DE3619552C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrocomputergesteuerte Netzweiche für die zentrale Steuerung der Versorgung mehrerer Verbraucher, mit mehreren Steckplätzen für den Anschluß der Verbraucher und deren Versorgung mit Spannung und einer programmierbaren Einrichtung, die das Einschalten einzelner Verbraucher zu vorgegebenen Zeiten ermöglicht.

Aus dem deutschen Buch "RIM electronik 84", Seite 824 ist ein sogenannter "electro boy Schaltcomputer" mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt. Dieser Schaltcomputer eignet sich für das Ein- und Ausschalten beliebiger Elektrogeräte, zum Beispiel Videorecorder oder Rundfunkgeräte, deren Inbetriebnahme zu bestimmten vorgegebenen Zeiten erwünscht ist. Dieser bekannte Schaltcomputer arbeitet mit einem sogenannten Uhren-IC und enthält keinen Mikrocomputer im eigentlichen Sinne der Erfindung. Die kleinste programmierbare Zeiteinheit ist die Minute. Dies bedeutet, es kann zum Beispiel ein Verbraucher zu einem bestimmten Zeitpunkt eingeschaltet werden und ein weiterer Verbraucher frühestens eine Minute später, wobei das Schalten der Verbraucher gemäß der Programmierung unabhängig voneinander erfolgt. Die Verbraucher können auch zur jeweils gleichen Tageszeit in täglicher oder wöchentlicher Wiederholung eingeschaltet werden. Ein erneutes Einschalten ist aber nur dann möglich, wenn der jeweilige Verbraucher wieder ausgeschaltet wurde.

Es hat sich gezeigt, daß es bei Datenverarbeitungsanlagen zu schweren Störungen im Betriebsablauf kommen kann, wenn das Einschalten des Rechners und der zugehörigen Peripheriegeräte der Datenverarbeitungsanlage in wahlloser Reihenfolge erfolgt. Zum Beispiel arbeitet beim sogenannten X-On/X-Off Betrieb ein Drucker völlig unkontrolliert, wenn der Rechner erst dann ans Netz geht, wenn der Drucker bereits eingeschaltet ist. Ebenso kann es zu Störungen kommen, wenn man den Rechner ausschaltet, während der Drucker noch läuft. Es gibt daher für eine bestimmte Konfiguration einer Datenverarbeitungsanlage mit Peripheriegeräten eine optimale Einschaltreihenfolge. Es ist außerdem wichtig, die Einzelgeräte einer Datenverarbeitungsanlage nicht zu einem vorprogrammierten Zeitpunkt auszuschalten, denn es ist nicht vorhersehbar, ob zu diesem vorgegebenen Ausschaltzeitpunkt an der Anlage gearbeitet wird und es besteht daher die potentielle Gefahr eines Datenverlustes.

Die DE 28 25 770 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung, die dazu dient, bei dicht gepackten integrierten Schaltungen mit einer Vielzahl stromführender Bauelemente die Stromaufnahme und somit die Verlustleistung der aus mehreren Funktionsblöcken bestehenden Einrichtung zu verringern. Dazu ist eine Ablaufsteuerung vorgesehen, die eine Reihe von Schaltern steuert, so daß verschiedene Funktionsblöcke der Einrichtung nacheinander und nicht gleichzeitig arbeiten. Durch diese Schaltungsanordnung wird das Arbeiten verschiedener Funktionsblöcke innerhalb eines Gerätes gesteuert. Diese bekannte Schaltungsanordnung ist nur dann sinnvoll, wenn dann, wenn ein Funktionsblock arbeitet, die übrigen Funktionsblöcke nicht gebraucht werden.

