EP0624832B1 - Elektronische Steuereinrichtung für eine modulartig aufgebaute Ventilstation - Google Patents

Elektronische Steuereinrichtung für eine modulartig aufgebaute Ventilstation Download PDF

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EP0624832B1
EP0624832B1 EP94101441A EP94101441A EP0624832B1 EP 0624832 B1 EP0624832 B1 EP 0624832B1 EP 94101441 A EP94101441 A EP 94101441A EP 94101441 A EP94101441 A EP 94101441A EP 0624832 B1 EP0624832 B1 EP 0624832B1
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EP
European Patent Office
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address
control unit
modules
module
unit according
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EP0624832A2 (de
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Kurt Stoll
Thomas Lederer
Dieter Ruckwied
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Festo SE and Co KG
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    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C1/00—Circuit elements having no moving parts
    • 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; Program devices

Definitions

  • the invention relates to an electronic control device for a modular valve station with the features of Preamble of claim 1.
  • Control devices of this type are already used by the applicant for a long time under the name "valve islands” or “installation islands” distributed, essentially a one or Multi-part plate-like fluid distributor with multi-way valves is equipped.
  • such can be modular assembled valve station also input / output modules for receiving sensor signals or for controlling other external facilities.
  • the central control unit controls the various modules via a bus line system.
  • Such an electronic control device or valve station is known for example from DE-GM 92 11 109.
  • DE-A-38 19 761 is an electronic control device known with the features of the preamble of claim 1, at only a serial fieldbus is provided, while a internal parallel bus for controlling individual modules is missing.
  • This device is programmable Address decoder provided, but there is a manual one-time Addressing with an external addressing unit in a non-volatile memory. The address then remains programmed and no longer changes in normal operation. If additional units are added and other units are dropped, the addresses must be re-programmed.
  • each module (I / O module) has a unique and unique identifier, which is stored in a non-volatile memory. This identifier is requested when new addresses are set up and depending on it is in an automatic Assign an address to the process. However, this is done once when the system is started for the first time or when new modules are added will. The operator must put the system in address assignment mode switch. This device is complex Comparison with the permanently stored identifiers required, so that multiple passes are required until all addresses are forgiven.
  • the device according to the invention allows a highly flexible, automatic Address assignment without any manual settings would be required.
  • the automatic address assignment remains even with a subsequent expansion of the valve station to make additional modules effective, and the electronic Control unit automatically assigns additional addresses.
  • the individual address decoders are given addresses one after the other, or existing addresses are overwritten with new addresses.
  • the addresses to be stored are advantageous supplied to the address decoders via an address bus.
  • the programming is therefore done without using data lines, because the data are transferred via the address lines.
  • the address decoders point to the storage of the assigned addresses in particular read / write memory. In this can each current from the central control unit valid address can be read.
  • the configuration phase is expediently an initialization phase educated. Thereby are means for inquiry and identification of the respective module during the access phase provided, corresponding individual module identifier data can be transmitted to the control unit via a data bus. This takes place before the address assignment a system configuration recognition which is also carried out automatically.
  • the transmitted module identification data are in the control unit with the corresponding module assigned address.
  • means for automatic are advantageous Switch to a work phase after implementation the configuration phase.
  • the configuration phase itself is through a write access to a reserved address triggered.
  • each valve can have an address decoder assigned, but it is also possible that several valves are assigned to an address decoder that with an address mask and a corresponding number of Addresses is applied.
  • the central control unit can advantageously also be designed as a fieldbus station and in a network work with other fieldbus stations or independently.
  • a practical, easy to assemble and expandable mechanical Arrangement is that a variable number attachable from modules to the central control unit is, preferably in one consisting of at least one row Row arrangement. This allows any other Modules are added to such a row, where automatically in the next configuration or initialization phase an address is assigned.
  • Valve station is a central electronic control unit 10 in from the aforementioned prior art known trained as a fieldbus station and a usually two-wire fieldbus 11 connected.
  • Several such control units 10 or valve stations can be connected to this fieldbus 11, which by a dashed continuation of the field bus 11 is indicated is.
  • a central computer connected to the fieldbus 11 can 12 the individual control units 10 as Control master station, or this central computer 12th only transfers the control program to the control unit 10, and the valve station can then be self-sufficient Taxes.
  • Another Possibility is that with several, over the Fieldbus 11 connected valve islands a control unit 10 works as a master unit, the other control units are subordinate.
  • valve modules 17, 18 connected in a row arrangement, which each carry four valves 19-22 and 23-26.
