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TECHNISCHER
BEREICH DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
zur Steuerung einer Mehrzahl von steuerbaren Einheiten, die mindestens
an einen gemeinsamen Bus angeschlossen sind.
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AUSGANGSSITUATION
DER ERFINDUNG
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Gegenwärtig gibt
es keine im Handel erhältlichen
Vorrichtungen, die direkt in Anwendungsbereichen zur Steuerung einer
Anzahl von Vorrichtungen in einem oder mehreren Räumen genutzt
werden können
und insbesondere eine Zentralsteuerung über einen Rückgrat-Steuerbus ermöglichen.
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Die
verfügbaren
programmierbaren Einheiten, z.B. für die verteilte Eingabe/Ausgabe über einen
programmierbaren logischen Regler (PLC), müssen mit zusätzlichen
Sicherungen für
jede einzelne Gruppe und mit Ausgangskreistrennschaltern versehen
werden, um die Verbraucherlast zu meistern. Außerdem erfordern diese Lösungen eine
profunde Kenntnis der Systemarchitekturen.
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Beim
Steuern von z.B. analogen oder seriellen Signalen werden gewöhnlich speziell
angepasste Vorrichtungen verwendet. Die Informationsdarstellung
ist normalerweise begrenzt, da nur wenige Geräte an das gleiche Signal gekoppelt
werden können.
Falls zusätzliche
Signale erforderlich sind, müssen
Signalwandler, Signalverstärker
etc. zum Einsatz kommen. Falls ein Signal nach einer Skala eingestellt
werden muss, werden kostenaufwändigere
Geräte
benötigt.
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Die
traditionellen Anlagen verwenden separate Schalt- und Sicherungseinrichtungen.
Die Verwendung von verteilten Eingabe-/Ausgabeeinheiten mit Ausgangskreistrennschaltern
erfordert viel mehr Installationsarbeit, was folglich das Interesse
an der Verwendung dieser Technik erhöht. Außerdem lassen die Kosten des
Systems es gewöhnlich
für kleine
Anwendungsbereiche unvorteilhaft erscheinen, was dann zu eingeschränkten Systemen
führt.
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Bei
Anwendungsbereichen, in denen der Ausgangsstrom überwacht wird, so z.B., wenn
der Zustand einer Glühbirne
oder ähnliches überprüft wird,
erfolgt gewöhnlich
eine einfache Überwachung
der Wirkausgangsleistung und Beibehaltung des Stroms auf einem vorgegebenen
Pegel. Ist das Licht eingeschaltet, verbraucht es eine spezifische
Strommenge, und, falls der Strompegel nicht korrekt ist, ist die
Glühbirne
schadhaft.
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In
Anwendungsbereichen, in denen Detektoranzeigen an unterschiedlichen
Stellen überwacht
werden, werden spezielle zweckgebundene Detektoren angebracht. Es
ist auch möglich,
analoge/serielle Signale an einer ganzen Reihe von Stellen abzulesen,
ohne Signalwandler oder Signalverstärker zu verwenden. Außerdem ist
es möglich,
die Signale umzuwandeln, um das Messergebnis z.B. von einem nichtanalogen
Detektor an die verwendeten Geräte
anzupassen. Aber die Justierung zur Einstellung nach einer Skala,
um Mindest- bzw. Höchstwerte
von einem Detektor zu erhalten und den Mindest- bzw. Höchstwert
auf einem Gerät
anzuzeigen, ist gewöhnlich
eliminiert. Als Alternative kann ein nichtlineares Gerät zur Verfügung gestellt
werden, um das aus einem nichtlinearen Sensor empfangene, fehlerhafte
Signal zu korrigieren.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
entsprechend der bekannten Technik. Das System 10 umfasst
eine Anzahl von Zentraleinheiten 11, die in den Teilräumen 12a–12n angeordnet
sind. An jede Zentraleinheit 11 ist eine Stromversorgungsleitung 13 angeschlossen.
Jede Zentraleinheit 11 ist mit einer Schaltanordnung 14 verbunden
und versorgt die an jede Schaltanordnung angeschlossenen Vorrichtungen
(nicht abgebildet) mit Strom, und zwar vorzugsweise mit herunter
(oder herauf) transformiertem Strom bzw. Spannung. Jede Schaltanordnung
ist an ein Steuergerät 15 angeschlossen,
wie z.B. an einen Programmierbaren Logischen Regler (PLC). Der PLC 15 steuert
die Schaltanordnung durch das Aussenden von Steuersignalen zu selbiger,
die den Schaltkreis einschließlich
der gesteuerten Vorrichtungen anschließt oder unterbricht. Jeder
PLC empfängt
Eingangssignale von den gesteuerten Vorrichtungen oder anderen Detektoren,
auf deren Grundlage die Vorrichtungen gesteuert werden können. Die
PLC werden durch einen Computer (PC) 16 gesteuert und programmiert.
