DE112012006686T5

DE112012006686T5 - PWM- und Al-Multiplex-Port, dessen Steuerungsverfahren und Steuergerät

Info

Publication number: DE112012006686T5
Application number: DE201211006686
Authority: DE
Inventors: Qiulian Deng; Xiang Zhou; Luxu Zhang
Original assignee: Hunan Sany Intelligent Control Equipment Co Ltd; Sany Heavy Industry Co Ltd
Current assignee: Hunan Sany Intelligent Control Equipment Co Ltd; Sany Heavy Industry Co Ltd
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2015-04-23
Also published as: CN102751975A; CN102751975B; WO2014008740A1

Abstract

Es werden ein PWM- und AI-Multiplex-Port, ein zugehöriges Steuerungsverfahren und ein Steuergerät bereitgestellt. Ein derartiger PWM- und AI-Multiplex-Port weist eine Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1), eine Abtastungseinheit (3), eine Belastungseinheit (8) und eine Schalteinheit (7) auf, wobei ein erstes Ende der Abtastungseinheit (3) mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) verbunden ist und ein zweites Ende der Abtastungseinheit (3) zur Verbindung mit einer Port-Belastung oder zum Empfang eines AI-Signals dient, während ein erstes Ende der Schalteinheit (7) mit dem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) verbunden ist, und ein zweites Ende der Schalteinheit (7) mit der Belastungseinheit (8) verbunden ist. Zudem ist vorgesehen, dass die Abtastungseinheit (3) bei abgeschalteter Schalteinheit (7) zur Erfassung eines PWM-Stromwerts der Port-Belastung und bei eingeschalteter Schalteinheit (7) und ausgeschalteter Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) zur Erfassung des AI-Signals dient. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erhöht die Flexibilität eines Ports und ermöglicht eine PWM-Port-Multiplexierung, um eine genaue Erfassung von AI-Signalen verschiedener Bereiche zu verwirklichen und breit diversifizierten Anwendungsanforderungen vor Ort gerecht zu werden.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Prioritätsrecht der am 12. Juli 2012 beim chinesischen Patentamt eingereichten chinesischen Patentanmeldung mit dem Titel "PWM- und AI-Multiplex-Port und Steuergerät" und der Anmeldenummer CN201210240547.X , deren Offenbarung durch Rückbeziehungen vollinhaltlich in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich Port-Multiplexverfahren, insbesondere ein Steuergerät, einen PWM- und AI-Multiplex-Port und ein zugehöriges Steuerungsverfahren.
Technischer Hintergrund
Der Entwicklungstrend von heutigen Steuerungsprodukten zeichnet sich durch die Neigung zum High-End-Segment und die Diversifizierung vom Sortiment aus. Dabei lässt sich der High-End-Trend der Entwicklung von Steuerungsprodukte vor allem an der Erhöhung der Intelligenz, Flexibilität und universellen Einsatzmöglichkeit, beispielsweise Steueranlagen mit flexibel konfigurierbaren Ports für Digitaleingang mit hoher und niedriger Spannung, Analogeingang mit Spannung und Widerstand, High-Side-Starkstrom und Brückenausgangskreis sowie konkretem Konfigurationsverfahren erkennen, während unter Diversifizierung von Sortimenten der Steuerungsprodukte verschiedene Sortimente in Abhängigkeit von den Anwendungsanforderungen typischer Anwendungsszenarien für Systementwickler zur Auswahlentwickelt werden. Beide Entwicklungsrichtungen ergänzen sich hinsichtlich des Marktpotenzials: einerseits können High-End-Produkte den Anforderungen der Entwickler für komplizierte High-End-Systeme hinsichtlich des Schutzniveaus und der Intellektualisierung gerecht werden, während andererseits die zur Wahl stehenden vielfältigen Produkte unterschiedliche Anwendungsanforderungen decken, und durch flexible Kombination den Benutzern die beste Anwendungslösungen bereitstellen können.
Die Multiplexierung von Ports stellt einen wichtigen Bestandteil des High-End-Entwicklungstrends der Steuerungsprodukte dar, und umfasst zur Zeit vor allem gegenseitige Multiplexierung für Ports mit unterschiedlichen Eingängen bzw. verschiedenen Ausgängen, darunter AI/DI-Multiplexierung und DO/PWM-Multiplexierung, wobei AI für analogen Signaleingang (Analog Signal Input), DI für digitalen Signaleingang (Digital Signal Input), DO für digitalen Signalausgang (Digital Signal Output), und PWM für Pulsbreitenmodulation (Pulse Width Modulation) steht. Jedoch wird die Flexibilität der Steuerungsprodukte in gewissem Maße durch unzureichende Technologien hinsichtlich der Multiplexierung von Ein- und Ausgangsports beschränkt.