  • a such valve module consists in known and not shown in detail from a fluid distributor for a pneumatic or hydraulic medium inside has running feed and ventilation channels.
  • the four valves 19-22 and 23-26 respectively communicate with the channels of the fluid distributor via branch channels. Allow connection means provided on the valves the connection of fluid lines leading to work equipment that can be operated by pressure medium are also not shown.
  • Each valve 19-26 has an electrically operated valve drive.
  • the control unit 10 has a central program control Establish a microprocessor 27, which has a Bus line system 28 with programmable address decoders 29-33 is connected in modules 14-18. At the entrance and / or Output modules 14-16 control these address decoders 29-31 the passage of input and output signals Input and output connections 34-36. With the valve modules 17, 18 control these address decoders 32, 33 each Valves 19-26.
  • Fluid distributors can be provided on the valve modules assembled together, which are just the valves, which include valve controls and address decoders.
  • Another option is to have a larger number assign valves to a single address decoder, or but also, for example, each valve has its own address decoder assign. In the former case, for example a single address decoder controls all valves.
  • valve terminal can of course also work completely work independently, that is, the control unit 10 trained as an independent control unit and not with a field bus or the like connected.
  • the Valve station internal bus line system 28 consists of an eight data lines BD 0 - BD 7 containing Data bus 37, a fifteen address lines A0 - A14 containing Address bus 38, control lines 39, 40 (RDNOUT and WRNOUT) and a so-called daisy chain connection 41 (DCI / DCO). All of these lines are with the address decoder 32 connected.
  • the structure of such an address decoder corresponds in principle the known, non-programmable Address decodes with the exception that an additional internal one is used here Read / write memory (not shown) is provided is read into the addresses via the address bus 37 can be.
  • Comparator provided that the stored Address with the address on address bus 37 compares in work mode and if there is a match the addresses a control signal on an output line 42 gives.
  • This address decoder also contains 32 individual ones Module identification data, via corresponding lines 43 can be applied to the data bus 37. It can be act, for example, a permanently connected data word.
  • the output line 42 is one with a release input G.
  • Decoders 44 connected, for example for the commercial Component HC 239 can be used.
  • This decoder 44 is connected to the address bus 38 via two address lines 45 connected.
  • Control outputs of this decoder 44 control four D flip-flops 46-49, which have a switch function in control lines 50-53 exercise the data bus 37 with electrical Connect valve actuators of valves 19-22.
  • the Number of D flip-flops 46-49, control lines 50-53 and the address lines 45 of course depends on the Number of valves to be controlled.
  • the mode of operation of the entire self-configuring system is described below.
  • the microprocessor 27 now generates a read access and at least one write access.
  • the address decoder 32 has eight configuration outputs 43 with "open-drain" properties.
  • the microprocessor now reads the identifier of the address decoder 32 or the valve module 17 via the Lines 43 and the data bus 37 out.
  • the microprocessor arranges 27 an address in two write accesses of this identifier and an address mask and transfers it over the Address bus 38 to the internal memory of the address decoder 32.
  • the termination criterion for initialization is satisfied when all data lines are supplied with a 1 signal. Now done by reading access to a reserved address Switch to work mode. With write access everyone can access the reserved address at the same time Address decoder 29-33 switched back to initialization mode will.
  • all address decoders 29-33 work accordingly your previous programming during the initialization phase, that is, they can over the assigned to them Address range can be addressed.
  • the software Switch between initialization and work mode is done solely by the address (38), RDN- (39) and WRN lines (40), that is, they are not special for this Data or control lines required. Lies on address bus 38 an assigned address in before an address corresponding to the address decoder, so addresses this address decoder and generates with the Read signal (RDN) and / or write signal (WRN) logically linked Output signals.
  • the decoder 44 unlocked which depending on the over the Address lines 45 supplied address one of its four Outputs enabled and with the corresponding output signal one of the four D flip-flops 46-49 via the clock input appeals. As a result, this is via the data bus 37 applied signal to the output of the respective D flip-flop 46-49 transferred, and the corresponding valve 19-22 is controlled.
  • the circuit is an exemplary embodiment Output module shown, for example that of the output module 14.
  • the same and equivalent components are provided with the same reference numerals and not again described.
  • the output line 42 is with the clock input connected to a single D flip-flop 54, the Output through an output amplifier 55 to the output terminal 34 is connected, for example as a socket or plug coupling can be formed.
