DE2221659A1

DE2221659A1 - Elektronischer Universalautomat zur Steuerung industrieller Prozesse

Info

Publication number: DE2221659A1
Application number: DE19722221659
Authority: DE
Inventors: Jacques Cretin; Jean Mermet; Barret Jean Pierre; Jean-Francois Therond
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1971-05-03
Filing date: 1972-05-03
Publication date: 1972-11-23
Also published as: NL7205931A; GB1349706A; IT954957B; FR2135044B1; US3800126A; BE781952A; FR2135044A1

Description

Elektronischer Universalautomat zur Steuerung industrieller Prosesse -

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Universalautomat, der sich insbesondere zur Steuerung industrieller Prosesse eignet»

Dieser Automat ermöglicht beispielsweise die Kopplung von Meßwert-, gebern mit einem Rechner, die Erfassung und Zentralisierung von Zustandssignalen, Meßwerten, Befehlen, PrüfSignalen, die Verteilung von Daten und Befehlen, die Übernahme logischer Entscheidungen in Abhängigkeit äußerer Einflüsse« die Durchführung schnellablaufender arithmetischer Berechnungen in Echtzeit, analoge Simulationsvorgänge usw.

Diese Funktionen werden normalerweise von Universalrechnern bzw. von verkabelten Elektronlkeinhöiten, d.h. von Geräten übernommen, die durch eine untrennbare Zusammenschaltung von elektronischen Bauelementen gebildet werden, von denen jedes eine eigene Funktion

2 -

209848/0723

besitzt, die seinen Aufbau definitiv bestimmt. Diese spezialisierten Geräte sind kaum anpassungsfähig. Darüber hinaus sind diese mit hohen Herstellungskosten verbunden. Zur Verarbeitung eines Signals ist man daher in den meisten Fällen gezwungen, eine Reihe von Schaltungen eines sehr speziellen Aufbaus zu ver~ wenden» Außerdem kommt hinzu, daß die verwendeten elektronischen Bauelemente äußerst kurze Ubertragungszeiten (in der Größenord-

"■8
nung von 10 Sekunden) im Vergleich zur Ansprechzeit der InduFtrieautomaten besitzen, die kaum unter einer Millisekunde liegt. Die Einsatzdauer der Bauelemente ist demnach sehr kurz. Aus diesem Grunde ergibt sich ein katim zu vereinbarendes Verhältnis zwischen den Kosten der Bauelemente einerseits und der Betriebsdauer andererseits , was die verkabelten Elektronikeinheiten anlangt, die in Industrieautomaten Verwendung finden.

Zur überwachung unstabiler Größen, die innerhalb automatisch ablaufender Prozesse schnellen Änderungen unterworfen sind, werden Digitalrechner kaum verwendet. Schließt man die Gefahr eines Ausfalls ein, so erscheint die Abhängigkeit mehrerer Nachführschleifen von einem einsigen, zentral angeordneten Rechner als sehr gewagt» Der Zuverlässigkeitsgrad, den man einem Programm zuordnen kann, das in ■,löschbaren Speichern" des Rechners aufgenommen wird, ist noch geringer als der, der im allgemeinen verkabelten Elektroniksystemen zugestanden wird.

Der Rechner ist gewöhnlich gegenüber den Änderungen der Sollwerte der Nachführschleifen isoliert und in diese nicht einbezogen«

Zur automatischen Prosess-Steuerung werden ebenfalls analoge Elektroniksysterne verwendet, die beispielsweise in die Nachführschleifen einbeaogen werden können« Dieee Analogsysteme bieten gegenüber den Rechnern beachtliche Vorteile insofern, daß sie durch ihren verkabelten Aufbau, ihr nicht sequenaweises Arbeiten sowie durch das Fehlen perlpherer Systeme eine hohe Zuverlässigkeit bei der Prograrombelegung besitzenο Darüber hinaus sind diese mit nur geringen Kosten verbunden und verarbeiten direkt auf analogem Wege die ihnen übertragenen gleichen Signale,. Auch besitzen diese Vorteile gegenüber den verkabelten elektronischen Systemen, da sie

209848/0723

nur einen Baueleraente-Τγρ und zwar den Operationsverstärker aufweisen .

Demgegenüber sind diese mit beträchtlichen Nachteilen behaftet. Einerseits kann der Einsatzbereich dieser Geräte nur durch eine Änderung des Äufbaus der Elemente modifiziert werden, andererseits ist die größtmögliche Genauigkeit der vorgenommenen Operationen praktisch auf i% beschränkt.

