DE19609548C2 - Ein elektronisches System - Google Patents
Ein elektronisches SystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektronisches System in dem eine
Spannungsversorgungseinheit, eine Recheneinheit, eine
Kommunikationseinheit, eine Kopplungseinheit und mehrere I/O-
Leitungen miteinander verbunden sind, wobei an die
Kopplungseinheit mindestens ein Sensor und/oder mindestens ein
Aktor angeschlossen sind, über einen Kanal Daten zwischen der
Kommunikationseinheit und einem von einem Benutzer bedienbaren
Computer austauschbar sind und die Recheneinheit mittels des
Computers über den Kanal konfigurierbar ist.
Derartige elektronische System werden zur Überwachung und
Steuerung elektrischer Geräte und elektronisch geregelter
Einrichtungen in öffentlichen Gebäuden und in Privathaushalten
genutzt. Eine Vielzahl elektrischer Geräte sind in unserem
täglichen Leben im Einsatz, um schwere, komplizierte und immer
wiederkehrende Arbeiten und Aufgaben schnell und effizient zu
erledigen. Eine stetig wachsende Zahl an elektrischen Geräten
und elektronischen Einrichtungen erfordert eine immer genauere
und sorgfältigere Überwachung und Steuerung, um Energie und
andere Betriebskosten zur Unterhaltung der Geräte und
Einrichtungen zu sparen. Eine vorteilhafte Lösung dieses
Problems bietet ein Elektrogeräte-Management mit Hilfe von
elektronischen Systemen.
Bei einer bekannten Ausführung eines elektronischen Systems der
eingangs beschriebenen Art sind die Bauteile des Systems in
einer IBM Station angeordnet, welche in eine Steckdose einer
230 V-Versorgungsleitung einführbar ist. Die IBM Station kann
mit Sensoren und Aktoren verbunden sein. Die Sensoren geben
Informationen wie z. B. Schaltbefehle oder physikalische
Meßgrößen an die IBM Station bzw. die Aktoren. Die Aktoren
nehmen empfangene Informationen auf und setzen sie in Aktionen
um (z. B. Schalten, Dimmen).
Mittels einer Kommunikationseinheit auf der IBM Station sind
Daten zwischen der IBM Station und einem Computer
austauschbar, wobei der Datenaustausch über eine 230 V-
Versorgungsleitung erfolgt.
Auf der IBM Station ist eine Recheneinheit angeordnet, die für
spezielle Anwendungen programmierbar ist. Die Programmierung
hängt insbesondere davon ab, welche Sensoren und Aktoren an
die IBM Station angeschlossen werden sollen.
Es ist weiterhin möglich mehrere IBM Stationen in einem
Netzwerk mit dem Computer zu verbinden. Nachdem die
Recheneinheiten aller IBM Stationen des Netzwerkes durch den
Benutzer des Computers konfiguriert worden sind, kann die
Verbindung des Computers zum Netzwerk unterbrochen werden. Die
IBM Stationen können Signale unabhängig vom Computer über die
Netzleitung untereinander austauschen. Die Programmierung und
der Daten- und Informationsaustausch im Netzwerk werden
mittels des IBM Softwareproduktes ARIGO gesteuert.
Jede Station des Netzwerkes kann mit einem oder mehreren
Sensoren und/oder Aktoren verbunden sein. Nachteil der
beschriebenen IBM Stationen ist es jedoch, daß ausschließlich
Sensoren mit einer IBM Schnittstelle angeschlossen werden
können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
elektronisches System der eingangs beschriebenen Art zu
schaffen, an das Sensoren und/oder Aktoren mit beliebigen
Schnittstellen angeschlossen werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Spannungsversorgungseinheit, die Recheneinheit, die Kommuni
kationseinheit und die I/O-Leitungen auf einem Generic-Board
angeordnet sind, die Kopplungseinheit auf einem austauschbaren
Interface-Board angeordnet ist, die I/O-Leitungen mit der
Kopplungseinheit elektrisch verbunden sind, und die Kopplungseinheit
Mittel für eine Anpassung aufweist, die die Verwendung
unterschiedlicher Sensoren und/oder Aktoren ermöglicht.
