DE19610556A1 - Bussegment beziehungsweise Busanschaltung zum Anschließen einer Baugruppe einer speicherprogrammierbaren Steuerung an einen Bus - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bussegment nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beziehungsweise eine Busanschal­ tung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Derartige Bussegmente beziehungsweise Busanschaltungen werden vielfach bei modular aufgebauten speicherprogrammierbaren Steuerungen verwendet. Beispielhaft werden die DE 36 03 750 A1 und die DE 36 03 751 A1 genannt.

Bei einer derartigen modular aufgebauten speicherprogrammier­ baren Steuerung kann es erforderlich sein, während des lau­ fenden Betriebs Baugruppen zu stecken oder zu ziehen. Durch das Stecken bzw. Ziehen können jedoch Rückwirkungen auf den die Baugruppen miteinander verbindenden Bus eintreten, welche den Busverkehr stören. Um derartige Störungen zu vermeiden, ist im Stand der Technik üblicherweise vorgesehen, auf der Baugruppe vor- bzw. nacheilende Kontakte vorzusehen, welche mit einer Auswerteschaltung und einem veränderlichem Wider­ stand (typisch einem MOSFET) versehen ist, so daß die Bau­ gruppe erst nach dem vollständigen Stecken elektrisch an den Bus angeschlossen wird bzw. bereits vor dem vollständigen Ziehen elektrisch vom Bus getrennt wird.

Diese Vorgehensweise ist insofern nachteilig, als zumindest die Auswerteschaltung von Anfang an mit Strom versorgt werden muß. Bereits das Anschließen der Auswerteschaltung an die Stromversorgung kann aber bereits Störungen der Spannungsver­ sorgung des Busses hervorrufen, und zwar insbesondere dann, denn ein Fehler in der Auswerteschaltung oder der Spannungs­ versorgung der Auswerteschaltung auftritt. Ein Kurzschluß beispielsweise der beiden Versorgungskontakte der Baugruppe, mittels derer die Auswerteschaltung mit Strom versorgt wird, würde zwangsläufig zu einem völligen Zusammenbruch der Strom­ versorgung des gesamten Busses führen. Die gleiche Folge würde sich ergeben, wenn aufgrund von anderen äußeren Einwir­ kungen auf dem Steckplatz für die Baugruppe die Versorgungs­ kontakte des Steckplatzes miteinander kurzgeschlossen würden. Dieser Fall kann insbesondere dann auftreten, wenn eine zwar mechanisch in den Steckplatz einsteckbare Baugruppe, die aber elektrisch und funktional nicht für diesen Steckplatz be­ stimmt ist, in den Steckplatz eingesteckt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bussegment bzw. eine Busanschaltung zur Verfügung zu stellen, mittels derer negative Rückwirkungen auf den Bus unter allen Umständen vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der An­ sprüche 1 bzw. 2 gelöst.

Durch die Maßnahme des Anspruchs 3 ist insbesondere sicherge­ stellt, daß eine eingesteckte Baugruppe erst dann mit Strom versorgt wird, wenn alle ihre Kontakte, also auch die Signal­ kontakte, in den Steckplatz und dessen Kontakte eingesteckt sind.

Durch die Maßnahme nach Anspruch 4 ergibt sich ein besonders weiches und damit störungsfreies Ankoppeln der Baugruppe an den Bus.

Durch die Maßnahmen des Anspruchs 5 wird die Baugruppe wieder vom Bus getrennt, wenn sie fehlerhaft arbeitet oder nicht für diesen Steckplatz bestimmt ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach­ folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 eine modulare speicherprogrammierbare Steuerung, Fig. 2 den Anschluß einer Baugruppe der speicherprogrammierba­ ren Steuerung an den Bus,

Fig. 3 den Spannungsverlauf am Prüfkontakt,

Fig. 4 den Widerstandsverlauf des veränderlichen Widerstands und

Fig. 5 den Spannungsverlauf an einem der Versorgungskontakte.

Gemäß Fig. 1 besteht eine modulare speicherprogrammierbare Steuerung aus einer Stromversorgungsbaugruppe 1, einer Zen­ traleinheit 2 und Peripheriebaugruppen 3. Die Peripheriebau­ gruppen 3 können beispielsweise digitale oder analoge Ein­ gabe- bzw. Ausgabebaugruppen sein. Ferner können die Periphe­ riebaugruppen 3 auch gemischte Ein-/Ausgabebaugruppen oder intelligente Funktionsmodule sein. Über die Peripheriebau­ gruppen 3 steuert und kontrolliert die Zentraleinheit 2 einen technischen Prozeß 6, z. B. eine Chemieanlage oder eine hy­ draulische Presse.