Die US-Firmenschrift "IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 18, No. 1, Juni 1975, Seite 17, 18" beschreibt eine Einrichtung, die innerhalb einiger Computer angeordnet ist und deren Funktion es ist, bei einem kurzzeitigen schlagartigen Netzausfall das Rechnersystem zu inaktivieren. Nach Beendigung des Stromausfalls kann der Rechner seine Arbeit wieder aufnehmen, ohne daß Datenverluste auftreten. Die erfindungsgemäße Netzweiche, mittels derer die Einheiten eines Rechners in einer bestimmten Reihenfolge zentral eingeschaltet werden, um Betriebsstörungen zu vermeiden, wird durch diese Druckschrift nicht nahegelegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine mikrocomputergesteuerte Netzweiche zu schaffen, die gewährleistet, daß beim Einschalten und beim Ausschalten (allerdings nur von Hand) des Rechners und der Peripheriegeräte einer Datenverarbeitungsanlage immer eine optimale Schaltreihenfolge der Einzelgeräte eingehalten wird und dadurch Betriebsstörungen durch unüberlegtes Schalten seitens des Bedieners in falscher Reihenfolge vermieden werden.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine erfindungsgemäße mikrocomputergesteuerte Netzweiche der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.

Erfindungsgemäß wird die Einschaltreihenfolge immer eingehalten, unabhängig davon, ob von Hand an der Netzweiche zentral eingeschaltet wird oder ob der Einschaltzeitpunkt vorher einprogrammiert wird. Letzteres kann sinnvoll sein, wenn die Anlage rechtzeitig vor Inbetriebnahme eingeschaltet werden soll, so daß sich dann die Geräte bereits warmgelaufen haben. Das Einschalten der Einzelgeräte erfolgt erfindungsgemäß automatisch nacheinander, jedoch in kurzen Abständen von nur wenigen Sekunden. Das Einschalten erfolgt vorzugsweise immer im Null-Durchgang, wobei der erfindungsgemäß vorgesehene Mikrocomputer vorteilhaft die Phase abtastet und den Null-Durchgang erkennt. Das Schalten im Null-Durchgang der Sinuskurve hat den weiteren Vorteil, daß die Verbraucher nicht plötzlich, sondern mit der allmählich steigenden Spannung belastet werden. Das Ausschalten der erfindungsgemäßen Netzweiche erfolgt nur per Hand, wobei der Mikrocomputer die Einzelgeräte wiederum in vorgegebener Reihenfolge nacheinander, zum Beispiel in einem Takt von wenigen Sekunden, ausschaltet. Dabei entspricht in der Regel die Ausschaltreihenfolge der umgekehrten Einschaltreihenfolge. Die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert somit auch versehentliches oder mißbräuchliches Ausschalten der Einzelgeräte in falscher Reihenfolge, wobei das Ausschalten dennoch bequem durch Bedienung eines einzigen Schalters möglich ist. Das einmalige Programmieren der erfindungsgemäßen Netzweiche ist in der Regel ausreichend, es sei denn, die Datenverarbeitungsanlage wird durch weitere Geräte ergänzt.

Die Einschaltzeit sowie die Ein- und Ausschaltreihenfolge der einzelnen Verbraucher der Datenverarbeitungsanlage sind gemäß dem Anspruch 1 vom Benutzer frei programmierbar. Es wurde da­ gegen davon abgesehen, die Ausschaltzeit der Anlage eben­ falls frei programmierbar zu gestalten, da ein Abschalten der Geräte einer Datenverarbeitungsanlage zu vorgegebenen Zeitpunkten die Gefahr von Datenverlusten mit sich bringt. Die automatisch gesteuerte Ein- und Ausschaltreihenfolge der Verbraucher erfolgt erfindungsgemäß durch einen pro­ grammierbaren Mikroprozessor. Das Einhalten einer vorge­ gebenen Einschaltzeit für das jeweilige Gerät geschieht durch einen programmierbaren Timer. Der Vorteil der Er­ findung liegt darin, daß mittels eines Schalters am Gerät die gesamte Datenverarbeitungsanlage mit Peripherie ge­ schaltet werden kann. Soll das Einschalten zu einer be­ stimmten Zeit automatisch erfolgen, wird die Einschalt­ zeit über den Timer vorgewählt. Die Datenverarbeitungsan­ lage hat sich dann bei Dienstbeginn bereits warm gelaufen.

