EP0624831A2 - Steuereinrichtung zur Verwendung im Zusammenhang mit fluidbetätigbaren Einrichtungen - Google Patents
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- F15C1/02—Details, e.g. special constructional devices for circuits with fluid elements, such as resistances, capacitive circuit elements; devices preventing reaction coupling in composite elements ; Switch boards; Programme devices
Definitions
- the invention relates to a control device for use in connection with fluid-actuated devices, for example working cylinders, with a valve station which contains a plurality of valves and associated valve drives which can be actuated electrically with the assistance of an electronic control unit, and with at least one signal connection for a signal conductor leading away from the valve station Is provided.
- a control device of this type emerges from the German utility model G 92 11 109. It contains a valve station that has a module-like structure and is also referred to as a "valve island” or “installation island”.
- a plate-like fluid distributor is equipped with a plurality of pneumatic valves, which have a valve drive which is actuated electrically to switch the associated valve.
- electromagnets or so-called solenoid valves come into consideration as valve drives.
- Devices that can be actuated fluidically, for example working cylinders, can be connected to the valves.
- the actuation signals for the valve drives are supplied by an electronic control unit, which can be part of the valve station.
- the valve station also has several signal connections to which signal conductors leading to monitoring devices such as sensors can be connected in order to receive control signals which the control unit can process.
- At least one signal connection is the input and / or output of a signal converter which is part of the valve station and which converts incoming non-electrical control signals into electrical signals which can be processed by the control unit and / or the electrical signals influenced by the control unit in outgoing non-electrical Control signals converted.
- signal converters are practically integrated in the valve station, which can receive and / or output non-electrical control signals by converting them into electrical signals in the case of reception and generating them from electrical signals in the case of transmission.
- the user only has to lay the necessary signal conductors without the need to install a suitable signal converter at the point to be monitored apart from the valve station. If, for example, it is a signal converter that converts between fluid pressure control signals and electrical signals, fluid lines can be laid starting from the object to be monitored directly to the valve station and connected there to the assigned signal connection without requiring an electrical connection.
- an integrated signal converter which converts between optical control signals and electrical signals.
- a light guide as a signal guide to the object to be monitored and, for example, to implement a reflex light barrier in this way.
- the conversion can take place in each case from electrical to non-electrical and / or from non-electrical to electrical signals.
- the assigned signal connection as a non-electrical output in order to correspond to the control by the electronic Control unit, for example, to send out pneumatic pulses or light signals that are used elsewhere.
- the signal converters are part of the valve station, they can be placed together with the valve station at a location that is not exposed to any significant interference. Placing them individually at the respective monitoring location could cause considerably more disturbances caused by environmental influences, especially if analog signals are to be processed.
- the control signals which are fed to a signal connection of a signal converter are, in particular, monitoring signals which can be used for monitoring the operation of fluid-operated devices or other components of a machine or system.
- monitoring signals which can be used for monitoring the operation of fluid-operated devices or other components of a machine or system.
- the connected electronic control unit can use the monitoring signals to actuate the valves as required.
- the valve station has a modular structure, so that the user only has to install those components that he really needs in individual cases.
- carrier modules are present, which are equipped with signal converters, and which can be detachably attached to the valve station in a number that can be detached, similar to a battery. It is possible to design individual ones of the carrier modules exclusively as input modules or as output modules which only have signal connections functioning as inputs or outputs. This simplifies the clarity of the overall arrangement. It is furthermore expedient if a fluid distributor carrying the valves is provided, which is likewise in several parts and is composed of a plurality of distributor modules with which the valve station is equipped in the desired number and sequence as required.
- valve station it is advantageous to equip the valve station with a control block to which the carrier modules on the one hand and the distributor modules on the other hand are attached.
- a fieldbus communication unit, an electronic control unit equipped with a control program or a combination of both can be used as the control block.
- FIG. 1 shows a control device 1 which, according to the example, is used to control a fluid-actuatable device 2 in the form of a pneumatic working cylinder 3.
- the main component is a valve station 4, which is shown in a simplified plan view. The same represents a unit composed of several assemblies, which can be transported, assembled or otherwise handled as a whole.
- the valve station 4 and the devices 2 to be actuated can be as far apart from one another and are connected to one another via suitable lines.
- the particularly advantageous feature of a valve station 4 is that it supplies the devices to be controlled centrally with it Actuation energy is possible, which considerably simplifies the installation of entire systems or machines.
- the valve station 4 has a fluid distributor 5, which can be a one-piece plate-like component.
- Central fluid channels 6 for supplying and / or discharging the pneumatic working medium, here compressed air, run inside the fluid distributor 5.
- a connection module 7 flanged on the end allows the connection of suitable external pressure medium lines or silencers, which are not shown in detail, but one can see the channel openings 8 forming the corresponding connection openings.
- the upper side of the fluid distributor 5 facing the viewer in FIG. 1 forms an assembly surface 12 on which a plurality of working valves 13, which are generally designed as multi-way valves, are arranged transversely aligned in the longitudinal direction 11 of the fluid distributor 5. They are connected to the fluid channels 6 via transverse channels (not shown in detail) of the fluid distributor 5.
- each working valve 13 is at least one such consumer connection 15 assigned, usually it is two pieces. Depending on the switching position of the working valves 13, the assigned consumer connections 15 are connected to one or the other of the fluid channels 6 via the working valves 13 for supply or ventilation.
- fluid-actuatable device 2 which is a double-acting working cylinder 3. It is connected via two pressure medium lines 16 to two consumer connections 15 assigned to one of the working valves 13. Depending on the switching position of the relevant working valve 13, an extension stroke, a retracting stroke or the standstill of the piston 17 or a piston rod 18 of the working cylinder 3 connected to it can be caused.
