DE19653714C1 - Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen an Ventile - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Einrichtungen bilden die Schnittstelle zwischen einer Busleitung und
darüber anzusteuernden Ventilen und setzen insoweit serielle Signale, die über das
Bussystem übertragen werden in binäre Signale um, die vom Ventil als
Ansteuerungssignale verwertbar sind. Im Stand der Technik sind dazu zwei
grundsätzliche Prinzipien bekannt.
Zum einen kann nach einem zentralen Prinzip, wie es beispielsweise aus dem
Produktkatalog "Know-how in Pneumatik" (11/93, Kapitel 6, Seite 6.068, Bestell Nr.
00010.00102.11/93) der Firma Mannesmann Rexroth Pneumatik GmbH bekannt ist,
eine komplette Ventileinheit, die eine Zusammenfassung mehrerer Ventile zu einer
baulichen Einheit darstellt, über eine zentrale Decodierelektronik angesteuert werden.
Diese zentrale Decodierelektronik setzt die Ansteuersignale, die seriell über die
Busleitung übertragen werden, in binäre Ansteuersignale für die Ventile um. Zu
diesem Zwecke werden Leitungen jeweils ausgehend von der zentralen
Decodierelektronik, die in einem Gehäuse untergebracht ist und auf der Ventileinheit
angeordnet ist, zu den einzelnen Ventilen geführt. Diese Lösung reduziert durch den
Buseinsatz zwar den Verdrahtungsaufwand von einer übergeordneten Steuerung zur
Ventileinheit, es muß jedoch intern zwischen der zentralen Decodierelektronik und
den Ventilen der Ventileinheit individuell von Hand verdrahtet werden. Dieser
Aufwand spiegelt sich negativ in der Montagezeit und den damit verbundenen Kosten
wider. Durch die Gefahr einer Falschverdrahtung der Ventile liegt darin auch eine
Fehlerquelle.
Eine Vermeidung des hohen Verdrahtungsaufwandes wird durch ein dezentrales
Prinzip - wie es beispielsweise aus der Druckschrift DE 39 15 456 bekannt ist - erzielt.
Dabei erfolgt die Decodierung von Bussignalen jeweils direkt an dem anzusteuernden
Ventil mittels eines dem Ventil zugeordneten Decodierchips. Diese Lösung zur
Übermittlung von Steuersignalen an das Ventil hat den Vorteil, daß hier die Busleitung
von Ventil zu Ventil durchgeschleift werden kann und insoweit ein
Verdrahtungsaufwand für die Ventile sehr klein gehalten wird. Bei einer
gattungsgemäßen Einrichtung zur Vereinfachung der Ventil-zu-Ventil-Verdrahtung
kommen Anschlußelemente zur Anwendung, die aus dem Prospekt "Die intelligente
Lösung direkt am Ventil" (12/95, Druckblattnr. 885 890 220 3) der Firma Mannesmann
Rexroth Pneumatik GmbH bekannt sind und auch als Kontaktbrücken bezeichnet
werden. Die Anschlußelemente bestehen im wesentlichen aus einem länglich
quaderförmigen Gehäuse, mit mindestens einem Anschluß für den Elektromagneten
eines Ventils, einer optischen Betriebszustandsanzeige sowie am Gehäuse
angeordneten elektrischen Kontaktmitteln zur ein- und ausgangsseitigen Verbindung
mit weiteren Anschlußelementen. Sie haben die Aufgabe die Decodierelektronik
sowie eine Treiberelektronik zur Umsetzung des Ansteuersignals in ein Schaltsignal
für den Elektromagneten, der als Stellantrieb für das Ventil dient, aufzunehmen und
die Busleitung zum nächsten Anschlußelement durchzuschleifen. Dafür weisen sie
eine interne Verdrahtung auf, die auf die serielle Datenübertragung im Bussystem
ausgerichtet ist. Unvermeidbar bei diesem dezentralen Prinzip ist ein hoher Aufwand
an elektronischen Bauelementen, weil hierbei jedes Ventil mit einem Decodierchip
versehen werden muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Übermittlung von
Steuersignalen zwischen Busleitung und Ventilen zu schaffen, die mit einem
gegenüber dem Stand der Technik verringertem Aufwand an elektronischen
Bauelementen auskommt und gleichzeitig den Verdrahtungsaufwand gering hält.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Die Unteransprüche 2 bis 8 geben vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung
wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, für die Übermittlung von
Steuersignalen von der Busleitung zu den anzusteuernden Ventilen
Anschlußelemente vorzusehen, die jeweils einem Ventil zugeordnet sind. Die
Anschlußelemente sind in einer Reihe hintereinandergeschaltet und unterteilen sich in
aktive Anschlußelemente und passive Anschlußelemente.
