DE4225834A1

DE4225834A1 - Speicherprogrammierbare digitale Steuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE4225834A1
Application number: DE19924225834
Authority: DE
Inventors: Bernhard E Dipl Ing Frenzel; Frank Dipl Ing Eggebrecht
Original assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Current assignee: INTER CONTROL Hermann Koehler Electrik GmbH and Co KG
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1994-02-10

Description

Die Erfindung betrifft eine speicherprogrammierbare digitale Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Speicherprogrammierbare Steuerungseinrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungen bekannt und werden beispielsweise zur Ansteuerung von Maschinen oder Anlagetei len wie Motoren, Sensoren, Ventilen, Aktoren, Stellgliedern, Anzeigen und Bedieneinheiten und dergleichen verwendet. Durch derartige speicherprogrammierbare Steuerungsanlagen können auch relativ komplizierte Steuerungsabläufe abgespeichert und bei Bedarf an die angesteuerten Vorrichtungen abgegeben werden, wodurch sich auch komplizierteste Steuerungsablauf strukturen auf sichere Weise durchfahren lassen.

Bekannte Einrichtungen der vorbezeichneten Art weisen in der Regel zunächst eine zentrale Steuereinheit - genannt Master - auf, die über ein Bus-Leitungssystem mit mindestens einer von der zentralen Steuereinheit abhängigen Untereinheit verbunden ist. Dazu weist die abhängige Untereinheit (Slave) neben ei ner üblichen Busschnittstelle weitere digitale und/oder ana loge Ein/Ausgänge auf, die die anzusteuernden Einheiten wie Motoren, Sensoren oder dergleichen der Maschinen und Anlage teile angeschlossen werden können.

Darüber hinaus sind speicherprogrammierbare digitale Steue rungseinrichtungen nach dem Stand der Technik mit einem Spei cher versehen, in welchem Programme und Unterprogramme zur Steuerung des Programmablaufes abgelegt werden können.

Tritt nun bei den Einrichtungen nach dem Stand der Technik in irgendeinem Einrichtungsteil eine Störung auf, beispielsweise eine Unterbrechung der Busverbindung, ein Ausfall des Master- oder Slave-Prozessors und dergleichen, ist ein sicherer Be trieb der durch die digitale Steuerungseinrichtung angesteu erten Maschine oftmals nicht mehr möglich. Man stelle sich vor, die digitale Steuerungseinrichtung dient zur Steuerung eines Krans, der gerade empfindliche und schwere Lasten för dert, dann kann ein Ausfall - beispielsweise des Masters zu Fehlschaltungen führen, die unter Umständen große Gefahrenzu stände im Bereich des Krans herbeiführen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine speicherpro grammierbare digitale Steuerungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß im Falle unterschiedlicher Einrichtungsstörungen Gefahrenzu stände im Bereich der durch die Steuerungseinrichtung gesteu erten Maschine oder Anlage mit Sicherheit vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruches 1 dadurch gelöst, daß die Steuerungseinrichtung min destens eine Fehleranalyseeinrichtung aufweist, die bei Auf treten eines Defektes der zentralen Steuereinheit und/oder der Busverbindung und/oder der Untereinheit den Defekt ermit telt, analysiert und für den Start eines in der weiteren Speichereinrichtung abgelegten Notpragrammes sorgt.

Als Kern der Erfindung wird es mithin angesehen, zunächst eine Fehleranalyse-Einrichtung vorzusehen. Die Fehleranalyse- Einrichtung kann mehrere separat oder zusammenwirkende Feh leranalyseeinrichtungselemente aufweisen, beispielsweise eine Fehleranalyse-Einrichtung am Master, eine weitere am Slave und eine Dritte im Verbindungsbereich zwischen Master und Slave, die entweder laufend oder mit gewissen Intervallen die zwischen Master und Slaves gewechselten Telegramme überprüfen und auf Vollständigkeit und Richtigkeit auswerten.

Wird nun entweder über eine oder mehrere Fehleranalyseein richtungsteile ein Defekt im Gesamtsystem geortet, dann wird - völlig losgelöst von den jeweils gerade ablaufenden Master oder Slaveaktionen - ein Notprogramm gestartet, das unbeein flußbar durch die Defektsituation abläuft und die an die Steuerungseinrichtung angeschlossene Maschine so steuert, daß Gefahrenzustände vermieden werden und die Anlage bzw. Teile der Anlage in eine sichere Ruhelage bringt. Im Falle des oben erwähnten Kranes können z. B. mehrere Notprogramm-gesteuerte Maßnahmen zur Lastensicherung und Absenkung getroffen werden, bedeutungsvoll ist, daß die Notprogramme auf die jeweiligen angeschlossenen Maschinen abgestimmt sind und völlig losge löst vom Hauptprogramm niedergelegt werden, um bei einer Hauptprogrammstörung ein sicheres Zurückfahren der ange schlossenen Maschine in einen gefahrenfreien Zustand gewähr leisten können.

