DE19510466A1 - Digitale Steuerung und Verknüpfungseinheit für eine solche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei derartigen bekannten digitalen Steuerungen arbeitet der Rechner über Schnittstellen direkt mit Sensoren und Aktoren zusammen, wobei die Art des Zusammenwirkens durch ein in einem ihm zugeordneten Speicher abgelegtes Programm vorgegeben ist, welches schrittweise abgewickelt wird. Bei derartigen digitalen Steuerungen muß von jedem der Sensoren bzw. Aktoren (als Oberbegriff hierfür wird nachstehend und in den Ansprüchen die Bezeichnung "peri­ pheres Gerät" verwendet) ein Kabel verlegt werden. Arbeitet die digitale Steuerung mit einer sehr großen Anzahl von peripheren Geräten zusammen, so ist der Verkabelungs­ aufwand groß. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten digitalen Steuerungen ist der, daß die Programmierung aufwendig ist und jeweils wieder intensiv ausgetestet werden muß, wenn eine Änderung durchgeführt wurde, da die Neßschritte, in welchen die Ausgangsignale der verschie­ denen Sensoren eingelesen werden, die Prüfschritte, in denen geprüft wird, ob die als nächste auszuführende Aktion mit den Ausgangssignalen der Sensoren kompatibel ist, und die Arbeitsschritte, in welchen die Aktoren betätigt werden, alle ineinander verschachtelt sind.

Durch die vorliegende Erfindung soll eine digitale Steue­ rung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weiterge­ bildet werden, daß der Verkabelungsaufwand vermindert ist und eine einfachere Programmierung der Arbeitsschritte erhalten wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine digitale Steuerung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen digitalen Steuerung sind die Sensoren und Aktoren gruppenweise an Verknüpfungsrechner angeschlossen, welche den Signalaustausch von und zu den peripheren Geräten verwalten und die Prüfschritte abwickeln. Damit umfaßt das Programm, nach welchem der Steuerrechner arbeitet, im wesentlichen nur noch die Steuerung der Abfolge der Arbeitsschritte sowie rest­ liche Prüfschritte, welche Sensoren und Aktoren betref­ fen, die aus räumlichen Gründen unterschiedlichen Prüf­ rechnern zugeordnet werden müssen. Das Erstellen dieser eigentlichen Prozeßprogramme wird somit erheblich ver­ einfacht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter­ ansprüchen angegeben.

Ein weiterer Vorteil einer Steuerung gemäß Anspruch 2 ist der, daß man an den nahe bei den Sensoren und Aktoren angeordneten Verknüpfungsrechnern im Handbetrieb einzelne Arbeitsschritte durchführen kann, was im Hinblick auf Justierarbeiten, die einen Platzwechsel zwischen Verknüp­ fungsrechner und peripherem Gerät erfordern, und auch im Hinblick auf direkte visuelle Kontrolle der befohlenen Aktionen von Vorteil ist. Da sich zwischen den einzelnen Verknüpfungsrechnern und dem Steuerrechner nur jeweils ein Datenkabel erstreckt, ist die Verkabelung der gesamten digitalen Steuerung erheblich übersichtlicher und preis­ günstiger.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist in Hinblick auf eine kompakte und trotzdem übersichtliche Verbindung der verschiedenen peripheren Geräte mit dem Verknüpfungsrechner von Vorteil. Ferner erhält man so eine handliche Einheit, die auch als lokaler Bedienrechner, Bedienfeld, E/A-Einheit und gemeinsame Netzversorgung dienen kann.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 stellt sicher, daß ein guter Zugang zum gesamten Inneren des Gehäuses und damit zum Verknüpfungsrechner und der Ein-/ Ausgabeeinheit gegeben ist. Zugleich hat man mit der Außenfläche des Deckels eine große Fläche, an welcher die Anzeigeeinheit und die Eingabeeinheit angebracht sind.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ermög­ licht ein einfaches Öffnen des Deckels, wobei die von ihm getragene Anzeigeeinheit und Eingabeeinheit auch bei geöffnetem Deckel sicher gehalten sind und funktions­ fähig bleiben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 gestattet es, in den Verknüpfungsrechner von einem Datenträger aus neue Programme oder Daten einzulesen.

Bei einer Verknüpfungseinheit gemäß Anspruch 7 ist das Laufwerk unter Betriebsbedingungen gut gegen Verschmutzung geschützt.

Den gleichen Vorteil erhält man bei einer Verknüpfungs­ einheit gemäß Anspruch 8, wobei zusätzlich der Vorteil erhalten wird, daß auch beim Benutzen des vom Deckel getragenen Laufwerkes der Innenraum des Gehäuses dicht verschlossen bleibt.

Bei einer Verknüpfungseinheit gemäß Anspruch 9 wird mit dem Verlagern der das Laufwerk tragenden Lagerplatte zugleich auch die Eingabeeinheit in eine schräg zur Vertikalen geneigte Lage gebracht, was das Bedienen der Eingabeeinheit erleichtert.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 erhält man eine Arretierung der Eingabeeinheit und des Laufwerkes in der Arbeitsstellung.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 ist im Hinblick auf kompakten Aufbau der durch Verknüpfungs­ rechner und Ein/Ausgabeinheit gebildeten Verknüpfungs­ einheit von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 12 ge­ stattet es, die gesamten elektronischen Bauelemente der Verknüpfungseinheit als eine Einheit aus dem Gehäuse auszubauen oder in dieses einzusetzen.