Vorteilhaft ist es, am Gehäuse der mikroprozessorgesteuer­ ten Netzweiche eine variable Anzahl von Steckdosen für die Verbrauchereingänge vorzusehen. Wird wegen einer geringen Anzahl von Peripheriegeräten nur ein Teil der vorgesehenen Steckdosen benötigt, können die weiteren Steckplätze für andere Geräte genutzt werden, wie zum Beispiel Arbeitsplatzleuchten. Es ist vorgesehen, daß diese zusätzlichen Geräte unabhängig von der Datenverarbeitungsanlage ohne Zeitverzögerung einge­ schaltet werden, da es sinnvoll ist, wenn derartige Geräte wie Arbeitsplatzleuchten oder dergleichen bereits bei Ar­ beitsbeginn in Betrieb genommen werden.

Besonders in Industriegebieten ist die Netzspannung instabil oder von Fremdimpulsen und Rauschen überlagert. Eine Ausgestaltung der erfin­ dungsgemäßen mikroprozessorgesteuerten Netzweiche erfüllt daher vorzugsweise außerdem die Aufgabe, die Netzspannung auf der­ artige Störungen hin zu überwachen und kurzzeitige Störungen so weit dies möglich ist automatisch herauszufiltern oder zu kompensieren. Auf diese Weise werden die empfindlichen Geräte der Datenverarbeitungsanlage gleichzeitig vor Spannungsspitzen oder geringfügigen Spannungsabfällen ge­ schützt und es wird verhindert, daß laufende Programme beschädigt werden.

Wenn größere Netzstörungen auftreten, wie sie beispiels­ weise durch den Ausfall einer großen Leitung verursacht werden, ist es möglich, daß keine Korrekturmöglichkeit mehr für die Netzweiche besteht. Es besteht dann die Ge­ fahr, daß es zu Datenverlusten im System kommt. Es ist da­ her nach dem Anspruch 2 vorgesehen, daß bei einer solchen nicht korrigierbaren Störung, die vom Mikrocomputer erkannt wird, auf einem entsprechenden Display eine Fehlermeldung ge­ geben wird. Durch diese Fehleranzeige hat der Bediener der Anlage die Möglichkeit rasch zu reagieren, bevor ein Scha­ den durch Datenverlust entsteht. Die Daten können dann beispielsweise durch Festspeichern gesichert werden. Das Display des Geräts kann im übrigen als Echtzeituhr benutzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführung der erfindungsge­ mäßen Netzweiche;

Fig. 2 ein Detailschaltbild des Netzteils 100;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Leistungsteils 300;

Fig. 4 ein Detailschaltbild des Leistungsteils 300;

Fig. 5 ein Blockschaltbild des Mikroprozessor­ systems 200;

Fig. 6 eine Darstellung von IC1 mit den An­ schlüssen;

Fig. 7 eine Darstellung von IC2 mit den An­ schlüssen;

Fig. 8 eine Darstellung von IC3 mit den An­ schlüssen;

Fig. 9 eine Darstellung von IC4 mit den An­ schlüssen;

Fig. 10 eine Darstellung von IC5 mit den An­ schlüssen;

Fig. 11 ein Detailschaltbild des Mikroprozessor-Systems;

Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht einer der vier Sieben­ segmentanzeigen mit ihren Anschlüssen.

