DE2844441C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Prozeßsteuersystem mit einer Rechenanlage, die über Datenleitungen mit Schnittstelleneinheiten zum Empfangen, Senden und Speichern von Datensignalen verbunden ist, wobei die Schnittstelleneinheiten über Betätigungsglieder Prozeßsteuerglieder steuern und jedes Prozeßsteuerglied ein Ge­ häuse aufweist.

Prozeßsteuersysteme dieser Art sind beispielsweise durch "Rege­ lungstechnische Praxis", 1975, H. 12, S. 361-369, bekanntgeworden. Auch ist in "Steuerungstechnik" 6, 1973, Nr. 3, Seiten 49-52, ein Beispiel einer Closed-loop-Prozeßsteuerung aus der Verfahrens­ technik bekanntgeworden, welche der Steuerung einer Druckförder­ anlage dient, wobei die Kompressoren je nach Auftragsvorlage automatisch ein- oder abgeschaltet werden.

Prozeßsteuersysteme dieser Art umfassen üblicherweise neben der eigentlichen Rechenanlage mit deren Bedienpult eine Vielfach­ leitung zur Parallelübertragung von Daten, über die die Rechen­ anlage mit mehreren Schnittstelleneinheiten verbunden ist, welche ihrerseits an je eine Gruppe von Betätigungsgliedern (beispiels­ weise Magnetventilen) angeschlossen sind, welche imstande sind, eine entsprechende Anzahl Prozeßsteuerglieder (beispielsweise pneumatische Prozeßventile) zu betätigen.

Die Nachteile von derartigen Systemen liegen vor allem darin, daß eine umfangreiche und verhältnismäßig komplizierte Leitungs­ führung und außerdem eine gewisse Überkapazität erforderlich sind, um bei Änderungen im System oder bei zusätzlicher Ausrüstung eine sprungartige Steigerung der verschiedenen Ausrüstungsteile zu vermeiden.

Als Alternative käme in Betracht, daß außer der Rechenanlage und deren Bedienpult eine Vielfachleitung vorhanden ist, an die sämtliche Prozeßsteuerglieder über je ein Betätigungsglied und je eine Schnittstelleneinheit angeschlossen sind, um sequen­ tiell von der Rechenanlage adressiert zu werden. Die Nachteile eines solchen Systems liegen u. a. darin, daß die Zykluszeit, d. h. die Zeit zwischen fortlaufenden Adressierungen eines und desselben Prozeßsteuergliedes, unerwünscht lang werden kann, da sie zu der gesamten Anzahl der Prozeßsteuerglieder des Systems unmittelbar proportional ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Prozeßsteuer­ system der eingangs bezeichneten Art sowohl die Leitungsverle­ gung als auch den gesamten Aufbau erheblich zu vereinfachen und eine wirtschaftlichere Herstellung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes Gehäuse die Schnitt­ stelleneinheiten und die Betätigungsglieder enthält, und daß jedes Gehäuse einen elektrischen Anschluß aufweist, über den die Schnittstelleneinheiten an die Datenleitungen angeschlossen sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Gehäuse bei Einsatz pneumatischer Betätigungsglieder einen einzelnen Druck­ luftanschluß. Auch kann es vorteilhaft sein, daß die elektrischen Anschlüsse der Gehäuse an ein für mehrere Prozeßsteuerglieder gemeinsames Kabel, insbesondere an Zwei- oder Dreileiterkabel, angeschlossen sind.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgen­ den näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Ansicht ein Prozeßsteuersystem der eingangs bezeichneten Art,

Fig. 2 das Prozeßsteuersystem gemäß der Erfindung in schematischer Ansicht,

Fig. 3 ein Beispiel der mechanischen Ausbildung einer Prozeß­ steuerventileinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 3, und

Fig. 5 und 6 ein Blockschaltbild bzw. ein kombiniertes Block- und Leitungsschaltbild der elektrischen Schaltungen in einer Ausführungsform der Prozeßsteuerventileinrichtung gemäß der Er­ findung.