Der wesentliche Vorteil, welcher mit der Erfindung erreicht
wird, besteht in der Schaffung einer einfachen und flexiblen
Anpassungsmöglichkeit des elektronischen Systems an beliebige
Sensoren- und Aktorentypen. Das gesamte Spektrum an verfügba
ren Sensoren und Aktoren ist mittels einer mit geringem Auf
wand ausführbaren Anpassung des Interface-Boards nutzbar.
Kosten zum Bau spezieller elektronischer Systeme, die nur in
Verbindung mit einem bestimmten Sensor und/oder Aktor anwend
bar sind, werden gespart.
Das erfindungsgemäße elektronische System hat weiterhin den
Vorteil, daß das Generic-Board unabhängig von der konkreten
Anwendung des elektronischen Systems herstellbar ist. Eine
Anpassung des Generic-Boards erfolgt mittels Programmierung
der Recheneinheit. Die Recheneinheit ist mittels Software für
eine bestimmte Steuer- oder Kontrollaufgabe konfigurierbar.
Bei einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist auf der
Kopplungseinheit ein Prozessor angeordnet, welcher einen
Signalaustausch zwischen dem Generic-Board einerseits und dem
Sensor und/oder dem Aktor andererseits steuert. Der Prozessor
koordiniert die Zuordnung zwischen den I/O-Leitungen und den
Signal-Leitungen der angeschlossenen Sensoren und Aktoren. Die
Kopplungseinheit kann deshalb mittels einer mit geringem
Aufwand durchführbaren Software-Anpassung des Prozessors für
verschiedene Anwendungsaufgaben des elektronischen Systems
optimiert werden.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass als Kanal zum
Datenaustausch zwischen dem elektronischen System und dem
Computer eine Netzleitung, insbesondere ein 230 V-
Versorgungsleitung, nutzbar ist. Durch die Benutzung einer
vorhandenen Netzleitung werden die Kosten für eine zusätzliche
Leitung zum Datenaustausch zwischen dem elektronischen System
und dem Computer eingespart. Hierdurch ist eine mit geringem
Aufwand durchführbare und kostensparende Nachinstallation
eines
Elektrogeräte-Managements in einem Gebäude möglich.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß
das Generic-Board einen internen Bus aufweist, wobei der
interne Bus mit dem Interface-Board verbunden ist. Hierdurch
ist eine ausschließlich zum Transfer von Daten und
Informationen genutzte Verbindung zwischen dem Generic-Board
und dem Interface-Board verfügbar.
Zweckmäßig kann der interne Bus des Generic-Boards mit
mindestens einem weiteren Interface-Board verbunden sein, wobei
auf dem weiteren Interface-Board ein weiterer Prozessor
angeordnet ist. Hierdurch können mehrere Interface-Boards an
ein einziges Generic-Board angeschlossen sein. Die Kosten für
die Bauteile des Generic-Boards (Spannungsversorgungseinheit,
Recheneinheit, usw.) werden mehrfach gespart.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß
über den internen Bus zwischen dem Prozessor auf dem Interface-
Board und dem weiteren Prozessor auf dem weiteren Interface-
Board Daten austauschbar sind, wodurch es möglich ist, daß ein
Sender, der an das Interface-Board angeschlossen ist, mit einem
Aktor, der an das weitere Interface-Board angeschlossen ist,
kommuniziert.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß das Generic-Board, das
Interface-Board und das weitere Interface-Board in einer
Steckerleiste angeordnet sind. Die örtliche Konzentration der
Interface-Boards hat den Vorteil, daß eine erleichterte
Kontrolle einer Vielzahl von Kopplungseinheiten in einem
komplexen Netzwerk von Sensoren und Aktoren möglich ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann
vorgesehen sein, daß das elektronische System in einer
Unterputz-Dose angeordnet ist. Hierdurch ist eine platzsparende
Anordnung des elektronischen Systems möglich. Die Verwendung
einer Unterputz-Dose hat weiterhin den Vorteil, daß das
Generic-Board und das Interface-Board vor mechanischen
Einwirkungen geschützt sind.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung kann dadurch
gebildet sein, daß an den Kanal mindestens zwei elektronische
Systeme angeschlossen sind, wobei über den Kanal Daten zwischen
den elektronischen Systemen austauschbar sind, wodurch der
Aufbau eines Netzwerkes von elektronischen Systemen ermöglicht
ist.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Dabei zeigt:
Die Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier bekannter
IBM Stationen, die mit einem Computer verbunden
sind,
die Fig. 2 eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen elektronischen Systems, das
mit einem Computer verbunden ist, und
die Fig. 3 eine schematische Darstellung eines
erfindungsgemäßen elektronischen Systems mit
mehreren Interface-Boards.