3In der Zielsetzung der Erfindung liegt demnach die Schaffung eines elektronischen Universalautomaten zur Steuerung industrieller Prozesse, der sich gegenüber den obenerwähnten Verarbeitungssystemen insofern als vorteilhafter erweist/ daß

- im Gegensatz zu den verkabelten automatischen Systemen dieser mit einer sehr geringen Zahl sehr schneller elektronischer Bauelemente arbeitet, die ihrer Funktion nach vielseitig und auf die Zeit ihres Einsatzes bezogen, auf verschiedene Weise zusammenschaltbar sind, um sequenzweise mehrere Funktionen erfüllen zu können?

- dieser in der Lage ist, wie ein Analog-Rechner analoge Signale KU verarbeiten und abzugeben_r jedoch mit: einer höheren Genauigkeit und bei geringeren Kosten?

-■ dieser unter der Steuerung und Kontrolle einer Befehlsliste arbeitet, die in einem nicht löschbaren Speicher angeschlossen und leicht austauschbar ist, wodurch dieser in eine Regelschleife einbezogen werden kann. Ausgabeseitig liegt dieser weit unter den Kosten eines Kleinstrechners, den zugehörigen Peripherie-Organen und dem Programm.

Dieser 1st mit einem Steuerorgan ausgerüstet. _f das einen nicht löschbaren Speicher für Mikrobefehle, eine Recheneinheit und ein 2wi&chenspeicherelexneiit für Daten umfaßt, die durch das Steuerorgan synchron gesteuert werden.

D&a iwischenspeichereläinerit ist mit Vorrichtungen für den Datenaustausch mit der Recheneinheit, mit Vorrichtungen zum Austausch von analogen Daten mit den analogen Peripherie-Einheiten und mit

- 4 209848/0723

Vorrichtungen zum Austausch numerischer Daten mit den numerischen Peripherie-Einheiten ausgerüstet.

Ein wesentliches Merkmal des Gerätes liegt im Aufbau des Steuerorganes. Dieses verarbeitet Mikrobefehle, die aus einer Gruppe von verschlüsselten Binäraiffsrn und Gruppen von Elementarbefehlen zugeordneten Binärziffern gebildet sind und deren Bedeutung vom Wert der Gruppe der verschlüsselten Binärziffern abhängt. Um diese Mikrobefehle verarbeiten zn können, verfügt das Steuerorgan über eine Veraweigungseinheit, die aus Vorrichtungen zur Speicherung der Gruppe der verschlüsselten Binäraiffern und aus Vorrichtungen 'Avx getrennten Speicherung der den Gruppen von Elementarbefehlen sugeordneten Binärslffern besteht„ Diese Vorrichtungen sind jeweils mit zumindest einem Übertragungsregister verbunden, das nur einer spezifischen Funktion zugeordnet ist. Dieses ist ebenfalls mit einem Element zur Dekodierung der Gruppe der verschlüsselten Binärgif fern ausgerüstet, wobei Organe zur übertragungssteuerung jeder der den Elementarbefehlen zugeordneten Binärziffern-Gruppen auf zumindest ein Register vorgesehen sind und zwar entsprechend dem entschlüsselten Wert der Gruppe der verschlüsselten Binärziffern. Diese Register liefern die Steuersignale für sämtliche Elemente des Gerätes.

Der Aufbau dieser Verzweigungseinheit führt zn einer beträchtlichen Material- und Zeitersparnis im Vergleich sum. Funktionssyklus früherer Anlagen. Zur Dekodierung eines aus einem Speicher abgerufenen Mikrobefehls wird gewöhnlich ein Kombinationsglied verwendet, das einerseits .rn.lt einem Dekodierungselement für die verschlüsselte Binärgruppe und andererseits mit Speichervorrichturigen für jede der Gruppen der den E leruentarbe fehlen zugeordneten Binär ζ If fern verbunden ist« Dieses Kombinationsglied umfaßt eine größe Anzahl von in Kaskade liegenden logischen Operatoren, um die Steuerung der Daten zu den einzelnen Verarbeitungselementen durchführen zu können. Hieravis ergibt ,«sich eine gewisse Komplexität der Anlage und eine beträchtliche Erhöhung der AuswahlKeit.

