DE102006059273B4 - Evaluation unit for sensors and safety edges - Google Patents
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Abstract
Auswerteeinheit (2) für Sensoren (1), insbesondere für kapazitive Sensoren, zur Überwachung von Bewegungsbereichen von Toren, Türen, Fenstern oder beweglichen Teilen von Maschinen mit mindestens einem Eingang (3) für ein Signal (S) eines Sensors (1) und mindestens einem Ausgang (6, 7, 8) zur Ausgabe eines Steuersignals (A, B, C) an eine Steuerung, wobei die Auswerteeinheit (2) mindestens eine Signalerzeugungseinheit (4, 5) aufweist, welche abhängig von dem Signal (S) an mindestens einem Eingang (3) der Auswerteeinheit (2) ein Steuersignal (A, B, C) an mindestens einem Ausgang (6, 7, 8) erzeugt, wobei durch die Signalerzeugungseinheit (4, 5) das Steuersignal (A, B, C) am Ausgang (6, 7, 8) unabhängig von der Art des das Signal (S) liefernden Sensors (1) erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass über die Signalerzeugungseinheit (4) an mindestens einem Ausgang (6) abhängig vom Signal (S) des Sensors (1) ein dynamisches Steuersignal (A) erzeugbar ist, welches dem Steuersignal einer optischen Schaltleiste entspricht.Evaluation unit (2) for sensors (1), in particular for capacitive sensors, for monitoring areas of movement of gates, doors, windows or moving parts of machines having at least one input (3) for a signal (S) of a sensor (1) and at least an output (6, 7, 8) for outputting a control signal (A, B, C) to a controller, wherein the evaluation unit (2) has at least one signal generation unit (4, 5) which depends on the signal (S) at least an input (3) of the evaluation unit (2) generates a control signal (A, B, C) at at least one output (6, 7, 8), the control signal (A, B, C) being generated by the signal generation unit (4, 5) can be generated at the output (6, 7, 8) independently of the type of sensor (1) supplying the signal (S), characterized in that the signal generating unit (4) is connected to at least one output (6) as a function of the signal (S) the sensor (1) a dynamic control signal (A) can be generated, which the control signal a he optical switchboard corresponds.
Description
Die Erfindung betrifft eine Auswerteeinheit für Sensoren, insbesondere für kapazitive Sensoren, zur Überwachung von Bewegungsbereichen von Toren, Türen, Fenstern oder beweglichen Teilen von Maschinen mit mindestens einem Eingang für ein Signal eines Sensors und mindestens einem Ausgang zur Ausgabe eines Steuersignals an eine Steuerung.The invention relates to an evaluation unit for sensors, in particular for capacitive sensors, for monitoring areas of movement of gates, doors, windows or moving parts of machines having at least one input for a signal of a sensor and at least one output for outputting a control signal to a controller.
In zunehmendem Maße werden Sensoren zur Überwachung von Bewegungsbereichen von Toren, Türen, Fenstern oder beweglichen Teilen von Maschinen und dergleichen eingesetzt. Um beispielsweise einen Einklemmschutz an einem elektrisch angetriebenen Tor zu realisieren, werden üblicherweise optische Schaltleisten oder Widerstandsschaltleisten als Sensoren verwendet, welche bei einem taktilen Kontakt mit einem Hindernis ein Steuerungssignal an die Torsteuerung senden. Konventionelle Steuerungen sind daher vorwiegend an die speziellen Signale von optischen Schaltleisten oder Widerstandsschaltleisten ausgebildet. Beispielsweise wird bei einer optischen Schaltleiste ein dynamisches Signal mit einer Frequenz von 200 Hz bis 2,5 kHz, vorzugsweise um etwa 1 kHz über einen Steuerausgang an eine Steuerungseinheit gesendet, um einen einwandfreien Zustand, beispielsweise eines Tores, zu signalisieren. Liegt eine Störung oder ein Kontakt mit einem Hindernis vor, so ändert sich das Signal der optischen Schaltleiste von einer vordefinierten Frequenz auf ein Undefiniertes Signal. Anden Signalwechsel der optischen Schaltleiste müssen die Eingänge der entsprechenden Steuerungen angepasst sein, um diesen zu detektieren. Widerstandsschaltleisten dagegen benötigen zwei Steuerausgänge. Die Steuerausgänge können bei einwandfreiem Zustand der Widerstandsschaltleiste über einen vordefinierten ohmschen Widerstand miteinander verbunden sein. Dieser beträgt üblicherweise 8,2 kQ. Im Falle eines taktilen Kontakts der Widerstandsschaltleiste mit einem Hindernis ändert sich der Widerstand von dem vordefinierten Widerstandswert auf einen Undefinierten Wert. Über eine Widerstandsmessung zwischen beiden Steuerausgängen ist es möglich, den Zustand des als Widerstandsschaltleiste ausgebildeten Sensors an eine Steuerung zu übermitteln. Um die Sicherheit bei der Überwachung von Bewegungsbereichen von Toren, Türen, Fenstern oder beweglichen Teilen von Maschinen zu verbessern, werden jedoch zunehmend auch kapazitive Sensoren verwendet, welche eine berührungslose Erkennung eines Hindernisses erlauben. Das Signal der kapazitiven Sensoren entspricht nicht dem typischen Ausgangssignal einer optischen Schaltleiste oder einer Widerstandsschaltleiste. Insofern sind für den Einsatz kapazitiver Sensoren neue Steuerungen zu entwickeln, welche die Signale der kapazitiven Sensoren verarbeiten können. Dies führt zu höheren Entwicklungskosten. Darüber hinaus ist eine Nachrüstung von Toren, Türen, Fenstern oder beweglichen Teilen von Maschinen, deren Bewegungsbereich überwacht werden, mit kapazitiven Sensoren oder Schaltleisten problematisch, da dann die gesamte Steuerung oder Teile davon ausgetauscht werden muss. Ein Sicherheitssteuergerät für Not-Aus-Anwendungen, bei dem zur bedarfsweisen Auslösung eines Not-Stopps zwei eingangsseitig angeschlossene Sensorsignale unabhängig voneinander überwacht werden, ist beispielsweise aus der F-200-Systemserie der Firma Rockwell Automation, Wuppertal bekannt. Ferner ist aus der
