DE10046863C1 - Schnittstelle für Lichtschrankenanordnungen - Google Patents

Abstract

Die Schnittstelle (1, 2) für Lichtschrankenanordnungen arbeitet mit einem optoelektronischen Datenaustausch, der durch einen magnetisch betätigbaren Schalter (5) aktivierbar ist (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle für Lichtschranken­ anordnungen gemäß dem Patentanspruch 1.

Die DE 42 16 242 A1 zeigt einen Schnittstellenbaustein für Sensoren, z. B. Lichtschranken, der zur Ankopplung der Sensoren eine Daten- und eine Parameterschnittstelle auf­ weist. In einem Konfigurationsbetrieb, der durch das Schalten eines magnetischen Schalters eingeleitet wird, werden Daten zwischen einer Steuereinheit und den Sensoren über die Parameterschnittstelle ausgetauscht.

Unter dem Begriff "Lichtschrankenanordnung" sind optoelektro­ nische Sensoren zur Überwachung eines Gefahrenbereiches zu verstehen, wie z. B. einzelne Lichtschranken, Lichtgitter, Lichtvorhänge etc. Derartige Lichtschrankenanordnungen weisen eine Steuerelektronik auf, die vor Inbetriebnahme den Anwendungsbedingungen entsprechend konfiguriert, d. h. programmiert werden muß oder zu Diagnosezwecken ausgelesen werden muß. Herkömmliche Lichtschrankenanordnungen weisen hierfür eine Schnittstelle mit einer aufschraubbaren Öffnung auf, in die man einen Diagnosestecker einführen kann. Das Aufschrauben der Anschlußöffnung ist umständlich und zeit­ aufwendig und kann zu Dichtungsproblemen oder zum Verlust einzelner Teile, wie z. B. Schrauben etc., führen. Durch das Anklemmen oder Anstecken der Diagnoseschnittstelle ist eine Dejustage der Lichtschrankenanordnung nicht ausgeschlossen. Dies ist problematisch gerade dann, wenn das Diagnosehilfsmittel als Kontrolle der Justage benützt werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schnittstelle für Licht­ schrankenanordnungen dahingehend zu verbessern, daß sie bei einfachem Aufbau leicht handhabbar ist und problemlos einen hohen Schutzgrad gegen Schmutz und Feuchtigkeit ein­ hält.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Grundprinzip der Erfindung ist ein optoelektronischer Daten­ austausch, der durch einen magnetisch betätigbaren Schalter aktivierbar ist.

An der Lichtschrankenanordnung ist eine Schnittstellenkom­ ponente vorgesehen, die eine erste optoelektronische Kom­ munikationseinrichtung und den magnetisch betätigbaren Schalter aufweist. Der magnetisch betätigbare Schalter kann im einfachsten Fall ein "Reed-Kontakt" sein. Es sind aber auch elektronische magnetische Komponenten denkbar, wie z. B. Feldplatten, Hall-Generatoren oder elektronische Magnetsensoren in Form von integrierten Schaltungen. Die erste Kommunikationseinrichtung und der magnetisch betätig­ bare Schalter wirken mit einem externen, an die Schnitt­ stellenkomponente der Lichtschrankenanordnung "ansteckbaren" bzw. "ansetzbaren" Schnittstellenelement zusammen, das eine zugeordnete zweite optoelektronische Kommunikations­ einrichtung sowie einen Magneten zur Betätigung des Schalters aufweist. Die erste Kommunikationseinrichtung weist ein Lichtsendeelement und ein Lichtempfangselement auf, die eine Infrarotkopplung zwischen dem externen Schnittstellen­ element und der Lichtschrankenanordnung ermöglichen. Das externe Schnittstellenelement hat als Kommunikationsein­ richtung entweder ein Paar von Lichtsende- und Lichtempfangselementen oder eine Lichtleiteinrichtung, wie z. B. eine Lichtleitfaser, ein Prisma oder eine Spiegelanordnung, die von der ersten Kommunikationseinrichtung abgestrahltes Licht zu deren Lichtempfangselement zurückleitet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das externe Schnittstellenelement einen Anschluß bzw. ein Kabel zur Verbindung mit einem Konfigurierungs-/Diagnosegerät, wie z. B. einem PC, auf.

Für bestimmte Betriebsarten hat das externe Schnittstellen­ element einen "durchgeschleiften" Lichtleiter, der das Lichtsendeelement und das Lichtempfangselement des externen Schnittstellenelements optisch miteinander verbindet. Mit diesem Schnittstellenelement kann also die erste Kommunika­ tionseinrichtung "optisch kurzgeschlossen" werden, d. h. das Lichtsendeelement der Schnittstellenkomponente kann über das externe Schnittstellenelement optisch mit dem Lichtempfangselement der Schnittstellenkomponente verbunden werden.

Das Lichtsende- und das Lichtempfangselement sowie der magnetisch betätigbare Schalter sind hinter einer licht­ durchlässigen und magnetisch permeablen Abdeckplatte ange­ ordnet. Der Magnet ist vorzugsweise so stark, daß das externe Schnittstellenelement ggf. einschließlich des Kabels allein durch die Magnetkräfte auch an einer senkrecht stehenden Abdeckplatte der Lichtschrankenanordnung fixierbar ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das externe Schnittstellenelement bzw. die Lichtschrankenanordnung so ausgebildet, daß sich beim "Ansetzen" des externen Schnittstellenelementes an die Lichtschrankenanordnung die ersten und zweiten Lichtsende- bzw. Lichtempfangselemente allein durch die Magnetkräfte aneinander ausrichten, so daß eine einwandfreie Datenübertragung sichergestellt ist. Mit anderen Worten wird der Schalter nur dann betätigt, wenn die optischen Elemente korrekt zueinander ausgerichtet sind.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind das Lichtsende-, das Lichtempfangselement sowie der magnetisch betätigbare Schalter an eine Steuerelektronik angeschlossen, wobei dem Lichtsendeelement und dem Lichtempfangselement jeweils ein separater Controller zugeordnet sein kann.

Mit der Erfindung ist somit eine einfache Plazierung des externen Schnittstellenelementes an der Lichtschrankenanord­ nung und ein zuverlässiger Datenaustausch über eine Infrarot- Kopplung möglich, wobei durch den in das externe Schnittstel­ lenelement integrierten Magneten eine automatische Betätigung des Schalters und damit eine Aktivierung der Schnittstelle für eine Umschaltung in den Konfigurations- oder Diagnose­ modus erfolgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine erste Betriebsart; und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine zweite Betriebsart.

Fig. 1 zeigt eine Schnittstelle für Lichtschrankenanordnungen mit einer ersten Schnittstellenkomponente 1 und einem damit koppelbaren externen Schnittstellenelement 2. Die erste Schnittstellenkomponente 1 kann integraler Bestandteil einer Lichtschrankenanordnung sein, die eine Vielzahl von Lichtsendeelementen bzw. Lichtempfangselementen (nicht dargestellt) aufweisen kann.

Die erste Schnittstellenkomponente 1 weist ein erstes Licht­ sendeelement 3, ein erstes Lichtempfangselement 4 und einen magnetisch betätigbaren Schalter 5 auf, die hinter einer lichtdurchlässigen Abdeckplatte 6 angeordnet sind. Das erste Lichtsendeelement 3, das erste Lichtempfangselement 4 und der magnetisch betätigbare Schalter 5, der z. B. ein "Reed-Schalter" ist, sind an eine Mikroprozessorsteuerung 7 angeschlossen. Die Mikroprozessorsteuerung 7 weist einen ersten Controller 8 und einen zweiten Controller 9 auf, die jeweils über zugeordnete Steuerleitungen 10, 11 mit dem magnetisch betätigbaren Schalter 5 verbunden sind. Der erste Controller 8 ist ferner über eine Leitung 12 und einen Verstärker 13 mit dem Lichtsendeelement 3 ver­ bunden. Der Verstärker 13 ist über Versorgungsleitungen 14, 15 mit den Controllern 8 bzw. 9 verbunden. Ferner führt eine Leitung 16 vom Eingang des Verstärkers 13, d. h. von der Leitung 12 zum Controller 9.

Das Lichtempfangselement 4 ist über eine Leitung 17 und einen Verstärker 18 und einen Verstärkerausgang 19 mit dem Controller 9 verbunden. Ferner führt eine Leitung 20 vom Verstärkerausgang 19 zum Controller 8. Der zwischen den beiden Controllern stattfindende Datenaustausch ist schematisch durch den Pfeil 21 dargestellt.

Das externe Schnittstellenelement 2 weist ein zweites Lichtempfangselement 22 und ein zweites Lichtsendeelement 23 auf, die über zugeordnete Leitungen 24, 25 mit einem Ausgang 26 verbunden sind. Der Ausgang 26 des externen Schnittstellenelementes 2 ist über eine Datenleitung 27 mit einem Konfigurierungs- bzw. Diagnosegerät verbunden, das hier schematisch als PC 28 dargestellt ist. Zu diesem Zweck kann der Ausgang 26 eine Schnittstellenanpassung zum PC, beispielsweise für eine übliche serielle oder auch parallele Schnittstelle beinhalten.

Zwischen dem Lichtsendeelement 3 und dem Lichtempfangselement 22 sowie zwischen dem Lichtsendeelement 23 und dem Licht­ empfangselement 4 erfolgt optoelektronisch ein Datenaus­ tausch, was durch Pfeile 29, 30 dargestellt ist. Das externe Schnittstellenelement 2 weist ferner einen Magneten 31 auf, der z. B. ein Permanentmagnet sein kann. Durch "Ansetzen" bzw. "Anstecken" des externen Schnittstellenelementes 2 an die Schnittstellenkomponente 1 erfolgt eine Betätigung des Reed-Schalters 5 durch den Magneten 31. Das Feld des Magneten 31, welches den Reed-Schalter 5 erregt, ist schema­ tisch durch einen Pfeil 32 dargestellt. Durch die "Aktivie­ rung" des Reed-Schalters 5 werden die Controller 8, 9 über die Leitungen 10, 11 in eine vorgegebene Betriebsart, wie z. B. einen Konfigurierungs- bzw. Diagnosemodus geschaltet.

In dieser Betriebsart können von dem PC 28 Konfigurations­ daten oder Programme an die Controller 8 und/oder 9 gesandt werden. Umgekehrt können auch Daten aus den Controllern 8 und/oder 9 zum PC 28 ausgelesen werden. Eine Übertragung von Konfigurierungsdaten wird nur dann akzeptiert, wenn beide Controller 8, 9 intakt sind. Diagnosedaten hingegen können auch dann geliefert werden, wenn einer der Controller 8, 9 defekt ist.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines externen Schnittstellenelementes 2, das für die sog. "Teach-in"-Be­ triebsart vorgesehen ist.

Bei dieser Betriebsart wird beispielsweise die Verstärkung der nicht dargestellten Lichtempfangselemente der Licht­ schranke automatisch eingestellt. Auch können bei Teilab­ deckungen einzelner Strahlen Schwellwerte für den Licht­ empfang eingestellt werden. Beim sog. "fixed blanking" werden aber in erster Linie die optisch unterbrochenen Lichtstrahlen nicht mehr bewertet und sind somit aus dem aktiven Schutzfeld ausgeklammert. Die Mikroprozessorsteuerung 7 erkennt diese Betriebsart dadurch, daß der Schalter 5 umgeschaltet ist und daß die dann von dem Lichtsendeelement 3 ausgesandten Daten in unveränderter Form am Lichtempfangs­ element 4 wieder empfangen werden.

Die erste Schnittstellenkomponente 1 ist identisch mit der der Fig. 1.

Das externe Schnittstellenelement 2 hingegen weist hier einen "durchgeschleiften" Lichtleiter 33 auf. Durch Ankoppeln der externen Schnittstelle 2 an die erste Schnittstellenkom­ ponente 1 werden der Reed-Schalter 5 durch den Magnet 31 betätigt und die Controller 8, 9 in den Konfigurations- bzw. Diagnosemodus umgeschaltet. Das vom Lichtsendeelement 3 ausgesandte Licht wird über den Lichtleiter 33 dem Licht­ empfangselement 4 zugeführt. Diese Betriebsart wird hier als "Teach-in"-Betriebsart bezeichnet. Statt dem Lichtleiter 33 kann auch eine Rückleitung durch eine optische Umlenkung mittels Prisma oder Spiegelanordnung ("Dachkantenspiegel" im 90° Winkel) verwendet werden.

Das externe Schnittstellenelement 2 ist hier also ein ein­ facher, manipulationssicherer, passiver, optomagnetischer "Schlüssel", der direkt auf die Frontscheibe bzw. Abdeck­ platte 6 der Schnittstellenkomponente 1 aufgesetzt wird, um den von der Konfigurierungsschnittstelle, d. h. vom Controller 8 bzw. Verstärker 13 und dem Lichtsendeelement 3 erzeugten Datenstrom direkt auf den Empfangskanal der Konfigurierungsschnittstelle, d. h. zum Lichtempfangselement bzw. zum Controller 9 zu lenken. Diese Art eines "Tasten­ drucks" wird vom Empfänger akzeptiert, wenn:

• a) der Sendedatenstrom 29 innerhalb eines sehr kleinen Zeitfensters auf dem Empfangskanal 30 erkannt wird und
• b) der Reed-Schalter 5 durch den in den "Schlüssel" bzw. in das externe Schnittstellenelement 2 integrierten Dauermagneten 5 umgeschaltet wird.

Aufgrund der Menge von Konfigurierungsdaten des Empfängers ist es nicht möglich, diese ausschließlich mit Schaltern, z. B. mit DIP-Schaltern, auszuwählen. Deshalb erfolgt nur die Festlegung einzelner Hauptparameter per DIP-Schalter (nicht dargestellt). Zusätzlich können Konfigurierungsdaten, die in einem nicht flüchtigen EEPROM-Speicher abgelegt werden, per PC oder Teach-in konfiguriert werden.

Die Konfigurierungsschnittstelle dient zur bidirektionalen Übertragung von Konfigurierungs- und Diagnosedaten und ermöglicht den Anschluß eines Konfigurierungs- bzw. Diagnose­ geräts, insbesondere eines PC (Fig. 1). Die Datenübertragung erfolgt auf optischem Wege durch die Frontscheibe 6 des Empfängers. Beide Controller 8, 9 werten die empfangenen Daten aus und führen einen Quervergleich durch. Zu sendende Daten werden nach einem Quervergleich nur von dem Controller 8 gesendet, wobei der Controller 8 die Nutzdaten und Controller 9 die Prüfsumme beisteuert. Zur zusätzlichen Sicherheit muß durch das externe Schnittstellenelement 2 auf magnetischem Wege der Reed-Kontakt 5 geschlossen werden, der von den Controllern 8, 9 ausgewertet wird.

Der Magnet 31 des externen Schnittstellenelementes 2 ist vorzugsweise ausreichend stark dimensioniert, so daß das Schnittstellenelement 2 samt Kabel 27 (Fig. 1) ausschließlich durch die erzeugten Magnetkräfte an der ersten Schnittstel­ lenkomponente 1, d. h. an der in den Fig. 1 und 2 vertikal stehenden Abdeckplatte 6 gehalten wird. Durch den Magnet 31 wird das Schnittstellenelement 2 "automatisch" an der Abdeckplatte 6 positioniert, so daß die Lichtsendeelemente an den zugeordneten Lichtempfangselementen ausgerichtet sind und ein zuverlässiger Datenaustausch sichergestellt ist.

Die Abdeckplatte ist werksseitig so in ein nicht darge­ stelltes Gehäuse eingebaut, daß das Innere des Gehäuses nach außen hin vollständig abgedichtet ist. Damit läßt sich auch eine sehr hohe Schutzklasse, wie z. B. die Schutz­ klasse IP65, mühelos erreichen und zwar auch während der beiden oben beschriebenen Betriebsarten, bei denen die im Inneren des Gehäuses angeordneten Komponenten mit der Außenseite des Gehäuses in Datenaustausch stehen.

Durch das Aufsetzen eines externen Magneten mit oder ohne optischer Kommunikation oder direkter optischer Rückführung könnte ein integrierter Justage-Laser für eine bestimmte Zeitdauer eingeschaltet werden, um die mechanische Ausrich­ tung der Lichtschrankenanordnung zu unterstützen. Es kann vorgesehen sein, daß dies durch einen einfachen Magneten erfolgt, der also keine optische Rückführung wie in Fig. 2 und auch keine optische Kommunikation wie in Fig. 1 auf­ weist. Dadurch kann eine Hierarchie der Bedienung vorgegeben werden, beispielsweise daß Bedienpersonen der Maschinen nur einen Magneten haben und bei einer mechanischen Dejustage nur den Justage-Laser einschalten, während beispielsweise Maschineneinrichter schon den "Teach-in"-Betrieb durchführen dürfen und daher den Magneten mit der optischen Rückführung haben, während schließlich Systembetreuer auf die Schnitt­ stelle der Fig. 1 mit Datenaustausch zu einem PC haben.

Claims (15)

1. Schnittstelle für Lichtschrankenanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschrankenanordnung eine Schnittstellenkom­ ponente (1) mit einer ersten optoelektronischen Kommu­ nikationseinrichtung (3, 4, 7) und einem magnetisch betätigbaren Schalter (5) aufweist, der zum Umschalten der ersten Kommunikationseinrichtung (3, 4, 7) in eine vorgegebene Betriebsart vorgesehen ist, und daß ein externes Schnittstellenelement (2) vorgesehen ist, das einen Magneten (31) zum Betätigen des Schal­ ters (5) und eine der ersten Kommunikationseinrichtung (3, 4, 7) zugeordnete zweite optoelektronische Kommu­ nikationseinrichtung (22, 23, 33) aufweist.

2. Schnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kommunikationseinrichtung (3, 4, 7) ein erstes Lichtsendeelement (3) und ein erstes Licht­ empfangselement (4) zum Senden bzw. Empfangen von Konfigurierungs- und/oder Diagnosedaten aufweist.

3. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kommunikationseinrichtung (3, 4, 7) eine Mikroprozessorsteuerung (7) aufweist, an die das erste Lichtsendeelement (3), das erste Licht­ empfangselement (4) und der Schalter (5) angeschlossen sind.

4. Schnittstelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprozessorsteuerung (7) zwei separate Controller (8, 9) aufweist, die dem ersten Lichtsende­ element (3) bzw. dem ersten Lichtempfangselement (4) zugeordnet sind.

5. Schnittstelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (5) mit beiden Controllern (8, 9) über zugeordnete Steuerleitungen (10, 11) verbunden ist.

6. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kommunikationseinrichtung des externen Schnittstellenelements (2) ein dem ersten Lichtsende­ element (3) zugeordnetes Lichtempfangselement (22) und ein dem ersten Lichtempfangselement (4) zugeord­ netes Lichtsendeelement (23) aufweist.

7. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das externe Schnittstellenelement (2) einen An­ schluß (26) zur Verbindung des zweiten Lichtempfangs­ elementes (22) und/oder des zweiten Lichtsendeelementes (23) mit einem Konfigurations-/Diagnoserechner (28) aufweist.

8. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lichtempfangselement (22) und das zweite Lichtsendeelement (23) über einen Lichtleiter (33) oder sonstige Lichtumlenkeinrichtungen, wie Prisma oder Spiegel, miteinander verbunden sind.

9. Schnittstelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Lichtempfangselement und das zweite Lichtsendeelement durch die beiden Enden des Licht­ leiters (33) oder der Lichtumlenkeinrichtung gebildet sind.

10. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (5) ein Reed-Kontakt oder ein auf ein Magnetfeld ansprechender Schalter, wie z. B. eine Feldplatte, ein Hall-Generator oder elektronische magnetische Sensoren, wie integrierte Schaltungen, ist.

11. . Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (31) so dimensioniert ist, daß das externe Schnittstellenelement (2) allein durch Magnet­ kräfte an der Schnittstellenkomponente (1) der Licht­ schrankenanordnung fixierbar ist.

12. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschrankenanordnung (1) und/oder das externe Schnittstellenelement (2) so ausgebildet sind, daß das externe Schnittstellenelement (2) nur bei ordnungsgemäßer Ausrichtung der ersten und zweiten Lichtsendeelemente bzw. der Lichtempfangselemente (3, 4, 22, 23) magnetisch an der Schnittstellenkom­ ponente (1) der Lichtschrankenanordnung fixierbar ist.

13. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittstellenkomponente (1) bzw. das externe Schnittstellenelement (2) so ausgebildet sind, daß sich das externe Schnittstellenelement (2) beim An­ setzen an die Schnittstellenkomponente (1) durch Magnetkräfte selbständig ausrichtet.

14. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an die Mikroprozessorsteuerung (7) eine Vielzahl von Lichtsendeelementen bzw. Lichtempfangselementen angeschlossen sind, die zur Überwachung eines Gefah­ renbereichs vorgesehen sind.

15. Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Magneten (31) zum Betätigen des Schalters (5) ein Justier-Laser für eine vorbestimmte Zeitdauer eingeschaltet wird.