ES2305802T3 - Controlador configurable. - Google Patents
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Abstract
Un controlador (230) configurable que comprende: un módulo (270) de control de sincronización; una pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales conectados con el módulo (270) de control de sincronización; una lógica (370) de control conectada con la pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales; que se caracteriza porque además comprende: una pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas respectivamente conectadas con la pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales, estando conectada cada una de las celdas (240) de entrada idénticas con una patilla (210) de entrada del controlador configurable (230); y un generador (250) de señales de sincronización conectado con el módulo (270) de control de sincronización y con la pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas, en el que cada una de la pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas es capaz de convertir parámetros de la señal de entrada en parámetros basados en el tiempo; y en el que cada uno de los módulos configurables (260) de adquisición de señales está configurado para convertir los parámetros basados en el tiempo en la forma digital requerida.
Description
Controlador configurable.
La presente invención se refiere generalmente a
sistemas controladores que tienen parámetros operativos tanto
analógicos como digitales y más particularmente a un dispositivo de
control "Computer to Plate" (CTP), tal como una tarjeta
electrónica de circuito impreso que comprende lógica programable y
que se conecta a periféricos tanto analógicos como digitales.
Las modernas tecnologías pueden incluir muchos
procesos que necesitan ser controlados y automatizados. Usando el
ejemplo de los sistemas CTP, estos procesos pueden comprender, por
ejemplo: la carga de placas, la descarga de placas, el transporte,
el centrado y la perforación, el equilibrado de tambores, etc. Se
utilizan controladores electrónicos para controlar estas
tareas.
Un gran número de los controladores electrónicos
utilizados hoy en día se basan en microprocesadores que utilizan
software para definir el funcionamiento del sistema. Sin embargo,
debido a los diferentes tipos de sensores con diferente hardware
para la preparación de las señales o a las diferentes cargas con
diferentes tipos de controladores, a menudo el uso de la misma
tarjeta controladora en diferentes máquinas no es factible sólo a
través de cambios en el software. Por lo tanto, en los diseños
actuales, las funciones de control deseadas se consiguen
modificando el diseño y suministrando nueva circuitería para cada
modelo. Esto implica que un sistema de control hecho para un tipo
de sensor o carga no trabajará con otro sin requerir cambios
significativos en el hardware.
El documento US 2001/039190 A1 presenta dicho
controlador electrónico configurable, con un módulo de control de
sincronización, un módulo configurable de adquisición de señales y
lógica de control.
Una restricción adicional para la existencia de
controladores electrónicos que estén programados para realizar las
acciones de control deseadas, es que los microprocesadores están
limitados en términos de interfaz. Esta limitación es provocada por
el hecho de que la arquitectura de los microprocesadores está
orientada a los ordenadores en vez de al control. El entorno actual
de una aplicación de control comprende típicamente el procesamiento
de un número significativo de señales y dispositivos (por ejemplo,
sensores, conmutadores, motores, etc.), algunos de los cuales son
de naturaleza analógica. Consecuentemente, se necesita una cantidad
significativa de circuitería además del microprocesador, tal como
separadores, descodificadores, controladores, cerrojos,
multiplexores, convertidores analógico a digital y digital a
analógico, circuitería de adecuación de señales, etc.
La figura 1 muestra un ejemplo de las soluciones
de hardware típicas necesarias para permitir la adquisición de
diferentes tipos de señales.
La solución para las señales lógicas de un
codificador 10 de motor incluye el filtrado mediante el filtro 70 y
la separación mediante el separador 130 de entrada de lógica (el
filtro 70 de paso bajo debe tener una frecuencia de corte
relativamente alta para que pasen las señales del
descodificador).
Para recibir las señales son necesarios
conmutadores ópticos ranurados 20 con salida de colector abierta,
una resistencia elevadora 80 y un separador 140. También puede
insertarse un filtro de paso bajo (no mostrado).
Para los conmutadores 30 de puerta de
enclavamiento, habitualmente utilizados en un bucle de seguridad de
alimentación eléctrica de 12V ó 24V estándar, se necesita un divisor
90 de tensión para reducir la señal de la tensión de entrada hasta
el nivel de la alimentación de la lógica (generalmente 5 ó 3V), se
necesita un filtro 150 de paso bajo para reducir el rebote y los
ruidos externos (la frecuencia de corte de dicho filtro es
diferente de la frecuencia de corte del filtro 70 y se necesita un
separador 160 para ajustar la señal a la lógica configurable de la
unidad digital 200).
Una de las opciones para la transferencia de
señales analógicas, por ejemplo dos señales 40 y 50 de sensores de
presión, incluye un multiplexor 100, conectado a un ADC (Convertidor
analógico a digital) 170.
Algunas aplicaciones utilizan conmutadores de
láminas con un indicador LED 60 incorporado, por ejemplo el
conmutador magnéticamente accionado NORGREN tipo QM/34. En este
caso, la solución puede basarse en un filtro 110 y un comparador
190 de tensión usando la referencia 180 como umbral.
Si la máquina tiene una arquitectura modular,
por ejemplo una máquina manual, que mediante el suministro de sus
sistemas controlados adicionales puede convertirse en semiautomática
o en completamente automática, el proceso de automatización puede
realizarse bien mediante un controlador simple de E/S múltiple
diseñado para todas las configuraciones posibles de la máquina o
bien mediante tres controladores diferentes más pequeños, cada uno
de ellos dedicado a la configuración manual, semiautomática o
completamente automática de la máquina, respec-
tivamente.
tivamente.
El inconveniente del controlador simple de E/S
múltiple es su utilización ineficiente, especialmente en máquinas
manuales, ya que no se utiliza el hardware del controlador diseñado
para los módulos semiautomático y automático.
Los inconvenientes de tres controladores
diferentes dedicados son sus mayores costes de utilización y su
precio relativamente alto.
Asumamos que el objetivo es diseñar un
controlador para una máquina CTP manual (mínimo nivel de
automatización) que comprende subsistemas de detección de posición
de placa, carga de placa y descarga de placa. Los subsistemas
requeridos incluyen un codificador de motor, diez sensores ópticos
ranurados con salida de colector abierta y seis conmutadores de
enclavamiento de puerta.
