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Programmierbares togikwbrk für Prozeßsteuerungen Die Erfindung betrifft
ein programmierbares Logikwerk für Prozeßsteuerungen. Zur Steuerung von technischen
Prozessen werden die unterschiedlichsten logischen Funktionen mit und ohne Speicherverhalten
benotigt. Durch die Erfindung sollen diese Funktionen mittels eines programmierbaren
togikwerkes einheitlich realisiert werden.
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Es sind technische Lösungen lur die Realisierung beliebiger logischer
Funktionen bekannt, deren charakteristisches Merkmal als steckbare Bausteine ausgebildete
Programm-Matrizen sind, die durch Einlöten von Programmdioden geeignete Verbindungen
zwischen den einzelnen Funktionsebenen einer Prozeßsteuerung speziell einer Ablaufs-teuerung
herstellen. Es ist weiterhin ein Universaisteuergerät bekannt, das jede logische
Schaltfunktion zeitlich nacheinander in UND-, ODER- bzw. INVERTER-Funktionen auflöst,
wobei Jeweils zwei Binärvariable verknüpft wer den. Die zeitliche Reihenfolge der
einzelnen Befehle Lann durch einen-adressierbaren Programmspeicher, z.B. Ferritkern-Speicher
vorgegeben werden. Weiterhin ist bekannt, in digitalen Recheneinheiten logische
Funktionen wie UND, ODER, ANTIVALENZ usw. mittels sogenannter logischer Befehle
zwischen zwei vorgegebenen Worten für jedes gleichstelliges Bit dieser Worte auszuführen.
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Bei Anwendung einer verdrahtungsprogrammierten Logik muß das logische
Verhalten durch aufwendige Verdrahtungs-und Lötvorgänge in verschiedenen Bauteilen
der Steuerung
der Aufgabenstellung angepaßt werden, Eine serienmäßige
Vorfertigung der Verdrahtung ist nur in geringem Maße möglich.
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Die Anwendung des Universalsteuergerätes bringt zwar den Vorteil,
daß die Programmierung der Logik ausschließlich über einen adressierbaren Speicher
erfolgt, aber bei der vorgesehenen zeitseriellen Zerlegung der logik können in einen
Befehlsschritt nur zwei Binärvariable verknüpft werden. Es werden deshalb eine große
Anzahl von Zwischenspeichern und Programmschritten zur Realisierung von prozeßspezifischen
logischen Funktionen benötigt. Bei Einsatz von Digitalrechnern können typische logische
Punktionen der Prozeßsteuerungstechnik nicht durch einen Logikbefehl realisiert
werden, da nicht die Möglichkeit besteht, in einem Befehlsschritt eine endliche
Anzahl von Binarvariablen zu einer Stellgröße zu verknüpfen.
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Der Zweck der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden
und den Schaltungs-, Projektierungs- sowie Montageaufwand bei Prozeßsteuerungsanlagen
zu vermindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein universelles Iogikwerk
zu entwickeln, das bei vorgegebenen Programmschritten nicht nur eine Boolesche Funktion
für zwei Eingangsvariable, sondern eine der Technologie angepaßte logische Funktion
für beliebige Anzahl von 3ingangsvariablen auch mit Speicherverhalten durch wortserielle
Verarbeitung von Binarvariablen realisiert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Binärwort,
welches die E:ingangsvariablen. beinhaltet, einer steuerbaren UND-Schaltung zugeführt
wird, die mittels
Steuersignale eine von diesen Bestimmte Anzahl
von UND-Gattern erzeugt, deren Ausgänge sowohl mit den Eingängen eines - - als auch
ANTIVALENZ-Gatters verbunden sind. Die Ausgänge dieser Gatter sind einem ersten
Umschalter zugeführt, der ebenfalls von einem Steuersignal betätigt wird. fler Ausgang
dieses Umschalters ist mit einem zweiten Umschalter verbunden1 an dessen Eingang
so ein Binärsignal w anliegt. An den Ausgängen dieses Umschalters werden durch anliegende
Steuersignale die Signalzustände w, O; O, w und w, w erzeugt, die die Eingänge eines
getakteten JK-Speichers steuern, so daß bei auttretenien Taktimpuls ein dem Eingangssignal
zustand entsprechendes Ausgangssignal entsteht Dieses Ausgangssignal stellt das
Ergebnis der mittels der Steuersignale vorgegebenen logischen Funktionen dar.