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einerseits die Kosten für den Einsatz von kapazitiven Sensoren zur Überwachung von Bewegungsbereichen von Toren, Türen, Fenstern oder beweglichen Maschinenteilen zu verringern und andererseits die Nachrüstung bereits bestehender Toren, Türen, Fenster oder Maschinen zu vereinfachen.On this basis, the present invention has the object, on the one hand to reduce the cost of the use of capacitive sensors for monitoring of movement areas of gates, doors, windows or moving machine parts and on the other hand to simplify the retrofitting of existing doors, windows, or machines.
Die oben hergeleitete Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung für eine gattungsgemäße Auswerteeinheit dadurch gelöst, dass die Auswerteeinheit eine Signalerzeugungseinheit aufweist, welche abhängig vom Signal an mindestens einem Eingang der Auswerteeinheit ein Steuersignal an mindestens einem Ausgang erzeugt, wobei durch die Signalerzeugungseinheit das Steuersignal am Ausgang unabhängig von der Art des das Signal liefernden Sensors erzeugbar ist.The object derived above is achieved according to a first teaching of the present invention for a generic evaluation unit in that the evaluation unit has a signal generation unit which generates a control signal at at least one output depending on the signal at at least one input of the evaluation unit, the control signal being generated by the signal generation unit can be generated at the output, regardless of the type of sensor providing the signal.
Die Unabhängigkeit des Steuerungssignals von der Art des das Signal liefernden Sensors ermöglicht, dass trotz des Einsatzes unterschiedlicher Sensoren, beispielsweise kapazitiver Sensoren, Steuersignale erzeugt werden, welche denen konventioneller Schaltleisten oder Sensoren entsprechen und damit an konventionelle Steuerungen angepasst sind. Damit werden beispielsweise bei der Verwendung von kapazitiven Sensoren zur Bewegungsüberwachung konventionelle Steuerungen zur Steuerung von Toren, Türen, Fenstern oder beweglichen Teilen von Maschinen einsetzbar. Diese müssen weder nachgerüstet noch neu entwickelt werden. Die Kosten des Einsatzes neuer, beispielsweise kapazitiver Sensoren zur Überwachung von Bewegungsbereichen werden deutlich reduziert. Selbstverständlich werden die Vorteile der Erfindung auch beim Einsatz anderer Sensoren verwirklicht. Die erfindungsgemäße Auswerteeinheit erlaubt aber auch optische Schaltleisten und Widerstandsschaltleisten, welche einen vom üblichen Standardsteuersignalen abweichende Ausgangsignale verwenden, mit konventionellen Steuerungen zu betreiben. Erfindungsgemäß ist über die Signalerzeugungseinheit an mindestens einem Ausgang abhängig vom Signal des Sensors oder der Schaltleiste ein dynamisches Steuersignal erzeugbar, welches dem Steuersignal einer optischen Schaltleiste entspricht. Dadurch kann eine eine optische Schaltleiste erwartende Steuerung zusammen mit beliebigen, insbesondere kapazitiven Sensoren betrieben werden kann.The independence of the control signal from the nature of the signal-supplying sensor allows, despite the use of different sensors, such as capacitive sensors, control signals are generated which correspond to those conventional safety edges or sensors and are thus adapted to conventional controls. Thus, for example, when using capacitive sensors for motion monitoring conventional controls for controlling gates, doors, windows or moving parts of machines can be used. These do not have to be retrofitted or redeveloped. The cost of using new, for example, capacitive sensors for monitoring movement areas are significantly reduced. Of course, the advantages of the invention are also realized when using other sensors. However, the evaluation unit according to the invention also allows optical switching strips and resistance switching strips, which use a different from the usual standard control signals output signals to operate with conventional controls. According to the invention, at least via the signal generation unit an output depending on the signal of the sensor or the switching strip, a dynamic control signal generated, which corresponds to the control signal of an optical safety edge. As a result, an optical switchgear expected control can be operated together with any, in particular capacitive sensors.
