DE19859762C2 - Überwachungsschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsschaltung für Sensorsysteme, die aus einem Sensor mit nachgeschalteter Auswerteelektronik bestehen. Die Überwachungsschaltung überprüft, ob das Sensorsystem funktionstüchtig ist.

Sensorsysteme der eingangs genannten Art werden als Schutz­ einrichtungen in Anlagen verwendet, um Personen- oder Ma­ schinenschäden zu verhindern. Solche Schutzeinrichtungen sind in verschiedenen Schriften beschrieben worden. In der DE 41 21 720 A1 ist ein Kontaktschalter beschrieben, der an dem Halter eines Trittes befestigt ist, und der durch eine Schaltfahne betätigt wird, die an dem Trägerarm eines Trittes fest angebracht ist. Das Fahrzeug kann nur rückwärts fahren, wenn der Tritt hochgeklappt ist. In der DE 37 29 107 A1 ist eine Vorrichtung beschrieben, die ein zweischalig ausgebil­ detes Trittbrett aufweist, wobei ein Teil des Trittbrettes durch Federn gelagert ist, die bei einer Gewichtsbelastung des Trittes heruntergedrückt werden und in diesem Zustand einen Sensor betätigen. Dieser Sensor steht in Verbindung mit der Fahrzeugsteuerung und verhindert bei Überschreiten einer definierten Auflast die Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges und erlaubt gleichzeitig nur eine begrenzte Geschwindigkeit für die Vorwärtsfahrt. Nachteilig ist hier, daß die Überwachungsschaltung keinen sicheren Zustand ein­ nimmt, wenn in dem sensorischen Erfassungssystem ein Fehler auftritt. Der sichere Zustand ist dann erreicht, wenn die Rückwärtsfahrt und Vorwärtsfahrt, wie oben angegeben, ein­ schränkt sind.

Diese oben beschriebenen Lösungen sehen keine Möglichkeiten vor, eine kontinuierlich-periodische Funktionsüberprüfung der Überwachungsschaltung durchzuführen und beim Auftreten eines Fehlers in der sensorischen Signalauswertung einen sicheren Zustand herbeizuführen. In der DE 32 37 606 A1 ist eine Überwachungsschaltung beschrieben, in der ein Impuls­ generator mindestens zwei Fühler ansteuert. Diese Lösung enthält jedoch keine Hinweise für die gleichzeitige Messung und Funktionsprüfung mit einem Fühler.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für eine kon­ tinuierlich-periodische elektrische Überwachung eines Sensor­ systems anzugeben, das beim Auftreten eines Fehlers entweder im Sensor und/oder in einem nachgeschalteten Auswertegerät, einen Schalter so ansteuert, daß ein sicherer Zustand der ange­ steuerten Anlage eingenommen ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bei der Betätigung eines ersten Schalters 1 wird ein Signal ausgelöst, das in einem Auswertegerät verarbeitet, den Kon­ takt eines dritten Schalters 4 betätigt. Der erste Schalter gibt Impulse oder Schaltsignale unterschiedlicher Zeitdauer ab. Eine Schaltung bewirkt, daß schnelle Impulse bis zum dritten Schalter 4 durchgelassen werden, während Impulse mit längerer Impulsdauer nur dann an den dritten Schalter weitergeleitet werden, wenn sie von der Schaltung freigegeben sind. Innerhalb des Auswertegerätes ist ein Prüfgenerator 6 und eine Vergleichsschaltung 3 vorgesehen, die dann den dritten Schalter 4 sperrt, wenn der erste Schalter 1 nicht auf ein Prüfimpuls geantwortet hat. Eine besondere Lösung ist für die Vergleichsschaltung vorgesehen, die darin be­ steht, daß die Zeitdauer des Prüfintervalls länger ist als diejenige des Prüfimpulses und daß nur dann ein Fehler er­ kannt ist, wenn der Prüfimpuls des Prüfgenerators 6 nicht in ein von der Vergleichsschaltung 3 vorgesehenes Prüfinter­ vall fällt.

