DE2319320B2

DE2319320B2 - Schaltungsanordnung zur Durchführung logischer Verknüpfungen

Info

Publication number: DE2319320B2
Application number: DE19732319320
Authority: DE
Inventors: Dieter 6900 Heidelberg Kleim; Heiner Mues; Helmut Stadler; Walter Wolfgarten
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Priority date: 1973-04-17
Filing date: 1973-04-17
Publication date: 1979-12-06
Also published as: AT340706B; DE2319320A1; FR2226703B1; CH588735A5; FR2226703A1; ATA238974A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung logischer Verknüpfungen mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen, die über eine zentrale Steuereinheit mit Programniierspeichereinrichtung und Decodierer miteinander gemäß vorgegebenen logischen Funktionen verbindbar sind.

Es sind programmierbare Anordnungen zur Steuerung des Prozeßablaufs von Industrieanlagen allgemein bekannt, bei welchen der gewünschte Steuerungsablauf mittels eines in einer herkömmlichen Programmiersprache geschriebenen Rechnerprogramms festgelegt wird.

Das Rechnerprogramm wird dabei einem Rechner eingegeben, welcher dieses in die Maschinensprache der Steuerungsanordnung umsetzt. Obwonl derartige Steuerungsanordnungen eine Reihe von Vorteilen bieten (Standardisierte Hardware, größere Zuverlässigkeit, größere Geschwindigkeit, bequeme Planung und Projektierung des Steuerungsablaufs, Verringerung der Kosten für Inbetriebnahme und Wartung), verursacht der erforderliche Rechner einen nicht unerheblichen

ίο wirtschaftlichen Aufwand, welcher bisher nur bei größeren Anlagen bzw. Steuerungsanordnungen vertretbar erschien.

Andererseits gibt es matrixprogrammierte Steuereinheiten für Anwendungen mit geringerem Umfang.

;5 Zwischen diesen beiden bekannten Lösungen besteht eine breite Bedarfslücke. Für Anlagen mit mittleren bis hohen variablen Zahlen und Verknüpfungsgraden ist ein Prozeßrechner als steuernde Einheit verhältnismäßig aufwendig, eine matrixprogrammierte Steuereinheit aber nicht ausreichend.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Lücke zu schließen und eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen Rechner für eine programmierbare Steuerungsanordnung entbehr lieh macht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Eingängen und den Ausgängen von der zentralen Steuereinheit angesteuerte Selektionseinrichtungen zugeordnet sind, daß die zentrale Steuereinheit aus dem Decodierer und zwei in Reihe geschalteten Speichereinheiten besteht, daß gesteuert durch den Decodierer die erste Speichereinheit den am Eingang ankommenden binären Wert des durch den Operandenteil eines Programmwortes selektierten Bits abspei- chert, wenn der Operationsteil des gleichen Wortes ein Startzeichen oder eine ODER/NOR-Verknüpfung enthält, und auf »0« gesetzt wird, wenn das am. Eingang ankommende Signal den Wert »0« hat und der Operationsteil des Wortes eine UND/NAND-Verknüp fung enthält, und die zweite Speichereinheit auf »0« gesetzt wird, wenn der Operationsteil ein Startzeichen enthält und auf »L« gesetzt wird, wenn die erste Speichereinheit vorher auf »L« gesetzt war und im Operationsteil des gerade zu verarbeitenden Wortes eine ODER/NOR-Verknüpfung enthalten ist, und daß die Ausgänge der beiden Speichereinheiten an ein ODER-Glied angeschaltet sind, daß das ODER-Glied mit einem ersten Schalter verbunden ist und daß der erste Schalter einmal direkt über einen zweiten Schalter und zum anderen über einen ersten Inverter und den zweiten Schalter auf den Ausgang der zentralen Steuereinheit geführt ist, daß weiterhin der Eingang der zentralen Steuereinheit einmal über einen dritten Schalter und zum anderen über den dritten Schalter und einen zweiten Inverter auf die erste Speichereinheit gelegt ist und daß der Decodierer auch die Schalter und die Selektionseinrichtungen steuert.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung können ausgewählte Eingangssignale einer program mierbaren Steuerungsanordnung entsprechend eines von einem Programmspeicher vorgegebenen Binärcodes logisch verknüpft werden, ohne daß ein Rechner zur Umsetzung einer Programmsprache in die Maschinensprache der Steuerungsanordnung erforderlich ist. Auf diese Weise können programmierbare Steuerungsanordnungen auch bei mittleren und kleineren Anlagen mit vertretbarem wirtschaftlichem Aufwand eingesetzt werden.

