DE19826513A1 - Automatisierungssystem mit Funksensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Automatisierungssystem (1, 2) mit einer Steuerungsvorrichtung (1) zur Steuerung einer Verarbeitungsvorrichtung (2), insbesondere einer Fertigungsvorrichtung, mit mindestens einem Sensor (4, 5) zur Übertragung von Sensordaten (11) von der Verarbeitungsvorrichtung (2) an die Steuerungsvorrichtung (1). Zur Verringerung des Aufwands bei der Installation von Sensoren wird vorgeschlagen, daß der Sensor (4, 5) eine Funksendevorrichtung (8) und eine Funkenpfangsvorrichtung (9) aufweist, die zur drahtlosen Übertragung der Sensordaten (11) an die mit der Steuerungsvorrichtung (1) verbundene Empfangsvorrichtung (9) vorgeschlagen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Automatisierungssystem mit einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Verarbeitungsvor­ richtung, insbesondere einer Fertigungsvorrichtung, mit min­ destens einem Sensor zur Übertragung von Sensordaten von der Verarbeitungsvorrichtung an die Steuerungsvorrichtung.

Die Erfindung betrifft weiter einen Sensor gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 9.

Bei einem derartigen Automatisierungssystem handelt es sich beispielsweise um eine Fertigungsvorrichtung oder ein Automa­ tisierungssystem im Bereich der Gebäude-, Verpackungs- oder Lagertechnik. Zur Erfassung bestimmter Betriebszustände sind dabei Sensoren erforderlich, die beispielsweise die Position bestimmter Teile der Verarbeitungsvorrichtung bestimmen und an die Steuerungsvorrichtung zur Einleitung gegebenenfalls erforderlicher Steuerungsmaßnahmen weiterleiten. Die Sensoren sind entweder direkt mit der Steuerungsvorrichtung oder über einen Datenbus mit der Steuerungsvorrichtung verdrahtet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand bei der Installation von Sensoren zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 9 ange­ gebenen Merkmale gelöst.

Zur Installation eines Sensors ist es lediglich erforderlich, den Sensor mit Funksendevorrichtung an einem gewünschten Meß­ punkt zu plazieren. Für die Datenübermittlung zur Übertragung der Sensordaten an die im Bereich der Steuerungsvorrichtung vorgesehene Funkempfangsvorrichtung ist somit keinerlei Ver­ drahtungsaufwand erforderlich. Insgesamt erfordert die Monta­ ge von Sensoren somit keinerlei Verdrahtungsaufwand, um die Übertragung der Sensordaten an die Steuerungsvorrichtung durchzuführen. Die Sensordaten werden über eine Funkschnitt­ stelle von der Sendevorrichtung des am Ort der Verarbeitungs­ vorrichtung angeordneten Sensors an die am Ort der Steue­ rungsvorrichtung angeordnete Empfangsvorrichtung übertragen.

Eine Übertragung in Gegenrichtung, d. h. von der Steuerungs­ vorrichtung an den Sensor wird auf einfache Weise dadurch er­ möglicht, daß die Funksendevorrichtung und die Funkempfangs­ vorrichtung des Sensors jeweils als kombinierte Funksendeemp­ fangsvorrichtungen ausgebildet sind, wobei die im Bereich der Verarbeitungsvorrichtung angeordnete Funkempfangsvorrichtung zum Empfang von Ansteuerungsdaten zur Ansteuerung des Sensors vorgesehen ist.

Ein reduzierter Hardwareaufwand zur Anbindung einer Vielzahl von Sensoren wird dadurch sichergestellt, daß die Funkemp­ fangsvorrichtung Teil der Steuerungsvorrichtung ist und Mit­ tel zum Empfang der Sensordaten eines oder mehrerer Sensoren aufweist.

Eine alternative Möglichkeit zur Anbindung eines oder mehre­ rer Sensoren an die Steuerungsvorrichtung besteht darin, daß die Empfangsvorrichtung Teil eines Funkempfangsmoduls ist, welches zum Empfang der Sensordaten mehrerer Sensoren vorge­ sehen ist und mit der Steuerungsvorrichtung direkt oder über eine Datenbusverbindung verkoppelbar ist.

