DE2912639C2

DE2912639C2 - Programmierbare pneumatische Steuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE2912639C2
Application number: DE19792912639
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 7320 Göppingen Klemenz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1979-03-30
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2912639A1

Description

Die Erfindung betrifft eine programmierbare pneu-

'5 matische Steuerungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Lösung von Steuerungsaufgaben werden zunehmend Steuerungen eingesetzt bei denen Programmänderungen möglich sind. Diese programmierbaren Steuerungen haben Vorteile, die sich besonders bei der Projektierung, dem Schaltungsaufbau und der Inbetriebnahme der Steuerungen zeigen. Die Erfindung betrifft eine solche programmierbare pneumatische Steuerung.

Vergleichbare elektronische, durch Ausbrennen von Brücken zu programmierende »Logik-Anordnungen« sind z.B. in den Firmenschriften FPLA, »Eine frei programmierbare Logik-Anordnung«, Valvo-Brief, VaI-vo, Hamburg, 25. Okt 1976, und »PAL-programmable array logic«, Handbook, Monolythic Memories GmbH, München, beschrieben und werden als »PROM«, »FPLA« oder »PAL«-Bausteine bezeichnet Bei diesen Bausteinen handelt es sich um einzelne integrierte Schaltkreise, nicht aber, wie bei der Erfindung, um eine Schaltung aus einer UND-Matrix und ODER/NOR-Elementen.

Auf dem Gebiet der Fluid-Technik ist in der DE-PS 19 04 086 eine programmierbare pneumatische Steuerung beschrieben; sie ist jedoch aufwendig, insbesondere wenn eingangsseitig und/oder ausgangsseitig Erweiterungen möglich sein sollen. Eine ähnliche Einrichtung ist auch in Automatik, Januar 1970, Seiten 14 bis 17, beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine programmierbare, pneumatische Steuerungseinrichtung zu schaffen, bei der in jeder Zeile die programmierbare UND-Verknüpfung ausführbar ist, und die die Realisierung von Verknüpfungs- und Ablaufschaltungen bei der Steuerung von Maschinen mit einfachen Mitteln zuläßt

so Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst während Anspruch 2 die gegenständliche Ausführung der programmierbaren Schaltung und Anspruch 3—7 weitere besonders zweckmäßige Maßnahmen betreffen.

Die erfindungsgemäße programmierbare Steuerung besteht im wesentlichen aus einer Verknüpfungsmatrix, bei der in jeder Zeile die programmierbare UN D-Verknüpfung ausführbar ist und aus die ODER/NOR-Funktion erfüllenden Schaltelementen; sie ist teilweise verbindungsprogrammierbar und teilweise speicherprogrammierbar. In der erfindungsgemäßen Schaltung erfüllt die Verknüpfungsmatrix nicht nur — wie z. B. bei Kreuzkanalverteilern — Zuordnungsfunktionen; vielmehr werden die in der Verknüpfungsmatrix enthaltenen programmierbaren Schaltungen selbst als Funktionsglieder verwendet.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 mögliche programmierbare pneumatische UND-Schaltungen, die aus 2/2- bzw. 3/2-Wegeventilen aufgebaut sind,

F i g. 3a und 3b zwei verschiedene Ausführungen der Wegeventile,

F i g. 3c das vereinfachte Schaltzeichen für programmierbare UND-Schaltungen,

Fig.4 eine aus programmierbaren UND-Schaltungen bestehende Anordnung,

F i g. 5 eine programmierbare Schaltung, die aus einer UND-Matrix und ODER/NOR-Elementen besteht,

F i g. 6 eine einfache Speicherschaltung,

Fig.7 den Schaltplan eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Steuerung.

Programmierbare UND-Schaltungen können fluidtechnisch auf unterschiedliche Arten realisiert werden. In den F i g. 1 und 2 werden als Beispiel programmierbare pneumatische UND-Schaltungen vorgestellt, die aus jeweils π 2/2- bzw. 3/2-Wegeventüen aufgebaut sind. .Die Darstellung erfolgt mit den zur Beschreibung pneumatischer Schaltungen üblichen Schaltzeichen nach DIN 24 300, Blatt 4 (Entwurf).