Inhalt der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt eine erste Aufgabe zugrunde, einen effektiven PWM- und AI-Multiplex-Port vorzuschlagen, welcher eine Antriebseinheit für PWM-Ausgang, eine Abtastungseinheit, eine Belastungseinheit und eine Schalteinheit umfasst, wobei das erste Ende der Abtastungseinheit mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang verbunden ist, und ein zweites Ende der Abtastungseinheit zur Verbindung mit einer Port-Belastung oder zum Empfang eines AI-Signals dient, wobei das erste Ende der Schalteinheit mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang verbunden ist, und das zweite Ende der Schalteinheit mit einem ersten Ende der Belastungseinheit verbunden ist, und ein zweites Ende der Belastungseinheit geerdet ist, und wobei die Abtastungseinheit bei abgeschalteter Schalteinheit zur Erfassung eines von der Antriebseinheit für PWM-Ausgang ausgegebenen PWM-Stromwerts und bei eingeschalteter Schalteinheit und ausgeschalteter Antriebseinheit für PWM-Ausgang zur Erfassung eines AI-Signals dient.
Ferner ist vorgesehen, dass der PWM- und AI-Multiplex-Port ferner einen Operationsverstärker zur Verstärkung einer von der Abtastungseinheit erfassten Information umfasst, wobei der gleichphasige Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Ende der Abtastungseinheit und sein gegenphasiger Eingang mit dem zweiten Ende der Abtastungseinheit verbunden ist.
Noch weiter ist vorgesehen, dass der PWM- und AI-Multiplex-Port zur Filtration eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers ferner eine Filterschaltung umfasst, die wiederum einen Filterwiderstand und eine Filterkapazität umfasst, wobei ein erstes Ende des Filterwiderstands mit einem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist, und das zweite Ende des Filterwiderstands über die Filterkapazität geerdet ist.
Noch weiter ist vorgesehen, dass es sich bei dem Operationsverstärker um einen Messverstärker für hohe Gleichtaktspannungen und -ströme handelt.
Noch weiter ist vorgesehen, dass es sich bei der Belastungseinheit und/oder der Abtastungseinheit um einen Widerstand handelt.
Noch weiter ist vorgesehen, dass es sich bei der Schalteinheit um einen programmierten Schalter oder einen Handschalter handelt.
Der vorliegenden Erfindung liegt eine zweite Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät mit einem oben genannten PWM- und AI-Multiplex-Port bereitzustellen.
Der vorliegenden Erfindung liegt eine dritte Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports bereitzustellen, welches auf einen oben genannten PWM- und AI-Multiplex-Port beruht, und einen Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals und einen Schritt zur Eingabe eines AI-Signals umfasst, wobei bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals das zweite Ende der Abtastungseinheit mit der externen Port-Belastung verbunden, die Schalteinheit abgeschaltet und somit die Belastungseinheit von der Abtastungseinheit getrennt wird, wobei der Eingangs-Pin der Antriebseinheit für PWM-Ausgang das von dem Steuergerät erzeugte PWM-Signal empfängt, und der aus der Antriebseinheit für PWM-Ausgang heraustretende PWM-Strom nach Durchströmen der Erfassungseinheit in die externe Port-Belastung einströmt, während der PWM-Strom bei Durchströmen der Abtastungseinheit an beiden Enden der Abtastungseinheit eine in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung erzeugt, die unmittelbar oder nach einer Analog/Digital-Wandlung in ein digitales Signal als Steuersignal eines externen kontrollierten Objekts dient, wobei bei dem Schritt zur Eingabe eines AI-Signals das zweite Ende der Abtastungseinheit mit der externen AI-Signalquelle verbunden ist, und die Schalteinheit eingeschaltet und somit die Belastungseinheit mit der Abtastungseinheit verbunden wird, wobei die Antriebseinheit für PWM-Ausgang ausgeschaltet wird, und die Abtastungseinheit das von der externen AI-Signalquelle gesendete analoge Signal empfängt.
Noch weiter ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports der PWM- und AI-Multiplex-Port ferner einen Operationsverstärker zur Verstärkung einer von der Abtastungseinheit erfassten Information umfasst, wobei der gleichphasige Eingang des Operationsverstärkers mit dem ersten Ende der Abtastungseinheit und sein gegenphasiger Eingang mit dem zweiten Ende der Abtastungseinheit verbunden ist, wobei bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals die an beiden Enden der Abtastungseinheit erzeugte, und in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung ferner dem Operationsverstärker zur Spannungsverstärkung zugeführt wird. Bei dem Schritt zur Eingabe eines AI-Signals wird nach Empfang des von der externen AI-Signalquelle gesendeten AI-Signals bei der Abtastungseinheit dieses AI-Signal ferner dem Operationsverstärker zur Signalverstärkung zugeführt.
