Nohl, Gerd Friedrich (Eckertswiesen 15 Rauenberg, 69231, DE)
Manfred, Rau (Königstrasse 2 Nümberg, D-90402, DE)
| 1. | Steuerung für eine Industrienähmaschine mit einer in oder am Nähma schinenkopf angeordneter Motorsteuerung und einer in einem besonderen Bedienteil untergebrachten Nähablaufsteuerung, wobei Bedienteil und Motorsteuerung über eine bidirektionale Schnittstelle verbunden sind, und wobei Solenoide und digitale Schalteingänge umfassende Aktoren, wie Fa denwischer, Fadenabschneider und dergleichen von der Steuerung ange steuert werden, dadurch gekennzeichnet, da über die Motorsteuerung (17) das Hochund Herunterlaufen und die Drehzahl des Motors (19) steu erbar ist, die Ansteuerung der Aktoren gesondert hiervon über einen seriel len Bus erfolgt, wobei der serielle Bus als BBOBI (Bit Bit Out Bit In)Bus ausgebildet ist und eine Mehrzahl von jeweils einem Aktuator zugeordneter KnotenSchaltungsanordnungen (1,2) umfa t. |
| 2. | Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da der Bus als 3DrahtBus ausgebildet ist, welcher mittels der DBusLeitung von der Ablaufsteuerung (14) bedient wird, wobei das Übertragungsprotokoll aus einem StartBit und acht Datenbits besteht und nach der Übertragung in einem vorgegebenen Zeitfenster die jeweils angesprochene Knoten Schaltungsanordnung (1, 2) für eine kurze Zeitspanne die Kontrolle über die DBusLeitung übernimmt und im"Write"Zustand ein"OK"überträgt, wobei im"Read"Zustand anstelle des"OK"der Schaltzustand eines Ein/AusSchalters an die Ablaufsteuerung (14) zurückgesandt wird. |
| 3. | Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da jede KnotenSchaltungsanordnung (1, 2) ein KnotenSchaltungselement (IC 7), Ausgangsschaltelemente, wie Schalttransistoren (8), Relais oder derglei chen, Einstellelemente, wie DIPSchalter (5), Drehcodierschalter oder der gleichen sowie Anschlu elemente umfa t. |
| 4. | Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da die Kno tenSchaltungsanordnung (1, 2) auf einer in einem Gehäuse untergebrach ten Leiterplatte (3) angeordnet ist.. |
| 5. | Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, da die KnotenSchaltungsanordnung (1, 2) Taktungselemente (10) für die Solenoide (EL. MAG) umfassen. |
| 6. | Steuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, da ein Teil der KnotenSchaltungsanordnungen (1, 2) Taktungselemente (10) für So lenoide mit höherer Leistung und ein anderer Teil Taktunsgelemente (10) für Solenoide geringerer Leistung, die mit ständiger Vollansteuerung be treibbar sind, aufweist. |
| 7. | Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die Kno tenSchaltungsanordnungen (1, 2) direkt an den Aktuatoren montiert oder in diese integriert sind. |
| 8. | Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da die Kno tenSchaltungsanordnungen (1,2) untereinander derart verbunden sind, da der Ausgang (13) einer KnotenSchaltungsanordnung (1, 2) (N1) mit dem Eingang (12) einer KnotenSchaltungsanordnung (1, 2) (N) verbunden ist. |
| 9. | Steuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da der Aus gang (13) der letzten KnotenSchaltungsanordnung (2c) zur Ermöglichung einer Selbstdiagnose mit der Ablaufsteuerung (14) verbunden ist. |
| 10. | Steuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, da das Kno tenSchaltungselement (7) als FPGA (= Field Programmable Gate Arreay) ausgebildet ist. |
Eine Steuerung der gattungsgemä en Art ist aus DE 40 00 765 C2 bekannt.
Gemä dieser Veröffentlichung wird über eine serielle Schnittstelle sowohl die Motorlaufsteuerung als auch die Steuerung der Aktoren bewerkstelligt.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine derart- ge Steuerung so auszubilden, da die Verdrahtung in einfacher und über- sichtlicher Weise bereits im Herstellerwerk kostengünstig erfolgen kann und die Steuerung hardwaremä ig von den spezifischen Nähmaschinenty- pen unabhängig wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemä dadurch gelöst, da über die Motor- steuerung das Hoch-und Herunterlaufen und die Drehzahl des Motors steuerbar ist, die Ansteuerung der Aktoren gesondert hiervon über einen seriellen Bus erfolgt, wobei der serielle Bus als BBOBI (Bit Bit Out Bit In)-Bus ausgebildet ist und eine Mehrzahl von jeweils einem Aktuator zu- geordneter Knoten-Schaltungsanordnungen umfa t.