Bei Verwendung einer E/A-Einheit gemäß Anspruch 13 kann ein Kabel, welches zu einem peripheren Gerät führt, als ganzes zu der E/A-Einheit geführt werden und dort werden sowohl die Versorgungsleiter des Kabels als auch die Datenleiter des Kabels angeschlossen. Hierdurch wird die Verkabelung der Verknüpfungseinheit erleichtert und Fehlerquellen sind ausgeräumt.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 ist im Hinblick auf den Anschluß einer großen Anzahl peri­ pherer Geräte bei kompakten Abmessungen der E/A-Ein­ heit und unter Verwendung weniger elektronischer Bau­ teile von Vorteil.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 15 ermög­ licht es, unterschiedliche Aufbauplatinen unter Verwen­ dung weitgehend gleicher Grund-Komponenten herzustellen. Die Abänderung einer gegebenen Aufbauplatine für andere Funktionen kann auch noch vom Benutzer durch Austauschen des steckbaren Ein- und/oder Ausgabemoduls vorgenommen werden.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 16 ermög­ licht es, zu geringen Kosten Aufbauplatinen bereitzustel­ len, die sich in der Hardware stärker unterscheiden.

Durch den Modul-Aufbau der Leiterbahnenanordnung gemäß Anspruch 17 kann zum einen kundenspezifische stärker abgewandelte Aufbauplatinen rasch erstellen und zum anderen auch ohne eingehendes Austesten zusammenstellen, da die ein­ zelnen Module ausgetestet sind und durch das Zusammen­ schalten dieser Leiterbahnenmodule keine nicht direkt absehbaren Probleme entstehen. Das Zusammensetzen der Leiterbahnenmodule läßt sich mit Rechner-Graphikprogrammen auf einfache Weise realisieren. Verwendet man dabei Standard-Leiterbahnenmodule mit quadratischer Randkontur, so kann man diese je nach Bedarf auch Verdrehen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 18 ist im Hinblick auf gute Übersichtlichkeit der Verkabelung der verschiedenen Aufbauplatinen von Vorteil. Auch er­ hält man so eine gleichmäßig gute Konvektionskühlung der auf den verschiedenen Aufbauplatinen angeordneten elektronischen Bauelement.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 19 ist im Hinblick auf geringen Raumbedarf einer E/A-Einheit von Vorteil.

Bei einer E/A-Einheit gemäß Anspruch 20 kann man an den einzelnen Anschlußstellen für die peripheren Geräte eine übersichtliche geordnete Beschriftung für die verschiedenen angeschlossenen peripheren Geräte anbringen.

Dabei wird mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 21 erreicht, daß das die Beschriftungsfelder tragende Winkelprofil zugleich als großer Kühlkörper für Leistungs-Bauelemente dienen kann.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 22 ist im Hinblick auf ein ergonomisch besonders günstiges Anschließen der Leiter der zur den peripheren Geräten führenden Kabel von Vorteil. Auch sind die Aufbaupla­ tinen weitgehend von Anschlußklemmen freigehalten.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 23 ist ein besonders guter Zugang zu den Leiterbefestigungs­ mitteln der verschiedenen Versorgungs-Anschlußklemmen gegeben.

Den gleichen Vorteil erhält man gemäß Anspruch 24 auch bezüglich der Daten-Anschlußklemmen.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 25 hat den Vorteil, daß die zu den peripheren Geräten führenden Kabel auf einfache Weise in der Nähe der E/A-Einheit mechanisch und zugleich dicht am Gehäuse festge­ legt sind.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 26 wird erreicht, daß man unter Verwendung identischer Gehäuse und identischer E/A-Einheiten einen Verknüpfungs­ rechner mit einer sehr großen Anzahl von peripheren Geräten verbinden kann.

Gemäß Anspruch 27 erhält man durch nur sehr geringe Ab­ wandlung einer erfindungsgemäßen Verknüpfungseinheit eine kleine Steuereinheit, die zur Prozeßsteuerung für kleine Anlagen und Maschinen geeignet ist, sehr kompakte Abmes­ sungen aufweist und praktisch identisch ist zu Verknüp­ fungseinheiten, die in größeren Steuerungen Verwendung finden. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung in großen Stückzahlen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein schematische Prinzipschaltbild einer digi­ talen Steuerung, die mit einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren zusammenarbeitet;

Fig. 2 einen transversalen Schnitt durch eine Verknüp­ fungseinheit der in Fig. 1 gezeigten digitalen Steuerung;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Frontseite einer E/A-Ein­ heit, die jeweils in den Verknüpfungseinheiten der digitalen Steuerung nach Fig. 1 enthalten ist;

Fig. 4 ein schematischen Flußdiagramm, nach welchem ein Steuerrechner der in Fig. 1 gezeigten digitalen Steuerung arbeitet;

Fig. 5 ein schematisches Flußdiagramm, nach welchem Verknüpfungsrechner in den Verknüpfungseinheiten der digitalen Steuerung nach Fig. 1 arbeiten;

Fig. 6 einen Schnitt durch die Quermittelebene eines abgewandelten Gehäuses für eine Verknüpfungs­ einheit; und

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer kleinen Steuereinheit, welche aus einer Verknüpfungseinheit der digi­ talen Steuerung nach Fig. 1 abgeleitet ist.

In Fig. 1 ist bei 1 eine Steuereinheit einer digitalen Steuerung wiedergegeben, die einem Schaltschrank 2 unter­ gebracht ist. Dessen Frontseite trägt eine Anzeigeeinheit 3, z. B. ein LCD-Anzeigefeld, sowie Eingabefelder 4, 5.

