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Die
Erfindung betrifft einen Sensor zur Erkennung eines Objekts nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Steuerung für eine Mehrzahl von
Sensoren nach dem Oberbegriff von Anspruch 5.
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Zur Überwachung
und Steuerung einer Anlage werden in der Fabrikautomation eine Vielzahl
von gemeinsam an eine Steuerung angeschlossenen Sensoren eingesetzt.
Ein Teil dieser Sensoren dient dazu, die Anwesenheit oder Abwesenheit
von Objekten in ihrem Überwachungsbereich
festzustellen. Solche Sensoren geben ein Objektfeststellungssignal
an die Steuerung weiter.
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Durch
fortgesetzten Betrieb, Alterung oder sonstige Einflüsse kann
sich im Laufe der Zeit die Einsatzfähigkeit der Sensoren beeinträchtigen.
Eine spezielle Gruppe von Sensoren sind optoelektronische Sensoren
wie Einweg-Lichtschranken, Reflexionslichtschranken, entsprechende
Taster oder Scanner. Bei diesen optoelektronischen Sensoren können die
optischen Elemente verschmutzen, beispielsweise eine Frontscheibe,
die Leistungsfähigkeit
der Lichtquelle abnehmen, oder es kann zu einer Dejustierung des
optischen Strahlengangs kommen. Dies kann zu einer fehlerhaften
Detektion führen,
bei der fälschlich
ein nicht vorhandenes Objekt im Überwachungsbereich
angezeigt oder umgekehrt ein Objekt übersehen wird.
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Auch
außerhalb
der optoelektronischen Sensoren sind ähnliche Fehler möglich. So
könnte
bei einem Ultraschallsensor die Elastizität der Membran abnehmen, elektromagnetische
Sensoren mit einem Spektrum außerhalb
des optischen Bereiches ähnliche
Alterung oder Verschleißanzeichen
zeigen wie die optoelektronischen Sensoren, oder mechanische Teile
beispielsweise eines Berührungssensors
ihre Beweglichkeit verlieren.
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Um
derartige Fehler zu vermeiden und das Bedienpersonal der Anlage
zumindest rechtzeitig im Voraus zu warnen, werden Sensoren mit einer
Vorausfallmeldefunktionalität
versehen, bei der sie sich selber testen oder getestet werden, um
einen wahrscheinlichen Ausfall in der näheren Zukunft zu erkennen. Über sogenannte
Vorausfallmeldeausgänge
geben die Sensoren diese Warnung, eine Vorausfallmeldung, an die
Anlagensteuerung weiter. Ein Beispielkriterium für das Auslösen einer Vorausfallmeldung
ist, wenn der Empfangspegel unter einen bestimmten kritischen Grenzwert
gefallen ist.
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Damit
die Steuerung die Objektfeststellungen und die Vorausfallmeldungen
der Sensoren verarbeiten kann, ist herkömmlich einerseits jeder Sensor
sowohl mit einem Objektfeststellungsausgang wie auch mit einem Vorausfallmeldeausgang
ausgestattet. Umgekehrt weist die Steuerung jeweils einen Objektfeststellungseingang
und einen Vorausfallmeldeeingang für jeden anschließbaren Sensor
auf. Die Steuerung benötigt
somit pro Sensor einen zusätzlichen
digitalen Eingang und ein zusätzliches
Bit im Prozessabbild allein für
die Vorausfallmeldung. Beides sind teure und knappe Ressourcen,
weil für
den digitalen Eingang zusätzliche
Hardware vorzusehen ist und die Anzahl der Bits im Prozessabbild,
also die verarbeitbaren Eingänge,
bei herkömmlichen
Steuerungen recht eng begrenzt ist.
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Die
Alternative, den Sensor über
eine Kommunikationsschnittstelle wie ASI, Profibus oder IO-Link
auszulesen und anzusteuern, verbietet sich wegen der gegenüber den
digitalen Ein- und Ausgängen
nochmals deutlich erhöhten
Kosten.
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Eine
alternative Lösung
des Standes der Technik sieht vor, alle Vorausfallmeldeausgang der Sensoren
elektrisch über
eine Oder-Schaltung miteinander zu verbinden und gemeinsam auf einen
einzigen Vorausfallmeldeeingang der Schaltung zu legen. Damit wird
zwar die Anzahl der digitalen Eingänge für die Vorausfallmeldung an
der Steuerung reduziert, dieser kann aber nicht erkennen, welcher
Sensor die Vorausfallmeldung erzeugt hat. Damit geht ein wichtiger
Aspekt der Vorausfallmeldung verloren, weil die notwendige Wartung
des die Vorausfallmeldung erzeugenden Sensors wie eine Reinigung
oder dergleichen nicht gezielt vorgenommen werden kann.