- the fluid distributor 5 is flanged to a working side 22 of a control block 23.
- the latter is therefore located on the side of the fluid distributor 5 opposite the connection module 7.
- the control block 23 forms, for example, an electronic control unit 24 which contains a program memory in which a control program is stored. It is preferably a programmable logic controller.
- a computer (PC), not shown, can be connected via an interface 25 in order to program the control unit 24.
- At least one further interface 26 forms a fieldbus connection, can be connected to the further valve stations 4 arranged downstream via bus lines (not shown in more detail), which either work depending on the exemplary valve station 4 or have their own intelligence in the form of a control unit.
- the control block 23 of the exemplary embodiment can also be formed by a pure fieldbus communication unit which does not contain its own control program.
- an electronic control unit that takes over control would have to be provided elsewhere, which may be a separate control unit or a control unit integrated in the control block 23 of another valve station 4.
- control block 23 A pure distribution block for electrical signals would also be conceivable as control block 23, in which case an additional control unit would be provided, the connection now being made not via a fieldbus but via multipole lines.
- the control block 23 is equipped with a further mounting surface, which is opposite the working side 22 in the exemplary embodiment and is referred to below as the control side 27.
- a carrier 28 is attached to it, on which at least one and preferably a plurality of signal connections 32, which are yet to be explained, are provided and, moreover, with one or more can be equipped with further signal connections 33, which form digital and / or analog inputs and / or outputs for electrical control signals.
- Signal conductors 34 via which control signals arrive and / or are transmitted, can in particular be detachably connected to the signal connections 32, 33.
- Incoming signals are predominantly monitoring signals which provide information about certain operating states of devices 2 to be controlled or of other parameters, the knowledge of which is required for the control of a device 2 which can be actuated in particular by fluid.
- Each work valve 13 is assigned an electrically actuable valve drive 35, which is in particular attached directly to the work valve 13 in question.
- These are preferably solenoid valves which contain at least one electromagnet. They receive their electrical actuation signals via at least one electrical conductor 36, which runs in particular within a housing in the longitudinal direction of the fluid distributor 5, into which the valve drives 35 have electrical access. Said housing can be formed separately, but it is preferably formed directly by the fluid distributor 5, which can contain suitable conductor channels.
- the electrical conductors 36 are connected to the control block 23, from where the actuation signals come, which are generated taking into account in particular the control signals applied to the signal connections 32, 33.
- the valve station 4 of the exemplary embodiment has a plurality of signal connections 32 which each form the input 32 ′ of a signal converter 37 which is part of the valve station 4. Furthermore, there are signal connections 32, which each form the output 32 ′′ of a signal converter 38, which also belongs to the valve station 4.
- the signal converters 37 convert incoming non-electrical control signals at the assigned input 32 ′ into electrical signals that the electronic control unit 24 can process
- such a signal converter 37 ' which is able to convert fluid pressure control signals into electrical signals, Immediate components of the valve station 4, so that only easily routable pressure medium lines 39 - rigid lines, hoses, other components containing pressure medium channels - need to be laid as signal conductors 34.
- the electrical signal generated by the signal converter 37 'from pressure signals is conducted via at least one electrical conductor 43 into the control block 23, the necessary electrical conductors 43 expediently running inside the carrier 28.
- a signal converter 37 ′′ is provided in the valve station 4, as can be seen in FIGS. 1 and 2, and is capable of converting optical control signals present at the input 32 ′ into electrical signals, which likewise lead to the control block 23 via electrical conductors 43 will.
- the signal conductors 34 can be designed as light guides 44, which enable optical object detection and can be laid very easily. In this way, for example, reflex light barriers can be implemented.
- pressure signals or optical signals can be taken off at the outputs 32 ′′ if the assigned signal converters 38 are able to convert electrical signals received from the control block 23 via electrical conductors 45 into, for example, pneumatic pressure signals (signal converter 38 ′) or into optical ones Convert signals (signal converter 38 '').
- the electrical conductors 45 are expediently in accordance with electrical conductors 43 laid.
- the signal connections 32 are expediently designed in such a way that the corresponding pressure medium conductors 39 or light guides 44 can be detachably connected without problems.
- the valve station 4 of the exemplary embodiment can also process incoming electrical control signals. These are fed into the further signal connections 33, to which no signal converter is assigned, and which pass on the control signals, amplified or unreinforced in their capacity as electrical signals, to the control block 23 via suitable electrical conductors. In this way, in particular electrical control signals from capacitive, inductive or reed-contact-based sensors 46 can be processed.
- valve station 4 can be equipped with any number of the explained signal connections 32 of any kind. In particular, it would be possible to equip the valve station 4 only with those signal converters that are capable of converting non-electrical input signals into signals that can be further processed electrically. As a rule, however, it should be the case that at least one further signal connection 33 is additionally present, which can receive or emit electrical signals without prior signal conversion.
- the exemplary valve station 4 has a modular structure. This allows the user to adapt the scope of equipment to the needs and make later extensions if necessary.
- the carrier 28 is preferably composed of a plurality of individual carrier modules 47 which are detachably connected to one another.
- carrier modules 47 are arranged in a row in succession, the first carrier module 47 'being attached to the control block 23 and the remaining carrier modules 47 being connected to the carrier module 47' on the end face opposite the control block 23.
- Each carrier module 47 can be equipped with one or more signal connections 32 and with one or more of the signal converters 37, 38. It is expedient here if the signal converters 37, 38 are received in a protected manner inside the assigned carrier module 47, in particular in such a way that only the assigned signal connection 32 is visible and accessible.
