Steuereinrichtung zur Abgabe von Ausgangssignalen in Funktion von Eingangssignalen mit einem Programmwähler Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zur Abgabe von Ausgangssignalen in Funktion von Ein gangssignalen mit einem Programmwähler bestehend aus Eingangsschienen, die Ausgangsschienen kreuzen und mit ihnen an bestimmten, dem Programm entsprechen den Kreuzungspunkten über Dioden elektrisch verbun den sind.
Derlei 'Steuereinrichtungen werden z. B. bei Werk zeugmaschinen verwendet, wobei über jede Ausgangs schiene die Auslösung eines bestimmten Vorganges ein geleitet wird, während die Eingangsschienen nacheinan der von einem Signalgeber über ein Schrittschaltwerk ein Signal erhalten, sodass über die entsprechend dem Programm an den Kreuzungspunkten vorgesehenen Dioden diese Vorgänge in der gewünschten Reihenfolge ausgelöst werden.
In Industrieanlagen liegt oft die Aufgabe vor, eine Vielzahl von elektrischen Einrichtungen oder von Ar beitsmaschinen irgendwelcher Art fortlaufend zu über wachen und beim Eintreten festbestimmter Situatio nen nach einem zweckbedingten Funktionsablauf zu steuern. Diese festbestimmten Situationen und Funk tionsabläufe können je nach der Art der Industrieanlage äusserst vielgestaltig sein.
Die Steuerung erstreckt sich dabei auf die Weiterleitung der Ein- und Ausbefehle und die Verknüpfung dieser Stellbefehle mit -den, die festbestimmten Situationen beschreibenden Betriebs- oder Grenzbedingungen, beispielsweise das Vorhanden sein der Netzspannung, das Nichtüberschreiten von Grenztemperaturen, Mindestdrehzahlen und ähnliche zu überwachende Betriebsgrössen.
Die selbsttätige Schaltung von einem Betriebszustand zu dem in dem betreffenden Falle programmgemäss nächstfolgenden darf nur stattfinden, wenn das die .Situation beschreiben- de Primärkriterium eingetreten ist, beispielsweise der Motorerregerstrom seinen Minimalwert überschritten hat.
Diese Forderung setzt Verriegelungsmassnahmen voraus, die einen falschen Schaltbeginn und eine feh- lehrhafte Schaltfolge ausschliessen. Weiterhin müssen Rückmeldungen (Sekundärkriterien) erfolgen, die den Zustand eines Festigungsprozesses -anzeigen oder die den Vollzug einer vorbereitenden Schaltmassnahme, bei spielsweise das Einlegen eines Trennschalters,
anzeigen und damit die davon abhängigen weiteren Schaltmass- nahemnn freigeben. Die Verwiklic'hung einer derart um fangreidhen und zusammengesteuerten Steuerungsaufga be erfordert einen erheblichen Schaltungsaufwand und führt bei den üblichen Relais oder Schützensteuerungen zu einer meist unübersichtlichen Verdrahtung. Die in
einem Schaltpult, Schaltschrank oder einer zentralen Schaltwarte zusammengefassten Schalt- und überwa- chungsorgane hängen dabei nach einem aufgrund des Umfanges und der immer wieder speziellen ausführung nur schwer überschaubaren Schaltschema zusammen, was sich besonders bei auftretenden Störungen nachteilig bemerkbar macht.
Auch ist die Behebung. von Schaltfeh- lern während der Erst-Inb etriebnahme der Anlage sehr zeitraubend und nur von geschulten Fachkräften durch führbar.
Wenn nachträgliche Änderungen oder Erweite rungen der Anlage vorgenommen werden sollen ist ein grundlegender Neuaufbau oft nicht zu umgehen. Beson ders nachteilig ist, dass jede Steuerungsanlage entspre chend den vielfältigen Anforderungen und Aufgaben einer Industrieanlage spreziell entworfen und angefertigt werden muss.
Damit lassen sich die Vorteile einer Serienfertigung wegen der individuellen Verschiedenheit jeder Anlage nicht ausnutzen. Endlich ist die komplizier- te Struktur solcher Steuerungsanlagen von den mit der Bedienung Beauftragten nicht mehr zu überblicken,
so dass der Pflege- und. Prüfdienst solcher Steuerungsanla- gen meist einen besonderen Stab von Spezialfachleuten erfordert. Die geschilderten Schwierigkeiten vervielfa- chen sich naturgemäss mit der Grösse und mit dem Umfang der Anlage.
Es ist das Ziel der Erfindung eine Steuereinrichtung zu schaffen, bei der das bekannte Prinzip des Kreuz schienenverteilers vorteilhaft benutzt wird und wobei durch logische Verknüpfung Ausgangssignale gebildet werden, die zum Teil als Sekundärsignale auf einen Eingang des Kreuzschienenverteilers rückgeführt wer den.
Die erfindungsgemässe Steuereinrichtung ist gekenn zeichnet durch Umsetzer, von denen jeder aus je einem Eingangssignal ein Binärsignal und das dazu invertierte Signal ableitet, welche über je ein jedem Umsetzer zu geordnetes Eingangsschienenpaar derart über Dioden Ausgangsschienen zugeführt werden können, dass bei Anschluss von mindestens zwei Dioden an eine Aus gangsschiene diese den Ausgang von einer Und re spektive Oder Verknüpfung bilden, wobei die Aus gangsschienen an den Eingang von Schaltungen geführt sind, deren Ausgänge Signale abgeben,
von welchen ein Teil die Ausgangssignale bildet und die übrigen an den Eingang von mindestens einem zusätzlichen Um setzer zurückgeführt sind, der ein zusätzliches Ein gangsschienenpaar speist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Steuerungseinrichtung an Hand des Blockschaltbildes eines Ausführungsbeispieles einer einfachen Steuerungsanlage schematisch dargestellt.
Das Kernstück der Anlage bildet .eine kreuzschienen- ähnliche Anordnung 1, die die von den Betätigungs-, überwachungs-, Mess-, Rückmelde- und von zeit abhängigen Schalteinrichtungen gelieferten Betriebs- grössen gemäss beliebig vorgebbarer Abhängigkeiten mit den Stellbefehlen für die einzelnen Betätigungs organe der Gesamtanlage verknüpft.
Diese Verknüp fung ist auf einfache und übersichtliche Weise dadurch möglich, dass die Betriebsgrössen wie auch die Stell befehle in Form binärer Signale über die Kreuzschienen anordnung geleitet werden. Die Kreuzschienenanord- nung 1 enthält demgemäss Eingangschienenpaare 2 und Ausgangsschienen 3, die gegebenenfalls auch paarweise angeordnet sind,
um mit dem Signal und seiner Um kehrung Und wie Oder Verknüpfungen zu ermögli- chen. Die Betriebsgrössen der gesamten Anlage werden von verschiedenartigen Einrichtungen (Fühlern) gelie fert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind als derartige Einrichtungen folgende Geräte vorhanden: Aus-Druckknopf 4, Ein-Druckknopf 5, Ueberstrom- wächter 6, Temperaturwächter 7, Selbstmordschutz 8, Drehzahlwächter 9 und Drehzahlsollwertwächter 10.
Die verschiedenen Betriebsgrössen, die man auch als Primärkriterien der Steuerungsanlage bezeichnet, sind teilweise voneinander abhängig. So soll beispielsweise die Betätigung des Ein-Druckknopfes 5 erst dann ei nen Vorgang auslösen können wenn -sowohl der von dem Wächter 7 gelieferte Temperaturwert als auch die vom Temperaturwächter angezeigte Temperatur bestimmte Grenzwerte nicht über- bzw. nicht unterschreiten.
Von den die einzelnen Betriebsgrössen kennzeichnenden Sig nalen werden in den Umsetzern 11 je ein zugehöriges Binärsignal und das dazu invertierte Binärsignal ab geleitet. Da in dem gegebenen Beispiel nach Fig. 2 die den Umsetzern zugeführten Signale selbst als Binärsig nale anzusehen sind, bestehen die Umsetzer 11 aus einer Verzweigung, wovon eine Abzweigung einen Binärsignalinverter enthält. Bei Aenderung -der Betriebs- grösse, also beispielsweise beim Drücken des Ein- bzw.