Die Wegeventile der programmierbaren Schaltungen können sowohl mechanisch als auch strömungsmechanisch betätigt werden. Sie besitzen 2 Schaltstellungen a und b. In unbetätigtem Zustand nimmt jedes Ventil die Schaltstellung a aufgrund der Wirkung einer Feder ein. Die einzelnen Ventile der programmierbaren UND-Schaltungen können in der Schaltstellung b mechanisch arretiert werden. Ist ein Ventil arretiert, so entspricht dies der Vorgabe des zugeordneten Auswahlsignals xf, dessen Wert im Η-Bereich liegt

Jedes der π 2/2-Wegeventile, aus denen die in F i g. 1 vorgestellte Schaltung besteht, ist über eine Leitung mit einer Fluidquelle und dem Ausgang ζ verbunden. Befinden sich die Ventile in der Schaltstellung a, so münden die Leitungen über die Ventile in die Umgebung. Der Strömungswiderstand des Ausgangs ζ ist gegenüber dem der Leitungen und der in der Schaltstellung a befindlichen Ventile groß. Dementsprechend unterscheidet sich der am Ausgang ζ meßbare Druck nur geringfügig vom Umgebungsdruck, und der Wert des Ausgangssignals ζ liegt im L-Bereich. Befinden sich alle Ventile in der Schaltstellung b — wozu bei allen Ventilen der Wert des Eingangssignals x, im H-Bereich liegen oder der Schaltkörper des Ventils in der Schaltstellung b arretiert sein muß —, so kann das aus der Quelle strömende Fluid nicht mehr in die Umgebung gelangen. Hierdurch baut sich am Ausgang ζ ein wesentlich über dem Umgebungsdruck liegender Druck auf, und der Wert des Ausgangssignals ζ liegt im H-Bereich.

Die in Fig.2 gezeigte Schaltung besteht aus η 3/2-Wegeventilen, die über eine Leitung miteinander verbunden sind. Das eine Ende der Leitung ist an eine Fluidquelle angeschlossen, und das andere Ende stellt den Ausgang ζ dar. Befindet sich mindestens eines der Ventile in der Schaltstellung a, so entspricht der Druck am Ausgang ζ dem Umgebungsdruck. Der Wert des Ausgangssignals ζ liegt im L-Bereich. Sind alle Ventile in der Schaltstellung b, so ist der Ausgang ζ mit der Fluidquelle verbunden — der Wert des Ausgangssignals ζ liegt im H-Bereich.

Bei den in den F i g. 1 und 2 vorgestellten Schaltungen entspricht die Freigabe des beweglichen Teils des Schaltelements einem Auswahlsignal xf, dessen Wert bei UND-Schaltungen im L-Bereich liegt. Eine Möglichkeit zur manuellen Vorgabe der im H-Bereich liegenden Werte von Auswahlsignalen xf wird in den F i g. 1,2 und 7 durch das Betätigungssymbol — mechanische Raste — aufgezeigt

In den Fig.3a und 3b werden schematisch 2 s gerätetechnische Ausführungen der programmierbaren UND-Schaltung vorgestellt Bis auf die Art der Programmierung entsprechen diese den aus Wegeventilen aufgebauten Schaltungen nach den F i g. 1 und 2.

Die in Fig.3a gezeigte Ausführung der program-ίο mierbaren UND-Schaltung besteht aus Schieberventilen, bei denen zur Programmierung die Werte der Auswahlsignale xf über Stößel eingegeben werden können. Ein niedergedrückter Stößel entspricht einem Auswahlsignal xf, dessen Wert im H-Bereich liegt Durch ein Loch in der Platte wird die Arretierung des Schiebers in der Schaltstellung b aufgehoben. Ein Loch in der Platte entspricht also dem im L-Bereich liegenden Wert eines Auswahlsignals xf.

