DE2940857C2

DE2940857C2 - Programmierbare Steuerungseinrichtung mit Prozeßankopplung

Info

Publication number: DE2940857C2
Application number: DE19792940857
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Phys. DDR 9001 Karl-Marx-Stadt Fickel; Rainer Dr.-Ing. DDR 9081 Karl-Marx-Stadt Kuhn; Ralf Dipl.-Ing. DDR 9061 Karl-Marx-Stadt Oestreich; Horst Dipl.-Ing. DDR 9063 Karl-Marx-Stadt Schneider; Klaus Dipl.-Ing. Schröder; Manfred Dipl.-Math. DDR 9387 Niederwiesa Stoll; Gerhard Dipl.-Ing. DDR 9061 Karl-Marx-Stadt Weisbach; Bernd Dipl.-Ing. DDR 9044 Karl-Marx-Stadt Zimmermann
Original assignee: VEB NUMERIK "KARL MARX" KARL-MARX-STADT DDR 9010 KARL-MARX-STADT DD
Current assignee: VEB NUMERIK "KARL MARX" KARL-MARX-STADT DDR 9010 KARL-MARX-STADT DD
Priority date: 1978-10-23
Filing date: 1979-10-09
Publication date: 1985-01-24
Also published as: FR2440022A1; DE2940857A1; DD139676A3; BG34302A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine programmierbare Steuerungseinrichtung mit Prozeßankopplung, die einen Rechner und von diesem räumlich getrennt angeordnete Eingabe-/Ausgabeeinheiten enthält, wobei die Eingabe-/Ausgabeeinheiten mittels eines Prozeßadreß- und eines Prozeßdatenbusses mit dem Rechner verbunden sind, wobei die räumlich getrennten Eingabe-/Ausgabeeinheiten in einem gegen Störungen ungeschützten Bereich angeordnet sind und die Eingänge der Eingabeeinheiten aus dem Prozeß und die Ausgänge der Ausgabeeinheiten an den Prozeß galvanisch nicht entkoppelt sind.

Eine derartige programmierbare Sieuerungsanordnung ist aus der Beschreibung und den Darstellungen der DE-OS 27 14 268 entnehmbar.

Um einen störsicheren Signalaustausch zwischen der programmierbaren Steuereinrichtung und dem Prozeß zu gewährleisten, ist es notwendig, die störempfindlichen Baueinheiten wie Rechner und elektronische Speicher der programmierbaren Steuereinrichtung in einem gegenüber diesen Störungen geschützten Gehäuse anzuordnen und die Eingangs- und Ausgangsleitungen aus bzw. an den Prozeß galvanisch zu entkoppeln. Eine Anordnung zur Entkopplung jeder Eingangs- und Ausgangsleitung vor dieser EingangsVAussangsscIialtung ω ist bei: Christian Dirks/Helmut Krinn »Mikrocomputer«, 2. Auflage, Stuttgart, 1976, Verlag Berliner Union GmbH,Seite 125 bis 129 beschrieben.

Bei der hohe.) Anzahl von Prozeß-Eingangs- und Ausgangsleitungen einer programmierbaren Steuerein· b5 richtung wird bei galvanischer Entkopplung jeder Eingangs- und Ausgangslcitung ein enormer Aufwand an r.nlkiippdbaucinheilen benötigt.

Eine Reduzierung dieses Aufwandes ist dadurch möglich, daß Gruppen von Eingangsleitungen bzw. Ausgangsleitungen, welche einzeln nicht entkoppelt sind, zusammengefaßt werden und deren Signale über einen Multiplexer zu einer Empfangseinrichtung im Rechner bzw. umgekehrt übertragen werden. Die galvanische Entkopplung erfolgt dabei nur in den Übertragungsleitungen zwischen Multiplexer und Empfangseinrichtung.

Diese Lösung erfordert aber wiederum einen höheren gerätetechnischen Aufwand für Multiplexer und Empfangseinrichtungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine programmierbare Steuerungseinrichtung mit Prozeßankopplung der eingangs genannten Art so auszubilden, eaß mit einem Minimum an bauelemente- und gerätetechnischem Aufwand eine hohe Störsicherheit gegen Störungen und deren Auswirkungen auf den Prozeß erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmaie gelöst

Durch die ständige zyklische Datenübertragung zwischen Rechner und Eingabe-/Ausgabeeinheiten in solchen Zeiteinheiten die wesentlich unter den Reaktionszeiten der Prozeßperipherie-Bauelemente Siegt, werden mögliche Fehlschaltungen in der Prozeßparipherie, welche zum Beispiel aus Störbeeinflussungen entstehen können ausgeschaltet.

