DE202010018269U1 - Multifunctional input and output module for programmable logic controllers - Google Patents
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Abstract
Ein- und Ausgangsmodul (1) für speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), wobei das Modul (1) als Baugruppe (1) ausgebildet ist, welche durch mehrere Funktionsblöcke (2–7, 29, 30) als Bausteine (2–7, 29, 30) gebildet ist, welche einerseits über internen Bus (10) und eine CPU (13) verbindbar sind und andererseits über Ein- und Ausgänge (8, 9) mit externen elektrischen Sensoren (auch Schaltern/Tastern) und Aktoren (auch optische/akustische Anzeigen und Displays/Monitore) verbindbar sind wobei auf dem Modul (1) eine beliebige Anzahl von multifunktionalen Bausteinen (6, 7, 29, 30) angeordnet sind, wobei jeder multifunktionelle Baustein (6, 7, 29, 30) frei durch ein zugeordnetes Steuermodul (12) konfigurierbar ist, um so den jeweiligen Funktionsblock (2–7, 29, 30) als multifunktionalen Baustein (6, 7, 29, 30) auszubilden, dadurch gekennzeichnet, dass die CPU (13) extern außerhalb des Ein- und Ausgangsmoduls (1) angeordnet ist und über einen gleichfalls extern außerhalb des Ein- und Ausgangsmoduls (1) angeordneten Systembus (11) Daten und Steuerbefehle an das auf dem Ein- und Ausgangsmodul (1) angeordnete Steuermodul (12) überträgt, wobei das Steuermodul (12) von dem Systembus (11) digitale Steuersignale erhält, die dem Steuermodul (12) mitteilen, welche Programmierbefehle er dem jeweiligen multifunktionellen Baustein (6, 7, 29, 30) zuführen soll, um die Funktion dieses multifunktionellen Bausteins (6, 7, 29, 30) festzulegen, und wobei das Steuermodul (12) als Busanschaltung ausgebildet ist, dem eine Steuerlogik zugeordnet ist, wobei das Steuermodul (12) den internen Bus (10) ansteuert, und dieser interne Bus (10) wiederum über bidirektionale Daten und Steuerleitungen den jeweiligen multifunktionellen Baustein (6, 7, 29, 30) ansteuert, wobei dementsprechend nach der gewählten Funktion des multifunktionellen Bausteins (6, 7, 29, 30) auch die bidirektionalen Ein- und Ausgänge (8, 9) angesteuert werden.Input and output module (1) for programmable logic controllers (PLC), wherein the module (1) is designed as an assembly (1), which by several functional blocks (2-7, 29, 30) as building blocks (2-7, 29, 30) is formed, which on the one hand via internal bus (10) and a CPU (13) are connectable and on the other hand via inputs and outputs (8, 9) with external electrical sensors (also switches / buttons) and actuators (also optical / acoustic Displays and displays / monitors) are connected, wherein on the module (1) any number of multifunctional building blocks (6, 7, 29, 30) are arranged, each multifunctional building block (6, 7, 29, 30) free by an associated Control module (12) is configurable, so as to form the respective functional block (2-7, 29, 30) as a multifunctional module (6, 7, 29, 30), characterized in that the CPU (13) externally outside the input and Output module (1) is arranged and via a likewise external to the outside - and output module (1) arranged system bus (11) data and control commands to the on the input and output module (1) arranged control module (12) transmits, wherein the control module (12) from the system bus (11) receives digital control signals, the Control module (12) tell which programming commands he should supply the respective multifunctional device (6, 7, 29, 30) to determine the function of this multifunctional device (6, 7, 29, 30), and wherein the control module (12) as Bus interface is formed, which is assigned a control logic, wherein the control module (12) controls the internal bus (10), and this internal bus (10) in turn via bidirectional data and control lines the respective multifunctional device (6, 7, 29, 30) accordingly, according to the selected function of the multifunctional module (6, 7, 29, 30) and the bidirectional inputs and outputs (8, 9) are controlled.