Aus-Druckknopfes 5, 4 oder bei Ueberschreitung der Grenztemperatur 7@ vertauschen die Ausgänge der Um setzer den Signalzustand. Die in der Zeichnung ange gebenen Signalzustände 1, 0 gelten für den in der Zeich nung dargestellten Schaltzustand der einzelnen Ueber- wachungs- bzw. Schalteinrichtungen.
Die Eingangsschienen sind mit den Ausgangsschie nen an einigen bestimmten dem gewünschten Programm entsprechenden Kreuzungspunkten über Dioden derart verbunden, dass bei Anschluss von mehr als zwei Dio den an eine Ausgangsschiene diese den Ausgang von einer Und respektive Oder Verknüpfung bilden. Ein Teil der Ausgangsschienenpaare 3 der senkrechten Koordinanten der Kreuzschienenanordnung 1 bildet die Ausgänge für die Stellbefehle. Diese werden über Schaltungen, die gegebenenfalls ein Signalspeicherver mögen aufweisen können, z.
B. an Leistungsverstärker weitergegeben. Ein Teil dieser Stellbefehle wird nach Vollzug des zugeordneten Schaltvorganges als sogenan ntes Sekundärkriterium wieder auf die Eingangskoordi naten der Kreuzschienenanordnung zurückgeführt. Da mit können Zeitverzögerungen oder mehrstufige Ab hängigkeitsfunktionen berücksichtigt werden. Die von den Schaltungen 13, 14, 15, 16, abgegebenen Aus gangssignale werden so mit den Leistungsverstärkern 17, 18, 19 den eingentlichen Stellorganen 20, 21, 22 zugeführt.
Zum Verständnis der Erfindung soll ein in der Zeich nung dargestellter spezieller Steuerungsvorgang, als Beispiel erläutert werden. In einer Schaltanlage soll beispielsweise ein zur Betätigung eines Hauptschalters vorgesehenes Schaltschütz 21 den Stehbefehl zur Ein schaltung erhalten. Diese Einschaltung darf erst erfol gen, wenn kein Ueberstrom vorliegt, also der Kontakt des Ueberströmwächters 6 geschlossen ist. Ferner soll weder eine Uebertemperatur (Kontakt 7 geschlossen, wenn keine Uebertemperatur) vorhanden, noch die Aus -Drucktaste 4 gedrückt sein.
Diese Forderung wird in der Schaltung gemäss der Figur dadurch realisiert, dass jene den betrachteten Betriebsgrössen zugeordneten Eingangsschienen, die bei Erfüllung der geforderten Betriebszustände und bei gedrücktem Ein-Druckknopf 5 ein 0-Signal ' führen, zur Bildung einer Und Ver knüpfung über Dioden an die gleiche Schiene eines Aus gangsschienenpaares geschaltet werden. Diese Schiene ist mit dem inversen Eingang 24 eines Oder Gatters im Eingang eines Flip-Flops 13 verbunden.
Liegt an dem inversen Eingang 24 dieses Oder Gatters ein 0-Signal, so gibt der Flip-Flop 13 über den Leistungs verstärker 17 an das Schütz 20 zunächst ein Signal zum Einschalten der Hilfsbetriebe 23 (Kompressor anlage oder ähnliches) ab.
Liegt andererseits beim Drücken des Ein-Druck- knopfes z. B. eine Uebertemperatur vor, so ist der Kon takt des Temperaturwächters 7 geöffnet und die an eine der genannten Dioden angeschlossene und dem Temperaturwächter 7 zugeordnete Eingangsschiene führt das Signal 1, was bewirkt, dass trotz Drücken des Ein-Druckknopfes der Flip-Flop 13 nicht in seine erste Lage gesetzt und die Abgabe eines Steuersignals an das Schütz 20 verhindert wird.
