DE202009010293U1 - Elektronisches Auswertemodul für Sensorsignale - Google Patents

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    • H04Q2209/82Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device where the sensing device takes the initiative of sending data

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Abstract

Elektronisches Auswertemodul (2) für einen konventionellen Sensor (1), welcher keine internen Mittel zur Auswertung und Bearbeitung der Sensorsignale (12) aufweist, mit
a) einer ersten Schnittstelle (21) zur datentechnischen Ankopplung zumindest eines konventionellen Sensors (1) und zum Empfang von Sensorsignalen (12) des mindestens einen Sensors (1),
b) einer Verarbeitungseinheit (22) zur Auswertung und/oder Weiterverarbeitung von Sensorsignalen (12), und
c) einer zweiten Schnittstelle (23) zur datentechnischen Ankopplung an eine IO-Link Datenübertragungsstrecke (3) und zur Absendung von ausgewerteten und/oder weiterverarbeiteten Sensorsignalen (12).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektronisches Auswertemodul für einen konventionellen Sensor ohne interne Mittel zur Auswertung und Bearbeitung der Sensorsignale.
  • Einfache Sensoren mit binärem oder analogem Ausgang können Signalbearbeitungen nicht eigenständig intern durchführen. Sensoren dieser Art können somit nicht ohne weiteres zur Erfassung von komplexeren Messwerten eingesetzt werden. Andernfalls muss dem Sensorausgang ein separates Auswertemodul nachgeschaltet werden, um z. B. Drehzahlen, Schaltfrequenzen, Zählwerte und dgl. bestimmen zu können.
  • Hierzu ist es bekannt, einen einfachen Sensor mittels einer Punkt-zu-Punkt Verdrahtung an eine speicherprogrammierbare Steuerung anzuschließen, welche die weitere Auswertung des vom Sensor abgegebenen Schaltsignalstromes vornimmt. Dies ist aufwendig, da für einen Signalimport an der Steuerung oft spezielle I/O Baugruppen, z. B. Zählerbaugruppen, notwendig sind.
  • Es ist weiterhin bekannt zur Analyse der Schaltsignale auch externe Auswertemodule zwischen Sensor und Steuerung zu schalten, z. B. Multifunktions-Relais. Derartige Auswertemodule verfügen aber über keine Busschnittstelle und möglichen damit keine Parametrierung über die Steuerung.
  • In der Praxis sind zwar applikationsspezifische Sensoren mit integrierter Analyse des Schaltsignals bekannt, z. B. induktive Sensoren mit integrierter Schaltfrequenzanalyse zur Drehzahlüberwachung. Diese weisen aber insbesondere den Nachteilen auf, dass eine eingeschränkte Parametrierung nur vor Ort möglich ist, z. B. über Teach Taster oder Potentiometer. In der Automatisierungstechnik erfolgt der Anschluss von Sensoren vielfach unter Einsatz des sogenannten „IO Link”. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Kommunikationssystem zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren an ein Automatisierungssystem. Die Standardisierung umfasst dabei sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit dem Automatisierungssystem in Datenaustausch treten. Mit Hilfe von IO Link ist zwar grundsätzlich eine komfortable Parametrierung von Sensoren möglich. Jedoch ist oft kein für eine bestimmte Applikation passender Sensor mit IO Link Schnittstelle verfügbar, da zur Abdeckung einer Vielfalt von Anwendungen viele unterschiedliche Spezialsensoren mit dieser Schnittstelle notwendig wären.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung anzugeben, womit ein einfacher Sensor ohne eigene interne Signalverarbeitungsmittel in einer komfortablen Art und Weise an ein Automatisierungssystem angeschlossen werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit dem in Anspruch 1 angegebenen elektronischen Auswertemodul. Vorteilhafte weitere Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Auswertemodul bietet den Vorteil, dass einfache und kostengünstige Standardsensoren auf einfache und kostengünstige Weise um die über IO-Link bereitgestellten Funktionen erweitert werden können. Die erfindungsgemäße Kombination von Sensor und Auswertemodul kann nun auch bei komplexeren Applikationen eingesetzt werden, wie z. B. bei Zählanwendungen, Erfassung und Grenzwerteüberwachung von Drehzahlen u. s. w.. Die Erfindung ermöglicht also eine datentechnische Anbindung eines konventionellen Sensors an eine IO-Link Datenübertragungsstrecke. Bereits existierende Standardsensoren können durch Erweiterung mit dem erfindungsgemäßen Auswertemodul IO-Link fähig gemacht werden, ohne dass irgendwelche Änderungen an den Sensoren selbst erforderlich sind. Die Vorteile des IO Link Systems, wie z. B. die freie Parametrierung direkt aus der Steuerung auch bei laufendem Betrieb, können dann auch bei einfachen Standardsensoren angewandt werden. Durch den modularen Aufbau, also die Trennung von Sensor und IO Link kompatiblem Auswertemodul, ist sofort ein sehr breites Spektrum an applikationsspezifischen Lösungen verfügbar, ohne dass für jede Lösung spezielle Sensoren entwickelt werden müssen. Da die Auswertealgorithmen in der Firmware des Auswertemoduls hinterlegt sind, ist eine spätere Erweiterung um zusätzliche Funktionen problemlos ohne die Entwicklung neuer Sensor- oder Modulhardware möglich. So können z. B. einfache Analogsensoren, wie z. B. induktive Sensoren mit Spannungs- bzw. Stromausgang ohne einstellbare Schaltgrenzen, durch Zwischenschaltung des erfindungsgemäßen externen Auswertemoduls parametrierfähig gemacht werden.