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Dieses ist sowohl über einen direkten Anschluß als auch nach einem
auftretenden Taktsignal an einem durch weitere Steuersignale und eine Dekoderschaltung
£estgelegten Speicherzellenausganges eines Registers zugängig.
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Der getaktete JK-Speicher wird auf ein bestimmtes Binärsignal voreingestellt,
wenn über eine erste Torschaltung, die durch ein Steuersignal und ein Taktsignal
gesteuert wird, die Setz- und Rücksetzeingänge dieses Speichers beschaltet werden.
Durch einen weiteren Umschalter, der auch durch Steuersignale gesteuert wird, wird
das anliegende Binärwort in zwei Teilworte zerlegt und von einander unabhängig der
steuerbaren UND-Schaltung zugeführt. Bei der Bildung von logischen Punktionen, die
aus mehreren Binärworten gebildet werden müssen, wird der Ausgang des ersten Umschalters
zusätzlich mit einer von einem Taktsignal gesteuerten zweiten Torschaltung verbunden,
deren Ausgänge einen RS-Speicher steuern und dessen Ausgangs signal über eine
von
einem weiteren Steuersignal gesteuerten dritten Torschaltung mit Je einem Eingang
des CDER- bzw. des ANTIVALENZ-Gatters verbunden. Es ist weiterhin vorgesehen, daß
alle Steuersignale, die die gewünsche logische Funktion festlegen, aus einem Binärwort
gewonnen werden, das in einem adressierbaren Programmspeicher abgespeichert ist
und daß die Taktsignale aus einem zyklisch ablaufenden Taktschema abgeleitet werden.
Dem Eingangsbinärwort werden auch Binärsignale zugeführt, die aus arithmetischen
Vergleichsoperationen und bei der Bildung von Zeitfunktionen gewonnen werden.
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Durch die Anwendung der erfindung ergibt sich der Vorteil, daß beliebige
logische Schaltungen mit einer der gewählten Wortlänge entsprechenden Anzahl von
Eingangsvariablen mit Speicherverhalten mittels eines oder zwei Programmsobritten
realisiert werden können. Logische Schaltungen größeren Umfanges erfordern nur Wiederholungen
der gleichen Programmschritte. Die einzelnen Programmschritte werden aus adressierbaren
Speichern, wie Ferritkern- oder Halbleiterspeichern aufgerufen. Damit ist es möglich,
notwendige Funktionen der Steuerungstechnik, unabhängig vom Anwendungszweck, , optimal
mit einem in Serie zu fertigenden programmierbaren Logikwerk zu erzeugen.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden: Das in der Abbildung gezeigte programmierbare logikwerk soll die
wortweise aufrufbaren Eingangsvariablen E1...n' nach einer vorgegebenen logischen
Funktion zur Ausgangsvariablen A0n+1 verknüpfen, die für verschiedene
logische
Funktionen in einem Register 8 zu einem Ausgangswort gesammelt und dann als binäre
Stellsignale in bestimmte periphere Speicher transportiert werden. Das Logikwerk
kann logische Funktionen nach der Gleichung A0n+1 = m1 (E1'... En') v mq (E1' ...
En') A0n bilden, d.h. es können die Ausgangsbinärvariablen Aon+1 gemäß der logischen
Ausdrücke ml, mq bei bestimmten Eingangszuständen der wortweise anstehenden Eingangsvariablen
E; . die logischen Werte L oder 0 annehmen bzw.
