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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung zur Steuerung
der Schaltbewegung von Ventilen, insbesondere für eine Vielzahl von Ventilen
in Anlagen der Prozesstechnik, wobei jedes Ventil eine ein Schließglied tragende,
translatorisch bewegte Ventilstange besitzt und einen Steuerkopf
aufweist, in dem die die Ventilstangenbewegung abbildende aktuelle
Stellung der Ventilstange über
einen Stellungsmelder in Bezug auf ein festgelegtes Bezugssystem
fortlaufend erfasst und die Messdaten dieser Stellungsmeldungen jeweils
einem im Steuerkopf angeordneten Prozessor über einen ersten Anschluss übermittelt
und im Prozessor verarbeitet und gespeichert werden, sowie mit weiteren
Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
elektrische Schaltungsanordnung der gattungsgemäßen Art enthält Elemente,
die in der Automatisierungstechnik auch als AS-Interface oder AS-I
Bus für
die Automation bekannt sind (AS-I: Aktuator-Sensor-Interface). Über den
sog. AS-I Bus (gemäß Europanorm
EN50295 bzw. weltweite Anerkennung als IEC62026-2) lassen sich innerhalb
sog. busvernetzter Automatisierungssysteme Prozess- und Diagnoseinformationen übertragen.
Hierzu werden die einer Vielzahl von Ventilen eines Feldbereichs
zugeordneten AS-I busfähigen
Steuerköpfe
(sog. AS-I Slave-Komponenten) über eine
zweiadrige Leitung, die die Energieversorgung der Steuerköpfe und
den Transport der Daten zur Steuerung dieser Energie übernimmt,
miteinander und mit einem zentralen Steuerungsteil (AS-I Master-Komponente) sowie
einer zentralen Energieversorgung (AS-I Power) verbunden, wobei
die beiden letzteren zusammen mit einer speicherprogrammierbaren
Steuereinheit (SPS) in einer zentralen Steuerebene angeordnet sind.
Die so verknüpften
und jeweils mit einem (Mikro)Prozessor ausgestatteten Steuerköpfe erkennen die
für sie
gedachten Informationen, sodass ihnen eine gewisse Intelligenz zugeordnet
werden kann.
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In
der WO 02/093058 A1 ist ein diskret verdrahteter und damit diskret
ansteuerbarer Steuerkopf zur Steuerung der Schaltbewegung eines
Ventils der in Rede stehenden Art bekannt, der zwischenzeitlich
derart erweitert wurde, dass er auch in busvernetzten Automatisierungssystemen
Anwendung findet. Der Prozessor dieses Steuerkopfes besitzt einen
Anschluss für
das Auslesen von Diagnosedaten vor Ort, wobei ein sog. Handheld
PC an den vorgenannten Anschluss angeschlossen wird und beispielsweise
Diagnosedaten wie Startposition, Endposition, Liftposition, momentane
Position, Restzeit bis zur Wartung, Fehlercode und Anzahl der ausgeführten Hübe in einem
bestimmten vorgegebenen Zeitraum ausgelesen und/oder visuell zur
Anzeige gebracht werden können.
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Das
Auslesen und/oder die Visualisierung von Diagnosedaten vor Ort am
Ventil mittels eines Handheld PC ist eine hilfreiche Funktion im
Rahmen des in dem bekannten Steuerkopf implementierten Ventilinformationssystems.
Allerdings ist einsichtig, dass eine derartige Abfrage von Diagnosedaten
bei einer Vielzahl von Ventilen vor Ort in einem Feldbereich (komplexe
Prozessanlage) ein relativ zeitaufwändiges Unterfangen darstellt,
sodass die Betreiber derartiger Ventilinformationssysteme den Wunsch
nach einer einfacheren und weniger zeitaufwändigen Handhabung derartiger
Diagnosedaten äußern.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die elektrische Schaltungsanordnung
zur Steuerung der Schaltbewegung von Ventilen der eingangs beschriebenen
Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Übertragung der jeweiligen Diagnosedaten
eines Ventils über
das sog. Bus-System (zweiadrige Leitung für die Energieversorgung und
die Daten zur Steuerung dieser Energie; z.B. AS-I Bus) in die zentrale
Steuereinheit möglich
ist, d.h. dass eine Fernabfrage des Ventilstatus von der zentralen
Steuereinheit aus durchführbar
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Aufgabe wird durch eine elektrische Schaltungsanordnung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung
ist Gegenstand des Unteranspruchs.