  • the mode of action also largely corresponds to that in FIG. 2 illustrated embodiment. If the address decoder 29 is addressed by the address assigned to it, so is applied to the data bus 37 via its output line 42 Control signal through the D flip-flop 54 to the output terminal 34 transferred to an associated external Control unit, for example an external one Hydraulic valve, an actuator, a motor or the like.
  • the circuit of the module shown in Fig. 3 can also used to control valves 19-26 of the valve station if they are individually provided with address decoders are.
  • FIG. 4 shows an input module as an exemplary embodiment shown, for example the input module 15. Also here are the same or equivalent components with the same Provide reference numerals and not described again.
  • This input module 15 is used to supply external Signals to the microprocessor 27, for example sensor signals, Limit switch signals or the like
  • the external signal passes via the input connection 35 into a buffer 56, for that, for example, the commercially available component HC 244 is reversible. If the address decoder 30 is addressed, so is the by means of a signal on the output line 42 Signal from buffer 56 to data bus 37 and up from there transmit the microprocessor 27.
  • the input signal is an analog signal, it must be still be an analog / digital converter upstream, wherein the digital data word formed via a buffer arrangement and several data lines can be transferred to the data bus 37 is. Then through the output line 42 multiple buffers or a buffer arrangement with several Lines controlled in parallel. Accordingly, of course also analog in the arrangement according to FIG. 3 Output signals through a digital / analog converter are formed, the input side several data lines of the data bus 37 are supplied.
  • Combined input / output modules can also be implemented, 3 as well as input lines according to FIG. 4 controls. This can be done over a correspondingly large address area of the address decoder.

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Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung für eine modulartig aufgebaute Ventilstation mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Steuereinrichtungen dieser Art werden von der Anmelderin schon seit längerem unter der Bezeichnung "Ventilinseln" oder "Installationsinseln" vertrieben, wobei im wesentlichen ein einoder mehrstückiger plattenähnlicher Fluidverteiler mit Mehrwegeventilen bestückt ist. Darüberhinaus kann eine solche modulartig aufgebaute Ventilstation auch noch Eingangs-/Ausgangsmoduln zum Empfang von Sensorsignalen oder zur Steuerung weiterer externer Einrichtungen aufweisen. Die zentrale Steuereinheit steuert dabei über ein Busleitungssystem die verschiedenen Moduln. Eine derartige elektronische Steuereinrichtung bzw. Ventilstation ist beispielsweise auch aus der DE-GM 92 11 109 bekannt.
In bekannter Weise besitzt bei derartigen Einrichtungen jedes Modul einen Adreßdecoder, der eine fest eingestellte Adresse des jeweiligen Moduls mit der aktuell auf dem Adreßbus erscheinenden Adresse vergleicht. Nur bei Gleichheit kann ein steuernder Mikroprozessor der zentralen Steuereinheit auf dieses Modul zugreifen. Die Adressen werden dabei üblicherweise über Schalter oder über eine feste Verdrahtug festgelegt. Bei der Zusammenstellung einer derartigen bekannten Ventilstation müssen daher für jedes Modul die Adressen eingestellt und mit der Programmierung der zentralen Steuereinheit in Einklang gebracht werden. Dies ist sehr zeitaufwendig und umständlich, insbesondere bei einer Erweiterung der Ventilstation um weitere Moduln, beispielsweise wenn weitere Sensoren installiert, weitere externe Einrichtungen gesteuert oder weitere zusäzliche Ventile betätigt werden sollen.
Aus der DE-A-38 19 761 ist eine elektronische Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt, bei der lediglich ein serieller Feldbus vorgesehen ist, während ein interner paralleler Bus zur Steuerung von einzelnen Moduln fehlt. Bei dieser Vorrichtung ist zwar ein programmierbarer Adreßdecoder vorgesehen, jedoch erfolgt dort eine manuelle einmalige Adressierung mit einer externen Adressierungseinheit in einen nicht flüchtigen Speicher. Danach bleibt die Adresse programmiert und ändert sich im üblichen Betrieb nicht mehr. Wenn zusätzliche Einheiten hinzukommen und andere Einheiten wegfallen, ist eine erneute Programmierung der Adressen erforderlich.
