die Figur zeigt eine Blockschaltbilddarstellung einer elektronischen Einrichtung zur Ansteuerung von in Form einer Ventileinheit gruppiert angeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Ventilen.
Bei der schematisch dargestellten Ventileinheit 1 sind einzelne elektromagnetisch betätigbare Ventile 2 und 3 – hier als exemplarische Beispiel – gruppiert angeordnet. (Daneben können natürlich noch weitere Ventile entsprechend der gestrichelten Linie vorgesehen werden.) Die Ventileinheit 1 verfügt weiterhin über eine elektronische Steuereinheit 4. Der elektronischen Steuereinheit 4 werden eingangsseitig elektrische Ansteuersignale in Form eines seriellen Bussignals – beispielsweise gemäß CAN-Busprotokoll – ausgehend von einer hier nicht weiter dargestellten übergeordneten Steuereinheit SPS zugeführt. Die elektronische Steuereinheit 4 setzt diese eingangsseitig zugehenden elektrischen Ansteuersignale in individuelle Ansteuersignale für die Ventile 2 und 3 der Ventileinheit 1 um.
In diesem Ausführungsbeispiel ist jedem Ventil 2 und 3 ein einziger Elektromagnet zugeordnet, welcher durch die Ansteuersignale betrieben wird. Ausgangsseitig der Steuereinheit 4 ist ein Ansteuersignalausgang 5 vorgesehen, von welchem aus eine Ansteuerleitung 6 zu Ventil 2 und Ventil 3 führt, um von der Steuereinheit 4 aus für ein Ventil 2 oder 3 individuell adressierte serielle Ansteuersignale auszugeben. Zur Bildung eines Stromkreises ist eine rückführende Masseleitung 7 vorgesehen, welche in einen Masseanschluss 8 der Steuereinheit 4 einmündet. Über die Ansteuerleitung 6 wird gleichzeitig auch die Betriebsspannung von 24 Volt den Ventilen 2 und 3 zur Verfügung gestellt.
Die Zuordnung eines für ein bestimmtes Ventil 2 oder 3 vorgesehenen Ansteuersignals erfolgt mittels einer Widerstandsbahn 9, welche von einem Filteranschluss 10 der Steuereinheit 4 ausgeht. Die Widerstandsbahn 9 besteht aus einer Reihenschaltung von einzelnen elektrischen Widerständen 11 und 12, die hier in Form von separaten Bauelementen auf der Widerstandsbahn 9 ausgebildet sind. Jedem Widerstand 11 und 12 der Widerstandsbahn 9 ist ein Ventil 2 bzw. 3 zugeordnet.
Die Widerstandsbahn 9 wird über den Filteranschluss 10 der Steuereinheit 4 mit einer konstanten Spannung gespeist, so dass hinter jedem Widerstand 11 und 12 ein signifikanter Spannungsabfall entsteht. Dieser Spannungsabfall wird mittels einer jedem Ventil 2 und 3 zugeordneten Spannungsabfalldetektionseinheit 13 bzw. 14 ermittelt. Anhand des ermittelten Spannungsabfalls erfolgt die Adresszuweisung jedes Ventils 2 und 3 innerhalb der Ventileinheit 1. Das bedeutet, dass jedes Ventil 2 und 3 seine Position innerhalb der Ventileinheit 1 aus der Spannung erkennt, welche über die Widerstände 11 und 12 an jedem Ventil 2 bzw. 3 unterschiedlich ist. Werden beispielsweise 24 Volt auf die Widerstandsbahn 9 gegeben und enthält die Ventileinheit 1 insgesamt 24 Ventile, so beträgt der Spannungsabfall an jedem Ventil 1 Volt. Unter Berücksichtigung der an jedem Ventil anliegenden seriellen Ansteuersignale auf der Ansteuerleitung 6 kann jedes Ventil 2 und 3 aufgrund der Informationen an welcher Position (Adresse) es sich befindet und der Information welche Ventile 2 oder 3 ein- oder ausgeschaltet werden soll entscheiden, ob das angeschlossene Ventil 2 oder 3 ein- oder ausgeschaltet werden soll oder nicht. Hierfür ist jedem Ventil 2 und 3 ein elektronischer Schalter 15 bzw. 16 zugeordnet, der eingangsseitig von der Spannungsabfalldetektionseinheit 15 bzw. 16 angesteuert ist, um das auf der Ansteuerleitung 6 vorhandene Ansteuersignal zum zugeordneten Ventil 2 bzw. 3 durchzuschalten.
Die zentrale Steuereinheit 4 der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 kann je nach Bussystem in verschiedenen Varianten ausgebildet werden, um die Ankopplung der erfindungsgemäßen Ventileinheit 1 an einen Profibus, einen ASI-Bus, einen CAN-Bus und dergleichen zu ermöglichen.