La solución adecuada de hardware para la
adquisición de señales de acuerdo con la figura 1 será la
siguiente:
Para el codificador de motor (CODIFICADOR A y
CODIFICADOR B de señales) se necesitan dos filtros 70 y dos
separadores 130 de entrada de lógica.
Para diez sensores ópticos ranurados con salida
de colector abierta son adecuadas diez resistencias elevadoras 80 y
diez separadores 140 de entrada de lógica. También podrían
insertarse diez filtros de paso bajo (no mostrados).
Para seis conmutadores de interbloqueo de
puerta, se necesitan seis divisores 90 de tensión, seis filtros 150
y seis separadores 160 de entrada de lógica.
Para convertirse en semiautomática, la máquina
CTP necesitará hardware adicional para proporcionar adquisición de
señales y control para los nuevos subsistemas de automatización de
centrado de placa y de perforación de placa que contienen, por
ejemplo, tres motores de c/c con codificadores, ocho conmutadores
ranurados, dos sensores analógicos de presión y dos sensores de
proximidad.
En este caso, el controlador debe soportar seis
(3 x 2) entradas de codificador en vez de las dos de la máquina
manual, ocho entradas de conmutadores ranurados en vez de diez y
debe tener circuitería para soportar dos sensores analógicos y dos
sensores cortos de placa, que no se utilizaban en la máquina
manual.
La figura 2 muestra un ejemplo de soluciones
típicas de hardware necesarias para suministrar el control de
diferentes tipos de carga.
Una solución posible para controlar el motor 55
paso a paso puede implementarse mediante un controlador integrado
120 de motor paso a paso (por ejemplo el controlador de motor paso a
paso L297 de SGS - Thomson Microelectronics), conectado a las
salidas de la unidad digital 200 configurable y un controlador 145
(por ejemplo el controlador dual de puente completo L298 de SGS -
Thomson Microelectronics), conectado entre el controlador 120 del
motor paso a paso y el motor 55 paso a paso. Dicho hardware
dedicado al control del motor paso a paso no puede utilizarse para
el control del motor de c/c o de la válvula, que pueden ser
necesarios para diferentes entornos de control de otro modelo, por
ejemplo para máquinas semiautomáticas o completamente
automáticas.
Similarmente, el controlador 115 de motor de c/c
(por ejemplo el controlador de motor PWM de puente completo DMOS
3948 de ALLEGRO MicroSystems, Inc) conectado entre la unidad digital
200 configurable y el motor 50 de c/c, no puede utilizarse para el
control de válvulas o relés separados, y los controladores bajos 155
(por ejemplo el Latched Source Driver de ALLEGRO MicroSystems,
Inc.), controlados mediante una unidad digital 200 configurable y
que controlan las válvulas 60 de 20 mA, no pueden usarse para una
aplicación de control de solenoide con control de alta corriente a
causa de la baja compatibilidad con la corriente.
Como puede verse, el hardware de controlador
seleccionado para la máquina manual no puede utilizarse para
controlar los subsistemas de la máquina semiautomática, a causa de
las diferencias en las soluciones del hardware para la adquisición
de diferentes tipos de sensores y para controlar los diferentes
tipos de cargas.
Una situación similar se produce cuando se
convierte de semiautomática a completamente automática, o cuando se
trata de utilizar el controlador para una familia diferente de
máquinas.
Las solicitudes de patentes publicadas núm. US
2001/0015918 y US 2001/0039190 intentan superar los inconvenientes
antes mencionados suministrando un controlador electrónico
configurable que comprende circuitería de control para proporcionar
funciones de control, interfaz de entrada, interfaz de salida,
interfaz de usuario, interfaz de alimentación y una unidad de
memoria no volátil conectada con la circuitería de control y con
todas las unidades de interfaz anteriores, para su
configuración.
No obstante, existen algunas barreras para la
utilización de esta solución en máquinas más complejas, tales como
máquinas "Computer to Plate" (CTP):
- 1.
- Las entradas de los microcontroladores no son todavía universales. Esto significa que un sensor analógico no puede conectarse con la entrada digital del controlador;
- 2.
- Las entradas digitales de un microcontrolador no pueden proporcionar el ajuste de la histéresis de la entrada ni el control del umbral de entrada que son necesarios para aceptar la entrada proveniente de los sensores con diferentes niveles altos y bajos de lógica, (por ejemplo, el nivel bajo de lógica del conmutador magnéticamente accionado NORGREN tipo QM/34 está en la banda de 2 V, a causa del indicador LED incorporado. Al mismo tiempo, la tensión HIGH de entrada mínima del separador de entrada digital MOTOROLA SN74LS240 es de 2 V. Dicha diferencia en los niveles de tensión puede provocar fallos en la adquisición de señales en el QM/34).
- 3.
- La solución suministrada comprende una redundancia de hardware en la tarjeta del controlador; la arquitectura del controlador necesita incluir todos los bloques funcionales posibles, configurados por la memoria NV, para cubrir la adquisición de diferentes sensores y, dependiendo de la configuración, varios de los bloques funcionales no se utilizarán.
- 4.
- La solución suministrada proporciona una gama relativamente baja de control. Por ejemplo, la adquisición de señales multiplexadas del controlador tiende a disminuir en el tiempo de respuesta del controlador. Esta desventaja puede volverse crítica cuando se cuenta, por ejemplo, con un controlador de dispositivos CTP, que posiblemente maneja por encima de 100 sensores.
- 5.
- El uso de un tipo fijo de conmutador conectado a un lado de la carga limita las opciones de conexión de la carga (si el conmutador es del tipo de lado de alta, entonces el otro lado de la carga debe conectarse al común (tierra) y si el conmutador es del tipo de lado de baja, entonces el otro lado de la carga debe conectarse a la fuente de la tensión de suministrada. Generalmente se utilizan ambas conexiones (el común o la fuente de tensión), pero la solicitud de patente mencionada sólo puede soportar una clase de conexiones de carga.
- 6.
- No existe posibilidad de cambio de la dirección de la corriente de las cargas, necesario, por ejemplo, en motores de inversión de c/c.