- the electrical connection between the individual carrier modules 47 and the control block 23 is expediently carried out in such a way that 47 sections of the electrical conductors 43, 45 are formed within each carrier module, which sections can be plugged together to form a wiring harness, with suitable plug connectors 47 at the subdivisions between immediately adjacent carrier modules 48 are provided which, when adjacent carrier modules 47 are placed next to one another, in particular automatically engage with one another.
- the carrier modules 47 It is possible to design individual ones of the carrier modules 47 exclusively as input modules 49 or as output modules 50, the signal connections 32, 33 of which are designed exclusively as inputs or as outputs. It is also possible to provide at least one carrier module which has only those signal connections 32 to which a signal converter 37, 38 is assigned, the corresponding signal converters being integrated in the relevant carrier module, as shown in FIGS. 2 and 3. There, however, the possible mixture is shown, according to which at least one carrier module 47 contains only identical signal converters 37, 38, which differ only in terms of the assignment in terms of output and input. It can be seen that any combinations are possible in order to make the valve station as flexible as possible.
- the fact that the fluid distributor 5 is composed of a plurality of distributor modules 54, which are arranged in a row in a row corresponding to the carrier modules 47 and which each carry at least one of the working valves 13, also contributes to the flexible structure.
- each distributor module 54 is equipped with two working valves 13.
- the first distributor module 54 ' is located directly on Control block 23, the further distribution modules 54 connect to the first distribution module 54 'on the end face opposite the control block 23. It goes without saying that in this case the fluid channels 6 as well as the at least one electrical conductor 36 can be divided into individual sections which run in the respective distributor module 54 and, when the distributor modules 54 are assembled, add up to form a continuous strand.
- valve station or valve terminal which has an extremely modular structure.
- the equipment can be adapted to the respective task and subsequently changed.
- the control block 23 expediently contains the central control electronics, which can be designed in particular as a fieldbus communication unit (fieldbus node) or as an electronic control unit (control node) for programming.
- fieldbus node fieldbus node
- control node electronice control unit
- valve-equipped manifold modules 54 can be arranged, whereby, when equipped with pneumatic valves, one could speak of pneumatic modules as a whole, which are composed of a basic unit in the form of the carrier module 47 and the working valve or valves sitting thereon.
- the electromagnets of the valve drives 35 are electrically actuated via the actuation block 23.
- control block 47 23 On the side of the control block opposite the carrier modules 47 23 different control modules can be arranged, the order and configuration of which can be freely selected, so that one can use both pure input modules and output modules or combined input and output modules.
- Signal converters 37, 38 in the valve station or valve terminal results in a reduction in costs and a simple installation for the user with a simultaneously reduced problem of interference.
- Signal converters 37 in which the existing signal connection (s) 32, 32 ′ act as an input, can practically contain a sensor that operates on a non-electrical basis, for example a pressure sensor or an optical sensor, with only one non-electrical signal conductor then leading to the monitoring point is misplaced and in the signal converter 37 itself the conversion into electrical signals that can be processed by the control unit 24 takes place. Since signal converters regularly also require electrical supply energy in order to be able to be operated, one saves not only electrical signal conductors which are replaced by the non-electrical ones, but also electrical supply lines which can now also be integrated in the carrier 28.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Verwendung im Zusammenhang mit fluidbetätigbaren Einrichtungen, beispielsweise Arbeitszylindern, mit einer Ventilstation, die mehrere Ventile sowie diesen zugeordnete, unter Mitwirkung einer elektronischen Steuereinheit elektrisch betätigbare Ventilantriebe enthält, und die mit mindestens einem Signalanschluß für einen von der Ventilstation wegführenden Signalleiter ausgestattet ist.
- Eine Steuereinrichtung dieser Art geht aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 92 11 109 hervor. Sie enthält eine Ventilstation die einen baugruppenähnlichen Aufbau hat und auch als "Ventilinsel" oder "Installationsinsel" bezeichnet wird. Ein plattenähnlicher Fluidverteiler ist mit mehreren Pneumatikventilen bestückt, die einen Ventilantrieb aufweisen, der zum Schalten des zugeordneten Ventils elektrisch betätigt wird. Als Ventilantriebe kommen insbesondere Elektromagnete bzw. sogenannten Magnetventile in Frage. An die Ventile lassen sich Einrichtungen anschließen, die fluidisch betätigbar sind, beispielsweise Arbeitszylinder.
- Die Betätigungssignale für die Ventilantriebe liefert eine elektronische Steuereinheit, die Bestandteil der Ventilstation sein kann. Die Ventilstation verfügt desweiteren über mehrere Signalanschlüsse, an die zu Überwachungseinrichtungen wie Sensoren führende Signalleiter angeschlossen werden können, um Steuersignale zu empfangen, die die Steuereinheit verarbeiten kann.
- Bisher ist lediglich vorgesehen, sogenannte Reed-Kontakte als Sensoren einzusetzen und die von diesen gelieferten Steuersignale elektrisch an einen der Signalanschlüsse der Ventilstation zu übermitteln, der in diesem Falle als digitaler Signaleingang ausgebildet ist. In zunehmendem Maße besteht jedoch das Erfordernis, komplexe Anlagen oder Maschinen anzusteuern, so daß man mit der bisherigen Ausstattung der Ventilstationen an gewisse Grenzen stößt. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei geringem Montageaufwand vielseitiger einsetzen läßt.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mindestens ein Signalanschluß der Eingang und/oder Ausgang eines Signalwandlers ist, der Bestandteil der Ventilstation ist, und der eingehende nicht elektrische Steuersignale in von der Steuereinheit verarbeitbare elektrische Signale umwandelt und/oder der von der Steuereinheit beeinflußte elektrische Signale in ausgehende nichtelektrische Steuersignale umwandelt.