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Es
sind aber auch andere Techniken bekannt. So z.B. wird in der Patentschrift
US 5.941.966 eine Senderendstufe
für ein
Datenübertragungssystem
angeboten, das mindestens eine Steuereinheit und Datenübertragungsleitungen
umfasst, und zwar besonders für
ein CAN-Bus-System, das mindestens über einen CAN-Regler und einen
CAN-Bus (CB) verfügt,
und das durch die Tatsache gekennzeichnet ist, dass die einzelnen
Schaltkreiselemente der Senderendstufe monolithisch integriert sind.
Infolge der besonderen Schaltungsanordnung und der Anordnung der
einzelnen Elemente der Senderendstufe in seinem Schaltungsaufbau werden
die Auswirkungen von Störungen
(z.B. von Erdschlüssen
der Datenleitungen oder Kurzschlüssen
bei der Versorgungsspannung) auf ein Minimum reduziert. Infolge
der speziellen Auswahl von Vortreibern werden minimale Verzögerungszeiten
erreicht, so dass Signale mit einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit
gesendet werden können.
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Die
WO 99/14643 offenbart ein Webstuhlsteuerungssystem, in dem ein CAN-Bus
oder ein anderes Bus-System durch eine Prioritätskette erweitert wird. Nachdem
der Webstuhl eingeschaltet worden ist, oder nach einer Anzahl von
Maschinenzuständen
kommt es zu einer anfänglichen
automatischen Konfiguration der internen und externen Einheiten
für den
Bus und dann wird der Start freigegeben, damit die Prioritätskette
für die
Konfiguration und selektiv auch als Triggerleitung verwendet wird.
Festadressen werden für
den Betrieb der Einheiten mit der gleichen Funktion eingerichtet
oder müssen
gekauft werden. Die Einheiten mit der gleichen Funktion haben eine
Gruppenadresse für
eine Vielfachfunktion und jede Einheit wird einer zusätzlichen Nummer
zugeordnet.
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Die
internationale Patentanmeldung Nr. WO 94/24618 betrifft eine zentrale
Steuerlogikvorrichtung für eine
Mehrzahl von zu steuernden Elementen. Die Vorrichtung umfasst ein
zentrales Steuergerät
mit zwei Eingangs- bzw. Ausgangsleitungen für das Senden und Empfangen
von Datennachrichten, die eine Adresse, ein Steuereingangsmittel,
eine Mehrzahl von Leistungsverstärkern
mit ersten und zweiten Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen sowie
Umgehungs-Eingabe-
bzw. Ausgabemittel umfassen. Die Leistungsverstärker sind in Reihe geschaltet
und bilden einen Ringsteuerkreis, wobei beide Enden an die jeweiligen
Eingangs- bzw. Ausgangsleitungen angeschlossen sind und steuerbare
automatische Adressierungseinheiten Eingabe- bzw. Ausgabemittel
an die zu steu erden Elemente anschließen. Die Vorrichtung kann für das Steuern
der verschiedenen Komponenten genutzt werden.
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In
der Patentschrift
US 5.001.642 wird
ein Verfahren für
den Betrieb eines Datenverarbeitungssystems für Kraftfahrzeuge offenbart,
zu dem mindeste
ns zwei Computer und eine
Leitung gehören,
die die Computer für
die Übertragung
von Meldungen verbindet. Eine Ausführungsform wird bereitgestellt,
die die Schnittstelle zwischen den einzelnen Computern und der Leitung
ausführlich
beschreibt, die die Computer verknüpft, und mit deren Hilfe in
dem Fahrzeug eine Reglerverknüpfung
realisiert wird.
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Gemäß der Patentschrift
US 5.675.830 wird ein Verfahren
und System bereitgestellt, um Adressen den Eingabe-/Ausgabevorrichtungen
(E/A) in einem Steuernetz zuzuordnen sowie Adressen zu überprüfen, die
den E/A-Vorrichtungen
zugeordnet sind. Das System umfasst ein Logiksteuersystem mit einem
Speicher, in den eine Kartendarstellung der Verknüpfbarkeit
einprogrammiert werden kann. Die Kartendarstellung der Verknüpfbarkeit
definiert eine spezifische erwartete Adresse für jede E/A-Vorrichtung in dem
System. Das Logiksteuersystem sieht weiterhin einen externen Steuerbus
und eine Logik für
das Herunterladen der Kartendarstellung der Verknüpfbarkeit
auf ein Steuerprogramm des E/A-Busses vor, das über den externen Steuerbus
an das Logiksteuersystem angeschlossen ist. Das Steuerprogramm des
E/A-Busses stellt eine Schaltungslogik für die Zuordnung der spezifischen
Adressen zu den E/A-Vorrichtungen
bereit. Netzknoten verbinden das Steuerprogramm des E/A-Busses mit den E/A-Clustereinheiten
in dem System, wobei zu jedem Netzknoten ein Multiplexer für das Multiplexieren
von Ausgangssignalen aus dem Steuerprogramm des E/A-Busses sowie
ein Demultiplexer für
das Demultiplexieren von Eingangssignalen aus den E/A-Clustereinheiten
gehört
und die Multiplexierungs- bzw.
