DE2844441A1 - Prozessteuerventileinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf mit Rechenanlagen ausgerüstete Prozesssteuersysteme mit einer grossen Anzahl Prozesssteuerventile, insbesondere auf eine Einrichtung in einem solchen System zur Umwandlung von Steuersignalen von der Rechenanlage des Systems in Betätigungssignale für eines der Ventile mittels elektrischer Kreise zum Senden, Empfang und Lagern von Datensignalen sowie mittels von diesen Kreisen gesteuerter Glieder.

Mit Rechenanlagen ausgerüstete Prozesssteuersysteme umfassen üblicherweise neben der eigentlichen Rechenanlage mit deren Bedienpult eine Vielfachleitung zur Parallelübertragung von Daten, über die die Rechenanlage mit mehreren Schnittstelleneinheiten verbunden ist, welche ihrerseits an je eine Gruppe von Betätigungsgliedern (beispielsweise Magnetventilen) angeschlossen sind, welche imstande sind, eine entsprechende Anzahl Prozesssteuerglieder (beispielsweise pneumatische Prozessventile) zu betätigen.

Die Nachteile eines derartigen Systems liegen u.a.

darin, dass eine umfangreiche und verhältnismässig komplizierte Leitungsführung und ausserdem eine gewisse Ueberkapazität erforderlich sind, um bei Änderungen im System oder bei zusätzlicher Ausrüstung eine sprungartige Steigerung der verschiedenen Ausrüstungsteile zu vermeiden.

Ein alternatives Prozesssteuersystem kann ausser der Rechenanlage und deren Bedienpult eine Vielfachleitung umfassen, an die sämtliche Prozesssteuerglieder über je ein Betätigungsglied und je eine Schnittstelleneinheit angeschlossen sind, um sequentiell von der Rechenanlage adressiert zu werden. Die Nachteile dieses alternativen Systems liegen u.a. darin, dass die Zykluszeit, d.h. die Zeit zwischen fortlaufenden Adressierungen eines und desselben Prozesssteuergliedes, unpraktisch lang werden kann, da sie zu der gesamten Anzahl Prozesssteuerglieder des Systems in direkter Proportion steht.

Mit der Erfindung soll also eine Prozesssteuerventileinrichtung geschaffen werden, durch die die Leitungsführung eines Prozesssteuersystems wie auch der gesamte Aufbau des

Systems wesentlich vereinfacht werden kann, ohne dass die Zykluszeit zu lang wird.

Der Erfindung liegt also in erster Linie die Aufgabe zugrunde, die Herstellung und die Installation sowie den Betrieb des Prozesssteuersystems zu vereinfachen und zu verbilligen.

Diese Aufgabe wird erfindungsmässig durch ein Gehäuse gelöst, das mit dem Ventil zu einer Einheit zusammenbaubar ist, sowohl die elektrischen Kreise als auch die von diesen gesteuerten Glieder umfasst sowie einen Anschluss besitzt, durch den die elektrischen Kreise mit einem für mehrere Ventile gemeinsamen Zwei- oder Dreileiterkabel zur Uebertragung der Datensignale und zur Stromversorgung der elektrischen Kreise verbindbar sind.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform, wo die Betätigungssignale pneumatisch sind, hat das Gehäuse einen einzigen Anschluss zur Verbindung mit einer für mehrere Ventile gemeinsamen Druckluftleitung.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Ansicht ein Prozesssteuersystem des eingangs erwähnten Typs,

Fig. 2 das erfindungsmässige Prozesssteuersystem in schematischer Ansicht,

Fig. 3 ein Beispiel der mechanischen Ausbildung einer Prozesssteuerventileinrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 4 einen Querschnitt .lach der Linie A-A in Fig. 3, und

Fig. 5 und 6 ein Blockschaltbild bzw. ein kombiniertes Block- und Kreisschaltbild über die elektrischen Kreise in einer Ausführungsform der erfindungsmässigen Prozesssteuerventileinrichtung.