Gemäß Fig. 1 sind in einem Netzwerk zwei bekannte IBM
Stationen 3, 6 und ein Computer 2 über einen Kanal 1 verbunden.
Mittels Datenaustausch über den Kanal 1 kommunizieren der
Computer 2 und die IBM Stationen 3, 6 miteinander und die IBM
Stationen 3, 6 untereinander. Als Kanal 1 sind insbesondere eine
230 V-Versorgungsleitung, eine 24 V-Twisted-Pair-Leitung oder
eine Infrarot-Verbindung nutzbar. Besonders vorteilhaft ist die
Nutzung der 230 V-Versorgungsleitung, da hierbei zur
Datenübertragung die Leitungen des vorhandenen
Spannungsversorgungsnetzes nutzbar sind. Zur Durchführung des
Datenaustausches mit dem Computer 2 sind auf den IBM Stationen
Kommunikationseinheiten angeordnet. Zur Konfigurierung des
Netzwerkes und zur Steuerung und Kontrolle des Daten- und
Signalaustausches im Netzwerk ist vorzugsweise das IBM
Softwareprodukt ARIGO anwendbar.
Jede IBM Station 3, 6 des Netzwerkes ist über eine IBM
Schnittstelle mit einem Sensor 4, 7 und mit einem Aktor 5, 8
verbunden. Die Sensoren 4, 7 und die Aktoren 5, 8 sind jeweils
über eine flexible Drahtverbindung 9 mit der Kopplungseinheit
der IBM Stationen 3, 6 verbunden. Die Kopplungseinheit ist an
die I/O-Leitungen und den internen Bus angeschlossen
Für eine bestimmte Anwendung sind die IBM Stationen 3, 6 des
Netzwerkes mittels des von einem Benutzer bedienbaren Computers
2 konfigurierbar. Hierbei wird die Recheneinheit der IBM
Station programmiert. Zweck der Konfigurierung ist es, die IBM
Stationen 3, 6 an die jeweils angeschlossenen Sensoren 4, 7 und
Aktoren 5, 8 anzupassen. Vorzugsweise ist hierbei festlegbar,
welche Art von Sensoren angeschlossen werden können, wie die
Signale der Sensoren 4, 7 von der Kopplungseinheit empfangen und
von der Recheneinheit verarbeitet werden.
Unter Einbeziehung der Recheneinheiten der IBM Stationen 3, 6
ist es auch möglich, Signale zwischen beliebigen Sensoren und
Aktoren der an das Netzwerk angeschlossenen IBM Stationen 3, 6
auszutauschen. An die IBM Stationen 3, 6 können ausschließlich
Sensoren und Aktoren mit einer IBM Schnittstelle angeschlossen
werden.
Die IBM Stationen 3, 6 weisen weiterhin eine
Spannungsversorgungseinheit zur Bereitstellung der
Versorgungsspannungen der Bauteile der IBM Stationen 3, 6 auf.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes elektronisches System
schematisch dargestellt. Das elektronische System weist ein
Generic-Board 10 und ein Interface-Board 11 auf. Auf dem
Generic-Board 10 sind die Spannungsversorgungseinheit, die
Recheneinheit, die Kommunikationseinheit, die I/O-Leitungen und
der interne Bus angeordnet. Das Interface-Board 11 weist eine
Kopplungseinheit 16 mit einem Prozessor 17 auf.
Das Interface-Board ist über Leitungen 14 mit den I/O-Leitungen
auf dem Generic-Board 10 verbunden. Weitere Leitungen 15
verbinden das Interface-Board 11 mit dem internen Bus.
Ein Sensor 12 und ein Aktor 13 sind an die Kopplungseinheit 16
angeschlossen. Die Verbindung des Sensors 12 und des Aktors 13
mit der Kopplungseinheit 16 ist als flexible Drahtverbindung
ausführbar. Der Sensor 12 und der Aktor 13 sind auch mittels
einer Steckverbindung auf die Kopplungseinheit 16 aufsetzbar.