Weist die speicherprogrammierbare digitale Steuerungseinrich tung mehrere Untereinheiten auf, wie dies in der Regel vorge sehen ist, so soll jede Untereinheit eine gesonderte Fehler analyseeinrichtung aufweisen, deren Fehlerausgang mit einem Notlaufprogramm-Starteingang des zugeordneten weiteren Spei chers verbunden ist. Zweckdienlicherweise ist der zugeordnete weitere Speicher in der Untereinheit enthalten, damit der Notprogrammbetrieb im Falle eines Defektes im Bereich der je weiligen Untereinheit nur begrenzt im Bereich dieser Unter einheit abläuft. Tritt hingegen ein Masterdefekt oder ein Defekt im Bussystem auf, wird dies von allen Fehleranalyse einrichtungen in allen Untereinheiten registriert, die Ge samtheit aller Notlaufprogramme wird dann gestartet und si chert die Maschine oder Anlage.

Vorteilhafterweise sind die Notlaufprogramme zunächst zumin dest zum Teil in der ersten Speichereinrichtung der zentralen Steuereinheit abgelegt. Sie können während einer Programm startphase in die Speichereinheiten der Untereinheiten um geladen werden. Dadurch ist eine zentrale Programmierung der Notprogramme über die Zentraleinheit möglich. Es ist aber auch möglich, daß die Notlaufprogramme zumindest zum Teil in den Untereinheiten abgelegte Festprogramme sind, sofern die Untereinheiten immer einen bestimmten Maschinenteil zugeord net sind.

Es kann auch besonders vorteilhaft sein, wenn als Bus-Teil nehmer, d. h. sowohl die zentrale Steuereinheit bzw. zentrale Steuereinheiten (Master) und die abhängigen Untereinheiten (Slaves) "laufend Lebenszeichen" von sich geben, was bei spielsweise als Impulsfolge, serielle Dateninformation oder dergleichen geschehen kann. Fällt nun einer der Teilnehmer aus, wird dies von der Fehleranalyseeinrichtung bemerkt. Im Falle eines Masterdefektes übernehmen alles Slaves ihre zuge wiesenen Notfunktionen. Fällt ein Slave aus, kann der Master anderen Slaves Funktionen oder Programm zuordnen, um den aus gefallenen Slave zu substituieren oder zumindest zu unter stützen.

Zur Überprüfung der Notprogramme bzw. der entsprechenden Not laufsituation der Maschine kann es zweckdienlich sein, wenn während der Startprogrammphase jedes Notlaufprogramm mindestens einmal komplett durchlaufen wird und im Maschinenelementbereich durch Sensoren die Richtigkeit und Vollständigkeit der Notlaufprogramm überprüft und bei ordnungsgemäßem Verlauf der Notlaufprogramme ein Freigabesignal für den Programmstart abgegeben wird. Durch eine derartige Maßnahme wird vermieden, daß Fehler, die sich in die Notlaufprogramme eingeschlichen haben, während des Ab laufes des Hauptprogrammes unbemerkt vorliegen und im Not lauffall Gefahren und Schäden im Bereich der gesteuerten An lagen herbeiführen.

Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die zentrale Steuerein heit einen Fehlersignalgenerator aufweist, der bei Auftreten eines Fehlers in der zentralen Steuereinheit ein Fehlersignal an die Untereinheiten zum Starten der Notlaufprogramme ab gibt. Das Fehlersignal kann entweder über den Bus zu den Un tereinheiten geführt werden, es ist aber auch möglich, geson derte Fehlersignalleitungen vorzusehen, über die das Fehler signal an die Untereinheiten abgegeben wird. Damit wird ver mieden, daß im Falle eines zusätzlichen Busdefektes die Feh lersignale nicht die adressierten Untereinheiten erreichen und ein Starten des jeweiligen Notprogrammes unterbleibt.

Die Erfindung ist anhand eines vorteilhaften Ausführungsbei spiels in der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt:

Eine schematische Darstellung einer speicherprogrammier baren digitalen Steuerungseinrichtung nach der Erfin dung.

