DE202010008137U1

DE202010008137U1 - Sensorsystem zur Anlagenüberwachung

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Publication number: DE202010008137U1
Application number: DE202010008137U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2011-11-14
Anticipated expiration: 2020-07-23
Also published as: US20120019350A1; US8742884B2

Abstract

Sensorsystem, das wenigstens eine Sicherheitssensoreinheit zur Überwachung eines sicherheitsrelevanten Bereichs einer Anlage sowie eine mit der Sicherheitssensoreinheit verbundene oder in diese integrierte Anzeigeeinheit umfasst, wobei das Sensorsystem bei Eindringen eines unzulässigen Objektes in den überwachten, sicherheitsrelevanten Bereich ein Sicherheitsschaltsignal ausgibt, und die Sicherheitssensoreinheit eine Eingangs-Schnittstelle aufweist zum Empfang eines weiteren Sicherheitsschaltsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs-Schnittstelle derart konfigurierbar ist, dass sie einerseits das weitere Sicherheitsschaltsignal empfangen kann und andererseits auch externe, nicht-sicherheitsrelevante Signale eines externen Gerätes empfangen kann und die Anzeigeeinheit dazu ausgebildet ist, interne Zustandsdaten des Sensorsystems und sich aus den externen, nicht-sicherheitsrelevanten Signalen ergebende Informationen anzuzeigen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Überwachung einer Anlage im Hinblick auf deren Betriebssicherheit, insbesondere ein Sensorsystem zur Zugangs- oder Gefahrenbereichsabsicherung mittels Lichtgitter, mit zumindest einem Anzeigeelement zur Anzeige eines Zustandes des Sensorsystems oder der damit verbundenen Anlage.
Insbesondere mit der Automatisierung von Herstellungs- und Verpackungsprozessen gewinnen Zugangs- und Gefahrenbereichsabsicherungssysteme zunehmend an Bedeutung. Die Roboter, die die automatisierten Prozesse durchführen, stellen in der Regel ein erhebliches Gefährdungspotential für menschliches Personal dar, so dass sichergestellt werden muss, dass dieses nicht in den durch den Arbeitsbereich des entsprechenden Roboters definierten Gefahrenbereich eindringen kann, ohne eine Sicherheitsfunktion, z. B. die Schutzabschaltung des Roboters, auszulösen.
Dies wird beispielsweise durch die Verwendung eines Lichtgitters zur Überwachung der Grenzen des Gefahrenbereiches erreicht, das, wenn eine Person oder ein anderes unzulässiges Objekt in das von dem Lichtgittern erzeugte Schutzfeld eindringt, die Gefahrenquelle, z. B. eine zu überwachende Anlage, deaktiviert, z. B. indem der betreffende Roboter abgeschaltet wird. Das Sicherheitslichtgitter schützt dabei vor unzulässigem Eindringen in Gefahrenbereiche, indem das durch das Lichtgitter aufgespannte Schutzfeld auf Verletzung durch ein Objekt überwacht wird. Wird das Schutzfeld verletzt, gibt das Sicherheitslichtgitter ein entsprechendes Sicherheitssignal aus, das z. B. ein Abschaltsignal für die gefahrbringende Maschine sein kann. Derartige Lichtgitter als Sicherheitssensoren müssen zuverlässig arbeiten und deshalb hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, beispielsweise die Gerätenorm EN 61496 für berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS) und in der Applikation die Norm EN 3849 für Maschinensicherheit.
Sicherheitssensoreinheiten zur Erzeugung derartiger Lichtbarrieren besitzen – z. B. je nachdem, ob das durch das Lichtgitter definierte „Schutzfeld” durch eine Person oder ein Objekt gestört wurde oder nicht – verschiedene Zustände, die aus Gründen der Sicherheit und des Komforts möglichst klar und für die Umgebung auffällig angezeigt werden sollen. Häufig wird eine optische Anzeige verwendet, wie z. B. Signalleuchten, ähnlich einer Verkehrsampel. Derartige Zustände können z. B. eine der folgende Situationen anzeigen: „Schutzfeld wurde verletzt/Schutzfeld ist verletzt” (Zustand 1), „keine Schutzfeldverletzung detektiert/Sensoreinheit wurde zurückgesetzt” (Zustand 2) sowie „keine Schutzfeldverletzung detektiert aber Rücksetzen der Sensoreinheit erforderlich” (Zustand 3). Jeder dieser Zustände wird von einer mit dem Lichtgitter verbundenen Anzeigeeinheit z. B. optisch signalisiert, z. B. durch ein rotes Signal für den Zustand 1, grünes Signal für den Zustand 2 und ein gelbes/grünes Blinksignal für den Zustand 3. Selbstverständlich ist auch eine Unterscheidung weiterer Zustände und eine andere Art der Signalisierung (Anzeige) der Zustände möglich. Des Weiteren kommen als Sicherheitssensoreinheiten nicht nur Lichtgitter-Sensoren in Frage, sondern auch Laserscanner, Einzelstrahl-Lichtschranken und dgl..
Weiter ist es bekannt mehrere Sicherheitssensoreinheiten, z. B. Lichtgitter, zu einem Sensorverbund zu kaskadieren, wobei neben einer Haupt-Einheit („host”-Einheit) mehrere untergeordnete Unter-Einheiten („guest”-Einheiten) in einer Kaskade zusammengeschlossen sind. Jede Sicherheitssensoreinheit der Kaskade, die eine „guest”-Einheit bildet, ist über ihren Sicherheitsschaltausgang (in der Regel „OSSD”-Ausgang, „Output Signal Switching Device”, genannt) mit der nächsten Sicherheitssensoreinheit der Kaskade verbunden. Nur die als „host”-Einheit fungierende Sicherheitssensoreinheit gibt über ihren OSSD-Ausgang ein Sicherheitsschaltsignal nach außen, z. B. an eine Maschinensteuerung. Damit eine solche Kaskade aufgebaut werden kann, weist jede Sicherheitssensoreinheit einen Sicherheits-Eingang für ein OSSD-Signal auf.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Sensorsystem mit einer Sicherheitssensoreinheit und einer zugeordneten Anzeigeeinheit zur Verfügung zu stellen, das einfach konfigurierbar ist und flexibel Informationen betreffend weiterer Sensoreinheiten und/oder betreffend die zu überwachende Anlage anzeigen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Beispiel der Erfindung betrifft ein Sensorsystem mit einer Sicherheitssensoreinheit zur Überwachung eines sicherheitsrelevanten Bereichs einer Anlage sowie einer mit der Sicherheitssensoreinheit verbundenen oder in diese integrierte Anzeigeeinheit. Dabei gibt das Sensorsystem bei Eindringen eines unzulässigen Objektes in den überwachten, sicherheitsrelevanten Bereich ein Sicherheitsschaltsignal aus. Die Sicherheitssensoreinheit weist eine Eingangs-Schnittstelle zum Empfang eines weiteren Sicherheitsschaltsignals auf. Erfindungsgemäß ist die Eingangs-Schnittstelle derart konfigurierbar ist, dass sie einerseits das weitere Sicherheitsschaltsignal empfangen kann und andererseits auch externe, nicht-sicherheitsrelevante Signale eines externen Gerätes empfangen kann. Weiter ist die Anzeigeeinheit dazu ausgebildet, interne Zustandsdaten des Sensorsystems und sich aus den externen, nicht-sicherheitsrelevanten Signalen ergebende Informationen anzuzeigen.
Der von der Sicherheitssensoreinheit ermittelte Schaltzustand für ein Sicherheitssignal (Schutzfeld verletzt/nicht verletzt) legt einen internen Zustand der Sicherheitssensoreinheit fest, der z. B. ein Eindringen eines unzulässigen Objektes in den überwachten, sicherheitsrelevanten Bereich anzeigt. Diese Information wird in der Regel als ein Sicherheitsschaltsignal (OSSD-Signal) ausgegeben.
Die Sicherheitssensoreinheit und die zumindest eine über die Eingangs-Schnittstelle mit der Sicherheitssensoreinheit verbundene, externe Sensoreinheit können einen Sensorverbund bilden. In diesem Fall ist die Anzeigeeinheit dazu ausgebildet, einen Zustand anzuzeigen, der von dem Zustand der zumindest einen externen Sensoreinheit sowie von dem internen Zustand der Sicherheitssensoreinheit abhängt.
Die empfangene Information kann digital codiert sein, wodurch eine endliche Zahl von unterschiedlichen Codes an die Sicherheitssensoreinheit übertragbar ist. Die Anzeigeeinheit kann dazu ausgebildet sein, beim Empfang eines vordefinierten Codes den internen Zustand der Sicherheitssensoreinheit anzuzeigen. Die Empfangs-Schnittstelle kann derart konfiguriert sein, dass an ihr dieser vordefinierte Code anliegt, wenn keine externe Sensoreinheit oder die überwachte Anlage mit der Empfangs-Schnittstelle verbunden ist und Informationen sendet. Des Weiteren kann die Anzeigeeinheit nach Maßgabe der empfangenen Information abschaltbar sein. Die Anzeigeeinheit kann optische Anzeigeelemente zum Anzeigen eines Zustands aufweisen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Sicherheitssensoreinheit als Lichtgitter ausgebildet und ist dazu ausgebildet, eine Verletzung des Schutzfeldes des Lichtgitters durch einen entsprechenden internen Zustand zu signalisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen
1 und 2 Beispiele eines erfindungsgemäßen Sensorsystems, und
3 eine Tabelle zur Illustration der Steuerung der anzuzeigenden Zustände der Sensoreinheiten.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten bzw. Signale mit gleicher oder ähnlicher Bedeutung.
In der 1 ist die Struktur eines beispielhaften Sensorsystems dargestellt. Das Sensorsystem umfasst eine Sicherheitssensoreinheit 10, die als „host”-Lichtgitter ausgebildet ist. Das Lichtgitter 10 besteht aus einer Sendereinheit 12 und einer Empfängereinheit 14, die zwischen sich ein Schutzfeld 16 definieren, das mittels Lichtstrahlen 18 daraufhin überwacht wird, ob ein unzulässiger Eingriff und damit Unterbrechung der Lichtstrahlen 18 erfolgt. Damit wird ein sicherheitsrelevanter Bereich einer Anlage 20 überwacht. Über eine Eingangs-Schnittstelle 22 ist ein „guest”-Lichtgitter 24 angeschlossen. Die Eingangs-Schnittstelle 22 des „host”-Lichtgitters 10 ist dabei mit dem Sicherheitsschaltausgang 26 (OSSD) des „guest”-Lichtgitters 24 verbunden. Die Eingangs-Schnittstelle 22 kann z. B. eine im Prinzip beliebige Busschnittstelle oder ein sogenannter OSSD-Eingang (OSSD: „output signal switching device”, vgl. EN 61496-1) sein. Ein weiteres „guest”-Lichtgitter 28 kann an das Lichtgitter 24 in gleicher Weise angeschlossen sein, so dass insgesamt eine Kaskade dieser Lichtgitter ein Sensorsystem bilden. Über seinen Schaltausgang 30 ist das Lichtgitter 10 mit der zu überwachenden Anlage 20 verbunden, so dass im Falle eines unzulässigen Eingriffs in eines der Schutzfelder ein Sicherheitsschaltsignal an die Anlage 20 gegeben werden kann, beispielsweise für einen Not-Stopp.
Die Sicherheitssensoreinheit 10 ist mit einer Anzeigeeinheit 32 verbunden, die auch in die Sicherheitssensoreinheit 10 integriert sein könnte. Die Anzeigeeinheit 32 ist derart ausgebildet, dass sie nicht nur die Zustandinformation der Sicherheitssensoreinheit 10 anzeigen kann, sondern auch die Informationen, die über die Schnittstelle 22 erhalten werden. Auf diese Weise können zum Beispiel in einer Kaskade wie in 1 verschiedene Informationen angezeigt werden. Diese anzeigbaren Zustände können z. B. folgende Situationen repräsentieren: Eines der Schutzfelder wurde verletzt/eines der Schutzfelder ist noch verletzt” (Zustand 1), „keine Schutzfeldverletzung detektiert/Sensoreinheiten wurden zurückgesetzt” (Zustand 2) sowie „keine Schutzfeldverletzung detektiert aber Rücksetzen der Sensoreinheiten erforderlich” (Zustand 3). Jeder dieser Zustände wird von der mit der Sensoreinheit verbundenen Anzeigeeinheit z. B. optisch signalisiert, z. B. durch ein rotes Signal für den Zustand 1, grünes Signal für den Zustand 2 und ein gelbes/grünes Blinksignal für den Zustand 3.
Die Eingangs-Schnittstelle 22 ist also so ausgebildet, dass sie nicht nur die Schaltinformationen der weiteren (externen) Sensoreinheiten, wie die genannten Lichtgitter 24 und 26 oder der überwachten Anlage 20 selbst aufnehmen kann, sondern auch andere als Sicherheitsschaltinformationen als externe Anzeigeinformation aufnehmen kann. Dazu kann die Eingangs-Schnittstelle 22 der Sicherheitssensoreinheit 10 entsprechend konfiguriert werden. Es kann somit an der Anzeigeeinheit 32 eine Vielzahl von Informationen angezeigt werden, beispielsweise der interne Zustand der Sicherheitssensoreinheit 10, also ob das Schutzfeld 16 verletzt ist oder nicht, eine Verletzung der Schutzfelder der Lichtgitter 24 und 28, eine Information ob überhaupt eines der Schutzfelder verletzt ist (wie im vorhergehenden Absatz beschrieben) oder irgendeine andere Zustandsinformation eines anderen an die Schnittstelle 22 angeschlossenen Gerätes 34.
Das die Anzeigeinformation transportierende Signal ist in 2 mit der Bezeichnung S_OSSD versehen.
Wie in der Tabelle aus 3 dargestellt ist, kann die empfangene Information digital codiert sein. In diesem Fall ist eine endliche Zahl von unterschiedlichen Codes an die Sicherheitssensoreinheit 10 übertragbar. Bestimmte Codes repräsentieren dabei unterschiedliche, durch die Anzeigeeinheit 32 anzuzeigende Zustände (z. B. die 2-Bit-Codes „01”, „10” und „11” gemäß der Tabelle in 3). Ein vordefinierter Code veranlasst die Anzeigeeinheit 32, den internen Zustand der Sicherheitssensoreinheit 10 anzuzeigen. Dieser vordefinierte Code wäre im Beispiel der 3 der 2-Bit-Code „00”. In dem erläuterten Beispiel ist der digitale Code ein 2-Bit-Code. Selbstverständlich sind auch andere digitale Wortlängen sowie eine serielle als auch eine parallele Übertragung der Codes möglich. Neben einer binären Codierung ist auch ein Code, der mehr als zwei Pegel verwendet, möglich.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt dieser vordefinierte Code auch dann an der Eingangs-Schnittstelle, wenn keine externe Sensoreinheit 34 oder keine Anlagensteuerung 20 daran angeschlossen ist. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die Eingangspegel der Eingangs-Schnittstelle über Pull-Down-Widerstände auf einen niedrigen Pegel (entspricht dem binären Wert „0”) gezogen werden und folglich die Eingangs-Schnittstelle den digitalwert „00” sieht, wenn keine externe Sensoreinheit 34 angeschlossen ist, die aktiv einen hohen Signalpegel (entspricht dem binären Wert „1”) erzeugt. Dies hat den Vorteil, dass ein System, welches nur die Sicherheitssensoreinheit 10 umfasst, kompatibel ist zu älteren Sensoreinheiten, die die neue Funktion nicht aufweisen. Je nach Typ der Sensoreinheit können ältere Sensoreinheiten ausschließlich durch eine Änderung der Firmware der Sensoreinheiten mit der oben beschriebenen neuen Funktionalität ausgestattet werden.
Die Anzeigeeinheit 32 kann – muss jedoch nicht zwangsläufig – eine optische Anzeigeeinheit 32 sein, die beispielsweise in der Art einer Verkehrsampel unterschiedliche Zustände der Sensoreinheiten bzw. der überwachten Anlage in unterschiedlichen Farben darstellt (siehe 3). Je nach Bedarf der jeweiligen Anwendung kann die Anzeigeeinheit 32 auch nach Maßgabe der über die Eingangs-Schnittstelle empfangenen Information abschaltbar sein, d. h. die Anzeigeeinheit 32 wird z. B. beim Empfang eines entsprechenden digitalen Codes deaktiviert.
Eingangs wurden als Beispiele für Sicherheitssensoreinheiten Sensoreinheiten angegeben, die mit Hilfe von Lichtgittern die Verletzung eines Sicherheitsbereiches einer Anlage 20 überwachen. Gleichermaßen können als Sicherheitsensoreinheiten auch Laserscanner, Kameraüberwachungseinheiten und dergleichen verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

EN 61496 [0003]
Norm EN 3849 [0003]
EN 61496-1 [0017]

Claims

Sensorsystem, das wenigstens eine Sicherheitssensoreinheit zur Überwachung eines sicherheitsrelevanten Bereichs einer Anlage sowie eine mit der Sicherheitssensoreinheit verbundene oder in diese integrierte Anzeigeeinheit umfasst, wobei das Sensorsystem bei Eindringen eines unzulässigen Objektes in den überwachten, sicherheitsrelevanten Bereich ein Sicherheitsschaltsignal ausgibt, und die Sicherheitssensoreinheit eine Eingangs-Schnittstelle aufweist zum Empfang eines weiteren Sicherheitsschaltsignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs-Schnittstelle derart konfigurierbar ist, dass sie einerseits das weitere Sicherheitsschaltsignal empfangen kann und andererseits auch externe, nicht-sicherheitsrelevante Signale eines externen Gerätes empfangen kann und die Anzeigeeinheit dazu ausgebildet ist, interne Zustandsdaten des Sensorsystems und sich aus den externen, nicht-sicherheitsrelevanten Signalen ergebende Informationen anzuzeigen.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Sicherheitssensoreinheit und eine über die Eingangs-Schnittstelle mit der Sicherheitssensoreinheit verbundene externe Sensoreinheit einen Sensorverbund bilden und die Anzeigeeinheit dazu ausgebildet ist, einen Zustand anzuzeigen, der von dem Schaltzustand der zumindest einen externen Sensoreinheit sowie von dem internen Zustand der Sicherheitssensoreinheit abhängt.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die externe Information digital codiert ist und eine endliche Zahl von unterschiedlichen Codes an die Sicherheitssensoreinheit übertragbar ist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Anzeigeeinheit dazu ausgebildet ist, beim Empfang eines vordefinierten Codes den internen Zustand der Sicherheitssensoreinheit anzuzeigen.
Sensorsystem gemäß Anspruch 3, bei dem die Empfangs-Schnittstelle derart konfiguriert ist, dass an dieser der vordefinierte Code anliegt, wenn keine externe Sensoreinheit oder die überwachte Anlage mit der Empfangs-Schnittstelle verbunden ist und Informationen sendet.
Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Anzeigeeinheit nach Maßgabe der empfangenen Information abschaltbar ist.
Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Anzeigeeinheit optische Anzeigeelemente zum Anzeigen eines Zustands umfasst.
Sensorsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Sicherheitssensoreinheit als Lichtgitter ausgebildet ist und dazu ausgebildet ist, eine Verletzung des Schutzfeldes des Lichtgitters durch einen entsprechenden internen Zustand zu signalisieren.