Demultiplexierungsfunktionen durch einen integrierten Schaltkreis
des Controller Area Network (CAN) bewirkt werden. Jede E/A-Clustereinheit
enthält
einen Multiplexer für
das Multiplexieren von Eingangssignalen aus den E/A-Vorrichtungen sowie
einen Demultiplexer für
das Demultiplexieren von Ausgangssignalen aus dem zu ihr gehörenden Netzknoten,
wobei die Multiplexierungs- bzw. Demultiplexierungsfunktionen wiederum
durch einen integrierten Schaltkreis des Controller Area Network
(CAN) bewirkt werden. Jede E/A- Clustereinheit
hält Mittel
bereit, um manuell Adressenzuordnungen aufzurufen und visuell die
so zugeordneten Adressen anzuzeigen. Jede E/A-Clustereinheit hält ebenfalls
Mittel bereit, um manuell die Adresse zurückzuweisen, die ihr durch das
Steuerprogramm des E/A-Busses zugeordnet wird, falls die zugeordnete
Adresse nicht die erwartete Adresse für den E/A-Clusterprozessor
ist, die auf der Kartendarstellung der Verknüpfbarkeit festgelegt ist.
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Die
Patentschrift
US 5.469.154 betrifft
einen Vierdrahtbus, der mit einem Zweidraht-Energiebus und einem
Zweidraht-Signalbus sowie mit einer Mehrzahl von Sensoren und Aktuatoren
versehen ist, die an beiden Zweidrahtbussen angebracht sind. Eine
Modifizierung wird an dem standardmäßigen CAN-Protokoll vorgenommen,
in dem der standardmäßige CAN-Vorsatz
eines Datenpakets modifiziert wird, um eine verkürzte Priorität des Gerätekennzeichens
zu enthalten. Das Netz, dass einen PLC umfasst ist an den Zweidraht-Energiebus
angeschlossen und der Zweidraht-Kommunikationsbus an eine Mehrzahl
von Vorrichtungen, die jeweils in Signalkommunikation mit dem Zweidraht-Kommunikationsbus
und in einer Energieübertragungsbeziehung
mit dem Zweidraht-Energiebus verbunden sind. Intelligente Geräte sind
mit der Fähigkeit
ausgestattet, Meldungen zu formulieren und diese Meldungen direkt
an den Zweidraht-Kommunikationsbus zu senden, damit sie von dem
PLC empfangen werden können,
der ein Zusammenwirken der Befehle bewirkt und sie durch Zwischenverstärker an
die empfangenden Aktuatoren übermittelt.
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Keines
der oben beschriebenen Dokumente bietet Lösungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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ZUSAMMENFASSENDE
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zu schaffen, die es ermöglicht,
eine Anzahl steuerbarer Einheiten (vorzugsweise unterschiedlicher
Art) mit Hilfe eines einzigen Busses auf eine einfache, aber dennoch
effiziente Weise zu koppeln, zu steuern und/oder zu überwachen.
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Die
Vorteile der Anordnung gemäß der Erfindung
umfassen:
- • die
Möglichkeit
der Überwachung
und Steuerung aller Einheiten von einem Computergerät, wie z.B.
einem PC;
- • Neuadressierungsgerätekennungen
jedes gesteuerten Gerätes
zur Erzeugung neuer Steuerkombinationen von unterschiedlichen Schaltern;
- • eine
Kostenreduzierung bei der Installation von Kabeln, Drähten, Sicherungen
und anderen Sicherheitsvorkehrungen;
- • die
Möglichkeit
der Reduzierung von Signalumwandlungen;
- • verringerte
Installationszeit;
- • verringertes
Installationsgewicht;
- • einfache
Installationsplanung, da alle Einheiten an einem Bus angeschlossen
und später
adressiert werden.
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Es
ist auch möglich,
Betriebsanzeigen auf dem gleichen Bus zu verknüpfen, der z.B. dafür genutzt wird,
um eine Meldung „an
alle" über das
Ergebnis von Schalterbetätigungen
zu verbreiten, wodurch die Anzahl der Kabel wesentlich verringert
und gleichzeitig an jedem Ausgang eine kombinierte Überwachungs- und Sicherheitsfunktion
ermöglicht
wird.
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Aus
diesen Gründen
umfasst die anfänglich
erwähnte
Anordnung mindestens ein Eingabeelement und mindestens ein Ausgabeelement,
die durch den gemeinsamen Bus miteinander verbunden sind, wobei
jedes Eingabe- und Ausgabeelement jeweils mindestens einen Eingangsanschluss
und mindestens einen Ausgangsanschluss hat. Jeder Eingangs- bzw.
