DE19649904A1 - System von Eingängen-Ausgängen eines programmierbaren Automaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System von Eingängen- Ausgängen eines programmierbaren Automaten.

Ein gewöhnlicher programmierbarer Automat besteht, mit Bezugnahme auf die Fig. 1, aus einer Zentraleinheit, die mit UC gekennzeichnet ist, und Kopplern bzw. Schnittstellen von Eingängen/Ausgängen C1, C2, C3, C4, über welche die Verbindung zwischen der Zentraleinheit UC und dem operativen Teil (Aufnehmer, Vorschalter, usw.) hergestellt wird.

Die Zentraleinheit UC umfaßt den/die Mikroprozessor(en) P, einen ROM-Speicher M1, in dem das Herstellerprogramm enthalten ist, einen RAM-Speicher M2, einen Manager der Eingänge/Ausgänge I, deren Kommunikation untereinander über einen Bus hergestellt wird. Fakultativ sind die Koppler wie C4 im Innenaufbau der Zentraleinheit eingebaut. Der RAM-Speicher M2 enthält in einer ersten Zone das Benutzerprogramm und in einer zweiten Zone die Daten, insbesondere die Bildschirme der Kopplerzustände und die Konstanten bezüglich der Benutzerprogramme. Das Benutzerprogramm ist in einer speziellen Grafiksprache vom Typ LADDER (Kontaktsprache) oder GRAFCET geschrieben.

Die programmierbaren Automaten, die für die Behandlung zahlreicher Eingänge/Ausgänge bestimmt sind, sind basierend auf einem oder mehreren mit einander verbundenen Einschüben, in denen die Koppler enthalten sind, modular aufgebaut. In dem mit R gekennzeichneten Haupteinschub ist das (sind die) Zentraleinheitmodul(n) UC enthalten.

Der Manager der Eingänge/Ausgänge beinhaltet eine Bus-Schnittstelle IP, die über den Bus der Eingänge/Ausgänge die Verbindung zu den Kopplern C1, C2 des Haupteinschubs R und den Kopplern der Sekundäreinschübe R1, die an letzteren sowie an die in der Zentraleinheit UC eingebauten Kopplern wie C4 angeschlossen sind, herstellt. Über eine Bus- Schnittstelle IS wird über einen Feldbus B die Verbindung zu den verlagerten Kopplern wie Koppler 3 hergestellt.

Der programmierbare Automat, in dem die Zentraleinheit UC zur Datenverarbeitung enthalten ist, empfängt über die Koppler elektrische Signale der Aufnehmer und sendet elektrische Signale zu den verschiedenen Kopplern. Jeder Koppler steuert somit den operativen Teil, der von der Zentraleinheit UC überwacht wird. Zur Steuerung des jeweiligen Status der Ausgänge führt diese entsprechend dem jeweiligen Status der Eingänge permanent das Benutzerprogramm aus.

Jeder Koppler wie C1, C2, C3 und C4 ist über physische Eingangs- bzw. Ausgangskanäle 1, 2 usw. an den operativen Teil (Aufnehmer, Schalter, usw.) angeschlossen.

Die Koppler sind in mehrere Kategorien aufgeteilt: in einfache und intelligente Koppler.

Die einfachen Koppler übertragen an den Prozessor der Zentraleinheit (oder empfangen von ihm) eine Information ohne jegliche weitere Behandlung. Dies ist der Fall bei den Kopplern vom Typ "Alles oder Nichts" (abgekürzt TOR).

Die intelligenten Koppler führen eine Behandlung (Filtrierung, Maßstabanpassung) der Signale, die sie empfangen oder senden und/oder eine Behandlung der von den Aufnehmern empfangenen Informationen oder den an den Vorschalter gesandten Informationen aus, bevor diese an die Zentraleinheit gesendet werden. Der von einem Temperaturmeßfühler ausgegebene Analogwert muß z. B. zunächst digitalisiert und danach entsprechend den Berechnungen, in denen der Typ des Meßfühlers berücksichtigt wird, linearisiert werden. Die Behandlung wird als Arbeitsfunktion bezeichnet. Zur Ausführung dieser Behandlung verfügen die Koppler über einen eigenen Mikroprozessor und interne Softwares, mit denen diese Behandlungen unabhängig von der Zentraleinheit UC ausgeführt werden können. Diese intelligenten Koppler sind für eine der nachstehenden Operationen ausgelegt: Kommunikation, Analog, Achsenpositionierung bzw. -steuerung, Zählfunktion, spezielle Regelung oder Behandlung (Elektroniknocke, Wägefunktion, usw.).