Das in Fig. 1 gezeigte Prozesssteuersystem umfasst eine Rechenanlage 1 mit Bedienpult 2. Die Rechenanlage 1 enthält alle für die Funktion des Prozesses erforderlichen Logikelemente und liefert und sammelt die erforderliche Information über mehrere Schnittstelleneinheiten 3. die an je eine

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Gruppe 4 von Betätigungsgliedern elektrisch angeschlossen sind. Die von einer solchen Gruppe umfassten Betätigungsglieder können aus Magnetventilen bestehen, die beispielsweise über Druckluftschläuche mit Prozesssteuergliedern 5 in Form von pneumatischen Ventilen in Verbindung stehen. Die Verbindung zwischen der Rechenanlage 1 und der Schnittstelleneinheit 3 ist eine Vielfachleitung 6, über die die genannte Information auf parallelem Wege übertragen wird. Die Schnittstelleneinheiten 3 umfassen normalerweise Decodierer, Speicherkreise und Steuerstufen für die Magnetventile, welche im allgemeinen gruppenweise in separaten Schränken zusammengestellt sind, von denen Druckluftschläuche zu den pneumatischen Ventilen führen.

Das in Fig. 2 gezeigte erfindungsmässige Prozesssteuersystem beseitigt die Nachteile des in Fig. 1 gezeigten Systems, ohne dass die Zykluszeit allzu lang zu werden braucht. Erfindungsgemäss sind mehrere Endstellen 7 über die Vielfachleitung 6 mit der Rechenanlage 1 verbunden. Von jeder Endstelle 7 führt eine Steuerleitung 8 zu einer Anzahl Schnitt-Stelleneinheiten 3, die direkt mit je einem Betätigungsglied 4 für ein Prozesssteuerglied 5 verbunden sind. Die Vielfachleitung 6 ist in diesem Falle zur Parallelübertragung von Daten ausgebildet, während die Steuerleitungen 8 zur Reihenübertragung von Daten ausgebildet sind. Es leuchtet ein, dass dieser Aufbau des Prozesssteuersystems die Verwendung einer geringeren Anzahl Prozesssteuerglieder 5 pro Steuerleitung 8 und somit auch eine Kürzung der Zykluszeit ermöglicht.

Gemäss der Erfindung ist jedes Prozesssteuerglied 5 mit der dazugehörigen Schnittstelleneinheit 3 und dem Betätigungsglied 4 zu einer Einheit zusammengestellt. Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind ein Betätigungsglied 4 in Form eines Magnetventils für Druckluft und eine auf zwei Kreiskarten 10 aufgebaute Schnittstelleneinheit. 3 in einem Gehäuse 11 untergebracht, das auf einem Luftzylinder 12 montiert ist, welcher seinerseits mit dem nicht gezeigten Prozessventil zwecks dessen Einstellung zusammengebaut ist. Die einzigen äusseren Anschlüsse an die in Fig. 3 und 4 gezeigte Prozess—

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Steuerventileinrichtung sind ein Drucklufteintritt 13 und ein Koaxialkontakt 14. Ein Rückluftaustritt 15 ist ebenfalls vorgesehen.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, kann jede Schnittstelleneinheit 3 in der erfindungsmässigen Prozesssteuerventileinrichtung eine Sender/Empfängerstufe 16 enthalten, die über eine Decodier/Logikstufe 17 mit einer Steuerstufe 18 für das Betätigungsglied 4 verbunden ist. Die Decodier/ Logikstufe 17 hat auch einen an beispielsweise einen Geber 19 zur Indizierung der Lage des Prozesssteuergliedes 5 angeschlossenen Eingang, so dass der Rechenanlage 1 rückgemeldet wird, dass ein an das Prozesssteuerglied 5 abgegebener Befehl ausgeführt worden ist.