Der für die Steuerung von Sensoren und Aktoren dienende Teil der Steuereinheit 1 ist im wesentlichen ein Steuer­ rechner 6, der mit einem Speicher 7 zusammenarbeitet, in welchem das durchzuführende Programm abgelegt ist. Es versteht sich, daß die Steuereinheit 1 ferner in an sich bekannter Weise einen Massenspeicher (hard disk), Schnittstellen zu Druckern usw., Spannungsversorgungs­ teile usw. enthält.

Über ein Datenbuskabel 8 ist die Steuereinheit 1 mit einer Mehrzahl von Verknüpfungseinheiten 10-1, 10-2, . . . , 10-i, usw. verbunden, von denen nur zwei in der Zeichnung wiedergegeben sind. Wo es nachstehend auf eine Unterschei­ dung der verschiedenen Verknüpfungseinheiten und deren Bestandteile nicht ankommt, werden diese Verknüpfungsein­ heiten und ihre Komponenten nur mit dem vor dem Bindestrich stehenden Grund-Bezugszeichen angesprochen.

Die Verknüpfungseinheit 10-1 arbeitet mit Sensoren 11-1- 1 bis 11-1-5 sowie Aktoren 12-1-1 bis 12-1-5 zusammen. Ähnlich sind an die Verknüpfungseinheit 10-2 Sensoren 11-2-1 bis 11-2-5 und Aktoren 12-2-1 bis 12-2-5 ange­ schlossen.

Unter Sensor soll in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen jedes aktive oder passive Gerät verstan­ den werden, das eine physikalische Größe mißt und ein dieser zugeordnetes elektrisches Signal bereitstellt, sei letzteres ein Analogsignal oder ein digitales Sig­ nal. Unter Aktoren sollen beliebige solche Geräte ver­ standen werden, die mit einem elektrischen Signal gespeist werden und in ihrer Umgebung eine Änderung einer physi­ kalischen Größe herbeiführen. Unter diese erweiterte Definition von Aktor fallen somit nicht nur mechanische Stellmotoren sondern z. B. auch elektrische Heizungen, welche die Umgebungstemperatur verändern oder Dosiervor­ richtungen, welche den pH-Wert in einem Reaktor durch Zugabe von Säure oder Lauge ändern.

Die Verknüpfungseinheiten 10 enthalten als wesentliche Teile jeweils einen Verknüpfungsrechner 13, der mit einem Speicher 14 zusammenarbeitet, in welchem ein das Arbeiten des Verknüpfungsrechners 13 vorgebendes Prüfprogramm abgelegt ist, wie später noch genauer dargelegt werden wird.

Ferner enthalten die Verknüpfungseinheiten 10 jeweils eine E/A-Einheit 16, die in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist und im einzelnen den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Aufbau hat.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, haben die E/A-Einheiten 16 jeweils ein Anschlußklemmenfeld 18, an welches die verschiedenen peripheren Geräte über Anschlußkabel 20 angeschlossen sind.

Die Anschlußkabel 20 enthalten, wie später noch genauer beschrieben werden wird, neben den die Daten überstellen­ den Datenleitern noch Versorgungsleiter, darunter in der Regel einen mit einer positiven Versorgungsspannung beaufschlagten Versorgungsleiter, einen auf Massepoten­ tial liegenden Versorgungsleiter und ggf. einen Schutz­ erde-Leiter. Alle diese Leiter sind im Anschlußklemmen­ feld 18 mit den E/A-Einheiten 16 verbunden.

Es versteht sich, daß man freie Flächen nicht benötigter Aufbauplatinenplätze mit Abdeckplatten versehen kann, wie bei 24 gezeigt.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, weisen die E/A-Einheiten 16 jeweils eine Grundplatine 28 und eine Mehrzahl von dieser über Posten 30 getragener Aufbaupla­ tinen 32 auf. Die Aufbauplatinen 32 erstrecken sich parallel unter Abstand vor der Grundplatine 28, haben jedoch in in den Fig. 2 und 3 vertikaler Richtung klei­ nere Abmessung als die Grundplatine 28, so daß ein un­ terer Abschnitt 34 der Grundplatine 28 frei von vorn zugänglich bleibt.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 trägt die Grundplatine 28 vier in einer gemeinsamen Ebene liegende weitgehend ähnlich Aufbauplatinen 32, welche durch die Zusätze A, B, C und D in der Zeichnung und nachstehend im Text unterschieden werden, wo es auf Unterschiede zwischen den Aufbauplatinen ankommt. Ansonsten wird auf diese Platinen und die von ihnen getragenen Bauele­ mente mit einfachen Bezugszahlen Bezug genommen.

Jeder Aufbauplatinen 32 hat in einem oberen Endabschnitt 34 einen Stecksockel 36 für einen E/A-Modul 38. In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen sollen generell unter E/A-Modulen auch solche Module verstanden werden, die nur der Eingabe oder nur der Ausgabe dienen, nicht nur Module, die sowohl der Eingabe als auch der Ausgabe dienen.

Die den verschiedenen Aufbauplatinen 32 zugeordneten E/A-Module 38 können sich in Einzelheiten ihrer Funk­ tion unterscheiden und können noch am Einsatzort und auch nachträglich gegen andere ausgetauscht werden.

In einem unterhalb der E/A-Module 38 liegenden Pla­ tinenfeld 40 tragen die Aufbauplatinen 32 unterschied­ liche elektronische Komponenten 42. Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Komponenten für die verschiedenen Aufbauplatinen identisch wiedergegeben. Man kann diese Komponenten aber auch anwendungsspezifisch wählen.