Bei der in F i g. 1 vorgestellten programmierbaren

UND-Schaltung kann über jedes 2/2-Wegeventil das aus einer Fluidquelle in die Verbindungsleitung der Ventile strömende Fluid in die Umgebung ausfließen. Liegt der Wert eines Auswahlsignals xf im H-Bereich, so nimmt das Ventil / die Schaltstellung b ein. Die Verbindung zwischen der Fluidquelle und der Umgebung über das Ventil /ist gesperrt Diese Unterbrechung kann auch durch Verschließen des Ventilanschlusses, über den das Fluid in die Umgebung ausfließt, bewirkt werden. Der verschlossene Ventilanschluß entspricht der Vorgabe des Η-Pegels des Auswahlsignals xf. Diese Art der Vorgabe von Auswahlsignalen xf liegt der in Fig.3b gezeigten Ausführung der programmierbaren UND-Schaltung zugrunde, die aus Membranelementen, entsprechend der DE-PS 25 23 951, besteht

Das Verschließen der Eingänge xf erfolgt durch elastische Plättchen (Dichtelemente 10), die von einer Platte 11 auf die Eingänge xf gepreßt werden. Wird angenommen, daß zunächst alle Eingänge xf durch Plättchen verschlossen sind (die Werte aller Auswahlsignale xf liegen im H-Bereich), so müssen bei der

Programmierung diejenigen Plättchen entfernt werden,

die Auswahlsignalen xf entsprechen, deren Werte im

L-Bereich liegen. In Fig.3c wird das vereinfachte Schaltzeichen für

programmierbare UND-Schaltungen vorgestellt. Bei der programmierbaren UND-Schaltung bedeutet gerätetechnisch ein Kreis im Schnittpunkt einer Eingangsleitung Xi mit der Ausgangsleitung z> daß der Schaltkörper des entsprechenden Ventils nicht arretiert ist und das Ventil seine Schaltfunktion erfüllen kann. Ein Kreis im Schnittpunkt einer Eingangsleitung at,· mit der Ausgangsleitung Zj entspricht bei der programmierbaren UND-Schaltung dem im L-Bereich liegenden Wert des Auswahlsignals xf. Kein Kreis im Schnittpunkt einer Eingangsleitung x, mit der Ausgangsleitung zj bedeutet gerätetechnisch, daß der Schaltkörper des entsprechenden Ventils arretiert ist. Durch Kreise markierte Eingangssignale x, werden »entlang« einer Ausgangsleitung z/»UND«-verknüpft.

Aus einer elementaren, kombinatorischen Schaltung wie sie die UND-Schaltung darstellt, und Invertern lassen sich die anderen elementaren, kombinatorischen Schaltungen die ODER-, NOR- und NAND-Schaltunger¹ aufbauen. Die zugrundeliegenden schaltungsalgebraischen Gesetzmäßigkeiten sind die »De Morganschen Regeln«.

Die Lösung einer Steuerungsaufgabe ist nur in seltenen Fällen mit einer einzigen programmierbaren

■ UND-Schaltung möglich. Zum Aufbau von programmierbaren Steuerungen ist es daher zweckmäßig, einige programmierbare UND-Schaltungen zu einer Schaltung zusammenzufassen. Derartige Anordnungen werden als UND-Matrizen bezeichnet und bestehen jeweils aus m UND-Schaltungen mit η Eingängen. Jedes Eingangssignal x, wird jeder programmierbaren Schaltung j über den jeweiligen Eingang Xy zugeführt. F i g. 4 zeigt eine aus programmierbaren UND-Schaltungen bestehende Anordnung. Dem Schaltzeichen liegt das in F i g. 3c eingeführte, vereinfachte Schaltzeichen der programmierbaren UND-Schaltung zugrunde. Wie bei den programmierbaren UND-Schaltungen entspricht bei der UN D-Matrix ein Kreis im Schnittpunkt einer Eingangsleitung x,mit einer Ausgangsleitung z;dem im L-Bereich liegenden Wert des Auswahlsignals xtf.