Así, existe la necesidad de una arquitectura de
controlador universal y flexible para posibilitar las capacidades
de mejora y de servicio y para facilitar la adaptación de un
controlador existente a una nueva máquina.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención se suministra un controlador configurable que comprende:
un módulo de control de sincronización; una pluralidad de módulos
configurables de adquisición de señales conectados con dicho módulo
de control de sincronización; una lógica de control conectada con
dicha pluralidad de módulos de adquisición de señales; una
pluralidad de celdas de entrada idénticas respectivamente conectadas
con dicha pluralidad de módulos de adquisición de señales, cada una
de dicha pluralidad de celdas de entrada está adicionalmente
conectada con una respectiva patilla de entrada de dicho
controlador; y un generador de señales de sincronización conectado
con dicho módulo de control de sincronización y con dicha pluralidad
de celdas de entrada, en el que cada una de dicha pluralidad de
celdas de entrada funciona para convertir parámetros de la señal de
entrada en parámetros basados en el tiempo; y en el que cada uno de
dichos módulos de adquisición de señales está configurado para
convertir dichos parámetros basados en el tiempo en una forma
digital requerida.
De acuerdo con una realización, cada una de
dicha pluralidad de celdas de entrada idénticas comprende un
comparador, dicho comparador está adaptado para recibir una señal
de entrada desde la respectiva patilla de entrada y una señal de
sincronización desde dicho generador de señales de sincronización, y
para emitir una señal.
La señal de sincronización puede tener una forma
de diente de sierra.
De acuerdo con otra realización, el controlador
configurable comprende adicionalmente una pluralidad de módulos
configurables de lógica de control de salida conectados con dicha
lógica de control, comprendiendo adicionalmente dicho controlador
una pluralidad de controladores de salida del lado de alta y del
lado de baja conectados con dichos módulos configurables de lógica
de control de salida, dichos controladores están adicionalmente
conectados con una pluralidad de patillas de salida de dicho
controlador.
De acuerdo con una configuración, al menos uno
de dichos módulos configurables de lógica de control de salida está
conectado con un par formado por un controlador del lado de alta y
un controlador del lado de baja, dichos controladores están
conectados a través de las respectivas patillas de salida de dicho
controlador con un lado de una carga, en donde dicho módulo
configurable de lógica de control de salida está configurado para
controlar solamente uno de dichos controladores del lado de alta o
del lado de baja, dependiendo de otra conexión de lado de la
carga.
De acuerdo con una segunda configuración, al
menos uno de dichos módulos configurables de lógica de control de
salida está conectado con uno de dichos controladores del lado de
baja o con uno de dichos controladores del lado de alta, dicho
único controlador está conectado a través de una respectiva patilla
de salida de dicho controlador con una carga, en donde dicho módulo
configurable de lógica de control de salida está configurado para
controlar dicho único controlador.
De acuerdo con una tercera configuración, un
primer y un segundo módulos de dichos módulos configurables de
lógica de control de salida están conectados respectivamente con un
par formado por un controlador del lado de alta y un controlador
del lado de baja, dicho controlador del lado de alta y dicho
controlador del lado de baja están conectados a través de dos
respectivas patillas de salida de dicho controlador con dos lados
de una carga, en donde dichos primer y segundo módulos configurables
de lógica de control de salida están configurados para controlar
dicho par formado por un controlador del lado de alta y un
controlador del lado de baja mediante dos fuentes independientes de
señales.
De acuerdo con una cuarta configuración, al
menos uno de dichos módulos configurables de lógica de control de
salida está conectado con dos de dichos controladores del lado de
alta, dichos controladores del lado de alta están conectados a
través de las respectivas patillas de salida de dichos controladores
con un lado de la carga, en donde dicho módulo configurable de
lógica de control de salida está configurado para controlar
simultáneamente dichos dos controladores del lado de alta.
De acuerdo con otra realización, al menos uno de
dichos controladores del lado de alta o del lado de baja está
conectado con una de dichas celdas de entrada.
La celda de entrada puede activarse para medir
la corriente de dicho o dichos controladores del lado de alta o del
lado de baja, o para detectar la conectividad de dicho o dichos
controladores del lado de alta o del lado de baja.
La celda de entrada puede activarse
alternativamente para confirmar la conmutación de dicho o dichos
controladores del lado de alta o del lado de baja.
En otro aspecto de la presente invención, se
suministra un procedimiento para adquirir una pluralidad de señales
que comprende los pasos de: suministrar un módulo de control de
sincronización; configurar una pluralidad de módulos configurables
de adquisición de señales conectados con dicho módulo de control de
sincronización; suministrar una lógica de control conectada con
dicha pluralidad de módulos de adquisición de señales; suministrar
una pluralidad de celdas de entrada idénticas respectivamente
conectadas con dicha pluralidad de módulos de adquisición de
señales; suministrar un generador de señales de sincronización
conectado con dicho módulo de control de sincronización y con dicha
pluralidad de celdas de entrada; adquirir un pluralidad de señales,
cada una de dichas señales es adquirida por una de dicha pluralidad
de celdas de entrada idénticas; convertir parámetros de dichas
señales adquiridas en una pluralidad de parámetros basados en el
tiempo; y convertir dicha pluralidad de parámetros basados en el
tiempo en las formas digitales requeridas.
De acuerdo con una realización, el paso de
convertir parámetros de dichas señales adquiridas en una pluralidad
de parámetros basados en el tiempo comprende los pasos de:
recibir una señal de sincronización desde dicho
generador de señales de sincronización; y
comparar dicha señal de entrada adquirida con
dicha señal de sincronización.
La señal de sincronización puede tener forma de
diente de sierra.
