DE19853416A1

DE19853416A1 - Schaltungsanordnung zur Pegelumsetzung binärer Signale bei der Steuerung einer drucktechnischen Maschine

Info

Publication number: DE19853416A1
Application number: DE19853416A
Authority: DE
Inventors: Frank Schumann
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: DE19853416C2; JPH11309843A; US6210056B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Pegelumsetzung binärer Signale bei der Steuerung einer drucktechnischen Maschine.

Zur Steuerung von Betriebsvorgängen einer drucktechnischen Maschine werden eine Vielzahl von Aktoren und Sensoren eingesetzt, die mit einer oder mehreren Steuerschaltungen zusammenwirken. Wenn zwischen den Aktoren oder Sensoren und einer Steuerschaltung binäre Signale leitungsgebunden übertragen werden, dann werden die binären Signale durch Gleichspannungswerte ausgedrückt, die von elektronischen Bauelementen einer Treiberschaltung erzeugt werden. Aufgrund der unvermeidbaren Bauelemente-Toleranzen und einer gewünschten Störsicherheit werden als binäre Signalwerte (0; 1) ein tiefer Pegel oder L-Pegel und ein hoher Pegel oder H-Pegel definiert, wobei der H-Pegel in einem Bereich oberhalb eines oberen Schwellwertes und der L-Pegel in einem Bereich unterhalb eines unteren Schwellwertes liegt. Der Bereich zwischen oberen und unteren Schwellwert entspricht keinem binären Signalwert (0; 1). Treiberschaltungen und Empfängerschaltungen arbeiten entweder nach dem Prinzip einer sogenannten positiven Logik, bei der der binäre Signalwert (1) durch den H-Pegel festgelegt ist, oder nach dem Prinzip einer negativen Logik, bei der der binäre Signalwert (1) durch den L-Pegel festgelegt ist. Um das Zusammenwirken der Aktoren oder Sensoren mit der Steuerschaltung zu gewährleisten, müssen die binären Signalwerte (0; 1) den gewünschten Pegeln entsprechen. Um die Flexibilität bei den Steuerungen und den angeschlossenen Aktoren oder Sensoren zu erhöhen, ist es bekannt, jeweils zu Ein- und Ausgängen zusätzlich invertierte Ein- und Ausgänge vorzusehen, so daß es wahlweise möglich ist, in positiver oder negativer Logik zu arbeiten. Dabei sind Fehlschaltungen nicht auszuschließen, insbesondere dann, wenn auf der Seite der Steuerschaltung oder auf der Seite der Aktoren oder Sensoren ein Element erneuert werden soll. Um die Wahrscheinlichkeit von Fehlschaltungen zu verringern, kann man auf kompatible Elemente ein und derselben Eigenschaft zurückgreifen, die vorrätig sein müssen und möglichst von demselben Hersteller stammen sollten. Treiberschaltungen besitzen am Ausgang ein elektrisches Schaltelement, das, wenn es angesteuert wird, einen H- oder L-Pegel am Ausgang erzeugt. Dabei sind Varianten möglich, bei denen das Schaltelement eine niederohmige Verbindung zu einer positiven Betriebsspannungsquelle oder zum Null-Potential der Betriebsspannungsquelle herstellt. Bei weiteren Varianten sind die Schaltelemente mit Widerständen verbunden. Bei Gegentakt-Ausgangsstufen wirken am Ausgang zwei elektrische Schaltelemente, die den Ausgang sowohl gegen die positive Betriebsspannungsquelle als auch gegen das Null-Potential oder eine negative Betriebsspannungsquelle niederohmig verbinden können. Neben den beschriebenen Schaltelementen, die am Ausgang den binären Signalwerten (0; 1) entsprechende Gleichspannungswerte einstellen, sind Treiberschaltungen bekannt, die zusätzlich zur Ausgangsstufe schaltbare Stromquellen aufweisen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Kompatibilität einer Steuerschaltung und der angeschlossenen Aktoren oder Sensoren einer drucktechnischen Maschine zu verbessern.

