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DE102021120239B4 - Verteiler zur Zylinder-Ansteuerung mit vorverarbeitender Logik - Google Patents

Verteiler zur Zylinder-Ansteuerung mit vorverarbeitender Logik Download PDF

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DE102021120239B4
DE102021120239B4 DE102021120239.6A DE102021120239A DE102021120239B4 DE 102021120239 B4 DE102021120239 B4 DE 102021120239B4 DE 102021120239 A DE102021120239 A DE 102021120239A DE 102021120239 B4 DE102021120239 B4 DE 102021120239B4
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Rafael Smidecki
Lutz Dennig
Christoph Stratmann
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IFM Electronic GmbH
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Abstract

Es wird ein intelligenter Verteiler 1 zur automatischen Einbindung mehrerer Zylinder 2 in ein Automatisierungssystem bereitgestellt, mit mehreren Anschluss-Ports APn, APn+1, die zur Energie- und Signalübertragung zum Anschluss von Sensoren 5 und/oder Aktoren 6 ausgebildet sind. Der Verteiler 1 weist weiter einen Energieanschluss 10 zur Stromaufnahme, eine Schnittstelle 11 zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung 20, sowie ein Anzeigeelement 20 je Anschluss-Port APn, APn+1 auf, wobei in den Verteiler 1 eine vorverarbeitende Logik 15 integriert ist und der Verteiler 1 einen Modus aufweist, der initial bei Anschluss eines Gerätes 5, 6 aktiviert wird, der Modus die Aktorik 6 und Sensorik 5 eines Zylinders 2 durch die Anbindung der jeweiligen Anschlussleitung an den Verteiler 1 automatisch bestimmt, plausibilisiert und einander zuordnet. Weiter wird über die Logik 15 das Aussenden und Empfangen spezifischer Hilfsströme über die Anschluss-Ports APn, APn+1 veranlasst und weiter werden diese Hilfsströme über die Logik 15 im Verteiler 1 ausgewertet. Dabei ist die Logik 15 derart ausgebildet, dass der Verteiler 1 durch entsprechende Kombinatorik einen Steuerventiltyp und/oder einen Zylindertyp ermitteln und einem entsprechenden Anschluss-Port APn, APn+1 automatisch zugordnet. Weiter kann die Logik 15 des Verteilers 1 über ein Soll-Ist-Vergleich und/oder über eine Zeitspanne eine Diagnose anstoßen und entsprechende Fehlercodes direkt am Verteiler 1 über ein Anzeigeelement 30 am jeweiligen Anschluss-Port APn, APn+1 anzeigt und an eine übergeordnete Steuerung 20 übermittelt, wobei die Logik 15 des Verteilers zudem automatisch erkennt, welche Ansteuerung zu welcher Endlage des Zylinders 2 führt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verteiler-Modul zur automatischen Einbindung mehrerer Zylinder in ein Automatisierungssystem nach Anspruch 1.
  • Zur Steuerung von Automatisierungsprozessen werden in der Automatisierungsindustrie Feldgeräte, d.h. die Aktorik und/oder die Sensorik eines Prozesses häufig nicht einzeln an eine zentrale Steuereinheit, sondern gebündelt über einen Vorverteiler an die Steuerung angeschlossen. Damit wird der Verdrahtungsaufwand geringgehalten. Der Verteiler liefert Energie und bündelt alle ein- und ausgehende Signale. Die Steuerung nimmt dabei vorwiegend Steuer- und Sicherheitsprozesse war. Aufgrund der Vielzahl an einer Steuerung angeschlossener Geräte ist die Komplexität und der Programmieraufwand häufig sehr hoch. Ein Prozess besteht immer aus mehreren einzelnen Prozessschritten und wird durch die Reihenfolge und die zeitliche Abfolge dieser Schritte zueinander definiert.
  • Heutige Sensoren und/oder Aktoren überwachen einen Prozessschritt nicht nur binär, sondern erfassen kontinuierlich Daten. Mit einer entsprechenden Aufbereitung lassen sich durch Analyse und Zusammenführung der Daten zusätzliche Information über den Prozess gewinnen, die in Diagnose-Information umgewandelt werden kann und Aufschluss über den einzelnen Prozessschritt und/oder die Systemgesundheit eines Prozesses liefert.