Ein sicherer Datenverkehr über die Funkschnittstelle des Sen­ sors wird dadurch sichergestellt, daß das zur Datenermittlung zwischen Funksensor und Funkmodul übertragene Datenprotokoll einen ersten Datenbereich zur Kennzeichnung der Identifika­ tion des Sensors und einen zweiten Datenbereich zur Kenn­ zeichnung der zu übermittelnden Sensordaten aufweist.

In analoger Weise ist eine sichere Ansteuerung des Sensors über die Funkschnittstelle dadurch möglich, daß das zur Steuerung zwischen Funkmodul und Sensor übertragene Datenpro­ tokoll einen ersten Datenbereich zur Kennzeichnung der Iden­ tifikation des Sensors und einen zweiten Datenbereich zur Kennzeichnung der zu übermittelnden Steuerdaten aufweist.

Der Aufwand zur Übertragung der Sensordaten kann dadurch ge­ ring gehalten werden, daß die Sensordaten und/oder die Steuerdaten auf binären Signalen bestehen. Je nach Aufwand der zu übertragenden Sensordaten bzw. Steuerdaten kann der hierfür benötigte Datenbereich beispielsweise auch lediglich ein Bit betragen. In diesem Fall ist eine Kennzeichnung von zwei Zuständen 0 bzw. 1 möglich.

Der Verdrahtungsaufwand zum Betrieb der Sensoren kann dadurch weiter reduziert werden, daß die für die eine Stromversorgung der Sendevorrichtung des Sensors erforderliche Energie durch elektromagnetische Abstrahlung insbesondere von der Steue­ rungsvorrichtung an den Sensor übertragen wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher beschrieben und er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Prinzipdar­ stellung eines Automatisierungssystems,

Fig. 2a ein Datenprotokoll für eine Übertragung von Sensor­ daten von einem Funksensor zu einem Funkmodul,

Fig. 2b ein Datenprotokoll für eine Übertragung von Steuer­ daten von einem Funkmodul zu einem Sensor,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Automatisie­ rungssystems,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Automatisie­ rungssystems mit Anbindung an einen Datenbus und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Automatisie­ rungssystems mit zentralem Datenbus-Funkmodul.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Automatisie­ rungssystems, welches beispielsweise bei der Fertigungsauto­ matisierung zum Einsatz kommt. Das Automatisierungssystem be­ steht im wesentlichen aus einer Verarbeitungsvorrichtung, beispielsweise einer Fertigungsvorrichtung 2 sowie aus einer Steuerungsvorrichtung 1 zur Steuerung der Fertigungsvorrich­ tung 2. Im Bereich der Fertigungsvorrichtung 2 sind Sensoren 3, 4 vorgesehen. Die Sensoren 3, 4 dienen der Erfassung von Sensordaten, beispielsweise von Meßdaten bezüglich einer Po­ sitionierung bestimmter Teile der Fertigungsvorrichtung 2. Die Sensoren 3, 4 weisen jeweils eine Funksendevorrichtung 8 auf, die über eine Funkschnittstelle 6, 7 die vom Sensor 3, 4 ermittelten Sensordaten an das Automatisierungssystem 1 über­ tragen. Hierzu weist das Automatisierungssystem 1 ein Sensor­ empfangsteil 5 mit einer Funkempfangsvorrichtung 9 auf, das im folgenden auch als Funkmodul 5 bezeichnet wird. Die Emp­ fangsvorrichtung 9 dient dem Empfang der über die Funk­ schnittstelle 6, 7 übertragenen Sensordaten, die dann in der Automatisierungsvorrichtung weiterverarbeitet werden. Über eine Verbindungsleitung 16 ist angedeutet, daß die Steue­ rungsvorrichtung 1 mit der Verarbeitungsvorrichtung 2 für einen zusätzlichen Datenaustausch verbunden sein kann.

