DE4232518C2 - Ansteuereinrichtung für Ventile und/oder Ventileinheiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuereinrichtung für Ventile und/oder Ventileinheiten mit einer elektronischen zentralen Leitstelle (SPS) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Ansteuereinrichtungen für Ventile und/oder Ventileinheiten mit Busansteuerung sind beispielsweise aus dem Prospektdatenblatt von Mannesmann Rexroth Pneumatik (September 81; 13.055) bekannt. Hierbei ist vorgesehen, eine Ventilanordnung zu einer Ventileinheit zusammenzufassen und eine solche Baugruppe dann mit einer bezüglich dieser Baugruppe zentralen Elektronik zu versehen, die u. a. die Dekodierung der Bussignale vornimmt und daraus die Ansteuerung der einzelnen Ventile bestimmt. Am Ausgang dieser Dekodierelektronik werden elektrische Leitungen zu den entsprechenden Betätigungsmagneten der einzelnen Ventile geführt.

In der praktischen Anwendung ergibt sich jedoch, daß in einem Anwendungsfall die Ventileinheit aus vielen und in einem anderen Anwendungsfall aus nur wenigen Ventilen besteht. Eine Ventileinheit stellt dabei eine zu einer Baugruppe zusammengefaßten Anordnung mehrerer Einzelventile dar. Im Stand der Technik ist es daher bekannt, diese Ventileinheit-bezogene zentrale Dekodierelektronik so auszugestalten, daß sie bis zu einer bestimmten Anzahl von Einzelventilen einsetzbar ist. Daraus ergibt sich, daß bei Ventileinheiten mit wenigen Ventilen die zentrale Dekodierelektronik überdimensioniert ist. Für Ventileinheiten mit vielen Einzelventilen wird diese Bauform zwar wieder wirtschaftlicher, jedoch ergibt sich dann der Nachteil, daß eine zahlmäßige Obergrenze von Ventilen vorgegeben ist.

Aus der DE 39 15 456 A1 ist eine Ansteuereinrichtung für Ventile bekannt, bei der die Ventile (18) über eine Busleitung (14) parallelgeschaltet sind und bei der jedes Ventil einen Ankoppelbaustein (16) aufweist, in dem die seriell übertragenen Adreß­ bits dekodiert werden (s. Fig. 1 und zugehörige Beschreibung).

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Ansteuereinrichtung so zu gestalten, daß eine große Anzahl von Ventilen an letzlich einer gemeinsamen Busleitung ange­ koppelt, über dieselbe ansteuerbar und die Ansprechzeiten der Ventile erheblich ver­ kürzt sind.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1. In den Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen von Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung des oben genannten Problems ergibt sich der Vorteil, daß nun eine quasi unbegrenzte Zahl von Einzelventilen zu einer Ventilbaugruppe bzw. Ventileinheit zusammengefaßt werden kann.

Die Zusammenfassung erfolgt dabei rein administrativ über die elektronische zentrale Leitstelle bzw. den Zentralrechner. Das heißt daß es somit sogar möglich ist, die Zusammenfassung von Einzelventilen zu Ventileinheiten erst im bzw. durch den Zentralrechner vorzunehmen. Der Vorteil ist, daß die Ventileinheiten immer änderbar, d. h. neu zusammenstellbar sind. Somit kann gegenüber dem Stand der Technik auf eine an der Ventileinheit angeordnete bezüglich der Einzelventile zentrale Dekodierelektronik verzichtet werden. Daher ist die Größe der Ventileinheit auch nicht mehr von der Zahl elektrischer Ein- und Ausgänge der zentralen Dekodierelektronik abhängig. Im Stand der Technik ergab sich, daß bei Verwendung einer Ventileinheit-zentralen Dekodierelektronik am Ausgang jeweils Einzelleitungen zu jedem einzelnen Ventil geführt werden mußten. Dieser Aufwand entfällt bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls, da die Busleitung von einem zum anderen Ventil fortgesetzt - "durchgeschleift" - wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Dekodierbauelement jeweils in das Ventilgehäuse integriert oder das Dekodierelement ist jeweils in einem zum jeweiligen Ventil gehörenden Steckerkörper integriert. Da das Dekodierelement in der für die Erfindung vorgesehenen Weise auf die nur nötigen Funktionen minimiert ist, ist das Bauelement auch entsprechend klein und somit in der vorgeschlagenen Weise baulich auch integrierbar. Bei Verwendung eines Protokollumsetzers innerhalb der Busleitung kann über dieses Gerät jedes einzelne Dekodierelement und damit jedes einzelne Ventil codiert werden. Verzichtet man auf den Protokollumsetzer, so ist es dann notwendig, die einzelnen Ventile durch Aufstecken auf ein Handprogrammiergerät zu programmieren bzw. zu codieren. Durch die Verwendung eines Dekodierbauelementes mit einem nichtflüchtigen Speicherelement (EEPROM) ist es außerdem noch möglich, in das Dekodierbauelement neben der Adreßkodierung auch eine Parametrierung einzubringen. Somit ist Dekodierung der Adresse und Parametrierung am Ort jedes einzelnen Ventiles möglich.