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Der
erfinderische Grundgedanke besteht darin, im Bedartsfall, der dann
gegeben ist, wenn die analogen Diagnosedaten aus dem Prozessor auszulesen
sind, diese Diagnosedaten durch Datenaufruf mittels Paramerbit-Codierung über einen
mit dem Prozessor kommunizierenden Multi-Bit Decoder einem vierten
Anschluss für
Betriebsdaten zuzuführen
und über
das Bus-System aus dem Feldbereich an die zentrale Steuereinheit
in der Steuerebene fragmentweise zu übertragen. Der Aufruf der Diagnosedaten
wird dadurch angesteuert, dass ein bestimmtes Bit-Muster an einem
fünften
Anschluss für
Parameterdaten des modifizierten Prozessors angelegt wird, wobei
während
der Diagnosedatenübertragung
die letzten Statuswerte für
Ansteuerung und Rückmeldung
des Ventils (Betriebsdaten) eingefroren sind. Darüber hinaus
wird durch die Ansteuerung des fünften
Anschlusses mit dem bestimmten Bit-Muster (Parameterdaten) ein Schalter
betätigt,
der sowohl einen dritten Anschluss für die Ausgabe der Diagnosedaten
vor Ort als auch den vorgenannten vierten Anschluss für die Ein-
oder Ausgabe der Betriebsdaten (beispielsweise der Ansteuerungen,
Rückmeldungen)
von dem modifizierten Prozessor für die Zeitdauer der Diagnosedatenübertragung
abkoppelt.
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Immer
dann, wenn am fünften
Anschluss für
Parameterdaten und damit am Multi-Bit Decoder das erforderliche Bit-Muster
für den
Aufruf der Diagnosedaten nicht ansteht, sondern ein als HEX 7 bezeichnetes konstantes
Bit-Muster, dann befindet sich der modifizierte Prozessor im sog.
Normalbetrieb, bei dem über
die Bus-Leitung
Ansteuerungsdaten und Rückmeldedaten
des Ventils übertragen
werden. In diesem Falle hat der Schalter den vierten Anschluss für Betriebsdaten
und den dritten Anschluss für
Diagnosedaten vor Ort auf Normalbetrieb umgeschaltet.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der elektrischen Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung
sieht vor, dass in der speicherprogrammierbaren Steuereinheit (SPS), die
in der zentralen Steuerebene angeordnet ist, ein Lese- und Visualisierungsbaustein
zum Auslesen und zur Anzeige der Diagnosedaten integriert ist. Dadurch
ist es möglich,
dass von der zentralen Steuerebene aus (z.B. der Schaltwarte), dort
wo eine aus speicherprogrammierbare Steuereinheit und zentraler
Steuerungsteil gebildete zentrale Steuereinheit platziert ist, jedes
einzelne im Feldbereich angeordnete Ventil angesteuert und dessen
jeweilige Diagnosedaten in die zentrale Steuereinheit übertragen,
dort ausgelesen und angezeigt werden kann. Der Diagnosedatenaufruf
umfasst über
die Bit-Muster HEX 0 bis HEX 6 am fünften Anschluss für Parameterdaten
insgesamt sieben Variable, von der vorstehend aufgelisteten Startposition
bis zur Anzahl der ausgeführten
Hübe in
einer vorgegebenen Zeitspanne.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
elektrische Schaltungsanordnung mit einer standardmäßigen AS-I-Anwendung,
wie sie Stand der Technik ist, sowie eine elektrische Schaltungsanordnung
gemäß der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Es zeigen
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1 in
schematischer Darstellung eine standardmäßige AS-I busvernetzte Ventilanordnung,
wobei die Ventile, von denen lediglich ein Ventil dargestellt ist, über eine
zweiadrige Leitung miteinander verbunden sind und über diese
Leitung sowohl die Stromversorgung als auch ein 4Bit-Datenaustausch
für Ansteuerung und
Rückmeldung
erfolgt;
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2 in
schematischer Darstellung einen (Mikro)Prozessor mit seinen standardmäßigen Anschlüssen, wie
er in jedem Steuerkopf der Ventile gemäß 1 angeordnet
ist;
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3 in
schematischer Darstellung eine gegenüber der Anordnung gemäß 1 dahingehend
erweiterte Anordnung, dass eine speicherprogrammierbare Steuereinheit
im sog. Multi-Bit Modus Diagnosedaten aus einem modifizierten (Mikro)Prozessor
im Steuerkopf per Fernab frage aufrufen und in einem sog. Lese- und Visualisierungsbaustein
Auslesen und zur Anzeige bringen kann und
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4 in
schematischer Darstellung den mit einem Multi-Bit Decoder modifizierten
Prozessor im Steuerkopf eines busvernetzten Ventils zur Realisierung
der Anordnung gemäß 3.