Die Aufgabe wird mit einer Schaltungsanordnung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Unabhängig davon, ob die Treiberausgangsstufe einer ein binäres Signal aussendenden Komponente als Spannungsquelle oder als Spannungsquelle mit zusätzlicher Stromquelle ausgeführt ist, oder nach dem Prinzip der positiven oder negativen Logik arbeitet, wird bei aktivierter Treiberausgangsstufe am Ausgang der Schaltungsanordnung stets ein binäres Signal 0 oder 1 erzeugt, das vereinbarungsgemäß den Zustand der Aktivierung der Treiberausgangsstufe charakterisieren soll.

Es ist zweckmäßig, die Schaltungsanordnung in die Aktoren oder Sensoren zu integrieren. Damit können die Aktoren bzw. Sensoren an beliebigen Steuerungen betrieben werden. Die Pegelumsetzung läuft nahezu ohne Zeitverzögerung ab. Die verwendeten Bauelemente sind handelsüblich, zuverlässig und kostengünstig. Die Gestaltung der ein Signal ausgebenden Komponenten einer Steuerung einer drucktechnischen Maschine vereinfacht sich, weil zur Generierung eines binären Steuerungssignals 0 oder 1 die ausgebenden Komponenten lediglich in einen aktivierten Zustand gebracht werden müssen.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden:
In der Figur sind schematisch Komponenten einer drucktechnischen Maschine dargestellt. Zur Steuerung der drucktechnischen Maschine ist mindestens eine Steuerschaltung 1 vorgesehen, die mit mindestens einem Aktor 2 verbunden ist. Die Steuerschaltung 1 besitzt mindestens einen Signalausgang 3, wobei ein binäres Signal von einer Treiberschaltung 4 erzeugt wird, die am Ausgang einen Schalttransistor 4 aufweist, dessen Emitter an einer positiven Betriebsspannung +U_B1 liegt, dessen Kollektor mit dem Signalausgang 3 verbunden ist und dessen Basis mit einem elektronischen Schalter 5 in Verbindung steht. Der zweite Pol des Schalters 5 ist mit einer Spannungsquelle 6 mit einem Innenwiderstand R_i1 verbunden. Eine derartige Treiberschaltung ist auch als sogenannter High-Side-Schalter bekannt, weil bei dessen Aktivierung der Signalausgang 3 niederohmig gegen die Betriebsspannung +U_B1 geschalten wird.

Der Aktor 2 enthält ein elektronisches Stellglied 7 für einen Motor 8 der drucktechnischen Maschine. Das Stellglied 7 wandelt eine binäre Eingangsgröße in eine analoge Ausgangsgröße um, z. B. die Drehzahl des Motors 8 zu stellen. Als Eingangsglied des Aktors 2 ist eine Schaltungsanordnung 9 zur Pegelumsetzung vorgesehen. Die Schaltungsanordnung 9 zur Pegelumsetzung enthält einen Fensterdiskriminator 10, der von einer Betriebsspannungsquelle +U_B2 versorgt wird. Der Fensterdiskriminator 10 besitzt zwei Schwellwerteingänge, an denen die Gleichspannungswerte U₁ und U₂ liegen, welche einen oberen und einen unteren Schwellwert repräsentieren. Der Fensterdiskriminator 10 weist weiterhin einen Signaleingang 11 auf, der mit dem Abgriff eines Spannungsteilers aus in Reihe geschalteten Widerständen R₁ und R₂ verbunden ist. Die jeweils zweiten Anschlüsse der Widerstände R₁ und R₂ liegen an der positiven Betriebsspannungsquelle +U_B2 und gegen ein Massepotential 12.