Die Erfindung wird an Hand eines in den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein Obersichtsbild einer programmierbaren Steuerungsanlage in BlockschaltbilddarsteUung und

Fig.2 ein Prinzipschaltbild der in Fig. 1 gezeigten zentralen Steuereinheit

Die programmierbare Steuerungsanlage 10 nach Fig.1 besitzt eine Vielzahl von Eingängen X und Ausgängen Y, welche fortlaufend numeriert sind (im dargestellten Beispielsfal! die Eingänge Xl bis X 5 sowie die Ausgänge YI bis Y5). Die Eingänge X sind mit binären Signalen beaufschlagt und werden mittels einer Selektiorisemrichtung U sequentiell abgefragt, wobei die Steuerung der Selektionseinrichtung 11, d. h. die Auswahl bestimmter Eingänge, durch einen Programmspeicher 12 über einen Decodierer, der sich auf der zentralen Steuereinheit 14 befindet, erfolgt. Die Selektionseinrichtung 11 verbindet den betreffenden abgefragten Eingang (im dargestellten Beispielsfall der Eingang Xl) mit dem Eingang IS der zentralen Steuereinheit 14, deren beispielsweiser Aufbau in F i g. 2 näher dargestellt ist Die zentrale Steuereinheit verknüpft die binären Signale der sequentiell abgefragten Eingänge nach einer wählbaren logischen Funktion und gibt das resultierende Signal an eine weitere Selektionseinrichtung 13 weiter.. Die Selektionseinrichtung 13 wird ebenfalls vom Programmspeieber 12 über den gleichen Decodierer der zentralen Steuereinheit gesteuert, derart, daß die Selektionseinrichtung 13 den Ausgang 17 der zentralen Steuereinheit 14 mh dem ausgewählten Ausgang der Steuerungsanordnung 10 (im dargestellten Beispielsfall der Ausgang Y 2) verbindet Die gewünschte logische Verknüpfungsfunktion der zentralen Steuereinheit wird wiederum von dem Programmspeicher 12 und über den Decodierer der zentralen Steuereinheit vorgegeben, und zwar in Form von sequentiellen Verknüpfungsbefehlen am Steuereingang 18 der zentralen Steuereinheit 14.

Außer den externen Ein- und Ausgängen kann die Steuerungsanlage nach dem gleichen Schema wie oben beschrieben (Speicher oder Zeitwerke 15), abfragen und gleichungsgemäß setzen. Über ein« interne Rückführungseinrichtung 19 können auch Ausgänge auf ihren digitalen Zustand hin abgefragt werden.

Die Funktionsweise des Decodieren so!l nachstehend an Hand eines bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendeten Binärcodes erläutert werden, wobei der Binärcode auf Grund seiner einfachen Schreibweise ohne Zwischenschaltung eines Sprachumsetzers in den Programmspeicher eingelesen und dort in Form einer, von dem Decodierer verwertbaren Folge von binären Signalen gespeichert werden:

:X1 ■ XI + X3 + I XA ■ I XS

Xi der Eingang Xl,
X 2 der Eingang X 2,
X 3 der Eingang X 3,
X 4 der Eingang X 4,
X 5 der Eingang X 5,
Y2 der Ausgang Y2,

eine logische UND-Verknüpfung,
+ eine logische ODER-Verknüpfung,
J eine logische NAND-Verknüpfung,
+ / eine logische NOR-Verknüpfung,
: ein Startbefehl und
= ein Zuweisungsbefehl

55

60

65 bedeuten.

Der Binärcode ist daoei eine Folge von Binärwörtern (im erwähnten Beispielsfall die Binärwörter JfI, X 2, + X3, +IX4, IXS, = Y2) aufgebaut, wobei jedes Binärwort aus einem Operationsteil und einem Operandenteii besteht (beispielsweise ist bei dem Binärwort •X2 der Ausdruck · der Operationsteil und der Ausdruck X 2 der Operandenteil).