Zunächst wird die Funktion des Netzteils 100 anhand Fig. 2 näher erläutert. Die bei 113 eingespeiste Netzspannung wird zunächst mittels eines Netztransformators 101 in eine Niederspannung transformiert und mittels des Gleichrichters 103 in Gleichspannung umgewandelt. Der Elektrolytkondensator 104, der Festspannungsregler 106, sowie ein weiterer Elek­ trolytkondensator 105 sorgen für die Glättung und Konstant­ haltung dieser Niederspannung. Von hier aus zweigt eine Leitung 107 ab zur Versorgung des Mikroprozessor-Systems mit Spannung, auch dann, wenn durch den Schalter 108 die Verbraucher ausgeschaltet werden (Standby-Betrieb des Mikrocomputers). Von der Netzeingangsleitung zweigt am Kreuzungspunkt 118 eine Phase (220 Volt) 119 ab, die über den Widerstand 112 zum Optokoppler 115 führt. Anti­ parallel zum Optokoppler 115 ist eine Zenerdiode 114 ge­ schaltet, die eine Durchbruchsspannung von 5,6 Volt hat und den Optokoppler vor zu hohen Strömen schützt. Der Opto­ koppler 115 übersetzt die Signale der Eingangsspannung in entsprechende 5-Volt-Signale und gibt diese über die Leitung 117 zur CPU-Leiterplatte weiter. Von der Netz­ eingangsleitung zweigt an der Abzweigung 120 eine weitere Leitung von der Phase ab, die über einen hochohmigen Wider­ stand 109 zur Gasentladungslampe 110 führt. Die Kontroll­ lampe 110 zeigt an, ob das Gerät ein- oder ausgeschaltet ist. Der Ein-Aus-Schalter 108 unterbricht den Strom für die Leuchtdiode des Optokopplers 115. Durch diese Unter­ brechung wird der prozessorgesteuerte Ausschaltvorgang in bestimmter Reihenfolge der Verbraucher veranlaßt.

Im folgenden wird das Leistungsteil 300 anhand von Fig. 4 näher beschrieben. Fig. 4 zeigt ein Detailschaltbild einer Leistungsschaltung für je einen Verbraucher. Der Opto­ koppler 309 wirkt im Leistungsteil wie ein verstellbarer Widerstand, der über die Photodiode des Optokopplers vom Mikroprozessor gesteuert wird. Der hochohmige Widerstand 310 liegt in Reihe, damit ein Mindestwiderstand gegeben ist. Die Kapazität 313 wird aufgeladen. Wenn der Wert der Kippspannung am Diac 312 erreicht ist, schaltet dieser durch und zündet den Triac 311. Der Triac 311 gibt die so ge­ steuerte Phase an den Endverbraucher 316 weiter. Um Hoch­ frequenzstörungen, die durch den steilen Anstieg im Phasen­ anschnitt entstehen können, im gesteuerten Netz zu vermei­ den, wird aus der Kapazität 314 und der Induktivität 322 eine Entstörschaltung hergestellt.

Das Mikroprozessorsystem 200 wird nun anhand von Fig. 11 beschrie­ ben. Das Mikroprozessorsystem enthält 5 integrierte Schaltkreise, nämlich IC1, IC2, IC3, IC4 und IC5. IC1 ist ein Single Chip Mikroprozessor 8035-L und dient als Central Processing Unit (zentrale Mikroprozessoreinheit) und ist mit 201 bezeich­ net. Als Taktgeber für die CPU dient der 6-MHz-Quartz 234. Zur normalen Bedienung dienen die vier Schalter 224, 225, 226, 227. Der Schalter 224 ist für den Timer, der Schalter 225 für die Uhr, der Schalter 226 für Mode und der Schalter 227 für Set vorgesehen. Weiter sind zwei Wechselschalter, nämlich Bezugszeichen 229 Wechselschalter J₁ und Bezugs­ zeichen 230 Wechselschalter J₂ vorgesehen. Die Wechsel­ schalter ermöglichen jeweils zwei Voreinstellungen. Die linke Stellung des Wechselschalters J₁ 229 hat die Be­ deutung "Uhrenanzeige nicht ausschalten, wenn Verbraucher aus". Die rechte Stellung des Wechselschalters 229 hat die Bedeutung "Uhrenanzeige ausschalten, wenn Verbraucher aus". Die linke Stellung des Wechselschalters 230 hat die Bedeu­ tung "Serviceprogramm ausführen". Die rechte Stellung des Wechselschalters 230 hat die Bedeutung "Normalprogramm ausführen".