Die Hauptaufgabe der Sensoren 3, 4 besteht darin, ermittelte Sensordaten, beispielsweise die Position eines Ventils ge­ schlossen oder geöffnet als binäre Information, d. h. Null für geöffnet und 1 für geschlossen an die Steuerungsvorrichtung 1 zu übermitteln. Vorteilhafterweise ist die Sendevorrichtung 8 sowie die Empfangsvorrichtung 9 jedoch derart ausgebildet, daß jeweils ein kombinierter Sende-Empfangsteil vorgesehen ist, so daß ein bidirektionaler Datenverkehr über die Funk­ schnittstellen 6, 7 ermöglicht wird. Durch die Möglichkeit einer Kommunikation von der Steuerungsvorrichtung 1 zur Fer­ tigungsvorrichtung 2 besteht die Möglichkeit, die Sensoren 3, 4 aufzufordern, ihre Meßdaten, d. h. ihre Zustände an die Steuerungsvorrichtung 1 mitzuteilen. Damit eine gezielte Aus­ wahl eines bestimmten Sensors 3, 4 möglich ist, sind dem je­ weiligen Sensor bestimmte Identifikationskennungen zugeord­ net, die eine eindeutige Identifikation des jeweiligen Sen­ sors 3, 4 ermöglichen. Auf eine derartige Anforderung zur Übermittlung der Sensordaten kann der Sensor 3, 4 beispiels­ weise über einen Duplexkanal direkt die Übertragung der Sen­ sordaten an die Steuerungsvorrichtung 1 vornehmen. Erfolgt die Übermittlung der Sensordaten über einen separaten Funkka­ nal, so sendet der Sensor 3, 4 vor einer Übertragung der ei­ gentlichen Sensordaten zunächst eine Identifikationskennung, welche eine Zuordnung der Meßdaten zum entsprechenden Sensor 3, 4 ermöglicht (vergleiche Fig. 2b). Der Vorteil der Schaf­ fung eines binären Funksensors 3, 4 besteht darin, daß für die Installation der Sensoren 3, 4 keinerlei Verdrahtungsauf­ wand für eine Datenverbindung zwischen Verarbeitungsvorrich­ tung 2 und Steuerungsvorrichtung 1 erforderlich ist. Je nach Einsatzgebiet kann die für die Energieversorgung der Sensoren 3, 4 erforderliche Stromversorgung entweder über Solarzellen gegebenenfalls in Kombination mit einem Energiespeicher wie beispielsweise einem Akkumulator, einem Kondensator etc. er­ folgen. Darüber hinaus besteht auch die alternative oder die zusätzliche vorteilhafte Möglichkeit, die Stromversorgung der Sensoren 3, 4 ebenfalls auf elektromagnetischer Basis über Funk an den Funksensor 3, 4 zu übertragen.

Fig. 2a zeigt die Prinzipdarstellung eines Datenprotokolls 10, 11, welches der Übermittlung der Sensordaten 11 von der im Bereich der Verarbeitungseinrichtung 2 angeordneten Sensor­ teilen 3, 4 zu dem im Bereich der Steuerungsvorrichtung 1 an­ geordneten Empfangsmodul 5 (vgl. Fig. 1). Das Datenprotokoll 10, 11 besteht aus einem ersten Datenbereich 10 zur Kenn­ zeichnung der Identifikation des Sensors 3, 4 und aus einem zweiten Datenbereich 11 zur Kennzeichnung der zu übermit­ telnden Sensordaten. Der erste Datenbereich 10 weist eine vierstellige Identifikationskennung I1 . . . I4 auf, welche den jeweiligen Sensor eindeutig identifizierbar macht. Der zweite Datenbereich enthält insbesondere aus Binärzahlen bestehende Sensordaten S1 . . . S3, welche beispielsweise bestimmte Po­ sitionsdaten der Fertigungsvorrichtung 2 repräsentieren.