Die Decodierung in dem Decodierer erfolgt in der Weise, daß die Operandenteile des ersten bis zu dem vorletzten Binärwort (im erwähnten Beispielsfall die Operandenteile Xl, X 2, X3, X 4, X5) der Selektionseinrichtung in Form von Informationssignalen zugeführt werden, während der Operandenteil des letzten Binärwortes (im erwähnten Beispielsfall der Operand Y2) der Selektionseinrichtung; 13 ebenfalls in Form eines Informationssignals zugeführt wird. Die einzelnen Operandenteile enthalten, wie ohne weiteres ersichtlich ist, unmittelbar die Information für die von der Selektionseinrichtung 11 auszuwählenden Eingänge der Steuerungsanordnung bzw. die Information für den von der Selektionseinrichtung 13 auszuwählenden Ausgang der Steuerungseinrichtung. Die Selektionseinrichtung 11 fragt somit in dem gewählten Beispielsfall sequentiell die Eingänge Xl, X 2, X 3, X 4 und X 5 ab, wobei die Abfragefolge durch die Reihenfolge der einzelnen Operandenteile bestimmt ist Ferner setzt die Selektionseinrichtung 13 in dem gewählten Beispielsfall den Ausgang Y2. Weiterhin werden bei der Decodierung des Binärcodes die Operationsteile aller Binärwörter (im gewählten Beispielsfall die Operationsteile : ;· ; +; + /; ·/; =) in Form von Informationssignalen sequentiell der zentralen Steuereinheit 14 zugeführt.

Ein weiteres beliebiges Beispiel für einen Binärcode sei:

:X1 + X3 - X5 = Y4

Bei diesem Binärcode werden die Eingänge Xl, X3 und X5 sequentiell abgefragt und der Ausgang Y4 gesetzt Ferner werden der zentralen Steuereinheit 14 den Operationsteilen :, +, ·, = entsprechende Informationssignale zugeführt.

Die Funktionsweise der zentralen Steuereinheit 14 wird nachstehend an Hand des Blockschaltbildes nach Fig.2 erläutert, wobei zum Zwecke einer besseren Verständlichkeit der einzelnen Funktionen der zentralen Steuereinheit in Fig. 2 mechanische Wählschalter, sowie einzelne logische Bauelemente (Inverter und ODER-Verknüpfung) eingezeichnet sind. Selbstverständlich werden in der Praxis an Stelle der mechanischen Schalter elektronische Halbleiterbauelemente in integrierter Schaltkreistechnik und an Stelle der einzelnen logischen Schaltungen die entsprechenden Elemente einer integrierten Schaltkreisfamiiie verwendet

Die am Eingang 16 der zentralen Steuereinheit 14 sequentiell ankommenden binären Signale der ausgewählten Eingänge werden über einen Wechselschalter 24 mit einer ersten Speichereinheit 22 verbunden. Der Wechselschalter, der von dem Decodierer 20 gesteuert wird, invertiert das ankommende Signal entsprechend dem Operationsteil des gerade zu verarbeitenden Binärwortes, d. h. im Falle des Wortes: X 1 steht der Schalter in der oberen Stellung, im Falle des Wortes : IX1 steht der Schalter in der unteren Stellung.

Die erste Speichereinheit 22 und die zweite Speichereinheit 23, mit der die Speichereinheit 22 verbunden ist, führen die gewünschten logischen

Verknüpfungen aus, und zwar nach folgendem Schema: Steht im Operationsteil des gerade zu verarbeitenden Wortes das Startzeichen, so wird in der ersten Speichereinheit 22 der am Eingang 26 ankommende binäre Wert abgespeichert und die zweite Speichereinheit 23 wird auf den Wert »0« gesetzt. Steht im Operationsteil des gerade zu verarbeitenden Wortes eine ODER-Verknüpfung oder eine NOR-Verknüpfung, so wird die zweite Speichereinheit 23 auf den Wert »L« gesetzt, wenn zuvor in der ersten Speichereinheit 22 ein »L« abgespeichert war. War zuvor in der ersten Speichereinheit 22 der Wert »0« abgespeichert, so wird der Zustand der zweiten Speichereinheit 23 nicht verändert. Anschließend wird die erste Speichereinheit 22 auf den Wert »L« gesetzt, wenn das an dem Eingang 26 anstehende digitale Signal den Wert »L« führt 1st dies nicht der Fall, so wird der Zustand der ersten Speichereinheit 22 nicht verändert Steht in dem Operationsteil des zu verarbeitenden Binärwortes eine UND-Verknüpfung oder eine NAND-Verknüpfung, so wird der Zustand der Speichereinheit 23 nicht verändert. Die erste Speichereinheit 22 wird auf den Wert »0« gesetzt, wenn das digitale Signal an ihrem Eingang 26 diesen Wert führt Ist dies nicht der Fall, wird der Zustand der Speichereinheit nicht verändert. Als Speichereinheiten 22, 23 bieten sich beispielsweise Flip-Flop-Schaltungen an. Die Ausgänge beider Speichereinheiten (Speichereinheit 22 und Speichereinheit 23) sind ODER-mäßig zusammengefaßt und mit dem Schalter 27 verbunden. Dieser Schalter wird gemäß dem Operationsteil in seiner Stellung über den Decodierer 20 verändert, d. h. im Falle des Wortes = Y2 steht er in der oberen Stellung, im Falle des Wortes = /V2 steht er in der unteren Stellung. Dem Schalter 27 ist ein weiterer Schalter 29 nachgeordnet, der den Ausgang 31 mit dem Ausgang 17 der zentralen Steuereinheit 14 verbindet, wenn im Operationsteil des gerade zu verarbeitenden Binärwortes ein Zuweisungszeichen steht.