Para una mejor comprensión de la invención y
para mostrar cómo la misma puede ser llevada a efecto, ahora se
hará referencia, meramente a modo de ejemplo, a los dibujos
adjuntos. En los dibujos adjuntos:
La figura 1 es un ejemplo de soluciones típicas
de hardware necesarias para suministrar la adquisición de
diferentes tipos de señales de entrada;
La figura 2 es un ejemplo de soluciones típicas
de hardware necesarias para suministrar el control de diferentes
tipos de cargas;
La figura 3 es un diagrama de bloques general
del controlador de la presente invención;
La figura 4 es un dibujo esquemático de una
realización de la celda de entrada de acuerdo con la presente
invención;
La figura 5 es un dibujo esquemático de una
realización preferida de la celda de entrada de acuerdo con la
presente invención;
La figura 6 muestra diagramas de la celda de
entrada de la figura 5 y del módulo de adquisición de señales de
acuerdo con la presente invención, configurados para la adquisición
de sensores analógicos;
La figura 7 es un diagrama de bloques del módulo
de adquisición de señales de acuerdo con la presente invención,
configurado para la adquisición de señales analógicas;
\newpage
La figura 8 es un diagrama de bloques de la
realización del módulo de adquisición de señales de acuerdo con la
presente invención, dirigido a sensores de salida de polos
tótem;
La figura 9 muestra diagramas que describen la
adquisición de señales de sensores de salida de polos tótem;
La figura 10 muestra diagramas de sincronización
que describen la funcionalidad del módulo de adquisición de señales
de acuerdo con la presente invención para sensores de proximidad con
indicación LED;
La figura 11 es un diagrama de bloques de una
realización preferida del controlador, que controla diferentes
cargas tales como solenoides, relés y lámparas;
La figura 12 muestra una realización preferida
de control de un motor de c/c o de c/a;
La figura 13 muestra una realización preferida
de control de un motor paso a paso; y
La figura 14 es un diagrama de bloques de una
implementación preferida de retroalimentaciones de corriente y
tensión en el controlador.
La presente invención suministra una
arquitectura de controlador configurable, para superar las
deficiencias de los controladores existentes.
Antes de explicar en detalle al menos una
realización de la invención, debe entenderse que la invención no
está limitada en su aplicación a los detalles de construcción ni a
la disposición de los componentes que se exponen en la siguiente
descripción o se ilustran en los dibujos. La invención es aplicable
a otras realizaciones o puede practicarse o llevarse a cabo de
diferentes formas. Debe entenderse también que la fraseología y
terminología aquí empleadas tienen un propósito descriptivo y no
deben considerarse como limitativas.
La figura 3 es un diagrama general de bloques
del controlador 230 de la presente invención, que comprende un
generador 250 de señales de sincronización, una unidad digital 200
configurable, tal como una FPGA o una CPLD, que comprende al menos
un módulo 270 de sincronización, lógica 370 de control, un número de
módulos 260 de adquisición de señales, configurados para aceptar
las señales que llegan desde las patillas 210 de entrada del
controlador 230 a través de celdas 240 de entrada idénticas, módulos
280 de lógica de control de salida, configurados para proporcionar
el control de las cargas conectadas a las patillas 380 de salida
del controlador 230, a través de los controladores de salida del
lado de alta 350 y del lado de baja 360.
El sistema propuesto está diseñado para soportar
diferentes entornos de periféricos, usando su capacidad
configuración.
El módulo 270 de sincronización de la unidad
digital 200 configurable está configurado para generar las señales
básicas dependientes del tiempo, para sincronizar la tarea de las
celdas 240 de entrada y de los módulos 260 de adquisición de
señales. Dicha sincronización es necesaria para la conversión de los
valores de las señales de entrada en parámetros basados en el
tiempo (por ejemplo, ancho de impulso, retardo, ciclo de actividad,
frecuencia, etc.) mediante las celdas 240 de entrada y luego para
convertir estos parámetros basados en el tiempo en una forma
digital por medio de los módulos configurados 260 de adquisición de
señales. Una posible implementación del módulo 270 de
sincronización puede ser, por ejemplo, un contador que cuente los
impulsos entrantes con un intervalo constante entre ellos. La
secuencia de dichos impulsos puede obtenerse, por ejemplo, a partir
del reloj del sistema. La salida (datos de referencia 290) del
contador 270 se conecta con cada uno de los bloques 260 de
adquisición de señales y también con el generador 250 de señales de
sincronización como datos 275 de sincronización. El generador 250
de señales de sincronización se implementa, por ejemplo, como un
convertidor digital a analógico. Mientras esté funcionando el
contador 270, el valor de los datos 275 de sincronización, que es
igual a los datos 290 de referencia, se cambia periódicamente desde
0 hasta su valor máximo, lo que provoca una tensión en forma de
diente de sierra Vsync sobre la red 255 de salida del generador 250
de señales de sincronización. Esta tensión es transferida a la
segunda entrada de las celdas 240 de entrada. La primera entrada de
las celdas 240 de entrada se conecta con la correspondiente patilla
210 de entrada del controlador 230 respectivamente. La señal de
salida de la celda 240 de entrada (patilla 3) se conecta con la
entrada 1 del correspondiente bloque 260 de adquisición de señales.
En una realización alternativa del módulo 270 de control de
sincronización, los datos 275 de sincronización y los datos 290 de
referencia pueden no ser iguales, tal como se explicará con
respecto a la figura 4.
La implementación de los bloques configurables
260 de adquisición de señales puede variar de acuerdo con el tipo
de señal que sea necesario aceptar y de esta forma se da soporte a
diferentes entornos de periféricos.
En las figuras 4 y 5 se muestran dos ejemplos de
posibles realizaciones de la celda 240 de entrada. La celda de
entrada de la figura 4 está basada en un convertidor 225 de tensión
a frecuencia, por ejemplo el LM131 de National Semiconductor. Para
esta implementación, el módulo 270 de control de sincronización debe
configurarse de forma que los datos 255 de sincronización presenten
una secuencia de impulsos cortos, que aparezca periódicamente (una
vez por cada periodo de recuento). Los datos 290 de referencia deben
implementarse según se describió anteriormente con referencia a la
figura 3. El generador 250 de señales de sincronización puede
implementarse, por ejemplo, como un separador o amplificador. Los
impulsos 255 de sincronización cortos que llegan desde el generador
250 de señales de sincronización reinicializarán el convertidor 255
de V a F y después del final de cada reinicialización, la
frecuencia proporcional al valor de la entrada de tensión aparecerá
sobre la salida del convertidor y consecuentemente sobre la red
220. Esta frecuencia pasa a la entrada del correspondiente módulo
260 de adquisición de señales, que debe estar configurado para
convertir el valor de la frecuencia en una forma digital, (uno o
más bits) adecuada para efectuar el control (por ejemplo, contando
los impulsos entrantes por unidad de tiempo igual al periodo de
recuento del módulo 270 de control de la sincronización).