Vorteilhaft werden als galvanische Entkoppelelemente Optokoppler eingesetzt

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt eine programmierbare Steuerungseinrichtung mit Prozeßankopplung.

Von der programmierbaren Steuerungseinrichtung ist der Rechner 1 mit einer Recheneinheit 1.1 und ein Schreib-Lese-Speicher 2 gezeigt, die über einen inneren Adreßbus 3 mit 16 Leitungen und einen inneren Datenbus 4 mit 8 Leitungen miteinander in Verbindung stehen. Der Schreib-Lese-Speichär 2 tnchält einen Abbildspeicherteil 2.1 für die Eingangssignale, einen Abbildspeicherteil 2.2 für die Ausg?.ngssignale sowie einen Speicherbereich 23 für Schaltgleichungen und einen Speicherbereich 2.4 für das Steuerprogramm. Der innere Datenbus 4 und der innere Adreßbus 3 führen auf eine zum Rechner 1 gehörende Interfaceschaltung 5, die intern aus Anpaßschaltungen 6, 7 und 9 besteht. Die Anpaßschaltung 6 verbindet den inneren Datenbus 4 mit einem aus 8 Leitungen bestehenden Prozeßdatenbus 10 für die Ausgangssignale, die Anpaßschaltung 7 verbindet den inneren Datenbus 4 mit einem ebenfalls aus 8 Leitungen bestehenden Prozeßdatenbus 11 für die Eiiigangssignale und die Anpaßschaltung 9 verbindet den inneren Adreßbus 3 mit einem aus 8 Leitungen bestehenden Prozeßadreßbus 12. An der Interface-Schaltung 5 ist in jede der 8 Leitungen des Prozeßdatenbusses 11 für die Eingangssignale ein Optokoppler 13 zwischengeschaltet.

Die programmierbare Steuerungseinrichtung mit der beschriebenen Ankopplung der Prozeßdatenbusse 10, 11 und des Prozeßadreßbusses 12 an den inneren Datenbus 4 bzw. inneren Adreßbus 3 in der Interface-Schaltung 5 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 14 störgeschiii/t untergebracht. Die Prozeßdatenbusse 10,11 sowie der Prozeßadreßbus 12 sind aus diesen störgeschützten Gehäuse 14 herausgeführt und in einem raumlich entfernt in unmittelbarer Nähe der zu steuernden Werkzeugmaschine stehenden Starkstromscruillschrank 15 geleitet. Jede der K Leitungen der Pro/cßda-

tenbusse 10, 11 und des Prozeßadreßbus 12 ist über Verstärker 17, 18, 19 an eine Ein-/Ausgabe-Einheit 20 angeschlossen. In jede der Eingangsleitungen am Verstärker 17 vom Prozeßdatenbus 10 ist ein Optokoppler 21 und in jede der Eingangsleitungen am Verstärker 19 vom Prozeßadreßbus 12 ist ein Optokoppler 22 zwischengeschaltet Die Ein-/Ausgabe-Einheit 20 enthält eine Reihe Ausgangs-Verteilerschaltungen 23, 24, 25 und eine Reihe Eingangs-Verteilerschaltungen 26, 27, 28. Von den Verstärkern 17 führt der Prozeßdatenbus 10 für die Ausgangssignale auf die Ausgangs-Verteilerschaltungen 23,24,25, an die auch der Prozeßadreßbus 12 angeschlossen ist.

Die Eingangs-Verteilerschaltungen 26,27,28 sind am Prozeßdatenbus 11 für die Eingangssignale angeschlossen und liegen außerdem am Prozeßadreßbus 12. Jede der Ausgangs-Verteilerschaltung 23, 24, 25 besitzt 8 Ausgangsleitungen und jede der Eingangs-Verteilerschaltung 26, 27, 28 besitzt 8 Eingangsleitungen. Diese Ausgangs- bzw. Eingangsleitungen sind unmittelbar mit den Prozeßschakeiementen im Starkstromschaiischrank 15 bzw. an der Werkzeugmaschine verbunden. Die Ausgangs- und Eingangs-Verteilerschaltungen 23 bis 28 enthalten Flip-Flops als signalspeichernde Elemente.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen programmierbaren Steuerungseinrichtung mit Prozeßankopplung ist folgende:

Die Recheneinheit 1.1 entnimmt nach Maßgabe des im Speicherbereich 2.4 des Schreib-Lese-Speichers 2 gespeicherten Steuerprogramms die im Abbildspeicherteil 2.1 stehenden Eingangssignale vom Prozeß und verarbeitet diese nach dem im Speicherbereich 23 gespeicherten Schaltgleichungen. Die Ergebnisse werden ir. dem Abbildspeicherteil 2Λ übertragen und stehen dort als Ausgangssignale für den zu steuernden Prozeß bereit. Der jeweilige Aufruf der Abbildspeicherteile 2.1, 2.2 bzw. der Speicherbereiche 23, 2.4 erfolgt über den Adreßbus 3. Die Datenübertragung zwischen Schreib-Lese-Speicher 2 und Recheneinheit 1.1 erfolgt über den Datenbus 4. Das Steuerprogramm enthält eine festgelegte Folge von Operationen, welche zyklisch wiederholt werden. Die Korrespondenz zwischen der Recheneinheit 1.1 und dem Schreib-Lese-Speicher 2 erfolgt auf der Basis einer ersten Folge von Schaltverbindungen und die Ein-Ausgabe der Prozeßsignaie wird durch eine zweite Folge von Schaltverbindungen realisiert. Hierbei werden der Abbildspeicherteil 2.1 für die Eingangssignale und der Abbildspeicherteil 2.2 für die Ausgangssignale über den Datenbus 4 und die Prozeßdatenbusse 10,11 mit der Ein-/Ausgahe-Einheit 20 verbunden. Das Steuerprogramm 2.4 arbeitet diese beiden Folgen von Schaltverbindungen in Form einer feststehenden Reihenfolge von OpeTationen ab, die zyklisch wiederholt werden. Die Eingabe der Prozeßeingangssignale in den Abbildspeicherteil 2.1 des Schreib-Lese-Speichers 2 sowie die Ausgabe der Ausgangssignale aus dem Abbildspeicherteil 2.2 an den Prozeß erfolgt durch Sperren der Verbindungen vom Schreib-Lese-Speicher 2 zur Recheneinheit 1.1 und Aktivierung der Verbindungen der Abbildspeicherteile 2.1,2.2 mit der Ein-/Ausgabeeinheit 20 durch Aufruf der jeweiligen Ein-/Ausgangs-Verteilerschaltung 23 bis 28.

Dies geschieht in der Weise, daß das Steuerprogramm 2.4 über den inneren Adreßbus 3 die in der Interface-Schaltung 5 liegende Anpaßschaltung 6 ansteuert und damit die Ausgangsbignale über den Prozeßdatenbus 10, die Optokoppler 21, die Verstärker 17 auf eine der Ausgangs-Verteüerschaltungcn 23 bzw. 24 und 25 in der Ein-/Ausgabe-Einheit 20 überträgt Die Ausgangs-Verteilerschaltungen 23,24,25 werden vom Steuerprogramm 2.4 über den inneren Adreßbus 3, die Anpaßschaltung 9. den Prozeßadreßbus 12, die Optokoppler 22 und die Verstärker 19 aufgerufen, so daß die im Abbildspeicherteil 2.2 stehenden Ausgangssignale die zugehörigen Flip-Flops in den Ausgangs-Verteilerschaltungen 23,24,25 setzen.

ίο Nach Ausgabe des letzten Ausgabesignals aus der letzten Speicherstelle des Abbildspeicherteils 2.2 adressiert das Steuerprogramm 2.4 die Anpaßschaltung 7 in der Interface-Schaltung 5 für die Eingabedaten. In der Anpaßschaltung 9 wird über den inneren Adreßbus 3 und den inneren Datenbus 4 die jeweilige Eingangs-Verteilerschaltung 26 bzw. 27 bzw. 28 adressiert in dem diese über den Prozeßdatenbus 12, di« Optokoppler 22 und die Verstärker 19 aufgerufen wird.

Die Eingangs-Veneilerschahungen 26,27,28 werden nacheinander aufgerufen und geben Se in ihren Flip-Fiops gespeicherten Eingangssignale über die Verstärker 18 den Prozeßdatenbus 11, die Optokoppler 13, die Anpaßschaltung 7 und den inneren Datenbus 4 auf das Abbildspeicherteil 2.1, dessen Speicherstellen in gleieher Re'henfolge aktiviert werden, so daß das Abbild der Eingangssignale vom Prozeß in den Schreib-Lese-Speicher 2 übernommen wird.