Die ganzen Steuerungsvorgänge auf der zentralen Steuereinheit werden von dem Decodierer 20 gesteuert. Dieser Decodierer, der über den Punkt 18 mit dem Programmspeicher verbunden ist, wird über ein Schrittschaltwerk 21 zeitlich gesteuert. Über den Decodierer werden auch die Wahlschalter 11 und 13 der programmierbaren Steuerungsanordnung gesteuert Diese Wählschalter sind in F i g. 1 nur zur besseren Verständlichkeit als mechanische Wahlschalter dargestellt In der Praxis werden diese Wahlschalter durch integrierte Schaltungstechnik realisiert

Es versteht sich von selbst daß an Stelle der in F i g. 1 dargestellten fünf Eingänge Xi bis X 5 und fünf Ausgänge Kl bis V 5 beliebig viele Ein- und Ausgänge der Steueranordnung 10 vorgesehen werden können, sofern die zentrale Steuereinheit 14 entsprechend vergrößert wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Durchführung logischer Verknüpfungen mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen, die über eine zentrale Steuereinheit mit Programmierspeichereinrichtung und Decodierer miteinander gemäß vorgegebenen logischen Funktionen verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen (Xl bis XS) und den Ausgängen (Vl bis YS) von der zentralen Steuereinheit (14) angesteuerte Selektionseinrichtungen (11 bzw. 13) zugeordnet sind, daß die zentrale Steuereinheit (14) aus dem Decodierer (20) und zwei in Reihe geschalteten Speichereinheiten (22, 23) besteht, daß gesteuert durch den Decodierer (20) die erste Speichereinheit (22) den am Eingang (26) ankommenden binären Wert des durch den Operandenteil eines Programmwortes selektierten Bits abspeichert, wenn der Operationsteil des gleichen Wortes ein Startzeichen oder eine ODER/NOR-Verknüpfung enthält, und auf »0« gesetzt wird, wenn das am Eingang (26) ankommende Signal den Wert »0« hat und der Operationsteil des Wortes eine UN D/N AN D-Verknüpfung enthält, und die zweite Speichereinheit (23) auf »0« gesetzt wird, wenn der Operationsteil ein Startzeichen enthält und auf »L« gesetzt wird, wenn die erste Speichereinheit (22) vorher auf »L« gesetzt war und im Operationsteil des gerade zu verarbeitenden Wortes eine ODER/NOR-Verknüpfung enthalten ist, und daß die Ausgänge der beiden Speichereinheiten (22, 23) an ein ODER-Glied (30) angeschaltet sind, daß das ODER-Glied (30) mit einem ersten Schalter (27) verbunden ist und daß der erste Schalter (27) einmal direkt über einen zweiten Schalter (29) und zum anderen über einen ersten Inverter (28) und den zweiten Schalter (29) auf den Ausgang (17) der zentralen Steuereinheit (14) geführt ist, daß weiterhin der Eingang (16) der zentralen Steuereinheit (14) einmal über einen dritten Schalter (24) und zum anderen über den dritten Schalter (24) und einen zweiten Inverter (25) auf die erste Speichereinheit (22) gelegt ist und daß der Decodierer (20) auch die Schalter (24,27,29) und die Selektionscinrichtungen (11 und 13) steuert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß Speicher oder Zeitwerke (15) zwischen die Selektionseinrichtungen (U₁ 13) zur internen Abfrage geschaltet sind und daß eine interne Rückführungseinrichtung (19) zwischen Ausgang (Y 1 bis K5) und Selektionseinrichtung (11) liegt, wodurch der Ausgangszustand abgefragt wird.