En la figura 5 se muestra una realización
preferida de la celda 240 de entrada. La celda contiene un
comparador 235, por ejemplo el LM2901 de Texas Instruments. La
entrada 1 del comparador 235 se conecta a la red de salida del
generador 250 de señales de sincronización. La salida 2 del
comparador 235 se conecta con la patilla 210 de entrada del
controlador 230. La salida 3 del comparador 235 es actualmente la
salida de la celda 240 de entrada y debe conectarse con la entrada
de un módulo 260 de adquisición de señales de una unidad digital
200 configurable. Los resistores 215 son opcionales y están
previstos para polarizar la entrada del comparador en el caso de
que se utilice un sensor de tipo conmutador CASE o de tipo de salida
de colector abierta. Estos resistores deberán tener una resistencia
relativamente alta (decenas o centenas de kOhm) para eliminar su
influencia sobre el sensor. Para soportar la presente realización de
celda 240 de entrada, el módulo 270 de sincronización debe estar
configurado como el contador anteriormente descrito. Los datos 290
de referencia y los datos 275 de sincronización del contador en
este caso son iguales. También, para soportar la presente
realización de la celda 240 de entrada, el generador 250 de señales
de sincronización debe implementarse, por ejemplo, como un
convertidor digital a analógico.
En tanto que el controlador reciba alimentación,
el comparador 235 de la celda 240 de entrada de adquisición de
señales compara la tensión Vsync en forma de diente de sierra que
llega desde la salida del generador 250 de señales de
sincronización a través de la red 255, con la señal Vinp del
detector de periféricos, conectada a través de la patilla 210 de
entrada del controlador 230 con la entrada positiva del comparador
235. El resultado de la comparación es la señal de salida Vcell de
la celda 240 de entrada.
La flexibilidad del dispositivo controlador de
la presente invención se explicará mediante la descripción de su
funcionalidad con diferentes tipos ejemplares de detectores de
periféricos.
La figura 6 muestra diagramas de sincronización
de la celda 240 de entrada de la figura 5 (líneas 1, 2, 3) y del
módulo 260 de adquisición de señales (líneas 4, 5) para la
adquisición de sensores analógicos, por ejemplo sensores de
presión, en los cuales la tensión de salida varía de acuerdo con la
presión detectada.
En este caso, la señal de entrada analógica Vinp
(línea 2) se compara mediante el comparador 235 de la celda 240 de
entrada con la tensión de sincronización en forma de diente de
sierra Vsync (línea 1). Cuando la señal Vinp es mayor que Vsync, la
tensión de salida del comparador 235 Vcell (línea 3) es alta; de
otra forma es baja. La señal Vcell entra en el bloque 260 de
adquisición de señales por medio de la red 220.
La figura 7 es un diagrama de bloques de un
bloque 260 de adquisición de señales configurado para la adquisición
de una señal analógica. El bloque consta de un bloque 500 de
detección de flanco descendente y un registro 510 de datos. El
bloque 500 de detección de flanco descendente genera un impulso
largo del reloj del sistema Vlatch cada vez que la señal Vcell, que
llega desde la celda 240 de entrada hasta la entrada 1 del bloque
260 de adquisición de señales, cambia su valor de alto a bajo. El
impulso hace posible el enclavamiento de los datos 290 de
referencia, que llegan a la segunda entrada del bloque 260 de
adquisición de señales, en el registro 510 de datos. De acuerdo con
la ecuación del comparador (Vsync = Vinp), los datos enclavados
tienen un valor igual a la tensión de salida del sensor analógico a
detectar. Estos datos enclavados aparecen en la salida 3 del módulo
260 de adquisición de señales y pueden utilizarse como valor de la
señal de entrada para propósitos de control.
La figura 8 es un diagrama de bloques de la
realización del bloque 260 de adquisición de señales para sensores
de salida de polos tótem, por ejemplo los OPTEC OPB900W de tipo de
hueco ancho.
La configuración del módulo 260 de adquisición
de señales diseñado para soportar los conmutadores de salida de
polos tótem comprende un generador 550 de frecuencia umbral,
conectado con su entrada a un bus 290 de datos de referencia que
viene de la segunda entrada del módulo 260, y conectado con su
salida (señal Vthr_freq) con la primera entrada de una puerta AND
560. La segunda entrada de la puerta AND 560 recibe la salida Vcell
de la celda 240 de entrada a través de la entrada 1 del módulo 260.
La señal de salida de la puerta AND (Vand_gate) se conecta con la
entrada RESET de un contador 570. El bit más significativo (Qn) de
la salida del contador se invierte mediante el inversor 580 y se
conecta con la entrada Chip Enable (CE) del contador 570 y con la
salida 3 del módulo 260 de adquisición de señales.
La figura 9 muestra los diagramas de
sincronización que describen la adquisición de las señales de los
sensores de salida de polos tótem. La señal Vcell (curva 3),
generada por la celda de entrada es el resultado de una comparación
entre la tensión en forma de diente de sierra Vsync (curva 1) y la
señal de entrada Vinp que llega del conmutador de salida de polos
tótem (curva 2). La señal Vcell es aceptada por la primera entrada
de la puerta AND 560 del bloque 260 de adquisición de señales. La
segunda entrada de la puerta AND recibe la señal de la frecuencia
umbral Vthr_freq, generada a partir de DATA por el generador 550 de
frecuencia umbral. Este módulo genera frecuencia con un periodo
igual al ciclo de recuento de datos del módulo 270 de sincronización
(desde cero hasta el valor máximo). El ciclo de actividad de esta
frecuencia debe predeterminarse de acuerdo con el umbral deseado
para la determinación del nivel lógico de la señal de entrada. La
curva 4 muestra la frecuencia umbral con un ciclo de actividad
igual al 50%. Esto significa que la señal de la frecuencia umbral
será alta solamente cuando el valor de referencia de la tensión de
diente de sierra sea superior a la mitad de su valor máximo.