Mit Parametrierung ist die Abspeicherung und Ansteuerung des Ventiles über entsprechende Prozeßparameter gemeint. Das heißt, die Parametrierung enthält beispielsweise für welche Zeit und mit welcher Flanke das Ventil durchsteuern soll. Dies kann bei entsprechender Parametrierung dazu führen, daß zunächst nur ein "Ansteuerpuls" über die Busleitung nötig ist und daß darauf hin das Ventil nach Akzeptieren der Adressierung selbsttätig ohne Zugriff auf eine externe Datenleitung einen zuvor abgespeicherten parametrierten Betätigungsablauf durchfährt.

Betrachtet man diese vorzüglichen Vorteile in Verbindung mit der Tatsache, daß die Ventileinheiten individuell zusammengestellt und erweitert werden können, so ergibt sich, daß eine solche Erweiterung ohne Programmierung einer sonst im Stand der Technik üblichen Ventileinheiten-Zentralelektronik vorgenommen werden kann. Die Vorteile einer solchen Dezentralisierung von Codierung und Parametrierung machen sich nicht nur in der Montagefreundlichkeit sondern auch in der Schnelligkeit einer solchen Ansteuereinrichtung vorteilhaft bemerkbar.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Direktansteuerung der Ventile aus der SPS,

Fig. 2 Verwendung eines Protokollumsetzers.