Fig. 2b zeigt ein zu Fig. 2a analoges Datenprotokoll 12, 13, welches von der Steuerungsvorrichtung 1 über die Funkschnitt­ stellen 6, 7 zu den Sensoren 3, 4 der Verarbeitungsvorrichtung übermittelt wird. In einem ersten Datenbereich 12 sind wiede­ rum Identifikationsinformationen I1 . . . I4 enthalten, während der zweite Datenbereich 13 Steuerdaten A1 . . . A3 enthält. Die Steuerdaten 13 dienen insbesondere dazu, den Sensor zur Abga­ be aktueller Sensordaten aufzufordern. Eine derartige geziel­ te Ansprache eines Sensors hat den Vorteil, daß die Funksen­ devorrichtung des Sensors lediglich im Bedarfsfall Sensorda­ ten an die Steuerungsvorrichtung überträgt. Der Energiever­ brauch der Funksendevorrichtung kann hierdurch auf ein Mini­ mum reduziert werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Automati­ sierungssystems. Das Automatisierungssystem besteht dabei wiederum im wesentlichen aus einer Verarbeitungsvorrichtung 2 sowie einer zugeordneten Steuerungsvorrichtung 1. Im Bereich der Verarbeitungsvorrichtung 2 sind wiederum Sensoren 3, 4 vorgesehen, die über Funkschnittstellen 6, 7 mit Funkmodulen 5 verbindbar sind. Die Funkmodule 5 sind im Bereich der Steuerungsvorrichtung 1 angeordnet oder mit dieser verbunden.

Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiel, bei dem die Empfangsvorrichtung zum Empfang mehrerer Sensorsignale dient, sind bei dem in Fig. 3 gezeigten Aus­ führungsbeispiel jeweils separate Funkmodule 5a, 5b vorgese­ hen. Der im Bereich der Verarbeitungsvorrichtung angeordnete Sensorteil 3 kommuniziert dabei über die Funkschnittstelle 6 mit der Empfangsvorrichtung 5a, während der Sensorteil 4 über eine Funkschnittstelle 7 mit dem Funkmodul 5b kommuniziert. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird bezüglich der Funktion des Automatisierungssystems auf die bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1, 2a und 2b gemachten Ausführungen verwie­ sen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Auto­ matisierungssystem. Das Automatisierungssystem besteht aus einer Verarbeitungsvorrichtung 2 sowie aus einer Steuerungs­ vorrichtung 1. Im Bereich der Verarbeitungsvorrichtung 2 sind Sensoren 3, 4 vorgesehen, die über Funkschnittstellen 6, 7 mit einem Funkmodul 5 kommunizieren. Das Funkmodul 5 ist an einen Datenbus 14 gekoppelt, welcher mit der Steuerungsvor­ richtung 1 in Verbindung steht.

Bei dem Datenbus 14 handelt es sich beispielsweise um ein im Bereich der Fertigungsautomatisierung bekanntes sogenanntes Aktuator-Sensor-Interface, welches vor allem der Übertragung von meßtechnischen Signalen dient. An den Datenbus 14 können neben dem in Fig. 4 gezeigten Funkmodul 5 auch weitere Sen­ soren etc. angebunden werden, was in Fig. 4 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher gezeigt ist.

Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Automa­ tisierungssystems, welches wiederum im wesentlichen aus einer Steuerungsvorrichtung 1 sowie einer Verarbeitungsvorrichtung 2 besteht. Darüber hinaus ist entsprechend dem Ausführungs­ beispiel von Fig. 4 ein Datenbus 14 vorgesehen. Mit dem Da­ tenbus 14 ist ein Datenbus-Funkmodul 15 gekoppelt, wobei an das Datenbus-Funkmodul 15 Sensor/Aktuator Funkmodule 5 mit Sendeempfangsvorrichtungen 9 angeschlossen sind. Die Sensor- Aktuator-Funkmodulteile 5 kommunizieren über Funkschnittstel­ len 7 mit den im Bereich der Verarbeitungsvorrichtung 2 an­ geordneten Sensorteilen 2, 3, 4, die ebenfalls Sendeempfangs­ teile 8 aufweisen.

Der Vorteil der in Fig. 5 gezeigten Architektur besteht da­ rin, daß die Anbindung der über die Funkschnittstellen 7 zu übermittelnden Sensor- bzw. Steuerungsdaten zentral über das Datenbus-Funkmodul 15 erfolgt. Der Aufwand zur Anbindung der Sensorteile 5, 6 wird somit reduziert. Darüber hinaus besteht eine Kompatibilität zur Anbindung an den bestehenden Datenbus 14.