Bei einer aus der EP-A-0 221 303 bekannten Vorrichtung besitzt jedes Modul (I/O-Modul) eine einmalige und einzigartige Kennung, die in einem nicht flüchtigen Speicher festgehalten wird. Bei der Neueinrichtung von Adressen wird diese Kennung abgefragt und in Abhängigkeit davon wird in einem automatischen Vorgang eine Adresse vergeben. Dies erfolgt jedoch einmalig beim Erststart des Systems oder wenn neue Moduln hinzugefügt werden. Der Betreiber muß das System in den Adressenzuweisungsmodus umschalten. Bei dieser Vorrichtung ist ein aufwendiger Vergleich mit den fest gespeicherten Kennungen erforderlich, so daß mehrere Durchläufe erforderlich sind, bis alle Adressen vergeben sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die Adressierung von Moduln einer Ventilstation zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt eine hochflexible, automatische Adreßzuweisung, ohne daß irgendwelche manuellen Einstellungen erforderlich wären. Die automatische Adreßzuweisung bleibt auch bei einer nachträglichen Erweiterung der Ventilstation um zusätzliche Moduln wirksam, und die elektronische Steuereinheit vergibt automatisch zusätzliche Adressen. Die einzelnen Adreßdecoder werden nacheinander mit Adressen versehen, bzw. vorhandene Adressen werden mit neuen Adressen überschrieben.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Steuereinrichtung möglich.
In vorteilhafter Weise werden die einzuspeichernden Adressen über einen Adreßbus den Adreßdecodern zugeführt. Die Programmierung erfolgt daher ohne Verwendung von Datenleitungen, da die Daten über die Adreßleitungen transferiert werden.
Die Adreßdecoder weisen zur Speicherung der zugewiesenen Adressen insbesondere Schreib-/Lesespeicher auf. In diese kann jeweils von der zentralen Steuereinheit her die jeweils aktuell gültige Adresse eingelesen werden.
Die Konfigurierungsphase ist zweckmäßigerweise als Initialisierungsphase ausgebildet. Dabei sind Mittel zur Abfrage und Identifizierung des jeweiligen Moduls während der Zugriffsphase vorgesehen, wobei entsprechende individuelle Modul-Kennungsdaten über einen Datenbus der Steuereinheit übermittelbar sind. Somit erfolgt vor der Adreßzuweisung eine ebenfalls automatisch durchgeführte System-Konfigurationserkennung. Die übermittelten Modul-Kennungsdaten werden in der Steuereinheit mit der dem entsprechenden Modul zugewiesenen Adresse verknüpft.
Weiterhin sind in vorteilhafter Weise Mittel zur automatischen Umschaltung auf eine Arbeitsphase nach Durchführung der Konfigurationsphase vorgesehen. Die Konfigurierungsphase selbst wird durch einen Schreibzugriff auf eine dafür reservierte Adresse ausgelöst.
In der Ventil station kann jedem Ventil ein Adreßdecoder zugewiesen werden, es ist jedoch ebenfalls möglich, daß mehrere Ventile einem Adreßdecoder zugeordnet sind, der mit einer Adreßmaske und einer entsprechenden Zahl von Adressen beaufschlagt ist.
Zur Steuerung des Durchgangs von Eingangs- und/oder Ausgangssignalen in den jeweiligen Moduln sind Steuerausgänge der Adreßdecoder mit diese Eingangs- und/oder Ausgangssignale steuernden elektronischen Schaltern verbunden, die beispielsweise als Buffer oder Flipflops ausgebildet sein können.
Die zentrale Steuereinheit kann in vorteilhafter Weise auch als Feldbusstation ausgebildet sein und in einem Verbund mit anderen Feldbusstationen oder auch autark arbeiten.
Eine zweckmäßige, leicht montierbare und erweiterbare mechanische Anordnung besteht darin, daß eine variable Anzahl von Moduln an die zentrale Steuereinheit anbringbar ist, vorzugsweise in einer aus wenigstens einer Reihe bestehenden Reihenanordnung. Hierdurch können beliebige weitere Moduln an eine solche Reihe angefügt werden, wobei automatisch in der nächsten Konfigurations- bzw. Initialisierungsphase eine Adresse zugeteilt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine schematische Gesamtansicht einer Ventilstation mit Ventilmoduln sowie Eingangs- und Ausgangsmoduln,
Fig. 2
ein Schaltbild eines Ventil moduls,
Fig. 3
ein Schaltbild eines Ausgangsmoduls und
Fig. 4
ein Schaltbild eines Eingangsmoduls.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Ventil station ist eine zentrale elektronische Steuereinheit 10 in aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannter Weise als Feldbusstation ausgebildet und an einen üblicherweise zwei-adrigen Feldbus 11 angeschlossen. Mehrere solcher Steuereinheiten 10 bzw. Ventil stationen können an diesen Feldbus 11 angeschlossen sein, was durch eine gestrichelte Fortführung des Feldbusses 11 angedeutet ist. Dabei kann ein an den Feldbus 11 angeschlossener Zentralcomputer 12 die einzelnen Steuereinheiten 10 als Masterstation steuern, oder aber dieser Zentralcomputer 12 überträgt lediglich das Steuerprogramm auf die Steuereinheit 10, und diese kann dann danach autark die Ventilstation steuern. In diesem Falle kann dann auch an eine Schnittstelle 13 der Steuereinheit 10 ein Anzeigeund/oder Bediengerät angeschlossen werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß bei mehreren, über den Feldbus 11 verbundenen Ventil inseln eine Steuereinheit 10 als Mastereinheit arbeitet, der die übrigen Steuereinheiten untergeordnet sind.