  • Allerdings findet diese Art der Information noch viel zu selten den Weg in eine übergeordnete Steuerungs-Instanz.
  • Aus der DE 102012112427 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts für die Automatisierungstechnik bekannt, mit dem Betriebssoftware bei Inbetriebnahme des Feldgeräts in eine übergeordnete Recheneinheit übertragen wird. Allerdings kann eine solche Übertragung von Software fehlerbehaftet sein. Insgesamt wird das Verfahren als zu aufwändig angesehen.
  • Ferner ist aus der DE 102021127384 A1 ein verteiltes Prozesssteuerungssystem zur Steuerung eines industriellen Prozesses bekannt, welches mittels Datenübermittlung erlaubt einen Prozess zu steuern.
  • Aus der DE 102013107964 A1 ist eine Messanordnung bekannt, die mit einer übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung drahtlos über eine Funkverbindung in Verbindung steht. Funkverbindungen sind störanfällig.
  • Aus der EP 3612900 B1 ist ein Verfahren zur Anlagenüberwachung bekannt, wobei mehrere Kommunikationsnetzwerke in Verbindung zueinander stehen, was aufwändig und fehleranfällig ist.
  • Ein dezentraler Verteiler, welcher gezielt nach dem Prinzip „Plug & Play“, anschließen und loslegen, automatisch von den angeschlossenen Feldgeräten Daten erfasst, diese Daten verknüpft und zur Analyse der Systemgesundheit des Prozesses in Diagnose-Information umwandelt, ist nicht bekannt.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu beseitigen und ein weniger aufwendiges und zugleich anwenderfreundliches Verteiler-Modul zur Zylinder-Analyse und -Ansteuerung bereitzustellen.
    Mit dem Verteiler wird die Komplexität der Datenzuordnung- und/oder Aufbereitung in einer zentralen Steuerung vermindert, indem der Verteiler relevante Daten bündelt, Steuersignale automatisch über eine vorverarbeitende Intelligenz zuordnet und die analysierten, vorverarbeiteten Daten an eine übergeordnete Steuerungs-Instanz übermittelt.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Es wird ein intelligenter Verteiler zur automatischen Einbindung und Erfassung mehrerer Zylinder in ein Automatisierungssystem bereitgestellt, mit mehreren Anschluss-Ports, die zur Energie- und Signalübertragung zum Anschluss von Sensoren und/oder Aktoren ausgebildet sind.
  • Weiter weist der Verteiler einen Energieanschluss zur Stromaufnahme, eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung, sowie ein Anzeigeelement je Anschluss-Port auf.
  • Weiter ist in den Verteiler eine vorverarbeitende Logik integriert und der Verteiler weist einen Modus auf, der initial bei Anschluss eines Feldgerätes aktiviert wird.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass für die erfindungsgemäße Funktion die Feldgeräte nicht speziell als IO-Link-Geräte ausgeführt sein müssen, da die Initialisierung nicht über IO-Link erfolgt. Erfindungsgemäß können daher auch Feldgeräte ohne IO-Link-Funktionalität eingesetzt werden.
  • Sofern der Modus durch Anschluss eines Feldgerätes aktiviert ist, bestimmt der Modus durch Hilfsströme automatisch die Aktorik und Sensorik eines Zylinders, plausibilisiert diese und ordnet diese den Prozessschritten zu.
  • Weiter wird über die Logik in einem ersten Schritt das Aussenden und Empfangen spezifischer Hilfsströme über die Anschluss-Ports veranlasst. Hierbei ist vorgesehen, dass diese Hilfsströme in einem zweiten Schritt über die Logik im Verteiler ausgewertet werden.