Fig. 1 zeigt schematisch die Ansteuerweise der Ventile. Hierbei sind die Ventile 1, 2, . . . bis n bezeichnet. Diese Darstellung und Benennung des letzten Ventiles mit n soll bedeuten, daß die Anzahl der ansteuerbaren Ventile prinzipiell nicht eingeschränkt ist. Aus der zentralen Einheit 30 (SPS) führt eine Busleitung 40, welche durchgehend von einem Ventil zum anderen geführt ist. Jedes Ventil besteht im wesentlichen aus einem Ventilkörper 12, der mit den Druckanschlüssen versehen ist und das schaltende Ventilglied beinhaltet, einem Betätigungsmagneten 11, der das Ventilglied betätigt und einem Dekodierbaustein 10. Hierbei ist es möglich, daß über die SPS 30 die Einteilung der 1 bis n Ventile in einzelne Ventilgruppen bzw. Ventileinheiten in der SPS 30 durch Programmierung selbst vorgenommen werden kann. Eine ventileinheitenbezogene Zentralelektronik zur Dekodierung des über die Busleitung 40 geführten Ansteuersignales entfällt bei der vorliegenden Erfindung gänzlich. Somit kann an die Busleitung 40 nahezu eine unbegrenzte Anzahl von Ventilen angehangen werden, da jedes Ventil über einen eigenen ihm zugeordneten und im Bereich des Ventiles selbst angeordneten Dekodierbaustein 10 verfügt. Es ist möglich, eine gewisse Anzahl von Ventilen baulich auf einer Grundplatte aufzubauen, wodurch elektrische und Druckmittelleitungen integriert zu den jeweiligen Ventilen geführt werden können. Die ansteuerungsmäßige bzw. administrative Einteilung in Ventilgruppen erfolgt hierbei zentral über die SPS. Das heißt, daß grundsätzlich auf die Anordnung einer zentralen Dekodierelektronik auf jeder Ventileinheit verzichtet werden kann. Damit ist es auch möglich, beispielsweise an einer großen Anlage vereinzelte Ventile, die nicht gemeinsam auf einer Grundplatte angeordnet sind, über den Rechner zu einer "gedachten" Ventileinheit zusammenzufassen. Eine solche "gedachte" Ventileinheitenbildung kann erhebliche Anwendungsvorteile haben. Ein bereits beschriebener konstruktiver Vorteil zeigt sich hier in der Ausgestaltung der schematisch dargestellten Busleitung 40. Diese kann durchgehend erfolgen, wobei zu jedem Einzelventil ein Abgang angeschlossen ist. Das heißt es laufen von einem Knotenpunkt nicht mehr sternförmig Ansteuerleitungen zu den Einzelventilen, sondern die Busleitung kann von einem zum anderen Ventil durchgeführt (durchgeschleift) werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltungsmöglichkeit, bei der die Programmierbarkeit der Ansteueradressen der einzelnen Dekodierbauelemente 10 dargestellt ist. Der Protokollumsetzer 20 ist dabei an die Busleitung 40 angebunden, die zu den einzelnen Ventilen 1, 2, . . . n führt und über die Busleitung 41 mit der SPS 30 verbunden. Der Protokollumsetzer 20 wird von der SPS 30 über die Busleitung 41 und diese über die Anschaltkarte 31, die in der SPS integriert ist, angesteuert. Über den Protokollumsetzer 20 ist es nun möglich, die Dekodierbauelemente 10 der einzelnen Ventile zu programmieren. Hierbei wird im wesentlichen die Adresse programmiert, so daß jeder einzelne ventilbezogene Dekodierbaustein weiß unter welcher Adresse er ein künftiges Ansteuersignal zu akzeptieren hat. Der Protokollumsetzer 20 dient im übrigen noch dazu, zwei verschiedene Bussysteme miteinander zu verbinden. Aus diesem Grund ist die Busleitung in einen Abschnitt 40 und 41 unterteilt, wobei die Unterteilung deutlich machen soll, daß der Protokollumsetzer diese beiden Bussysteme miteinander verbindet.

Für die Programmierung der Adressen wird der Protokollumsetzer in einen Programmiermode geschaltet. Über eine am Umsetzer befindliche Tastatur wird eine gewünschte Adresse eingegeben. Diese wird dann zusammen mit einem Code zyklisch auf den Bus gesendet. Das gewünschte Ventil bzw. das entsprechende Dekodierbauelement 10 wird dann durch Drücken eines an dem Protokollumsetzers befindlichen Tasters adressiert. Ebenso ist die Programmierung der Adressen mit Hilfe eines Handprogrammiergerätes denkbar. Das Programmiergerät wird entweder an den Bus oder direkt an den Busanschluß des einzelnen Elementes bzw. Dekodierbauelementes 10 angeschlossen. In besonderer Ausgestaltung kann das Dekodierbauelement noch ein nichtflüchtiges Speicherbauelement (EEPROM) enthalten.