Vorzugsweise können an jede elektronische Station mehrere
Sensoren und Aktoren angeschlossen sein.
Die Kopplungseinheit 16 ist für beliebige Sensor- und
Aktortypen anpaßbar. Zur Anpassung sind Hardwarekomponenten der
Kopplungseinheit 16, insbesondere Stecker und Buchsen,
austauschbar. Ein weiteres Mittel zur flexiblen Anpassung der
Kopplungseinheit 16 ist die Konfigurierung des Prozessors 17,
welcher den Datenaustausch zwischen dem Sensor 12 und dem Aktor
13 und dem Generic-Board 10 steuert. Diese Konfigurierung ist
mittels Software und unter Benutzung des Computers 2
ausführbar.
Das Interface-Board 11 im elektronischen System ist
austauschbar, ohne daß Veränderungen der Hardware des Generic-
Boards 10 vorzunehmen sind. Die Recheneinheit des Generic-
Boards 10 ist an verschiedene Interface-Boards anpassbar. Die
Konfigurierung wird mit Hilfe des Computers 2 durchgeführt. Zum
Datenaustausch zwischen dem Computer 2 und der Recheneinheit
ist der Kanal 1 nutzbar. Die Verbindung zwischen dem Generic-
Board 10 und dem Computer 2 kann nach Abschluß der
Konfigurierung unterbrochen sein, und wieder geschlossen
werden, wenn eine Neukonfigurierung des elektronischen Systems
dies erfordert.
Es kann vorgesehen sein, daß die Spannungsversorgungseinheit
als selbständige Komponente steckbar auf dem Generic-Board 10
angeordnet ist. Ist das Generic-Board in ein elektrisches
Gerät, beispielsweise einen Kopierer, eingebaut, in welchem
Versorgungsspannungen, die das Generic-Board benötigt, bereits
zur Verfügung stehen, so kann die Spannungsversorgungseinheit
eingespart werden.
In einer Anwendung des erfindungsgemäßen elektronischen Systems
können zwei Generic-Boards über ihre jeweiligen I/O-Leitungen
direkt miteinander verbunden sein, wobei zwischen den Generic-
Boards kein Interface-Board angeordnet ist. Sind die Generic-
Boards jeweils mit einem Kanal verbunden und diese beiden
Kanäle voneinander unabhängig, so ermöglicht die Verbindung
zwischen den Generic-Boards die Datenübertragung zwischen
unabhängigen Kanälen. Vorzugsweise ist das eine Generic-Board
mit einer 230 V-Versorgungsleitung als erstem Kanal und das
andere Generic-Board mit einer 24 V-Twisted-Pair-Leitung als
zweitem Kanal verbunden. Die beiden Kanäle können jeweils
Bestandteil eines Netzwerkes mit mehreren elektronischen
Systemen sein.
In der Fig. 3 ist ein elektronisches System mit einem Generic-
Board 10 und zwei Interface-Boards 18, 19 schematisch
dargestellt. Beide Interface-Boards weisen einen Anschluß 20, 21
an den internen Bus auf. Auf den Kopplungseinheiten 22, 23 ist
jeweils ein Prozessor 24, 25 angeordnet. Die Prozessoren 24, 25
steuern den Daten- und Signalaustausch zwischen dem Generic-
Board 10 und den angeschlossenen Sensoren 26, 28 und Aktoren
27, 29.
An ein Generic-Board sind auch mehr als zwei Interface-Boards
anschließbar. In einer zweckmäßigen Ausführung sind eine oder
mehrere elektronische Systeme in einer transportablen
Steckerleiste angeordnet. Diese Steckerleiste weist einen
Anschluß an die Spannungsversorgung auf.
Um ein oder mehrere elektronische Systeme platzsparend zu
installieren, kann das elektronische System in einer Unterputz-
Dose angeordnet sein. Das ist insbesondere vorteilhaft, wenn
ein elektronisches System als permanentes System installiert
wird. Auch eine Steckerleiste ist als Unterputz-Dose
ausführbar.