Im unteren Drittel tragen die Aufbauplatinen 32 jeweils ein Winkelprofil 44 aus Aluminium, welches einen mit der Leiterplatte der Aufbauplatine 32 verbundenen Schen­ kel 46 und einen parallel zur Platinenebene verlaufenden Schenkel 48 aufweist. Auf den letzteren ist ein Papier­ stück 50 aufgeklebt, welches einzelne Beschriftungsfelder 52 für die verschiedenen an die Aufbauplatine 32 ange­ schlossenen peripheren Geräte trägt. Der vertikale Schenkel 46 kann wärmeleitend mit Leistungskomponenten 54 der Aufbauplatine 32 verbunden sein und dient dann zusätzlich als ausgedehnte Kühlrippe.

Unterhalb der Beschriftungsfelder 52 trägt die Aufbau­ platine 32 Leuchtdioden 56, die als Betriebsanzeige für die verschiedenen E/A-Kanäle dienen, die von dem E/A-Modul 38 verwaltet werden. Beim Ausführungsbei­ spiel nach den Fig. 2 und 3 wird durch einen E/A- Modul 38 jeweils ein Satz acht peripheren Geräten be­ dient.

Unterhalb der Leuchtdiodenreihe 56 befindet sich eine Anschlußklemmenleiste 58, an welche Datenleiter 60 der Anschlußkabel 20 angeschlossen werden. In Fig. 4 links der Anschlußklemmenleiste 58 gelegen ist eine Sicherungs­ einheit 62 vorgesehen, welche anspricht, wenn der von der Aufbauplatine 32 insgesamt gezogene Strom eine vor­ gegebene Größe überschreitet. Der Sicherungseinheit 62 ist eine Leuchtdiode 64 zugeordnet, welche den Zu­ stand der Sicherung visualisiert.

Die elektrischen Verbindungen zwischen den verschiedenen von der Aufbauplatine 32 getragenen Elementen erfolgen durch auf die Platine aufgedrucke Leiterbahnen (ein- oder zweiseitig) in an sich bekannter Weise. Über einen Steckverbinder 66 und ein Flachbandkabel 68 ist die Aufbauplatine 32 mit Datenbusleitern und Versorgungslei­ tern der Grundplatine 28 verbunden, die ebenso wie die Leiterbahnen der Aufbauplatine 32 in der Zeichnung nicht wiedergegeben sind. Die Datenbusleiterbahnen der Grund­ platine 28 sind ihrerseits über einen Steckverbinder 70 und ein weiteres Flachbandkabel 72 an ein mit der Steuer­ einheit 1 verbindbares Steckverbinderteil 73 angeschlossen.

Die Versorgungsleiterbahnen der Grundplatine 28 und Schutzerde-Leiterbahnen derselben sind den Platinen­ bereich 34 fortgesetzt, der von den Aufbauplatinen 32 nicht überdeckt ist. In diesem Bereich ist eine Schutzerde-An­ schlußkleitmenleiste 74, einen Nasse-Anschlußklemmenleiste 76 und eine Versorgungsspannungs-Anschlußklemmenleiste 78 vorgesehen. An diese Klemmenleisten sind Schutzerde- Leiter 80, Masse-Leiter 82 und Versorgungsspannung-Leiter 84 der Anschlußkabel 22 angeschlossen.

Wie aus Fig. 2 gut ersichtlich, liegen die Leiter-Befes­ tigungspunkte der Klemmenleisten 74, 76, 78 und 58 in zunehmender Höhe über der Ebene der Grundplatine 28, und die Leiterbefestigungspunkte sind zugleich in verti­ kaler Richtung versetzt. Auf diese Weise hat man eine gute räumliche Trennung der verschiedenen Leiterenden im Anschlußklemmenfeld 18 und guten Zugang zu den einzelnen Leiter-Befestigungselementen der verschiedenen Klemmen­ leisten. Die gesamte Anschlußverdrahtung ist auch sehr übersichtlich trotz Anschlusses einer großen Anzahl von Leitern auf kleiner Fläche.

Wie Fig. 2 zeigt, sind auf der Grundplatine 28 der Verknüpfungsrechner 13 sowie der zugeordnete Speicher 14 angeordnet.

Die im Anschlußklemmenfeld 18 angeschlossenen Kabel 20 erstrecken sich jeweils durch eine Klemmdurchführung oder Verschraubung 90, die in einer unteren Längswand 92 eines Gehäusehaupteiles 94 der Verknüpfungseinheit 10 angebracht sind. In der Längswand 92 ist ferner eine Kabel­ durchführung 96 für ein Netzkabel 98 vorgesehen, welches über einen Netzschalter 100 mit einem Netzteil 102 ver­ bunden ist. Letzteres erstreckt sich durch ein Fenster 104 einer Montageplatte 106, die ihrerseits parallel unter der Grundplatine 28 liegt und mit dieser über Pfosten 108 verbunden ist.

Die Grundplatine 28 ist über eine Steckverbindung 110 und ein Flachbandkabel 112 mit einem vielpoligen Steck­ verbinderteil 114 verbunden, welches ebenfalls an der unteren Längswand 92 befestigt ist. An dieses Steckver­ binderteil 114 kann ein Verbindungskabel angeschlossen werden, welches zu einem entsprechenden Steckverbinder­ teil eines benachbarten Gehäuses führt, in welchem nur eine E/A-Einheit vorgesehen ist. Die Geometrie dieses Gehäuses und die Anbringung der E/A-Einheit in diesem entspricht der derjenigen nach Fig. 2, mit der Maßgabe, daß die Grundplatine keinen Rechner und keinen diesem zugeordneten Speicher erhält. Diese weitere E/A-Einheit stellt somit logisch eine Erweiterung der in Fig. 2 gezeigten E/A-Einheit dar, so daß der Verknüpfungsrechner 13 der Verknüpfungseinheit 10 eine doppelt so große Anzahl von peripheren Geräten verwalten kann.