Die Zentraleinheit 2 und die Baugruppen 3 sind hierzu über den Steuerungsbus 4 datentechnisch miteinander verbunden. Die Zentraleinheit 2 und die Peripheriebaugruppen 3 werden ferner über die Versorgungsleitungen 4′, 4′′ mit elektrischer Energie versorgt. Über die Versorgungsleitung 4′′ wird eine gemeinsame Masseverbindung hergestellt, die Versorgungsleitung 4′ führt üblicherweise ein Potential von + 5 Volt. Steuerungsbus 4 und Versorgungsleitungen 4′, 4′′ bilden zusammen den Rückwandbus 5 der speicherprogrammierbaren Steuerung.

Im obenstehenden Beispiel sind nur zwei Peripheriebaugruppen 3 dargestellt. Selbstverständlich könnte die speicherprogram­ mierbare Steuerung aber auch mehr Baugruppen aufweisen, z. B. 5, 8, 10 . . . Ferner kann der Steuerungsbus 4 nach Bedarf ausge­ legt sein. So kann der Steuerungsbus 4 beispielsweise ein se­ rieller Bus sein, der lediglich eine Takt- und eine Datenlei­ tung umfaßt. Der Steuerungsbus 4 könnte aber auch ein paral­ leler Bus sein, der eine Vielzahl von Adreß-, Daten- und Steuerleitungen umfaßt. Der konkrete Aufbau des Steuerungs­ busses 4 ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung von unter­ geordneter Bedeutung. In jedem Fall aber bilden die Leitungen des Steuerungsbusses 4 die Signalleitungen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 zeigt nun die Anschaltung der Zentraleinheit 2 bzw. der Peripheriebaugruppen 3 an ein Bussegment des Busses 5. Wie aus Fig. 2 sofort ersichtlich ist, weist die an den Bus 5 an­ geschlossene Baugruppe 2, 3 eine interne Schaltung 7 auf. Im Falle einer Peripheriebaugruppe ist diese ferner über die Prozeßleitungen 8 mit dem technischen Prozeß 6 verbunden. In jedem Fall aber ist die Baugruppe über den Steckanschluß 9 in einen Steckplatz 10 eingesteckt und so mit den Bus 5 verbun­ den.

Wie aus Fig. 2 ferner sofort ersichtlich ist, erfolgt die da­ tentechnische Ankopplung der Baugruppe 2, 3 an den Bus 5 di­ rekt über die Baugruppen-Signalkontakte 9-1 bis 9-n und die Steckplatz-Signalkontakte 10-1 bis 10-n, welche über die Si­ gnalstichleitungen 11-1 bis 11-n mit den Signalleitungen 4-1 bis 4-n des Steuerungsbusses 4 verbunden sind.

Die Stromversorgung der Baugruppe 2, 3 hingegen erfolgt über die Baugruppen-Versorgungskontakte 9′, 9′′, welche in die Steckplatz-Versorgungskontakte 10′, 10′′ eingesteckt sind. Die Steckplatz-Versorgungskontakte 10′, 10′′ sind über die Versor­ gungsstichleitungen 11′, 11′′ mit den Versorgungsleitungen 4′, 4′′ verbunden. In der Versorgungsstichleitung 11′ ist dabei ein MOSFET 12 angeordnet. Der Durchgangswiderstand des MOSFET 12 ist dabei bekanntermaßen innerhalb weiter Grenzen verän­ der- und einstellbar. Der MOSFET 12 stellt also den veränder­ lichen Widerstand der vorliegenden Erfindung dar.

Der MOSFET 12 wird von der Auswerteschaltung 13, die eben­ falls mit den Versorgungsleitungen 4′, 4′′ verbunden ist, ent­ sprechend den Signalen, welche der Auswerteschaltung 13 zuge­ führt werden, hochohmig oder niederohmig gesteuert.

Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist der Steckplatz 10 einen Prüfkontakt 14 auf, der über den Pullwiderstand 15 mit der Versorgungsleitung 4′ verbunden ist. Das am Prüfkon­ takt 14 anstehende Potential wird der Auswerteschaltung 13 über die Prüfkontaktleitung 16 zugeführt. Ferner wird der Auswerteschaltung 13 noch über die Versorgungskontaktleitung 17 das am Versorgungskontakt 10′ anstehende Potential zuge­ führt.