Noch weiter ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports der PWM- und AI-Multiplex-Port zur Filtration eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers ferner eine Filterschaltung umfasst, die wiederum einen Filterwiderstand und eine Filterkapazität umfasst, wobei das erste Ende des Filterwiderstands mit einem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist, und das zweite Ende über die Filterkapazität geerdet ist. Noch weiter ist vorgesehen, dass bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals nach Verstärkung der in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehenden Spannung durch den Operationsverstärker ferner eine Filtrierung des von dem Operationsverstärker ausgegebenen Spannungssignals über die Filterschaltung erfolgt.
Durch Vorsehen eines zusätzlichen, konfigurierbaren Lastkreises (nämlich die Belastungseinheit und die Schalteinheit) innerhalb des PWM-Ports ermöglicht der erfindungsgemäße PWM- und AI-Multiplex-Port, den Betriebsmodus des Multiplex-Ports durch Ab- und Einschaltung der Schalteinheit umzuschalten, wobei der Multiplex-Port bei eingeschalteter Schalteinheit die Erfassung eines AI-Signals ermöglicht, und bei abgeschalteter Schalteinheit im PWM-Modus arbeitet. Auf dieser Weise lässt sich die Flexibilität eines Ports erhöhen und eine PWM-Port-Multiplexierung ermöglichen, um eine genaue Erfassung von AI-Signalen verschiedener Bereiche zu verwirklichen und breit diversifizierten Anwendungsanforderungen vor Ort gerecht zu werden.
Darstellung der Abbildungen
Es zeigen
die schematische Darstellung des Aufbaus eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
die schematische Darstellung des Aufbaus eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
die schematische Darstellung der externen Port-Belastung eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
die schematische Darstellung der externen analogen Signalquelle eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Konkrete Ausführungsformen
Nachfolgend wird die technische Ausgestaltung gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen anhand beiliegender Zeichnungen näher beschrieben. Offensichtlich wird lediglich ein Teil der Ausführungsbeispiele anstatt sämtlicher Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Alle anderen Ausführungsbeispiele, die von Durchschnittsfachleuten aus diesem Gebiet im Rahmen der Ausführungsbeispiele der Erfindung ohne erfinderische Tätigkeiten entwickelt werden, sind ebenfalls von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst.
Wie aus zu entnehmen ist, umfasst der PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1, eine Abtastungseinheit 3, eine Belastungseinheit 8, und eine Schalteinheit 7, wobei ein erstes Ende der Abtastungseinheit 3 mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 verbunden ist, und ein zweites Ende der Abtastungseinheit 3 zur Verbindung mit einer Port-Belastung oder zum Empfang eines AI-Signals dient (dabei ist der PWM- und AI-Multiplex-Port bei Verwendung als PWM-Port mit einer Port-Belastung verbunden und empfängt bei Verwendung als AI-Port das AI-Signal), während das erste Ende der Schalteinheit 7 mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1, und das zweite Ende mit einem ersten Ende der Belastungseinheit 8 verbunden ist, deren zweites Ende geerdet ist, wobei die Abtastungseinheit 3 bei abgeschalteter Schalteinheit 7 zur Erfassung eines PWM-Stromwerts dient, und wobei bei eingeschalteter Schalteinheit 7 die Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 ausgeschaltet wird und die Abtastungseinheit 3 zur Erfassung des oben genannten AI-Signals dient.
Es wird auf hingewiesen: Bei praktischer Anwendung lässt sich die Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 als die Struktur mit dem Bezugszeichen 11 in gestalten, und bei der Abtastungseinheit 3 kann es sich um einen elektrischen Widerstand 31 oder irgendeine zur Strom- und Spannungserfassung fähige elektrische Einheit einschließlich einer Widerstandseinheit handeln. Das gilt auch für die Belastungseinheit 8, welche beispielsweise als der elektrische Widerstand 71 in gestaltet werden kann. Bei der Schalteinheit 7 kann es sich um den Handschalter 81 in , aber natürlich auch um einen programmierten Schalter (nicht dargestellt) handeln, wobei die Schalteinheit 7 bei Verwendung eines programmierten Schalters einen Steuerungsbefehls zur Umschaltung zwischen dem Abschaltungs- und Einschaltungszustand empfängt.