An diese Steuereinheit 10 sind in einer Reihenanordnung auf einer Seite drei Eingangs- und/oder Ausgangsmoduln 14-16 angeordnet, die beispielsweise in nicht näher dargestellter Weise miteinander verschraubt sind. Auf der gegenüberliegenden Seite sind an der Steuereinheit 10 zwei Ventilmoduln 17, 18 in einer Reihenanordnung angeschlossen, die jeweils vier Ventile 19-22 bzw. 23-26 tragen. Ein derartiges Ventilmodul besteht in an sich bekannter und nicht näher dargestellter Weise aus einem Fluidverteiler für ein Pneumatik- oder Hydraulikmedium, der im Innern verlaufende Speise- und Entlüftungskanäle aufweist. Auf diesem Fluidverteiler sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die vier Ventile 19-22 bzw. 23-26 montiert, die über Zweigkanäle mit den Kanälen des Fluidverteilers kommunizieren. An den Ventilen vorgesehene Anschlußmittel erlauben das Anschließen von Druckmittelleitungen, die zu druckmittelbetätigbaren Arbeitseinrichtungen führen, die ebenfalls nicht dargestellt sind. Jedes Ventil 19-26 weist einen elektrisch betätigbaren Ventilantrieb auf.
Die Steuereinheit 10 besitzt als zentrale programmgesteuerte Einrichtung einen Mikroprozessor 27, der über ein Busleitungssystem 28 mit programmierbaren Adreßdecodern 29-33 in den Moduln 14-18 verbunden ist. Bei den Eingangsund/oder Ausgangsmoduln 14-16 steuern diese Adreßdecoder 29-31 den Durchgang von Eingangs- bzw. Ausgangssignalen zu Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen 34-36. Bei den Ventilmoduln 17, 18 steuern diese Adreßdecoder 32, 33 die einzelnen Ventile 19-26.
Beim Zusammenstecken der einzelnen Moduln 14-18 werden automatisch durch entsprechende Steckvorrichtungen die Busleitungsverbindungen hergestellt, beispielsweise durch quer durch die Moduln verlaufende Platinen, die an ihren Enden als Stecker bzw. Kupplungen ausgebildet sind. Bei den Ventilmoduln 17, 18 werden gleichzeitig die fluidischen Verbindungen zwischen den einzelnen Fluidverteilern hergestellt.
In Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich auch prinzipiell ein einzelner durchgehender Fluidverteiler vorgesehen sein, auf dem Ventilmoduln zusammen montiert werden, die lediglich die Ventile, die Ventilsteuerungen und die Adreßdecoder beinhalten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, eine größere Zahl von Ventilen einem einzelnen Adreßdecoder zuzuweisen, oder aber auch beispielsweise jedem Ventil einen eigenen Adreßdecoder zuzuordnen. Im erstgenannten Fall könnte beispielsweise ein einziger Adreßdecoder alle Ventile steuern.
Die gesamte Ventilinsel kann selbstverständlich auch völlig autark arbeiten, das heißt, die Steuereinheit 10 ist als unabhängige Steuereinheit ausgebildet und nicht mit einem Feldbus od.dgl. verbunden.