Im wesentlichen beruht die vorliegende Erfindung darauf, daß am Prüfkontakt 14 aufgrund des Pullwiderstands 15 das Poten­ tial der Versorgungsleitung 4′ ansteht, wenn die Baugruppe 2, 3 nicht in den Steckplatz 10 eingesteckt ist. Ist die Bau­ gruppe 2, 3 hingegen in den Steckplatz 10 eingesteckt, ist der Prüfkontakt 14 über den Steckplatz-Versorgungskontakt 10′′, den Baugruppen-Versorgungskontakt 9′′ und den mit diesem di­ rekt verbundenen Gegenprüfkontakt 18 direkt mit der Versor­ gungsleitung 4′′ verbunden, so daß in diesem Fall das andere Versorgungspotential an der Auswerteschaltung 13 ansteht.

Dadurch kann die Auswerteschaltung 13 das am Prüfkontakt 14 anstehende Potential auswerten und den veränderlichen Wider­ stand 12 niederohmig oder hochohmig steuern, je nachdem, ob die Baugruppe 2, 3 in den Steckplatz 10 eingesteckt ist oder nicht. Weiterhin kann durch Auswerten des an der Versorgungs­ kontaktleitung 17 anstehenden Potentials festgestellt werden, ob aufgrund des Steckens der Baugruppe 2, 3 das Versorgungspo­ tential zusammenbricht. In diesem Fall wird dann wieder der MOSFET 12 hochohmig gesteuert, so daß die Baugruppe 2, 3 vom Bus 5 getrennt wird. Dadurch können die anderen an den Bus 5 angeschlossenen Baugruppen weiterhin betrieben werden.

Die genaue Wirkungsweise der Auswerteschaltung 13 wird nun­ mehr nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 3 bis 5 erläutert.

Nach oben ist in Fig. 3 die am Prüfkontakt anstehende Spannung U_p, in Fig. 4 der Widerstandswert R des MOSFET 12 und in Fig. 5 die Spannung U des Versorgungskontakts 10′ aufgetragen. Nach rechts ist jeweils die Zeit t aufgetragen.

Solange das der Auswerteschaltung 13 über die Prüfkontaktlei­ tung 16 zugeführte Potential U_p des Prüfkontakts 14 gemäß Fig. 3 der Versorgungsspannung U₀ von z. B. 5 Volt entspricht, wird der MOSFET 12 von der Auswerteschaltung 13 derart angesteu­ ert, daß er, wie in Fig. 4 dargestellt, hochohmig ist. Wenn zum Zeitpunkt t₁ das Potential kurzfristig auf 0 Volt absinkt und zum Zeitpunkt t₂ wieder auf 5 Volt ansteigt, bleibt der MOSFET 12 ebenfalls hochohmig, da der MOSFET erst dann nie­ derohmig gesteuert wird, wenn das am Prüfkontakt 14 anstehen­ de Potential U_p während einer vorher bestimmten Wartezeit T₁ ununterbrochen in etwa dem (Masse-)Potential der Versor­ gungsleitung 4′′ entspricht.

Ein derartiges kurzes Absinken der am Prüfkontakt 14 anste­ henden Potentials U_p kann z. B. dadurch erfolgen, daß beim Stecken der Baugruppe 2, 3 ein sogenanntes Prellen der Kon­ takte erfolgt.

Das zu diesem Zeitpunkt über die Versorgungskontaktleitung 17 übertragene Potential U bricht gemäß Fig. 5 zwar ebenfalls zu­ sammen, dies ist für die Ansteuerung des MOSFET 12 zu diesem Zeitpunkt jedoch irrelevant.

Zu einem späteren Zeitpunkt t₃ erfolgt das endgültige Ein­ stecken der Baugruppe 2, 3 in den Steckplatz 10. Dadurch wird das Laufen der Wartezeit T₁ ausgelöst. Nach Ablauf dieser Wartezeit T₁ wird der MOSFET 12, wie in Fig. 4 dargestellt, allmählich niederohmig gesteuert. Dementsprechend sinkt der Widerstand des MOSFET 12 ab dem Zeitpunkt t₄, und die am Ver­ sorgungskontakt 10′ anstehende Spannung U steigt an.

