DE4404131A1 - Batteriefreie Datenpufferung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine speicherprogrammierbare Steuerung, bei der im Betrieb in einem Schreib-Lese-Speicher eine Vielzahl von Daten, insbe­ sondere Merker und Zeiten, abgelegt werden, wobei die spei­ cherprogrammierbare Steuerung über eine Stromversorgungsein­ richtung mit Strom versorgt wird.

Um die im Schreib-Lese-Speicher abgespeicherten Daten bei einem Spannungseinbruch zu sichern, wird bisher der Schreib-Lese-Speicher mittels einer Batterie gepuffert. Diese Vorgehensweise ist insofern nicht optimal als durch die Batterie zusätzliche Kosten entstehen. Ferner wird die Umwelt durch die anfallenden Altbatterien belasten. Auch ist der Batterie­ wechsel mit Personalaufwand und damit wieder Kosten verbun­ den. Noch schwerer wiegt jedoch, daß das Wechseln der Batte­ rie versehentlich vergessen werden kann, so daß die Daten doch verlorengehen, wenn ein Spannungseinbruch erfolgt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine umweltfreundliche und kostengünstige Möglichkeit zu schaffen, die im Schreib-Lese-Speicher abgespeicherten Daten sicher zu puffern. Insbesondere soll hierzu keine Batterie benötigt werden. Dabei soll der schnelle Zugriff auf die Daten im Normalbetrieb weiterhin gewährleistet sein.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Spannungs­ einbruch der Stromversorgungseinrichtung der Schreib-Lese-Speicher mittels eines physikalischen Energiespeichers, z. B. eines Kondensators oder einer Spule, zumindest kurzfristig mit Strom versorgt wird.

Unter einem physikalischen Energiespeicher ist dabei jede Art der elektrischen, magnetischen oder mechanischen Energiespei­ cherung zu verstehen, aber nicht die chemische Energiespei­ cherung wie sie in Batterien erfolgt.

Die Datenhaltung ist besonders sicher, wenn die Stromversor­ gungseinrichtung von der speicherprogrammierbaren Steuerung auf Spannungseinbrüche überwacht wird und beim Detektieren eines Spannungseinbruchs die im Schreib-Lese-Speicher abge­ legten Daten in einem elektrisch löschbaren Remanentspeicher abgespeichert werden. Als Remanentspeicher kommen dabei ins­ besondere EEPROMs, Flash-EPROMs und evtl. Ferro-Elemente in Frage.

Je nach schaltungstechnischer Ausgestaltung der Datenverbin­ dung zwischen Schreib-Lese-Speicher und Remanentspeicher er­ folgt das Abspeichern der Vielzahl von Daten im Remanent­ speicher simultan oder seriell. Wenn der Schreib-Lese-Spei­ cher und der Remanentspeicher z. B. als bauliche Einheit in Form eines non volatile RAM (NV-RAM) ausgebildet sind, er­ folgt das Abspeichern simultan. Wenn ein separates EEPROM vorgesehen ist, erfolgt das Abspeichern seriell, z. B. byte­ weise.

Alternativ zum Abspeichern der Daten in einem Remanentspei­ cher können die Daten auch im Schreib-Lese-Speicher selbst gesichert werden. In diesem Fall muß die Versorgung mit Strom mittels des physikalischen Energiespeichers selbstverständ­ lich länger erfolgen. Wenn die speicherprogrammierbare Steue­ rung eine elektrisch betriebene Echtzeituhr aufweist, ist es auch möglich, die Echtzeituhr beim Detektieren eines Span­ nungseinbruchs ebenfalls mittels des physikalischen Energie­ speichers mit Strom zu versorgen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den weiteren Ansprüchen. Dabei zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Datenpufferung und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Zentraleinheit 1 einer modularen speicher­ programmierbaren Steuerung. Die Zentraleinheit 1 wird von der Stromversorgungseinrichtung 2 über die Versorgungsleitungen 3 und 4 mit Strom versorgt. An die Versorgungsleitungen 3 und 4 sind die Verbraucher der speicherprogrammierbaren Steuerung 1 angeschlossen.