Gegenwärtig werden die Funktionsparameter der Koppler entweder über mechanische Systeme (Potentiometer, Reiter) oder softwaremäßig eingestellt. Der Benutzer muß zur Parametrierung je nach Koppler die Methode wechseln.

Die vorliegende Erfindung hat zum Zweck, dem Bediener die Möglichkeit zu geben, die Koppler einfach und unabhängig von der Topologie des Automaten (entweder in Form eines einzigen Einschubs oder verlagerten Einschubs/Einschüben) programmieren oder parametrieren zu können. Alle Arbeitsfunktionen werden über eine gemeinsame Syntax und gemeinsamen Befehle gesteuert.

Das System von Eingängen/Ausgängen eines programmierbaren Automaten gemäß der Erfindung besteht aus einer Zentraleinheit, die einen Speicher und mindestens einen Koppler für Eingänge/Ausgänge enthält, der mit einem Kopplerspeicher ausgestattet ist und die Verbindung zwischen den Aufnehmern und Vorschaltern und der Zentraleinheit herstellt, das durch die Tatsache gekennzeichnet ist, daß die Datenübertragung zwischen dem Speicher der Zentraleinheit und dem Speicher eines jeden Kopplers über logische Kanäle aufgebaut ist, die eine Arbeitsfunktion ausführen und alle physischen Kanäle eines Kopplers oder einen Teil davon zusammenfassen, und dadurch daß der Speicher der Zentraleinheit die Objekte bezüglich aller logischen Kanal enthält, die eine Datenstruktur bilden, deren Inhalt standardisiert ist, wobei diese Objekte über das Benutzerprogramm mit Hilfe eines Befehlsvorrats mit dem Kopplerspeicher übertragen werden.

Entsprechend einem Merkmal ist die Datenstruktur nach den Übertragungstypen aufgebaut, die in Speicherzonen abgespeichert sind, in denen periodisch ausgegebene Informationen, periodisch übertragene Informationen, vom Benutzerprogramm aperiodisch behandelte Informationen und vom Bediener zum Start der Arbeitsfunktion definierte Informationen enthalten sind.

Entsprechend einem anderen Merkmal sind die verschiedenen Zonen in Speicherunterzonen unterteilt, die als Objekttypen bezeichnet werden und Bits, Wörter und Doppelwörter enthalten, die Informationen vom gleichen Typ entsprechen, wobei jedes Element durch eine Rangstelle identifiziert wird.

Entsprechend einem Merkmal enthält der Speicher der Zentraleinheit eine Datenstruktur, die den einzelnen Kopplern zugeordnet ist.

Entsprechend einem Merkmal wird die Syntax für den Zugriff zu den Datenstrukturinformationen vom Übertragungstyp, dem Objekttyp und der topologischen Adresse, die sich aus der Adresse des Kopplers, der mit der Nummer des logischen Kanals und der Rangstelle verknüpft ist, gebildet.

Entsprechend einem Merkmal kann ein logischer Kanal die Behandlung eines Ereignisses aktivieren.

Entsprechend einem Merkmal beinhaltet das System einen Instanzierungsmechanismus, mit dem der für die Sprachschnittstelle eines logischen Kanals erforderliche Speicherplatz reserviert werden kann.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, in der das Beispiel eines Ausführungsmodus mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, in denen abgebildet sind:

Fig. 1 Funktionsskizze eines programmierbaren Automaten mit Darstellung des Technikstands

Fig. 2 Skizze, auf welcher der Kommunikationsaufbau zwischen der Zentraleinheit und einem Koppler im Automaten entsprechend der Erfindung dargestellt ist

Fig. 3 Skizze, auf der die Datenübertragung zwischen dem Speicher der Zentraleinheit und dem Kopplerspeicher dargestellt ist

Fig. 4 Skizze, auf der die Datenstrukturen, die den jeweiligen Kanälen zugeordnet sind, dargestellt sind

Fig. 5 Schematische Darstellung der Datenstruktur

Fig. 6 Skizze zur Erläuterung des Instanzierungsmechanismus

Fig. 7 Funktionsskizze der Ereignisse.

Der mit einem System von Eingängen-Ausgängen ausgestattete programmierbare Automat ist entsprechend der Erfindung ein Automat vom Typ, wie er auf Fig. 1 dargestellt ist. Jeder Koppler, einschließlich der TOR- Koppler besitzt einen Kopplerspeicher Mc.