Zu einem Zeitpunkt t₅ prüft die Auswerteschaltung 13, ob das am Versorgungskontakt 10′ anstehende Potential U in etwa dem Versorgungspotential U₀ der Versorgungsleitung 4′ entspricht. Im vorliegenden Fall wird geprüft, ob das am Versorgungskon­ takt 10′ anstehende Potential um maximal 0, 5 Volt nach oben oder unten vom Soll-Potential U₀ = 5 Volt abweicht. Wenn das gemessene Potential U innerhalb dieses Wertebereichs liegt, bleibt der Widerstand 12 niederohmig. Er wird erst dann wie­ der (zum Zeitpunkt t₆) hochohmig, wenn das Prüfpotential U_p wieder auf das Versorgungspotential U₀ steigt.

Wenn dagegen, wie in den Fig. 4 und 5 gestrichelt dargestellt, zum Zeitpunkt t₅ das am Versorgungskontakt 10′ anstehende Po­ tential U außerhalb des vorbestimmten Wertebereichs (im vor­ liegenden Fall z. B. außerhalb des Bereichs von 4,5 bis 5,5 Volt) liegt, wird dies als fehlerhafter Anschluß der Bau­ gruppe 2, 3 an den Bus 5 gewertet. Die Auswerteschaltung 13 steuert in diesem Fall den Widerstand 12 sofort wieder hoch­ ohmig (siehe gestrichelte Linie in Fig. 4). In der Auswerte­ schaltung 13 wird in diesem Fall ein Merker gesetzt, der ein erneutes Niederohmigsteuern des MOSFET 12 verhindert, bis die Baugruppe 2, 3 wieder aus dem Steckplatz 10 ausgezogen wird. Der Merker wird also erst zum Zeitpunkt t₆ zurückgesetzt.

Die Zeitspanne zwischen t₅ und t₄ ist die sogenannte Stabili­ sierungszeit T₂.

Gemäß der in Fig. 2 dargestellten Schaltung sind der Steck­ platz 10, die Auswerteschaltung 13, der MOSFET 12 und der Pullwiderstand 15 sowie die entsprechenden Leitungen Teil des Rückwandbusses 5. Genauer gesagt sind die Auswerteschaltung 13, der MOSFET 12 und der Widerstand 15 dem Bussegment zuge­ ordnet, in dem der Steckplatz 10 angeordnet ist. Der Rück­ wandbus 5 weist dann mehrere derartige Schaltungen auf, näm­ lich pro Steckplatz 10 eine Schaltung.

Alternativ könnte auch der Rückwandbus 5 selbst modular auf­ gebaut sein, so daß er aus einzelnen, miteinander verbindba­ ren Bussegmenten besteht. Dies ist in Fig. 2 dadurch angedeu­ tet, daß gestrichelt gezeichnete Steckverbindungen 19 ange­ deutet sind.

Ebenso wäre es möglich, Auswerteschaltung 13, MOSFET 12 und Widerstand 15 nebst zugehöriger Verschaltung und Steckplatz 10 in einer eigenen Busanschaltung 20 anzuordnen, welche auf den Bus 5 aufsteckbar ist, so daß die Anschaltung zwischen Baugruppe 2, 3 und Bus 5 angeordnet ist. Auch dies ist sche­ matisch in Fig. 2 dargestellt. In diesem Fall weist die Bus­ anschaltung 20 außer dem Steckplatz 10 für die Baugruppe 2, 3 auch noch einen Busanschluß 21 mit Kontakten 21′, 21′′, 21-1 bis 21-n auf. Die Kontakte 21′ und 10′ sind dann wieder über die Verbindungsleitung 11′ miteinander verbunden, analoges gilt für die Kontakte 21′′ und 10′′ sowie die Kontakte 21-1 und 10-1 bis 21-n und 10-n.

Unabhängig vom konkreten Aufbau bleibt die Funktionalität der Schaltung aber stets dieselbe.