Die UND-Matrix kann durch eingangsseitiges Vor- und/oder ausgangsseitiges Nachschalten von Jnvertern in die ODER-, NOR- und NAND-Matrix umgewandelt werden.

F i g. 5 zeigt eine programmierbare Schaltung, die aus einer UND-Matrix und ODER/NOR-Elementen besteht. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß sie sehr einfach aufgebaut ist und in jeder Richtung erweitert werden kann.

In der Praxis werden Steuerungsaufgaben üblicherweise als Disjunktion konjunktiv verknüpfter Eingangssignal beschrieben. So lautet z.B. eine mögliche Aufgabenstellung:

Ein Pneumatikzylinder soll ausfahren, wenn der Wert des Signals Z₂ im Η-Bereich liegt. Dies soll der Fall sein, wenn entweder

1. der Wert des Eingangssignals χι im H-Bereich und der Wert des Eingangssignals X₂ im L-Bereich oder

2. der Wert des Eingangssignals X₂ im L-Bereich und *3 im Η-Bereich liegt oder

3. der Wert des Eingangssignals x> im H-Bereieh Hegt

Die in Fig.5 vorgestellte programmierbare Steuerung ist so programmiert, daß sie diese Aufgabe löst Die Schaltung besteht aus einer UND-Matrix, der eingangsseitig ODER/NOR-Elemente mit jeweils 2 Eingängen : vor- und ausgangsseitig nachgeschaltet sind. Von den ' ODER/NOR-Elementen werden die Eingangssignale x, der Steuerung angepaßt und gleichzeitig wie die s Ausgangssignale z_p soweit notwendig, invertiert.

Zur Programmierung können neben der Programmierung der AN D-Matrix die Ausgänge der ODER/ NOR-Elemente durch Leitungen mit den Eingängen der UND-Matrix oder der anderen ODER/NOR-Elemente verbunden werden. Die Programmierung der in Fig.5 gezeigten Schaltung ist so ausgeführt, daß von den ausgangsseitigen ODER/NOR-Elementen die disjunktive Verknüpfung der von der UND-Matrix ausgeführten | konjunktiven Verknüpfungen erfolgt |

Durch Signalrückführungen können auch mit dieser | Schaltung Ablaufsteuerungen aufgebaut werden. F i g. 6 L zeigt eine einfache Speicherschaltung. Die Programmie- | rung der UND-Matrix wurde von F i g. 5 übernommen |i — die Verbindungsprogrammierung jedoch abgeändert. |1

Das Ausgangssignal Z₂ wird der Schaltung nunmehr als § Eingangssignal zugeführt. Der Speicher wird gesetzt, I; wenn der Wert des Signals x\ im Η-Bereich und der ,■■:' Wert des Signals x₂ im L-Bereich liegt Ist dies der Fall, "-■■ so wird über eine Selbsthaltung (Rückführung des ; Signals z₂) das Ausgangssignal z₂ so lange gespeichert, ja wie der Wert des Signals x₂ im L- Bereich liegt. %

Der in F i g. 7 vorgestellte Schaltplan zeigt eine ■b Ausführungsform der programmierbaren pneumatischen Schaltung, die mit einer UND-Matrix aufgebaut ist Die UND-Matrix besteht aus m programmierbaren UND-Schaltungen mit jeweils η Eingängen. Die m+n ■ ODER/NOR-Elemente sind aus jeweils einem Wechsel- Φ ventil und einem 5/2-Wegeventil mit Federrückstellung g aufgebaut Zur Programmierung der UND-Matrix lassen sich die 3/2-Wegeventile in der Schaltstellung b ' einzeln von Hand arretieren. Dies entspricht der Vorgabe eines Ersatzsignals xj/, dessen Wert im Η-Bereich liegt Zur Verbindungsprogrammierung ΙτΑτιη^η HiA Anccräncr«» v.- ruif*r v.- Hpr Ainagno-ecMhaon