In Fig. 2 ist als Ausführungsbeispiel das Ventilmodul 17 bezüglich seiner elektronischen Schaltung dargestellt. Das ventilstationinterne Busleitungssystem 28 besteht aus einem acht Datenleitungen BD 0 - BD 7 enthaltenden Datenbus 37, einem fünfzehn Adreßleitungen A0 - A14 enthaltenden Adreßbus 38, Steuerleitungen 39, 40 (RDNOUT und WRNOUT) und einer sogenannten Daisy-Chain-Verbindung 41 (DCI/DCO). Alle diese Leitungen sind mit dem Adreßdecoder 32 verbunden. Der Aufbau eines solchen Adreßdecoders entspricht prinzipiell den bekannten, nicht programmierbaren Adreßdecoden mit der Ausnahme, daß hier zusätzlich ein interner Schreib-/Lesespeicher (nicht dargestellt) vorgesehen ist, in den Adressen über den Adreßbus 37 eingelesen werden können. Weiterhin ist ein ebenfalls nicht dargestellter Komparator vorgesehen, der die gespeicherte Adresse mit der jeweils am Adreßbus 37 anliegenden Adresse im Arbeitsbetrieb vergleicht und bei einer Übereinstimmung der Adressen ein Steuersignal auf eine Ausgangsleitung 42 gibt. Weiterhin enthält dieser Adreßdecoder 32 individuelle Modul-Kennungsdaten, die über entsprechende Leitungen 43 an den Datenbus 37 anlegbar sind. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein festbeschaltetes Datenwort handeln.
Die Ausgangsleitung 42 ist mit einem Freigabeeingang G eines Decoders 44 verbunden, für den beispielsweise das handelsübliche Bauteil HC 239 verwendbar ist. Dieser Decoder 44 ist über zwei Adreßleitungen 45 mit dem Adreßbus 38 verbunden. Steuerausgänge dieses Decoders 44 steuern vier D-Flipflops 46-49, die eine Schalterfunktion in Steuerleitungen 50-53 ausüben, die den Datenbus 37 mit elektrischen Ventilantrieben der Ventile 19-22 verbinden. Die Zahl der D-Flipflops 46-49, der Steuerleitungen 50-53 und der Adreßleitungen 45 hängt selbstverständlich von der Zahl der zu steuernden Ventile ab.
Die Wirkungsweise des gesamten selbstkonfigurierenden Systems wird im folgenden beschrieben. Nach dem Einschalten der Betriebsspannung startet das Betriebssystem des Mikroprozessors 27 mit einer Konfigurierungs- bzw. Initialisierungsphase. Die Leitung DCI der Daisy-Chain-Verbindung 41 wird beim ersten Modul, also beispielsweise beim Ventilmodul 17, wenn dieses als erstes Modul in der Daisy-Chain-Verbindung 41 geschaltet ist, an den Systemreset des Mikroprozessors 27 angeschlossen. Dabei wird diese Leitung für kurze Zeit auf Null gesetzt. Bei DCI = 0 wird auch die DCO-Leitung dieses Moduls auf Null gesetzt. Dies führt wiederum zu DCI = 0 beim nächsten Modul usw. Dadurch werden alle angeschlossenen Module in den Grundzustand versetzt. Nach Ablauf der Reset-Zeit nimmt die Leitung DCI des ersten Moduls, also des Ventilmoduls 17, den Zustand 1 an. Alle anderen DCO- und DCI-Leitungen behalten ihren Zustand 0. Nur bei dieser Signalkombination (DCI = 1 und DCO = 0) kann auf das betreffende Modul während der Initialisierungsphase zugegriffen werden.
Der Mikroprozessor 27 generiert nun einen Lesezugriff und wenigstens einen Schreibzugriff. Der Adreßdecoder 32 besitzt acht Konfigurations-Ausgänge 43 mit "open-drain"-Eigenschaften. Der Mikroprozessor liest nun die Kennung des Adreßdecoders 32 bzw. des Ventilmoduls 17 über die Leitungen 43 und den Datenbus 37 aus. Hierbei erkennt er, um welche Art von Modul es sich handelt, also beispielsweise ob es sich um ein Modul handelt, das zur Steuerung einer einzigen Steuerleitung lediglich eine Adresse benötigt, oder das zur Steuerung mehrerer Ausgangsleitungen mehrere Adressen benötigt. Nun ordnet der Mikroprozessor 27 in zwei Schreibzugriffen dieser Kennung eine Adresse und eine Adreßmaske zu und transferiert diese über den Adreßbus 38 zum interen Speicher des Adreßdecoders 32. Mit WRN = 0 wird die zu programmierende Moduladresse vom Adreßbus 38 in den als Adreßregister fungierenden Speicher des Adreßdecoders 32 übernommen. Beim Ventilmodul 17 wird eine Adreßmaske über den Adreßbus 38 in den Adreßdecoder 32 übertragen. Diese Adreßmaske bestimmt die Anzahl von Bytes, auf die im Betriebsmodus, ausgehend von der Basisadresse, sowohl lesend als auch schreibend zugegriffen werden kann. Hierdurch wird ein aktiver Adreßbereich vorgegeben. Nach diesem zweiten Schreibzugriff ist die Initialisierung dieses Moduls 17 abgeschlossen, und die DCO-Leitung wechselt zu einem 1-Signal. Damit ist die Bedingung DCI = 1 und DCO = 0 beim nächsten Modul erfüllt, und dieses kann initialisiert werden. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Moduln identifiziert und mit einer Adresse versehen sind. Die Initialisierung ist dann beendet. Das Abbruchkriterium für die Initialisierung ist erfüllt, wenn alle Datenleitungen mit einem 1-Signal beaufschlagt sind. Nun erfolgt durch einen Lesezugriff auf eine reservierte Adresse eine Umschaltung in den Arbeitsmodus. Durch einen Schreibzugriff auf die reservierte Adresse können gleichzeitig alle Adreßdecoder 29-33 in den Initialisierungsmodus zurückgeschaltet werden.