- Auf diese Weise liegen praktisch in die Ventilstation integrierte Signalwandler vor, die nicht-elektrische Steuersignale empfangen und/oder ausgeben können, indem sie diese im Empfangsfalle in elektrische Signale umwandeln und im Aussendefalle aus elektrischen Signalen erzeugen. Der Anwender hat lediglich die erforderlichen Signalleiter zu verlegen, ohne daß das Erfordernis bestünde, an der zu überwachenden Stelle abseits von der Ventilstation einen geeigneten Signalwandler zu installieren. Handelt es sich beispielsweise um einen zwischen Fluiddruck-Steuersignalen und elektrischen Signalen umwandelnden Signalwandler, so können Fluidleitungen ausgehend vom zu überwachenden Objekt unmittelbar bis zur Ventilstation verlegt und dort an den zugeordneten Signalanschluß angeschlossen werden, ohne daß es einer elektrischen Verbindung bedürfte. Desgleichen trifft beispielsweise zu für einen integrierten Signalwandler, der zwischen optischen Steuersignalen und elektrischen Signalen umwandelt. Es reicht in diesem Falle unter Umständen aus, einen Lichtleiter als Signalleiter zum zu überwachenden Objekt zu verlegen und auf diese Weise zum Beispiel eine Reflex-Lichtschranke zu verwirklichen. Die Umwandlung kann jeweils von elektrischen in nicht-elektrischen und/oder von nicht-elektrischen in elektrische Signale stattfinden. Im letzteren Falle besteht die Möglichkeit, den zugeordneten Signalanschluß als nicht-elektrischen Ausgang zu verwenden, um entsprechend der Ansteuerung durch die elektronische Steuereinheit zum Beispiel pneumatische Impulse oder Lichtsignale auszusenden, die an anderer Stelle verwertet werden. Da die Signalwandler Bestandteil der Ventilstation sind, können sie gemeinsam mit dieser an einer Stelle plaziert werden, die keinen nennenswerten Störeinflüssen ausgesetzt ist. Eine Einzelplazierung am jeweiligen Überwachungsort könnte erheblich mehr Störungen, verursacht durch Umgebungseinflüsse, hervorrufen, speziell dann, wenn Analogsignale verarbeitet werden sollen.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
- Bei den Steuersignalen, die einem Signalanschluß eines Signalwandlers zugeführt werden, handelt es sich insbesondere um Überwachungssignale, die bei der Überwachung des Betriebes fluidbetätigbarer Einrichtungen oder sonstiger Bestandteile einer Maschine bzw. Anlage verwendbar sind. Am häufigsten wird man Bewegungen oder Positionen von Objekten oder Fluiddrücke überwachen. Anhand der Überwachungssignale kann die angeschlossene elektronische Steuereinheit eine bedarfsgemäße Betätigung der Ventile hervorrufen.
- Es ist von Vorteil, wenn die Ventilstation einen modularen Aufbau hat, so daß der Anwender nur diejenigen Bestandteile zu installieren hat, die er auch wirklich im Einzelfall benötigt. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn Trägermodule vorhanden sind, die mit Signalwandlern bestückt sind, und die sich in bedarfsgemäßer Anzahl lösbar batterieähnlich an der Ventilstation anbringen lassen. Es ist möglich, einzelne der Trägermodule ausschließlich als Eingangsmodule oder als Ausgangsmodule auszulegen, die lediglich als Eingang bzw. als Ausgang fungierende Signalanschlüsse aufweisen. Dies vereinfacht die Übersichtlichkeit der Gesamtanordnung. Zweckmäßig ist es ferner, wenn ein die Ventile tragender Fluidverteiler vorgesehen ist, der ebenfalls mehrteilig ist und sich aus mehreren Verteilermodulen zusammensetzt, mit denen die Ventilstation bedarfsgemäß in der gewünschten Anzahl und Reihenfolge bestückt wird. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die Ventilstation mit einem Ansteuerblock auszustatten, an den die Trägermodule einerseits und die Verteilermodule andererseits angebaut werden. Als Ansteuerblock kommt insbesondere eine Feldbus-Kommunikationseinheit, eine mit einem Steuerprogramm ausgestattete elektronische Steuereinheit oder eine Kombination von beiden in Frage.
- Es ist selbstverständlich möglich, zusätzlich zu den nichtelektrischen Ein- und/oder Ausgängen elektrische Ein- und/oder Ausgänge vorzusehen, bei denen es sich um solche analoger und/oder digitaler Art handeln kann. Auf diese Weise lassen sich auch elektrische Signale einspeisen oder aussenden.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- Figur 1
- eine bevorzugte Bauform der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, wobei verschiedene Möglichkeiten zur Verwendung der Signalanschlüsse aufgezeigt sind,
- Figur 2
- ein mit zwei Signalwandlern ausgestattetes Trägermodul in Stirnansicht gemäß Schnittlinie II-II aus Figur 1 und
- Figur 3
- ein weiteres Trägermodul in einer der Figur 2 vergleichbaren Darstellungsweise gemäß Schnittlinie III-III aus Figur 1, das mit anderen Typen von Signalwandlern ausgestattet ist.