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Schließlich ist
herkömmlich
auch bekannt, an einem Sensor einen Eingang für einen Funktionstest vorzusehen,
wobei der Sensor und von ihm ausgelöst die Steuerung bei einer
erkannten Fehlfunktion durch diesen Test ganz abschaltet.
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Daher
ist Aufgabe der Erfindung, die Verarbeitung der Vorausfallmeldung
in dem Sensor und der Steuerung zu vereinfachen.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Sensor nach Anspruch 1 und eine Steuerung
nach Anspruch 5 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung hat
den Vorteil, dass die Anzahl der benötigten digitalen Eingänge einer
Steuerung reduziert ist und damit weniger Kosten anfallen. Gegenüber einer
Steuerung, bei der die Sensoren über
eine gemeinsame Oder-Schaltung auf einen einzigen Vorausfallmeldeeingang
geschaltet sind, kann die Steuerung erfindungsgemäß erkennen,
welcher Sensor die Vorausfallmeldung generiert hat. Der für den Vorausfalltestmodus
ausgebildete Sensor zeigt ebenfalls diesen Vorteil, über einen
einzigen Ausgang sowohl das Gegenstandsfeststellungssignal wie auch
das Vorausfallmeldesignal ausgeben zu können. Damit ist ermöglicht,
mit nur einer statt zwei Verbindungen je Sensor eine Steuerung anzuschließen und
den entsprechenden Aufwand für den
zusätzlichen
Ausgang und den Anschluss einzusparen.
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In
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sensors
ist ein Vorausfallmeldeeingang vorgesehen und der Sensor dafür ausgebildet,
bei Anliegen eines Signals an dem Vorausfallmeldeeingang in den
Vorausfalltestmodus überzugehen.
Der Vorausfalltestmodus muss zunächst
nicht notwendig durch die Steuerung veranlasst sein, sondern kann
auch von dem Bedienpersonal durch Auslösen einer Sensorfunktion gestartet
werden. In dieser Weiterbildung wird der Vorgang automatisiert,
indem die Steuerung das Signal für
den Vorausfalltestmodus gibt.
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Dabei
kann bevorzugt der Vorausfallmeldeeingang über eine Benutzereingabe, einen
Schalter oder eine Parametrierung alternativ als dedizierter Vorausfallmeldeausgang
geschaltet werden. Der Sensor kann damit zugleich für den Betrieb
mit dem erfindungsgemäßen Vorausfalltestmodus
wie auch nach Umschaltung gemäß dem Stand
der Technik eingesetzt werden, bei dem jeder Sensor das Vorausfallmeldesignal
direkt über
einen eigenen oder dedizierten Ausgang ausgibt. Damit sind die Einsatzmöglichkeiten
für den
Sensor erweitert.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Test eine Reduktion der Sendeleistung einer Lichtquelle
des Sensors und/oder eine Verschärfung
der Bewertungsschwellen eines Empfangselements des Sensors. Dies
sind unaufwändige,
zugleich aber trennscharfe Tests dafür, ob für den Sensor in naher Zukunft
ein Ausfall zu erwarten ist.
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Die
erfindungsgemäße Steuerung
weist bevorzugt in einer Weiterbildung einen Vorausfalltestmodusausgang
auf, über
den angeschlossene Sensoren angewiesen werden können, in einen Vorausfalltestmodus überzugehen,
in dem anstatt eines Objektfeststellungssignals das Vorausfallmeldesignal des
jeweiligen Sensors an den Objektfeststellungseingängen liegt.
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Die
Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Vorteile und
Merkmale unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Blockschaltbild
dreier erfindungsgemäßer Sensoren,
die an eine erfindungsgemäße Steuerung
angeschlossen sind.
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1 zeigt
drei Sensoren 10a–c,
die an eine gemeinsame Steuerung 12 angeschlossen sind.
Obwohl die Sensoren 10 in gleicher Weise dargestellt sind,
kann es sich um unterschiedliche Sensoren handeln. So kann jeder
der Sensoren ein optoelektronischer Sensor, eine Lichtschranke,
eine Reflexionslichtschranke, ein Taster, eine Kamera, ein Scanner
oder ein Entfernungsmesser sein, aber auch ein Ultraschalldetektor,
ein Radarsensor, ein Berührungssensor
oder jeder beliebige andere Sensor. Selbstverständlich ist die Anzahl der Sensoren 10 nicht
auf die dargestellte Zahl Drei beschränkt.
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Jeder
Sensor 10 weist eine Objektfeststellungseinheit 14a–c auf,
welche die Sensordaten auswertet und zu einem Signal verarbeitet,
ob in einem Überwachungsbereich
des Sensors 10 ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Dieses
Objektfeststellungssignal wird über
einen digitalen Ausgang 16a–c ausgegeben.