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BEZUGSZEICHENLISTE
DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN
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- 1
- Ventil
- 2
- Steuerkopf
- 3
- zweiadrige
Leitung (z.B. Standard AS-I Bus)
- 3a
- vierter
Anschluss für
Betriebsdaten BD
- 3b
- fünfter Anschluss
für Parameterdaten
PD
- 3c
- Datenleitung
- 3d
- Parameterleitung
- 4/5
- zentrale
Steuereinheit
- 4
- speicherprogrammierbare
Steuereinheit
- 4a
- Lese-
und Visualisierungsbaustein
- 5
- zentraler
Steuerungsteil (AS-I Master; AS-I Bus)
- 6
- zentrale
Energieversorgung (AS-I Power; AS-I Bus)
- 7
- (Mikro)Prozessor
- 7a
- Multi-Bit-Decoder
- 7b
- Schalter
- 7*
- modifizierter
(Mikro)Prozessor
- 8
- erster
Anschluss für
Messdaten MD
- 9
- zweiter
Anschluss für
E/A-Daten EA
- 10
- dritter
Anschluss für
Diagnosedaten DD
- 11
- Handheld
PC
- BD
- Betriebsdaten
- DD
- Diagnosedaten
- EA
- E/A-Daten
- F
- Feldbereich
- MD
- Messdaten
- PD
- Parameterdaten
- S
- zentrale
Steuerebene
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In
einem Feldbereich F (1), beispielsweise einer prozesstechnischen
Anlage, ist eine Vielzahl von Ventilen 1 angeordnet. Jedes
dieser Ventile 1 besitzt einen Steuerkopf 2, in
dem u.a. ein (Mikro)Prozessor 7 (2) vorgesehen
ist. Das Ventil 1 verfügt
gewöhnlich über eine
ein Schließglied
tragende, translatorisch bewegte Ventilstange, die hier nicht dargestellt
ist, und deren Ventilstangenbewegung fortlaufend mittels eines Stellungsmelders
(gleichfalls nicht dargestellt) in Bezug auf ein festgelegtes Bezugssystem
erfasst wird. Ein derartiges Ventil und eine in einem Steuerkopf
angeordnete Vorrichtung zur Steuerung des Ventils und zur Stellungserfassung
und -meldung der Ventilstange sind beispielsweise aus der WO 02/093058
A1 bekannt.
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Die
Messdaten MD dieser Stellungsmeldungen werden dem Prozessor 7 über einen
ersten Anschluss 8 übermittelt.
Darüber
hinaus hat der Prozessor 7 unter anderem die Aufgabe, Pilotventile
zur Beaufschlagung eines Antriebs für das Ventil 1 mit
Druckmittel anzusteuern, die Informationen von Näherungsschaltern zur Erfassung
diskreter Ventilstellungen datenmäßig zu erfassen sowie Daten
aufgrund von Jumper-Konfigurationen zu verarbeiten. Diese sog. E/A-Daten
EA werden über
einen zweiten Anschluss 9 in den oder aus dem Prozessor 7 übertragen.
Darüber
hinaus besitzt der Prozessor 7 einen dritten Anschluss 10 für Diagnosedaten DD,
die im Bedarfsfalle über
einen Handheld PC 11 vor Ort aus dem Prozessor 7 ausgelesen
und ggf. angezeigt werden. Bei den Diagnosedaten DD handelt es sich
im Ausführungsbeispiel
um die folgenden 7 Variablen:
- 1. Startposition
in mm
- 2. Endposition in mm
- 3. Liftposition in mm 35
- 4. momentane Position in mm
- 5. Restzeit bis Wartung
- 6. Fehlercode
- 7. Anzahl ausgeführter
Hübe.
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An
einen vierten Anschluss 3a für Betriebsdaten BD und einen
fünften
Anschluss 3b für
Parameterdaten PD ist eine zweiadrige Leitung 3 jeweils
herangeführt.
Zum sog. Normalbetrieb des Prozessors 7 ist es erforderlich,
dass am fünften
Anschluss 3b ein konstantes Bit-Muster HEX 7 anliegt.
Die zweiadrige Leitung 3 verbindet die Ventile 1 (sog.