Ausgangsanschluss hat eine eigene Identität, wobei das Eingabeelement
so angeordnet ist, dass es ein Steuersignal von mindestens einer
Steuervorrichtung empfängt,
die mit mindestens einem Eingangsanschluss des Eingabeelementes
verbunden ist. Das Steuersignal erzeugt ein Aktionssignal, das eine
Adresse enthält,
die einer eigenen Identität
eines Ausgangsanschlusses des Ausgabeelementes entspricht, das an
mindestens eine der steuerbaren Vorrichtungen angeschlossen ist.
Das Aktionssignal wird auf dem gemeinsamen Bus durch das Eingabeelement
bereitgestellt, um durch das Ausgabeelement empfangen zu werden.
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Vorzugsweise
ist dieser Bus ein CAN-Bus, welcher ein gut definierter Standard
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Eingabeelement eine Steuereinheit, einen Buscontroller,
Bustreiber, eine Speichereinheit und einen Eingangssignalcontroller.
Die Controllereinheit besteht aus einem Mikroprozessor oder einer
anderen Datenbearbeitungseinheit. Folglich ist der Buscontroller ein
CAN-Buscontroller und der Bustreiber ein CAN-Bustreiber.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Ausgabeelement eine Steuereinheit, einen Buscontroller,
Bustreiber, eine Speichereinheit und einen Ausgangssignalcontroller.
Die Controllereinheit besteht aus einem Mikroprozessor oder einer
anderen Datenbearbeitungseinheit. Somit ist der Buscontroller ein CAN-Buscontroller
und der Bustreiber ein CAN-Bustreiber.
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Um
die Anzahl der Leitungen zu reduzieren, werden die Eingänge der
Eingabeelemente so installiert, dass ihre Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse zwischen
Eingang und Ausgang wechseln. Die Eingänge sind für das Ablesen eines Eingangswertes
und gleichzeitig für
die Ausgabe eines Signals zum Antreiben einer der Vorrichtungen
angeordnet. Jeder Eingang ist an einen normalerweise offenen oder
normalerweise geschlossenen Schalter angeschlossen, dessen Zustand
von der Programmierung der Steuereinheit bestimmt wird. Die Funktionsarten
der Eingänge
sind als bi-stabile oder gepulste Zustände bestimmt.
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Bei
einer Ausführungsform
sind die Ausgänge
so eingerichtet, dass sie die Einstellung einer Strombegrenzung
für jeden
einzelnen Ausgang ermöglichen.
Es ist von Vorteil, wenn alle Elemente durch eine gemeinsame Stromversorgung
mit Strom versorgt werden und diese gemeinsame Stromversorgung als
eine Schleife eingerichtet ist. Die gemeinsame Stromversorgung ist
an eine Stromversorgung an jedem Ende angeschlossen. Als Schutz
ist die gemeinsame Stromversorgung mit Mitteln ausgestattet, um
das Auftreten von Überstrom
zu entdecken.
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Das
Eingabe- bzw. Ausgabeelement umfasst eine Anzahl von Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen und
mindestens einer dieser Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüsse ist
als gemeinsamer Signalanschluss eingerichtet. Das gemeinsame Signal
hat unterschiedliche Zustände,
die unterschiedliche Zustände
für den
Eingangsanschluss bestimmen.
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Außerdem wird
bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform der gemeinsame Bus
dafür genutzt, die
Steuerbefehle und Statusmeldungen zwischen dem Eingabe- und Ausgabeelement
zu übermitteln,
was die Anzahl der Anschlüsse
verringert.
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Es
ist von Vorteil, wenn mehrere Eingabeelemente an Schalter- und Indikatorgruppen
angeschlossen werden, die untereinander durch eine gemeinsame Signalleitung
verbunden sind.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung einer Mehrzahl
von Einheiten, die mindestens an einen gemeinsamen Bus angeschlossen
sind, wobei das Verfahren folgende Bestandteile umfasst: Einrichtung
mindestens eines Eingabeelementes und mindestens eines Ausgabeelementes,
wobei jedes Eingabe- und Ausgabeelement mindestens einen Eingangsanschluss
und mindestens einen Ausgangsanschluss hat, die jeweils eine eigene
Identität
aufweisen, und jedes Eingabe- und Ausgabeelement durch den gemeinsamen Bus
miteinander in Verbindung steht, Einrichtung des Eingabeelementes
zum Empfang eines Steuersignals aus mindestens einer Steuervorrichtung,
die an den Eingangsanschluss des Eingabeelementes angeschlossen
ist, das bei Empfang des Steuersignals ein Aktionssignal erzeugt,
das eine Adresse enthält,
die einer eigenen Identität
des Ausgangsanschlusses entspricht, der an mindestens eine dieser
steuerbaren Einheiten angeschlossen ist, die das Aktionssignal auf
dem gemeinsamen Bus durch das Eingabeelement bereitstellen, um durch
das Ausgabeelement empfangen zu werden, das an mindestens eine der
steuerbaren Einheiten angeschlossen ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung weiterhin in uneingeschränkter Weise
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, auf denen:
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1 schematisch
ein Beispiel entsprechend dem bisherigen Stand der Technik veranschaulicht,
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2 ein
Blockschaltbild ist, das die Systemarchitektur gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht,
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3 ein
Blockschaltbild ist, das ein Eingabemodul gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht,
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4 ein
Blockschaltbild ist, das ein Ausgabemodul gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht,
-
5 ein
Blockschaltbild ist, das ein detailliertes System gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, und
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6 ein
Blockschaltbild ist, das eine detaillierte Stromversorgungseinrichtung
im System gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung
und insbesondere ein System, das eine intelligente Anschlussanordnung
umfasst, vorzugsweise in Form einer Busschleife, die es erlaubt, eine
Reihe steuerbarer Einheiten an die Steuereinheiten anzuschließen. Jedes
angeschlossene Objekt wird dann mit einer eigenen Adresse versehen.