- In Figur 1 ist eine Steuereinrichtung 1 gezeigt, die beispielsgemäß zur Ansteuerung einer fluidbetätigbaren Einrichtung 2 in Gestalt eines pneumatischen Arbeitszylinders 3 eingesetzt wird. Hauptbestandteil ist eine Ventilstation 4, die vereinfacht in Draufsicht dargestellt ist. Selbige stellt eine aus mehreren Baugruppen zusammengesetzte Einheit dar, die sich als Ganzes transportieren, montieren oder auf sonstige Weise handhaben läßt. Die Ventilstation 4 und die zu betätigenden Einrichtungen 2 können beliebig weit voneinander entfernt sein und stehen über geeignete Leitungen miteinander in Verbindung. Das besonders vorteilhafte an einer Ventilstation 4 ist, daß von ihr aus zentral eine Versorgung der anzusteuernden Einrichtungen mit Betätigungsenergie möglich ist, was die Installation gesamter Anlagen oder Maschinen erheblich vereinfacht.
- Die beispielsgemäße Ventilstation 4 verfügt über einen Fluidverteiler 5, bei dem es sich um ein einstückiges plattenähnliches Bauteil handeln kann. Im Innern des Fluidverteilers 5 verlaufen zentrale Fluidkanäle 6 zur Zufuhr und/oder Abfuhr des pneumatischen Arbeitsmediums, hier Druckluft. Ein endseitig angeflanschtes Anschlußmodul 7 erlaubt den Anschluß geeigneter externer Druckmittelleitungen oder Schalldämpfer, die im einzelnen nicht dargestellt sind, man erkennt jedoch die die entsprechenden Anschlußöffnungen bildenden Kanalmündungen 8.
- Die in Figur 1 dem Betrachter zugewandte Oberseite des Fluidverteilers 5 bildet eine Bestückungsfläche 12, auf der eine Mehrzahl von in der Regel als Mehrwegeventile ausgebildeten Arbeitsventilen 13 in Längsrichtung 11 des Fluidverteilers 5 aufeinanderfolgend quer ausgerichtet angeordnet ist. Sie stehen über nicht näher dargestellte Querkanäle des Fluidverteilers 5 mit den Fluidkanälen 6 in Verbindung.
- Seitlich am Fluidverteiler 5, insbesondere in einer zur Bestückungsfläche 12 rechtwinkelig verlaufenden Anschlußfläche 14, befinden sich mehrere Verbraucheranschlüsse 15, die über im Fluidverteiler 5 verlaufende und nicht näher dargestellte Verteilerkanäle mit den Arbeitsventilen 13 kommunizieren. Jedem Arbeitsventil 13 ist mindestens ein solcher Verbraucheranschluß 15 zugeordnet, in der Regel handelt es sich jeweils um zwei Stück. Je nach Schaltstellung der Arbeitsventile 13 werden die zugeordneten Verbraucheranschlüsse 15 über die Arbeitsventile 13 zur Speisung oder Entlüftung mit dem einen oder anderen der Fluidkanäle 6 verbunden.
- Beim Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber lediglich eine fluidbetätigbare Einrichtung 2 gezeigt, bei der es sich um einen doppeltwirkenden Arbeitszylinder 3 handelt. Er ist über zwei Druckmittelleitungen 16 an zwei einem der Arbeitsventile 13 zugeordnete Verbraucheranschlüsse 15 angeschlossen. Je nach Schaltstellung des betreffenden Arbeitsventils 13 läßt sich ein Ausfahrhub, ein Einfahrhub oder der Stillstand des Kolbens 17 bzw. einer mit diesem verbundenen Kolbenstange 18 des Arbeitszylinders 3 verursachen.
- Der Fluidverteiler 5 ist an einer Arbeitsseite 22 eines Ansteuerblockes 23 angeflanscht. Letzterer befindet sich also auf der dem Anschlußmodul 7 entgegengesetzten Seite des Fluidverteilers 5. Der Ansteuerblock 23 bildet beispielsgemäß eine elektronische Steuereinheit 24, die einen Programmspeicher enthält, in dem ein Steuerprogramm abgelegt ist. Bevorzugt handelt es sich um eine speicherprogrammierbare Steuereinheit. Über eine Schnittstelle 25 läßt sich ein nicht näher dargestellter Computer (PC) anschließen, um die Steuereinheit 24 zu programmieren. Mindestens eine weitere Schnittstelle 26 bildet einen Feldbusanschluß, an den über nicht näher dargestellte Busleitungen nachgeordnete weitere Ventilstationen 4 angeschlossen werden können, die entweder abhängig von der beispielsgemäßen Ventilstation 4 arbeiten oder über einen eigene Intelligenz in Gestalt einer Steuereinheit verfügen.
- Auch der Ansteuerblock 23 des Ausführungsbeispiels kann von einer reinen Feldbus-Kommunikationseinheit gebildet sein, die kein eigenes Steuerprogramm enthält. In diesem Falle wäre an anderer Stelle eine elektronische Steuereinheit vorzusehen, die die Steuerung übernimmt, wobei es sich um eine separate Steuereinheit oder um eine in den Ansteuerblock 23 einer anderen Ventilstation 4 integrierte Steuereinheit handeln kann.
- Als Ansteuerblock 23 wäre auch ein reiner Verteilerblock für elektrische Signale denkbar, in welchem Falle eine zusätzliche Steuereinheit vorgesehen wäre, wobei die Verbindung nun nicht über einen Feldbus sondern über Multipolleitungen erfolgen würde.