Im Arbeitsmodus arbeiten alle Adreßdecoder 29-33 entsprechend ihrer vorherigen Programmierung während der Initialisierungsphase, das heißt, sie können über den ihnen zugewiesenen Adreßbereich angesprochen werden. Die softwaremäßige Umschaltung zwischen dem Initialisierungs- und Arbeitsmodus erfolgt allein durch die Adreß- (38), RDN- (39) und WRN-Leitungen (40), das heißt, es sind hierfür keine speziellen Daten- oder Steuerleitungen erforderlich. Liegt auf dem Adreßbus 38 eine einer zugewiesenen Adresse in einem der Adreßdecoder entsprechende Adresse vor, so spricht dieser Adreßdecoder an und generiert mit dem Lesesignal (RDN) und/oder Schreibsignal (WRN) logisch verknüpfte Ausgangssignale.
Im Falle des Adreßdecoders 32 wird dann der Decodierer 44 freigeschaltet, der in Abhängigkeit von der über die Adreßleitungen 45 zugeführte Adresse einen seiner vier Ausgänge freischaltet und mit dem entsprechenden Ausgangssignal einen der vier D-Flipflops 46-49 über den Takteingang anspricht. Hierdurch wird das über den Datenbus 37 anliegende Signal auf den Ausgang des jeweiligen D-Flipflops 46-49 übertragen, und das entsprechende Ventil 19-22 wird angesteuert.
In Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel die Schaltung eines Ausgangsmoduls dargestellt, beispielsweise die des Ausgangsmoduls 14. Gleiche und gleich wirkende Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben. Die Ausgangsleitung 42 ist mit dem Takteingang eines einzigen D-Flipflops 54 verbunden, dessen Ausgang über einen Ausgangsverstärker 55 mit dem Ausgangsanschluß 34 verbunden ist, der beispielsweise als Steckdose oder Steckkupplung ausgebildet sein kann. Die Wirkungsweise entspricht ebenfalls weitgehend dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel. Wenn der Adreßdecoder 29 durch die ihm zugewiesene Adresse angesprochen wird, so wird über seine Ausgangsleitung 42 das am Datenbus 37 anliegende Steuersignal durch das D-Flipflop 54 auf den Ausgangsanschluß 34 übertragen, um eine damit verbundene externe Einheit zu steuern, beispielsweise ein externes Hydraulikventil, ein Stellglied, einen Motor od.dgl.
Die Schaltung des in Fig. 3 dargestellten Moduls kann auch zur Steuerung von Ventilen 19-26 der Ventil station verwendet werden, wenn diese individuell mit Adreßdecodern versehen sind.
In Fig. 4 ist als Ausführungsbeispiel ein Eingangsmodul dargestellt, beispielsweise das Eingangsmodul 15. Auch hier sind gleiche oder gleich wirkende Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben.
Dieses Eingangsmodul 15 dient zur Zuführung von externen Signalen zum Mikroprozessor 27, beispielsweise von Sensorsignalen, Endschaltersignalen od.dgl. Das externe Signal gelangt über den Eingangsanschluß 35 in ein Buffer 56, für das beispielsweise das handelsübliche Bauteil HC 244 ver- wendbar ist. Wird der Adreßdecoder 30 angesprochen, so wird mittels eines Signals auf der Ausgangsleitung 42 das Signal vom Buffer 56 auf den Datenbus 37 und von dort auf den Mikroprozessor 27 übertragen.