Claims (10)

1. Automatisierungssystem (1, 2) mit einer Steuerungsvor­ richtung (1) zur Steuerung einer Verarbeitungsvorrichtung (2), insbesondere einer Fertigungsvorrichtung, mit mindestens einem Sensor (4, 5) zur Übertragung von Sensordaten (11) von der Verarbeitungsvorrichtung (2) an die Steuerungsvorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4, 5) eine Funksendevorrichtung (8) und eine Funkempfangsvorrichtung (9) aufweist, die zur drahtlosen Übertragung der Sensordaten (11) an die mit der Steuerungs­ vorrichtung (1) verbundene Empfangsvorrichtung (9) vorgesehen ist.

2. Automatisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funksendevorrichtung (8) und die Funkempfangsvorrich­ tung (9) des Sensors (4, 5) als kombinierte Funksendeemp­ fangsvorrichtungen ausgebildet ist, wobei die im Bereich der Verarbeitungsvorrichtung (2) angeordnete Funkempfangsvorrich­ tung zum Empfang von Ansteuerungsdaten zur Ansteuerung des Sensors vorgesehen ist.

3. Automatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkempfangsvorrichtung (9) Teil der Steuerungsvor­ richtung (1) ist und Mittel zum Empfang der Sensordaten eines oder mehrerer Sensoren (3, 4) aufweist.

4. Automatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsvorrichtung (3) Teil eines Funkempfangsmoduls ist, welches zum Empfang der Sensordaten mehrerer Sensoren vorgesehen ist und mit der Steuerungsvorrichtung (1) direkt oder über eine Datenbusverbindung (10) koppelbar ist.

5. Automatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Datenermittlung zwischen Funksensor (3, 4) und Funkmodul (5) übertragene Datenprotokoll (10, 11) einen er­ sten Datenbereich (10) zur Kennzeichnung der Identifikation des Sensors (3, 4) und einen zweiten Datenbereich (11) zur Kennzeichnung der zu übermittelnden Sensordaten (11) auf­ weist.

6. Automatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Steuerung zwischen Funkmodul (5) und Sensor (3, 4) übertragene Datenprotokoll (12, 13) einen ersten Datenbe­ reich (12) zur Kennzeichnung der Identifikation des Sensors (3, 4) und einen zweiten Datenbereich (13) zur Kennzeichnung der zu übermittelnden Steuerdaten (13) aufweist.

7. Automatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensordaten (11) und/oder die Steuerdaten (13) aus binären Signalen bestehen.

8. Automatisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine Stromversorgung der Sendevorrichtung des Sensors erforderliche Energie durch elektromagnetische Ab­ strahlung insbesondere von der Steuerungsvorrichtung (1) an den Sensor (3, 4) übertragen wird.

9. Sensor für ein Automatisierungssystem (1, 2, 3) mit einer Steuerungsvorrichtung (1) zur Steuerung einer Verarbeitungs­ vorrichtung (2), insbesondere einer Fertigungsvorrichtung, wobei der Sensor (4, 5) zur Übertragung von Sensordaten (11) von der Verarbeitungsvorrichtung (2) an die Steuerungsvor­ richtung (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (4, 5) eine Funksendevorrichtung (8) und eine weitere Funkempfangsvorrichtung (9) aufweist, die zur Über­ tragung der Sensordaten (11) an die mit der Steuerungsvor­ richtung (1) verbundene Empfangsvorrichtung (9) vorgesehen ist.

10. Sensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Funksendevorrichtung (8) und die Funkempfangsvorrich­ tung des Sensors (4, 5) jeweils als kombinierte Funksendeemp­ fangsvorrichtungen (4, 5) ausgebildet ist, wobei die im Be­ reich der Verarbeitungsvorrichtung (2) angeordnete Funkemp­ fangsvorrichtung zum Empfang von der Ansteuerungsdaten zur Ansteuerung des Sensors vorgesehen ist.