Description
Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) benötigen je nach Anwendung unterschiedliche Schnittstellen zum Austausch von Mess- und Steuersignalen mit der Außenwelt. Derzeit werden diese Schnittstellen in verschiedenen Modulen (Anzahl und Art), wie z. B. digitale Ein- bzw. Ausgangsmodule, analoge Ein- bzw. Ausgangsmodule etc. bereit gestellt.Programmable logic controllers (PLCs) require different interfaces for the exchange of measuring and control signals with the outside world, depending on the application. Currently, these interfaces in different modules (number and type), such. B. digital input or output modules, analog input or output modules, etc. provided.
Die hohe Anzahl an Modultypen erfordert bei Unternehmen hohe herstellungs- und logistische Herausforderungen und ist mit hohen Kosten verbunden.The high number of module types requires high manufacturing and logistical challenges for companies and is associated with high costs.
Module basierend auf dem Stand der Technik sind in diskreter Schaltungstechnik realisiert und können nachträglich nicht umkonfiguriert werden, d. h. dass z. B. ein digitaler Ausgang als digitaler Eingang verwendet werden kann.Modules based on the prior art are implemented in discrete circuit technology and can not be subsequently reconfigured, i. H. that z. B. a digital output can be used as a digital input.
Bei speicherprogrammierbaren Steuerungen ist es bekannt, für jeden Funktionsblock eine eigene Karte zu entwickeln. Unter diesem Begriff wird verstanden, dass diskrete Bauteile auf einer Leiterplatte angeordnet werden, um die Leiterplatte dann als Funktionsblock zu erstellen, der eine bestimmte Funktion ausfüllt. Eine solche Funktion kann z. B. die Nachbildung eines analogen Eingangs sein, die Nachbildung eines analogen Ausgangs oder die Nachbildung von digitalen Ein- und Ausgängen.In programmable logic controllers, it is known to develop a separate card for each function block. By this term is meant that discrete components are placed on a circuit board to then create the circuit board as a functional block that fills a specific function. Such a function can, for. Example, be the replica of an analog input, the replica of an analog output or the replica of digital inputs and outputs.
Ebenso kann ein solcher Funktionsblock, der auf einer getrennten und getrennt zu entwickelnden Karte aufgebaut ist, aus einer Vielzahl von anderen Funktionsblöcken bestehen, wie z. B. Zähler und dergleichen mehr.Similarly, such a function block, which is constructed on a separate and separately developed card consist of a variety of other functional blocks, such. As counter and the like more.
Nachteil bei den bisher bekannten Funktionsblöcken, die in Form von diskreten Leiterplatten bei speicherprogrammierbaren Steuerungen entwickelt wurden, ist der hohe Raumbedarf, die hohen Entwicklungskosten, weil für jede Funktion eine eigene Leiterplatte entwickelt werden muss und im Übrigen die Anfälligkeit im Betrieb, weil die diskreten Leiterplatten durch entsprechende kontaktgebende Elemente miteinander verbunden werden müssen und mit einem gemeinsamen Steuerbus verbunden sind.Disadvantage of the previously known function blocks, which were developed in the form of discrete circuit boards in programmable logic controllers, is the high space requirements, the high development costs, because for each function a separate circuit board must be developed and incidentally the vulnerability in operation, because the discrete circuit boards must be interconnected by appropriate contact elements and are connected to a common control bus.
Es bedarf also einer Vielzahl von Steckerleisten und Anschlussbuchsen, um jeweils die beim Stand der Technik bekannte Leiterplatte mit anderen Leiterplatten zu verbinden.So it takes a variety of power strips and sockets to connect each known in the prior art circuit board with other circuit boards.
Dadurch entsteht eine unerwünscht hohe Typenvielfalt am Lager, eine große Lagerhaltung und ein großer Ersatzteilbedarf, weil die einzelnen Funktionsblöcke, die auf diskreten Leiterplatten aufgebaut sind, auch getrennt ausgetauscht werden müssen.This creates an undesirably high variety of types in stock, a large inventory and a large spare parts requirement, because the individual function blocks, which are constructed on discrete circuit boards, must also be replaced separately.