Ein zweiter Zeitersparnisfaktor liegt cLarln, daß das Steuerorgan mit Vorrichtungen zur Erzeugung von Signalen ausgerüstet ist, die

209 848/0723 "⁵~

einen Funktionszyklus definieren, der aus; zwei sich ergänzenden, versetzten Zyklusteilen gebildet wird, ferner mit Vorrichtungen, um jeden Mikrobefehl, der aus dem Speicher abgerufen wird, während des ersten Zyklusteiles in die Speiehereinrichtungen der den Elementarbefehlen und der Kodierung zugeordneten Binärziffern zu übertragen und schließlich mit Vorrichtungen zur übertragung der Gruppen der den Elementarbefehlen zugeordneten Binärziffern in die gewählten Übertragungsregister, um die Gruppe der der Kodierung zugeordneten Binärziffern in den Speicher zu übertragen und um die anderen Register v/ährend des zweiten Zyklusteiles auf Null zu stellen.

Das Gerät ist darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit Organe für einen analogen Vergleich aufweist, deren Eingänge mit den peripheren Einheiten verbunden sind, die Analogsignale über eine analoge ümspeicher-Einheit liefern, die wiederum mit Vorrichtungen ausgerüstet· ist, um einen der Eingänge der Vergleichsglieder mit den Vorrichtungen zur Erzeugung der Eichsignale im Steuerorgan zu verbinden.

Innerhalb eines bevorzugten Ausführungsbeispieles ist das Gerät mit zumindest einem numerischen Operator ausgerüstet, der mit vier Bits arbeitet und verglichen mit seinen Leistungen als äussersfc preisgünstig angesehen werden kann.

Aufbau, Betriebswelse und weitere Wesenszüge ergeben sich aus der nun folgenden, detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen, die beispielhaft eine Ausführungsform darstellen. Es zeigen:

- Figur 1 - ein Übersichtsschema der einzelnen das Gerät bildenden Gruppen;

- Figur 2 - eine schematische Darstellung eines Übergangsspeichers

für numerische Werte;

- Figur 3 - eine schematische Darstellung einer Recheneinheit;

- Figur 4 - eine schematische Darstellung eines Steuerorgans

für die einzelnen Elemente des Gerätes und

- Figur 4 A - den seitlichen Ablauf der Betriebszyklen des

Steuerorgans.

209848/0723

Das schematisch in Figur 1 gezeigte Gerät ist mit einem Steuerorgan I für die Elemente des Geräts und mit einem übergangsspeicher II für numerische Werte ausgerüstet, der vom Steuerorgan gesteuert wird und die zu verarbeitenden numerischen Werte an eine Recheneinheit III liefert. Nach Verarbeitung in dieser Einheit wird die numerische Information in den Übergangsspeicher zurückübertragen. Diese kann nunmehr in eine Analog-Information durch einen Digital-Analog-Umsetzer 1 umgesetzt werden, der mit dem Gerät integriert ist .und direkt vom Steuerorgan I gesteuert wird. Die von diesem Umsetzer gelieferten Analog-Signale werden über ein Saramelkabel mit dem ausgang BSA auf einen Multiplexer übertragen, der diese über eine Kabeleinheit 21 zu den peripheren Betriebseinrichtungen leitet«. Die einzelnen Gatter dieses Multiplexers 2 werden durch,Adressen-Signale' gesteuert, die über ein vom Übergangsspeicher II ausgehendes Saiamelkabel BAA übertragen werden. Die Eingänge dieses Multiplexers werden ebenfalls über eine Kabeleinheit 22 mit verschiedenen peripheren Analoginformations-Quellen verbunden» In Abhängigkeit der vom Sammelkabel BAA gelieferten Adressen-Signale werden diese Signale ausgewählt und über ein Eingangs-Sammelkabel BEA einem Analog-Operator 4 übertragen, der zur Recheneinheit III gehört. Der öbergangsspeicher II ist ebenfalls mit einem Auswahlorgan 3 für numerische Daten über ein Sammelkabel BESN verbunden. Die Steuerung des Auswahlorgans 3 erfolgt durch die von der Einheit II über ein Kabel BAM gelieferten Adressen-Signale- Das Auswahlorgan 3 ist über eine Kabeleinheit 31 mit peripheren Informations- und Befehlssmpfängern verbunden, Dieses empfängt über eine Kabeleinheit 32 numerische Informationen, die von Meßwertgebern, Datengeneratoren usw. geliefert werden»

Der in Figur 2 dargestellte übergangsspeieher II ist mit einer &-Bit-Speicherregister-Einheifc ausgerüstet, die über das Steuerorgan I die numerischen und logischen Signale eines inneren Sammelkabels mit acht Leitern BDEST empfängt und auf Veranlassung des gleichen Steuerorgans die Signale auf ein inneres Sammelkabel mit acht Leitern BORG überträgt.