Die in der Zeichnungsfigur dargestellte speicherprogrammier bare digitale Steuerungseinrichtung 1 weist zunächst zentrale Steuereinheiten 2 mit einer ersten Speichereinrichtung 3 so wie von den zentralen Steuereinheiten 2 unabhängige Unterein heiten 4 auf, die über ein Bus-Leitungssystem 5 mit den zen tralen Steuereinheiten 2 in Verbindung stehen. Dazu weisen sowohl die zentralen Steuereinheiten 2 als auch die Unterein heiten 4 Bus-Schnittstellen 6 auf, an die die Konnektoren des Bus-Leitungssystems 5 anschließbar sind.

An den Untereinheiten 4 sind ferner digitale und/oder analoge Eingänge 7 sowie Ausgänge B vorgesehen, an die Motoren, Sen soren, Ventile, Aktoren von Maschinen und Anlagenteilen ange schlossen werden können, die über die Steuerungseinrichtung 1 gesteuert werden.

Mit den zentralen Steuereinheiten 2 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel Eingabevorrichtungen 9 vorgesehen, die zur Dateneingabe bzw. -änderung in den zentralen Steuerein heiten dienen.

Ferner sind weitere Speichereinrichtungen 10 im Bereich der Untereinheiten 4 vorgesehen.

Erfindungsgemäß weist die Steuereinrichtung 1 Fehleranalyse einrichtungen 11, 12 auf, die bei Auftreten eines Defektes entweder der zentralen Steuereinheiten 2 oder im Bereich des Bus-Leitungssystems und/oder im Bereich der Untereinheiten 4 ein in der weiteren Speichereinrichtung 10 abgelegtes Not laufprogramm starten, durch welches eine Betriebszustandssi cherung der an die Steuerungseinrichtung 1 angeschlossenen Maschine oder Anlage vollzogen wird.

Die Fehleranalyseeinrichtungen 11 sind gesonderte, in jeder einzelnen Untereinheit 4 angeordnete Fehleranalyseein richtungen, die die über eine Vergleichereinrichtung an den Bus-Schnittstellen 6 anliegende Datentelegramme mit abgespei cherten Telegrammustern vergleichen und die Zulässigkeit und Vollständigkeit der anliegenden Telegramme somit überprüfen können.

Wird in diesem Bereich irgendeine Unregelmäßigkeit , sei sie durch einen Masterdefekt oder durch einen Bus-Leitungssystem defekt verursacht, ermittelt, wird das Notlaufprogramm ge startet. Auch ist jede Fehleranalyseeinrichtung 11 geeignet, eine untereinheiteninterne Überprüfung vorzunehmen. Treten mithin Defekte auf, die durch die Untereinheiten verursacht werden, wird auch das Notlaufprogramm gestartet, das im Be reich der weiteren Speichereinrichtung 10 abgelegt ist.

Die mit 12 bezeichneten Fehleranalyseeinrichtungen im Bereich der zentralen Steuereinheiten sind geeignet, Fehler im Bereich der zentralen Steuereinheiten zu erkennen und im Falle eines solchen Fehlers die entsprechenden Notlaufpro gramme einzuschalten. Die Fehleranalyseeinrichtungen 12 sind als Fehlersignalgenerator ausgebildet, deren Ausgang 13 über eine Fehlersignalleitung 14 mit den Untereinheiten verbunden ist. Dadurch kann unbeeinflußt von dem Bus-Leitungssystem, das in den weiteren Speichern 10 abgelegte Notlaufprogramm, das für jede Untereinheit individuell zugeschnitten sein kann, gestartet werden.

Vorteilhafterweise sind die Notlaufprogramme zumindest zum Teil in der ersten Speichereinrichtung 3 der zentralen Steuereinheit 2 abgelegt. Sie können während einer Programm startphase an die weiteren Speichereinheiten 10 der Unterein heiten 4 umgeladen werden und stehen dort während des Betriebes der Steuerungseinrichtung als individuell strukturierte, auf die Untereinheit bzw. auf die an diese an geschlossene Anlage für den Notfall zur Verfügung.

Es ist aber auch möglich, die Notlaufprogramme als in den Untereinheiten 4 abgelegte Festprogramme auszubilden, sofern die an die Untereinheiten angeschlossenen Apparate und Geräte dies zulassen.