Im vorliegenden Fall wird eine externe Stromversorgungsein­ richtung 2 verwendet. Sie könnte selbstverständlich aber auch in die Zentraleinheit 1 integriert sein. Ebenso könnte anstelle einer modularen speicherprogrammierbaren Steuerung auch ein Kompaktgerät verwendet werden.

Die Zentraleinheit 1 weist einen Prozessor 5 auf, der ein Anwenderprogramm abarbeitet, das im Steckmodul 6 abgespei­ chert ist. Das Steckmodul 6 ist, wie durch den Pfeil ange­ deutet, in den gestrichelt dargestellten Modulschacht 6′ eingesteckt, so daß der Prozessor 5 über den geräteinternen Bus 7 auf das Steckmodul 6 zugreifen kann. Der Prozessor 5 führt das im Steckmodul 6 abgespeicherte Anwenderprogramm in Verbindung mit Betriebssystembefehlen aus, die im Speicher 8 abgespeichert sind. Sowohl der Speicher 8 als auch das Steck­ modul 6 sind als elektrisch löschbare Festwertspeicher, also als EEPROMs oder als Flash-EPROMs, ausgebildet.

Entsprechend den Befehlen des Anwenderprogramms greift der Prozessor 5 von Zeit zu Zeit über den Controller 9 und den Rückwandbus 10 auf Peripheriebaugruppen zu. Die Peripherie­ baugruppen sind typisch Eingabebaugruppen und Ausgabebau­ gruppen. Sie sind in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.

Von den Peripheriebaugruppen eingelesene Werte und an die Peripheriebaugruppen auszugebende Werte sind im Speicher 11 abgespeichert, der als Schreib-Lese-Speicher (RAM) ausgebil­ det ist. Andere wichtige Daten, die den Zustand des von der speicherprogrammierbaren Steuerung kontrollierten Prozesses widerspiegeln, sind dagegen nicht im Speicher 11, sondern im Speicher 12 abgespeichert. Die anderen wichtigen Daten um­ fassen zumindest Merker und Zeiten, gegebenenfalls auch noch nicht abgearbeitete Alarmmeldungen. Die Zeiten werden dabei laufend gemäß dem von der Echtzeituhr 13 gelieferten Zeit­ signal aktualisiert. Auch der Speicher 12 ist ein Schreib- Lese-Speicher.

Insbesondere Merker und Zeiten sind wichtige Prozeßzustände bzw. Betriebsdaten, die erhalten bleiben müssen, auch wenn die Zentraleinheit 1 vom Benutzer abgeschaltet wird oder wenn, z. B. aufgrund einer Störung im Versorgungsnetz, ein Spannungseinbruch der Stromversorgungseinrichtung 2 auftritt. Hierzu ist der Pufferkondensator 14 vorhanden, der als physi­ kalischer Energiespeicher die Energieversorgung des Schreib- Lese-Speichers 12 für begrenzte Zeit aufrechterhalten kann. Damit der Kondensator 14 nur den Schreib-Lese-Speicher 12, nicht aber die gesamte restliche Zentraleinheit 1 puffert, sind der Schreib-Lese-Speicher 12 und der Kondensator 14 nicht direkt, sondern über die Dioden 15 an die Versorgungs­ leitungen 3, 4 angeschlossen.

In vorteilhafter Ausgestaltung wird auch die Echtzeituhr 13 vom Kondensator 14 mit Energie versorgt, dadurch läuft auch die Echtzeituhr 13 zeitgenau weiter.

Je nach Größe und Bauart der Pufferkondensators 14 können die Daten im Schreib-Lese-Speicher 12 bis zu 6 Wochen, also über einen längeren Zeitraum, gepuffert werden. Dies gilt insbe­ sondere, wenn der Pufferkondensator 14 als Goldkondensator ausgebildet ist.