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ihren Vorzustand A0n beibehalten. Die Realisierung erfolgt in der
Weise, daß die Eingangsbinärvariablen E1...n einer steuerbaren UND-Schaltung 2 zugeführt
werden, in der durch die Steuersignale S4a...q die Binärsignale E10..n gemäß der
zu realisierenden logischen Funktionen auf entsprechende UND-Gatter geführt werden,
deren Ausgänge zwecks Realisierung der disJunktiven und ANtIVALENZ-Normalform mit
einem ODER-Gatter 3 und einem ANTIVALENZ-Gatter 4 verbunden sind. Die steuerbare
UND-Schaltung 2 sowie die Gatter 3 und 4 können entsprechend schaltalgebraischer
Umformungsregeln auch ausschließlich aus NAND- bzw. NOR-Gattern aufgebaut werden.
Durch das Steuersignal S5 wird mittels Umschalter 5 eines der Ausgangssignale der
Gatter 3, 4 ausgewählt. Diese Binärvariable w wird einem Umschalter 6 zugeführt,
der an seinen Ausgangen Je nach Zustand der Steuersignale S6, S7, S8 die Signalkombinationen
w1, 0; w2, 0 oder w3, W3 führt, die den getakteten JK-Speicher 7 steuern. Durch
die zeitlich nacheinander anstehenden ersten beiden Signalkombinationen wird für
die Ausgangsbinärvariable An+1 oben stehende Gleichung realisiert, während bei auftretender
letzten Signalkombination nur der erste logische Ausdruck der
Gleichung
berücksichtigt wird. Die am Ausgang des JK-Spe ichers 7 auftretenden Ausgangsbinärvariablen
An+1 werden direkt herausgeführt und bei auftretenden Taktsignal T4 in ein Register
8 eingeschrieben, wobei die Speicherzelle des Registers 8 mittels einer Dekoderschaltung
9, die von den Steuersignalen S9 gesteuert wird, festgelegt ist. Im Register 8 werden
zeitlich nacheinander errechnete Ausgangsbinärvariablen A0n+1 zu einem Ausgangswort
gesammelt. Da gemäß Gleichung die Binärvariablen in Abhängigkeit des Vorzustandes
A0n gebildet werden wird mittels einer Torschaltung 10 bei auftretenden Steuersignal
S 10 und Taktsignal Tl die Binärvariable A0n über die asynchronen Setz- und Rücksetzeingange
in den Speicher 7 eingeschrieben. Bei auftretenden Logikfunktionen, bei denen die
Anzahl der zu verarbeitenden Binärvariablen am Eingang unter der gewählten Wortlänge
liegt, kann durch den Umschalter 1 das Eingangswort in zwei Teilworte zerlegt und
diese unabhängig voneinander der steuerbaren UND-Schaltung 2 zugeführt werden. Treten
dagegen logische Punktionen auf, deren Realisierung eine Mehrwert-Operation erfordert,
muß die Binärvariable w zwischengespeichert werden, um sie bei der folgenden Teiloperation
als übertrag zu berucksichtigen. Uber eine von einem Taktsignal T3 gesteuerte Torschaltung
11 wird bei Jedem Taktzyklus das Binärvariable w, das am Ausgang des Umschalters
5 auftritt, in einen RS-Speicher 12 eingespeichert und von dort bei auftretenden
Mehrwert-Operationen über eine von einem Steuersignal S 11 gesteuerten Torschaltung
13 sowohl dem CDER-Gatter 3 als auch dem ANTIVALENZ-Gatter 4 zugeführt. Das programmierbare
Logikwerk wird in der Weise gesteuert, das alle Steuersignale S an den Ausgängen
einer logischen Schaltung auftreten, die durch ein Binärwort angesteuert wird,
das
aus einem adressierbaren Programmspeicher aufgerufen wird Die Taktsignale T werden
aus einem zyklisch auftretenden Taktschema abgeleitet. Dem Umschalter 1 werden auch
Eingangsbinärvariablen E1' bis En' zugeführt, die aus arithmetischen Vergleichsoperationen
und durch die Bildung von Zeitfunktionen gewonnen werden.