Dabei ist insbesondere vorgesehen, da der Bus als 3-Draht-Bus ausgebil- det ist, umfassend eine Datenleitung und zwei Versorgungsleitungen. Der Bus wird durch jeden Knoten durchgeschleift. Der jeweilige Knoten zapft die drei Leitungen an. Die Nähsteuerung bedient die Datenleitung, das Übertragungsprotokoll besteht vorteilhafterweise aus einem Startbit und acht Datenbits. Mittels der vorgesehenen Hintereinanderschaltung der Knoten horchen alle Knoten parallel das Übertragungsprotokoll ab : Nach der Übertragung übernimmt der angesprochene Knoten für kurze Zeit die Kontrolle über die Datenleitung und gibt in einem vorgegebenen Zeiten- ster ein"OK"an die Ablaufsteuerung zurück.
Die Ablaufsteuerung erkennt hieraus, da die jeweilige Knoten-Schal- tungsanordnung reagiert hat.
Durch die erfindungsgemä e Ausgestaltung wird eine einfache und über- sichtliche Verdrahtung in und an der Maschine unter Vermeidung von Ka- belgewirr erzielt, wobei jederzeit Erweiterungsmöglichkeiten bestehen und die Verdrahtung bereits im Herstellerwerk kostengünstig realisiert werden kann.
Die Ablaufsteuerung ist au erdem frei von Ansteuerelementen für Aktuato- ren und dem zugehörigen Netzteil und daher wesentlich kleiner, wobei das Netzteil für die Aktuatoren dezentral untergebracht werden kann. In der kompletten Steuerung gibt es jeweils nur die tatsächlich erforderliche An- zahl von Ansteuerelementen. Da die Bus-Knotenpunkte und die Aktuatoren eine Einheit bilden und diese bereits im Herstellerwerk des Nähmaschinen- produzenten eingebaut werden, ist zum Zeitpunkt der Montage bekannt, ob Leistungselektromagnete oder Magnetventile zum Betrieb der Aktuatoren
vorgesehen sind. Davon abhängig können unterschiedlich gro e Netzteile benutzt werden. Netzteile für Magnetventile sind wesentlich kleiner und verursachen daher wesentlich geringere Kosten.
Der Bus unterscheidet einen"Write"-und einen"Read"-Zustand. Bei "Write"können pro Adresse zwei Bits ausgegeben werden. Im"Read"- Zustand wird anstelle des obenerwähnten"QK"der Schaltpegel eines am Knoten anschlie baren Ein/Aus-Schalters, für kurze Zeit auf die Datenlei- tung gelegt.
Die Eingangsschalter können an die nächstgelegene Knoten-Schaltungs- anordnung angeschlossen werden, wobei die Zuordnung softwaremä ig realisierbar ist.
Zur Erzielung einer optimalen Dezentralisierung ist der Umrichter und die Motorsteuerung ebenso wie der Motor in oder an der Nähmaschine ange- ordnet, wobei die Steuerung über einen digitalen Signalprozessor (DSB), z. B. ADMC328, bewerkstelligt wird. Umrichter und Motorsteuerung steu- ern das Beschleunigen, Drehen, Bremsen und Positionieren der Nadel völ- lig eigenständig. Dieser Teil der Gesamtsteuerung ist beispielsweise in ei- nem ROM festgeschrieben. Demgegenüber ist das Nähprogramm in der Ablaufsteuerung enthalten. Diese Steuerung ist au erhalb der Nähmaschine in oder am Bedienteil angeordnet. Das Nähprogramm kann modular aufge- baut und vom Anwender selbst erstellt werden. Die Betriebssoftware für den Nähvorgang liegt in der Ablaufsteuerung und wird nur dann ergänzt, falls neue Module eingeführt werden müssen. Ein solches Modul bedient der erfindungsgemä e Bus. Falls der Anwender den Bus erweitert, mu er dies auch in seinem Anwenderprogramm tun, wobei die Zeitpunkte der
Aktivierung oder Deaktivierung und die Reaktionen auf die Schaltzustände der Eingangssignale bestimmt werden müssen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, da jeder Knoten- Schaltungsanordnung ein Knoten-Schaltungselement (IC), Ausgangsschalt- elemente, wie Schalttransistoren, Relais oder dergleichen, Einstellelemente, wie DIP-Schalter, Drehcodierschalter oder dergleichen sowie Anschlu ele- mente umfa t.
Weiterhin ist günstigerweise vorgesehen, da die Knoten-Schaltungsan- ordnungen auf einer in einem Gehäuse untergebrachten Leiterplatte ange- ordnet sind.
Vorteilhafterweise werden zwei unterschiedliche Knoten-Schaltungsan- ordnungen vorgesehen, einerseits eine Anordnung für Leistungselektroma- gnete mit Taktungselementen und andererseits eine Anordnung für Ma- gnetventile ohne Taktung, mit ständiger Vollsteuerung.