Über weitere Steckverbinder und Flachbandkabel 116, 118 und 120 ist die Grundplatine 28 mit einer Anzeige­ einheit 122, Eingabefeldern 124, 126 sowie einem Dis­ ketten-Laufwerk 128 verbunden. Die letztgenannten Teile sind sämtlich von einem Deckel 130 getragen, welcher die offene Vorderseite des Gehäusehauptkörpers 94 dicht verschließt. Der Deckel 130 ist bei seinem oberen Ende durch horizontale Scharnierstifte 132 mit dem Gehäuse­ hauptkörper 94 verbunden. Schrauben 134 fixieren das untere Ende des Deckels 130 lösbar am Gehäusehauptkör­ per 94.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Anzeigeeinheit 122 in einer Vertiefung 136 und sind die Eingabefelder 124, 126 in einer Vertiefung 138 bzw. einer in Fig. 2 nicht sichtbaren weiteren Vertiefung des Deckels 130 so angebracht, daß die Vorderseite des Deckels 130 glatt durchgehend ist. Das Laufwerk 128 ist mit nach unten weisendem Aufnahmeschlitz 140 für eine Diskette auf der Rückseite des Deckels angebracht. Das Laufwerk 128 ist somit bei verschlossenem Deckel 130 nicht zugänglich, so daß nicht autorisierte Personen über dieses Laufwerk weder Daten einlesen noch Daten auslesen können. Nach Lösen der Schrauben 134 und Aufschließen eines in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Schlosses, kann dann der Deckel 130 vom Gehäusehauptkörper 94 weggeklappt werden, so daß der Aufnahmeschlitz 140 des Laufwerkes 128 zugäng­ lich wird und in das Laufwerk eine Diskette eingelegt werden kann, um in den Speicher 14 direkt neue Programme oder neue Daten einzulesen oder spezielle Prüfroutinen mit der Verknüpfungseinheit 10 durchzuführen. Dies ermög­ licht es z. B., die Verknüpfungseinheit 10 und die an sie angeschlossenen peripheren Geräte durchzutesten, ohne daß hierfür eine zentrale Steuereinheit betriebsbereit ange­ schlossen sein muß.

Das im Speicher 7 abgelegte Programm für den Steuerrech­ ner 6 umfaßt im wesentlichen die Arbeitsschritte, die von den verschiedenen an die Verknüpfungseinheiten 10 ange­ schlossenen Aktoren insgesamt durchgeführt werden sollen. Dieses Programm hat somit verhältnismäßig einfachen Aufbau und braucht sich nicht mit Einzelheiten wie der Rückmel­ dung von mit Aktoren gekoppelten Stellungsgebern usw. abzugeben und auch nicht zu prüfen, ob eine gerade durch­ zuführende Aktion mit dem momentanen Gesamtzustand der verschiedenen Aktoren inkompatibel ist. Ein Beipiel für eine derartige Inkompatibilität ist z. B. das Be­ wegen eines mechanischen Stellmotors, welches zu einer Kollision mit einem anderen bewegten Maschinenteil füh­ ren würde. Ein weiteres Beispiel für eine solche Aktions­ kollision wäre die Zugabe eines Reaktionspartners in einen chemischen Reaktor zu einem Zeitpunkt, zu welchem der übrige Reaktorinhalt noch für die durchzuführende Reaktion zu heiß oder zu kalt ist.

Die entsprechenden Prüfschritte, die jeweils vor dem Ausführen einer Aktion abzuwickeln sind, sind in dem Speicher 14 abgelegt, der jeweils dem Verknüpfungsrechner 13 einer Verknüpfungseinheit 10 zugeordnet ist.

Auf diese Weise verbleiben dem Steuerrechner 6 nur noch sehr wenige Koordinations- und Prüfschritte, die noch in dem im Speicher 7 abgelegten Programm berücksichtigt werde müssen, nämlich die Kollisionsprüfung zwischen Sensoren und Aktoren, die aus besonderen Gründen, z. B. großer räumlicher Trennung, unterschiedlichen Prüfeinheiten zugeordnet werden müssen, die aber trotzdem sachlich eng zusammenhängen.

Der Steuerrechner 6 kann somit im wesentlichen nach einem Programm arbeiten, wie es schematisch im Fluß­ diagramm von Fig. 4 wiedergegeben ist. In einem ersten Programmblock 148 wird der Arbeitsschrittzähler jeweils um eins erhöht. Im nachfolgenden Programmblock 150 wird die nächste durchzuführende Aktion in Form eines Be­ fehles oder einer Instruktion aus dem Arbeitsschritt- Speicher 7 eingelesen. Ein weiterer Programmblock 152 besorgt die Übergabe des Befehles an diejenige der Ver­ knüpfungseinheiten 10, welche für den entsprechenden Aktor zuständig ist. In einer Verzweigung 154 wird dann noch geprüft, ob die durchzuführende Aktion auf Interferenz oder Kollision zwischen unterschiedlichen Verknüpfungsein­ heiten zu prüfen ist, ob also bei der Erledigung des befohlenen Arbeitsschrittes Sensoren und Aktoren impliziert sind, die in vorgegebener Abfolge und unter Einhaltung bestimmter Bedingungen zusammenwirken müssen, jedoch unterschiedlichen Verknüpfungseinheiten zugeordnet sind. Liegt kein solcher interferenzrelevanter Befehl vor, so erfolgt direkt ein Rücksprung zum Programmblock 148. Ist der auszuführende Arbeitsschritt interferenzrelevant, wird in einem weiteren Programmblock 156 abgewartet, bis von der dem zu betätigenden Aktor zugeordneten Verknüp­ fungseinheit bzw. von den den zu betätigenden Aktoren zugeordneten Verknüpfungseinheiten eine Voll zugsmeldung zurückgelaufen ist. Erst dann erfolgt wieder ein Rücksprung zum Programmblock 148.