La puerta AND 560 juega en este caso un papel de
detector, que detecta la superación de la señal de entrada del 50%
del valor de la tensión máxima Vsync. Cada vez que Vcell es alta y
Vthr_freq es alta, la salida de la puerta AND (curva 5) también
será alta, indicando de esta manera que Vinp está por encima del
valor del umbral predeterminado (en este ejemplo, el 50% del máximo
de Vsync).
Mientras Vand_gate sea bajo, el contador 570
contará hasta que el bit más significativo sea alto. En ese momento,
el inversor 580 bloqueará el contador mediante un nivel lógico bajo
en su salida y el contador permanecerá en este estado. Mientras
Vinp esté por encima de un umbral predeterminado, se produce la
reinicialización y los impulsos de la salida de la puerta AND
reinicializarán el contador y su bit más significativo (MSB) será
bajo. El valor de MSB muestra el estado del sensor (curva 6).
También puede implementarse otra realización (no
mostrada) del bloque 260 de adquisición de señales que proporciona
histéresis.
La arquitectura del bloque 260 de adquisición de
señales debe ser la misma que la mostrada en la figura 8, pero el
generador 550 de frecuencia umbral debe cambiarse ligeramente. En la
figura 10 se muestran los diagramas de sincronización, que
describen la funcionalidad del bloque 260 de adquisición de señales
diseñado para sensores de proximidad con indicación LED.
La señal Vinp del sensor de proximidad (curva 2)
tiene un valor de su estado bajo lógico mayor que el descrito en el
ejemplo anterior para el sensor de salida de polos tótem (figura 9,
curva 2). Esto significa que la mejor adquisición del sensor de
proximidad estará en un umbral más alto, por ejemplo un 70% del
valor máximo de Vsync, en vez del 50% en el ejemplo anterior. Según
se muestra, el ciclo de actividad de Vthr_freq define el umbral
para generar el estado de la señal de entrada (alto o bajo). Así,
para incrementar el umbral, el generador 550 de frecuencia umbral
debe estar configurado de manera que Vthr_freq (curva 4) esté bajo
mientras Vsync (curva 1) sea inferior al 70% de su valor máximo y
el valor de Vthr_freq debe ser alto mientras Vsync sea superior al
70% de su valor máximo. En otras palabras, Vthr_freq tendrá un ciclo
de actividad del 30% (100% - 70%), que es un umbral óptimo para la
adquisición de la señal de entrada. La lógica de generación de la
señal para Vand_gate (curva 5) y Vstatus (curva 6) es la misma que
en el ejemplo anterior.
La flexibilidad del controlador para controlar
diferentes tipos de cargas viene suministrada (figura 3) por medio
de la configuración de los módulos configurables 280 de lógica de
control de salida y por la conexión a un número predeterminado de
controladores del lado de baja 360 y del lado de alta 350. Cada
controlador está controlado por los módulos configurables 280 de
lógica de control de salida de la unidad digital 200 configurable y
está conectado por sus salidas (HD_OUT o LD_OUT) respectivamente con
una patilla 380 de salida del controlador 230. Cada controlador 350
del lado de alta consta de una unidad 310 de control de conmutación
del lado de alta y de un conmutador 320 de alimentación del lado de
alta; cada controlador 360 del lado de baja consta de una unidad
330 de control de conmutación del lado de baja y de un conmutador
340 de alimentación del lado de baja. Las aplicaciones de los
controladores de los lados de alta y de baja para cargas
específicas, son conocidas. La novedad de su uso en el controlador
de la presente invención recae en el hecho de que para conseguir la
flexibilidad del controlador, los bloques configurables 280 de
control de salida están configurados en la lógica configurable de
la unidad digital 200 configurable para controlar las cargas
predeterminadas. Los controladores 350 y 360 pueden agruparse en
diferentes combinaciones. Cada combinación de controladores
adecuada para un control específico de carga es soportada por la
configuración del módulo configurable 280 de lógica de control de
salida, que está diseñado para controlar el grupo mencionado.
En las figuras 11, 12 y 13 se muestran ejemplos
de control de diferentes tipos de cargas, tales como motores de
c/c, de c/a y paso a paso así como válvulas, solenoides y relés y la
habilidad de incrementar la capacidad de la corriente del
controlador.
La figura 11 es un diagrama de bloques de una
realización preferida del controlador, controlando diferentes
cargas tales como las de solenoide, relé, lámpara, etc.
Para controlar cargas independientemente de la
conexión de la segunda patilla de la carga (figura 11a), el
presente controlador proporciona una configuración de módulo
configurable 280 de lógica de control de salida para dos
controladores 350 y 360, conectados a la segunda patilla de la
carga. Cuando la carga 390 está conectada a un terminal de tierra
(línea continua), el módulo configurable 280 de lógica de control de
salida realiza el control a través del controlador 350 del lado de
alta y el controlador del lado de baja está en un estado OFF.
Similarmente, si la carga 390 está conectada con el terminal Vdd de
alimentación (línea discontinua), el módulo configurable 280 de
lógica de control de salida realiza el control a través del
controlador 360 del lado de baja y el controlador del lado de alta
está en un estado OFF.
Una carga también puede ser controlada por un
único controlador del lado de alta o por un único controlador del
lado de baja dependiendo de la conexión del segundo terminal de la
carga (figura 11b). Cuando es un terminal de tierra, el control
debe ser proporcionado por el controlador del lado de alta y cuando
es un terminal de alimentación, el control debe ser proporcionado
por el controlador del lado de baja. Cada uno de los canales de
control debe tener su propio módulo 280 de control configurable.
En la figura 11c se muestra el control seguro de
la carga que es suministrado por dos fuentes independientes (por
ejemplo, la fuente de control y la fuente de estado de activación).