Wenn die im Schreib-Lese-Speicher 12 abgespeicherten Daten nicht nur wenige Wochen, sondern über erheblich längere Zeit­ räume sicher gehalten werden sollen, ist eine Kondensator­ pufferung des Schreib-Lese-Speichers 12 hierfür ungeeignet. In diesem Fall kann die Erfindung wie in Fig. 2 dargestellt abgewandelt werden.

Gemäß Fig. 2 ist dem Schreib-Lese-Speicher 12 ein elektrisch löschbarer Remanentspeicher 12′, typisch ein EEPROM, unter­ lagert. Sowohl der Schreib-Lese-Speicher 12 als auch der Remanentspeicher 12′ werden dabei über die Versorgungslei­ tungen 3, 4, die Dioden 15 und den Pufferkondensator 14 mit Energie versorgt.

Im Normalbetrieb, d. h. wenn an den Versorgungsleitungen 3, 4 Spannung anliegt, wird über den geräteinternen Bus 7 nur auf den Schreib-Lese-Speicher 12 zugegriffen. Sowohl beim Lesen als auch beim Schreiben von Daten ist daher ein schneller Zugriff auf den Schreib-Lese-Speicher 12 gewährleistet.

Wenn dagegen die Spannung auf den Versorgungsleitungen 3, 4 einbricht, liegt an der Leuchtdiode 16′ des Optokopplers 16 keine Spannung mehr an. Der Phototransistor 16′′ sperrt folg­ lich. Dies wird von der Logikschaltung 17 detektiert, die daraufhin über die Steuerleitungen 18 ein Umspeichern des Inhalts des Schreib-Lese-Speichers 12 in den Remanentspeicher 12′ auslöst. Der Optokoppler 1 wirkt also zusammen mit der Logikschaltung 17 als Unterspannungsdetektor. Während des Umspeichers wird die hierzu nötige Energie vom Pufferkonden­ sator 14 bereitgestellt.

Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, der Schreib-Lese-Speicher 12 und der Remanentspeicher 12′ diskrete Bauelemente sind, muß das Umspeichern seriell erfolgen, z. B. byteweise. Dies ist in Fig. 2 durch den durchgezogenen Pfeil zwischen den Spei­ chern 12 und 12′ angedeutet.

Es gibt aber auch käuflich erhältliche Schreib-Lese-Speicher, denen ein elektrisch löschbarer Remanentspeicher direkt un­ terlagert ist. In diesem Fall bilden beide Speicher 12, 12′ eine bauliche Einheit, wie in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie um die Speicher 12 und 12′ angedeutet. Bereits heute käuflich erhältlich sind sogenannte NV-RAMs (non volatile RAMs). Bei ihnen ist einem Schreib-Lese-Speicher ein EEPROM unterlagert. Es sind auch Speicher in Entwicklung, sogenannte F-RAMs, denen anstelle eines EEPPOMs Ferro-Elemente unter­ lagert sind. Sowohl bei NV-RAMs als auch bei F-RAMs kann der gesamte Inhalt des Schreib-Lese-Speichers 12 in einem ein­ zigen Schritt, also simultan, in den Remanentspeicher 12′ um­ gespeichert werden. Dies ist in Fig. 2 durch die gestrichelten Pfeile zwischen den Speichern 12 und 12′ angedeutet.

Wenn nach einem Abspeichern des Inhalts des Schreib-Lese-Speichers 12 im Remanentspeicher 12′ die Spannung auf den Versorgungsleitungen 3, 4 wiederkehrt, erfolgt selbstver­ ständlich ein Rückkopieren der im Remanentspeicher 12′ ge­ sicherten Daten, damit diese der speicherprogrammierbaren Steuerung wieder zur Verfügung stehen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 müssen die Speicher 12 und 12′ nur während des Umspeicherns der Daten durch den Kon­ densator 14 mit Strom versorgt werden. Es reicht folglich aus, wenn die Speicher 12 und 12′ nach einem Spannungsein­ bruch nur kurzfristig, z. B. 1 s, mit Strom versorgt werden.