Es wird ferner auf hingewiesen: Vorzugsweise umfasst der PWM- und AI-Multiplex-Port zur günstigeren Auswertung einer von der Abtastungseinheit 3 erfassten Information ferner einen Operationsverstärker 4, der zur Verstärkung einer von der Abtastungseinheit 3 (beispielsweise dem elektrischen Widerstand 31) erfassten Information vorgesehen ist. Bei konkreter Anwendung kann der gleichphasiger Eingang des Operationsverstärkers 4 mit einem ersten Ende der Abtastungseinheit 3 (beispielsweise des elektrischen Widerstands 31) und der gegenphasige Eingang mit dem zweiten Ende der Abtastungseinheit 3 (beispielsweise des elektrischen Widerstands 31) verbunden werden kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Operationsverstärker 4 um einen Messverstärker für hohe Gleichtaktspannungen und -ströme, beispielsweise den Messverstärker INA193 für hohe Gleichtaktspannungen und -ströme, welcher eine Gleichtaktspannung von bis zur 40V unterstützt und eine zuverlässige Abtastung bei einer Gleichtaktspannung von 24V ermöglicht.
Vorzugsweise weist der PWM- und AI-Multiplex-Port zur Beseitigung von Geräuschen und zur genaueren Auswertung einer von der Abtastungseinheit 3 erfassten Information noch weiter eine Filterschaltung auf, die zur Filtrierung eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers 4 vorgesehen ist. Bei konkreter Anwendung umfasst die Filterschaltung einen Filterwiderstand 5 und eine Filterkapazität 6, wobei der das erste Ende des Filterwiderstands 5 mit einem Ausgang des Operationsverstärkers 4 verbunden ist, und das zweite Ende über die Filterkapazität 6 geerdet ist, wobei das zweite Ende des Filterwiderstands 5 als Ausgang der Filterschaltung dient.
Die Arbeitsprinzipien des PWM- und AI-Multiplex-Ports lauten wie folgend: bei Verbindung des zweiten Ende der Abtastungseinheit 3 mit einer Port-Belastung kann der PWM- und AI-Multiplex-Port als PWM-Port dienen, und die Schalteinheit 7 wird (entweder manuell oder durch Programmierung) abgeschaltet, womit die Verbindung zwischen der Belastungseinheit 8 und der Abtastungseinheit 3 getrennt wird. Dabei arbeitet der PWM- und AI-Multiplex-Port im PWM-Modus, mit anderen Worten empfängt der Eingangs-Pin der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 das PWM-Signal, und der aus der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 heraustretende PWM-Strom strömt nach Durchströmen der Abtastungseinheit 3 (beispielsweise eines elektrischen Widerstands) innerhalb des PWM- und AI-Multiplex-Ports in eine externe Port-Belastung außerhalb des PWM- und AI-Multiplex-Ports ein, während der PWM-Strom bei Durchströmen der Abtastungseinheit 3 an beiden Enden der Abtastungseinheit 3 eine in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung erzeugt, die dem Operationsverstärker 4 zugeführt und nach Verstärkung durch den Operationsverstärker 4 über eine der Reihe nach aus einem Filterwiderstand 5 und einer Filterkapazität 6 bestehende Filterschaltung in ein stabiles und grundsätzlich in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehendes Spannungssignal umgewandelt wird, wobei diese Spannung unmittelbar als Steuersignal dienen oder nach einer Analog/Digital-Wandlung in ein digitales Signal bei Computersteuerung mitwirken kann.
Bei Verwendung des zweiten Endes der Abtastungseinheit 3 zum Empfang eines AI-Signals kann der PWM- und AI-Multiplex-Port als AI-Port dienen, und die Schalteinheit 7 wird (entweder manuell oder durch Programmierung) eingeschaltet, womit die Verbindung zwischen der Belastungseinheit 8 und der Abtastungseinheit 3 hergestellt wird, wobei der PWM-Ausgang zur Ausschaltung der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 genullt wird, und die Abtastungseinheit 3 zur Erfassung eines Spannungssignals dient, welches dem Stromwert des AI-Signals bei Durchströmen durch die Abtastungseinheit 3 entspricht. Dabei lässt sich der Stromwert an der Abtastungseinheit 3 durch geeignete Parameteranpassung bis in den linearen Verstärkungsbereich des Operationsverstärkers 4 einstellen, und über den Operationsverstärker 4 in ein gut erkennbares und in proportionalem Verhältnis zu dem AI-Signal stehendes Signal verstärken, um die AI-Port-Multiplexierung zu verwirklichen. Bei konkreter Anwendung kann es sich bei dem AI-Signal um ein Spannungs- oder Stromsignal handeln, und beim AI-Signal als Spannungssignal werden die Größen verschiedener Elemente zur Anpassung an den Operationsverstärker 4 wie folgend eingestellt:
Bei einem AI-Spannungssignal von V, einem Widerstandswert der Belastungseinheit 8 von R_f, und einem Widerstandswert der Abtastungseinheit 3 von R_sbesteht zwischen der Klemmenspannung V_RS der Abtastungseinheit 3 und dem externen Spannungssignal V folgende Beziehung: V_RS = V·R_s/(R_s + R_f)
Bei konkreter Anwendung kann man durch Auswahl des Widerstandswerts der Belastungseinheit 8 und der Abtastungseinheit 3 veranlassen, dass sich der Wert von V_RS innerhalb des linearen Bereichs des Operationsverstärkers 4 befindet. Verständlich ist es, dass durch Auswahl der Belastungseinheit 8 mit unterschiedlichen Parametern eine an beiden Enden der Abtastungseinheit 3 liegende Spannung innerhalb des linearen Verstärkungsbereichs des Operationsverstärkers 4 sichergestellt werden kann, um eine Erfassung von AI-Signalen verschiedener Bereiche, beispielsweise 0–5V, 0–10V zu realisieren.