En este caso, la carga 390 está conectada entre las salidas del
controlador 350 del lado de alta y del controlador 360 del lado de
baja. La arquitectura de control de seguridad está soportada por la
configuración de dos módulos configurables de lógica de control de
salida respectivamente conectados con los controladores del lado de
alta y del lado de baja y controlados por dos fuentes de señales
independientes que llegan a través de la lógica configurable de la
unidad digital 200.
Puede conseguirse el incremento de la capacidad
de corriente del controlador conectando la carga de alta corriente
con más de una salida del controlador. Por ejemplo, para incrementar
la capacidad de la corriente de la salida del controlador en un
factor de dos, la carga conectada a tierra está controlada por dos
controladores 350 del lado de alta (figura 11d). Este control es
proporcionado por la configuración del módulo configurable 280 de
lógica de control de salida, responsable de controlar
simultáneamente los dos controladores del lado de alta.
En la figura 12 se muestra la realización
preferida de control de un motor de c/c o de c/a. El motor 50 de
c/c se conecta entre las conexiones comunes de los controladores del
lado de alta 350 y de baja 360. Los cuatro controladores
configurados en este ejemplo forman un circuito de controlador de
puente. El control del motor es proporcionado por la configuración
del correspondiente módulo 280 de control que tiene todas las
funciones lógicas para soportar circuitería de control de puente.
La configuración de la figura 12 puede usarse también para
controlar motores de c/a, suministrando control PWM al circuito de
puente y obteniendo así corriente alterna sobre la salida del
puente.
En la figura 13 se muestra la realización
preferida de control de un motor paso a paso. Cada bobinado del
motor paso a paso 55 está conectado con la salida de un circuito de
control de puente tal como se describió anteriormente. La
sincronización de la corriente de los bobinados del motor paso a
paso y la lógica necesaria para el control de motor paso a paso,
son efectuadas por el módulo 280 de lógica de salida, configurado
para este propósito, cuyas salidas se conectan con los
controladores del lado de baja 350 y del lado de alta 360,
respectivamente.
Resumiendo en los ejemplos 4 - 6, puede
observarse que por medio de la configuración de los módulos
configurables 280 de lógica de control de salida, junto con la
capacidad de combinar los controladores de alta y de baja y
conectarlos con las cargas, la presente invención proporciona un
controlador universal y flexible, adaptable a los diferentes
entornos de las máquinas. Algunos de ellos son:
- -
- Control de carga separado dependiente de la conexión de la carga.
- -
- Control de carga separado independiente de la conexión de la carga.
- -
- Conexión segura de la carga mediante dos canales independientes.
- -
- Control de motores paso a paso, de c/c y de c/a.
- -
- Mejor capacidad de gestión de la corriente para aplicaciones de alta corriente, por ejemplo solenoides, relés, motores, etc.
En la figura 14 se muestra la realización
preferida del controlador 230 que utiliza celdas 240 para
proporcionar retroalimentaciones de corriente y tensión.
La señal proporcional a la corriente del
controlador 350 del lado de alta es medida por la celda 240a y por
el bloque 260a de adquisición de señales. Los datos de la medición
pueden utilizarse, por ejemplo, para proporcionar al controlador y
su carga protección contra cortocircuitos. En otras palabras, la
lógica 370 de control obligará al módulo configurable 280a de
lógica de control de salida a pasar a un estado OFF si el valor
detectado de la corriente es mayor que un valor predeterminado
contenido en la lógica 370 de control, efectuando así la protección
contra cortocircuitos. La celda de entrada también puede conectarse
a cualquier controlador del lado de baja para medir la corriente de
los controladores (de carga). La protección contra cortocircuitos
funcionará de la misma forma que la descrita para la protección de
la corriente de los controladores del lado de alta.
Otro tipo de retroalimentación es implementada
por medio de la celda 240b de entrada, conectada mediante su
entrada 1 con la salida del controlador 360 del lado de baja. En
este caso la retroalimentación puede usarse ara detectar la
conexión o desconexión de la carga. Si la carga está conectada con
el controlador del lado de baja y el controlador está en estado
OFF, entonces el potencial de la tensión de alimentación de la carga
aparecerá sobre la patilla 380b del controlador 230 y en la salida
del controlador 360 del lado de baja, respectivamente. Este valor
alto puede ser detectado por la celda 240b de entrada y por el
bloque 260b de adquisición de señales. La detección de un valor
alto de tensión sobre la salida del controlador del lado de baja
significa que la carga está conectada con el controlador. Cuando la
carga está desconectada, la salida del controlador del lado de baja
tendrá un valor bajo y la detección de este valor indicará la
desconexión de la carga. Dicha conexión puede utilizarse también
para la confirmación de la conmutación del controlador del lado de
baja. Pueden conseguirse los mismos objetivos conectando la celda
de entrada con la salida del controlador del lado de alta.
Los expertos en la materia apreciarán que la
presente invención no está limitada a lo que se ha mostrado y
descrito anteriormente de forma particular. Contrariamente, el
alcance de la presente invención está definido por las
reivindicaciones adjuntas e incluye tanto combinaciones como
subcombinaciones de las diferentes características aquí descritas
anteriormente así como las variaciones y modificaciones que pudieran
ocurrírseles a los expertos en la materia después de la lectura de
la precedente descripción.
Claims (15)
-
\global\parskip0.930000\baselineskip
1. Un controlador (230) configurable que comprende:- un módulo (270) de control de sincronización;
- una pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales conectados con el módulo (270) de control de sincronización;
- una lógica (370) de control conectada con la pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales;
que se caracteriza porque además comprende:- una pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas respectivamente conectadas con la pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales, estando conectada cada una de las celdas (240) de entrada idénticas con una patilla (210) de entrada del controlador configurable (230); y
- un generador (250) de señales de sincronización conectado con el módulo (270) de control de sincronización y con la pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas,
en el que cada una de la pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas es capaz de convertir parámetros de la señal de entrada en parámetros basados en el tiempo; yen el que cada uno de los módulos configurables (260) de adquisición de señales está configurado para convertir los parámetros basados en el tiempo en la forma digital requerida. - 2. El controlador configurable (230) de la reivindicación 1, en el que cada una de la pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas comprende un comparador (235), estando adaptado el comparador (235) para recibir una señal de entrada procedente de la respectiva patilla (210) de entrada del controlador configurable (230); yuna señal de sincronización procedente del generador (250) de señales de sincronización, y para emitir una señal.
