DE9219093U1 - Control device for valves and / or valve units - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ansteuereinrichtung für Ventile und/oder Ventiieinheiten mit einer elektronischen zentralen Leitstelle (SPS) gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a control device for valves and/or valve units with an electronic central control center (PLC) according to the preamble of patent claim 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 Dekodiereiektronik werden elektrische Leitungen zu den entsprechenden Betätigungsmagneten der einzelnen Ventile geführt.Such control devices for valves and/or valve units with bus control are known, for example, from the brochure data sheet of Mannesmann Rexroth Pneumatik (September 81; 13.055). The idea here is to combine a valve arrangement into a valve unit and then to provide such an assembly with central electronics for this assembly, which, among other things, decode the bus signals and use them to determine the control of the individual valves. At the output of this decoding electronics, electrical lines are led to the corresponding actuating magnets of the individual valves.
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 Dekodiereiektronik so auszugestalten, daß sie bis zu einer bestimmten Anzahl von Einzelventilen einsetzbar ist. Daraus ergibt sich, daß bei Ventileinheiten mit wenigen Ventilen die zentrale Dekodiereiektronik 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.In practical use, however, it turns out that in one application the valve unit consists of many valves and in another application of only a few. A valve unit represents an arrangement of several individual valves combined to form a module. In the prior art, it is therefore known to design this valve unit-related central decoding electronics in such a way that it can be used up to a certain number of individual valves. This means that in valve units with few valves the central decoding electronics are over-dimensioned. For valve units with many individual valves, this design is more economical, but it then has the disadvantage that an upper limit in terms of the number of valves is specified.
Aus der DE 39 15 456 A1 ist eine Ansteuereinrichtung für Ventile bekannt, bei der die Ventile (18) über eine Busleitung (14) paraileigeschaltet sind und bei der jedes Ventil einen Ankoppelbaustein (16) aufweist, in dem die seriell übertragenen Adreßbits dekodiert " werden (s. Fig. 1 und zugehörige Beschreibung).From DE 39 15 456 A1 a control device for valves is known in which the valves (18) are connected in parallel via a bus line (14) and in which each valve has a coupling module (16) in which the serially transmitted address bits are decoded (see Fig. 1 and associated description).
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Ansteuereinrichtung so zu gestalten, daß
eine große Anzahl von Ventilen an letzlich einer gemeinsamen Busleitung angekoppelt,
über dieselbe ansteuerbar und die Ansprechzeiten der Ventile erheblich verkürzt 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.The invention was based on the object of designing the control device in such a way that a large number of valves are coupled to a common bus line, can be controlled via the same and the response times of the valves are considerably shortened.
The object is achieved according to the invention in accordance with the features of claim 1. The subclaims specify expedient embodiments of features of claim 1.
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.The inventive solution to the above-mentioned problem has the advantage that a virtually unlimited number of individual valves can now be combined to form a valve assembly or valve unit.
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 Einzeiventile 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 - 'durchgeschleift1 - 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.The summary is carried out purely administratively via the electronic central
control center or the central computer. This means that it is even possible to
Combination of individual valves into valve units only in or by the
central computer. The advantage is that the valve units can always be changed,
i.e. can be reassembled. In contrast to the prior art, central decoding electronics arranged on the valve unit for the individual valves can therefore be dispensed with. The size of the valve unit is therefore no longer dependent on the number of electrical inputs and outputs of the central decoding electronics. In the prior art, when using central decoding electronics for the valve unit, individual lines had to be routed to each individual valve at the output. This effort is also eliminated with the present invention, since the bus line is continued from one valve to the other - 'looped through ' . In a further embodiment of the invention, the decoding component is integrated in the valve housing or the decoding element is integrated in a plug body belonging to the respective valve. Since the decoding element is minimized to the only necessary functions in the manner provided for in the invention, the component is also correspondingly small and can therefore be structurally integrated in the proposed manner. When a protocol converter is used within the bus line, each individual decoding element and thus each individual valve can be coded via this device. If the protocol converter is not used, it is then necessary to program or code the individual valves by plugging them into a handheld programming device. By using a decoder component with a non-volatile memory element (EEPROM), it is also possible to incorporate parameterization into the decoder component in addition to address coding. This makes it possible to decode the address and parameterize at the location of each individual valve.
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 Fianke das Ventil durchsteuern soll. Dies kann bei entsprechender Parametrierung dazu führen, daß zunächst nur ein 'Ansteuerpuls1 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.Parameterization means the storage and control of the valve using the corresponding process parameters. This means that the parameterization contains, for example, the time and the edge at which the valve should be controlled. With the appropriate parameterization, this can lead to only one control pulse 1 being required via the bus line and the valve then automatically running through a previously stored parameterized actuation sequence after accepting the addressing without accessing an external data line.
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.If you consider these excellent advantages in conjunction with the fact that the valve units can be individually assembled and expanded, it becomes clear that such an expansion can be carried out without programming the central electronics of valve units that are otherwise standard in the state of the art. The advantages of such decentralization of coding and parameterization are not only noticeable in the ease of assembly but also in the speed of such a control device.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher beschrieben.
Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing and described in more detail below.
Show it:
Fig. 1 Direktansteuerung der Ventile aus der SPS,
Fig. 2 Verwendung eines Protokollumsetzers.Fig. 1 Direct control of the valves from the PLC,
Fig. 2 Use of a protocol converter.