Die Programmierung der Notlaufprogramme, die zunächst im Ab schnitt 15 der ersten Speichereinrichtung 3 abgelegt sind, erfolgt über die Eingabevorrichtungen 9 der zentralen Steuereinheiten. Um die Programmierung und die Überwachung der Programme bzw. des Programmablaufes zu ermöglichen, kön nen sowohl an den zentralen Steuereinheiten 2 als auch an den Untereinheiten 4 Monitore und dgl. vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

1 Steuerungseinrichtung
2 zentrale Steuereinheit
3 Speichereinrichtung
4 Untereinheit
5 Bus-Leitungssystem
6 Bus-Schnittstelle
7 Eingang
8 Ausgang
9 Eingabevorrichtung
10 weitere Speichereinrichtungen
11 Fehleranalyseeinrichtung
12 Fehleranalyseeinrichtung
13 Ausgang
14 Fehlersignalleitung
15 Abschnitt

Claims

1. Speicherprogrammierbare digitale Steuerungseinrichtung (1) für dezentral ansteuerbare Maschinenelemente und Anlagenteile mit

- mindestens einer zentralen Steuereinheit (2) (Master) mit einer ersten Speichereinrichtung (3);
- mindestens einer von der zentralen Steuereinheit (Master) abhängigen Untereinheit (4) (Slave), die
- über mindestens ein Bus-Leitungssystem (5) mit der mindestens einen zentralen Steuereinheit (2) (Master) verbunden ist,
- neben einer Bus-Schnittstelle (6) weitere di gitale und/oder analoge Ein/Ausgänge (7, 8) zum Anschluß von angesteuerten Einheiten (Motoren, Sensoren, Ventilen, Aktoren) der Ma schinen und Anlage aufweist sowie
- mindestens eine weitere Speichereinrichtung (10) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinrichtung (1) mindestens eine Fehleranalyseeinrichtung (1, 12) aufweist, durch die bei Auftreten eines Defektes der zentralen Steuereinheit (2) (Master) und/oder des Busleitungssystems (5) und/oder der Untereinheit (4) (Slave) ein in der weite ren Speichereinrichtung (10) abgelegtes Notlaufprogramm startbar ist.

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 mit mehreren Un tereinheiten (4) (Slaves), dadurch gekennzeichnet, daß jede Untereinheit (11) (Slave) eine gesonderte Fehleranalyseeinrichtung aufweist, deren Fehlerausgang mit einem Notlaufprogrammstarteingang des zugeordneten weiteren Speichers (10) verbunden ist.

3. Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehleranalyseeinrichtung (1) mindestens eine Vergleichereinrichtung umfaßt, die an der Bus-Schnitt stelle (6) anliegende Datentelegramme mit abgespeicher ten Telegrammustern vergleicht und die Zulässigkeit und Vollständigkeit der anliegenden Telegramme überprüft.

4. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Notlaufprogramme zumindest zum Teil in der er sten Speichereinrichtung (3) der zentralen Steuereinheit (2) (Master) abgelegt sind und während einer Programmstartphase in die Speichereinheit(en) (10) der Untereinheit(en) (4) umgeladen werden.

5. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Notlaufprogramme in der/den Untereinheit(en) (4) abgelegte Festprogramme sind.

6. Steuereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Programmstartphase jedes Notlaufprogramm automatisch mindestens einmal komplett durchlaufen wird und über an den durch die Notlaufprogramme angesteuerten Maschinenelementen angeordnete Sensoren die Richtigkeit und Vollständigkeit der Notlaufprogramme überprüft und bei ordnungsgemäßem Verlauf der Notlaufprogramme ein Freigabesignal für den Programmstart abgegeben wird.

7. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit (2) (Master) eine als Fehlersignalgenerator ausgebildete gesonderte Feh leranalyseeinrichtung (12) aufweist, die bei Auftreten eines Fehlers in der zentralen Steuereinheit (2) (Master) ein Fehlersignal an die Untereinheiten (4) (Slave) zum Starten der Notlaufprogramme abgibt.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (13) des Fehlersignalgenerators über eine Fehlersignalleitung (14) mit den Untereinheiten (4) verbunden ist.

9. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Notlaufprogramme über eine Eingabevorrichtung (9) der zentralen Steuereinheit (2) programmierbar sind.

10. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignalleitung (14) als zusätzliche, Bus unabhängige Leitung ausgebildet ist.

11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Defektes der zentralen Steuereinheit, oder einer der Untereinheiten oder des Bus- Leitungssystems einer der Slaves die Verbindung zwischen einem weiteren Slave und einer von dieser angesteuerten Einheit (Motor, Sensor, Ventil, Aktor) abschaltet.

12. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Fehleranalyseeinrichtung ein optisches und/oder akustisches Warnsignal aktivierbar ist.