Fig. 5 zeigt schematisch die Grundstruktur der von einem Verknüpfungsrechner innerhalb eines Aktionszyklus abgewickelten Schritte.

In einem ersten Programmblock 158 wird die von der Steuer­ einheit 1 angeforderte Instruktion übernommen. In einem weiteren Programmblock 160 wird ein Zähler auf Null gestellt, der beim Durchprüfen der verschiedenen zu vermeidenden Kollisionsbedingungen oder zu überwachenden Voraussetzungsbedingungen (hier verwendeter Oberbegriff: Verriegelungen) in einem nachfolgenden Programmblock 162 jeweils um eins erhöht wird. In einer Verzweigung 164 wird geprüft, ob die Verriegelung durch die derzeit vorliegenden Sensor-Ausgangssignale erfüllt ist. Ist dies nicht der Fall, läuft das Programm in eine Warteschleife. Bei Erfüllung der Verriegelung wird in einer weiteren Ver­ zweigung 166 geprüft, ob schon alle Verriegelungen ge­ prüft sind. Ist dies nicht der Fall, erfolgt ein Rück­ sprung zum Programmblock 162. Sind alle Verriegelungen geprüft, wird in einem weiteren Programmblock 168 der von der Steuereinheit 1 gewünschte Aktionsbefehl an den jeweiligen Aktor abgegeben. In einer weiteren Ver­ zweigung 170 wird geprüft, ob der Aktor den Befehl aus­ geführt hat. Ist der Befehl noch nicht erledigt, wird eine Warteschleife durchlaufen, bei erledigtem Befehl erfolgt in einem Programmblock 172 eine Vollzugsmeldung an die Steuereinheit 1. Vom Programmblock 172 läuft das Programm zum Programmblock 158 zurück.

Man erkennt, daß bei der oben geschilderten Teilung der Aufgaben zwischen Steuereinheit und Verknüpfungseinheit die Steuereinheit in der Tat weitestgehend von dem Ein­ lesen von Sensorsignalen, der Übernahme von Rückmeldungs­ signalen von den Aktoren und von der Nachprüfung der verschiedenen Verriegelungen befreit ist. Deshalb ge­ staltet sich die Programmierung der Steuereinheit 1 sehr übersichtlich und einfach.

Umgekehrt kann man an den einzelnen Verknüpfungseinheiten durch direkte Eingabe von Aktionsbefehlen an den Eingabe­ felder 124, 126 an Ort und Stelle leicht nachprüfen, ob die verschiedenen Sensoren und Aktoren richtig arbeiten und ob die Verriegelungen richtig formuliert sind.

Fig. 6 zeigt ein abgewandeltes Gehäuse für eine Verknüp­ fungseinheit, bei welchem Gehäuseteile, die in äquivalenter Form schon unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurden, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Der Deckel 130 hat nun vergrößerte Tiefe, und in einer Vertiefung 174 des Deckels ist eine Lagerplatte 176 durch Scharnierstifte 178 verschwenkbar gelagert. Letz­ tere befinden sich beim oberen Ende der Lagerplatte 176′ deren unteres Ende eine zylindrische Begrenzungs­ fläche 180 aufweist. In letztere ist eine Dichtleiste 182 eingelassen, so daß der zwischen der Hinterseite der Lagerplatte 176 und dem Boden der Vertiefung 174 liegende Raum gegen den Außenraum gut abgedichtet ist. In diesem Raum befindet sich das nun auf der Rückseite der Lagerplatte 176 angebrachte Laufwerk 128, dessen Aufnahmeschlitz 140 wieder nach unten weist. Durch Ver­ schwenken der Lagerplatte 176 wird der Zugang zum Auf­ nahmeschlitz 140 des Laufwerkes 128 freigegeben. Hebt man die Lagerplatte 176, welche auch das Eingabefeld 124 trägt, um etwa 80° an, so wird die Hinterkante der Lagerplatte 176 an zwei seitlichen Verriegelungs­ stiften 184 vorbei bewegt, die sich unter Federkraft hinter die Plattenrückseite legen. Auf diese Weise ist dann die Lagerplatte 176 zusammen mit dem Eingabefeld 124 in einer für das Eingeben von Daten bequemen Stellung arretiert, in welcher auch das Laufwerk 128 gut zugäng­ lich ist. Durch Zurückdrücken der Verriegelungsstifte 184 kann dann das Laufwerk wieder in die geschützte Stellung zurückgebracht werden, in welcher dann auch das Eingabefeld 124 wieder in der Vorderseite des Deckels 130 liegt.