Liegt das Eingangssignal als analoges Signal vor, so muß noch ein Analog/Digital-Wandler vorgeschaltet sein, wobei das gebildete digitale Datenwort über eine Buffer-Anordnung und mehrere Datenleitungen auf den Datenbus 37 übertragbar ist. Durch die Ausgangsleitung 42 werden dann mehrere Buffer oder eine Buffer-Anordnung mit mehreren Leitungen parallelgesteuert. Entsprechend könnten selbstverständlich auch bei der Anordnung gemäß Fig. 3 analoge Ausgangssignale durch einen Digital/Analog-Wandler gebildet werden, dem eingangsseitig mehrere Datenleitungen des Datenbusses 37 zugeführt sind. Selbstverständlich sind auch kombinierte Eingangs-/Ausgangs-Moduln realisierbar, gemäß Fig. 3 als auch Eingangsleitungen gemäß Fig. 4 steuert. Dies kann über einen entsprechend großen Adreßbereich des Adreßdecoders realisiert werden.

Claims (9)

  1. Elektronische Steuereinrichtung für eine modulartig aufgebaute Ventilstation, die eine mit elektrisch steuerbaren Ventilen (19 - 26) bestückte Fluidverteileranordnung aufweist, wobei die Ventile (19 - 26) über wenigstens ein Steuermodul (17, 18) gesteuert werden, mit Eingangs- und/oder Ausgangsmoduln (14 - 16) und mit einer zentralen, an einen Feldbus (11) anschließbaren elektronischen Steuereinheit (10), an die die einzelnen Moduln (14 - 18) zur Steuerung und/oder zur Datenkommunikation angeschlossen sind, und die wenigstens einen programmierbaren Adreßdecoder (29 - 33) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (10) mit den Moduln (14 - 18) über ein internes paralleles Busleitungssystem (28) verbunden ist, daß jedem Modul (14 - 18) ein programmierbarer Adreßdecoder (29 - 33) zugeordnet ist und daß Mittel zur sequentiellen Konfigurierung der Moduln (14 - 18) und zur automatischen Zuweisung von individuellen Adressen für die einzelnen Moduln (14 - 18) in einer als Initialisierungsphase ausgebildeten Konfigurierungsphase vorgesehen sind, wobei in der Konfigurierungsphase aktive Mittel zur sequentiellen Weiterschaltung des Zugriffs auf die einzelnen Adreßdecoder (29 - 33) durch die Steuereinheit (10) vorgesehen sind, und während des Zugriffs eine Adresse und/oder Adreßmaske in den jeweiligen Adreßdecodern (29 - 33) eingespeichert wird.
  2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzuspeichernden Adressen über einen Adreßbus (38) den Adreßdecodern (29 - 33) zuführbar sind.
  3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Adreßdecoder (29 - 33) Schreib-/Lesespeicher zur Speicherung der zugewiesenen Adressen aufweisen.
  4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Abfrage und Identifizierung des jeweiligen Moduls (14 - 18) während der Zugriffsphase vorgesehen sind, wobei entsprechende individuelle Modul-Kennungsdaten über einen Datenbus (37) der Steuereinheit (10) übermittelbar sind, die in der Steuereinheit (10) insbesondere mit der dem entsprechenden Modul (14 - 18) zugewiesenen Adresse verknüpfbar sind.
  5. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur automatischen Umschaltung auf eine Arbeitsphase nach Durchführung der Konfigurierungsphase vorgesehen sind und/oder daß die Konfigurierungsphase durch einen Schreibzugriff auf eine dafür reservierte Adresse auslösbar ist.
  6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (19 - 26) einem Adreßdecoder zugeordnet ist oder daß mehrere Ventile (19 - 22 bzw. 23 - 26) einem Adreßdecoder (32 bzw. 33) zugeordnet sind, der mit einer Adreßmaske und/oder einer entsprechenden Zahl von Adressen beaufschlagt ist.
  7. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Steuerausgänge (42) der Adreßdecoder (29 - 33) mit den Durchgang von Eingangs- und/oder Ausgangssignalen steuernden elektrischen Schaltern (44 - 49, 54, 56) verbunden sind.
  8. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinheit (10) als Feldbusstation ausgebildet ist.
  9. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine variable Anzahl von in wenigstens einer Reihe angeordneten vorzugsweise aneinanderschraubbaren Moduln (14 - 18) an die zentrale Steuereinheit (10) anbringbar ist.
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