Eine Controllereinheit, vorzugsweise eine durch einen Mikroprozessor
gesteuerte Controllereinheit, wird zwischen dem Bus und jedem zu
steuernden Objekt angeordnet.
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Auf
dem schematischen Blockschaltbild in 2 wird ein
System 20 gemäß der Erfindung
veranschaulicht. Das System umfasst die EIN und AUS-Module 21 und 22,
einen Steuerbus 24, eine Stromversorgungsleitung 23 und
eine Computereinheit 25. Jedes Modul ist an den Steuerbus 24 und
die Stromversorgungsleitung 23 angeschlossen. Der Steuerbus
ist als Schleife eingerichtet, die in der Computereinheit 25 beginnt
und endet.
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Die
EIN/AUS-Module können
aus zwei unterschiedlichen Modulen bestehen; bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind aber beide im gleichen Modul mit mehreren Funktionsfähigkeiten
angeordnet.
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Das
EIN-Modul 21, das in 3 gezeigt
wird, umfasst hauptsächlich
eine Steuereinheit 30, einen Buscontroller 31,
einen Bustreiber 32, eine Speichereinheit 33 sowie
einen Eingangssignalcontroller 34. Die Controllereinheit 30 kann
aus einem Mikroprozessor oder einer anderen Datenbearbeitungseinheit
bestehen. Außerdem
können
die Steuereinheit 30 und der Controller 31 in
der gleichen Einheit integriert werden. Sollte ein CAN-Bus (CAN
= Controller Area Network) zur Anwendung kommen, ist der Buscontroller
ein CAN-Buscontroller und der Bustreiber ein CAN-Bustreiber. Die
Speichereinheit kann einen RAM (Random Access Memory = Speicher
mit wahlfreiem Zugriff), einen programmierbaren Lesespeicher (PROM),
EPROM (löschbaren
programmierbaren Lesespeicher), EEPROM (elektrisch löschbaren
programmierbaren Lesespeicher) etc. umfassen. Zweifellos können auch
andere Bustypen verwendet werden, aber der CAN-Bus wird wegen seiner
Standardisierung und seines Anwendungsbereiches bevorzugt.
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Der
Buscontroller ist an die Controllereinheit angeschlossen und wird
von ihr gesteuert. Der Buscontroller sendet die von der Steuereinheit
empfangenen Steuersignale über
den Bus zu den zu steuernden Vorrichtungen. Das Eingangssignal des
EIN-Moduls kann EIN/AUS-Befehle, Justier- und Abstimmbefehle oder ähnliche
Befehle von Schaltern, Gerätesteuerprogrammen
für Ein-
und Ausgabeoperationen, Detektoren etc. enthalten.
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Der
Eingang des Moduls ist so beschaffen, dass ein einfaches Inline-Signal, z.B. für den Betrieb und/oder
die Alarmanzeige, empfangen werden kann. So wird die Anzahl der
Drähte
zu den Schaltern besonders auf großen Schalttafeln verringert.
Bei traditionellen Anlagen wird gewöhnlich eine gemeinsame Speiseleitung
oder Erdung an alle Schalter oder Indikatoren (Leuchten, LED, etc.)
angeschlossen. Dann wird eine gesonderte Signalleitung für die Betriebs- und Alarmleitung
eingerichtet. Folglich sind vier Kabel, d.h. drei für jeden
Schalter und ein gemeinsames Kabel, zur Anwendung gekommen. Somit
werden für
eine Schalttafel mit zehn Schaltern 31 Kabel benötigt. Jedoch
gemäß der Erfindung
wird die Anzahl der Kabel für
die gleiche Schalttafel auf 11 reduziert.