Der Dialog zwischen den einzelnen Kopplern C1, C2 usw. und der Zentraleinheit UC ist über logische Kanäle aufgebaut, die erstens durch eine oder mehrere "Arbeitsfunktionen" gekennzeichnet sind. Für die Operation "Zählen" beispielsweise kann ein logischer Kanal eine oder mehrere der folgenden "Arbeitsfunktionen" ausführen: Vorzählen, Zurückzählen, Vorzählen/ Zurückzählen, Frequenzmessung, Positionsmessung. Zweitens ist der logische Kanal durch die von ihm benutzten physischen Kanäle gekennzeichnet.

Bei einem Zählkoppler mit vier Zählern beispielsweise sind in einem logischen Kanal die vier physischen Schnittstellen der Zähltaster wie Näherungsschalter oder optische Positionscodeumsetzer und die physischen Betriebseingangskanäle wie die Zählungsvalidierung oder die Zählervorwahl zusammengefaßt.

Das Benutzerprogramm ist in Tasks unterteilt. Ein Task ist eine Gruppe von Befehlen, die vom Prozessor P der Zentraleinheit periodisch ausgeführt werden. Zur Erfassung der Informationen aus einem logischen Kanal aktiviert das Herstellerprogramm den Manager der Eingänge-Ausgänge I, bevor ein Task ausgeführt wird. Am Ende des Tasks aktiviert das Herstellerprogramm den Manager der Eingänge-Ausgänge (auf Fig. 1 durch I gekennzeichnet) zur Sendung der Informationen an den logischen Kanal.

Jeder logische Kanal eines gegebenen Kopplers (siehe Fig. 2 bis 4), die als Sprachschnittstellen bezeichnet werden, ist einer Datenstruktur zugeordnet. Diese Datenstruktur ist unabhängig vom Koppler und dem logischen Kanal unveränderlich. Größe und Inhalt dieser Struktur hängen von der jeweils auszuführenden Arbeitsfunktion ab. Sie ist in einer Kopplerspeicherzone Mc abgespeichert. Der (empfangene oder gesandte) Inhalt dieses Speichers wird an eine identische Speicherzone im Speicher M2 der Zentraleinheit übertragen.

Die Datenstruktur ist nach Übertragungstyp aufgebaut (siehe Fig. 3).

• - Periodische Eingangsübertragung: der Inhalt wird vom Speicher Mc an den Speicher M2 übertragen. In ihr sind im allgemeinen periodisch ausgegebene Informationen wie z. B. der numerische Wert eines Aufnehmers enthalten.
• - Periodische Ausgangsübertragung: der Inhalt wird vom Speicher M2 aus empfangen. In ihr sind im allgemeinen vom Benutzerprogramm periodisch übertragene Informationen enthalten.
• - Übertragung auf Befehl des Benutzerprogramms: diese Zone besteht aus Teilen, deren Inhalt vom Speicher M2 aus empfangen wird, und Teilen, deren Inhalt an den Speicher M2 übertragen wird. In ihr sind vom Benutzerprogramm "aperiodisch" behandelte Informationen enthalten.
• - Konfigurationsübertragung beim Start des Benutzerprogramms: diese Zone wird vom Speicher M2 empfangen. In ihr sind vom Benutzer zum Start der Arbeitsfunktion definierte Informationen enthalten.

Die Zonen sind mit I, Q, M bzw. K codiert.

Das Benutzerprogramm hat zu den im Speicher M2 der Zentraleinheit UC abgespeicherten Informationen in der Form der Datenstruktur über die oben angeführte Syntax Zugriff.

Wenn beispielsweise für einen logischen Kanal 0 bzw. 1 zugrundegelegt wird, beinhaltet die Zone I die Informationen, die von diesem logischen Kanal generiert werden.

Die Zone Q beinhaltet die Orders bzw. Befehle der Zentraleinheit, die für den logischen Kanal bestimmt sind.

Die Zone M hängt von der Arbeitsfunktion ab und kann Informationen vom Typ "Status", spezielle Steuerparameter und Einstellparameter beinhalten. Diese Informationen werden auf Befehl des Benutzerprogramms übertragen.

In den Statusparametern sind die Fehler des Kanals und eventuell der Funktionsstatus des logischen Kanals enthalten.

Die speziellen Steuerparameter sind Befehle, die sich lediglich von der Zone Q unterscheiden, da sie auf Befehl des Benutzerprogramms übertragen werden, wie beispielsweise ein Befehl zur Bewegung zu einer bestimmten Position oder einer bestimmten Geschwindigkeit.

Die Einstellparameter sind Informationen, die zur Beschreibung der Veränderungsmerkmalen des operativen Teils an den logischen Kanal übertragen werden. Bei einem Koppler zur Achsensteuerung beispielsweise ist einer der Parameter ein Positionsfaktor des Verfahrens.