Aus dem Prospekt der Fa. Wieland Bamberg (Wieland Installationsbus WIB)/92,
Druckvermerk 0054.1 Mü 9.92) und dem DE 295 19 678 U1 ist es zwar bekannt, ein
busbeaufschlagtes, aktives Anschlußelement mit einem Dekodierstein zur
Ansteuerung von mehr als einem elektrischen Verbraucher heranzuziehen, aber zur
Einsparung von Dekodierbausteinen passive Anschlußelemente zu benutzen, die
lediglich der Weitergabe von Steuersignalen an die Verbraucher bzw. Ventile dienen,
läßt sich hieraus nicht ableiten.
Erfindungsgemäß besitzen die aktiven Anschlußelemente eine Decodierelektronik in
Form eines Decodierchips. Der Decodierchip ist eingangsseitig mit der Busleitung
verbunden und besitzt ausgangsseitig Anschlüsse zur Ansteuerung von Ventilen.
Mindestens ein Anschluß wird dabei über das aktive Anschlußelement an das
zugeordnete Ventil geführt. Die weiteren Anschlüsse werden über die passiven
Anschlußelemente mit den jeweils dazugehörigen Ventilen elektrisch verbunden.
Diese Integration der Buselektronik in ein aktives Anschlußelement bietet den Vorteil,
daß auf eine zentrale Decodierelektronik auf der Ventileinheit gänzlich verzichtet
werden kann. Des weiteren ermöglicht das erfindungsgemäße, teilweise dezentrale
Prinzip der Anordnung der Decodierelektronik die sparsame Verwendung nur eines
Decodierchips für mehrere Ventile. Die Verwendung von Anschlußelementen an
Stelle einer freiliegenden Verdrahtung zur Weiterleitung des Ansteuersignals an die
Ventile vermeidet darüber hinaus jeglichen Handverdrahtungsaufwand und gestattet
eine modulare Bauweise.
Zur Weiterleitung der Ansteuersignale vom aktiven Anschlußelement werden passive
Anschlußelemente verwendet, die vorzugsweise je einem Ventil zugeordnet sind. Alle
passiven Anschlußelemente weisen eine versetzte interne Verdrahtung auf, so daß
das Ansteuersignal für die Ventile durch die passiven Anschlußelemente an das
jeweils anzusteuernde Ventil durchgereicht werden kann, wobei die einzelnen
passiven Anschlußelemente die gleiche interne Verdrahtung besitzen und insofern
auch untereinander austauschbar sind.