- Der Ansteuerblock 23 ist mit einer weiteren Anbaufläche ausgestattet, die der Arbeitsseite 22 beim Ausführungsbeispiel entgegengesetzt ist und nachfolgend als Steuerseite 27 bezeichnet wird. An sie ist ein Träger 28 angesetzt, an dem mindestens ein und vorzugsweise mehrere noch zu erläuternde Signalanschlüsse 32 vorgesehen sind und der darüberhinaus mit einem oder mehreren weiteren Signalanschlüssen 33 ausgestattet sein kann, die digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgänge für elektrische Steuersignale bilden. An die Signalanschlüsse 32, 33 können insbesondere lösbar Signalleiter 34 angeschlossen werden, über die Steuersignale ankommen und/oder ausgesandt werden. Eingehende Signale sind überwiegend Überwachungssignale, die Aufschluß geben über bestimmte Betriebszustände von anzusteuernden Einrichtungen 2 oder von sonstigen Parametern, deren Kenntnis für die Ansteuerung einer insbesondere fluidbetätigbaren Einrichtung 2 benötigt werden.
- Jedem Arbeitsventil 13 ist ein elektrisch betätigbarer Ventilantrieb 35 zugeordnet, der insbesondere unmittelbar an das betreffende Arbeitsventil 13 angebaut ist. Bevorzugt handelt es sich dabei um Magnetventile, die mindestens einen Elektromagneten enthalten. Ihre elektrischen Betätigungssignale erhalten sie über mindestens einen elektrischen Leiter 36, der insbesondere innerhalb eines Gehäuses in Längsrichtung des Fluidverteilers 5 verläuft, in das die Ventilantriebe 35 elektrischen Zugriff haben. Besagtes Gehäuse kann separat ausgebildet sein, bevorzugt ist es jedoch unmittelbar vom Fluidverteiler 5 gebildet, der geeignete Leiterkanäle enthalten kann. Die elektrischen Leiter 36 sind an den Ansteuerblock 23 angeschlossen, von wo aus die Betätigungssignale kommen, die unter Berücksichtigung insbesondere der an den Signalanschlüssen 32, 33 anliegenden Steuersignale erzeugt werden.
- Die Ventilstation 4 des Ausführungsbeispiels verfügt über mehrere Signalanschlüsse 32, die den Eingang 32' jeweils eines Signalwandlers 37 bilden, der Bestandteil der Ventilstation 4 ist. Desweiteren sind Signalanschlüsse 32 vorhanden, die den Ausgang 32" jeweils eines Signalwandlers 38 bilden, der ebenfalls zur Ventilstation 4 gehört. Die Signalwandler 37 wandeln am zugeordneten Eingang 32' eingehende nicht-elektrische Steuersignale in elektrische Signale um, die die elektronische Steuereinheit 24 verarbeiten kann. Die mit einem Ausgang 32' kommunizierenden Signalwandler 38 sind in der Lage, von der Steuereinheit 24 kommende elektrische Signale in nicht-elektrische Steuersignale umzuwandeln, die am zugeordneten Ausgang 32' abgenommen werden können.
- Auf diese Weise erübrigt sich in Fällen, in denen Steuersignale auf nicht-elektrischen Vorgängen basieren, eine elektrische Verdrahtung hin zu dem zu überwachenden Objekt. Wollte man einen bestimmten Druck in einem Druckbehälter oder in einem Arbeitszylinder überwachen, so müßte man ohne die integrierte erfindungsgemäße Lösung an besagtem Druckbehälter oder Arbeitszylinder einen Signalwandler installieren, der als Drucksensor fungiert und die Drucksignale in ein elektrisches Signal umwandelt, das anschließend über elektrische Leitungen an einen analogen Eingang der Ventilstation herangeführt wird. Im vorliegenden Falle ist ein derartiger Signalwandler 37', der in der Lage ist, Fluiddruck-Steuersignale in elektrische Signale umzuwandeln, unmittelbarer Bestandteile der Ventilstation 4, so daß als Signalleiter 34 nur noch einfach verlegbare Druckmittelleitungen 39 - starre Leitungen, Schläuche, sonstige Druckmittelkanäle enthaltende Bauteile - verlegt werden müssen. Dies ist aus Figuren 1 und 3 ersichtlich. Das vom Signalwandler 37' aus Drucksignalen erzeugte elektrische Signal wird über mindestens einen elektrischen Leiter 43 in den Ansteuerblock 23 geleitet, wobei die notwendigen elektrischen Leiter 43 zweckmäßigerweise im Innern des Trägers 28 verlaufen.
- Als weiteres Ausstattungsbeispiel ist bei der Ventilstation 4 wie aus Figuren 1 und 2 ersichtlich ein Signalwandler 37'' vorgesehen, der in der Lage ist, am Eingang 32' anliegende optische Steuersignale in elektrische Signale umzuwandeln, die ebenfalls über elektrische Leiter 43 zum Ansteuerblock 23 geführt werden. In diesem Falle können die Signalleiter 34 als Lichtleiter 44 ausgeführt sein, die eine optische Objekterfassung ermöglichen und sich sehr leicht verlegen lassen. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Reflex-Lichtschranken verwirklichen.
- In entsprechender Weise lassen sich an den Ausgängen 32'' Drucksignale oder optische Signale abnehmen, wenn die zugeordneten Signalwandler 38 in der Lage sind, über elektrische Leiter 45 vom Ansteuerblock 23 erhaltene elektrische Signale in zum Beispiel pneumatische Drucksignale (Signalwandler 38') oder in optische Signale (Signalwandler 38'') umzuwandeln. Die elektrischen Leiter 45 sind zweckmäßigerweise entsprechend den elektrischen Leitern 43 verlegt.
- Es versteht sich, daß man die Signalanschlüsse 32 zweckmäßigerweise so ausbildet, daß man die entsprechenden Druckmittelleiter 39 oder Lichtleiter 44 problemlos lösbar anschließen kann.