Bei einem AI-Signal als Stromsignal lässt sich der Stromwert anhand folgender Formel berechnen: Is = Vs/Rs wobei Is für den Stromwert eines AI-Stromsignals, Vs für die Klemmenspannung der Abtastungseinheit 3, und Rs für den Wert des Abtastungswiderstands der Abtastungseinheit 3 steht.
Nachfolgend wird der PWM- und AI-Multiplex-Port der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf und näher erläutert.
Es wird auf hingewiesen, die die schematische Darstellung der externen Port-Belastung eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie es sich aus ergibt, steht die Klemme 9 des PWM- und AI-Multiplex-Ports des vorliegenden Ausführungsbeispiels in externer Verbindung mit einer Port-Belastung 2.
Dabei steht das zweite Ende des als Abtastungseinheit dienenden elektrischen Widerstands 31 in Verbindung mit einer Port-Belastung 2, und der PWM- und AI-Multiplex-Port dient als PWM-Port. Die als Schalteinheit dienende Schalteinheit 81 wird (entweder manuell oder durch Programmierung) abgeschaltet, womit die Verbindung zwischen dem als Belastungseinheit dienenden elektrischen Widerstand 71 und dem elektrischen Widerstand 31 getrennt wird. Dabei arbeitet der PWM- und AI-Multiplex-Port im PWM-Modus, mit anderen Worten empfängt der Eingangs-Pin der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 das PWM-Signal, und der aus der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 heraustretende PWM-Strom strömt nach Durchströmen durch den elektrischen Widerstand 31 innerhalb des PWM- und AI-Multiplex-Ports in die externe Port-Belastung 2 außerhalb des PWM- und AI-Multiplex-Ports ein, während bei Durchströmen durch den elektrischen Widerstand 31 der PWM-Strom an beiden Enden des elektrischen Widerstands 31 eine in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung erzeugt, die dem Operationsverstärker 4 zugeführt wird und nach Verstärkung durch den Operationsverstärker 4 über eine der Reihe nach aus einem Filterwiderstand 5 und einer Filterkapazität 6 bestehende Filterschaltung in ein stabiles und grundsätzlich in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehendes Spannungssignal umgewandelt wird, wobei diese Spannung unmittelbar als Steuersignal dienen oder nach Analog/Digital-Wandlung in ein digitales Signal bei Computersteuerung mitwirken kann. Offensichtlich dient der PWM- und AI-Multiplex-Port bei Verwendung als PWM-Port als Ausgangsport.
Es wird auf hingewiesen, die die schematische Darstellung der externen analogen Signalquelle eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie es sich aus ergibt, steht die Klemme 9 des PWM- und AI-Multiplex-Ports des vorliegenden Ausführungsbeispiels in externer Verbindung mit der analogen Signalquelle.
