DE1256301B - Steuerungsanlage mit einer kreuzschienenaehnlichen Anordnung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G05b

G05g;H01h Deutsche KL: 21 c - 46/33

Nummer: 1 256 301

Aktenzeichen: B 69874 VIII b/21 c

Anmeldetag: 5. Dezember 1962

Auslegetag: 14. Dezember 1967

In umfangreichen Industrieanlagen liegt in der Regel die Aufgabe vor, eine Vielzahl von elektrischen Einrichtungen oder von Arbeitsmaschinen irgendwelcher Art fortlaufend zu überwachen und beim Eintreten fest bestimmter Situationen nach einem zweckbedingten Funktionsablauf zu steuern. Diese fest bestimmten Situationen und Funktionsabläufe können je nach der Art der Industrieanlage äußerst vielgestaltig sein. Die Steuerung erstreckt sich dabei auf die Weiterleitung der Ein- und Aus-Befehle und die Verknüpfung dieser Stellbefehle mit den die fest bestimmten Situationen beschreibenden Betriebs- oder Grenzbedingungen, beispielsweise das Vorhandensein der Netzspannung, das NichtÜberschreiten von Grenztemperaturen, Mindestdrehzahlen und ähnliche zu überwachende Betriebsgrößen. Die selbsttätige Schaltung von einem Betriebszustand zu dem in dem betreffenden Fall programmgemäß nächstfolgenden darf nur stattfinden, wenn das die Situation beschreibende Primärkriterium eingetreten ist, beispielsweise der Motorerregerstrom seinen Minimalwert überschritten hat. Diese Forderung setzt Verriegelungsmaßnahmen voraus, die einen falschen Schaltbeginn und eine fehlerhafte Schaltfolge ausschließen. Weiterhin müssen Rückmeldungen (Sekundärkriterien) erfolgen, die den Zustand eines Fertigungsprozesses anzeigen oder die den Vollzug einer vorbereitenden Schaltmaßnahme, beispielsweise das Einlegen eines Trennschalters, anzeigen und damit die davon abhängigen weiteren Schaltmaßnahmen freigeben. Die Verwirklichung einer derart umfangreichen und zusammengesetzten Steuerungsaufgabe erfordert einen erheblichen Schaltungsaufwand und führt bei den üblichen Relaisoder Schützensteuerungen zu einer meist unübersichtlichen Verdrahtung. Die in einem Schaltpult, Schaltschrank oder einer zentralen Schaltwarte zusammengefaßten Schalt- und Überwachungsorgane hängen dabei nach einem auf Grund 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 Schaltfehlern während der Erstinbetriebnahme der Anlage sehr zeitraubend und nur von geschulten Fachkräften durchführbar. Wenn nachträgliche Änderungen oder Erweiterungen der Anlage vorgenommen werden sollen, ist ein grundlegender Neuaufbau oft nicht zu umgehen. Besonders nachteilig ist, daß jede Steuerungsanlage entsprechend den vielfältigen Anforderungen und Aufgaben einer Industrieanlage speziell entworfen und angefertigt werden muß. Damit lassen

Steuerungsanlage mit einer
kreuzschienenähnlichen Anordnung

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie, Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Kallstadter Str. 1

Als Erfinder benannt: ;?

Dipl.-Ing. Walter Hagek,

Dipl.-Ing. Wolfgang Kliem, Mannheim; Hans Ritscherle, Mannheim-Lindenhof; Dr. rer. nat. Max Syrbe, Mannheim-Feudenheim; Johann Thueland, Viernheim

sich die Vorteile einer Serienfertigung wegen der individuellen Verschiedenheit jeder Anlage nicht ausnutzen. Endlich ist die komplizierte Struktur solcher Steuerungsanlagen von den mit der Bedienung Beauftragten nicht mehr zu überblicken, so daß der Pflege- und Prüfdienst solcher Steuerungsanlagen meist einen besonderen Stab von Spezialfachleuten erfordert. Die geschilderten Schwierigkeiten vervielfachen sich naturgemäß mit der Größe und mit dem Umfang der Anlage.

Es ist bekannt, in Steuerungsanlagen mit reinen Folgeschaltungen, beispielsweise bei der Programmsteuerung von Werkzeugmaschinen, die einzelnen Steuerungsvorgänge zur Durchführung der Arbeitsprozesse mit Hilfe eines Kreuzschienenverteilers in einer vorgegebenen Reihenfolge ablaufen zu lassen. Diese Verteiler, die aus einer Anzahl sich kreuzender Stromschienen bestehen, machen es möglich, die an dem einen Schienensatz angeschlossenen Schaltorgane in einer beliebig einstellbaren Reihenfolge zu betätigen, wenn an dem anderen Schienensatz eine Umschaltung der Steuerspannung etwa mit Hilfe eines Drehwählers oder Schrittschaltwerkes erfolgt. Die Schaltfolge wird durch Stecken von Stöpseln an den Kreuzungspunkten eingestellt.