- Die Ventilstation 4 des Ausführungsbeispiels kann auch ankommende elektrische Steuersignale verarbeiten. Diese werden in die weiteren Signalanschlüsse 33 eingespeist, denen kein Signalwandler zugeordnet ist, und die die Steuersignale verstärkt oder unverstärkt in ihrer Eigenschaft als elektrische Signale über geeignete elektrische Leiter an den Ansteuerblock 23 weitergeben. Auf diese Weise können insbesondere elektrische Steuersignale von kapazitiven, induktiven oder auf Reed-Kontakt-Basis arbeitenden Sensoren 46 bearbeitet werden.
- Es versteht sich, daß die Ventilstation 4 mit einer beliebigen Anzahl der erläuterten Signalanschlüsse 32 beliebiger Art ausgestattet sein kann. Möglich wäre es insbesondere, die Ventilstation 4 nur mit solchen Signalwandlern zu bestücken, die in der Lage sind, nicht-elektrische Eingangssignale in elektrisch weiterverarbeitbare Signale umzuwandeln. Der Regelfall dürfte allerdings sein, daß zusätzlich zumindest wenigstens ein weiterer Signalanschluß 33 vorhanden ist, der ohne vorherige Signalwandlung elektrische Signale empfangen oder abgeben kann.
- Die beispielsgemäße Ventilstation 4 hat einen modularen Aufbau. Dies gestattet es dem Anwender, den Ausstattungsumfang an den Bedarf anzupassen und erforderlichenfalls spätere Erweiterungen vorzunehmen.
- Der modulare Aufbau zeigt sich zunächst darin, daß sich der Träger 28 vorzugsweise aus mehreren einzelnen Trägermodulen 47 zusammensetzt, die lösbar miteinander verbunden sind. Beispielsgemäß handelt es sich um blockähnliche Trägermodule 47, die in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei das erste Trägermodul 47' am Ansteuerblock 23 befestigt ist und sich die übrigen Trägermodule 47 an der dem Ansteuerblock 23 entgegengesetzten Stirnseite an das Trägermodul 47' anschließen. Jedes Trägermodul 47 kann mit einem oder mehreren Signalanschlüssen 32 und mit einem oder mehreren der Signalwandler 37, 38 bestückt sein. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Signalwandler 37, 38 im Innern des zugeordneten Trägermoduls 47 geschützt aufgenommen sind, insbesondere derart, daß nur noch der zugeordnete Signalanschluß 32 sichtbar und zugänglich ist.
- Die elektrische Verknüpfung zwischen den einzelnen Trägermodulen 47 und dem Ansteuerblock 23 erfolgt zweckmäßigerweise derart, daß innerhalb jedes Trägermoduls 47 Abschnitte der elektrischen Leiter 43, 45 ausgebildet sind, die sich zu einem Leitungsstrang zusammenstecken lassen, wobei an den Unterteilungsstellen zwischen unmittelbar benachbarten Trägermodulen 47 geeignete Steckverbinder 48 vorgesehen sind, die beim Aneinanderansetzen benachbarter Trägermodule 47 insbesondere automatisch miteinander in Eingriff gelangen.
- Es ist möglich, einzelne der Trägermodule 47 ausschließlich als Eingangsmodule 49 oder als Ausgangsmodule 50 auszubilden, deren Signalanschlüsse 32, 33 ausschießlich als Eingänge oder als Ausgänge ausgebildet sind. Möglich ist es ferner, mindestens ein Trägermodul vorzusehen, das ausschließlich über solche Signalanschlüsse 32 verfügt, denen ein Signalwandler 37, 38 zugeordnet ist, wobei die entsprechenden Signalwandler in das betreffende Trägermodul integriert sind, wie dies die Figuren 2 und 3 vermitteln. Dort ist allerdings die auch mögliche Mischung gezeigt, wonach mindestens ein Trägermodul 47 ausschließlich gleichartige Signalwandler 37, 38 enthält, die sich nur in der Belegung hinsichtlich Ausgang und Eingang unterscheiden. Es ist ersichtlich, daß jedwede Kombinationen möglich sind, um einen möglichst flexiblen Aufbau der Ventilstation zu ermöglichen.
- Zu dem flexiblen Aufbau trägt beim Ausführungsbeispiel auch bei, daß sich der Fluidverteiler 5 aus mehreren Verteilermodulen 54 zusammensetzt, die entsprechend den Trägermodulen 47 in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnet sind, und die jeweils mindestens eines der Arbeitsventile 13 tragen. Beim Ausführungsbeispiel ist jedes Verteilermodul 54 mit zwei Arbeitsventilen 13 bestückt. Das erste Verteilermodul 54' sitzt unmittelbar am Ansteuerblock 23, die weiteren Verteilermodule 54 schließen sich an der dem Ansteuerblock 23 entgegengesetzten Stirnseite an das erste Verteilermodul 54' an. Es versteht sich, daß in diesem Falle die Fluidkanäle 6 wie auch der mindestens eine elektrische Leiter 36 in einzelne Abschnitte unterteilt sein können, die im jeweiligen Verteilermodul 54 verlaufen und sich im zusammengesetzten Zustand der Verteilermodule 54 zu einem fortlaufenden Strang ergänzen.