Die Schnittstelleneinheit 3 der erfindungsmässigen Prozesssteuerventileinrichtung ist in Fig. 6 näher veranschaulicht. An den Koaxialkontakt 14 ist ein Gerät 20 zur Stromversorgung der elektrischen Kreise der Schnittstelleneinheit 3 und des Magnetventils 4 über eine Drossel 21 angeschlossen. Ein Sender 22 und ein aus einem Verstärker 23 und einem Detektor 24 bestehender Empfänger sind über je einen Kondensator 25 ebenfalls an den Koaxialkontakt 14 angeschlossen. Der Ausgang des Detektors 24 ist an einen Serien-Parallel -Umsetzer 2 6 angeschlossen, dessen Ausgänge an den einen Satz Eingänge (nicht gezeigt) zu einem Komparator 27 angeschlossen sind. Der andere Satz Eingänge zum Komparator 27 kann mittels Schalter 28 selektiv unter Spannung gesetzt werden. Der Ausgang des Komparators 27 ist an einen Eingang zu einem Schaltnetz 29 angeschlossen, welches auch an den zweiten Satz Eingänge des Komparators 27 angeschlossene Eingänge sowie einen an einen vom Betätigungsglied 4 gesteuerten Kontakt 30 angeschlossenen Eingang besitzt. Die Ausgänge des Netzes 29 sind an die Eingänge eines Parallel-Serien-Umsetzers 31 angeschlossen (nicht gezeigt) , dessen Ausgang an den Sender 22 angeschlossen ist. Ein Oszillator 32 ist sowohl an den Sender 22 als auch an den ürnsetzer 3l· angeschlossen. Der Komparator 27 besitzt auch einen Ausgang, der an den Eingang zu einem Flip-Flop 33 angeschlossen ist, dessen einer Ausgang an die Basis eines

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Steuertransistors 34 angeschlossen ist, in dessen Kollektor— kreis die Spule des Magnetventils 4 eingeschaltet ist.

Die in Fig. 6 gezeigten Kreise arbeiten wie folgt. Ueber den Koaxialkontakt 14, der an ein die Steuerleitung 8 bildendes Koaxialkabel angeschlossen ist, wird eine Gleichspannung zugeführt, die über die Drossel 24 dem Stromversorgungsgerät 20 zugeleitet wird. Ein von der dazugehörigen Endstelle 7 über das Koaxialkabel übertragenes, serienmässiges Informationssignal· besteht aus einem modulierten Trägerfrequenzsignal und wird über den einen Kondensator 25 an den Verstärker 23 zur Stufeneinstellung gesandt. Das verstärkte Signal wird dann im Detektor 24 ermittelt, welcher an den S.erien-Parallel-Umsetzer 26 eine binäre Pulsserie abgibt, die einen Adressenteil und einen Befehlsteil enthält.

Wenn der Adressenteil mit der mittels der Schalter 28 einstellbaren Adresse der Prozesssteuerventileinrichtung übereinstimmt - und nur dann - sendet der Komparator 27 ein Ausgangssignal an das Schaltnetz 29, wobei die mittels. der Schalter 28 eingestellte Adresse über den Umsetzer 31 und den Sender 22 in serienmässiger Form in der Steuerleitung 8 zurück zur Endstelle 7 geleitet wird. Information über den Zustand des Kontaktes 30 wird ebenfalls über das J Schaltnetz 29, den umsetzer 31 und den Sender 22 zur Endstelle 7 geführt. Der Oszillator 32 steuert die Frequenz des Senders 22, wie auch die Datenausgabe vom Ujrasetzer 31, welche Daten das Ausgangssignal des Senders 22 modulieren. In Abhängigkeit vom Inhalt des Befehlsteils wird an den Eingang des Flip-Flops 33 ein Umschaltsignal· gespeist oder auch nicht gespeist. Falls der Flip-Fiop 33 umgestel·^ wird, wird der Leitungszustand des Transistors 34 geändert» und der Kontakt 30 wechseit in die andere Stellung hinüber.· Information über die geänderte Ste^ung des Kontaktes wird in der oben beschriebenen Weise nach dem Adressenteil· an die dazugehörige Endste^e 7 gesandt.

Durch die erfindungsmässige Ausbiidung des Prozesssteuersystems kann somit die Anzahl· Prozesssteuerg^eder pro Steuerieitung begrenzt werden (beispieisweise auf vierundsechzig Stück), wodurch eine kurze Zykiuszeit auf-

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rechterhalten werden kann.