Es sind weiterhin Steuerungsanordnungen bekannt, bei denen die von den Betriebsgrößen herrührenden Steuerkommandos einer Kreuzschienenmatrix zugeführt werden, deren Kreuzungspunkte mittels Dioden gemäß einem auszuführenden Steuerungsprogramm verbunden sind. Die Ausgangsschienen sind über weitere Dioden mit den Stellgliedern verbunden.

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Beide Arten von Dioden spielen hierbei die Rolle von Und- bzw. Oder-Gattern. Die Zahl der Verknüpfungsmöglichkeiten ist durch die jeweilige Matrix vorgegeben und kann bei komplizierten Anlagen mit zahlreichen Verriegelungsbedingungen schnell einen großen Aufwand erfordern. _: ,

Es ist Aufgabe der Erfindung, die vorstehend geschilderten Nachteile durch den besonderen Aufbau der Steuerungsanläge zu vermeiden. Die Erfindung bezieht sich also auf eine Steuerungsanlage für Antriebe und/oder für sonstige elektrische, mechanische oder wärmeverarbeitende Arbeitsgeräte mit einer kreuzschienenähnlichen Anordnung, deren Eingangskoordinaten (Zeilen) die Steuerungs-, Uberwachungs-, Meß-, Zeit- und/oder sonstigen Betriebsgrößen in Form digitaler (Ja-Nein-)Signale zugeführt werden, deren Ausgangskoordinaten (Spalten) die Stellbefehle für die Antriebe abgeben, und ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für die Eingangs- als auch, für die Ausgangskoordinaten der kreuzschienenähnlichen Anordnung Doppelschienen und für die Verarbeitung der Betriebsgrößen Umsetzer vorgesehen sind, welche die in binärer Form vorliegenden Eingangssignale in antivalente Signale aufspalten, daß ferner von den Ausgarigs-Doppelschienen jeweils die eine für die Und- und die andere für die Oder-Verknüpfung gemäß der Programmierungsvorschrift verwendet wird.

In der Zeichnung ist das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Steuerungsanlage an Hand eines Ausführungsbeispieles einer einfachen Steuerungsanlage schematisch dargestellt. Das Kernstück der Anlage bildet eine kreuzschienenähnliche Anordnung 1, die die von den Betätigungs-, Uberwachungs-, Meß-, Rückmelde- und von zeitabhängigen Schalteinrichtungen gelieferten Betriebsgrößen gemäß beliebig vorgebbarer Abhängigkeiten mit den Stellbefehlen für die einzelnen Betätigungsorgane der Gesamtanlage verknüpft. Diese Verknüpfung ist auf einfache und übersichtliche Weise dadurch möglich, daß gemäß der Erfindung die Betriebsgrößen wie auch die Stellbefehle in Form binärer Signale über die Kreuzschienenanordnung geleitet werden. Die Kreuzschienenanordnung 1 enthält demgemäß für die Zeilen 2 und für die Spalten 3 je zwei Schienen, um mit dem Signal und seiner Umkehrung Und- wie Oder-Verknüpfungen zu ermöglichen. Die Betriebsgrößen der gesamten Anlage werden von verschiedenartigen Einrichtungen (Fühlern) geliefert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind als derartige Einrichtungen folgende Geräte vorhanden: Aus-Druckknopf 4, Ein-Druckknopf 5, Überstromwächter 6, Temperaturwächter 7, Selbstmordschütz 8, Drehzahlwächter 9 und Drehzahlsollwert 10. Die verschiedenen Betriebsgrößen, die man auch als Primärkriterien der Steuerungsanlage bezeichnet, sind teilweise voneinander unabhängig. So soll beispielsweise die Betätigung des Ein-Druckknopfes 5 erst dann einen Vorgang auslösen können, wenn die vom Temperaturwächter 7 angezeigte Temperatur bestimmte Grenzwerte nicht über- bzw. nicht unterschreitet. Die einzelnen Betriebsgrößen werden zur weiteren Verarbeitung mit Hilfe von Umsetzern 11 in binäre Signale umgewandelt. Am einen Ausgang der Umsetzer ist jeweils das Signal 1 (Ja) und am anderen das Signal 0 (Nein) vorhanden. Bei Änderung der Betriebsgröße, also beispielsweise beim Drücken des Ein- bzw. Aus-Druckknopfes 5, 4 oder bei Überschreitung der vom Wächter 7 vorgegebenen Grenztemperatur, vertauschen die Ausgänge der Umsetzer den Signalzustand. Die in der Zeichnung angegebenen Signalzustände 1, 0 gelten für den in der Zeichnung dargestellten Schaltzustand der einzelnen Überwachungs- bzw. Schalteinrichtungen>