Durch diese Vorgehensweise wirken sich Zeitverzögerungen, die innerhalb der Zuleitungen zum Sensor oder innerhalb der elektronischen Auswertung auftreten können, nicht auf die Prüfschärfe aus.

Bei einer besonderen Ausbildung wird der als Sensor ausge­ bildete erste Schalter einem durch die elektronische Aus­ wertung gesteuerten Funktionstest unterworfen. Das Sensor­ signal ist einer Schaltung 13 zugeführt, die den Antwort­ impuls des ersten Schalters verkürzt, und die restliche Impulsdauer überblendet.

Für die periodische Funktionsprüfung der Überwachungsschaltung wird vorzugsweise auch mit einer dem ersten Schalter nachge­ schalteten Auswerteelektronik gearbeitet, die ein Zeitglied ent­ hält, das zugleich mit dem Eingang der Auswerteelektronik von dem ersten Sensor angesteuert ist. Bei Ansteuerung durch den Sensor wird das Zeitglied rückgesetzt und der Zeitablauf be­ ginnt von neuem. Tritt der Zeitablauf ein, wirkt das Zeitglied 7 auf den zweiten Schalter 8 in der Weise ein, daß mindestens ein Schaltkontakt des Schalttteils 5 in den sicheren Zustand schaltet. Bei dieser technischen Lösung wirkt das Ausgangssignal des Sensors gleichzeitig als Prüfsignal für die Überwachungs­ schaltung.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Einbau eines induktiven Näherungsschalters 1 in einem Trittbrett 12 in der seitlichen Ansicht. Sobald das mit der Feder 13 federnd gelagerte Trittbrett mit einer Kraft belastet wird, nähert sich eine Metallfahne 11 dem in­ duktiven Näherungsschalter 1 und löst innerhalb seines Erfassungs­ bereiches ein Schaltsignal aus. Vorzugsweise ist der Schaltaus­ gang dieses Näherungsschalters so ausgebildet, daß er im nicht betätigten Zustand Strom führt und im betätigten Zustand sperrt, d. h. keinen Strom führt.

Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung der Überwachungs­ vorrichtung. Der induktive Näherungsschalter 1 ist an eine Trennstufe 2 angeschlossen, die langsame Schaltsignale an das Zeitglied 7 und langsame sowohl wie schnelle Schaltsignale an die Vergleichsstufe 3 weiterleitet. Die Stufe 3 ist mit dem dritten Schalter 4 verbunden, der einen Relaiskontakt inner­ halb des Schaltteils 5 betätigt. Der Prüfgenerator 6 erzeugt kurze periodische Schaltimpulse mit einer Zeitdauer von 5-50 ms. Diese Impulse werden über Leitungen sowohl an den Sensor 1 wie an die Vergleichsstufe 3 weitergeleitet. Die Periodendauer der Impulse ist in diesem Beispiel auf 2,5 Minuten festgelegt, kann aber auch auf andere Zeitfolgen eingestellt werden. Der Prüfimpuls bewirkt über einen in dem Näherungs­ schalter 1 zusätzlich eingebauten Halbleiterschalter eine künstlich erzeugte Bedämpfung der Oszillatorspule des Näherungs­ schalters 1. Der Prüfimpuls erzeugt hier an dem Schaltausgang des Näherungsschalters 1 ein Schaltsignal dessen Zeitdauer der­ jenigen des Prüfimpulses entspricht.