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Wenn
ein Eingang bei einigen Anwendungen als „Aus" ausgewiesen ist, ist es möglich, das
Signal „weich
zu machen„ oder
zu dämpfen,
wenn sich z.B. ein Weichmachen der Leuchten oder Indikatoren erforderlich
macht. Dafür
kann z.B. eine PWM-Steuerung verwendet werden. Das löst viele
Probleme im Zusammenhang mit der Übermittlung eines Helligkeitsreglungssignals über ein
gemeinsames Kabel durch Trennschalter, Schalter und so weiter. Die
Helligkeitsreglungsfunktion wird gewöhnlich bei Marina-Anwendungen verwendet,
um die Nachtsicht nicht zu verschlechtern. Eine normale Anlage mit
Lichtanzeigern wird gewöhnlich
in unterschiedliche Sicherungsgruppen unterteilt, was die Helligkeitsreglung
mehrerer Geräte
unter Verwendung des gleichen Helligkeitsregelungssignals schwer
macht, da die Geräte
sich in unterschiedlichen Gruppen befinden. Folglich ist es nicht
möglich,
sie untereinander in einer gemeinsamen Helligkeitsreglungsleitung
zu verbinden, vorausgesetzt, dass die Gruppen nicht galvanisch isoliert
und mit einem Helligkeitsregler für jede Gruppe versehen sind.
Gemäß der Erfindung
wird das Problem durch die Steuerung der Helligkeitsreglungsfunktion über den
Bus und folglich unabhängig
von den Sicherungsgruppen gelöst.
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In
dem Modul kann jeder Eingang an einen normalerweise offenen oder
normalerweise geschlossenen Schalter angeschlossen werden, z.B.
durch Programmieren der Steuereinheit. Es ist auch möglich, die
Funktionsart der Eingänge
als bi-stabile oder gepulste Zustände zu beeinflussen, z.B. bei
der Verwendung von nicht rastenden Schaltern. Das macht es möglich, jeden
Schaltertyp an das Modul anzuschließen.
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Die
Speichereinheit 33 kann dafür verwendet werden, die Einstellungen
zu speichern, und zwar auch bei Stromausfall. Die gespeicherten
Einstellungen können
durch die Computereinheit 25 über den CAN-Bus verändert werden.
Das trägt
einem flexiblen System Rechnung, das so der benötigten Anwendung angepasst werden
kann.
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Das
AUS-Modul 22, das in 4 gezeigt
wird, umfasst hauptsächlich
eine Steuereinheit 40, einen Buscontroller 41,
einen Bustreiber 42, eine Speichereinheit 43 und
einen Ausgangssignalcontroller 44. Die Controllereinheit 40 kann
aus einem Mikroprozessor bestehen. Sollte ein CAN-Bus Verwendung
finden, ist der Buscontroller ein CAN-Buscontroller und der Bustreiber
ein CAN-Bustreiber. Außerdem
kann die Controllereinheit und der Buscontroller in die gleiche
Einheit integriert werden. Die Speichereinheit kann einen RAM (Schreib-Lese-Speicher
mit wahlfreiem Zugriff), einen programmierbaren Lesespeicher (PROM),
EPROM, EEPROM etc. umfassen. Der Ausgangssignalcontroller kann aus
Treibern, Transistoren oder dergleichen bestehen.
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Die
Ausgänge 45 des
Moduls 22 können
so eingerichtet werden, dass sie die Einstellung einer Strombegrenzung
für jeden
einzelnen Ausgang ermöglichen.
Diese Maßnahme
wird die Anzahl der Sicherungen und auch die Anzahl der Kabel reduzieren,
da sie ein Überschreiten
des eingestellten Stromlimits verhindert.
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Die
unterschiedlichen Strompegel können
durch Programmieren eingestellt werden, wodurch auch das Einstellen
eines Betriebsstroms und einer Stromobergrenze ermöglicht wird.
Der Betriebsstrom ist der Strompegel, der durch eine Vorrichtung
verbraucht wird, die an den Ausgang angeschlossen ist. Wenn der
Betriebsstrompegel erreicht ist, kann der Schalter, der die Vorrichtung
betätigt,
mit einem Signal versehen werden und der Betriebsbeginn wird z.B.
durch eine LED angezeigt (zum Beispiel, wenn ein Gebläse gestartet
wird). Die angeschlossenen Vorrichtungen können so eingerichtet werden,
dass sie das Signal über
das AUS-Modul zu der Betätigungsschaltervorrichtung,
einschließlich
Indikator, zurückführen, und
zwar im Ergebnis der Erreichung des Betriebsstrompegels. Der Nichtbetriebszustand
wird z.B. durch Ausschalten der LED angezeigt, wenn der Pegel unterschritten
wird.
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Die
Speichereinheit 44 wird dafür verwendet, die Einstellungen
zu speichern, z.B. bei Stromausfall.
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Sowohl
die EIN-Module als auch die AUS-Module können über eine gemeinsame Stromversorgungsleitung
mit Strom versorgt werden, wobei die Ver sorgungsleitung als Schleife
eingerichtet werden kann. Bei einer alternativen Ausführungsform
kann jedes Modul über
eine (mit Sicherungen abgesicherte) Leitung versorgt werden, die
an jedem Ende an Stromversorgungsquellen angeschlossen ist. Im letztgenannten
Fall wird das System, wenn es zu einer Unterbrechung in der gemeinsamen
Leitung kommt, nicht beeinträchtigt,
da die Module aus zwei Terminals versorgt werden.