Claims (7)

1. Bussegment zum Anschließen einer Baugruppe (2, 3) einer speicherprogrammierbaren Steuerung an einen Bus (5),

• - wobei das Bussegment zumindest eine erste und eine zweite Versorgungsleitung (4′, 4′′) und eine Signalleitung (4-1 bis 4-n) sowie einen Steckplatz (10) zum Einstecken der Bau­ gruppe (2, 3) aufweist,
• - wobei der Steckplatz (10) zumindest einen ersten und einen zweiten Versorgungskontakt (10′, 10′′) und einen Signalkon­ takt (10-1 bis 10-n) aufweist,
• - wobei die Leitungen (4′, 4′′, 4-1 bis 4-n) des Bussegments über entsprechende Stichleitungen (11′, 11′′, 11-1 bis 11-n) mit den korrespondierenden Kontakten (10′, 10′′, 10-1 bis 10-n) des Steckplatzes (10) verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Steckplatz (10) zusätzlich mindestens einen Prüf­ kontakt (14) aufweist, der über einen Pullwiderstand (15) mit der ersten Versorgungsleitung (4′) verbunden ist, über die Baugruppe (2, 3) mit der zweiten Versorgungsleitung (4′′) verbindbar ist und mit einer Auswerteschaltung (13) verbun­ den ist, und
• - daß die Auswerteschaltung (13) mit den Versorgungsleitungen (4′, 4′′) verbunden ist, das am Prüfkontakt (14) anstehende Potential (U_p) auswertet und einen in der ersten Versor­ gungsstichleitung (11′) angeordneten veränderlichen Wider­ stand (12) hochohmig steuert, wenn das am Prüfkontakt (14) anstehende Potential (U_p) in etwa dem Potential (U₀) der ersten Versorgungsleitung (4′) entspricht.

2. Busanschaltung zum Anschließen einer Baugruppe (2, 3) einer speicherprogrammierbaren Steuerung an einen Bus (5),

• - wobei die Busanschaltung (20) mindestens einen Busanschluß (21) an den Bus (5) und mindestens einen Steckplatz (10) zum Einstecken der Baugruppe (2, 3) aufweist,
• - wobei der Busanschluß (21) und der Steckplatz (10) je zu­ mindest einen ersten und einen zweiten Versorgungskontakt (10′, 10′′, 21′, 21′′) und einen Signalkontakt 10-1 bis 10-n, 21-1 bis 21-n) aufweisen,
• - wobei korrespondierende Kontakte (10′ und 21′, 10′′ und 21′′, 10-1 und 21-1 bis 10-n und 21-n) von Busanschluß (21) und Steckplatz (10) über entsprechende Verbindungsleitungen (11′, 11′′, 11-1 bis 11-n) miteinander verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Steckplatz (10) zusätzlich mindestens einen Prüf­ kontakt (14) aufweist, der über einen Pullwiderstand (15) mit dem ersten Versorgungskontakt (21′) des Busanschlusses (21) verbunden ist, über die Baugruppe (2, 3) mit dem zwei­ ten Versorgungskontakt (21′′) des Busanschlusses (21) ver­ bindbar ist und mit einer Auswerteschaltung (13) verbunden ist, und
• - daß die Auswerteschaltung (13) mit den Versorgungskontakten (21′, 21′′) des Busanschlusses (21) verbunden ist, das am Prüfkontakt (14) anstehende Potential (U_p) auswertet und einen in der ersten Versorgungsverbindungsleitung (11′) angeordneten veränderlichen Widerstand (12) hochohmig steuert, wenn das am Prüfkontakt (14) anstehende Potential (U_p) in etwa dem Potential (U₀) des ersten Versorgungskon­ takts (21′) des Busanschlusses (21) entspricht.

3. Bussegment nach Anspruch 1 bzw. Busanschaltung nach An­ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (13) den veränderlichen Wider­ stand (12) erst dann niederohmig steuert, wenn das am Prüf­ kontakt (14) anstehende Potential (U_p) während einer vorbe­ stimmten Wartezeit (T₁) ununterbrochen in etwa dem Potential der zweiten Versorgungsleitung (4′′) bzw. des zweiten Versor­ gungskontakts (21′′) des Busanschlusses (21) entspricht.

4. Bussegment bzw. Busanschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werteschaltung (13) den veränderlichen Widerstand (12) all­ mählich niederohmig steuert.

5. Bussegment bzw. Busanschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werteschaltung (13) mit dem ersten Versorgungskontakt (10′) des Steckplatzes (10) verbunden ist und daß die Auswerte­ schaltung (13) den veränderlichen Widerstand (12) wieder hochohmig steuert, wenn nach einer vorbestimmten Stabilisie­ rungszeit (T₂) das Potential (U) des ersten Versorgungskon­ takts (10′) des Steckplatzes (10) außerhalb eines vorbestimm­ ten Wertebereiches liegt.