DE19609548C2 - Ein elektronisches System - Google Patents

Ein elektronisches System

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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.
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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