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ein- und Ausgangsmodul für eine speicherprogrammierbare Steuerung so weiterzubilden, dass sie wesentlich flexibler eingesetzt werden kann, d. h. dass sie entsprechend der ihr zugeordneten Aufgabe frei konfigurierbar oder parametrierbar ist.The invention has the object of developing an input and output module for a programmable logic controller so that it can be used much more flexible, d. H. that it is freely configurable or parameterizable according to the task assigned to it.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.To solve the problem, the invention is characterized by the technical teaching of
Auf einem Modul (Baugruppe) sind eine beliebige Anzahl von multifunktionalen Bausteinen angeordnet, wobei jeder multifunktionelle Baustein frei durch ein zugeordnetes Steuermodul konfigurierbar ist, um so den jeweiligen bekannten Funktionsblock nunmehr als multifunktionalen Baustein auszubilden.Arranged on a module (module) are any number of multifunctional components, each multifunctional component being freely configurable by an associated control module so as to form the respective known function block as a multifunctional component.
Es ist vorgesehen, dass die vorher im Stand der Technik bekannten einfachen und nur einem einzigen Zweck dienenden Funktionsblöcke nunmehr eine Vielzahl von Funktionen ausführen können und demzufolge als multifunktionaler Baustein ausgebildet sind.It is envisaged that the previously known in the prior art simple and only a single purpose function blocks can now perform a variety of functions and are therefore designed as a multi-functional building block.
Damit besteht der wesentliche Vorteil, dass nun nicht nur ein diskreter Anwendungszweck für den Funktionsblock vorgesehen ist, sondern dass der Funktionsblock entsprechend seiner Konfigurierbarkeit unterschiedliche Funktionen ausführen kann und alles auf engstem Raum zusammengefasst ist.This has the significant advantage that now not only a discrete application for the function block is provided, but that the function block can perform different functions according to its configurability and everything is summarized in a confined space.
Durch die Verwendung eines sogenannten ASIC (Application Specific Integrated Circuit) erhält man eine höhere Flexibilität in einem SPS Modul, da unterschiedliche Schnittstellen in den Modulen wahlweise zur Verfügung stehen und auch entsprechend konfiguriert werden können.The use of a so-called ASIC (Application Specific Integrated Circuit) gives a higher flexibility in a PLC module, since different interfaces in the modules are optionally available and can also be configured accordingly.
Mit diesem ASIC basierten Modul können unter anderem SPS spezifische Module mit analogen Eingängen, analogen Ausgängen, Eingänge für Temperatursensoren, digitalen Eingängen und analogen Ausgängen flexibel realisiert werden.With this ASIC-based module, among other things, PLC-specific modules with analog inputs, analog outputs, inputs for temperature sensors, digital inputs and analog outputs can be implemented flexibly.
In einem Modul sind 2 ASIC Bausteine im Einsatz, da dadurch ein gutes Preis-/Leistungsverhältnis erreicht wird. Two ASIC modules are used in one module, as this results in a good price / performance ratio.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich nun der wesentliche Vorteil, dass nun auf einzelne nur einem einzigen Funktionszweck dienende Leiterplatten verzichtet werden kann und dass auf einem Modul (Baugruppe) eine Mehrzahl von erfindungsgemäß funktional ausgebildeten Bausteinen angeordnet werden kann, wobei jeder multifunktionelle Baustein entsprechend seiner Konfiguration, z. B. einen analogen Eingang, einen analogen Ausgang oder einen digitalen Ein-/Ausgang ausbilden kann. Darüber hinaus sind noch andere Funktionen möglich, wie z. B. die Funktion eines Zählers, die Funktion eines Temperatureingangs und dergleichen mehr.With the given technical teaching, there is now the significant advantage that it is now possible to dispense with individual circuit boards serving only a single functional purpose and that a plurality of functionally embodied building blocks can be arranged on a module (subassembly), each multifunctional building block corresponding to its Configuration, eg B. can form an analog input, an analog output or a digital input / output. In addition, other functions are possible, such. As the function of a counter, the function of a temperature input and the like.