Fig. 1 zeigt schematisch die Ansteuerweise der Ventile. Hierbei sind die Ventile 1, 2 ... bis &eegr; bezeichnet. Diese Darstellung und Benennung des letzten Ventiles mit &eegr; soll bedeuten, daß die Anzahl der ansteuerbaren Ventile prinzipiell nicht eingeschränkt ist. Aus der zentralen Einheit 30 (SPS) führt eine Busteitung 40, weiche 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 &eegr; 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 angeordnetenFig. 1 shows schematically how the valves are controlled. Valves 1, 2 ... to η are designated here. This representation and designation of the last valve with η is intended to mean that the number of controllable valves is not limited in principle. A bus line 40 leads from the central unit 30 (PLC), which runs continuously from one valve to the other. Each valve essentially consists of a valve body 12, which is provided with the pressure connections and contains the switching valve element, an actuating magnet 11, which actuates the valve element, and a decoding module 10. It is possible here that the division of the 1 to η valves into individual valve groups or valve units in the PLC 30 can be carried out by programming via the PLC 30 itself. A valve unit-related central electronics for decoding the control signal carried over the bus line 40 is completely eliminated in the present invention. Thus, an almost unlimited number of valves can be attached to the bus line 40, since each valve has its own assigned and arranged in the area of the valve itself.
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 Einzeiventil 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.Decoding module 10. It is possible to construct a certain number of valves on a base plate, whereby electrical and pressure medium lines can be integrated into the respective valves. The control and administrative division into valve groups is carried out centrally via the PLC. This means that in principle there is no need for central decoding electronics on each valve unit. This also makes it possible, for example, to combine individual valves in a large system that are not arranged together on a base plate into an 'imaginary' valve unit via the computer. Such an 'imaginary' valve unit formation can have considerable application advantages. A structural advantage already described can be seen here in the design of the schematically shown bus line 40. This can be continuous, with an outlet connected to each individual valve. This means that control lines no longer run in a star shape from a node to the individual valves, but the bus line can be passed through (looped through) from one valve to the other.
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 ... &eegr; 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 ventiibezogene 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.Fig. 2 shows a possible design in which the programmability of the control addresses of the individual decoding components 10 is shown. The protocol converter 20 is connected to the bus line 40, which leads to the individual valves 1, 2 ... η and is connected to the PLC 30 via the bus line 41. The protocol converter 20 is controlled by the PLC 30 via the bus line 41 and this via the connection card 31, which is integrated in the PLC. It is now possible to program the decoding components 10 of the individual valves via the protocol converter 20. In this case, the address is essentially programmed so that each individual valve-related decoding component knows at which address it has to accept a future control signal. The protocol converter 20 also serves to connect two different bus systems to one another. For this reason, the bus line is divided into sections 40 and 41, whereby the division is intended to make it clear that the protocol converter connects these two bus systems with each other.
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 Dekodierbäuelement 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 denTo program the addresses, the protocol converter is switched to a programming mode, a desired address is entered using a keyboard on the converter. This is then sent cyclically to the bus together with a code. The desired valve or the corresponding decoding component 10 is then addressed by pressing a button on the protocol converter. Programming the addresses using a handheld programming device is also possible. The programming device is either connected to the
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Bus oder direkt an den Busanschluß des einzelnen Elementes bzw. Dekodierbauelementes 10 angeschlossen. In besonderer Ausgestaltung kann das Dekcodierbauelement noch ein nichtflüchtiges Speicherbauelement (EEPROM) enthalten.Bus or directly connected to the bus connection of the individual element or decoding component 10. In a special embodiment, the decoding component can also contain a non-volatile memory component (EEPROM).
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. mit einbringt, 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 auszufahren hat, ist am Ort des Einzeiventiles 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 Dekodierelektronäk in der Weise der vorgeschlagenen Erfindung niemals über- oder unterdimensioniert ist und daß Ventileinheiten aus einer quasi beliebigen Anzahl von Ventilen zusammenstellbar sind.Since there is now an additional memory in the decoding component, parameterization can be introduced in addition to the actual address coding. Parameterization means that certain control parameters can be stored in the memory. This means that after the address has been decoded, i.e. after a control signal has been accepted, the memory also includes valve-specific parameters such as control edge, control speed, switching speed, hold time, etc., which are then used to actuate the actuating magnet 11 of the valve. This means that the information about what the corresponding valve has to move, how and for how long after a valve has been activated is stored at the location of the individual valve. This means that an entire process sequence may be stored decentrally at the location of each individual execution element, in this case valves. This means that the entire system can work extremely quickly, since the parameterization no longer has to run via the bus line from the PLC or via the protocol converter. The use of such 'intelligent' valves makes the formation of valve assemblies, for example valve units, very elegant. This advantage is also supported by the fact that such decoding components, as user-specific integrated circuits, are nothing more than microcomputers stripped down to minimal functions. This stripping down to the minimum required functions achieves faster switching times compared to a conventional microcomputer. Furthermore, such structural minimization of the decoding components means that they are extremely inexpensive and can be manufactured in large quantities. It turns out that using the given invention, the use of one decoding element per valve is still cheaper than the use of central decoding electronics per valve unit. Above all, however, the structural minimization is a key advantage. The advantage is, among other things, that the decoding electronics in the manner of the proposed invention are never over- or under-dimensioned and that valve units can be assembled from virtually any number of valves.
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.The essence of the invention in the application of bus-controlled valves and valve units can therefore be aptly described as a system of 'decentralized intelligence'. This then has the advantage of extremely short switching and reaction times, which is particularly noticeable in large pneumatically controlled systems.
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Cited By (2)
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DE19853739A1 (en) * | 1998-11-21 | 2000-05-25 | Mannesmann Rexroth Ag | Method for controlling electrically operated switching valves |
EP1761710B2 (en) † | 2004-06-18 | 2012-04-25 | Bosch Rexroth AG | Bus module used for controlling fluidic valves |
-
1992
- 1992-09-22 DE DE9219093U patent/DE9219093U1/en not_active Expired - Lifetime
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