Wenn von der Steuerschaltung 1 ausgehend ein binäres Steuersignal an das Stellglied 7 gegeben werden soll, dann muß durch die Steuerschaltung 1 ein Signal generiert werden, daß der Schalter 5 schließt. Beim Schließen des Schalters 5 wird die Treiberschaltung der Steuerschaltung 1 aktiviert, d. h. von der Spannungsquelle 6 wird über den Innenwiderstand R_i1 ein Strom in die Basis des Schalttransistors 4 getrieben, der die Emitter-Kollektor-Strecke niederohmig schaltet. Der Signalausgang 3 liegt im aktivierten Zustand auf einem H-Potential, das höher liegt als der Schwellwert U₁. Die Widerstände R₁ und R₂ sind so dimensioniert, daß im nicht aktivierten Zustand des Schalttransistors 4 sich am Signaleingang 11 ein Pegel einstellt, der zwischen den Schwellwerten U₁, U₂ liegt. Im aktivierten Zustand des Schalttransistors 4 entsteht über den Widerständen R₂ ein so großer Spannungsabfall, daß der Signaleingang 11 sicher über dem oberen Schwellwert U₁ liegt. In diesem Fall schaltet der Fensterdiskriminator 10 um, so daß ein H-Pegel am Signalausgang 3 auch am Ausgang des Fensterdiskriminators 10 erscheint. Im nicht aktivierten Zustand des Schalttransistors 4 liegt der Pegel am Signaleingang im Fensterbereich zwischen den Schwellwerten U₁, U₂ so daß der Fensterdiskriminator 10 nicht durchgeschaltet wird. Es erscheint ein L-Pegel am Ausgang des Fensterdiskriminators 10.

Die Steuerschaltung 1 kann parallel oder alternativ zu weiteren Steuerschaltungen 13, 14 betrieben werden. Die Treiberschaltungen an den Signalausgängen 15, 16 der Steuerschaltungen 13, 14 unterscheiden sich von der Treiberschaltung der Steuerschaltung 1. In der Steuerschaltung 13 ist als Treiberschaltung ein sogenannter Low-Side-Schalter vorgesehen, der einen Schalttransistor 17 enthält, dessen Emitter gegen Massepotential 12 geschaltet ist, dessen Kollektor mit dem Signalausgang 15 in Verbindung steht und dessen Basis mit einem Schalter 18 verbunden ist, dessen zweier Pol mit einer Spannungsquelle 19 mit einem Innenwiderstand R_i2 verbunden ist. In der Steuerschaltung 14 ist als Treiberschaltung eine schaltbare Stromquelle 20 mit einem Innenwiderstand R_i3 vorgesehen. Ein elektronischer Schalter 21 liegt zwischen der Spannungsquelle 20 und dem Signalausgang 16. Wie bereits zu Steuerschaltung 1 beschrieben, sind die Treiberschaltungen durch Schließen der Schalter 18 bzw. 21 in einen aktivierten Zustand zu versetzen. Wenn bei Bedarf der Aktor 2 mit der Steuerschaltung 13 verbunden wird, dann wird beim Schließen des Schalters 18 der Signalausgang 15 auf L-Potential gebracht. Es entsteht ein Stromfluß durch den Widerstand R₁ und den Schalttransistor 17, wobei der über den Widerstand R₁ entstehende Spannungsabfall den Pegel am Signaleingang 11 auf einen Wert bringt, der unter dem unteren Schwellwert U₂ liegt. Infolgedessen liegt am Ausgang des Fensterdiskriminators 10 ein H-Pegel. Wie zu Steuerschaltung 1 beschrieben, erzeugt eine Aktivierung der Treiberschaltung ein H-Potential am Ausgang des Fensterdiskriminators 10.

Wenn ein Aktor 2 an die Steuerschaltung 14 mit einem Stromquellenausgang 16 angeschlossen wird, dann bleibt die Funktion erhalten, daß eine aktivierte Treiberschaltung ein H-Potential am Ausgang des Fensterdiskriminators 10 erzeugt. Beim Schließen des Schalters 21 wird entsprechend dem Teilerverhältnis der Widerstände R₁ und R₂ der von der Stromquelle 20 getriebene Strom am Abgriffspunkt des Spannungsteilers geteilt. Es stellt sich am Signaleingang 11 ein Spannungspegel ein, der außerhalb des Fensterbereiches zwischen U₁ und U₂ liegt, wodurch der Ausgang des Fensterdiskriminator auf H-Pegel geschaltet wird.