Wichtig bei der Erfindung ist also, dass man nun dem erfindungsgemäßen funktionalen Baustein mehrere Funktionen zuordnet und diese Funktionen nun entsprechend einer von außen zuführbaren Konfiguration einstellbar sind und auch wieder veränderbar sind.Important in the invention is therefore that now assigns several functions to the functional module according to the invention and these functions are now adjustable according to an externally fed configuration and are also changeable again.
Damit ist eine große Flexibilität gegeben, denn auf einem einzigen Modul können nun eine Vielzahl von getrennt konfigurierbaren multifunktionellen Bausteinen aufgebaut werden, die entsprechend ihrer Konfiguration einem unterschiedlichen Funktionszweck dienen. Dies war beim Stand der Technik nicht der Fall. Aus diesem Grund hat die Erfindung den Vorteil, dass die erfindungsgemäß aufgebaute Baugruppe nun sehr flexibel ist und dass heißt, es braucht nur in der Lagerhaltung eine einzige Baugruppe vorgehalten zu werden, weil bei einem entsprechenden Austauschbedarf nur diese einzelne Baugruppe ausgetauscht wird. Ein Austausch unterschiedlicher Baugruppen, die getrennt voneinander angeordnet und über Steckverbinder miteinander verbunden sind, ist nicht mehr erforderlich.This gives a great deal of flexibility, since a large number of separately configurable multifunctional components can now be set up on a single module, which serve a different functional purpose in accordance with their configuration. This was not the case with the prior art. For this reason, the invention has the advantage that the assembly constructed according to the invention is now very flexible and that is, it only needs to be held in storage a single module, because with a corresponding replacement requirements, only this single module is replaced. An exchange of different modules, which are arranged separately from each other and connected via connectors, is no longer necessary.
Dadurch wird die Lagerhaltung minimiert, der Ersatzteilbedarf wird verringert und die Zuverlässigkeit wird wesentlich erhöht. Außerdem wird der Entwicklungsaufwand drastisch reduziert, weil sozusagen „alles – in einem” ausgeführt wird, d. h. der erfindungsgemäße multifunktionelle Baustein kann entsprechend seiner Konfiguration für unterschiedlichste Funktionen herangezogen werden.This minimizes inventory, reduces the need for spare parts, and significantly increases reliability. In addition, the development effort is drastically reduced because, so to speak, "everything - in one" is executed, ie. H. The multifunctional building block according to the invention can be used according to its configuration for a wide variety of functions.
Erfindungsgemäß sind die multifunktionellen Bausteine als SMD-Bauelemente ausgebildet und sind in einer beliebigen Konfiguration und Anordnung auf einer Baugruppe angeordnet. Eine solche Baugruppe ist dann Bestandteil einer speicherprogrammierbaren Steuerung, und bei diesen speicherprogrammierbaren Steuerungen ist charakteristisch, dass eine Anzahl von Baugruppen nebeneinander liegend eine Steuerungsgarnitur bilden, wobei an der einen Seite der Steuerungsgarnitur eine Vielzahl von Anschlussklemmen vorhanden sind, über welche die Sensoren- und Aktorensignale zugeführt werden, während auf der Ausgangsseite dieser Steuerungsgarnitur ein Ausgang für einen zentralen Bus besteht, der alle digitalen Signale zusammenführt und gesteuert einer CPU zuführt.According to the invention, the multifunctional components are designed as SMD components and are arranged in an arbitrary configuration and arrangement on an assembly. Such an assembly is then part of a programmable logic controller, and it is characteristic in these programmable logic controllers that a number of assemblies form a control assembly next to each other, wherein on one side of the control set a plurality of terminals are present, via which the sensor and actuator signals while on the output side of this control set there is an output for a central bus which merges all the digital signals and feeds them to a CPU.