Vorzugsweise ist der Sensor als Schaltleiste, insbesondere als kapazitive Schaltleiste ausgebildet. Schaltleisten weisen vorzugsweise ein aus einem Elastomer gebildetes Hohlprofil auf, welches zur Aufnahme der Sensoren dient. Eine Schaltleiste kann beispielsweise längs einer Schließkante, z. B. eines Tores, angeordnet sein und den Bewegungsbereich des Tores auf einfache Weise überwachen. Eine kapazitive Schaltleiste ermöglicht zudem eine berührungslose Bewegungsüberwachung beispielsweise über die gesamte Torbreite.Preferably, the sensor is designed as a switching strip, in particular as a capacitive switching strip. Switching strips preferably have a hollow profile formed from an elastomer, which serves to receive the sensors. A switching strip, for example, along a closing edge, z. As a gate, be arranged and monitor the range of movement of the gate in a simple way. A capacitive safety edge also allows non-contact motion monitoring, for example over the entire door width.
Vorzugsweise ist mit der Signalerzeugungseinheit an mindestens einem Ausgang ein dynamisches Steuersignal mit einer Frequenz zwischen 200 Hz und 2,5 kHz, insbesondere mit etwa 1 kHz erzeugbar, so dass ein typisches Steuersignal einer optischen Schaltleiste über die Auswerteeinheit unabhängig von der Art des tatsächlich verwendeten Sensors für die Bewegungsüberwachung an eine Steuerung übermittelbar ist.Preferably, with the signal generating unit at least one output, a dynamic control signal with a frequency between 200 Hz and 2.5 kHz, in particular generated at about 1 kHz, so that a typical control signal of an optical safety edge over the evaluation regardless of the type of sensor actually used for movement monitoring can be transmitted to a controller.
Ist über die Signalerzeugungseinheit an mindestens zwei Ausgängen abhängig vom Signal des Sensors oder der Schaltleiste ein Steuersignal erzeugbar, welches dem Steuersignal einer Widerstandsschaltleiste entspricht, kann ein beliebiger Sensor, insbesondere ein kapazitiver Sensor, mit einer für eine Widerstandsschaltleiste vorbereiteten Steuerung betrieben werden.If a control signal, which corresponds to the control signal of a resistance switching strip, can be generated via the signal generation unit at at least two outputs as a function of the signal of the sensor or the switching strip, an arbitrary sensor, in particular a capacitive sensor, can be operated with a control prepared for a resistance switching strip.
Vorzugsweise weist die Signalerzeugungseinheit hierzu mindestens zwei Ausgänge auf, welche abhängig vom Signal des Sensors oder der Schaltleiste mit einem veränderbaren, ohmschen Widerstand elektrisch miteinander verbunden werden. Die Signalerzeugungseinheit stellt insofern ein Ausgangssignal zur Verfügung, welches von einer an Widerstandsschaltleisten angepassten Steuerung über eine Widerstandsmessung ausgewertet werden kann.For this purpose, the signal generating unit preferably has at least two outputs, which are electrically connected to each other depending on the signal of the sensor or the switching strip with a variable ohmic resistance. In this respect, the signal generation unit provides an output signal which can be evaluated by a control adapted to resistance switching strips via a resistance measurement.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit sind Auswertemittel zur Auswertung des Signals des Sensors oder der Schaltleiste am Eingang der Auswerteeinheit vorgesehen, so dass die Auswertemittel anhand des Signals des Sensors ein vordefiniertes Signal an die Signalerzeugungseinheit übermitteln können. Die Auswertemittel können beispielsweise derart ausgebildet sein, dass diese die Signale einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren aufbereiten können. Die Auswerteeinheit wird damit für unterschiedlichste Sensoren einsetzbar.According to a further advantageous embodiment of the evaluation unit according to the invention, evaluation means are provided for evaluating the signal of the sensor or the switching strip at the input of the evaluation unit, so that the evaluation means can transmit a predefined signal to the signal generation unit on the basis of the signal of the sensor. The evaluation means may be designed, for example, such that they can process the signals of a large number of different sensors. The evaluation unit can thus be used for a wide variety of sensors.
Eine Anpassung an eine Vielzahl von konventionellen Steuerungsvorrichtungen wird dadurch erreicht, dass mindestens zwei Signalerzeugungseinheiten vorgesehen sind. Beide Signalerzeugungseinheiten können an unterschiedliche Steuerungen angepasste Ausgangssignale liefern, beispielsweise Ausgangssignale einer optischen Schaltleiste und einer Widerstandsschaltleiste. Denkbar ist aber auch, dass weitere Signalerzeugungseinheiten vorgesehen sind, welche Ausgangssignale anderer Sensortypen generieren.An adaptation to a plurality of conventional control devices is achieved by providing at least two signal generation units. Both signal generating units can provide output signals adapted to different controllers, for example output signals of an optical switching strip and a resistance switching strip. It is also conceivable that further signal generating units are provided which generate output signals of other sensor types.
Insbesondere bei störanfälligen Signalen von Sensoren kann es vorteilhaft sein, dass die Auswerteeinheit in dem Sensor oder der Schaltleiste integriert ist oder in unmittelbarer Nähe des Sensors oder der Schaltleiste angeordnet ist. Hierdurch werden die Signalwege störanfälliger Signale der Sensoren minimiert, so dass deren Auswertung eine maximale Prozesssicherheit gewährleistet.In particular, in susceptible signals from sensors, it may be advantageous that the evaluation unit is integrated in the sensor or the safety edge or is located in the immediate vicinity of the sensor or the safety edge. As a result, the signal paths of interference-prone signals of the sensors are minimized, so that their evaluation ensures maximum process reliability.
Wird die Auswerteeinheit durch mindestens eine integrierte Schaltung realisiert, welche vorzugsweise programmierbare Prozessormittel aufweist, kann einerseits der Verdrahtungsaufwand sowie die Herstell kosten für die Auswerteeinheit verringert werden. Andererseits bieten die integrierte Schaltung aufgrund ihrer geringen Größe zumeist Vorteile im Hinblick auf die Anordnung der Auswerteeinheit in der Nähe des Sensors.If the evaluation unit is implemented by at least one integrated circuit, which preferably has programmable processor means, on the one hand the wiring effort and the manufacturing costs for the evaluation unit can be reduced. On the other hand, due to their small size, the integrated circuit usually offers advantages with regard to the arrangement of the evaluation unit in the vicinity of the sensor.
Beispielsweise kann die Auswerteeinheit dann besonders einfach in den Sensor integriert werden und umgekehrt.For example, the evaluation unit can then be integrated particularly easily into the sensor and vice versa.
Schließlich sind gemäß einer nächsten Ausgestaltung der Erfindung mindestens eine Signalerzeugungseinheit, Auswertemittel und/oder ein Sensor per Software und/oder Hardware in der integrierten Schaltung implementiert. Eine Softwareimplementierung ermöglicht die Verwendung von Standardkomponenten, welche lediglich entsprechend programmiert werden müssen. Eine Hardwareimplementierung ergibt einerseits Vorteile im Hinblick auf die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit und andererseits auf die Komplexität der Bauteile der integrierten Schaltung.Finally, according to a next embodiment of the invention, at least one signal generation unit, evaluation means and / or a sensor are implemented by software and / or hardware in the integrated circuit. A software implementation allows the use of standard components, which only need to be programmed accordingly. A hardware implementation provides advantages in terms of signal processing speed on the one hand and on the complexity of the components of the integrated circuit on the other hand.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die erfindungsgemäße Auswerteeinheit auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird einerseits verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit.There are now a variety of ways to design and further develop the evaluation unit according to the invention. For this purpose, on the one hand reference is made to the claims subordinate to claim 1 and on the other hand to the description of an embodiment in conjunction with the drawing. The drawing shows in the single figure schematically the structure of an embodiment of an evaluation unit according to the invention.
Zunächst ist in
Die Signalerzeugungseinheit
Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit
Beispielsweise kann ein 8,2 kQ-Widerstand eingestellt werden. Sobald die Schaltleiste oder der Sensor
Wie bereits zuvor beschrieben, sind vorzugsweise im Eingang
Angedeutet in der
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