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Darüber hinaus
ist in jedem Sensor 10 eine Vorausfalldiagnoseeinrichtung 18a–c vorgesehen, die
erkennen kann, ob der Sensor 10 mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit
in der näheren
Zukunft ausfallen wird. Das Ergebnis dieser Vorausfalldiagnose kann
ebenfalls über
den digitalen Ausgang 16 ausgegeben werden. Dazu ist ein
Schalter 20a–c
vorgesehen, der den Ausgang 16 wahlweise entweder mit der
Objektfeststellungseinheit 14 oder der Vorausfalldiagnoseeinrichtung 18 verbindet.
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Über einen
digitalen Eingang 22a–c
kann der Sensor 10 in einen Vorausfalltestmodus geschaltet werden,
bei dem der Test in der Vorausfalldiagnoseeinrichtung 18 gestartet
wird und der Schalter 20 umgelegt wird, so dass anstelle
des Objektfesselungssignals das Vorausfallmeldesignal an dem digitalen Ausgang 16 liegt.
Außerhalb
des Vorausfalltestmodus verbindet der Schalter 20 wieder
die Objektfeststellungseinheit 14 mit dem digitalen Ausgang 16,
damit der Sensor das Objektfeststellungssignal ausgeben kann.
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Der
Test in der Vorausfalldiagnoseeinrichtung 18 kann darin
bestehen, Bewertungsschwellen des Sensors um einen bestimmten Faktor
zu reduzieren, damit erkannt wird, ob auch unter erschwerten Bedingungen
noch eine Detektion möglich
wäre. Solange
dies möglich
ist, ist auch zu erwarten, dass der Sensor in näherer Zukunft auch bei weiterem
Verlust unter den gegenüber
dem Test leichteren Bedingungen der Realität noch hinreichend genau arbeiten kann.
Eine ganz ähnliche
Wirkung ist zu erzielen, indem die Sendeleistung der Lichtquelle
um einen bestimmten Faktor, beispielsweise auf 33 %, reduziert wird. Ähnliche
Tests sind auch für
nicht optoelektronische Sensoren denkbar. Dabei kann immer darauf abgezielt
werden, die Erkennungsbedingungen künstlich zu verschärfen, weil
dann auch bei Verlust an Erkennungsgenauigkeit noch nicht die für den Einsatz
erforderliche Genauigkeit unterschritten wird.
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Die
Steuerung 12 weist für
jeden der Sensoren 10a–c
und auch für
jeden weiteren anschließbaren
Sensor jeweils einen digitalen Eingang auf, der im Betrieb mit dem
digitalen Ausgang 16a–c
des Sensors 10a–c
verbunden ist. Im normalen Betrieb liegt an diesem Eingang das Objektfeststellungssignal
an. Die Steuerung 12 weiß auf diesem Weg, welcher Sensor 10 in
seinem Überwachungsbereich
ein Objekt erkennt und welcher nicht. Diese Information kann für eine übliche Anlagensteuerung
verwertet werden.
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Weiterhin
ist in der Steuerung 12 ein digitaler Ausgang 26 vorgesehen,
der im Betrieb mit den Vorausfallmeldeeingänge 22a–c der Sensoren 10a–c verbunden
ist. Die Steuerung 12 sendet über den Ausgang 26 ein
Signal an die Sensoren 10, in den Vorausfalltestmodus überzugehen.
Daraufhin legen die Sensoren 10 nicht mehr das Gegenstandsfeststellersignal,
sondern das Vorausfallmeldesignal auf ihre Ausgänge 16 und damit die
Eingänge 24 der Steuerung 12.
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Die
Steuerung 12, die das Signal für den Vorausfalltestmodus gesendet
hat, geht während
dieser Zeit ebenfalls in einen Vorausfalltestmodus über, in der
sie die Signale an ihren Eingängen 24 nicht
mehr als Gegenstandsfeststellungssignal, sondern als Vorausfallmeldesignal
auswertet. Sie erkennt, welcher Sensor 10 aufgrund seines
Vorausfalltestmodus in naher Zukunft ausfallen könnte und kann darauf reagieren,
indem sie eine Warnung oder ein Wartungssignal ausgibt oder in einen
Arbeitsmodus übergeht,
in dem sie auf den betroffenen Sensor 10 verzichten kann.
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Auf
diese Weise kann die Steuerung 12 parallel alle Sensoren 10 eines
Anlagenteils gleichzeitig in den Vorausfalltestmodus versetzen und
erkennen, welcher Sensor eine Vorausfallmeldung erzeugt. Ein solcher
Test kann beispielsweise routinemäßig nach einem festen Zeitintervall
vorgesehen sein oder beim Hoch-/Anfahren der Anlage durchgeführt werden. Dabei
ist für
die Übertragung
der Vorausfallmeldungen in der Steuerung 12 kein zusätzlicher
Eingang erforderlich. Somit können
die Kosten für
den zusätzlichen
Vorausfallmeldeeingang und der entsprechende Speicherbedarf im Prozessabbild
der Steuerung 12 eingespart werden.