Die Trennstufe 2 verändert dieses Signal nicht und leitet es zur Vergleichsstufe 3 weiter, die ihrerseits den dritten Schalter 4 ansteuert, jedoch nur so kurz, daß sein elektri­ scher Ausgang zwar reagiert, jedoch nicht der elektrische Kontakt innerhalb des Schaltteils 5 anspricht. Dieser Reaktions­ impuls der Schaltstufe 4 wird ebenfalls der Vergleichsstufe 3 zugeführt, die die Ansteuerung des dritten Schalters 4 in dem Augenblick sperrt, wenn kein Anwortimpuls des Sensors von dem dritten Schalter 4 erhalten wurde. In diesem Fall schließt ein Relaiskontakt innerhalb des Schaltteils 5 dauerhaft. Das von dem Näherungsschalter 1 über die Trennstufe 2 mit lang­ samen Schaltimpulsen angesteuerte Zeitglied 7 ist in diesem Beispiel auf eine Periodendauer von 8 Minuten eingestellt. Das Zeitglied muß mindestens alle 8 Minuten einen Schalt­ impuls erhalten, damit der zweite Schalter 8 einen elektri­ schen Kontakt innerhalb des Schaltteils 5 dauerhaft öffnet. Ist dies nicht der Fall, schließt dieser Kontakt und schaltet das nachfolgende System in den sicheren Zustand. Die Kon­ taktfunktionen 9, 10 innerhalb des Schaltteils 5 sind durch das Motormanagement des jeweiligen Fahrzeuges vorgegeben und kön­ nen auch invers sein. Die Schaltlogik des Schaltteils 5 ist hier so ausgebildet, daß die von dem zweiten Schalter 8 angesteuerten Kontakte kontinuierlich geöffnet sind, wenn das Zeitglied 7 periodisch innerhalb eines Zeitintervalls von 8 Minuten angesteuert ist. Die von dem dritten Schalter angesteuerten Kontakte sind geschlossen, wenn sich eine Per­ son auf dem Trittbrett 12 befindet. Beide o. g. Kontakte sind parallel geschaltet. Diese Parallelschaltung hat zur Folge, daß bei Betreten des Trittbrettes der sichere Zustand sofort ein­ genommen wird, und daß der Anlagenbetrieb dann nicht mehr möglich ist, wenn die Periodenzeit des Zeitgliedes 7 von 8 Minuten abgelaufen ist. Bei inversen Kontaktfunktionen sind die Kontakte in Serie geschaltet.

Diese einfache Verschaltung gewährleistet z. B. bei Abfall­ sammelfahrzeugen, einen unterbrochenen Beladebetrieb, ohne daß Betriebsunterbrechungen auftreten. Hierbei wird davon ausge­ gangen, daß zwei Beladevorgänge immer kürzer als 8 Minuten aufeinander folgen. Die Leitungsführung zum Sensor kann noch dahingehend vereinfacht werden, daß die Signal des Prüfgene­ rators 6 nicht über eine separate Leitung sondern über die Sensorstromversorgungsleitungen zum Sensor geführt sind.

Bei der Überwachung von Strömungswächtern, Füllstandswächtern, Näherungsschaltern und ähnlichen Sensoren, mit vorzugsweise nachgeschaltetem Auswertegerät, steht die Funktionssicherheit im Vordergrund. Bei solchen Systemen geht es darum, daß der in eine Anlage steuernd eingreifende Kontakt tatsächlich reagieren würde, wenn ein Fehler in dem Sensorensystem auftritt und die Anlage im Fehlerfall in den sicheren Zustand übergeht.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung die insbesondere für Opto- oder Ultraschall-Näherungsschalter vorgesehen ist. Bei diesen Sensoren erfolgt die Funktionsprüfung nicht durch das oben beschriebene Zeitglied 7, sondern durch einen periodisch ablaufenden Prüfzyklus, der von dem Prüfgenerator 6 gesteuert ist. Die oben bezeichneten Näherungsschalter bestehen aus einem Signalsender und einem Signalempfänger. Durch einen Prüfimpuls läßt sich z. B. die Sendeenergie kurzzeitig erhöhen, was zu einem erhöhten Ausgangssignal führt. Durch die Signalverarbeitung innerhalb dieses Sensors kann dieses Antwortsignal des Sensors auf den Prüfimpuls nicht beliebig klein gehalten werden. Um das Prüfverfahren, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, anwenden zu können, ist dem Sensor eine Schaltung 13 nachgeschaltet, die den Antwort­ impuls des Sensors verkürzt und die restliche Impulsdauer dieses Antwortimpulses überblendet, so daß am Ausgang der Schaltung 13 nur ein kurzer Prüfimpuls von 5-50 ms zur Verfügung steht, der der Vergleichsstufe zugeführt ist. Erfaßt der erste Schalter eine Person, die an seinem Ausgang ein entsprechendes Signal erzeugt, so wird dieses Signal von der Schaltung 13 über die Vergleichsstufe direkt an den dritten Schalter 4 weitergeleitet. Die Überblendfunktion der Schaltung 13 wirkt nur eine kurze Zeitdauer, in diesem Beispiel 200 ms, so daß der Erfassungsvorgang nicht gestört ist. Ist es erforderlich, mehrere Sensorfunktionen zu prüfen, so ist dem ersten Sensor 1 eine Impulswandlerstufe 12 und der Vergleichsschaltung 3 eine Impulswandlerstufe 11 vorgeschaltet, wobei diese vorgeschalteten Stufen von dem Prüf­ generator 6 angesteuert sind. Für jede zu prüfende Sensor­ funktion erzeugen dann die vorgeschalteten Wandlerstufen 11, 12 je einen Impuls. Auch in diesem Beispiel ist es von be­ sonderer Bedeutung, daß der vom Prüfgenerator 6 über die Impuls­ wandlerstufe 11 angesteuerte Vergleichsschaltung 3 und durch diese Impulse gesteuerte Prüfintervalle aufweist, deren Zeit­ dauer länger ist als diejenige des von der Schaltung 13 abge­ gebenen Anwortimpulses des Sensors.