Durch diese zyklische Arbeitsweise ist ein minimaler Schaltungsaufwand erforderlich, weit rfje Interruptbildung und die damit verbundenen erforderlichen Schaltungsmaßnahmen entfallen. Die zyklische Arbeitsweise gestattet gleichzeitig eine hohe Störsicherheit weil in Zeitabständen von etwa 10 ms die Ein-/Ausgabe vorgänge wiederholt werden, so daß bei einer Ein- bzw. Ausgabe auftretende Fehlersignale gar nicht im Prozeß zur Auswirkung kommen können, weil die anzusteuernden Prozeßperipherie-Bauelemente, elektromagnetischen Schütze, Ventile u. a. demgegenüber hob? Ansprechzeiten haben und deshalb noch nicht ansprechen.

Bevor diese Bauelemente schalten, hat sich aber im näc.isten Zyklus/den nächsten Zyklen der Ein-/Ausgabevorgang bereits wiederholt, womit die vorher durch äußere Störungseinflüsse hervorgerufenen Fehler eliminiert sind. Durch diese günstige Wirkung werden auch Störungen, welche kurzzeitig auf die Ein-/Ausgabe·Einheit 20 und die Prozeßdatenbusse 10,11 bzw. den Prozeßadreßbus 12 kommen unschädlich gemacht, so daß die Ein-/Ausgabe-Einheit 20 im Starkstromschaltschrank 15 angeordnet werden kann und die Prozeßdatenbusse 10, 11 bzw. der Prozeßadreßbus 12 ebenfalls aus dem störgeschützien Gehäuse 14 heraus bis in den Starkstromschaltschrank 15 geführt werden können.

AuJi die sonst erforderlichen Maßnahmen zur Entprellung der Eingangssignale sind nicht mehr erforderlieh.

Diese Prozeßdatenbusse 10,11 und der Prozeßadreßbus 12 bestehen aas nur wenig Leitungen (jeweils 8 Leitungen), welche erst in der Ein-/Ausgabe-Einheit auf die erforderliche Anzahl Prozeßanschlüsse erweitert werden,

Damit ist die Kabelverbindung zwischen dem eie programmierbare Steuerungseinrichtung enthaltenden Gehäuse 14 und dem Starkstromschaltschrank 15 auf wenig Kabel begrenzt, und gleichermaßen der Aufwand der notwendigen Optokoppler 13, 21,22 auf die gleiche geringe Anzahl (je 8 Optokoppler pro Daten- b^w. Adreßbus) eingeschränkt.
Insgesamt wurde eine einfache übersichtliche Pro-

zeßankopplung an eine programmierbare Steuerungseinrichtung geschaffen, die in Verbindung mit der zyklischen Arbeitsweise der Ein-/Ausgabe bei geringem
Schaltungsaufwand eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet. 5

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Programmierbare Steuerungseinrichtung mit Prozeßankopplung die einen Rechner und von diesem räumlich getrennt angeordnete Eingabe-/Ausgabeeinheiten enthält, wobei die Eingabe-/Ausgabeeinheiten mittels eines Prozeßadreß- und eines Prozeßdatenbusses mit dem Rechner verbunden sind, wobei die räumlich getrennten Eingabe-/Ausgabeeinheilen in einem gegen Störungen ungeschützten Bereich angeordnet sind und die Eingänge der Eingabeeinheiten aus dem Prozeß und die Ausgänge der Ausgabeeinheiten an den Prozeß galvanisch nicht entkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß nur in dem Prozeßdatenbus (10, 11) und den Prozeßadreßbus (12) galvanische Entkoppelelemente (13,21,22) geschaltet sind, und daß die Datenübertragung zwischen dem Rechner (1) und den Ebi^abe/Ausgabeeinheiten (23 bis 28) zykusch in konstanten Zeitabständen erfolgt, die so kurz sind, daß die angesteuerten Prozeßperipherie-Baueleniente demgegenüber lange Reaktionszeiten haben, wodurch während der Reaktionszeit eine mehrfache Datenübertragung erfolgt

2. Programmierbare Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als galvanische Entkopplungselemente (13, 21, 22) Optokoppler eingesetzt sind.

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