Eine besonders kompakte Bauweise wird dadurch erzielt, da die Knoten- Schaltungsanordnungen direkt an den Aktuatoren montiert oder in diese integriert sind.
Die Knoten-Schaltungsanordnungen sind untereinander derart verbunden, da der Ausgang einer Knoten-Schaltungsanordnung mit dem Eingang ei- ner darauffolgenden Knoten-Schaltungsanordnung verbunden ist.
Der Ausgang der letzten Knoten-Schaltungsanordnung kann zur Ermögli- chung einer Selbstdiagnose mit der Ablaufsteuerung verbunden sein.
Jedes Knoten-Schaltungselement ist vorteilhafterweise als frei program- mierbarer Schaltkreis (FPGA = Field Programmable Gate Arreay) ausge- bildet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs- beispiels in Verbindung der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen : Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Leiterplatte mit der Knoten- Schaltungsanordnung für einen Solenoid mit einstellbarer Taktung, Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Leiterplatte der Knoten-Schaltungsanordnung für ein Magnetventil, Fig. 3 eine blockschaltbildartige Darstellung der erfindungsgemä en Steue- rung, Fig. 4 ein Blockschaltbild des Knotenschaltteils (IC) und Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Timings eines erfin- dungsgemä en BBOBI-Buses.
Wesentliche Bauelemente einer erfindungsgemä en Steuerung sind die in Fig. l und 2 dargestellten Knoten-Schaltungsanordnungen 1 bzw. 2.
Die Knoten-Schaltungsanordnung 1 ist auf einer Leiterplatte 3 angeordnet.
Sie umfa t einen Schalt-Eingang 4, einen Ausgang 5 für einen getakteten Solenoiden und einen Ausgang 6 für eine Anzeige in Form einer LED.
Auf der Leiterplatte 3 ist ein Knoten-Schaltungselement 7 in Form einer frei programmierten integrierten Schaltung, insbesondere als FPGA, ange- ordnet, sowie ein Leistungstransistor 8 und eine TRIAC 9 sowie mit 10 bezeichnete weitere Einstellkomponenten zur Erzeugung einer getakteten Spannung für das jeweilige Solenoid.
Diese Bauteile 8,9,10 fehlen bei der Knoten-Schaltungsanordnung 2 ge- mä Fig. 2, da diese lediglich für die Ansteuerung von Magentventilen be- stimmt ist. Zur Adressierung der jeweiligen Knoten-Schaltungsanordnung 1 bzw. 2 dient eine programmierbare Adressenschaltung 11. Weiterhin wei- sen die Knoten-Schaltungsanordnungen 1, 2 Eingänge 12 und Ausgänge 13 für das Durchschleifen des erfindungsgemä en BBOBI-Bus auf. Hierfür sind dreipolig Stecker vorgesehen, wobei der Ausgang 13 einer vorherge- henden Knoten-Schaltungsanordnung 1, 2 mit dem Eingang 12 einer nach- folgenden Knoten-Schaltungsanordnung 1, 2 verbunden wird.
In Fig. 3 ist schematisch eine erfindungsgemä e Steuerung dargestellt, die unter Verwendung von in Fig. 1 und 2 dargestellten Knoten-Schaltungsan- ordnungen 1, 2 aufgebaut ist.
Eine Ablaufsteuerung 14 mit einem zugeordneten Pedal 15 ist in an sich bekannter Weise gesondert von einer Nähmaschine 16 angeordnet. Demge- genüber ist an der Nähmaschine 16 selbst eine Motorsteuerung 17, ein Um- richter 18 und ein Motor 19 angeordnet. Eine 24 V-Gleichspannung wird dem Eingang 12 der ersten Knoten-Schaltungsanordnung la zugeführt Dort liegt auch der Ausgang 20 der Ablaufsteuerung 14 an.
Der Ausgang 13 der ersten Knoten-Schaltungsanordnung la ist mit dem Eingang 12 der zweiten Knoten-Schaltungsanordnung lb, deren Ausgang 13 mit dem Eingang 12 der dritten Knoten-Schaltungsanordnung lc ver- bunden. Diese ersten drei Knoten-Schaltungsanordnungen la, lb, lc dienen zur getakteten Ansteuerung eines Solenoids (EL. MAG1, EL. MAG2, EL. MAG3). Die nachfolgenden vierten, fünften und sechsten Knoten- Schaltungsanordnungen 2a, 2b, 2c sind in gleicher Weise miteinander ver- bunden. Sie dienen zur Ansteuerung von Magnetventilen MV1, MV2.