Seine natürliche Begrenzung kann die Anzahl der derartig an einen Decodierchip
aufschaltbaren Ventile in der Anzahl der an den Anschlußelementen zur Verfügung
stehenden Kontakten finden. Zur Vermeidung dieser Begrenzung ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, daß zusätzlich zu den Ansteuerleitungen, die zu den
einzelnen Ventilen führen, auch die Busleitung von Anschlußelement zu
Anschlußelement pingleich durchgeschleift wird. Wegen der knappen Anzahl der zur
Verfügung stehenden Kontakte eignet sich dafür insbesondere ein nur zweipoliges
Bussystem. Durch die Mitführung der Busleitung durch alle Anschlußelemente ist es
möglich, nach dem letzten der in eine Reihe hintereinanderschaltbaren passiven
Anschlußelemente wieder ein aktives Anschlußelement aufzuschalten, über welches
wiederum selbst mindestens ein Ventil und über sich wiederholt anschließende passive
Anschlußelemente weitere Ventile ansteuerbar sind. Die Anzahl der passiven
Anschlußelemente, die sich hinter ein aktives Anschlußelement anschließen können,
ist begrenzt durch die Anzahl der am Decodierchip des aktiven Anschlußelementes zur
Verfügung stehenden Anschlüsse zum Betrieb von Ventilen.
Neben der durch alle Anschlußelemente durchgeschleiften Busleitung ist es
erfindungsgemäß vorgesehen, auch eine Not-Aus-Leitung durch alle
Anschlußelemente zu führen. Diese Not-Aus-Leitung versorgt die anzusteuernden
Ventile mit der Betriebsspannung. Sie ist Bestandteil einer sicherheitstechnischen
Einrichtung. Wird die Not-Aus-Leitung von einem zentralen Schalter aus unterbrochen,
so bewirkt dies einen sofortigen Stillstand der Aktoren der gesamten Anlage, die über
die Ventile betrieben werden, ohne daß der aktuelle Schaltzustand der
Ansteuerelektronik verloren geht. Damit ist ein gefahrloses Wiederanfahren der Anlage
möglich.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der
bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 eine Anordnung der Anschlußelemente zur Übermittlung der
Ansteuersignale an die Ventile,
Fig. 2 ein interner Verdrahtungsplan des aktiven Anschlußelementes zur
Ansteuerung eines Ventils je Anschlußelement,
Fig. 3 ein interner Verdrahtungsplan des aktiven Anschlußelementes zur
Ansteuerung zweier Ventile je Anschlußeinheit,
Fig. 4 ein interner Verdrahtungsplan des passiven Anschlußelements zur
Ansteuerung eines Ventils je Anschlußelement,
Fig. 5 ein interner Verdrahtungsplan des passiven Anschlußelementes zur
Ansteuerung zweier Ventils je Anschlußelement,
Fig. 6 eine Schaltungsanordnung der in einer Reihe hintereinander
geschalteten Anschlußelemente.
Nach Fig. 1 ist das erste Ventil 7 über das ihm zugeordnete aktive Anschlußelement
3 und über eine Abzweigdose 2 an eine zweipolige Busleitung angeschlossen. Als
Bussystem für die bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung ist ein AS-Interface-Bus
vorgesehen, da dieser Busstandard speziell für die Ansteuerung maschinennaher
Binärelemente - wie Relais, Schalter oder Ventile - konzipiert wurde und sich insoweit
für die Anwendung als Feldbus im ventilnahen Bereich besonders eignet.
Der AS-Interface-Busstandard gestattet die serielle Datenübertragung über eine nur
zweipolige Busleitung, was eine sparsame Verkabelung ermöglicht. Zur Umsetzung
der seriellen Bussignale in binäre Ansteuersignale für die Elektromagneten der Ventile
beherbergt das aktive Anschlußelement als Decodierchip einen AS-Interface-Chip 19.
Dieser empfängt eingangsseitig die Bussignale und ist in der Lage über seine vier
Ports, die so initialisiert sind, daß sie vier Ausgänge bilden, vier Ventile anzusteuern.
Das erste Ventil 7 ist direkt mit dem aktiven Anschlußelement 3 verbunden. Das zweite
Ventil 8 ist über sein passives Anschlußelement 4 hinter das aktive Anschlußelement 3
geschaltet. Das dritte Ventil 9 sowie das vierte Ventil 10 folgen diesem über ihre
passiven Anschlußelemente 5 bzw. 6 in gleicher Weise. Somit sind die vier Ausgänge
des AS-Interface-Chips 19 belegt.