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Wenn
aber im System ein Überstrom
auftritt, werden beide Versorgungsleitungen unterbrochen, da beide
Leitungen indirekt parallel verlaufen. Die Verwendung eines Überstrommoduls
kann dieses Problem beseitigen. Das Überstrommodul ist normalerweise
mit dem Spannungsversorgungsgerät
in Reihe geschaltet. Wenn ein Überstrom
wahrgenommen wird, trennt das Modul die Stromversorgung einer Leitung,
während
die parallele Leitung weiterhin die Module mit Strom versorgt. Im
Falle des Auftretens von Überstrom
kann das Modul über
den Bus einem Bediener oder einer Überwachungszentrale einen Alarmzustand
(Signal) melden. Der Überstrompegel
ist einstellbar und kann auf einen zweckdienlichen Auslösepegel
eingestellt werden.
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Die
Computereinheit 25 ist unter anderem für das Programmieren der Module
eingerichtet. Es kann aber auch eine gesonderte Programmierungseinheit
verwendet werden. Die Programmierungseinheit oder der Computer ist
mit einer Bus-Schnittstelle versehen, die vom Bustyp abhängt. Und
sie kann dauerhaft in der Anlage angeordnet oder an ihr angebracht
werden, falls sich das erforderlich macht.
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Im
Folgenden werden zwei Beispiele offenbart, um das Verständnis der
Erfindung einfacher zu machen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, werden die Eingänge
der Module so installiert, dass sie zwischen Eingabe und Ausgabe
wechseln. Dadurch wird es ermöglicht,
sowohl einen Eingangswert abzulesen als auch gleichzeitig ein Signal
für das
Ableiten einer Einheit auszusenden, z.B. eine Alarmanzeige oder
dergleichen. In diesem Fall wird ein gemeinsames Signal zwischen
den Aktuatoren und Indikatoren zugeschaltet. Tabelle 1 stellt ein
Beispiel für
die Schaltzustände
dar. Tabelle
1
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Von
hier wird der Status des gemeinsamen Signals abgelesen. Wenn beispielsweise
ein E/A-Anschluss des Kanals 1 auf die logische 1 eingestellt ist,
wird der Wert des gemeinsamen Signals abgelesen. Wenn ein Schalter
betätigt
wird, wird auf dem Bus eine logische 1 übermittelt, da sie in diesem
Fall als Eingabe angenommen wird. Wenn der Schalter nicht betätigt wird,
ist der Wert eine logische 0. Sobald das getan ist, wird das gemeinsame
Signal zum Ausgabemodus umgesetzt. Wenn der Status des gemeinsamen
Signals eine logische 0 ist und der E/A-Anschluss für den gesteuerten
Kanal eine logische 0 oder 1 ist, wird laut Tabelle 1 jeweils die
Betriebsanzeige deaktiviert und die Alarmanzeige aktiviert sowie
die Betriebsanzeige deaktiviert und die Alarmanzeige deaktiviert.
Das gleiche Ergebnis wird für
eine logische 1 beim gemeinsamen Signal erzielt. Die Polarität des Signals
wird aber umgekehrt, was dazu führt,
dass der Indikator in Abhängigkeit
vom Wert des E/A-Anschlusses in umgekehrter Parallelkopplung zu
steuern ist.
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Das
erste Ausführungsbeispiel
wird in 5 gezeigt. Das System umfasst
eine Anzahl von EIN-Modulen 21a–21c, die sich an
Manöverstellen 50a–50c befinden,
sowie eine Anzahl von AUS-Modulen 22a–22b, eine Programmierungseinheit 25 und
einen Kommunikationsbus 24. Die gemeinsame Signalleitung
wird mit 57 gekennzeichnet.
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Für jede Manöverstelle,
die z.B. eine Instrumententafel oder dergleichen darstellen kann,
wird eine Steuervorrichtung 51a–51c eingerichtet.
Jede Steuervorrichtung umfasst jeweils einen Schalter 52a (–52c),
Indikatoren 52a (–52c)
und 53a (–53c).
Die Indikatorgruppe 53 ist zur Anzeige des Betriebszustandes
eingerichtet und die Indikatorgruppe 54 für die Anzeige
eines Alarm- oder Warnzustandes. Bei diesem Beispiel umfasst jedes
EIN-Modul acht Eingänge,
die von 1 bis 8 nummeriert sind. Die Steuervorrichtungen sind untereinander durch
die gemeinsame Signalleitung 57 verbunden. Die Steuervorrichtungen
sind an einem Eingang oder an mehreren Eingängen jedes Moduls angeschlossen;
so ist die Steuervorrichtung 51a am Eingang 7 des EIN-Moduls
A (IA7) angeschlossen, die Steuervorrichtung 51b ist am
Eingang 5 des EIN-Moduls B (IB5) angeschlossen und die
Steuervorrichtung 51c ist am Eingang 6 des EIN-Moduls
C (IC6) angeschlossen.
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Die
Anzahl der Module und Eingänge/Ausgänge wird
als Beispiel angegeben und kann in Abhängigkeit vom Anwendungsbereich
variiert werden.