Jedes dieser Register ist mit acht herkömmlichen elektronischen

— "7 _

209848/0723

Kippstufen ausgerüstet, die jeweils in sogenannter „Parallel"-Form einen Informations-Eingang und -Ausgang besitzen. Nach Ansteuerung durch das Steuerorgan I (Adressen-Signal) stellt sich jede der acht Kippstufen eines bezeichneten Registers auf ein logisches Binär-Niveau und zwar entsprechend dem auf dem Sammelkabel BDEST liegenden Signal. In gleicher Weise kann auf Ansteuerung des Steuerorgans I jede Kippstufe eines bezeichneten Registerg ihr logisches.Niveau dem inneren Samraelkabel BORG übertragen.

Diese aus acht Registern bestehende Einheit umfaßt:

zwei analoge Ausgangsregister RSA 1 und RSA 2, die nach Ansteuerung durch das Steuerorgan I mit dem Digital/Analog-Umsetzer 1 verbunden werden _f der durch ein Hetz von bewerteten Widerständen gebildet sein kann und eine Analog-Spannung liefert, die der in den Registern RSA und RSA 2 entspricht;

- ein Register RAA_r das die Adresse eines der Gatter des Multiplexers 2 enthält. Auf Ansteuerung tiberträgt dieses diese Adresse dem Multiplexer über das Samraelkabel RAA (siehe Figur 1)ϊ

- zwei Register RAN 1 und RAN 2, die die Adresse eines numerischen Gatters des Auswahlorgans 3 für numerische Daten enthalten (s.Fig.l); auf Ansteuerung verbindet dieses Gatter Öas Samme!kabel BESN mit einem bezeichneten peripheren Organ. Bei dieser Adresse kann es sicn beispielsweise um eine Stellung in einem nicht dargestellten, äusseren allgemeinen Kernspeicher handeln;

- ein Register RSi das mit dem Sammelkabel BESK verbunden ist u^d die numerische Int'or-Ration enthält, die auf Ansteuerung der bezeichleten numerischen peripheren Einheit su übertragen ist. Dieser Abruf erfolgt über das Adressen-Signal, das von den Registern RAN I und RAK 2 abgegeben und durch das Kabel ΒΛΝ übertragen wird?

- ein Register RE, das die numerische Information empfängt, die über eine periphere numerische Einheit übertragen wird, die ihrerseits durch ein Adressen-Signal bezeichnet wird, das von den Registern RSA und RSA 2 abgegeben und über das Sammelkabel BESN übertragen wird;

- ein Adressen-Register RAP, das die Adresse eines Fachs eines lokalen Speichers MP vom Typ eines Batteriespeichers enthält. Dieses durch acht als Zähler verkabelte Kippstufen gebildete Register ist

209848/0723 - β ■-

mit dem lokalen Speicher MP Über einen Adressen-Decoder DC verbunden. Das Steuerorgan I kann demnach auf Ansteuerung das Register RAP uiu eine Binäreinheit inkrementieren bzw. dekrementieren. Durch diese Anordnung kann der Betrieb des Speichers MP beschleunigt werden.

Dieser Speicher besteht aus einer Anordnung von vier Blöcken mit acht Registern zu 16 Bit. Er umfaßt einen Befehlszähler, der zu jedem Zeitpunkt die Nummer des Fachs des allgemeinen äußeren Speichere enthält, unter der der Befehl während der Verarbeitung abgerufen wurde, wobei ein oder zwei Akkuraulatorregister einen Teil der Information jeweils von einem Befehl zum anderen zurückhalten. Bei diesem Teil kann es sich beispielsweise um eine zu verarbeitende Information oder um das Ergebnis der Verarbeitung dieser Information handeln. Dieser Teil umfaßt darüber hinaus ein oder zwei sogenannte „Akkumulator-Ausweitungs"-Register, ein „Grund"-Register, das die Angabe über die Speicherstelle der Adresse einer Speicherzone enthält, ferner ein Index-Register, das die Zahl enthält, die einer Teiladressen-Nummer hinzugefügt v/erden muß, um die Nummer der Absolut-Adresse in einer Speichertabelle zu finden und schließlich eine« Pufferspeicher. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, daß die Zahl der Blöcke mit acht Registern des Speichers MP nur beispielhaft mit vier angegeben wurde_o

Die Verwendung eines Batteriespeichers bietet bekannte Vorteile wie z.B. ohne Komplikation !Unterbrechung der laufenden Programmfolgen, Bearbeitung von Unterprogrammen, die durch Unterbrechung eingeschoben werden, wobei gegebenenfalls noch ihre Prioritätsfolge und Rückkehr zur Initialfolge berüqksichtigt werden kann»