Bei Verwendung des zweiten Endes des als Abtastungseinheit dienenden elektrischen Widerstands 31 zum Empfang eines AI-Signals kann der PWM- und AI-Multiplex-Port als AI-Port dienen, und der als Schalteinheit dienende Schalter 81 wird (entweder manuell oder durch Programmierung) eingeschaltet, womit die Verbindung zwischen dem als Belastungseinheit dienenden elektrischen Widerstand 71 und dem elektrischen Widerstand 31 hergestellt wird, wobei der PWM-Ausgang zur Ausschaltung der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 genullt wird, und der elektrische Widerstand 31 ein Spannungssignals erfasst, welches dem Stromwert des AI-Signals bei Durchströmen durch den elektrischen Widerstand 31 entspricht. Dabei lässt sich der Stromwert an dem elektrischen Widerstand 31 durch geeignete Parameteranpassung bis in den linearen Verstärkungsbereich des Operationsverstärkers 4 einstellen, und über den Operationsverstärker 4 in ein gut erkennbares und in proportionalem Verhältnis zu dem AI-Signal stehendes Signal verstärken, um die AI-Port-Multiplexierung zu verwirklichen. Bei konkreter Anwendung kann es sich bei dem AI-Signal um ein Spannungs- oder Stromsignal handeln, und beim AI-Signal als Spannungssignal werden die Größen verschiedener Elemente zur Anpassung an den Operationsverstärker 4 wie folgend eingestellt:
Bei einem AI-Spannungssignal von V, einem Widerstandswert des elektrischen Widerstands 71 von R_f, und einem Widerstandswert des elektrischen Widerstands 31 von R_s besteht zwischen der Klemmenspannung V_RS des elektrischen Widerstands 31 und dem externen Spannungssignal V folgende Beziehung: V_RS = V·R_s/(R_s + R_f)
Bei konkreter Anwendung kann man durch Auswahl des Widerstandswert des elektrischen Widerstands 71 und des elektrischen Widerstands 31 veranlassen, dass sich der Wert V_RS innerhalb des linearen Bereichs des Operationsverstärkers 4 befindet. Verständlich ist es, dass durch Auswahl eines elektrischen Widerstands 71 mit unterschiedlichen Parametern eine an beiden Enden des elektrischen Widerstands 31 liegende Spannung innerhalb des linearen Verstärkungsbereichs des Operationsverstärkers 4 sichergestellt werden kann, um eine Erfassung von AI-Signalen verschiedener Bereiche, beispielsweise 0–5V, 0–10V zu realisieren.
Bei einem AI-Signal als Stromsignal lässt sich der Stromwert anhand folgender Formel berechnen: Is = Vs/Rs wobei Is für den Stromwert eines AI-Stromsignals, Vs für die Klemmenspannung des elektrischen Widerstands 31, und Rs für den Wert des Abtastungswiderstands des elektrischen Widerstands 31 steht.
Durch Vorsehen eines zusätzlichen, konfigurierbaren Lastkreises (nämlich die Belastungseinheit und die Schalteinheit) innerhalb des PWM-Ports ermöglichen die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, den Betriebsmodus des Multiplex-Ports durch Ab- und Einschaltung der Schalteinheit umzuschalten, wobei der Multiplex-Port bei eingeschalteter Schalteinheit die Erfassung eines externen analogen Signals ermöglicht, und bei abgeschalteter Schalteinheit im PWM-Modus arbeitet. Der vorliegende Ausführungsbeispiel erhöht die Flexibilität des Ports und ermöglicht eine PWM-Port-Multiplexierung, um eine genaue Erfassung von AI-Signalen verschiedener Bereiche zu verwirklichen und breit diversifizierten Anwendungsanforderungen vor Ort gerecht zu werden.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Steuergerät mit irgendeinem der oben genannten PWM- und AI-Multiplex-Port bereitgestellt. Aufgrund der oben genannten technische Auswirkungen des PWM- und AI-Multiplex-Ports verfügt das Steuergerät mit einem derartigen PWM- und AI-Multiplex-Port somit auch über solche technische Auswirkungen.
Erfindungsgemäß wird noch weiter ein Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports bereitgestellt, welches auf einen derartigen PWM- und AI-Multiplex-Port beruht, und einen Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals und einen Schritt zur Eingabe eines AI-Signals umfasst, wobei der PWM- und AI-Multiplex-Port eine Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1, eine Abtastungseinheit 3, eine Belastungseinheit 8, und eine Schalteinheit 7 umfasst, wobei ein erstes Ende der Abtastungseinheit 3 mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 verbunden ist, und ein zweites Ende der Abtastungseinheit 3 zur Verbindung mit einer Port-Belastung oder zum Empfang eines AI-Signals dient, während ein erstes Ende der Schalteinheit 7 mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 verbunden ist, und ein zweites Ende mit einem ersten Ende der Belastungseinheit 8 verbunden ist, deren zweites Ende geerdet ist, wobei die Abtastungseinheit 3 bei abgeschalteter Schalteinheit 7 zur Erfassung eines von der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 ausgegebenen PWM-Stromwerts, und bei eingeschalteter Schalteinheit 7 und ausgeschalteter Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 zur Erfassung eines AI-Signals dient.
Bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals wird das zweite Ende der Abtastungseinheit 3 mit der externen Port-Belastung verbunden, und die Schalteinheit 7 wird abgeschaltet und somit die Belastungseinheit 8 wird von der Abtastungseinheit 3 getrennt, wobei der Eingangs-Pin der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 das von dem Steuergerät erzeugte PWM-Signal empfängt, und der aus der Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 heraustretende PWM-Strom nach Durchströmen durch Erfassungseinheit 3 in die externe Port-Belastung einströmt, während der PWM-Strom bei Durchströmen durch Abtastungseinheit 3 an beiden Enden der Abtastungseinheit 3 eine in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung erzeugt, die unmittelbar oder nach einer Analog/Digital-Wandlung in ein digitales Signal als Steuersignal eines externen kontrollierten Objekts dient.