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Das
AUS-Modul umfasst acht Ausgänge,
die von 1 bis 8 nummeriert sind. Jedes AUS-Modul ist an zu steuernde
Vorrichtungen angeschlossen. Der Ausgang mit der Nummer 2 des AUS-Moduls
A (OA2) ist an eine Glühbirne 55a angeschlossen,
der Ausgang mit der Nummer 7 des AUS-Moduls A (OA7) ist an den Indikator 56a angeschlossen,
der Ausgang mit der Nummer 1 des AUS-Moduls B (OB1) ist an die Vorrichtung 55b angeschlossen
und der Ausgang mit der Nummer 6 des AUS-Moduls B (OB6) ist an eine
Sirene 56b angeschlossen.
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Die
Anzahl der Eingänge
und Ausgänge
ist selbstverständlich
variabel.
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Wenn
der Schalter 52a betätigt
wird, nimmt das EIN-Modul A den Stromfluss durch den geschlossenen
Stromkreis wahr und der Controller des Moduls erzeugt eine Meldung,
die der Betätigung
von IA7 entspricht, und übermittelt
sie auf dem Bus 24. Das IA7 wirkt als eine Adresse mit
einer Vorrichtung zusammen, z.B. mit der Leuchte 55a. Das
AUS-Modul A scannt den Bus nach Meldungen ab, die seine Adresse
haben. In der Annahme, dass IA7 eine erzeugte Adresse ist, die der
Betätigung
des Ausgangs OA2 entspricht, wird das AUS-Modul beim Empfang der
Meldung mit der Adresse IA7 ein Steuersignal erzeugen, das die Stromversorgung
für den
Ausgang OA2 kurzschließt,
und das Licht geht an.
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Für die Adressierung
kann jeder Eingang programmiert werden, um einen Ausgang oder mehrere
Ausgänge
zu aktivieren. Dementsprechend wird ein Eingang, z.B. 52a,
programmiert, um die Adressen OA2 und OA7 zu aktivieren. Die Anzahl
der zu steuernden Eingänge
und Ausgänge
und ihre Funktion, d.h. steuerbar zu sein oder dauerhaft aktiv zu
sein, werden vom Bedarf bestimmt und können festgelegt werden, wenn
die Installation begonnen hat und programmiert wird.
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Das
gemeinsame Signal wird verwendet, um die Indikatoren zu steuern,
z.B. 53a und 54a, und das Signal vom Schalter 52a wahrzunehmen.
Somit treibt das gemeinsame Signal in einem Zustand, z.B. 0 V, einen
der Indikatoren an und in einem anderen Zustand, z.B. 5 V, den anderen
Indikator, wenn z.B. ein Alarm angezeigt werden muss. Der Alarmzustand
kann auf eine Funktionsstörung
in einem der Ausgänge
zurückzuführen sein,
z.B. wenn die Vorrichtung 55a nicht funktioniert.
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Auf
den Zeichnungen werden Lampen und Schalter veranschaulicht. Es steht
aber außer
Frage, dass auch andere Vorrichtungen, wie z.B. Pumpen, Motore,
Einbaumotore etc. an die Eingangs- und Ausgangsmodule angeschlossen
werden können.
Die Alarmfunktion kann durch andere Funktionen ersetzt werden, wie z.B.
das Betreiben einer Pumpe, die Arbeit eines Motors etc.
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Bei
dem in 5 dargestellten Beispiel wird angenommen, dass
eine gemeinsame Stromversorgungsleitung (nicht abgebildet) verwendet
wird. Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform
wird ebenfalls eine gemeinsame Stromversorgungsleitung verwendet.
Eine gemeinsame Signalleitung wird mit 67 gekennzeichnet.
In diesem Fall ist die Stromversorgungsleitung aber an die Stromversorgung 60a und 60b an
jedem Ende über
die Sicherungen (bei Bedarf) 61a und 61b angeschlossen.
Wie oben beschrieben, ist die Stromversorgungsleitung mit einer
Reihe von Überstrommodulen 62a und 62b zwischen
den Modulen ver sehen, um das System gegen Überstrom sichern zu können. Die
Stromversorgungsleitung wird an beiden Enden mit der gleichen Gleichstromspannung
versorgt. In vielen Anwendungsbereichen, wie z.B. bei Anwendungen
im küstennahen
Bereich, beträgt
die Spannungsversorgung 24 V.
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Die
Erfindung kann für
jede Art von Anlagen genutzt werden, in denen eine Reihe von Vorrichtungen (fern)
gesteuert wird. Aber auf Grund der verringerten Anzahl von Kabeln
und Anschlüssen
und somit auf Grund des reduzierten Gewichtes ist die Erfindung
sehr für
Anlagen in Fahrzeugen jeder Art geeignet, wie z.B. Autos, Flugzeuge,
Schiffe etc., aber auch Industrieanlagen, Bürokomplexe und andere Standorte
werden sich der Vorzüge
der Erfindung erfreuen.
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Textbestandteile der Figuren:
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