Mit 216 ist das IC2 bezeichnet, ein Oktal Latch und dient als Adreßauffangregister. Das dritte IC ist mit 215 be­ zeichnet. 215 ist ein Eprom und dient als Programmspeicher mit 2 KByte. Der vierte integrierte Schaltkreis (IC) ist mit 217 bezeichnet. 217 ist ebenfalls ein Oktal Latch und dient einerseits als Kathoden­ treiber für die Siebensegmentanzeige 221 und andererseits als Verbrauchersteuerung. Der fünfte integrierte Schaltkreis (IC) ist mit 213 bezeichnet. 213 ist ebenfalls ein Oktal Latch und dient als Segmenttreiber für die Siebensegmentanzeige 221. Zwischen den Segmenttreiber 213 und die Siebensegment­ anzeige 221 ist die Diodenlogik mit 8 Dioden 223 ge­ schaltet.

Die CPU 201 wird mit einer Taktfrequenz von 6 MHz betrieben. Hierdurch ergibt sich für den internen Timer eine program­ mierte Interruptzeit von 20 Millisekunden. Das entspricht einer Frequenz von 50 Hz. Diese Zeitreferenz ist für die Uhrenfunktion notwendig. Das Display 221 wird von der CPU 201 Multiplext. Jeder Displayzyklus beschreibt 25mal das betreffende Digit, um eine flimmerfreie Anzeige zu erhal­ ten. Die Datenübernahme für das IC 217 von der CPU 201 erfolgt über die beiden Portleitungen, die den Anschlüssen 37 und 36 an der CPU 201 entsprechen (Fig. 6). Die Daten­ übernahme für das IC 213 erfolgt über die Portleitung, die dem Anschluß 38 an der CPU 201 entspricht (siehe Fig. 6). Hier wird ein Strobeimpuls von 5 Mikrosekunden erzeugt, der die IC 213, 217 veranlaßt, die Informationen, die an Porti anliegen, zu übernehmen. Nach dem Netzanschluß werden dann noch die Ausgänge des IC 217 auf hohe Impedanz geschaltet, um den noch nicht definierten Zustand der Flip-Flops dieses IC zu unterdrücken. Auf diese Art und Weise kann kein un­ kontrolliertes Triggern der Optokoppler 309 für die Ver­ braucher bei diesen Störungen hervorrufen. Die Anschluß­ leitung 239, die dem Anschluß 1 (Fig. 6) an der CPU ent­ spricht, dient dieser als Netzdetektor. Hier erkennt der Mikrocomputer, ob Netz ein- oder ausgeschaltet ist. Die Schaltoperatiomen der Verbraucher werden über IC 217 und die Optokoppler 309 in den Leistungsteilen abgewickelt. Die Leitung 245 führt vom IC 217 zu einem Verbraucher, der nicht zeitverzögernd geschaltet wird, wie zum Beispiel eine Tischlampe. Am IC 217 ist der Anschluß für drei zeit­ verzögert geschaltete Verbraucher 242, 243, 244 und einen weiteren Verbraucher vorgesehen. Die Zahl der Anschluß­ möglichkeiten läßt sich beliebig erhöhen, indem weitere IC nach Art des IC 217 zu diesem parallel geschaltet werden. Am Anschluß 239 der CPU werden ebenfalls Störungen im Netz erkannt, die nicht mehr von der Triacsteuerung korregier­ bar sind. Wenn dieser Fall eintritt, gibt die CPU 201 eine Fehlermeldung auf dem Display 221 ab.