AS-I Slave-Anwendung) im Feldbereich F miteinander und ist in eine
zentrale Steuerebene S (1) geführt, wo sie mit einer zentralen
Energieversorgung 6 (AS-I Power) und über einen zentralen Steuerungsteil 5 (AS-I
Master) mit einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit 4 (SPS)
kommuniziert. Über
die zentrale Energieversorgung 6 wird die zweiadrige Leitung 3 mit
der notwendigen Energie für die
Steuerung der Ventile 1 versorgt und über die aus der speicherprogrammierbaren
Steuereinheit 4 und dem zentralen Steuerungsteil 5 (AS-I
Master) bestehende zentrale Steuereinheit 4/5 erfolgt
die Steuerung der vorstehend erwähnten
Energie für
die jeweils anzusteuernden Ventile 1.
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3 zeigt
die Anordnung gemäß 1 in
einer erweiterten Anwendung. Hierzu ist in der in der zentralen
Steuerebene S angeordneten speicherprogrammierbaren Steuereinheit 4 ein
Lese- und Visualisierungsbaustein 4a integriert, über den
Diagnosedaten DD jeweils aus einem im Feldbereich F angesteuerten
Ventil 1 im Wege einer Fernabfrage aus einem modifizierten
Prozessor 7* (4) innerhalb des Steuerkopfes 2 über die
Leitung 3 aufgerufen, ausgelesen und zur Anzeige gebracht
werden können.
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Zu
diesem Zwecke ist in jedem Steuerkopf 2 ein Multi-Bit Decoder 7a vorgesehen,
der mit dem jeweiligen modifizierten Prozessor 7* im Bedarfsfall
im Datenaustausch stehen kann. Dieser Bedarfsfall ist dann gegeben,
wenn die Diagnosedaten DD aus dem modifizierten Prozessor 7* auszulesen
sind. Hierzu ist der Multi-Bit
Decoder 7a über
eine Datenleitung 3c permanent mit dem vierten Anschluss 3a für Betriebsdaten
BD verbunden. Darüber
hinaus verbindet eine Parameterleitung 3d den Multi-Bit
Decoder 7a permanent mit dem fünften Anschluss 3b für Parameterdaten
PD. Über
einen Schalter 7b, der vom Multi-Bit Decoder 7a ange steuert und
betätigt
wird, lassen sich der dritte Anschluss 10 und der vierte
Anschluss 3a jeweils vom modifizierten Prozessor 7* abkoppeln.
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Solange
am fünften
Anschluss 3b für
Parameterdaten PD ein konstantes Bit-Muster HEX 7 ansteht, befindet
sich der modifizierte Prozessor 7* im sog. Normalbetrieb,
in dem der dritte Anschluss 10 sowie der vierte Anschluss 3a über den
Schalter 7b mit dem modifizierten Prozessor 7* verbunden
sind. In diesem Normalbetrieb ist ein Austausch von Ansteuerungs-
und Rückmeldedaten
(Betriebsdaten BD) zwischen dem modifizierten Prozessor 7* und
der zentralen Steuereinheit 4/5, die aus der speicherprogrammierbaren
Steuereinheit 4, dem Lese- und Visualisierungsbaustein 4a sowie
dem zentralen Steuerungsteil 5 besteht, in Verbindung mit
der zentralen Energieversorgung 6 (AS-I Power) über die
zweiadrige Leitung 3 (Standard AS-I Bus) gegeben.
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Der
modifizierte Prozessor 7* ist in den sog. Multi-Bit Modus
umschaltbar, wenn am fünften
Anschluss 3b für
Parameterdaten PD ein vom konstanten Bit-Muster HEX 7 abweichendes
Bit-Muster anliegt. In diesem Falle schaltet der Multi-Bit Decoder 7a den
Schalter 7b um, sodass der dritte Anschluss 10 und
der vierte Anschluss 3a vom modifizierten Prozessor 7* abgekoppelt
werden. Über
die Bit-Muster HEX
0 bis HEX 6 am fünften
Anschluss 3b (auch als Parameterport bezeichnet) ist ein
Diagnosedatenaufruf für
die vorgenannten sieben Variablen über den fünften Anschluss 3b möglich, der
mit dem Multi-Bit Decoder 7a über die Datenleitung 3c verbundenen
ist. Während
der Diagnosedatenübertragung
werden die letzten Statuswerte für
Ansteuerung und Rückmeldung
des Ventils 1 eingefroren. Weiterhin bleibt der dritte
Anschluss 10 für
Diagnosedaten DD vor Ort so lange vom modifizierten Prozessor 7* abgekoppelt,
bis in den Normalbetrieb zurückgeschaltet
wird. Im sog. Multi-Bit Modus werden die analogen Diagnosedaten
DD durch sog. Parameterbit-Codierung fragmentweise über die
zweiadrige Leitung 3 an die zentrale Steuereinheit 4/5 übermittelt
und dort im Lese- und Visualisierungsbaustein 4a ausgelesen
und angezeigt.