Die Zone K beinhaltet die Konfigurationsparameter, d. h. die Parameter der Aufnehmer bzw. Schalter, die mit dem Koppler arbeiten. Dies sind Invarianten für einen gegebenen operativen Teil.

Unter Bezugnahme auf die Figur w sind die unterschiedlichen Zonen I, Q, M und K wiederum in Speicherunterzonen unterteilt, die als Objekttypen bezeichnet werden. Diese Unterzonen sind folgende:

• - Unterzone "Bits". Kodierung X oder Standard (wenn als Objekttyp nichts vorgegeben wird): die abgespeicherte Information ist binär wie beispielsweise das Auslösen der Zählung.
• - Unterzone "Wörter". Kodierung W: die abgespeicherte Information ist eine numerische Information und über 16 Bits codiert wie beispielsweise der numerische Wert eines Temperaturmeßfühlers.
• - Unterzone "Doppelwörter". Kodierung D: die abgespeicherte Information ist eine numerische Information und über 32 Bits codiert wie beispielsweise der numerische Wert eines Temperaturmeßfühlers.

Jede Unterzone beinhaltet mehrere Informationen bzw. Elemente des gleichen Typs. Ein bestimmtes Element wird durch seine "Rangstelle" identifiziert, deren Wert gleich der Position des Elements im Verhältnis zum Beginn der Unterzone ist. Jedes Informationselement wird daher durch einen Objekttyp und eine Rangstelle innerhalb einer jeden Zone definiert.

Die Syntax des Sprachschnittstelle hat folgende Form:
%<Code des Übertragungstyps<<Code des Objekttyps<<topologische Adresse<<Rangstelle<.

Die Rangstelle identifiziert die Position des Elements im Verhältnis zum Beginn der Unterzone. Jedes Informationselement wird daher durch ein Objekttyp und eine Rangstelle innerhalb einer jeden Zone definiert.

Die topologische Adresse wird durch die Adresse des Kopplers definiert, welcher der Nummer des logischen Kanals zugeordnet ist.

Die Koppler wie C1 bzw. C2, die im Haupteinschub R eingebaut sind, sind über eine Adresse zugänglich, die gleich der Nummer des Kopplers auf 1 oder 2 Digits ist. Die Adresse 1.0 beispielsweise ist der logische Kanal 0 des Kopplers, der sich an der Stelle 1 des Haupteinschubs R befindet. %ID1.0 ist somit der Wert des logischen Zählkanals 0 des Zählkopplers, der sich an der Stelle 1 des Haupteinschubs R befindet.

Unter Bezugnahme der Fig. 3 werden nun vom Herstellerprogramm die Übertragungen bezüglich I, M und K implizit übernommen. Über einen Befehlsvorrat des Benutzerprogramms können die Übertragungen auf der Zone M zwischen der Zentraleinheit und den logischen Kanälen gesteuert werden. Die Einstellparameter von M sind im Speicher der Zentraleinheit über das Benutzerprogramm im Lesen/Schreiben zugänglich.

Jedem Koppler kann eine Datenstruktur zugeordnet werden. Diese wird Kopplersprachschnittstelle genannt und hat die gleiche semantische Struktur wie die, die dem Kanal zugeordnet ist. Größe und Inhalt dieser Struktur hängen vom Typ des Kopplers ab. Die Syntax der Sprachschnittstelle, die dem Koppler zugeordnet ist, ist folgende:
<Code des Übertragungstyps<<@ Koppler<.MOD.<Rangstelle.

Der logische Kanal kann ebenfalls Informationen zur Zentraleinheit senden, zusätzlich zu den verschiedenen oben genannten Übertragungstypen. Dieser Übertragungstyp wird als Ereignisübertragung bezeichnet. In einem logischen Zählkanal beispielsweise kann die Überschreitung eines Grenzwerts die Übertragung des Werts der laufenden Messung (Zählerwert) an die Zentraleinheit bewirken.

Bei einer Ereignisübertragung sendet der logische Kanal zur Aktualisierung der gesamten Zone I oder eines Teils davon Informationen an die Zentraleinheit UC. Beim Empfang eines Ereignisses aktiviert das Herstellerprogramm einen Teil des Herstellerprogramms, das diesem Ereignis zugeordnet ist. Somit ist anhand der Fig. 7 zu erkennen, daß ein vom logischen Kanal generiertes Ereignis "Einfangbefehl" eine Behandlung, die Bestandteil des Herstellerprogramms ist, auslöst. Diese Behandlung wird mit %EVT5 bezeichnet.

Mit diesen Ereignisbehandlungen kann der Bediener jedem Ereignis, das über einen logischen Kanal eines Kopplers zur Zentraleinheit übertragen wird, einen Programmablauf zuordnen.