Sind jedoch die betriebsmässigen Voraussetzungen erfüllt, und das Schütz 20 hat angezogen, so wird durch den verzögert schliessenden Schützkontakt 30 ein Rück meldesignal als sogenanntes Sekundärkriterium über einen Umsetzer 31 zugeführt, an dessen Ausgang, in gleicher Weise wie bei den Umsetzern 11, ein. Eingangs schienenpaar angeschlossen ist.
Ein weiteres Ausgangsschienenpaar ist an die Ein gänge eines Oder Gatters 14 geführt, und zwar eine der Schienen an den inversen Eingang 26. Am Aus gang des Signalverstärkers 14 erscheint eine 1, wenn am Eingang 26 eine 0 (9 geschlossen<I>und</I> 30 geschlossen) erscheint. Das Ausgangssignal des Oder Gatters 14 ist als zweites Sekundärkriterium an einen Umsetzer 12 geführt, der in gleicher Weise wie die Umsetzer 11 und 31 ein zugehöriges Eingangsschienenpaar speist.
Die Schienen des nächsten Ausgangsschienenpaares sind an den inversen Eingang 28 bzw. an den Eingang 27 des Oder Gatters 15 geführt, dessen Ausgang ein Signal 1 führt, wenn am Eingang 28 das Signal 0 (8 geschlossen<I>und</I> 10 geschlossen<I>und</I> 30 geschlossen) oder am Eingang 27 das Signal 1 (Ausgang des Oder Gatters 14 hat Signal 1) erscheint. Führt der Ausgang des Signalverstärkers ein Signal 1, so schaltet der Lei stungsverstärker 18 das Schütz 21 ein, welches zum Ein schalten des Hauptschalters dient.
Das Ausschalten des Hauptschalters erfolgt über Schütz 22 bzw. den Leistungsverstärker 19, wenn am Ausgang des Oder Gatters 16 ein Signal 1 erscheint. Dies ist der Fall, wenn die Aus-Drucktaste 4 gedrückt ist<I>oder</I> Kontakt 6 öffnet<I>oder</I> Kontakt 7 öffnet. Ein Drücken der Aus-Drucktaste 4 bewirkt ferner über den Eingang 25 eines zum Setzen der zweiten Lage des Flip-Flops 13 dienenden Oder Gatters das Zu rückkippen des Flip-Flops 13 in seine zweite Lage und das Abschalten der Hilfsbetriebe 23.
Gewisse unerlässliche Grundverriegelungen, die stets wiederkehren (Minimalverriegelung), können in der herkömmlichen Weise unmittelbar an den Stellorten vor gesehen werden. Ebenso können grundsätzlich anstelle der beschriebenen rein elektronischen Schaltmitteln kon taktbehaftete Schaltmittel, z. B. Relais, verwendet wer den.
Bei anders gearteten Betriebsaufgaben werden na- turgemäss Flips-Flops und Verstärker vertauscht bzw. jeweils nur eines dieser Organe verwendet. Durch diese Kombination der binären Signaltechnik mit der kreuz schienenähnlichen Anordnung können Steuerungsauf- gaben auf einfache und übersichtliche Weise gelöst werden.
Ohne weitgehende Eingriffe in die Anlage kön nen durch blosses Einsetzen oder Entfernen der Ent- kopplungsdioden an den Kreuzungspunkten der Sig nalschienen Änderungen der Steuerungsfunktionen auh bei einer fertiggestellten Anlage durchgeführt werden Damit ist auch die Möglichkeit einer Erweiterung der Anlage ohne Eingriffe in den bereits bestehenden Teil gegeben.
Ferner lassen sich Störungen sehr leicht auf finden, da der Funktionsablauf durch wahlweises Ein setzen der Kreuzschienenverbindungen bis zum Auffin den des gestörten Anlageteiles beliebig geändert und der letztere abgetrennt werden kann.
Da für alle An lageteile einheitliche und teilweise genormte Bauele mente verwendet werden, kann einschliesslich der Kreuz- ,schienenanordnung eine serienmässige Fertigung und Verdrahtung bis zu den Schrankklemmleisten erfolgen, die die Montage-und Prüfzeit auf der Baustelle erheb lich verringert.