  • Die Logik ist hierbei derart ausgebildet, dass der Verteiler durch entsprechende Kombinatorik einen Steuerventiltyp und/oder einen Zylindertyp eindeutig ermittelt, und einem entsprechenden Anschluss-Port automatisch zuordnet. Als Steuerventiltyp ist ein 3/2-Wegeventil oder 5/3-Wegeventil und die Unterscheidung von Beiden gemeint. Weiter ist als Zylindertyp die Wirkweise und die Unterscheidung zwischen bidirektional angetrieben oder federrückstellend gemeint.
  • Weiter kann die Logik des Verteilers über ein Soll-Ist-Vergleich und/oder über eine Zeitspanne eine Diagnose anstoßen und entsprechende Fehlercodes direkt am Verteiler über ein Anzeigeelement am jeweiligen Anschluss-Port anzeigen und an eine übergeordnete Steuerung übermitteln, wobei die Logik des Verteilers zudem automatisch erkennt, welche Ansteuerung zu welcher Endlage des Zylinders führt.
  • Die Lösung besteht aus einem dezentralen Verteiler-Modul, an das die Aktorik und die Sensorik eines zylindergesteuerten Automatisierungsprozesses angeschlossen wird. Dabei ist der Verteiler für die Ansteuerung und für die Überwachung von einem oder von mehreren unabhängig voneinander wirkenden Zylindern eines Prozesses geeignet.
  • An den Verteiler können sowohl Pneumatik- als auch Hydraulikzylinder oder eine Kombination von beiden Energieformen angeschlossen werden. In besonders vorteilhafter Weise können Zylinder beider Energieformen auch parallel an einem Verteiler angeschlossen sein und über diesen zusammen betrieben werden.
  • Im Verteiler werden an den Eingängen eingehende Daten und Signale gesammelt, gebündelt und den Ausgängen entsprechend zugeordnet. Die Kommunikation zu einer höheren Instanz erfolgt direkt mit nur einer Verbindungsleitung.
  • Zudem ist es vorgesehen, dass der Verteiler aufgrund seiner Dichtigkeit in die Prozessumgebung in unmittelbarer Nähe zum Prozess platziert werden kann. Dies führt zu kurzen Anschlussleitungen zum Verteiler. Insbesondere wenn mehrere Zylinder angeschlossen werden, verringert sich der Verkabelungsaufwand zur zentralen Steuerung und reduziert die dort sonst benötigte Anzahl an IO-Module.
  • Insgesamt können mit dieser Lösung kleinere Kabelschächte verwendet werden. Die Verkabelung reduziert sich auf das Anstecken der Aktorik und/oder der Sensorik des Prozesses in einen Anschluss-Port des Verteilers. Dabei ist eine Programmierung der Schnittstelle nicht nötig, da die angeschlossenen Komponenten automatisch erkannt und miteinander verknüpft werden. Der hier sonst übliche Programmieraufwand von Schnittstellen entfällt mit dem erfindungsgemäßen Verteiler-Modul komplett.
  • In vorteilhafter Weise kann der Verteiler anhand des Betriebsstromes, den das sensorische Element aufnimmt, erkennen, ob ein sensorisches Element angeschlossen ist.
  • Weiter kann der Verteiler anhand eines Prüfstroms erkennen, ob ein entsprechendes Ventil angeschlossen ist. Der Prüfstrom ist dabei jedoch sehr viel kleiner, als dass das Ventil geschaltet werden könnte. Weiter kann über diese Hilfsströme erkannt werden, welche Ventile und/oder welches sensorische Element zur automatischen Zuordnung angesteuert und ausgelesen werden kann. Weiter kann über diese Hilfsströme im Normalbetrieb erkannt werden, ob das sensorische Element oder das Ventil vom Verteiler getrennt wurde. Damit sind Fehlerfälle, wie z.B. Beschädigungen durch Kabelbruch, ein Wackelkontakt oder eine absichtliche Trennung, etc. erfassbar. In diesem Fall kann der Verteiler eine Fehlermeldung zu einer an die zentrale Steuerung angebundenen übergeordneten Steuerungs-Instanz übermitteln. Durch die genaue Angabe des Fehlers, bspw. „Kabelbruch an Zylinder xx“, „Sensor yy“, „Ventil zz“, kann der Defekt genau eingegrenzt werden. Der Fehler ist dadurch schnell ersichtlich und kann schnell behoben werden.