5/2-Wegeventile über mit Schnellkupplungen ausgerüsteten Leitungen mit den Eingängen b, x, der UND-Matrix und ebenso die Ausgänge Zj und Zj der ausgangsseitigen 5/2-Wegeventile mit den Eingängen j iverbunden werden. f

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Programmierbare pneumatische Steuerungseinrichtung, bestehend aus pneumatischen Schaltelementen, die in Matrixform angeordnet sind, und die eine von zwei möglichen Schaltstellungen einnehmen können,dadurch gekennzeichnet,daß die Schaltelemente in den einzelnen Kxeuzungsstellen durch die Werte von Eingangssignalen und durch Programmierung, die durch mechanische Vorgabe bewirkt wird, eine von zwei möglichen Schaltstellungen einnehmen bzw. eine von zwei möglichen Funktionen erfüllen, daß hierdurch in jeder Zeile die programmierbare UND-Verknüpfung ausführbar ist, und daß jede programmierbare UND-Verknüpfung über eine Leitung (zj mit einem ODER/NOR-Element (2) verbunden ist, dessen Ausgangssignale (zj, z^über Leitungen mit den Eingängen (xj, x*) der ODER/NOR-EIemente (3) oder den Eingängen (x_zJ) von anderen ODER/NOR-Elementen (2) oder den Spalteneingängen (b, xi) verknüpfbar sind, und daß weiterhin jedem Eingang (b, x_t) einer Spalte ein ODER/NOR-Element (3) zugeordnet ist, dessen Ausgangssignale (x* Tj) über Leitungen mit den Spalteneingängen (b, x) und den Eingängen (x_zj)der ODER/NOR-Elemente (2) verknüpfbar sind.

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (ey) der Matrix (1) als 2/2-Wegeventil ausgebildet sind, die zeilenweise mittels einer Leitung mit einer Fluidquelle (Q) und dem Ausgang fzj verbunden sind und daß Mittel zur Arretierung der 2/2-Wegeventile in einer Schaltstellung (b) vorgesehen sind (F i g. 2).

3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (aj der Matrix (1) als 3/2-Wegeventile ausgebildet sind, die zeilenweise mittels einer Leitung verbunden sind, wobei das eine Ende der Leitung mit der Fluidquelle (Q) verbunden ist und das andere Ende den Ausgang (z) darstellt und daß Mittel zur Arretierung der 3/2-Wegeventile in einer Schaltstellung (b) vorgesehen sind (F i g. 2).

4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (eij innerhalb einer gemeinsamen Platte (4) angeordnet sind, daß Schieber (5) vorgesehen sind, die jeweils von einer Feder (9) gegen einen Stößel (6) gedrückt werden, wobei deren niedergedrückte Stellung (b) durch eine längsverschiebbare Platte (7) und deren ausgefahrene Stellung (a) durch mit den Stößeln übereinstimmende Löcher (8) in dieser Platte bestimmt ist (F i g. 3a).

5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (ei/) als Membranelemente ausgebildet und innerhalb einer gemeinsamen Platte (4) angeordnet sind, daß zur Programmierung Dichtelemente (10) vorgesehen sind, die das in die Umgebung abfließende Fluid unterbrechen und daß die Dichtelemente (10) mittels einer Platte (11) auf die Eingänge (x,) aufpreßbar sind (F ig. 3b).

6. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den ODER/NOR-Elementen (3) mit den Spaltenleitungen und den ODER/NOR-Elementen (2) mit den ODER/NOR-Elementen (3) in bekannter Weise steckbar ausgebildet sind (F i g. 7).

7. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (χι, Ίξ) der ODER/NOR-Elements (3) mit den Spaltenleitungen (b. Xi) und den Eingängen (x_zj der ODER/NOR-Elemente (2) und die Ausgänge (zj, ~zj) der ODER/NOR-Elemente (2) mit den Eingängen (Xi, Xi*) der ODER/NOR-Elemente (3) und mit den Eingängen (x_zj anderer ODER/NOR-Elemente (2) in bekannter Weise steckbar ausgebildet sind.