An die Steuerschaltungen 1, 13, 14 sind ohne weiteres Aktoren 2, 22 oder 23 verschiedener Bauart anschließbar, sofern die bereits zum Aktor 2 beschriebene Schaltungsanordnung 9 vorgesehen wird. Wie aus der Figur zu entnehmen ist, sind in dem Aktor 22 und dem Sensor 23 Schaltungsanordnungen 24, 25 zur Pegelumsetzung vorgesehen, die jeweils einen Fensterdiskriminator 26, 27 und Spannungsteiler aus Widerständen R₃, R₄ bzw. R₅, R₆ an Signaleingängen 28 bzw. 29 enthalten. Die Fensterschwellwerte werden durch Gleichspannungswerte U₃, U₄ bzw. U₅, U₆ festgelegt. Die Funktion der Schaltungsanordnungen 24, 25 entspricht der Funktion der Schaltungsanordnung 9. Die Stellglieder 7, 30 der Aktoren 2, 22 für die Motoren 8, 31 können sehr verschieden ausgeführt sein, wobei lediglich gewährleistet sein muß, daß die Stellglieder 7, 30 mit den binären Pegeln ansteuerbar sind, die von den Fensterdiskriminatoren 10, 26 ausgegeben werden. Der Sensor 23 enthält eine Schaltungsanordnung 32, deren Meßwertaufnahmefunktion durch binäre Signale gesteuert wird. Z. B. kann die Bereitstellung von Meßwerten zu den Abmessungen oder der Lage eines Gegenstandes 33 an einem Signalausgang 31 des Sensors 23 durch die logischen H/L-Pegel gesteuert werden.

Mit Hilfe der Schaltungsanordnung 9, 24, 25 können baugleiche Sensoren 23, Aktoren 2, 22 und sonstige binär-steuerbare Komponenten an unterschiedlichen Steuerungen betrieben werden, wodurch die Flexibilität bei dem Entwurfs der Fertigung und beim Service der Steuerung der drucktechnischen Maschine verbessert wird.

Bezugszeichenliste

1

Steuerschaltung

2

Aktor

3

Signalausgang

4

Schalttransistor

5

Schalter

6

Spannungsquelle

7

Stellglied

8

Motor

9

Schaltungsanordnung

10

Fensterdiskriminator

11

Signaleingang

12

Massepotential

13

,

14

Steuerschaltung

15

,

16

Signalausgänge

17

Schalttransistor

18

Schalter

19

Spannungsquelle

20

Stromquelle

21

Schalter

22

Aktor

23

Sensor

24

,

25

Schaltungsanordnung

26

,

27

Fensterdiskriminator

28

,

29

Signaleingänge

30

Stellglied

31

Motor

32

Schaltungsanordnung

33

Gegenstand

34

Signalausgang

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Pegelumsetzung binäre Signale bei der Steuerung einer drucktechnischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer ein Signal aussendenden (1, 13, 14) und einer das Signal empfangenden (7, 30, 32) Komponente ein Fensterdiskriminator vorgesehen ist, dessen unterer (U₂, U₄, U₆) und oberer (U₁, U₃, U₅) Schwellwert binären Pegelwerten entsprechen, dessen Signaleingang (1, 28, 29) mit dem Ausgang (3, 15, 16) der aussendenden Komponente (1, 13, 14) und dessen Signalausgang mit dem Eingang der empfangenden Komponente (7, 30, 32), verbunden ist, wobei der Signaleingang auf einem zwischen den Schwellwerten (U₁, U₂; U₃, U₄; U₅, U₆) liegenden Pegel liegt, wenn das einen binären Pegelwert erzeugende Glied (4, 17, 20) der aussendenden Komponente 1, 13, 14) nicht angesteuert ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Schwellwerten (U₁, U₂; U₃, U₄; U₅, U₆) liegende Pegel dem Mittelwert aus oberen (U₁, U₃, U₅) und unteren (U₂, U₄, U₆) Schwellwert entspricht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signaleingang (11, 29, 28) zusätzlich mit dem Abgriff eines Spannungsteilers (R₁, R₂; R₃, R₄; R₅, R₆) in Verbindung steht, wobei der Spannungsteiler mit Spannungsquellen verbunden ist, deren Pegel unter dem unteren und über dem oberen Schwellwert liegen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen (R1, R2; R3, R4; R5, R6) besteht.