- 3. El controlador configurable (230) de la reivindicación 1 ó 2, en el que la señal de sincronización comprende una forma de diente de sierra.
- 4. El controlador configurable (230) de la reivindicación 1, que comprende además:
- una pluralidad de módulos configurables (280) de lógica de control de salida conectados con la lógica (370) de control; y
- una pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de controladores (360) de salida del lado de baja conectados con los módulos configurables (280) de lógica de control de salida, estando además conectados la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de controladores (360) de salida del lado de baja con una pluralidad de patillas (380) de salida del controlador configurable.
- 5. El controlador configurable (230) de la reivindicación 4, en el que al menos uno de la pluralidad de módulos configurables (280) de lógica de control de salida está conectado con un par formado por un controlador (350) de salida del lado de alta y un controlador (360) de salida del lado de baja de la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de controladores (360) de salida del lado de baja, estando conectado el par formado por un controlador (350) de salida del lado de alta y un controlador (360) de salida del lado de baja, a través de las respectivas patillas (380) de salida del controlador configurable (230), con un lado de una carga (390), en el quedicho o dichos módulos de la pluralidad de módulos configurables (280) de lógica de control de salida está configurado para controlar solamente uno entre el controlador (350) de salida del lado de alta y el controlador (360) de salida del lado de baja del par formado por un controlador (350) de salida del lado de alta y un controlador (360) de salida del lado de baja, dependiendo de una segunda conexión de lado de la carga (390).
- 6. El controlador configurable (230) de la reivindicación 4, en el que al menos uno de la pluralidad de módulos configurables (280) de lógica de control de salida está conectado con uno de los controladores (360) del lado de baja o con uno de los controladores (350) del lado de alta de la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de controladores (360) de salida del lado de baja, estando conectado el mencionado controlador de los controladores (360) del lado de baja o el mencionado controlador de los controladores (350) del lado de alta a través de una respectiva patilla (380) de salida del controlador configurable (230) con una carga, en el quedicho o dichos módulos de la pluralidad de módulos configurables (280) de lógica de control de salida está configurado para controlar uno de los controladores (360) del lado de baja o uno de los controladores (350) del lado de alta.
\global\parskip1.000000\baselineskip
- 7. El controlador configurable (230) de la reivindicación 4, en el que un primer módulo configurable (280) de lógica de control de salida y un segundo módulo configurable (280) de lógica de control de salida están conectados respectivamente con un par formado por un controlador (350) del lado de alta y un controlador (360) del lado de baja de la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de controladores (360) de salida del lado de
baja,estando conectado el par formado por el controlador (350) del lado de alta y el controlador (360) del lado de baja con dos lados de una carga (390) a través de dos respectivas patillas (380) de salida del controlador configurable
(230),en el que el primer módulo configurable (280) de lógica de control de salida y el segundo módulo configurable (280) de lógica de control de salida están configurados para controlar el par formado por el controlador (350) del lado de alta y el controlador (360) del lado de baja mediante dos fuentes de señales independientes. - 8. El controlador configurable (230) de la reivindicación 4, en el que al menos uno de la pluralidad de módulos configurables (280) de lógica de control de salida está conectado con dos controladores (350) del lado de alta de la pluralidad de controladores (350) del lado de alta y de controladores (360) del lado de baja,estando conectados los dos controladores (350) del lado de alta con un lado de una carga (390) a través de las respectivas patillas (380) de salida del controlador configurable (230), en el quedicho o dichos módulos de la pluralidad de módulos configurables (280) de lógica de control de salida está configurado para controlar simultáneamente los dos controladores (350) del lado de alta.
- 9. El controlador configurable (230) de la reivindicación 4, en el que uno de los controladores (350) del lado de alta o de los controladores (360) del lado de baja de la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de los controladores (360) de salida del lado de baja está conectado a una de las celdas (240) de entrada.
- 10. El controlador configurable (230) de la reivindicación 9, en el que la celda (240) de entrada es capaz de medir la corriente de al menos uno de los controladores (350) del lado de alta o de los controladores (360) del lado de baja de la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de los controladores (360) de salida del lado de baja.
- 11. El controlador configurable (230) de la reivindicación 10, en el que la celda (240) de entrada es capaz de detectar la conectividad de al menos uno de los controladores (350) del lado de alta o de los controladores (360) del lado de baja de la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de los controladores (360) de salida del lado de baja.
- 12. El controlador configurable (230) de la reivindicación 10, en el que la celda (240) de entrada es capaz de confirmar la conmutación de al menos uno de los controladores (350) del lado de alta o de los controladores (360) del lado de baja de la pluralidad de controladores (350) de salida del lado de alta y de los controladores (360) de salida del lado de baja.
- 13. Un procedimiento para adquirir una pluralidad de señales, que comprende los pasos de:
- (a)
- suministrar un módulo (270) de control de sincronización;
- (b)
- configurar una pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales conectados con el módulo (270) de control de sincronización;
- (c)
- suministrar una lógica (370) de control conectada con la pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales;
- (d)
- suministrar una pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas respectivamente conectadas con la pluralidad de módulos configurables (260) de adquisición de señales;
- (e)
- suministrar un generador (250) de señales de sincronización conectado con el módulo (270) de control de sincronización y con la pluralidad de celdas (240) de entrada idénticas;
- (f)
- adquirir una pluralidad de señales de entrada, siendo adquirida cada una de la pluralidad de señales de entrada por una de la pluralidad de celdas de entrada idénticas;
- (g)
- convertir la pluralidad adquirida de señales de entrada en una pluralidad de parámetros basados en el tiempo; y
- (h)
- convertir la pluralidad de parámetros basados en el tiempo en las formas digitales requeridas.
- 14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que el paso (g) comprende además:
- (g1)
- recibir una señal de sincronización del generador (250) de señales de sincronización; y
- (g2)
- comparar la señal de entrada adquirida con la señal de sincronización.
- 15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que la señal de sincronización comprende una forma de diente de sierra.
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