  • Weiter kann der Verteiler Steuersignale automatisch den Endlagen eines Zylinders zuordnen. Durch Betätigen eines Steuerventils erkennt der Verteiler automatisch, welche Ansteuerung zu welcher Endlage führt.
  • In besonders vorteilhafter Weise erkennt der Verteiler automatisch den angeschlossenen Steuerventiltyp und/oder Zylindertyp und kann so eine eindeutige Zuordnung vornehmen. Als Steuerventiltyp ist ein 3/2-Wegeventil oder 5/3-Wegeventil und die Unterscheidung von Beiden gemeint. Weiter ist als Zylindertyp die Wirkweise und die Unterscheidung zwischen bidirektional angetrieben oder federrückstellend gemeint. Dabei erkennt der Verteiler je nach Steuerventil-Typ auch Kombinationen aus beiden Ausgängen.
  • Weiter kann durch die so ermittelten Zuordnungen die Zylinderart als auch die Ansteuerungsweise erfasst werden. Die sich im System des Automatisierungsprozesses befindlichen Zylinder als auch die Ventile zur Ansteuerung der Zylinder werden eindeutig und automatisch durch das Steuermodul erfasst und auf die Komponenten zugewiesen. Durch die so ermittelten Zuordnungen muss die zentrale Steuerung dem Steuermodul nur mitteilen, in welcher Lage sich der Zylinder befinden soll, bspw. ob sich der Zylinder in der ersten Endlage oder in der zweiten Endlage befinden soll.
  • Weiter kann in den vorgenannten Modis die Zeit ermittelt werden, welche der entsprechende Zylinder von der ersten in die zweite Endlage und zurück benötigt.
  • Ebenso kann bei einer Änderung der gewünschten Endlage über das Steuermodul die Zeitspanne erfasst werden, bis die Änderung erreicht ist. Start der Zeitmessung ist das Schalten eines Steuerventils. Stopp der Zeitmessung ist, wenn die gewünschte Endlage erreicht ist. Die gewünschte Endlage teilt die zentrale Steuerung dem Verteiler z.B. über den PDout mit. Der Verteiler schaltet entsprechend die Steuerventile. In einem Erkennungsmodus wird die Zeitspanne von Schalten eines Steuerventils bis zum Erreichen einer voreingestellten Endlage ermittelt. Hierzu gibt es zwei Möglichkeiten.
  • Autosetup: der Verteiler steuert selbstständig alles an, was geschlossen ist und erkennt, welche Endlage mit welchem Steuerventil erreicht werden kann. Bei diesen Bewegungen werden ebenfalls Referenzzeiten aufgenommen und einzelnen Prozessschritten zugeordnet.
  • PLC-Teach: ähnlich zu Autosetup A, mit dem Unterschied, dass das Steuersignal nicht vom Verteiler, sondern vom der zentralen Steuerung selbst ausgelöst wird und über den Verteiler durchgeschleift wird. Insbesondere bei komplexen Anlagen, bei denen mehrere Aktoren ineinandergreifen ist dieses Teach-Verfahren vorteilhaft. Zudem kann es im Produktionsbetreib, und somit unter Normallast ausgeführt werden. Weicht die Zeitspanne von der im Erkennungsmodus ermittelten Zeitspanne mehr als eine einstellbare Toleranz ab, dann kann auf bestimmte Fehler, bspw. der Verlust von Hilfsenergie (Druckluft, Hydraulikdruck), Blockage, fehlende Last, Verschleiß, etc., geschlossen werden. Diese Fehlermeldungen werden an die zentrale Steuerung weitergegeben.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen schematisch:
    • 1 ein erfindungsgemäßer Verteiler in zwei Ansichten;
    • 2 ein direkt an eine zentrale Steuerung angeschlossener Zylinder;
    • 3 ein schematischer Aufbau zur Einbindung mehrere Zylinder in ein Automatisierungssystem mittels einem erfindungsgemäßen Verteiler.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