1: Ventileinheit
2: Ventil
3: Ventil
4: Steuereinheit
5: Ansteuersignalausgang
6: Ansteuerleitung
7: Masseleitung
8: Masseanschluss
9: Widerstandsbahn
10: Filteranschluss
11: Widerstand
12: Widerstand
13: Spannungsabfalldetektionseinheit
14: Spannungsabfalldetektionseinheit
15: Elektronischer Schalter
16: Elektronischer Schalter

Claims

Elektronische Einrichtung zur Ansteuerung von mehreren in Form einer Ventileinheit (1) gruppiert angeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Ventilen (2, 3) zum Schalten eines Druckmittelflusses, mit einer zentralen Steuereinheit (4) zum Umsetzen von eingangsseitig der Ventileinheit (1) zugehenden elektrischen Ansteuersignalen in individuelle Ansteuersignale für die Ventile (2, 3), denen jeweils zumindest ein Elektromagnet zum Antrieb der Ventilmechanik zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (4) einen Ansteuersignalausgang (5) zur Abgabe von adressierten seriellen Ansteuersignalen auf eine von Ventil (2) zu Ventil (3) verlaufende Ansteuerleitung (6) aufweist, deren Zuordnung zu dem mindestens einen anzusteuernden Ventil (2, 3) über eine an einem Filterausgang (10) der Steuereinheit (4) angeschlossene Widerstandsbahn (9) erfolgt, derart, dass jedem Widerstand (11, 12) der Widerstandsbahn (9) ein Ventil (2 bzw. 3) zugeordnet ist, so dass der nach jedem Widerstand (11, 12) entstehende Spannungsabfall der konstant über den Filterausgang (10) abgegebenen Spannung mittels einer Spannungsabfalldetektionseinheit (13, 14) des zugeordneten Ventils (2 bzw. 3) ermittelbar ist, um dem Ventil (2 bzw. 3) anhand des ermittelten Spannungsabfalls seine Adresse innerhalb der Ventileinheit (1) zuzuweisen.
Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsbahn (9) und die Ansteuerleitung (6) zur Bildung je eines Stromkreises an einen an der Steuereinheit (4) vorgesehenen gemeinsamen Masseanschluss (8) rückgeführt sind.
Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Widerstände (11, 12) der Widerstandsbahn (9) denselben ohmschen Widerstandswert aufweisen.
Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen elektrischen Widerstände (11, 12) in Form von separaten Bauelementen auf der Widerstandsbahn (9) ausgebildet sind.
Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einzelnen elektrischen Widerstände (11, 12) aus entsprechenden Abgriffen an einer elektrischen Widerstandsleitung als Widerstandsbahn (9) ergeben.
Elektronische Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall nach jedem Widerstand (11, 12) zwischen 0,5 bis 1 V beträgt.
Elektronische Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlererkennung ein mittels Steuereinheit (4) detektierter unendlicher Widerstandswert der Widerstandsbahn (9) einen Leitungsbruch signalisiert.
Elektronische Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingangsseitig der Steuereinheit (4) zugehenden elektrischen Ansteuersignale serielle Bussignale gemäß Profi-, Interbus-, CAN-, ASI- oder Ethernet-Busprotokoll sind.
Elektronische Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsabfalldetektionseinheit (13, 14) einen elektronischen Schalter (15 bzw. 16) ansteuert, um das auf der Ansteuerleitung (6) vorhandene Ansteuersignal zum Ventil (2 bzw. 3) durchzuschalten.
Verfahren zur Ansteuerung von mehreren in Form einer Ventileinheit (1) gruppiert angeordneten, elektromagnetisch betätigbaren Ventilen (2, 3) zum Schalten eines Druckmittelflusses, wobei durch eine zentrale Steuereinheit (4) eingangsseitig der Ventileinheit (1) zugehende elektrische Ansteuersignale in individuelle Ansteuersignale für die Ventile (2, 3) umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steuereinheit (4) adressierte serielle Ansteuersignale auf eine von Ventil (2) zu Ventil (3) verlaufende Ansteuerleitung (6) ausgegeben werden, die dem mindestens einen anzusteuernden Ventil (2 bzw. 3) mittels einer an die Steuereinheit (4) angeschlossenen Widerstandsbahn (9) derart zugeordnet werden, dass jedem Widerstand (11, 12) der Widerstandsbahn (9) ein Ventil (2 bzw. 3) zugeordnet wird, wobei der nach jedem Widerstand (2, 3) entstehende Spannungsabfall der konstant über die Steuereinheit (4) abgegebenen Spannung mittels einer Spannungsabfalldetektionseinheit (13, 14) des zugeordneten Ventils (2, 3) ermittelt wird, um dem Ventil (2, 3) anhand des ermittelten Spannungsabfalls seine Adresse innerhalb der Ventileinheit (1) zuzuweisen.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fehlererkennung ein unendlicher Widerstandswert der Widerstandsbahn (9) als Leitungsbruch ausgewertet wird.