Der Übergangsspeicher ist ebenfalls mit einer Anzahl von Gattern P₁, P„, P-3 und P. ausgerüstet_r die wie später beschrieben das Sammelkabel BDEST mit der Recheneinheit III verbinden-

Die in Figur 3 dargestellte Recheneinheit bildet eines der charakte~ ristischsten Teile des erfindungsgemSß aufgebauten Universalautomaten, Zur numerischen Informationsverarbeitung besitzt diese ausschließlich numerische Operatoren in 4-Bit-Verkabelung, die unter Einbesug ihrer Leistungswerte im Gegensatz zu den Operatoren mit 8,

209848/0723

16 oder 32 Bit zuverlässiger und unter wesentlich niedrigeren Kosten zu erstellen sind. Diese Einheit umfaßt darüber hinaus analoge Operatoren, die. zusammen mit den numerischen Operatoren verwendet werden.

Diese Einheit lunfaöt beispielsweise 14 Register zu vier Bit mit der Bezeichnung r, , r₂ .. «· ^x-\At 4 Rechenoperatoren, davon 3 numerische ■£, m, Cn und einen analogen, Ca, 7 Zustandsanzeiger bzw. Register mit einem Bit und 5 innere Sammelkabel mit vier Leitern BA, BB, BC, BD und BT*

Der analoge Operator 4 wird beispielsweise durch eine analoge Vergleichseinheit dargestellt, die mit dem Multiplexer 2 für Änalogdaten-Eingang über das Kabel BB& (siehe Figur 3.) verbttnden ist,, Auf Ansteuerung des Steuerorgans X werden zwei von peripheren Organen stammende Analog-Signale Ug und üd vom Multiplexer ausgewählt und Ober das Kabel BEA bis zn den Eingängen zweier Auswahl-Blockierglieder SHD und SHG (Analogspeicher, rait δ und 7 bezeichnet) geführt, die mit den Eingängen des analogen Vergleichsgliedes Ca vex'bundeti sind, das aus herkömmlichen analogen Verstärkern aufgebaut sein kann. Diese Aiialog-Signa.le können beispielsweise, von einer sogenannten _wJA/MEIN^B~Nachfährachleife stammen _t wobei QB sich z.B. um ein gemessenes Signal und einen zn vergleichenden Sollwert handeln kann,

Der Operator Ca ist mit einem 2ustandsanseiger IA- verbunden? der seinerseits mit dem sogenannten _nTeeif^uSammelkabel BT verbunden ist = Liegt die algebraische Differenz der Spannungen Ug und Ud über einem vorher festgelegten Schwellwert, so liefert der Operator ein „.logisches Niveau" an seinen Ausgang„ das den SJustan^aanaeiger IA einstellt. Im entgegengesetzten Fall behält die Kippstufe IA ihren Erstzustand bei. Der Oper'ator Ca kann in gleicher Waise auch als Anttlog/Digital-ümsetaer verwendet werden» In diesem Falle wird dfis Ausv/ahl-Blockierglied 6 durch ein Analog-Signal gespeist ₉ das -beispielsweise von einer paripL«sren Änalogeinhsifc abgegeben wird? "das Auswah3.ql.ied-7 durch eine Begugs-Gleichspann^ng,, deren Wert vom Steuerorgan I abhängt» Diese Analog-Spannung wird durch einss der

- 10 -

2 09.84 8/07 2 3

Register RSA 1 und RSA 2 (Figur 2) geliefert, das nunmehr über den Digital/Analog-Umsetzer 1 mit dem Kabel BSA (siehe Figur 1), mit einem durch das Steuerorgan gesteuerten „Ventil" K und über das Sammelkabel BEA mit dem Auswahl-Blockierglied 7 in Verbindung steht. Auf Ansteuerung ermittelt das analoge Vergleichsglied Ca die eventuelle Übereinstimmung zwischen Analog-Signal und Bezugsspannung. Im entgegengesetzten Fall schlägt das Steuerorgan eine Folge von Bezugsspannungen vor und zwar bis die Übereinstimmung erzielt ist.