Claims (10)

1. Überwachungsschaltung für die Funktionsüberwachung eines Sensorsystems für Abfallsammelfahrzeuge, bestehend aus einem Sensor und einer nachgeschalteten Auswerteelektronik mit einer elektronischen Auswertung, die über ein Schaltteil (5) eine Anlage in einen sicheren Zustand versetzt, mit einem ersten Schalter (1), der als überwachender Sensor ausgebil­ det ist, und bei Ansprechen einen dritten Schalter (4) an­ steuert, wobei ein Prüfgenerator (6) verwendet ist, der einen Prüfimpuls an den ersten Schalter (1) abgibt und dieser mit einem Schaltimpuls reagiert, der einer Schaltung (13) zugeführt ist, die den Schaltimpuls verarbei­ tet, dieser verarbeitete Schaltimpuls den dritten Schalter (4) ansteuert, aber keine Betätigung der Schaltkontakte des Schaltteils (5) auslöst, die Schaltung (13) Schaltimpulse, die nicht vom Prüfimpuls abgeleitet sind, an den dritten Schalter (4) leitet, und der Prüfgenerator (6) eine Ver­ gleichsschaltung (3) ansteuert, die dann den dritten Schalter (4) sperrt, wenn der erste Schalter (1) nicht auf den Prüf­ impuls antwortet.

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schalter (4) ein Relais ist, dessen Kontakte bei Ansteuerung der Relaisspule mit einem kurzen Impuls nicht betätigt sind.

3. Überwachungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Spule des Relais ein Impuls abgeleitet und der Vergleichsschaltung zugeführt ist.

4. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (3) nur dann einen Fehler signalisiert, wenn der Antwortim­ puls des ersten Schalters (1) nicht in ein von der Vergleichs­ schaltung (3) vorgegebenes Prüfintervall fällt.

5. Überwachungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer des Prüfintervalls langer als diejenige des Antwortimpulses des Sensors ist.

6. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfimpuls des Prüf­ generators (6) einer oder mehreren Leitungen der Sensorstrom­ versorgung überlagert ist.

7. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertelektronik ein Zeitglied (7) aufweist, das nach Zeitablauf über den dritten Schalter (8) die Anlage in den sicheren Zustand versetzt, und daß das Zeit­ glied bei Ansprechen des ersten Schalters zurückgesetzt ist.

8. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltteil (5) einen Schließerkontakt aufweist, der von einem zweiten Schalter (8) angesteuert ist, und einen Öffnerkontakt aufweist, der von dem dritten Schalter (4) angesteuert ist, und daß beide Kon­ takte parallel geschaltet sind.

9. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsschaltung für sensorische Systeme verwendet ist, die der Strömungs- Füllstands- oder Abstandsüberwachung dienen.

10. Überwachungsschaltung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Schalter und/oder Schaltfunktionen durch einen Mikroprozessor reali­ siert sind.