Ferner leuchtet es ein, dass das erfindungsmässige Prozesssteuersystem im Vergleich zu dem in Fig. 1 skizzierten System wesentliche Ersparnisse in bezug auf die elektrische Leitungsführung und auch in bezug auf die Führung der Druckluftschläuche bedeutet. Weitere Ersparnisse in bezug auf die elektrische Leitungsführung werden erfindungsmä-ssig dadurch erzielt, dass die Stromversorgung der Schnittstelleneinheiten 3 und der Betätigungsglieder 4 über die Steuerleitungen 8 erfolgt.

Die erfindungsmässige Prozesssteuerventileinrichtung bietet eine Reihe von Vorteilen.

In fertigungstechnischer Hinsicht bedeutet die Erfindung eine Kostenersparnis, falls das gesamte Prozesssteuersystem als Grundlage für den Vergleich genommen wird.

Die Installation eines die erfindungsmässige Einrichtung ausnutzenden Prozesssteuersystems ist einfacher als die eines herkömmlichen Prozesssteuersystems, da für sämtliehe gesteuerten Objekte (Ventile) ein einziges Kabel benutzt werden kann. Ausserdem kann eine gemeinsame Luftversorgung vorgesehen werden. Die Installation wird billiger, weil statt 4-5 Leiter/Objekt ein gemeinsames Kabel benutzt wird. Da keine für die einzelnen Objekte spezifischen Strom- oder Luftversorgungsleitungen vorhanden sind, werden fehlerhafte Anschlüsse vermieden, und die Installation kann also schneller und mit grösserer Sicherheit vorgenommen werden, so dass sie auch von NichtFachleuten ausgeführt werden kann. Schliesslich nimmt ein die erfindungsmässige Einrichtung ausnutzendes Prozesssteuersystem weniger Platz in Anspruch, da u.a. die separaten Schränke für die Magnetventile entfallen.

In betriebs- und wartungsmässiger Hinsicht bietet die Erfindung den Vorteil eines vereinfachten Fehlersuchens, da Funktionsfehler direkt zum infragestehenden Objekt, aufgespürt werden können. Da für die Strom- und Luftversorgung sämtlicher Objekte ein gemeinsamer Anschluss

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vorgesehen ist, kann das gesamte Gehäuse von einem NichtFachmann ausgewechselt werden, welcher auch die einzelnen Objekte einer und derselben Vielfachleitung entfernen und an einer anderen Stelle der Leitung wieder einsetzen kann, ohne dass hierfür eine Programmänderung erforderlich ist.

Ferner ist ein die Erfindung ausnutzendes Prozesssteuersystem weit flexibler als ein herkömmliches System, indem weitere Objekte in einfacher Weise an das gemeinsame Kabel und die gemeinsame Luftleitung angeschlossen werden können. Bei einem herkömmlichen Prozesssteuersystem kann der Anschluss weiterer Objekte grosse Schwierigkeiten und erhöhte Kosten verursachen, beispielsweise wenn ein Schnittstellen- oder Magnetventilschrank voll ist.

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Claims (2)

1. Patentansprüche :

   1» j Einrichtung in einem mit einer Rechenanlage ausgerüsteten Prozesssteuersystem mit einer grossen Anzahl Prozesssteuerventile (5), zur Umwandlung von Steuersignalen von der Rechenanlage des Systems in Betätigungssignale für eines der Ventile mittels elektrischer Kreise (3) zum Senden, Empfang und Lagern von Datensignalen sowie mittels von diesen Kreisen gesteuerter Glieder (4), gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11), das mit dem Ventil (5) zu einer Einheit zusammenbaubar ist, sowohl die elektrischen Kreise (3) als auch die von diesen gesteuerten Glieder (4) umfasst sowie einen Anschluss (14) besitzt, durch den die elektrischen Kreise mit einem für mehrere Ventile (5) gemeinsamen Zwei- oder Dreileiterkabel (8) zur Uebertragung der Datensignale und zur Stromversorgung der elektrischen Kreise verbindbar sind.
2. 2. · Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Betätigungssignale pneumatische Signale sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) einen einzigen Anschluss (13) zur Verbindung mit einer für mehrere Ventile

   (5) gemeinsamen Druckluftleitung besitzt.

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