- Es liegt somit insgesamt eine Ventilstation oder Ventilinsel vor, die einen äußerst modularen Aufbau hat. Die Bestückung kann der jeweiligen Aufgabe angepaßt und nachträglich geändert werden. Der Ansteuerblock 23 beinhaltet zweckmäßigerweise die zentrale Ansteuerelektronik, die insbesondere als Feldbus-Kommunikationseinheit (Feldbusknoten) oder als elektronische Steuereinheit (Steuerknoten) zur Programmierung ausgebildet sein kann. Auf der einen Seite des Ansteuerblockes 23 lassen sich ventilbestückte Verteilermodule 54 anordnen, wobei man bei Bestückung mit Pneumatikventilen insgesamt von Pneumatikmodulen sprechen könnte, die sich aus einer Grundeinheit in Gestalt des Trägermodules 47 und dem bzw. den darauf sitzenden Arbeitsventilen zusammensetzt. Die elektrische Ansteuerung der Elektromagneten der Ventilantriebe 35 erfolgt über den Ansteuerblock 23.
- Auf der den Trägermodulen 47 entgegengesetzten Seite des Ansteuerblockes 23 können verschiedene Steuermodule angeordnet werden, deren Reihenfolge und Ausgestaltung frei wählbar ist, so daß man sowohl reine Eingangsmodule und Ausgangsmodule oder aber kombinierte Ein- und Ausgangsmodule verwenden kann.
- Durch die Integration von Signalwandlern 37, 38 in die Ventilstation bzw. Ventilinsel ergibt sich eine Reduktion der Kosten und eine einfacher Installation für den Anwender bei gleichzeitig verringerter Störproblematik. Signalwandler 37, bei denen der oder die vorhandenen Signalanschlüsse 32, 32' als Eingang fungieren, können praktisch einen auf nicht-elektrischer Basis arbeitenden Sensor enthalten, beispielsweise einen Drucksensor oder einen optischen Sensor, wobei dann nur noch ein nicht-elektrischer Signalleiter zur Überwachungsstelle zu verlegen ist und im Signalwandler 37 selbst die Umwandlung in von der Steuereinheit 24 verarbeitbare elektrische Signale erfolgt. Da Signalwandler regelmäßig auch elektrische Versorgungsenergie benötigen, um betrieben werden zu können, spart man nicht nur elektrische Signalleiter, die durch die nicht-elektrischen ersetzt werden, sondern auch elektrische Versorgungsleitungen, die nunmehr ebenfalls in den Träger 28 integriert sein können.
Claims (15)
- Steuereinrichtung zur Verwendung im Zusammenhang mit fluidbetätigbaren Einrichtungen, beispielsweise Arbeitszylindern, mit einer Ventilstation, die mehrere Ventile sowie diesen zugeordnete, unter Mitwirkung einer elektronischen Steuereinheit elektrisch betätigbare Ventilantriebe enthält, und die mit mindestens einem Signalanschluß für einen von der Ventilstation wegführenden Signalleiter ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Signalanschluß (32) der Eingang (32') und/oder Ausgang (32'') eines Signalwandlers (37, 38) ist, der Bestandteil der Ventilstation (4) ist, und der eingehende nichtelektrische Steuersignale in von der Steuereinheit (24) verarbeitbare elektrische Signale umwandelt und/oder der von der Steuereinheit (24) beeinflußte elektrische Signale in ausgehende nicht-elektrische Steuersignale umwandelt.
- Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Signalwandler (37, 37'; 38, 38') zur Umwandlung zwischen Fluiddruck-Steuersignalen und elektrischen Signalen ausgebildet ist.
- Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Signalwandler (37, 37'; 38, 38') zur Umwandlung zwischen pneumatischen Steuersignalen und elektrischen Signalen ausgebildet ist.
- Steuereinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein als Fluidleitung (39) ausgebildeter Signalleiter (34) unmittelbar an den Signalanschluß (32) des zugeordneten Signalwandlers (37, 37'; 38, 38') angeschlossen ist.
- Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Signalwandler (37, 37''; 38, 38'') zur Umwandlung zwischen optischen Steuersignalen und elektrischen Signalen vorgesehen ist.
- Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein als Lichtleiter (44) ausgebildeter Signalleiter (34) unmittelbar am Signalanschluß (32, 32', 32'') des zugeordneten Signalwandlers (37, 37'; 38, 38') angeschlossen ist.
- Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einem als Eingang (32') fungierenden Signalanschluß (32) zugeleiteten Steuersignale Überwachungssignale sind.
- Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Signalwandler (37, 38) in oder an einem lösbar an der Ventilstation (4) festlegbaren Trägermodul (47) angeordnet ist.
- Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Trägermodule (47) in Reihe aufeinanderfolgend an der Ventilstation (4) festlegbar sind.
- Steuereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Trägermodul (47) ein ausschließlich mit als Ausgänge (32') ausgebildeten Signalanschlüssen (32) bestücktes Ausgangsmodul (50) ist.
- Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Trägermodul (47) ein ausschließlich mit als Eingänge (32') ausgebildeten Signalanschlüssen (32) bestücktes Eingangsmodul (49) ist.
- Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Trägermodule (47) aufeinanderfolgend an einer Steuerseite (27) eines Ansteuerblockes (23) anbaubar sind, der insbesondere als Feldbus-Kommunikationseinheit und/oder als mit einem insbesondere programmierbaren Programmspeicher ausgestattete elektronische Steuereinheit (24) ausgebildet ist, und der mit den Signalwandlern (37, 38) kommuniziert.
- Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (13) auf einem Fluidverteiler (5) angeordnet sind, der sich zweckmäßigerweise aus mehreren, jeweils mit mindestens einem Ventil (13) bestückten Verteilermodulen (54) zusammensetzt.
- Steuereinrichtung nach Anspruch 13 in Verbindung mit Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidverteiler (5) auf der den Trägermodulen (47) entgegensetzten Seite des Ansteuerblockes (23) angeordnet ist.
- Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilstation (4) mit weiteren Signalanschlüssen (33) versehen ist, die digitale und/oder analoge Ein- und/oder Ausgänge für elektrische Steuersignale bilden.
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