Das in Fig. 1 gezeigte Prozeßsteuersystem umfaßt eine Rechenanlage (1) mit Bedienpult (2). Die Rechenanlage (1) enthält alle für die Funktion des Prozesses erforderlichen Logikelemente und lie­ fert und sammelt die erforderliche Information über mehrere Schnitt­ stelleneinheiten (3), die an je eine Gruppe 4 von Betätigungsgliedern elektrisch angeschlossen sind. Die von einer solchen Gruppe umfaßten Betätigungs­ glieder können aus Magnetventilen bestehen, die beispiels­ weise über Druckluftschläuche mit Prozeßsteuergliedern 5 in Form von pneumatischen Ventilen in Verbindung stehen. Die Verbindung zwischen der Rechenanlage 1 und der Schnitt­ stelleneinheit 3 ist eine Vielfachleitung 6, über die die genannte Information auf parallelem Wege übertragen wird. Die Schnittstelleneinheiten 3 umfassen normalerweise De­ codierer, Speicherkreise und Steuerstufen für die Magnet­ ventile, welche im allgemeinen gruppenweise in separaten Schränken zusammengestellt sind, von denen Druckluftschläuche zu den pneumatischen Ventilen führen.

Das in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Prozeßsteuer­ system beseitigt die Nachteile des in Fig. 1 gezeigten Systems, ohne daß die Zykluszeit allzu lang zu werden braucht. Erfindungsgemäß sind mehrere Endstellen 7 über die Vielfach­ leitung 6 mit der Rechenanlage 1 verbunden. Von jeder End­ stelle 7 führt eine Steuerleitung 8 zu einer Anzahl Schnitt­ stelleneinheiten 3, die direkt mit je einem Betätigungsglied 4 für ein Prozeßsteuerglied 5 verbunden sind. Die Vielfach­ leitung 6 ist in diesem Falle zur Parallelübertragung von Daten ausgebildet, während die Steuerleitungen 8 zur Reihen­ übertragung von Daten ausgebildet sind. Es leuchtet ein, daß dieser Aufbau des Prozeßsteuersystems die Verwendung einer geringeren Anzahl Prozeßsteuerglieder 5 pro Steuer­ leitung 8 und somit auch eine Kürzung der Zykluszeit ermög­ licht.

Gemäß der Erfindung ist jedes Prozeßsteuerglied 5 mit der dazugehörigen Schnittstelleneinheit 3 und dem Betäti­ gungsglied 4 zu einer Einheit zusammengestellt. Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind ein Betätigungsglied 4 in Form eines Magnetventils für Druckluft und eine auf zwei Kreis­ karten 10 aufgebaute Schnittstelleneinheit 3 in einem Gehäuse 11 untergebracht, das auf einem Luftzylinder 12 montiert ist, welcher seinerseits mit dem nicht gezeigten Prozeßventil zwecks dessen Einstellung zusammengebaut ist. Die einzigen äußeren Anschlüsse an die in Fig. 3 und 4 gezeigte Prozeß­ steuerventileinrichtung sind ein Drucklufteintritt 13 und ein Koaxilkontakt 14. Ein Rückluftaustritt 15 ist ebenfalls vorgesehen.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann jede Schnittstellen­ einheit 3 in der erfindungsgemäßen Prozeßsteuerventil­ einrichtung eine Sender/Empfängerstufe 16 enthalten, die über eine Decodier/Logikstufe 17 mit einer Steuerstufe 18 für das Betätigungsglied 4 verbunden ist. Die Decodier/ Logikstufe 17 hat auch einen an beispielsweise einen Geber 19 zur Indizierung der Lage des Prozeßsteuergliedes 5 an­ geschlossenen Eingang, so daß der Rechenanlage 1 rückge­ meldet wird, daß ein an das Prozeßsteuerglied 5 abge­ gebener Befehl ausgeführt worden ist.