Die von der CPU 201 betriebene Uhr, als Uhrenanzeige dienen die Siebensegmentanzeigen 221 des Displays 220, kann auch als Timer verwendet werden. Dieser kann durch den Bediener eingestellt und aktiviert werden. Die Programmierung dafür ist einfach. Wenn der Timer aktiviert wurde, wird dies durch den Dezimalpunkt in der Minutenanzeige dargestellt. Dieser wird auch dann angezeigt, wenn der Wechselschalter J1 229 in der rechten Stellung ist. Das obenerwähnte Serviceprogramm hat die Bedeutung, daß sich bei dieser Programmierung die CPU selbst durchprüft, d. h. beispiels­ weise prüft, ob ihre Speicher intakt sind.

Claims (10)

1. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche für die zentrale Steuerung der Versorgung mehrerer Verbraucher, mit mehreren Steckplätzen für den Anschluß der Verbraucher und deren Versorgung mit Spannung und einer programmierbaren Einrichtung, die das Einschalten einzelner Verbraucher zu vorgegebenen Zeiten ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Mikroprozessorsystems (200) nach Einschalten einer zentralen Schaltvorrichtung von Hand oder zu einer über einen Timer vorgewählten Einschaltzeit der Rechner und die Peripheriegeräte einer Datenverarbeitungsanlage nacheinander in vorbestimmten Zeitabständen in vorprogrammierter Reihenfolge eingeschaltet werden und nach dem nur von Hand möglichen Abschalten der zentralen Schaltvorrichtung die Peripheriegeräte und der Rechner nacheinander in umgekehrter Reihenfolge in vorbestimmten Zeitabständen abgeschaltet werden.

2. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroprozessorsystem (200) die Versorgungsspannung des Netzes überwacht und mittels dafür vorgesehener Schaltungen kurzzeitige Störungen der Netzspannung herausfiltert oder kompensiert und bei einer nicht mehr kompensierbaren Spannungsstörung eine Fehlermeldung auf einem Display (220) abgibt.

3. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Leistungsteil (300) der Netzweiche eine Triac-Schaltung vorgesehen ist, mittels derer die Störungen der Netzspannung kompensiert werden.

4. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Triac-Schaltung aus einem Triac (311) besteht, der von einem Diac (312) angesteuert wird, sowie einer Drosselspule (322) und zwei Kondensatoren (313, 314).

5. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Netzteil (100) eine Schaltung vorgesehen ist, die die Versorgung des Mikroprozessorsystems (200) mit 5 Volt Spannung ermöglicht, auch wenn die Verbraucher ausgeschaltet sind.

6. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeigevorrichtung eine Siebensegmentanzeige (221) vorgesehen ist, für die als Segmenttreiber ein integrierter Schaltkreis (213) des Mikroprozessorsystems dient und für die als Kathodentreiber ein integrierter Schaltkreis (217) des Mikroprozessorsystems dient.

7. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Netzteil (100) der Netzweiche ein Optokoppler (115) als Detektor für schwere Netzstörungen dient, der entsprechende 5 Volt-Signale über eine Leitung (117) zur zentralen Mikroprozessoreinheit (201) des Mikroprozessorsystems weitergibt.

8. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Netzteil (100) antiparallel zum Optokoppler (115) diesem eine Zenerdiode (114) vorgeschaltet ist.

9. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung der Verbraucher über einen integrierten Schaltkreis (217) des Mikroprozessorsystems (200) erfolgt, wobei im Leistungsteil (300) jedes zeitverzögert geschalteten Verbrauchers ein Optokoppler (309) vorgesehen ist, der die über die Leitung (319) vom integrierten Schaltkreis (217) kommenden Signale umwandelt und an die Netzanschlüsse (316, 317) der Verbraucher weitergibt.

10. Mikrocomputergesteuerte Netzweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am integrierten Schaltkreis (217) des Mikroprozessorsystems (200) mindestens ein weiterer Ausgang für den Anschluß eines weiteren nicht zeitverzögert geschalteten Verbrauchers vorgesehen ist.