Außer diesem analogen Operator umfaßt die Recheneinheit mehrere numerische Operatoren. Mit diesem Ausdruck wird eine Schaltung bezeichnet, die augenblicklich eine logische bzw. arithmetische Operation an einem oder zwei an ihren Eingangsklemmen vorliegenden Operanden "vornimmt und die augenblicklich ein Ergebnis liefert bzw. eine Entscheidung trifft, die an einer ihrer Ausgangsklemmen verfügbar ist«, Die Informationen wechseln zwischen diesen Operatoren über die Sammelkabel BA und BB. Diese Einheit umfaßt beispielsweise einen 4-Bit-Ädditionsoperator f, der mit den beiden Kabeln BA und BB verbunden ist, deren Ausgang über ein inneres Sammelkabel BC mit vier Registern r_g, ^xiq* ^rii ^{un<ä r}i2 ⁱⁿ Verbindung steht, in denen vorübergehend die Ergebnisse der Additionsoperationen gespeichert werden«, Auf Ansteuerung des Steuerorgans I geben diese Register die in ihnen enthaltenen Informationen auf die Kabel BA und BB. Der Ausgang dieses 4-Bit-Additionsoperators ist mit dem Kabel BT über zwei Zustandsanzeiger ID und IR verbunden, die jeweils als überlauf- und Übertrag-Anzeiger verwendet werden. Die ^! Recheneinheit ist mit einem zweiten 4™Bit-Ope.rator m ausgerüstet, bei dem es sich beispielsweise ma einen Multiplikations-Operator¹ handelt. Er ist mit den Kabeln BÄ und BB verbunden und überträgt das Ergebnis der Operationen über das Saramelkabei BD auf zwei Register r-_r?, und £■■,«„ Auf Ärusteuesrisag des Steuerorgans geben diese Ragister sbsjiafal!® die Infos/HiafcioE wieder> die atrf den beiden Kabsln BIi vstn BB liegen*kanu*

Die Art diessr nnmaxisehen Opsratoisn f un-d ϊώ iac selbstverständlich keinerlei BagrsnsuRgsa nnt&gwQ&S&Tz.

- 11 -

209848/0723

Bei einem dieser Operatoren könnte es sich z.B. um einen Divisions- oder um einen Vergleichs-Operator UND, ODER, exklusives ODER usw. handeln.

Bei dem Operator Cn handelt es sich beispielsweise um einen numerischen Vergleichs-Operator. Seine Eingänge sind jeweils mit den beiden Kabeln BA und BB verbunden. Auf Ansteuerung des Steuerorgans vergleicht dieser zwei numerische Signale, die auf diesen beiden Kabeln liegen. Sein Ausgang ist über drei Zustandsanzeiger IPG, IEG und IPP mit dem Sammelkabel BT verbunden. Diese drei Zustande-Kippstufen übertragen ihr „logisches Niveau" auf das Prüfkabel BT und zwar je nachdem, ob eines der Signale gegenüber dem anderen größer, gleich oder kleiner ist.

Die Multiplikation der „Worte" zu 8, 12 bzw. 16 Bit wird gleichzeitig und nach einem Teiloperationszyklus durch die 4-Bit-Operatoren f und m durchgeführt. Das Ergebnis der mit diesen Operatoren ■vorgenommenen Operationen wird auf Ansteuerung auf dem Übergangsspeicher II wiederhergestellt» Hierzu sind die Ausgange der Register r₉ und r₁₀ einerseits und die der Register r_1]L und r₁₂ andererseits mit dem Sammelkabel BORG des ÜbergangsSpeichers verbunden (siehe Figur 2). Der übergang der Information zwischen dem Übergangsspeicher II und der Recheneinheit erfolgt durch Anschluß des Sammelkabels BDEST über die Gatter P₁ .„. P₄ (siehe Flg. 2) mit den acht Registern χ ^, r2 ... r_g. Auf Ansteuerung des Steuerorgans I liefern diese Register die vom Übergangsspeieher ausgehenden Informationen auf die inneren Sammelkabel BA und BB.

Das Sammelkabel BT ist ebenfalls mit einem Zustandsanzeiger IT verbunden, der über ein Kabel 5 die Anforderungssignale zur Unterbrechung der laufenden Verarbeitung aus Süßeren peripheren Einheiten erhält.

An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß sich die Anzahl der Operatoren nicht auf die bei dieser Ausführungsform genannten zu beschränken braucht.

Schließlich ist das Prüf-Sammelkabel BT mit dem Steuerorgan I verbunden, das nachstehend beschrieben wird.

- 12 -

209848/0723

Einer der Wesenszüge der Erfindung liegt ebenfalls im Prinzip und im Aufbau der Dekodierung der im Programm des Steuerorgans enthaltenen Befehle (siehe Figur 4), wobei das bekannte und sogenannte υMikroprogrammierungs"-System angewendet wird.

Das Steuerorgan ist mit einem mit schnellem Zugriff arbeitenden festen Speicher ausgerüstet, der nachstehend als „Totspeicher" bezeichnet und beispielsweise durch eine Diodenmatrix gebildet wird; ferner gehört hierzu eine Verzweigungseinheit für die Befehle, die die aufeinanderfolgenden Befehle, die im Speicher in Form von Mikrobefehlen enthalten sind, umsetzt und ausführt.

Die Funktionszyklen werden durch ein nicht dargestelltes Element gestaffelt, das die Signale H^ und H₂ der gleichen Periode T liefert, wobei diese zueinander um eins halbe Periode verschoben werden (siehe Figur 4 A). Das im Totspeicher MC enthaltene Programm liegt in Form von Mikrobefehlen vor. Während des ersten, von H^ bestimmten Halbzyklus, wird jeder Mikrobefehl im Speicher gelesen. Während des zweiten, von H₂ bestimmten Halbzyklus, wird der Mikrobefehl vorbereitet und ausgeführt. Jeder im Speicher gelesene Mikrobefehl, der beispielsweise eine Länge von 16 Bits aufweist, wird auf ein Mikrobefehl-Register RMIC Übertragen, das vier Register zu je 4 Bit aufweist» Jeder Mikrobefehl besitzt in jedem Falle einen Teil, der durch einen Operations- oder Funktions-Code und Gruppen von Binärelementen oder „Feldern" gebildet wird, die jeweils eine Gruppe von Funktionen bzw. verschiedene Bedeutungen besitzen. Die Unterscheidung zwischen den jedem „Feld" zugeordneten Bedeutungen wird unter Berücksichtigung der Art des Operations-Code vorgenommen. Ein Wesenszug ,des erfindungsgemäßen Dekodierungssystems liegt darin, daß je nach der Art dieses Codes jedes „Feld" in ein Register überführt wird, dem nur eine und genau bestimmte Funktion zugeordnet ist» Umfaßt beispielsweise der Mikrobefehl 16 Bit, so wird der Operationscode in das Register CO und die drei „Felder" von 4 Bit jeweils in die Register CH., CH₂ und CH₃ des Mikrobefehl-Registers RMIC übertragen» Die Verzweigungseinheit umfaßt beispielsweise 6 Register, die jeweils nur bestimmten und genau festgelegten Funktionen zugeordnet sind. Zwei von ihnen, z.B. mit RFA bezeichnet,

- 13 209848/0723

können einer Funktion A zugeordnet sein, die vier anderen Register RFB, RFE, RFC und RFF jeweils verschiedenen Funktionen B, E, C und F, Das Register CH₃ ist mit den Registern RFA, das Register CH₃ mit den Registern RFB und RF.E, das Register CH, mit den Registern RFC und RFF verbunden. Die aus 4 Bit bestehende Gruppe, die den Operationscode bildet, kann. 15 verschiedene Werte annehmen» Aus diesen 16 Werten werden 6 verschiedene Werte ausgewählt und jeweils einer der Steuerung eines der Register RF zugeordnet. Je nach der Art des Operationscode und für einen bestimmten Mikrobefehl ermöglicht der Decoder den übergang der „Felder" CH₁, CH₃ und CH₃ in die Register RFA, RFE und RFFo Diese Operation wird während des Halbzyklus H-vorgenommen. Gleichzeitig werden die Register RB¹B und RFC auf Null gestellt, die beispielsweise durch zwei Felder eines vorhergehenden Mikrobefehls belegt waren.

Da jedes Register RF einer bestimmten Funktion zugeordnet ist, sind die darin enthaltenen Befehle direkt zur Steuerung jedes der Elemente bzw. jeder der Funktionen auswertbar, die vom Gerät erfüllt werden. Hieraus ergibt sich einmal eine beträchtliche Zeitersparnis und.zum anderen eine große Senkung des Geräteaufwands.

Aus Gründen der Einfachheit wurde die Anzahl der dargestellten Funktionsregister RF auf sechs beschränkt. In der Praxis stimmt die Zahl der Register mit der der zu steuernden bestimmten Funktionen überein, Diese Funktionen sind verschiedener Natur und entsprechen Registeradressen, Operations-und Öffnungsbefehlen für bestimmte Gattergruppen, Informations- bzw. Adressen-Übergängen usw.

Das Steuerorgan ist darüber hinaus mit einem Adressen-Register für Mikrobefehle RAMC ausgerüstet. Das Register RMIC ist mit dem Register RAMC verbunden, das seinerseits mit dem Totspeicher MC über einen Adressendecoder DAM verbunden ist» Um zu vermeiden, daß zur Verzweigung zu den Registern RF ein Halbzyklus verloren wird, wird der Änschlußcode direkt auf dem Register RMIC dekodiert und während des Halbzyklus H₃ in das Register RAMC geführt. Das Register RAMC ist ebenfalls mit dem Sainmelkabel BT (siehe Pig« 3) verbunden, das die von den Zustandsanzeigern erzeugten Signale aufnimmt, die den Vergleichsgliedern Ca und Cn zugeordnet sind, ferner diejenigen,

- 14 -

209848/0723

die vom An2eigegerät IT geliefert werden und die die Unterbrechungsanfragen für die laufende Verarbeitung ausdrücken«

Es gilt als selbstverständlich, daß die beschriebene Ausführungsform nur beispielhaft aufzufassen ist und daß andere Äusführungsformen gleichfalls in den Rahmen der Erfindung fallen, die durch die beigefügten Ansprüche umrissen wird.

- 15 209848/0723

Claims

Äff. 1155 Patentansprüche :

1./Elektronischer Universalautomat zur Steuerung industrieller Prozesse, der mit einem Steuerorgan ausgerüstet ist, das einen nicht löschbaren Speicher für Mikrobefehle, eine Recheneinheit und einen Übergangsspeicher für Daten umfaßt, die synchron durch das Steuergerät gespeichert werden, wobei der Übergangsspeicher mit,Vorrichtungen ausgerüstet ist, um Daten mit der Recheneinheit auszutauschen und diese Vorrichtungen eine analoge Umspeichereinhelt umfassen, um Daten mit den peripheren Einheiten auszutauschen, die Analog-Signale erzeugen und ferner Vorrichtungen zum Austausch von Daten mit den peripheren Einheiten, die numerische Signale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ©ine Verzweigungseinheit für Mikrobefehle umfaßt, die jeweils von einer Gruppe von der Kodierung zugeordneten Binärziffern und Gruppen von Blementarbefehlen zugeordneten Binärziffern gebildet werden, deren Bedeutung vom Wert der Gruppe der der Kodierung zugeordneten Binärziffern bestimmt wird, wobei diese Verzweigungseinheit Vorrichtungen zur Speicherung der Gruppe der der Kodierung zugeordneten binären Elemente und Vorrichtungen zur Speicherung jeder der Gruppen der den Elementarbefehlen zugeordneten Binärziffern in getrennter Form umfaßt, die jeweils mit zumindest einem Übertragungsregister verbunden sind, das nur einer und genau festgelegten Funktion zugeordnet ist, wobei ein Element zur Dekodierung der Gruppe der der Kodierung zugeordneten Binärziffern mit Vorrichtungen ausgerüstet ist, die die übertragung jeder der den Elementarbefehlen zugeordneten Binärziffern-Gruppen in zumindest ein Register steuern und zwar entsprechend dem dekodierten Wert der der Kodierung zugeordneten Binärziffern-Gruppe, wobei diese Register Signale zur Steuerung sämtlicher Elemente des Universalautomaten erzeugen.

- 16 -

209848/0723

2. Elektronischer Universalautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das Steuerorgan mit Vorrichtungen zur Erzeugung von Signalen ausgerüstet ist, die einen Funktionszyklus definieren, der aus zwei sich ergänzenden, zeitlich versetzten Zyklusteilen gebildet wird, ferner mit Vorrichtungen, um jeden Mikrobefehl, der aus dem Speicher abgerufen wird, während des ersten Zyklusteiles in die Speichereinrichtungen der den Elementarbefehlen und der Kodierung zugeordneten Binärziffern zu übertragen und schließlich mit Vorrichtungen zur Übertragung der Gruppen der den Elementarbefehlen zugeordneten Binärsiffern in die gewählten Übertragungsregister, um die Gruppe der der Kodierung zugeordneten Binärziffern in den Speicher zu übertragen und um die anderen Register während des zweiten Zyklusteiles auf Null zu stellen,

3. Elektronischer Universalautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit mit Registern mit vier Binärelementen ausgerüstet ist*

4. Elektronischer Universalautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit mit Vorrichtungen zum Vergleich von Analog-Signalen ausgerüstet ist, deren Eingänge mit peripheren Einheiten verbunden sind, die Analog-Signale über die analoge L" ispeichereinheit liefern, die mit Vorrichtungen zur Verbindung eines der Eingänge der Vergleichsvorrichtungen mit Vorrichtungen ausgerüstet sind, die abgeglichene Signale im Steuerorgan erzeugen,

5. Elektronischer Universalautomat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrfchtungen zumindest ein Register im Übergangsspeicher aufweisen, das einerseits mit den Vorrichtungen zur Erzeugung der abgeglichenen Signale und andererseits mit der analogen Umspeichereinheit verbunden ist.

t·. Elektronischer Universalautomat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit zumindest einen numerischen Operator mit vier Binärelementen aufweist.

209848/0723

Leerseite