  • Über ein erfindungsgemäßes externes Auswertemodul können die Schaltsignale eines oder auch mehrerer Sensoren in der Art einer dezentralen Intelligenz vorverarbeitet und ausgewertet werden. Weiterhin können für jede Analysefunktion über IO Link frei einstellbare Parameter zur Verfügung gestellt werden. Das externe Auswertemodul ermöglicht also eine applikationsspezifische Signalvorverarbeitung und auch die Bereitstellung von Diagnosefunktionen.
  • Eine beispielhafte Anwendung der Erfindung soll an Hand der beiliegenden Figuren nachfolgend näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen
  • 1 ein Blockschaltbild eines externen Auswertemoduls gemäß der Erfindung, und
  • 2 das Prinzipschaltbild eines beispielhaften Automatisierungssystems mit einem einfachen Sensor, der mittel eines externen Auswertemoduls an einen IO-Link Datenbus angekoppelt ist.
  • In 1 ist auf der linken Seite ein einfacher, konventioneller Sensor 1 gezeigt, welche keine eigenen internen Mittel zur Bearbeitung und Auswertung der Sensorsignale aufweist. Mittels eines Sensorkopfes 11 werden Veränderungen in einem technischen Prozess z. B. in Form von Schaltsignalen oder Analogwerten erfasst. Derartige Sensorsignale stehen schließlich an einem Sensoranschluss 12 in binärer oder analoger Form zur Verfügung. Ein solcher Sensor konnte bislang z. B. nur direkt an einer Steuerung angeschlossen werden, welcher die Sensorsignale dann z. B. über separate Eingangsbaugruppen zur weiteren Verarbeitung eingelesen hat.
  • Stattdessen ist gemäß der Erfindung der Anschluss 12 des Sensors 2 unter Zwischenschaltung eines externen elektronischen Auswertemoduls 2 indirekt an eine IO-Link Datenübertragungsstrecke 3 angekoppelt. Hierzu weist das externe elektronische Auswertemodul 2 eine erste Schnittstelle 21 am Eingang für den Sensoranschluss 12, eine interne Verarbeitungseinheit 22 und als zweite Schnittstelle 23 am Ausgang eine integrierte IO-Link Datenbusschnittstelle auf. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die erste Schnittstelle 21 auch so ausgeführt sein, dass gleichzeitig mehrere Sensoren anschließbar sind.
  • Mit Hilfe der internen Verarbeitungseinheit 22 können eine Vielzahl von Analyse-, Vorverarbeitungs- und Diagnosefunktionen implementiert werden. Nachfolgend werden hierzu einige Beispiele gegeben.
  • So kann bei einer ersten Anwendung ein einfacher, konventioneller Sensor z. B. die Nocken auf einer Geberscheibe eines drehzahlregelbaren Antriebs erfassen. Das dabei vom Sensor abgegebene binäre Schaltsignal wird vom externen Auswertemodul analysiert, und kann dann zur Erfassung und Überwachung der Drehzahl z. B. von Antrieben eingesetzt werden. Ist versetzt zu diesem Sensor an der Geberscheibe ein weiterer einfacher, konventioneller Sensor montiert und wird dessen Sensorsignal einem weiteren Eingang des externen Auswertemoduls zugeführt, so ist zusätzlich zur Drehzahlüberwachung auch eine Drehrichtungserkennung möglich. Bei einer anderen Anwendung sind ebenfalls zwei Sensoren an einem externen Auswertemodul gemäß der Erfindung angeschlossen, wobei die einzelnen Signale der Sensoren jeweils eine Drehzahl darstellen. In diesem Fall kann das Auswertemodul durch Vergleich der Sensorsignale eine Drehzahldifferenz ermitteln, so dass eine Überwachung des Schlupfs, z. B. bei Getrieben, möglich ist.
  • Weiterhin können vom externen Auswertemodul auch Ausmessungen und Zählungen der Schaltsignale am Ausgang des binären Sensors durchgeführt werden. So können bei einer ersten Anwendung z. B. die Schaltzeiten eines einfachen Sensors gemessen werden, indem die Zeitdauern der High- oder Low-Zustände des binären Schaltsignals analysiert werden. Weiterhin können die Schaltsignale eines binären Sensors, z. B. zur Losgrößenüberwachung, gezählt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Auswertemoduls unterstützt der Zähler im Auswertemodul auch eine kombinierte Auswertung der Signale an mehreren binären Eingängen des Auswertemoduls, an die z. B. über Y-Stecker mehrere binäre Sensoren angeschlossen sind. Bei einem ersten Betriebsmodus kann ein Eingang als ein Zähleingang und der zweite Eingang als ein Schalteingang zur Umkehrung der Zählrichtung dienen. Bei einem weiteren Betriebsmodus dient ein Eingang als Zähler und der zweite Eingang als Schalteingang für ein Start-/Stopp-Signal. Bei einem weiteren Betriebsmodus kann ein Eingang auch als ein Aufwärtszähler und der zweite Eingang als ein Abwärtszähler dienen.
  • Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen Auswertemodul die Analogwerte am Ausgang eines angeschlossenen analogen Sensors analysiert werden. So können z. B. im Rahmen von Grenzwerteüberwachungen Spannungs- oder Stromausgänge von Sensoren auf einstellbare Grenzwerte überwacht und bei deren Über- oder Unterschreitung ein oder mehrere Ausgangssignale aktiviert werden. Weiterhin können auch Signalanalysen von Analogwerten, z. B. bezüglich Welligkeit, Flankenanstieg u. ä. durchgeführt werden. Schließlich können mit dem erfindungsgemäßen Auswertemodul auch Timer- und Inverterfunktionen den Signale am Schaltausgang eines einfachen, binären Sensors ergänzt werden, analog zur Funktion eines Zeitrelais. So sind u. U. kombinierte Ein- und Ausschaltverzögerungen, Impulsfunktionen wie z. B. Verlängerung eines nur kurzen Schaltsignals, Invertierungen eines Schaltsignals u. v. m. möglich.
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Auswertemoduls 2 können also die Ausgangssignale von einfachen Sensoren umfangreichen Bearbeitungen und Auswertungen unterzogen werden. Der Vorteil der Erfindung liegt nicht nur darin, dass diese aufbereiteten Signale IO-Link kompatible weiter übertragen werden können, z. B. an eine übergeordnete Steuerung. Vielmehr können von einer solchen auch Parametrierungen in das Auswertemoduls 2 geladen werden, um die Art der jeweils gewünschten und benötigten Auswertungen in optimaler Weise an die jeweilige Anwendung anpassen zu können.
  • In 2 ist schließlich beispielhaft das Prinzip eines vernetzten Automatisierungssystems gezeigt. Dabei sind an eine zentrale Steuerung 6, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung, diverse dezentrale Peripheriegeräte 8 über einen Feldbus 7 angeschlossen. An diese Peripheriegeräte 8 können nun Aktoren und Sensoren eines technischen Prozesses bevorzugt über eine IO-Link Datenschnittstelle 3 angeschlossen werden. Wie oben beschrieben ist an das linke Peripheriegerät 8 das Tandem aus einem einfachen Sensor 1 mit Sensorkopf 11 und einem externen Auswertemodul 2 über eine IO Link Schnittstelle 3 angeschlossen.
  • Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung können die Gehäuse des Sensors 1 und des Auswertemoduls 2 auch direkt zu eine kompakten Baueinheit z. B. verschraubt sein. In diesem Falle greifen also die Schnittstelle 12 auf der Sensorseite und die Schnittstelle 21 auf der Seite des Auswertemoduls 2 direkt ineinander ein, so dass eine Art stiftförmige Gesamtanordnung entsteht.
  • Zur Konfiguration und Parametrierung des externen Auswertemoduls 2 ist im Beispiel der 2 schließlich beispielhaft ein Programmiergerät 4 vorgesehen, z. B. ein Industrie PC.
  • Hierüber können Inbetriebnahmedaten über einen zusätzlichen Datenbus 5, insbesondere ein Industrial Ethernet, z. B. Profinet, in das Auswertemodul 2 geladen bzw. Test und Diagnose vom Auswertemodul 2 und dem angeschlossenen Sensor 1 abgerufen werden. Hierüber kann insbesondere die Vorverarbeitung der vom Sensor gelieferten Sensordaten in einer anwendungsspezifischen Weise vollständig individuell parametriert werden, ohne dass hierzu der Sensor selbst besondere Eigenschaften aufweisen muss. Hierdurch wird auch im Fehlerfalle, z. B. bei einem Sensordefekt, eine Instandsetzung erheblich erleichtert, da lediglich der einfache, konventionelle Sensor 1 erneut werden muss, während das Auswertemodul 2 mit allen individuellen Parametrierungen unangetastet bleiben kann.

Claims (2)

  1. Elektronisches Auswertemodul (2) für einen konventionellen Sensor (1), welcher keine internen Mittel zur Auswertung und Bearbeitung der Sensorsignale (12) aufweist, mit a) einer ersten Schnittstelle (21) zur datentechnischen Ankopplung zumindest eines konventionellen Sensors (1) und zum Empfang von Sensorsignalen (12) des mindestens einen Sensors (1), b) einer Verarbeitungseinheit (22) zur Auswertung und/oder Weiterverarbeitung von Sensorsignalen (12), und c) einer zweiten Schnittstelle (23) zur datentechnischen Ankopplung an eine IO-Link Datenübertragungsstrecke (3) und zur Absendung von ausgewerteten und/oder weiterverarbeiteten Sensorsignalen (12).
  2. Elektronisches Auswertemodul (2) nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit (22) Parametrierungen von der zweiten Schnittstelle (23) entgegen nimmt und verarbeitet.
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