Weitere Ventile können jedoch über ein nächstes aktives Anschlußelement 11,
welches selbst dem Ventil 13 zugeordnet ist und sich eingangsseitig an das vierte
passive Anschlußelement 6 anschließt aufgeschalten werden. Daran kann dann
wiederum ein Ventil 14 über ein passives Anschlußelement 12 sowie weitere drei
passive Anschlußelemente und damit drei Ventile betrieben werden. Die Grenze des
AS-Interface-Standards ist mit maximal 31 aufschaltbaren AS-Interface-Chips 19 an
eine AS-Interface-Busleitung 1 erreicht.
Die Integration eines AS-Interface-Chips 19 in ein aktives Anschlußelement ist in Fig.
2 dargestellt. Bei der bevorzugten internen Verschaltung ist Pin1 und Pin2 der
eingangsseitigen Kontakte 16 an die zweipolige Not-Aus-Leitung 15 geführt. Diese ist
pingleich an die entsprechenden ausgangsseitigen Kontakte 17 durchgeschleift. Pin3
und Pin4 der eingangsseitigen Kontakte 16 sind mit der zweipoligen AS-Interface-Bus
leitung 1 verbunden. Auch diese ist pingleich an die entsprechenden
ausgangsseitigen Kontakte 17 des Anschlußelements durchgeschleift. Der
AS-Interface-Chip 19 greift eingangsseitig das serielle Bussignal von der durch das aktive
Anschlußelement geschleiften Busleitung ab. Der erste seiner insgesamt vier
Ausgänge ist mit dem dem aktiven Anschlußelement zugeordneten Ventil über den
elektrischen Ventilanschluß 18 verbunden. Die weiteren drei Ausgänge des
AS-Interfacechips werden der Reihe nach an Pin5, Pin6 und Pin7 der ausgangsseitigen
Kontakte 17 geführt.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere vorteilhafte interne Verschaltung des AS-Interface-Chips
19 mit einem aktiven Anschlußelement. Diese Anschlußelement weist als
Besonderheit zwei Anschlüsse 18 zur Ansteuerung von Ventilen auf. Damit kann im
Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Variante zur Ansteuerung eines Ventils
mit einem Anschlußelement, nur noch ein gleichartiges weiteres passives
Anschlußelement oder zwei passive Anschlußelemente mit je einem Ventilanschluß
über das dazugehörige aktive Anschlußelement betrieben werden, um damit die
Anschlußkapazität am AS-Interface-Chip komplett auszulasten.
Fig. 4 zeigt die interne Verdrahtung eines passiven Anschlußelementes zum Betrieb
eines Ventils. Pin1 bis Pin4 der eingangsseitigen Kontakte 16 sind pingleich an die
ausgangsseitigen Kontakte 17 angeschlossen, um die Busleitung 1 sowie die Not-Aus-Lei
tung 15 durch die in einer Reihe hintereinandergeschalteten Anschlußelemente der
Ventileinheit zu führen. Pin5 der eingangsseitigen Kontakte 16 geht an den
Ventilanschluß 18. Pin6 und Pin7 der eingangsseitigen Kontakte 16 sind derartig
versetzt an die ausgangsseitigen Kontakte 17 angeschlossen, daß sie dort an Pin5
bzw. an Pin6 gehen. Jedes passive Anschlußelement enthält ebenso wie jedes aktive
Anschlußelement einen in den Figuren nicht dargestellten Treibertransistor, der über
die Ansteuersignale die Betriebsspannung für das Ventil, welches von der
Not-Aus-Leitung abgegriffen wird, schaltet.