Die Befehlsereignisse sind prioritär und können jedes periodische Task unterbrechen.

Die Konfiguration eines Kopplers wird nun anhand der Fig. 6 dargestellt.

Es muß als erstes die Kategorie des Kopplers (TOR, Kommunikation, analog, Achsenpositionierung bzw. -steuerung, Zählen) und anschließend eine Kopplernummer (Nummer 1, 2, 3, usw.), die dieser Arbeit zugeordnet ist, gewählt werden.

Nachdem der Koppler gewählt ist, kann ein logischer Kanal konfiguriert werden, indem ihm bestimmte Arbeitsfunktionen auferlegt werden. Wenn z. B. ein logischer Zählkanal gewählt wurde, wird die Arbeitsfunktion durch die Wahl einer oder mehrerer nachstehender Operationen konfiguriert: Vorzählen, Zurückzählen, Vorzählen/Zurückzählen, Frequenzmessung. Bei der Zuordnung der Arbeitsfunktion reserviert das System die Speicherzone der Zentraleinheit, die von der Sprachschnittstelle benutzt werden wird. Diese Operation wird als "Instanzierung" bezeichnet.

Nachdem die Arbeitsfunktion gewählt wurde, können über die Softwarebildschirme die Werte der Zone K und der Zone M definiert werden.

Es versteht sich, daß innerhalb des Rahmens der Erfindung Varianten und Detailverbesserungen oder gar der Einsatz äquivalenter Systeme erwogen werden können.

Claims (7)

1. System von Eingängen-Ausgängen eines programmierbaren Automaten, der aus einer Zentraleinheit (UC), der mit einem Speicher (M1, M2, M3) und mindestens einem Koppler für Eingänge-Ausgänge C1, C2, C3, C4 ausgestattet ist, der wiederum über einen Kopplerspeicher (Mc) verfügt, worüber die Verbindung zwischen den Aufnehmern und Vorschalter und der Zentraleinheit (UC) hergestellt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Übertragung zwischen dem Speicher der Zentraleinheit und dem Speicher der einzelnen Koppler auf logischen Kanälen aufgebaut ist, die eine Arbeitsfunktion ausführen und alle oder einen Teil der physischen Kanäle eines Kopplers umfassen, und dadurch daß der Speicher (M2) der Zentraleinheit (UC) Objekte bezüglich der einzelnen logischen Kanäle beinhaltet, die eine Datenstruktur bilden, deren Inhalt standardisiert ist, wobei diese Objekte vom Benutzerprogramm mit Hilfe eines Befehlsvorrats mit dem Kopplerspeicher übertragen werden.

2. System von Eingängen-Ausgängen gemäß Patentanspruch 1, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die Datenstruktur nach den Übertragungstypen aufgebaut sind, die in Speicherzonen abgespeichert sind, in denen periodisch ausgegebene Informationen (%I), periodisch übertragene Informationen (%Q), vom Benutzerprogramm aperiodisch behandelte Informationen (%M) und vom Bediener zum Start der Arbeitsfunktion definierte Informationen (%K) enthalten sind.

3. System von Eingängen-Ausgängen gemäß Patentanspruch 2, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Zonen (I, Q, M, K) in Speicherunterzonen unterteilt sind, die als Objekttypen bezeichnet werden und Bits, Wörter und Doppelwörter enthalten, die Informationen vom gleichen Typ entsprechen, wobei jedes Element durch eine Rangstelle identifiziert wird.

4. System von Eingängen-Ausgängen gemäß eines beliebigen der oben genannten Patentansprüche, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher der Zentraleinheit über eine Datenstruktur verfügt, die den einzelnen Kopplern zugeordnet ist.

5. System von Eingängen-Ausgängen gemäß einer beliebigen der oben genannten Patentansprüche, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die Syntax für den Zugriff zu den Datenstrukturinformationen vom Übertragungstyp, dem Objekttyp und der topologischen Adresse gebildet wird, die sich aus der Adresse des Kopplers zusammensetzt, welcher der Nummer des logischen Kanals und der Rangstelle zugeordnet ist.

6. System von Eingängen-Ausgängen gemäß einer beliebigen der oben genannten Patentansprüche, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß ein logischer Kanal eine Ereignisbehandlung aktivieren kann.

7. System von Eingängen-Ausgängen gemäß einer beliebigen der oben genannten Patentansprüche, jedoch dadurch gekennzeichnet, daß dieses mit einem Instanzierungsmechanismus ausgestattet ist, mit dem der für die Sprachschnittstelle eines logischen Kanals erforderliche Speicherplatz reserviert werden kann.