Die Schnittstelleneinheit 3 der erfindungsgemäßen Prozeßsteuerventileinrichtung ist in Fig. 6 näher veran­ schaulicht. An den Koaxialkontakt 14 ist ein Gerät 20 zur Stromversorgung der elektrischen Kreise der Schnittstellen­ einheit 3 und des Magnetventils 4 über eine Drossel 21 angeschlossen. Ein Sender 22 und ein aus einem Verstärker 23 und einem Detektor 24 bestehender Empfänger sind über je einen Kondensator 25 ebenfalls an den Koaxialkontakt 14 an­ geschlossen. Der Ausgang des Detektors 24 ist an einen Serien- Parallel-Umsetzer 26 angeschlossen, dessen Ausgänge an den einen Satz Eingänge (nicht gezeigt) zu einem Komparator 27 angeschlossen sind. Der andere Satz Eingänge zum Komparator 27 kann mittels Schalter 28 selektiv unter Spannung gesetzt werden. Der Ausgang des Komparators 27 ist an einen Eingang zu einem Schaltnetz 29 angeschlossen, welches auch an den zweiten Satz Eingänge des Komparators 27 ange­ schlossene Eingänge sowie einen an einen vom Betätigungs­ glied 4 gesteuerten Kontakt 30 angeschlossenen Eingang be­ sitzt. Die Ausgänge des Netzes 29 sind an die Eingänge eines Parallel-Serien-Umsetzers 31 angeschlossen (nicht gezeigt), dessen Ausgang an den Sender 22 angeschlossen ist. Ein Os­ zillator 32 ist sowohl an den Sender 22 als auch an den Umsetzer 31 angeschlossen. Der Komparator 27 besitzt auch einen Ausgang, der an den Eingang zu einem Flip-Flop 33 angeschlossen ist, dessen einer Ausgang an die Basis eines Steuertransistors 34 angeschlossen ist, in dessen Kollektor­ kreis die Spule des Magnetventils 4 eingeschaltet ist.

Die in Fig. 6 gezeigten Kreise arbeiten wie folgt. Über den Koaxialkontakt 14, der an ein die Steuerleitung 8 bildendes Koaxialkabel angeschlossen ist, wird eine Gleich­ spannung zugeführt, die über die Drossel 24 dem Stromver­ sorgungsgerät 20 zugeleitet wird. Ein von der dazugehörigen Endstelle 7 über das Koaxialkabel übertragenes, serien­ mäßiges Informationssignal besteht aus einem modulierten Trägerfrequenzsignal und wird über den einen Kondensator 25 an den Verstärker 23 zur Stufeneinstellung gesandt. Das ver­ stärkte Signal wird dann im Detektor 24 ermittelt, welcher an den Serien-Parallel-Umsetzer 26 eine binäre Pulsserie ab­ gibt, die einen Adressenteil und einen Befehlsteil enthält. Wenn der Adressenteil mit der mittels der Schalter 28 ein­ stellbaren Adresse der Prozeßsteuerventileinrichtung überein­ stimmt - und nur dann - sendet der Komparator 27 ein Aus­ gangssignal an das Schaltnetz 29, wobei die mittels der Schalter 28 eingestellte Adresse über den Umsetzer 31 und den Sender 22 in serienmäßiger Form in der Steuerleitung 8 zurück zur Endstelle 7 geleitet wird. Information über den Zustand des Kontaktes 30 wird ebenfalls über das Schaltnetz 29, den Umsetzer 31 und den Sender 22 zur End­ stelle 7 geführt. Der Oszillator 32 steuert die Frequenz des Senders 22, wie auch die Datenausgabe vom Umsetzer 31, welche Daten das Ausgangssignal des Senders 22 modulieren. In Ab­ hängigkeit vom Inhalt des Befehlsteils wird an den Eingang des Flip-Flops 33 ein Umschaltsignal gespeist oder auch nicht gespeist. Falls der Flip-Flop 33 umgestellt wird, wird der Leitungszustand des Transistors 34 geändert, und der Kontakt 30 wechselt in die andere Stellung hinüber. Information über die geänderte Stellung des Kontaktes wird in der oben be­ schriebenen Weise nach dem Adressenteil an die dazugehörige Endstelle 7 gesandt.

Durch die erfindungsmäßige Ausbildung des Prozeß­ steuersystems kann somit die Anzahl Prozeßsteuerglieder pro Steuerleitung begrenzt werden (beispielsweise auf vierundsechzig Stück), wodurch eine kurze Zykluszeit auf­ rechterhalten werden kann.

Ferner leuchtet es ein, daß das erfindungsmäßige Prozeßsteuersystem im Vergleich zu dem in Fig. 1 skizzierten System wesentliche Ersparnisse in bezug auf die elektrische Leitungsführung und auch in bezug auf die Führung der Druckluftschläuche bedeutet. Weitere Erspar­ nisse in bezug auf die elektrische Leitungsführung werden erfindungsmäßig dadurch erzielt, daß die Stromversorgung der Schnittstelleneinheiten 3 und der Betätigungsglieder 4 über die Steuerleitungen 8 erfolgt.

Die erfindungsmäßige Prozeßsteuerventileinrichtung bietet eine Reihe von Vorteilen.

In fertigungstechnischer Hinsicht bedeutet die Er­ findung eine Kostenersparnis, falls das gesamte Prozeß­ steuersystem als Grundlage für den Vergleich genommen wird.

Die Installation eines die erfindungsmäßige Einrich­ tung ausnutzenden Prozeßsteuersystems ist einfacher als die eines herkömmlichen Prozeßsteuersystems, da für sämt­ liche gesteuerten Objekte (Ventile) ein einziges Kabel benutzt werden kann. Außerdem kann eine gemeinsame Luft­ versorgung vorgesehen werden. Die Installation wird billiger, weil statt 4-5 Leiter/Objekt ein gemeinsames Kabel benutzt wird. Da keine für die einzelnen Objekte spezifischen Strom- oder Luftversorgungsleitungen vor­ handen sind, werden fehlerhafte Anschlüsse vermieden, und die Installation kann also schneller und mit größerer Sicherheit vorgenommen werden, so daß sie auch von Nicht- Fachleuten ausgeführt werden kann. Schließlich nimmt ein die erfindungsmäßige Einrichtung ausnutzendes Prozeß­ steuersystem weniger Platz in Anspruch, da u. a. die sepa­ raten Schränke für die Magnetventile entfallen.

In betriebs- und wartungsmäßiger Hinsicht bietet die Erfindung den Vorteil eines vereinfachten Fehler­ suchens, da Funktionsfehler direkt zum infragestehenden Objekt aufgespürt werden können. Da für die Strom- und Luftversorgung sämtlicher Objekte ein gemeinsamer Anschluß vorgesehen ist, kann das gesamte Gehäuse von einem Nicht- Fachmann ausgewechselt werden, welcher auch die einzelnen Objekte einer und derselben Vielfachleitung entfernen und an einer anderen Stelle der Leitung wieder einsetzen kann, ohne daß hierfür eine Programmänderung erforderlich ist.

Ferner ist ein die Erfindung ausnutzendes Prozeß­ steuersystem weit flexibler als ein herkömmliches System, indem weitere Objekte in einfacher Weise an das gemein­ same Kabel und die gemeinsame Luftleitung angeschlossen werden können. Bei einem herkömmlichen Prozeßsteuersystem kann der Anschluß weiterer Objekte große Schwierigkeiten und erhöhte Kosten verursachen, beispielsweise wenn ein Schnittstellen- oder Magnetventilschrank voll ist.

Claims (4)

1. Prozeßsteuersystem mit einer Rechenanlage (1), die über Daten­ leitungen mit Schnittstelleneinheiten (3) zum Empfangen, Senden und Speichern von Datensignalen verbunden ist, wobei die Schnitt­ stelleneinheiten (3) über Betätigungsglieder (4) Prozeßsteuer­ glieder (5) steuern und jedes Prozeßsteuerglied (5) ein Gehäuse (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gehäuse (11) die Schnittstelleneinheiten (3) und die Betätigungsglieder (4) enthält, und daß jedes Gehäuse (11) einen elektrischen Anschluß (14) aufweist, über den die Schnittstelleneinheiten an die Daten­ leitungen angeschlossen sind.

2. Prozeßsteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz pneumatischer Betätigungsglieder (4) das Gehäuse (11) einen einzelnen Druckluftanschluß (13) besitzt.

3. Prozeßsteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse (14) der Gehäuse (11) an ein für mehrere Prozeßsteuerglieder (5) gemeinsames Kabel (8) angeschlossen sind.

4. Prozeßsteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Anschlüsse (14) der Gehäuse (11) an Zwei- oder Dreileiterkabel angeschlossen sind.