  • 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verteiler 1 in Draufsicht und Seitenansicht mit Maßangaben in Millimetern. Der Verteiler 1 weist mehrere Anschluss-Ports APn, APn+1, einen Energieanschluss 10 zur Stromaufnahme, eine Schnittstelle 11 zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung, sowie ein jedem Anschluss zugeordnetes Anzeigeelement auf. Die Anschluss-Ports APn, APn-1 sind als Schnittstelle zum Anschluss von Sensoren 5 und/oder Aktoren 6 eines mehrere Zylinder 1 umfassenden Zylindersteuerungsprozesses vorgesehen, so dass ein Prozess bestehend aus mehreren Zylindern 2 ganzheitlich an einen Verteiler 1 angeschlossen werden kann. In den Verteiler 1 ist eine vorverarbeitende Logik 15 integriert. Der Verteiler 1 weist einen Modus auf, der initial bei Anschluss eines zylindersteuernden oder zylinderüberwachenden Feldgerätes aktiviert wird. Der Modus sieht eine automatische Erkennung, Plausibilisierung und Zuordnung der angeschlossenen Feldgeräte zu den Prozessschritten vor, so dass sich der Programmieraufwand im Vergleich zu einer herkömmlichen Verdrahtung und Programmierung vereinfacht und die Diagnose gesamtheitlich über den gesamten Zylindersteuerungsprozess hinweg erfolgt. Die Prozessschritte bzw. die Steuerabfolge, die Bewegungsrichtung sowie der Zustand „offen“, „geschlossen“ und/oder „eine Zwischenstellung“ der Zylinder wird dabei automatisch erfasst.
  • 2 zeigt einen Zylinder 2 der nach dem Stand der Technik in bekannter Weise direkt an eine zentrale Steuerung (SPS) 20 angeschlossenen ist. Die zwei Endlagen des Zylinders 2 werden jeweils über Sensoren 5 in den Endlagen überwacht. Gesteuert wird der Zylinder über eine entsprechend angebundene Aktorik 6 direkt durch die zentrale Steuerung 20.
  • 3 zeigt schematisch einen Aufbau zur Einbindung mehrerer Zylinder 2 in ein Automatisierungssystem mittels Verwendung des erfindungsgemäßen Verteilers 1 nach 1. Der gestrichelte Bereich zeigt einen, in Sich geschlossenen Zylindersteuerungs- und/oder Überwachungsprozess bestehend aus mehr als einem Zylinder 2. Der Verteiler 1 überwacht zentral den Prozess, wandelt eingehende Sensor- und Aktor-Signale in Diagnose-Information um, analysiert den Zylindersteuerungsprozess ganzheitlich und liefert der angebundenen zentralen Steuerung 20 ganzheitliche Information über die Systemgesundheit des Prozesses. An den Verteiler 1 ist die zur Zylinderansteuerung und Zylinderüberwachung jeweils notwendige Aktorik 6 und Sensorik 6 über Anschlussleitungen angeschlossen. Alle Zylinderendlagen werden durch Sensoren 5, welche im Bereich der Zylinderendlagen an den Zylindern 2 angebracht sind, überwacht. Zur Betätigung eines Zylinders 2 wird ein zugeordneter Aktor 6, d.h. ein Steuerventil geschalten6, durch welches ein druckübertragendes Medium, bspw. Druckluft oder Hydrauliköl strömt. Der Verteiler 1 kann die Zylinder 2 über die Ventile 6 ansteuern und die sensorisch erfasste Zylinderstellung eines jeden Zylinders 2 über die am Zylinder 2 angebrachte Sensorik 5 auslesen. Im Verteiler 1 finden Informationen über Soll- und Ist-Zuständen zusammen, so dass Abweichungen und Diagnosedaten, bspw. Druckluftverlust, Abnutzung und Verschleiß, fehlende Last, etc. ermittelt und über eine im Verteiler 1 integrierte vorerarbeitenden Logik 15 ausgewertet werden. Der Verteiler 1 ist über eine Direktleitung mit einer zentralen Steuerung 20 verbunden. Die Kommunikation des Verteilers 1 mit der zentralen Steuerung 20 erfolgt über diese Leitung bidirektional.
  • 3 zeigt beispielhaft einen Prozessaufbau mit vier Zylinder. Selbstverständlich sich auch andere Ausführungen denkbar, welche mehr, oder weniger Zylinder, wenigstens aber zwei Zylinder aufweisen. Nachfolgend werden die Funktionen der Erfindung sowie weitere Ausführungsformen näher erläutert.
  • Die Erfindung betrifft ein dezentrales Verteilermodul 1 zur Ansteuerung, und damit zur Betätigung und zur Überwachung von Zylindern 2. Die Zylinder 2 können sowohl Pneumatik- wie auch Hydraulikzylinder sein, oder eine Kombination von beiden.
  • Ein Zylinder 2, dessen Funktion überwacht wird, hat typischerweise an beiden Enden ein sensorisches Element 5, bspw. einen Zylinderschalter, der das Erreichen einer Endlage des Zylinderkolbens anzeigt.
  • Zur Betätigung des Zylinders 2 wird i.d.R. ein Steuerventil geschalten, durch welches ein druckübertragendes Medium, bspw. Druckluft oder Hydrauliköl strömt.
  • Der Verteiler 1 kann Zylinder 2 über Pilotventile 6 ansteuern und die sensorisch erfasste Zylinderstellung eines jeden Zylinders 2 auslesen. In den Verteiler 1 finden Informationen über Soll- und Ist-Zuständen zusammen, so dass Abweichungen und Diagnosedaten, bspw. Druckluftverlust, Abnutzung und Verschleiß, fehlende Last, etc. ermittelt und im Verteiler 1 mittels einer vorerarbeitenden Logik 15 ausgewertet werden können.
  • Vorteilhafterweise kann der Verteiler 1 nicht nur einen, sondern gleich mehrere Zylinder 2 unabhängig voneinander ansteuern und überwachen. Das Verteilermodul 1 stellt pro Zylinder 2 zwei Eingänge für die sensorische Erfassung und zwei Ausgänge zur Betätigung eines Steuerventils 6 zur Verfügung.
  • Der Verteiler 1 stellt die Energieversorgung und die Kommunikation der über den Verteiler 1 angeschlossenen Geräte 5,6 sicher. Der Verteiler 1 ist an die zentrale Steuerung 20 über eine Kommunikationsschnittstelle mittels einer Direktleitung angebunden und kann auch hierüber mit Energie teilversorgt werden. Zur Betätigung der Steuerventile 6 ist eine gesonderte, zweite Stromversorgung, wie z.B. IO-Link-Master Port B, vorgesehen. Die Kommunikation des Verteilers 1 mit der zentralen Steuerung 20 erfolgt über die Leitung mittels einer Direktverbindung wie bspw. IO-Link oder über ein Bus-System.
  • Durch eine getrennte, gesonderte Stromversorgung kann die Aktorik 6 in vorteilhafter Weise z.B. durch Not-Abschaltung der zweiten Stromversorgung in einen definierten, sicheren Zustand wechseln. Zylinderantriebe werden in der Regel so eingebaut, dass bei Stromverlust der Aktorik 6 die Federrückstellung eines Zylinders 2 oder eines Steuerventils 6 den Antrieb in einen definierten Zustand bringt. Die an das Steuermodul d.h. an den Verteiler 1 angebundene Sensorik 5 sowie die Datenanalyse und Diagnostik ist von dieser Not-Abschaltung - stromloser Zustand - nicht betroffen. Daher kann die Diagnose der angebundenen Sensorik 5 in dieser Situation weiter betrieben werden. Somit können auch im sicheren, stromlosen Zustand entsprechende Fehlerzustände detektieren und unbeschränkt an die zentrale Steuerung 20 übermittelt werden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung sind:
  • a. Funktions- und Verkabelungserkennung
  • Der Verteiler 1 erkennt die an den Verteiler 1 angeschlossene Aktorik 6 und Sensorik 5 mittels Hilfsströme. Durch die Hilfsströme ist bekannt ob Aktorik 5 oder Sensorik 6 angeschlossen ist. Durch die Bewegung kann der Verteiler 1 eine automatische Zuordnung von zusammenhängenden Signalen vornehmen, z.B. einen Sensor 5 einem entsprechenden Steuerventil 6 zuordnen.
  • Beim Anschluss der Aktorik 5 und Sensorik 6 kann durch eine plausibilitätsgeprüfte Zuordnung keine Verwechslung zwischen den beiden Sensor-Eingängen bzw. zwischen den beiden Aktor-Ausgängen vorkommen. Die Zuordnung läuft automatisch im Verteiler 1 ab.
  • Weiter vorteilhaft ist, dass bei der Planung oder Programmierung der zentralen Steuerung nicht mehr zwischen 3/2-Wegeventil und 5/3-Wegeventil unterschieden werden muss, da der Verteiler durch entsprechende Kombinatorik den entsprechenden Steuerventiltyp (3/2-Wegeventil oder 5/3-Wegeventil) automatisch ermitteln und erkennen kann. Der Programmierer muss also nur zwischen der ersten Endlage und der zweiten Endlage unterscheiden und kann die zwischengeschaltete Logik bzw. die Verkabelung außer Acht lassen.
  • b. Kabelbrucherkennung
  • Mit der Überwachung von Betriebs- und Hilfsströmen erkennt der Verteiler 1, ob ein Kabel zu den Sensoren 5 und Steuerventilen 6 lose, gebrochen oder aufgetrennt ist. Das ermöglicht eine genaue Diagnose und schnellere Fehlerangabe bzw. trägt zur schnelleren Fehlernachverfolgung und -behebung bei. In Summe kann mithilfe dieser Abfrage die Stillstandszeit der Anlage im Fehlerfall reduziert werden.
  • c. Diagnose
  • Alle erfasste Information sowie die Soll- und Ist-Werte laufen am Verteiler 1 dezentral zusammen. Diese Information ermöglicht es dem Verteiler 1 eine detaillierte Diagnose über den Zustand und die Funktionalität jedes einzelnen Zylinder 2 zu erstellen und weiter, diese spezifische Zylinderinformation in eine übergeordnete Diagnose zu überführen, so dass eine gesamtheitliche Diagnoseinformation über alle an den Verteiler 1 angeschlossenen Feldgeräte über den zu überwachenden Zylindersteuerungsprozess vorliegt. Insbesondere können fehlende Hilfsenergie, bspw. Druckluft oder Hydraulikdruck, Blockage, fehlende Last oder Verschleiß aus einem Wertevergleich diagnostiziert, analysiert und aufbereitet werden.
  • d. geringer Verkabelungs- und Programmieraufwand
  • Der dezentrale Anschluss von Sensorik 5 und Aktorik 6 an den Verteiler 1 führt zu kürzeren Verbindungsleitungen, kleineren Kabelschächten und zu einer geringeren Anzahl an IO-Modulen an der zentralen Steuerung. So können vier Zylinder 2 mit einem Kabel, statt wie bisher mit sechzehn Kabeln verwaltet werden.
  • Durch die automatische Zuordnung über den Verteiler 1 verringert sich der Programmieraufwand im Vergleich zur herkömmlichen Verdrahtung und Programmierung. Mit dem Verteiler 1 wird der Aufbau eines Systems zur Zylinderüberwachung und zur Zylinderansteuerung sehr vereinfacht. Gleichzeitig wird ein weniger aufwändiges Verfahren nach dem Prinzip „Plug & Play“ zur Verfügung gestellt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Verteiler, Verteilermodul
    2
    Zylinder
    5
    Sensor, Sensorik
    6
    Aktor, Aktorik, Ventil
    10
    Energieanschluss
    11
    Schnittstelle
    15
    vorverarbeitende Logik
    20
    zentrale, übergeordnete Steuerung
    30
    Anzeigeelement
    APn
    Anschluss, -Port, IO-Link-Anschluss
    APn+1
    weitere Anschlüsse, -Ports, IO-Link-Anschlüsse

Claims (1)

  1. Verteiler (1) zur automatischen Einbindung mehrerer Zylinder (2) in ein Automatisierungssystem, wobei die Ansteuerung der Zylinder (2) über eine Aktorik (6) und die Überwachung der Zylinder (2) über Sensoren (5) erfolgt, mit mehreren Anschluss-Ports (APn, APn+1), die zur Energie- und Signalübertragung zum Anschluss von Sensoren 5 und/oder Aktoren (6) ausgebildet sind, mit einem Energieanschluss (10) zur Stromaufnahme, mit einer Schnittstelle (11) zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung (20), sowie mit einem Anzeigeelement (20) je Anschluss-Port (APn, APn+1), wobei in den Verteiler (1) eine vorverarbeitende Logik (15) integriert ist und der Verteiler (1) einen Modus aufweist, der initial bei Anschluss eines zylindersteuernden oder zylinderüberwachenden Feldgerätes (5, 6) aktiviert wird, der Modus die Aktorik (6) und Sensorik (5) eines Zylinders (2) durch die Anbindung der jeweiligen Anschlussleitung an den Verteiler (1) automatisch bestimmt, plausibilisiert und einander zuordnet, wobei über die Logik (15) das Aussenden und Empfangen spezifischer Hilfsströme über die Anschluss-Ports (APn, APn+1) veranlasst wird und diese Hilfsströme über die Logik (15) im Verteiler (1) ausgewertet werden, wobei die Logik (15) derart ausgebildet ist, dass der Verteiler (1) durch entsprechende Kombinatorik einen Steuerventiltyp und/oder einen Zylindertyp ermittelt und einem entsprechenden Anschluss-Port (APn, Apn+1) automatisch zuordnet, wobei die Logik (15) des Verteilers (1) über ein Soll-Ist-Vergleich und/oder über eine Zeitspanne eine Diagnose anstößt und entsprechende Fehlercodes direkt am Verteiler (1) über ein Anzeigeelement (30) am jeweiligen Anschluss-Port (APn, APn+1) anzeigt und an eine übergeordnete Steuerung (20) übermittelt, wobei die Logik (15) des Verteilers automatisch erkennt, welche Ansteuerung zu welcher Endlage des Zylinders (2) führt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118395317B (zh) * 2024-06-25 2024-09-17 深圳市南海核电技术有限公司 电动阀智能分析平台

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19850469A1 (de) * 1998-11-02 2000-05-11 Siemens Ag Automatisierungssystem und Verfahren zum Zugriff auf die Funktionalität von Hardwarekomponenten
EP1790057B1 (de) * 2004-09-03 2012-05-02 Watlow Electric Manufacturing Company Leistungssteuerungssystem
DE102012112427A1 (de) 2012-12-17 2014-06-18 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Feldgerätes für die Prozessautomatisierungstechnik
DE102013107964A1 (de) 2013-07-03 2015-01-08 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Messanordnung
EP3612900B1 (de) 2017-04-21 2021-07-28 Endress+Hauser Process Solutions AG Verfahren zum überwachen einer anlage der automatisierungstechnik
DE102021127384A1 (de) 2020-10-22 2022-04-28 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Industrielles prozesssteuerungssystem als rechenzentrum einer industriellen prozessanlage

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19850469A1 (de) * 1998-11-02 2000-05-11 Siemens Ag Automatisierungssystem und Verfahren zum Zugriff auf die Funktionalität von Hardwarekomponenten
EP1790057B1 (de) * 2004-09-03 2012-05-02 Watlow Electric Manufacturing Company Leistungssteuerungssystem
DE102012112427A1 (de) 2012-12-17 2014-06-18 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Feldgerätes für die Prozessautomatisierungstechnik
DE102013107964A1 (de) 2013-07-03 2015-01-08 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Messanordnung
EP3612900B1 (de) 2017-04-21 2021-07-28 Endress+Hauser Process Solutions AG Verfahren zum überwachen einer anlage der automatisierungstechnik
DE102021127384A1 (de) 2020-10-22 2022-04-28 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Industrielles prozesssteuerungssystem als rechenzentrum einer industriellen prozessanlage

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