Wird ein elektronisches System bevorzugt zur Kontrolle und
Steuerung eines bestimmten elektrischen Gerät, beispielsweise
eine Waschmaschine oder einen Kopierer, eingesetzt, so kann
vorgesehen sein, das elektronische System in dieses elektrische
Gerät zu integrieren. Hierbei sind das Generic-Board und das
Interface-Board vorzugsweise auf einer Platine angeordnet.
Claims (9)
1. Ein elektronisches System, in dem eine
Spannungsversorgungseinheit, eine Recheneinheit, eine
Kommunikationseinheit, eine Kopplungseinheit (16) und
mehrere I/O-Leitungen und mindestens einem internen Bus
miteinander verbunden sind, wobei
an die Kopplungseinheit (16) mindestens ein Sensor (12) und/oder mindestens ein Aktor (13) angeschlossen sind,
über einen Kanal (1) Daten zwischen der Kommunikationseinheit und einem von einem Benutzer bedienbaren Computer (2) austauschbar sind, wobei die Recheneinheit mittels des Computers (2) über den Kanal (1) konfigurierbar ist,
die Spannungsversorgungseinheit, die Recheneinheit, die Kommunikationseinheit und die I/O-Leitungen auf einem Generic-Board (10) angeordnet sind,
die Kopplungseinheit (16) auf einem austauschbaren Interface-Board (11) angeordnet ist, und
die I/O-Leitungen mit der Kopplungseinheit (16) elektrisch verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Kopplungseinheit (16) ein konfigurierbarer Prozessor (17) angeordnet ist, welcher einen Signalaustausch zwischen dem Generic-Board (10) einerseits und dem Sensor (12) und/oder dem Aktor (13) andererseits steuert, wodurch die Verwendung unterschiedlicher Sensoren und/oder Aktoren ermöglicht wird.
an die Kopplungseinheit (16) mindestens ein Sensor (12) und/oder mindestens ein Aktor (13) angeschlossen sind,
über einen Kanal (1) Daten zwischen der Kommunikationseinheit und einem von einem Benutzer bedienbaren Computer (2) austauschbar sind, wobei die Recheneinheit mittels des Computers (2) über den Kanal (1) konfigurierbar ist,
die Spannungsversorgungseinheit, die Recheneinheit, die Kommunikationseinheit und die I/O-Leitungen auf einem Generic-Board (10) angeordnet sind,
die Kopplungseinheit (16) auf einem austauschbaren Interface-Board (11) angeordnet ist, und
die I/O-Leitungen mit der Kopplungseinheit (16) elektrisch verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Kopplungseinheit (16) ein konfigurierbarer Prozessor (17) angeordnet ist, welcher einen Signalaustausch zwischen dem Generic-Board (10) einerseits und dem Sensor (12) und/oder dem Aktor (13) andererseits steuert, wodurch die Verwendung unterschiedlicher Sensoren und/oder Aktoren ermöglicht wird.
2. Ein elektronisches System nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß
als Kanal (1) zum Datenaustausch zwischen dem
elektronischen System und dem Computer (2) eine
Netzleitung nutzbar ist.
3. Ein elektronisches System nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Netzleitung eine 220 V-
Versorgungsleitung ist.
4. Ein elektronisches System nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass
das Generic-Board (10) einen internen Bus (20, 21)
aufweist, wobei der interne Bus (20, 21) mit dem
Interface-Board (11) verbunden ist.
5. Ein elektronisches System nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der interne Bus des Generic-Boards (10) mit mindestens
einem weiteren Interface-Board (19) verbunden ist, wobei
auf dem weiteren Interface-Board (19) ein weiterer
konfigurierbarer Prozessor (25) angeordnet ist.
6. Ein elektronisches System nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß
über den internen Bus (20, 21) zwischen dem Prozessor (24)
auf dem Interface-Board (18) und dem weiteren Prozessor
(25) auf dem weiteren Interface-Board (19) Daten
austauschbar sind.
7. Ein elektronisches System nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß
das Generic-Board (10), das Interface-Board (18) und das
weitere Interface-Board (19) in einer Steckerleiste
angeordnet sind.
8. Ein elektronisches System nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das elektronische System in einer Unterputz-Dose
angeordnet ist.
9. Ein elektronisches System nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
über den Kanal (1) mindestens zwei elektronische Systeme
miteinander verbunden sind, wobei über den Kanal (1) Daten
zwischen den elektronischen Systemen austauschbar sind.
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