Eine andere Variante zur Verdrahtung des passiven Anschlußelementes für den
Betrieb zweier Ventile geht aus Fig. 5 hervor. Im Unterschied zur vorstehend
beschriebenen Fig. 4 ist hier Pin5 und und Pin6 der eingangsseitigen Kontakte 16
zum Anschluß zweier Ventile an Anschluß 18 geführt. Pin7 der eingangsseitigen
Kontakte 16 ist an Pin5 der ausgangsseitigen Kontakte 17 angeschlossen.
Werden gemäß der Anordnung nach Fig. 6 die einzelnen aktiven und passiven
Anschlußelemente zum Betrieb je eines Ventils im Wechsel von einem aktiven
Anschlußelement 3 und drei passiven Anschlußelementen 4, 5, 6 über die Kontakte
16 und 17 hintereinandergeschaltet, so ergibt sich die erfindungsgemäß bevorzugte
Ausführungsform der Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen von der
AS-Interface-Busleitung 1 zu einer Ventileinheit.
Claims (8)
1. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen, die zwischen einer Busleitung (1)
und einer aus mehreren Ventilen (7, 8, 9, 10, 13, 14) bestehenden Ventileinheit
angeordnet ist, mit Anschlußelementen (3, 4, 5, 6, 11, 12), die eingangs- und
ausgangsseitige Kontakte (16, 17) aufweisen, über die die Anschlußelemente in
einer Reihe hintereinandergeschaltet sind; wobei jedes einzelne Anschlußelement
(z. B. 3) mindestens einem Ventil (z. B. 7) zugeordnet und mit diesem elektrisch
verbunden ist und wobei die eingangsseitigen Kontakte (16) jedes einzelnen
Anschlußelementes (3, 4, 5, 6, 11, 12) über interne Kabel mit den ausgangsseitigen
Kontakten (17) elektrisch verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß aktive Anschlußelemente (3, 11) und passive Anschlußelemente (4, 5, 6, 12)
vorgesehen sind, wobei die aktiven Anschlußelemente (3, 11) einen Decodierchip
(19) besitzen, der eingangsseitig mit der Busleitung (1) elektrisch verbunden ist
und mehr als einen Anschluß zur Ansteuerung von Ventilen aufweist, wobei
mindestens ein Anschluß (18) mit dem/den zugeordneten Ventil/Ventilen (7) und
die weiteren Anschlüsse über die passiven Anschlußelemente (4, 5, 6) mit den
jeweils dazugehörigen Ventilen (8, 9, 10) elektrisch verbunden sind.
2. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Verbindung der Ventile (8, 9, 10, 14) über die passiven
Anschlußelemente (4, 5, 6, 12) derart versetzt erfolgt daß je ein Kabel des
Anschlusses eines Ventils mit einer anderen steuersignalführenden Leitung
verbunden ist und das jeweils andere Kabel des Anschlusses eines Ventils an eine
allen Anschlußelementen gemeinsame Leitung geführt ist.
3. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß durch die in einer Reihe hintereinandergeschalteten Anschlußelemente die
Busleitung (1) und eine zusätzliche Not-Aus-Leitung (15) pingleich von den
eingangsseitigen Kontakten (16) zu den ausgangsseitigen Kontakten (17)
durchgeschleift sind.
4. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdrahtung der zur Ansteuerung eines Ventils vorgesehenen aktiven
Anschlußelemente (3, 11) bei der Verwendung von 8-poligen Kontakten (16, 17)
derart erfolgt daß Pin1 und Pin2 der eingangsseitigen Kontakte (16) an die
zweipolige Not-Aus-Leitung (15) geführt sind, die pingleich an die entsprechenden
ausgangsseitigen Kontakte (17) durchgeschleift ist und daß Pin3 und Pin4 der
eingangsseitigen Kontakte (16) mit der zweipoligen AS-Interface-Busleitung (1)
verbunden sind, die ebenfalls pingleich an die entsprechenden ausgangsseitigen
Kontakte (17) des Anschlußelements durchgeschleift ist und wobei der
AS-Interface-Chip (19) eingangsseitig das serielle Bussignal von der durch das aktive
Anschlußelement (3, 11) geschleiften Busleitung (1) abgreift, wobei der erste seiner
insgesamt vier Ausgänge mit dem dem aktiven Anschlußelement (3, 11)
zugeordneten Ventil (7, 13) über den Anschluß (18) elektrisch verbunden ist und
die weiteren drei Ausgänge der Reihe nach an Pin5, Pin6 und Pin7 der
ausgangsseitigen Kontakte (17) geführt sind und Pin8 unbeschaltet ist.
5. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdrahtung der zur Ansteuerung eines Ventils (8, 9, 10, 14) vorgesehenen
passiven Anschlußelemente (4, 5, 6, 12) bei der Verwendung von 8-poligen
Kontakten (16, 17) derart erfolgt, daß Pin1 bis Pin4 der eingangsseitigen Kontakte
(16) pingleich an die ausgangsseitigen Kontakte (17) angeschlossen sind und Pin5
der eingangsseitigen Kontakte (16) an den Anschluß (18) für das Ventil
(8, 9, 10, 14) führt und Pin6 und Pin7 der eingangsseitigen Kontakte (16) derartig
versetzt an die ausgangsseitigen Kontakte (17) angeschlossen sind, daß sie dort
an Pin5 bzw. an Pin6 führen und das die ein- und ausgangsseitigen Pins 8 sowie
der ausgangsseitige Pin7 unbeschaltet sind.
6. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdrahtung der zur Ansteuerung zweier Ventile vorgesehenen aktiven
Anschlußelemente bei der Verwendung von 8-poligen Kontakten (16, 17) derart
erfolgt, daß Pin1 und Pin2 der eingangsseitigen Kontakte (16) an die zweipolige
Not-Aus-Leitung (15) geführt sind, die pingleich an die entsprechenden
ausgangsseitigen Kontakte (17) durchgeschleift ist und daß Pin3 und Pin4 der
eingangsseitigen Kontakte (16) mit der zweipoligen AS-Interface-Busleitung (1)
verbunden sind, die ebenfalls pingleich an die entsprechenden ausgangsseitigen
Kontakte (17) des Anschlußelements durchgeschleift ist und wobei der
AS-Interface-Chip (19) eingangsseitig das serielle Bussignal von der durch das aktive
Anschlußelement geschleiften Busleitung (1) abgreift, wobei zwei seiner insgesamt
vier Ausgänge mit den dem aktiven Anschlußelement zugeordneten Ventilen über
den Anschluß (18) elektrisch verbunden sind und die restlichen beiden Ausgänge
der Reihe nach an Pin5, Pin6 der ausgangsseitigen Kontakte (17) geführt sind und
Pin8 unbeschaltet ist.
7. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdrahtung der zur Ansteuerung zweier Ventile vorgesehenen passiven
Anschlußelemente bei der Verwendung von 8-poligen Kontakten derart erfolgt, daß
Pin1 bis Pin4 der eingangsseitigen Kontakte pingleich an die ausgangsseitigen
Kontakte angeschlossen sind und Pin5 sowie Pin6 der eingangsseitigen Kontakte
je an den Anschluß (18) für die zwei Ventile führt und Pin7 der eingangsseitigen
Kontakte an Pin5 der ausgangsseitigen Kontakte angeschlossen ist und daß die
ein- und ausgangsseitigen Pins 8, sowie die ausgangsseitigen Pins 6 und 7
unbeschaltet sind.
8. Einrichtung zur Übermittlung von Steuersignalen nach einem der
vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Erweiterung der an die pingleich durchgeschleifte Busleitung (1)
aufschaltbaren Ventile derart erfolgt daß die ausgangsseitigen Kontakte (17) des
letzten passiven Anschlußelements (6) mit den eingangsseitigen Kontakten (16)
eines weiteren aktiven Anschlußelementes (11) verbunden sind, an dem weitere
passive Anschlußelemente (12) anschließbar sind.
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