Damit wird der Platzbedarf bei derartigen Steuergarnituren wesentlich minimiert, weil nur noch ein einziger multifunktionaler Baustein vorhanden sein muss, wo vorher in der Steuerungsgarnitur z. B. 3 nebeneinander liegende Funktionsblöcke vorhanden sein mussten.Thus, the space required for such control sets is substantially minimized, because only a single multifunctional block must be present, where previously in the control set z. B. 3 adjacent function blocks must be present.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Ansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Ansprüche untereinander.The subject of the present invention results not only from the subject matter of the individual claims, but also from the combination of the individual claims with each other.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All information and features disclosed in the documents, including the abstract, in particular the spatial design shown in the drawings, are claimed to be essential to the invention insofar as they are novel individually or in combination with respect to the prior art.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.In the following the invention will be explained in more detail with reference to drawings showing only one embodiment. Here are from the drawings and their description further features essential to the invention and advantages of the invention.
Es zeigen:Show it:
In
Dementsprechend sind den Funktionsblöcken die Leitungen
Auf der anderen Seite münden diese Funktionsblöcke
Die Darstellung in
Hier setzt die Erfindung ein, die nun vorsieht, auf einem Modul
Dies zeigt die
Wichtig ist, dass in jedem multifunktionellen Baustein
Wichtig hierbei ist nämlich, dass über einen externen Systembus
Zu diesem Zweck ist das Steuermodul
Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber der Darstellung nach dem Stand der Technik (
In
Es wird noch darauf hingewiesen, dass das Ausführungsbeispiel nach
Die
Im Ersatzschaltbild ist erkennbar, dass von dem externen Systembus
Der Vergleich der
Die
Die
Die
Umgekehrt werden die vom Geber abgegebenen Signale über die bidirektionalen Ein- und Ausgänge
Danach wird das Ausgangssignal des Verstärkers oder Abschwächers
An den A/D-Wandler wird im Übrigen noch das hochgenaue Referenzsignal
In
Ausgehend von dem internen Bus
Die
Von dem bidirektionalen Ein- und Ausgang
Parallel hierzu wird entsprechend der Schaltstellung eines konfigurierbaren Umschalters
Es wird noch dargestellt, dass eine Versorgungsspannung
Der obere Zweig der Schaltung nach
Wichtig bei der vorliegenden Erfindung ist dem gemäß, dass nun frei konfigurierbare multifunktionelle Bausteine
Beim Start einer derartigen speicherprogrammierbaren Steuerung wird demzufolge zunächst über den externen Systembus
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Modul (Baugruppe)Module (assembly)
- 22
- Funktionsblockfunction block
- 2a2a
- Eingang analogInput analog
- 33
- Funktionsblockfunction block
- 3a3a
- Ausgang analogOutput analog
- 44
- Funktionsblockfunction block
- 4a4a
- Ein/Ausgang digitalInput / output digital
- 55
- digitale Ein- und Ausgängedigital inputs and outputs
- 66
- multifunktionaler Bausteinmultifunctional building block
- 77
- multifunktionaler Bausteinmultifunctional building block
- 88th
- bidirektionale Ein- und Ausgängebidirectional inputs and outputs
- 99
- bidirektionale Ein- und Ausgängebidirectional inputs and outputs
- 1010
- interner Businternal bus
- 1111
- Systembus (extern)System bus (external)
- 1212
- Steuermodulcontrol module
- 1313
- CPUCPU
- 1414
- Zählercounter
- 1515
- Taktsignalclock signal
- 1616
- Referenzsignal (Spannung)Reference signal (voltage)
- 1717
- Umschalterswitch
- 1818
- Stromquellepower source
- 1919
- Bezugspotentialreference potential
- 2020
- Tiefpasslowpass
- 2121
- Verstärker (oder Abschwächer)Amplifier (or attenuator)
- 2222
- A/D-WandlerA / D converter
- 2323
- digitaler Filterdigital filter
- 2424
- Kalibrierungcalibration
- 2525
- Digital-Analog-WandlerDigital to analog converter
- 2626
- Schmitt-TriggerSchmitt trigger
- 2727
- Versorgungsspannungsupply voltage
- 2828
- Anzeige-AusgangDisplay output
- 2929
- interner Funktionsblockinternal function block
- 3030
- interner Funktionsblockinternal function block
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20150625 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R071 | Expiry of right |