Durch die Verwendung von Doppelschienen für die Kreuzschienenmatrix und durch die Aufspaltung der Eingangsgrößen in binäre antivalente Signale

kann mit relativ geringem Mehraufwand die Zahl der Verknüpfungsmöglichkeiten (Verriegelungen) zwisehen Betriebsgrößen und Stellbefehlen außerordentlieh gesteigert werden. Weiterhin lassen sich durch Rückführung der Matrixausgänge auf die Eingänge ohne weiteres Zusatzverriegelungen (Sekundärkrite-

rien) einführen. Darin liegen die besonderen technischen Vorteile der erfindungsgemäßen Maßnahme.

Die Schienenpaare 3 der senkrechten Koordinate

der Kreuzschienenanordnung 1 bilden die Ausgänge für die Stellbefehle. Diese werden über Signalverstärker, die auch als Signalspeicher ausgeführt sein können, an Leistungsverstärker weitergegeben. Ein Teil dieser Stellbefehle wird nach Vollzug des zugeordneten Schaltvorganges als sogenanntes Sekundärkriterium wieder auf die Eingangskoordinate der Kreuzschienenanordnung zurückgeführt. Damit können Zeitverzögerungen oder mehrstufige Abhängigkeitsfunktionen berücksichtigt werden. Die von den Signalverstärkern 13, 14, 15, 16 abgegebenen Ausgangssignale werden so mit den Leistungsverstärkern 17, 18, 19 den eigentlichen Stellorganen 20, 21, 22 zugeführt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll ein in der Zeichnung dargestellter spezieller Steuerungs-Vorgang als Beispiel erläutert werden. In einer Schaltanlage soll beispielsweise ein zur Betätigung eines Hauptschalters vorgesehenes Schaltschütz 21 den Stellbefehl zur Einschaltung erhalten. Diese Einschaltung darf erst erfolgen, wenn kein Überstrom vorliegt, d. h., der Kontakt des Überstromwächters 6 muß geschlossen sein. Ferner soll weder eine Ubertemperatur (Kontakt 7 geschlossen) vorhanden noch die Aus-Drucktaste 4 gedrückt sein. Um diese Funktionsabhängigkeiten zu berücksichtigen, sind an der Kreuzschienenanordnung die den genannten Betriebsgrößen zugeordneten Zeilerischienenpaare über Dioden mit dem (inversen) Eingang 24 des Speichers 13 verbunden. Gemäß dem inversen Verhalten des Speichers tritt am Ausgang nur dann eine Spannung

auf, wenn am Eingang die Spannung 0 (Nein-Signal) ansteht. Demgemäß sind jeweils die O-Signalschienen für den Aus-Druckknopf 4, für den Überstromwächter 6 und für den Temperaturwächter 7 auf den Eingang 24 des Speichers 13 geschaltet. Die Ein-

Drucktaste 5 ist jedoch über die 1-Schiene mit dem gleichen Eingang des Speichers verbunden, so daß bei noch nicht gedrücktem Knopf eine Spannung am Eingang 24 des Speichers 13 ansteht, womit auf jeden Fall der Speicherausgang keine Spannung liefert.

Erst beim Drücken des Ein-Druckknopfes vertausehen die beiden zugehörigen Signalschienen ihren Zustand, so daß die bisherige 1-Schiene nunmehr die Spannung 0 führt. Damit ist auch am Eingang 24 des Speichers 13 die Spannung 0, so daß jetzt ein Ausgangssignal abgegeben wird. Liegt beispielsweise eine Übertemperatur vor, so würde der entsprechende Kontakt 7 geöffnet und dementsprechend würde die zugehörige Signalschiene ihren Zustand vertauschen,