Der über dem Laufwerk liegende Raum im Deckel 130 ist beim in Fig. 6 gezeigten Gehäuse als Batteriefach 186 ausgebildet, in welchem Batterien oder Akkumulatoren 188 untergebracht sein können, die zur Aufrechterhaltung eines Notbetriebes des Verknüpfungseinheit bei Netzausfall dienen.

Fig. 7 zeigt eine kleine Steuereinheit 10′, die durch ge­ ringfügige Modifikation aus einer Verknüpfungseinheit 10 erhalten ist, wie sie obenstehend beschrieben wurde: Dem Verknüpfungsrechner 13 ist zusätzlich ein Speicher 190 zugeordnet, der Arbeitsschritte enthält, die von den Aktoren 12-1 bis 12-5 durchgeführt werden sollen.

Die in den Speichern 13 und 190 abgelegten Programme wer­ den durch ein übergeordnetes Programm so verzahnt, wie dies der Steuerungsrechner 1 von Fig. 1 tut. Der Verknüp­ fungsrechner 13 von Fig. 7 erfüllt somit im Zeitmulti­ plex zugleich die Aufgabe des Steuerungsrechners.

Eine solche Steuereinheit kann in der Praxis die voll­ ständige Steuerung und Verriegelungsprüfung für kleinere und mittlere Maschinen und Anlagen übernehmen, die bei der Auslegung der E/A-Einheit gemäß Fig. 3 mit bis zu 64 peri­ phere Geräten zusammenarbeiten kann. Im Bedarfsfalle kann auch hier eine weitestgehend baugleiche Erweiterungseinheit mit einer zusätzlichen E/A-Einheit verwendet werden, um bis zu 64 weitere periphere Geräte anzuschließen, ggf. auch noch mehr solcher Erweiterungseinheiten, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 dargelegt.

In weiterer Ausgestaltung kann man eine kleine Steuere in­ heit 10′ gemäß Fig. 7 auch anstelle einer Verknüpfungs­ einheit 10 von Fig. 1 an die Steuereinheit 1 anschließen, wobei dann im Speicher 190 wiederkehrende Arbeitsschritt­ folgen abgelegt sind, die von der Steuereinheit 1 dann durch einen Makro-Befehl angefordert werden können. Auf diese Weise wird das im Speicher 7 abgelegte Programm noch einfacher und übersichtlicher und der Datenaustausch zwischen der Steuereinheit 1 und den Verknüpfungseinheiten vermindert.

Claims (27)

1. Digitale Steuerung mit einem Steuerrechner (6), der über eine Vielzahl von Schnittstellen mit einer Vielzahl von Sensoren (11) und Aktoren (12) gekoppelt ist und der mit einem Speicher (7) zusammenarbeitet, und mit einem Steuerungsprogramm, welches Einleseschritte zum Einlesen von Ausgangssignalen der Sensoren (11), Arbeits­ schritte zum Betätigen von Aktoren (12) und Prüfschritte umfaßt, welche vor Abgabe von Steuerungssignalen an die Aktoren (12) durchlaufen werden und das Erfülltsein von Verriegelungen prüfen, also prüfen, ob für das Durchführen einer Aktion bestimmte vorgegebene Ausgangssignale von Sensoren vorliegen oder nicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrechner (6) mit mindestens einem Verknüp­ fungsrechner (13) zusammenarbeitet, an welchen eine Gruppe von Sensoren (11) und/oder eine Gruppe von Aktoren (12) angeschlossen ist; daß die Verknüpfungsrechner (13) jeweils einen Speicher (14) für diejenigen Verriegelungs-Prüf­ schritte aufweisen, welche die an den Verknüpfungsrechner (13) angeschlossenen Sensoren (11) und/oder Aktoren (12) verknüpfen; und daß im Speicher (7) des Steuerrechners (6) ein Programm abgelegt ist, welches im wesentlichen nur die Arbeitsschritte und Prüfschritte für solche Verriegelungen umfaßt, welche Sensoren und Aktoren ver­ knüpfen, die unterschiedlichen Verknüpfungsrechnern (13) zugeordnet sind.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungsrechner (13) jeweils räumlich vom Steuerrechner (6) getrennt in der Nachbarschaft der ihnen zugeordneten Gruppe von Sensoren (11) und/oder Aktoren (12) angeordnet sind.

3. Verknüpfungseinheit, insbesondere zur Verwendung in einer Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in einem Gehäuse (94, 130) angeordnet sind:
ein Verknüpfungsrechner (13), ein mit diesem zusammenar­ beitender Speicher (14) für Verriegelungsprüfschritte,
eine Eingabeeinheit (124, 126), eine Anzeigeeinheit (122) und eine E/A-Einheit (16) an welche Sensoren (11) und/oder Aktoren (12) anschließbar sind.

4. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die Form eines flachen Quaders aufweisende Gehäuse (94; 130) einen Gehäusehauptkörper (94) und einen eine der großen Quaderflächen bildenden Deckel (130) aufweist und die Anzeigeeinheit (122) und die Eingabeeinheit (124, 126) vom Deckel (130) getragen sind.

5. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Deckel (130) um eine seiner Kanten, vorzugsweise eine horizontale Kante verschwenkbar am Gehäusehauptkörper (94) angebracht ist.

6. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Deckel (130) ein Massenspeicher- Laufwerk (128) trägt.

7. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Laufwerk (128) auf der Deckelinnen­ seite angebracht ist.

8. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Laufwerk (128) auf einer beweglichen, insbesondere verschwenkbaren Lagerplatte (176) angeordnet ist und zwischen einer Ruhestellung, in welcher seine Einführöffnung für den Datenträger durch einen Deckel­ abschnitt abgedeckt ist, und einer Arbeitsstellung, in welcher die Datenträger-Einführöffnung freiliegt, verlagerbar ist.

9. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verlagerbare Lagerplatte (176) auf ihrer Vorderseite die Eingabeeinheit (124) und auf ihrer Rückseite das Laufwerk (128) trägt.

10. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerplatte (176) in minde­ stens einer Arbeitsstellung verriegelbar ist.

11. Verknüpfungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verknüpfungsrech­ ner (13) auf einer Grundplatine (28) angeordnet ist, über welcher sich parallel unter Abstand Schnittstellen (38) tragende Aufbauplatinen (32) erstrecken.

12. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundplatine (28) von einer zu ihr parallelen Montageplatte (106) getragen ist, welche ihrer­ seits mit dem Gehäuse (94, 130) verbunden ist.

13. Verknüpfungseinheit nach einem dem Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die E/A-Einheit (16) eine Grundplatine (28) aufweist, auf welcher Datenbus- Leiterbahnen und Versorgungsspannungs-Leiterbahnen vorge­ sehen sind, und daß die Grundplatine (28) eine Mehrzahl von Aufbauplatinen (32) trägt, die jeweils mit den Datenbus- Leiterbahnen und den Versorgungsspannungs-Leiterbahnen verbunden (68) sind und jeweils ein Eingabe- und/oder Ausgabemodul (38) tragen, und daß auf der Platine (28, 32) Daten-Anschlußklemmen (58) und Versorgungs-Anschluß­ klemmen (76, 78) für die peripheren Geräte angeordnet sind.

14. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufbauplatinen (32) jeweils eine Mehrzahl von Daten-Anschlußklemmen (58) für periphere Geräte tragen, die gleichermaßen über den auf der jeweili­ gen Aufbauplatine (32) vorgesehene Eingabe- und/oder Ausgabemodul (38) bedient werden.

15. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabe- und/oder Ausgabemodul (38) lösbar (36) mit der zugeordneten Aufbauplatine (32) verbunden ist.

16. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß von den auf der Aufbauplatine (32) vorgesehenen Leiterbahnen diejenigen, die in einem dem Daten-Anschlußklemmen (58) benachbarten Bereich der Auf­ bauplatine liegen, eine gleichbleibende Standardgeome­ trie aufweisen und in mindestens einem von den Datenan­ schlußklemmen (58) abgelegenen Bereich (40) anwendungs­ spezifische Geometrie haben.

17. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Geometrie der Leiterbahnen im vom den Daten-Anschlußklemmen (58) entfernten Bereich (40) durch Aneinanderfügen von Leiterbahn-Standardmodulen erhalten sind, wobei die Randkontur der Leiterbahn-Stan­ dardmodule vorzugsweise quadratisch ist.

18. Verknüpfungseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauplatinen (32) in einer gemeinsamen Ebene parallel über der Grundpla­ tine (28) angeordnet sind.

19. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aufbauplatinen (32) über zur Platinenebene senkrechte Posten (30) von der Grundplatine (28) getragen sind.

20. Verknüpfungseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauplatinen (32) jeweils ein L-förmigen transversalen Querschnitt auf­ weisendes Winkelprofil (44) tragen und die einen Schenkel (48) der Winkelprofile (44) in einer gemeinsamen Ebene liegen und mit Beschriftungsfeldern (56) versehen sind.

21. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Winkelprofile (44) aus wärmelei­ tendem Material hergestellt sind und mit ihnen Leistungs- Bauelemente (54) der Aufbauplatine (32) wärmeleitend verbunden sind.

22. Verknüpfungseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbauplatinen (32) die Grundplatine (28) nur teilweise überdecken und in dem nicht überdeckten Bereich der Grundplatine (28) die Versorgungsspannungs-Anschlußklemmen (76, 78) und ggf. zusätzlich Schutzerde-Anschlußklemmen (74) für die peri­ pheren Geräte vorgesehen sind.

23. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Leiterbefestigungsmittel der von der Grundplatine (28) getragenen verschiedenen Anschlußklemmen (74, 76, 78) vom Rand der Grundplatine (28) ausgehend in zunehmender Höhe über der Platinenoberfläche liegen.

24. Verknüpfungseinheit nach Anspruch 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf den Aufbauplatinen (32) lie­ genden Daten-Anschlußklemmen (58) mit ihren Leiterbefe­ stigungsmitteln auf größerer Höhe liegen als die auf der Grundplatine (28) vorgesehenen Versorgungsspannungs Anschlußklemmen (76, 78) sowie ggf. Schutzerde-Anschluß­ klemmen (74).

25. Verknüpfungseinheit nach einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den peripheren Geräten (11, 12) führenden Kabel (20) in einer Wand (92) des Gehäuses (94, 130) durch Klemmdurchführungen oder Verschraubungen (90) festgelegt sind, welche sich parallel zu einem Anschlußklemmenfeld (18) der Koppel­ karte (16) erstreckt.

26. Verknüpfungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Verknüpfungs­ rechner (13) mit einer gleiche Gehäuseabmessungen auf­ weisenden Erweiterungseinheit über ein Datenkabel verbunden ist, die eine weitere E/A-Einheit (16) enthält, welche gleiche Grundgeometrie hat wie die mit dem Verknüpfungs­ rechner (13) verbundene E/A-Einheit (16).

27. Verknüpfungseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Verknüpfungs­ rechner (13) mit einem weiteren Speicher (190) zusammen­ arbeitet, der ein Arbeitsschritte vorgebendes Programm enthält.