Bei dem Schritt zur Eingabe eines AI-Signals wird das zweite Ende der Abtastungseinheit 3 mit der externen AI-Signalquelle verbunden, und die Schalteinheit 7 wird eingeschaltet, und somit wird die Belastungseinheit 8 mit der Abtastungseinheit 3 verbunden, wobei die Antriebseinheit für PWM-Ausgang 1 ausgeschaltet wird, und die Abtastungseinheit 3 das von der externen AI-Signalquelle gesendete analoge Signal empfängt.
Noch weiter lässt sich der PWM- und AI-Multiplex-Port derart verbessern, dass der Multiplex-Port ferner einen Operationsverstärker 4 zur Verstärkung einer von der Abtastungseinheit 3 erfassten Information aufweist, wobei der gleichphasiger Eingang des Operationsverstärkers 4 mit einem ersten Ende der Abtastungseinheit 3 und sein gegenphasiger Eingang mit dem zweiten Ende der Abtastungseinheit 3 verbunden ist.
Bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals wird die an beiden Enden der Abtastungseinheit 3 erzeugte, und in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung ferner dem Operationsverstärker 4 zur Spannungsverstärkung zugeführt, und bei dem Schritt zur Eingabe eines AI-Signals wird nach Empfang des von der externen AI-Signalquelle gesendeten AI-Signals bei der Abtastungseinheit 3 dieses AI-Signal ferner dem Operationsverstärker 4 zur Signalverstärkung zugeführt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei dem Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports der PWM- und AI-Multiplex-Port zur Filtration eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers 4 ferner eine Filterschaltung aufweist, die wiederum einen Filterwiderstand 5 und eine Filterkapazität 6 aufweist, wobei ein erstes Ende des Filterwiderstands 5 mit einem Ausgang des Operationsverstärkers 4 verbunden, und das zweite Ende über die Filterkapazität 6 geerdet ist. Bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals erfolgt nach Verstärkung der in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehenden Spannung durch den Operationsverstärker 4 noch weiter eine Filtrierung des von dem Operationsverstärker 4 ausgegebenen Spannungssignals über die Filterschaltung.
Durch Vorsehen eines zusätzlichen, konfigurierbaren Lastkreises (nämlich die Belastungseinheit und die Schalteinheit) innerhalb des PWM-Ports ermöglicht das oben beschriebene Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports, den Betriebsmodus des Multiplex-Ports durch Ab- und Einschaltung der Schalteinheit umzuschalten, wobei der Multiplex-Port bei eingeschalteter Schalteinheit die Erfassung der Größe eines externen analogen Signals ermöglicht, und bei abgeschalteter Schalteinheit im PWM-Modus arbeitet. Somit wird die Flexibilität eines Ports erhöht und eine PWM-Port-Multiplexierung ermöglicht, um eine genaue Erfassung von AI-Signalen verschiedener Bereiche zu verwirklichen und breit diversifizierten Anwendungsanforderungen vor Ort gerecht zu werden.
Bisher wurden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert, die den Umfang der Erfindung keineswegs einschränken, und jegliche Abänderung, Substitution und Verbesserung im Rahmen der Grundideen und Prinzipien der Erfindung sind ebenfalls von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst.
Industrielle Verwendbarkeit
Der PWM- und AI-Multiplex-Port und das zugehörige Steuerungsverfahren und das Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht die Flexibilität eines Ports und ermöglicht eine PWM-Port-Multiplexierung, um eine genaue Erfassung von AI-Signalen verschiedener Bereiche zu verwirklichen und breit diversifizierten Anwendungsanforderungen vor Ort gerecht zu werden. Somit verfügt die vorliegende Erfindung über industrielle Verwendbarkeit.

Claims

PWM- und AI-Multiplex-Port, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1), eine Abtastungseinheit (3), eine Belastungseinheit (8) und eine Schalteinheit (7) aufweist, wobei – ein erstes Ende der Abtastungseinheit (3) mit einem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) verbunden ist und ein zweites Ende der Abtastungseinheit (3) zur Verbindung mit einer Port-Belastung oder zum Empfang eines AI-Signals dient, – ein erstes Ende der Schalteinheit (7) mit dem Ausgang der Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) verbunden ist, und ein zweites Ende mit einem ersten Ende der Belastungseinheit (8) verbunden ist, während ein zweites Ende der Belastungseinheit (8) geerdet ist, wobei die Abtastungseinheit (3) bei abgeschalteter Schalteinheit (7) zur Erfassung eines von der Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) ausgegebenen PWM-Stromwerts und bei eingeschalteter Schalteinheit (7) und ausgeschalteter Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) zur Erfassung des AI-Signals dient.
PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner einen Operationsverstärker (4) zur Verstärkung einer von der Abtastungseinheit (3) erfassten Information aufweist, wobei der gleichphasige Eingang des Operationsverstärkers (4) mit dem ersten Ende der Abtastungseinheit (3) und sein gegenphasiger Eingang mit dem zweiten Ende der Abtastungseinheit (3) verbunden ist.
PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Filtration eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers (4) ferner eine Filterschaltung aufweist, die wiederum einen Filterwiderstand (5) und eine Filterkapazität (6) aufweist, wobei ein erstes Ende des Filterwiderstands (5) mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (4) verbunden ist, und ein zweites Ende des Filterwiderstands (5) über die Filterkapazität (6) geerdet ist.
PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Operationsverstärker (4) um einen Messverstärker für hohe Gleichtaktspannungen und -ströme handelt.
PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Belastungseinheit (8) und/oder der Abtastungseinheit (3) um einen Widerstand handelt.
PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Schalteinheit (7) um einen programmierten Schalter oder einen Handschalter handelt.
Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, dass es einen PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports, dadurch gekennzeichnet, dass es auf einen PWM- und AI-Multiplex-Port gemäß Anspruch 1 beruht und einen Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals und einen Schritt zur Eingabe eines AI-Signals aufweist, wobei – bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals ein zweites Ende der Abtastungseinheit (3) mit der externen Port-Belastung verbunden, die Schalteinheit (7) abgeschaltet und somit die Belastungseinheit (8) von der Abtastungseinheit (3) getrennt wird, wobei der Eingangs-Pin der Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) das von dem Steuergerät erzeugte PWM-Signal empfängt und der aus der Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) heraustretende PWM-Strom nach Durchströmen durch die Erfassungseinheit (3) in die externe Port-Belastung einströmt, während der PWM-Strom bei Durchströmen durch die Abtastungseinheit (3) an beiden Enden der Abtastungseinheit (3) eine in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung erzeugt, die als Steuersignal eines externen kontrollierten Objekts dient oder nach einer Analog/Digital-Wandlung in ein digitales Signal als Steuersignal eines externen kontrollierten Objekts dient, – bei dem Schritt zur Eingabe eines AI-Signals ein zweites Ende der Abtastungseinheit (3) mit der externen AI-Signalquelle verbunden, die Schalteinheit (7) eingeschaltet und somit die Belastungseinheit (8) mit der Abtastungseinheit (3) verbunden wird, wobei die Antriebseinheit für PWM-Ausgang (1) ausgeschaltet wird und die Abtastungseinheit (3) das von der externen AI-Signalquelle gesendete analoge Signal empfängt.
Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der PWM- und AI-Multiplex-Port ferner einen Operationsverstärker (4) zur Verstärkung einer von der Abtastungseinheit (3) erfassten Information aufweist, wobei der gleichphasiger Eingang des Operationsverstärkers (4) mit einem ersten Ende der Abtastungseinheit (3) verbunden ist, und sein gegenphasiger Eingang mit dem zweiten Ende der Abtastungseinheit (3) verbunden ist, und dass – bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals die an beiden Enden der Abtastungseinheit (3) erzeugte und in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehende Spannung ferner dem Operationsverstärker (4) zur Spannungsverstärkung zugeführt wird, – bei dem Schritt zur Eingabe des AI-Signals nach Empfang des von der externen AI-Signalquelle gesendeten AI-Signals bei der Abtastungseinheit (3) dieses AI-Signal ferner dem Operationsverstärker (4) zur Signalverstärkung zugeführt wird.
Verfahren zum Steuern eines PWM- und AI-Multiplex-Ports gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der PWM- und AI-Multiplex-Port zur Filtration eines Ausgangssignals des Operationsverstärkers (4) ferner eine Filterschaltung aufweist, die wiederum einen Filterwiderstand (5) und eine Filterkapazität (6) aufweist, wobei ein erstes Ende des Filterwiderstands (5) mit einem Ausgang des Operationsverstärkers (4) verbunden ist, und ein zweites Ende des Filterwiderstands (5) über die Filterkapazität (6) geerdet ist, und dass – bei dem Schritt zur Ausgabe eines PWM-Signals nach Verstärkung der in proportionalem Verhältnis zu dem PWM-Strom stehenden Spannung durch den Operationsverstärker (4) noch weiter eine Filtrierung des von dem Operationsverstärker (4) ausgegebenen Spannungssignals über die Filterschaltung erfolgt.