so daß die bisherige 0-Schiene Spannung führt und demgemäß am gleichen Eingang des Speichers wieder eine Spannung ansteht. Diese Spannung würde trotz gedrückten Ein-Druckknopfes das Umkippen des Speichers und damit die Abgabe eines Steuerbefehles verhindern. Sind die betriebsmäßigen Voraussetzungen erfüllt, so kann nunmehr das Schütz 20 anziehen und zunächst die Hilfsbetriebe 23 (Kompressoranlage od. ä.) einschalten. Gleichzeitig wird ein entsprechendes Rückmeldesignal als sogenanntes Sekundärkriterium über einen weiteren Umsetzern einer Eingangskoordinate der Kreuzschienenanordnung zugeführt. Dieser Umsetzer 11 enthält eine Einrichtung zur Zeitverzögerung, so daß das entsprechende Signalschienenpaar erst nach Anlauf der Hilfsbetriebe seinen Signalzustand ändert. Am Ausgang des Signalverstärkers 14 erscheint das Signal 1, wenn am Eingang 26 eine 0 (9 geschlossen und 30 geschlossen) erscheint. Das Ausgangssignal des Signalverstärkers 14 wird als Rückmeldesignal über den Umsetzer 12 einer weiteren Eingangskoordinate zugeführt. Am Ausgang des Signalverstärkers 15 erscheint das Signal 1, wenn entweder am Eingang 28 das Signal 0 (8 geschlossen und 10 geschlossen und 30 geschlossen) oder am Eingang 27 das Signal 1 (Ausgang des Signalverstärkers 14 hat Signal 1) erscheint. Erscheint also aus den angegebenen Gründen am Ausgang des Signalverstärkers 15 ein Signal 1, so schaltet der Leistungsverstärker 18 das Schütz 21 (Einschalten des Hauptschalters).

Eine Ausschaltung des Hauptschalters erfolgt über Leistungsverstärker 19 und Schütz 22, wenn am Ausgang des Signalverstärkers 16 ein Signal 1 erscheint. Am Ausgang des Signalverstärkers 16 erscheint ein Signal 1, wenn entweder der Aus-Druckknopf gedrückt wird oder Kontakt 6 öffnet oder Kontakt 7 Öffnet. Ein Drücken des Aus-Druckknopfes 4 bewirkt ein Signal 1 am Eingang 25 des Speichers 13, wodurch Speicher 13 zurückkippt und die Hilfsbetriebe abgeschaltet werden.

Gewisse unerläßliche Grundverriegelungen, die stets wiederkehren (Minimalverriegelung), können in der herkömmlichen Weise unmittelbar an den Stellorten vorgesehen werden. Ebenso können grundsätzlich an Stelle der beschriebenen, rein elektronischen Schaltmittel kontaktbehaftete Schaltmittel, z. B. Relais, verwendet werden.

Bei andersgearteten Betriebsaufgaben werden naturgemäß Speicher und Verstärker vertauscht bzw. jeweils nur eines dieser Organe verwendet. Durch die erfindungsgemäße Kombination der binären Signaltechnik mit der kreuzschienenähnlichen Anordnung können alle nur denkbaren Steuerungsaufgaben auf einfache und übersichtliche Weise gelöst werden. Ohne weitgehende Eingriffe in die Anlage können durch bloßes Einsetzen oder Entfernen der Entkopplungsdioden an den Kreuzungspunkten der Signalschienen Änderungen der Steuerungsfunktionen auch bei einer fertiggestellten Anlage durchgeführt werden. Damit ist auch die Möglichkeit einer Erweiterung der Anlage ohne Eingriffe in den bereits bestehenden Teil geben. Ferner lassen sich Störungen sehr leicht auffinden, da der Funktionsablauf durch wahlweises Einsetzen der Kreuzschienenverbindungen bis zum Auffinden des gestörten Anlageteiles

beliebig geändert und der letztere abgetrennt werden kann. Da für alle Anlageteile einheitliche und teilweise genormte Bauelemente verwendet werden, kann einschließlich der Kreuzschienenanordnung eine serienmäßige Fertigung und Verdrahtung bis zu den Schrankklemmleisten erfolgen, die die Montage- und Prüfzeit auf der Baustelle erheblich verringert.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Steuerungsanlage für Antriebe und/oder für sonstige elektrische, mechanische oder wärmeverarbeitende Arbeitsgeräte mit einer kreuzschienenähnlichen Anordnung, deren Eingangskoordinaten (Zeilen) die Steuerungs-, Überwachungs-, Meß-, Zeit- und/oder sonstigen Betriebsgrößen in Form digitaler (Ja-Nein-)Signale zugeführt werden, deren Ausgangskoordinaten (Spalten) die Stellbefehle für die Antriebe abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl für die Eingangs- als auch für die Ausgangskoordinaten der kreuzschienenähnlichen Anordnung Doppelschienen und für die Verarbeitung der Betriebsgrößen Umsetzer vorgesehen sind, welche die in binärer Form vorliegenden Eingangssignale in antivalente Signale aufspalten, daß ferner von den Ausgangs-Doppelschienen jeweils die eine für die Und- und die andere für die Oder-Verknüpfung gemäß der Programmierungsvorschrift verwendet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 008 544,
   1011968, 1051944, 1060 018, 1066 653;

   schweizerische Patentschriften Nr. 349 667,
   359 191, 358 850;

   Radio-Magazin mit Fernseh-Magazin, 1955, Nr. 1, S. 17 und 18.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen