-
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.