In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines frei programmierbaren Knoten-Schal- tungselements 7 in Form eines FPGA (= Field Programmable Gate Arreay) dargestellt. Dieses Schaltungselement umfa t als wesentliche Bauteile ein Datenschieberegister 21 und ein Datenspeicherregister 22 sowie einen Komparator 23 und drei nachgeordnete Halte-Flip-Flops 24. Weiterhin sind ein Oszillator 25, ein Datenblock-Generator 26, ein Time-Out-Counter 27, Daten-Ende-Counter 2S, eine Magnet-Vollansteuerung 29 und eine Ma- gnet-Taktung 30 vorgesehen.
Die Arbeitsweise dieses Knoten-Schaltungselements wird nachfolgend in Verbindung mit Fig. 5 näher erläutert : Das Übertragungsprotokoll besteht aus einem Startbit, acht Datenbits und einem Retum-Bit. Die acht Datenbits sind wie folgt aufgeteilt : Fünf Bits für die Adresse (AO... A4) Zwei Bits für die Datenausgabe (D0, D1) Ein Bit für Read/Write (R/WB)
Während der Übertragung der Startbits und der Datenbits treibt die Ablauf- steuerung 14 in der Funktion einer Mastersteuerung den D-Bus, wobei alle Knoten-Schaltungsanordnungen 1, 2 an dem D-Bus horchen. An einem Schalter in Form eines 5-Bits DIP Switches wird die Adresse 11 der Kno- ten-Schaltungsanordnung 1, 2 auf der jeweiligen Leiterplatte 3 eingestellt.
In der Regel verfügt jede Knoten-Schaltungsanordnung 1, 2 über eine eige- ne Adresse, wobei dementsprechend 31 unterschiedliche Adressen reali- sierbar sind.
Spricht die Ablaufsteuerung 14 eine dieser Knoten-Schaltungsanordnungen 1, 2 an, so detektiert dies der 5-Bit-Komparator 23 im Knoten-Schaltungs- element 7. Je nach dem Pegel R/WB erfolgt eine Schreib-oder Leseopera- tion. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist fest vorgegeben und wird mög- lichst hoch angesetzt. Die angeschlossenen Schalteingänge 4 werden je nach Priorität mehr oder minder oft von der Ablaufsteuerung 14 angespro- chen und deren Schaltzustand abgefragt. Die Ausgänge 4,5 werden nach Bedarf geschaltet.
Die Datenausgabe, also das Schreiben wird wie folgt bewerkstelligt : Die Zustände der Bits DO und Dl werden auf die Ausgänge Out 1 und Out 2 gelegt. Out 2 ist das direkte Abbild von DO. Out 1 wird je nach Knoten-Schaltungsanordnung 1, 2 unterschiedlich behandelt. Um die Aus- gabe zur Ansteuerung der unterschiedlichen Aktuatoren einheitlich zu ge- stalten, d. h. ob eine Taktung vorliegt oder nicht, ist die Hardware 10 zur Taktung auf der Leiterplatte 3 mit untergebracht. Zur Einstellung der Tak- tung dienen Drehcodierschalter, einer zur Einstellung der anfänglichen Dauer der Vollansteuerung und einer zur Einstellung des Taktverhältnisses.
Die Umschaltung des Freilaufstromes erfolgt in an sich bekannter Weise über das TRIAC 9.
Bei den Knoten-Schaltungsanordnungen 2, die keine Hardware 10 zur Taktung aufweisen, ist Out 1 das direkte Abbild von D 1.
Nach der Übertragung schaltet die Ablaufsteuerung 14 ebenfalls auf den Zustand"Horchen", da innerhalb eines dann folgenden Zeitfensters die an- gesprochene Knoten-Schaltungsanordnung 1, 2 die Kontrolle über den D- Bus übernimmt und ein OK entsprechend dem Zustand Low auf den D-Bus gibt. Die Ablaufsteuerung 14 erkennt hieran, da die angesprochene Kno- ten-Schaltungsanordnung 1, 2 reagiert hat.
Die Dateneingabe, das Lesen, wird wie folgt abgewickelt : Die Adressierung wird wie vorstehend beschrieben vorgenommen. Anstelle des OK-Signals wird hier der Zustand der IN-Leitung in dem oben ange- sprochenen Zeitfenster auf den D-Bus gelegt. Die Ablaufsteuerung 14 fragt über die Adresse 11 der Knoten-Schaltungsanordnung 1, 2 den Zustand des angeschlossenen Schalters S ab und reagiert gemä dem zugeordneten In- terpreter. Nach Ablauf der Zeitspanne TimeOut ist eine erneute Übertra- gung zugelassen.
Als Ausgangsschaltelemente sind Leistungstransistoren 8 zur Ansteuerung von Solenoiden EL. MAG vorgesehen. Der zweite Ausgang 6 dient z. B. zur Ansteuerung einer LED.