Zum besseren Verständnis der in Fig. 2 dargestellten Schaltung sei noch erwähnt, daß der Widerstand 19 lediglich der Begren­ zung des durch die Leuchtdiode 16′ fließenden Stromes dient. Der Stützkondensator 20 dient der extrem kurzfristigen Puffe­ rung der Leuchtdiode 16′, um nicht bei jedem kurzfristigen Spannungseinbruch der Stromversorgungseinrichtung 2 ein Um­ speichern der im Schreib-Lese-Speicher 12 abgespeicherten Daten auszulösen.

Abschließend sei noch erwähnt, daß bei entsprechender An­ passung der Schaltung anstelle des Pufferkondensators 14 selbstverständlich auch andere physikalische Energiespeicher verwendet werden können. Beispiele derartiger Energiespeicher sind Spulen oder mechanische Energiespeicher, z. B. kleine Schwungmassen, die einen Generator antreiben.

Claims (10)

1. Betriebsverfahren für eine speicherprogrammierbare Steue­ rung, bei der im Betrieb in einem Schreib-Lese-Speicher (12) eine Vielzahl von Daten, insbesondere Merker und Zeiten, ab­ gelegt werden,

• - wobei die speicherprogrammierbare Steuerung über eine Stromversorgungseinrichtung (2) mit Strom versorgt wird und
• - wobei bei einem Spannungseinbruch der Stromversorgungsein­ richtung (2) der Schreib-Lese-Speicher (12) mittels eines physikalischen Energiespeichers (14), z. B. eines Konden­ sators (14) oder einer Spule, zumindest kurzfristig mit Strom versorgt wird.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungs­ einrichtung (2) von der speicherprogrammierbaren Steuerung auf Spannungseinbrüche überwacht wird und daß beim Detek­ tieren eines Spannungseinbruchs die im Schreib-Lese-Speicher (12) abgelegten Daten in einem elektrisch löschbaren Rema­ nentspeicher (12′) abgespeichert werden.

3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abspeichern der Viel­ zahl von Daten im Remanentspeicher (12′) simultan erfolgt.

4. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abspeichern der Vielzahl von Daten im Remanentspeicher (12′) seriell erfolgt.

5. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Versorgung mit Strom mittels des physikalischen Energiespeichers (14) längerfristig erfolgt,
• - daß die speicherprogrammierbare Steuerung eine elektrisch betriebene Echtzeituhr (13) aufweist und
• - daß auch die Echtzeituhr (13) beim Detektieren eines Span­ nungseinbruchs mittels des physikalischen Energiespeichers (14) mit Strom versorgt wird.

6. Speicherprogrammierbare Steuerung, mit einem Schreib-Lese-Speicher (12) für Betriebsdaten der speicherprogrammierbaren Steuerung, insbesondere für Merker und Zeiten, der über eine Stromversorgungseinrichtung (2) mit Strom versorgbar ist, und einem physikalischen Energiespeicher (14), der bei einem Spannungseinbruch den Schreib-Lese-Speicher (12) mit Strom versorgt.

7. Speicherprogrammierbare Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen an die Stromversorgungseinrichtung (2) ankoppelbaren Unterspannungsdetektor (16) und einen elektrisch löschbaren Remanentspeicher (12′) zum Sichern der im Schreib-Lese-Speicher (12) abgespeicherten Betriebsdaten im Falle eines Spannungseinbruchs aufweist.

8. Speicherprogrammierbare Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreib-Lese-Speicher (12) und der elektrisch löschbare Remanentspeicher (12′) eine Einheit bilden, z. B. als NV-RAM oder F-RAM ausgebildet sind.

9. Speicherprogrammierbare Steuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Echtzeituhr (13) aufweist, die im Falle eines Spannungsein­ bruchs ebenfalls über den physikalischen Energiespeicher (14) mit Strom versorgt wird.

10. Speicherprogrammierbare Steuerung nach einem der An­ sprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der physikalische Energiespeicher (14) als Kon­ densator (14), insbesondere als Goldkondensator (14), aus­ gebildet ist.