Da nun ein weiterer Speicher im Dekodierbauelement enthalten ist, kann neben der eigentlichen Adreßkodierung auch eine Parametrierung eingebracht werden. Die Parametrierung bedeutet dabei, daß in den Speicher gewisse Ansteuerparameter mit eingespeichert werden können. Darunter ist zu verstehen, daß nach entsprechender Dekodierung der Adresse, also dem Akzeptieren eines Ansteuersignales, der Speicher noch entsprechende ventilspezifische Parameter wie Ansteuerflanke, Ansteuergeschwindigkeit, Schaltgeschwindigkeit, Haltezeit usw. miteinbringt, mit denen dann der Betätigungsmagnet 11 des Ventiles betätigt wird. Das heißt, die Information, was nach Ansteuerung eines Ventiles das entsprechende Ventil wie und wielange auszuführen hat, ist am Ort des Einzelventiles abgelegt. Das heißt, daß möglicherweise ein ganzer Prozeßablauf dezentral am Ort jedes einzelnen Ausführungsorganes, hier Ventile, abgespeichert ist. Dies führt dann dazu, daß die gesamte Anlage extrem schnell arbeiten kann, da die Parametrierung nicht mehr über die Busleitung von der SPS oder über den Protokollumsetzer laufen muß. Der Einsatz solcher "intelligenter" Ventile macht das Bilden von Ventilbaugruppen, beispielsweise Ventileinheiten sehr elegant. Getragen wird dieser Vorteil des weiteren von der Tatsache, daß solche Dekodierbauelemente als anwenderspezifische integrierte Schaltkreise nichts weiteres sind, als auf Minimalfunktionen abgespeckte Mikrorechner. Dieses Abspecken auf die minimal benötigten Funktionen realisiert schnellere Schaltzeiten gegenüber einem üblichen Mikrocomputer. Des weiteren hat eine solche bauliche Minimierung der Dekodierbauelemente die Folge, daß dieselben extrem preiswert und in großen Stückzahlen herstellbar sind. Es zeigt sich, daß unter Einsatz der vorgegebenen Erfindung der Einsatz eines Dekodierelementes pro Ventil noch immer preiswerter ist als der Einsatz einer pro Ventileinheit zentralen Dekodierelektronik sein kann. Vor allem ist aber die bauliche Minimierung als wesentlicher Vorteil zu nennen. Der Vorteil besteht unter anderem schon darin, daß die Dekodierelektronik in der Weise der vorgeschlagenen Erfindung niemals über- oder unterdimensioniert ist und daß Ventileinheiten aus einer quasi beliebigen Anzahl von Ventilen zusammenstellbar sind.

Das Wesen der Erfindung im Anwendungsfall von busansteuerbaren Ventilen und Ventileinheiten läßt sich somit treffend als System "dezentraler Intelligenz" bezeichnen. Dies hat dann den Vorteil extrem kurzer Schalt- und Reaktionszeiten, was sich besonders bei großen pneumatisch gesteuerten Anlagen vorteilhaft bemerkbar macht.

Claims (4)

1. Ansteuereinrichtung für Ventile und/oder Ventileinheiten mit einer elektronischen zentralen Leitstelle (SPS), an deren Ausgang eine Busleitung verfügbar ist, über die mindestens ein codiertes Ansteuersignal führbar ist und zur adressierten Ven­ tilansteuerung dient, wobei ein Bussystem mit serieller Datenübertragung einge­ setzt ist und die Ventile über die Busleitung parallel geschaltet sind und daß jedes einzelne Ventile mit einem separaten jeweils am Ventilort angeordneten Dekodier­ baueleement versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in die Busleitung (40) ein zentraler Protokollumsetzer (20) geschaltet ist, über den jedes Dekodierbauelement (10) codier- und parametrierbar ist, und daß das Dekodierbauelement (10) mit einem nichtflüchtigen Speicherbauelement (EEPROM) versehen ist, so daß innerhalb des Dekodierbauelementes (10) so­ wohl die Dekodierung als auch die Parametrierung der Ansteuerung vornehmbar ist.

2. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekodierbauelement (10) sowie das nichtflüchtige Speicherbauelement (EEPROM) jeweils in dem zum Ventil (1, 2 . . . n) baulich zugehörenden Gehäuse integriert ist.

3. Ansteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dekodierbauelement (10) sowie das nichtflüchtige Speicherbauelement (EEPROM) jeweils in einem zum jeweiligen Ventil (1, 2 . . . n) gehörenden Stecker­ körper integriert sind.

4. Ansteuereinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheiten (1, 2 . . . n) aus modularen Grundplattenelementen und aufsteckbaren Ventilen bestehen, und die Grundplattenelemente mit integrierten elektrischen Steckelementen zur Aufnahme und Kontaktierung der Bus- und/oder der Versorgungsleitung versehen sind.