-
Die Erfindung betrifft eine Lichtschrankenanordnung.
-
Derartige Lichtschrankenanordnungen können insbesondere in Form von Lichtvorhängen ausgebildet sein. Ein derartiger Lichtvorhang umfasst eine Sendereinheit mit einer Reihenanordnung von Lichtstrahlen emittierenden Sendern und eine Empfängereinheit mit einer Reihenanordnung von Lichtstrahlen empfangenden Empfängern. Die Sendereinheit und die Empfängereinheit sind an gegenüberliegenden Rändern eines Überwachungsbereichs angeordnet. Bei freiem Überwachungsbereich treffen die Lichtstrahlen eines Senders ungehindert auf einen zugeordneten Empfänger, der mit diesem eine Strahlachse ausbildet. Bei einem Objekteingriff im Überwachungsbereich wird wenigstens eine Strahlachse unterbrochen. Ein derartiger Lichtvorhang weist eine Auswerteeinheit auf, in der die Empfangssignale der Empfänger ausgewertet werden. Abhängig hiervon wird in der Auswerteeinheit ein binäres Schaltsignal generiert, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet oder nicht.
-
Typischerweise werden die Strahlachsen des Lichtvorhangs zyklisch einzeln nacheinander aktiviert. Die Aktivierung der Sender erfolgt über eine in der Sendereinheit integrierte Sendersteuerung. Durch eine optische Synchronisierung über die Lichtstrahlen werden die Empfänger auf die Sender synchronisiert.
-
Bei bekannten Lichtvorhängen ist jedem Sender ein Ansteuerelement zugeordnet, mit dem der jeweilige Sender über die Sendersteuerung aktivierbar ist. Die Ansteuerelemente bilden Elektronikmodule. Da jedem Sender ein solches Ansteuerelement zugeordnet ist, ist der Schaltungsaufwand dementsprechend hoch.
-
Ein weiteres Problem bei derartigen Lichtvorhängen besteht darin, Fehler im Sendebetrieb zu erkennen und geeignete Gegenmaßnahmen zu treffen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Lichtschrankenanordnung der eingangsgenannten Art bereitzustellen, welche mit einem geringen konstruktiven Aufwand herstellbar ist und dabei eine hohe Funktionalität und Funktionssicherheit aufweist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Die Erfindung betrifft eine Lichtschrankenanordnung mit einer Anordnung von Lichtstrahlen emittierenden Sendern und Lichtstrahlen empfangenden Empfängern. Die Sender sind in Gruppen zusammengefasst, wobei jede Gruppe dieselbe Anzahl von Sendern aufweist. Jeder Gruppe ist ein Ansteuerelement zugeordnet, mittels dessen die Sender dieser Gruppe ansteuerbar sind. Weiterhin sind Steuerelemente vorgesehen, mittels derer jeweils ein anzusteuernder Sender in jeder Gruppe ausgewählt ist. Weiterhin sind Mittel zur Überwachung der Ansteuerung der Sender vorgesehen.
-
Die Mittel zur Überwachung können in Form von Rechnereinheiten oder dergleichen gebildet sein. Besonders vorteilhaft sind die Mittel zur Überwachung von einem Watchdog gebildet. Hiervon wird im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit ausgegangen.
-
Die erfindungsgemäße Lichtschrankenanordnung kann in unterschiedlichen Ausführungen ausgebildet sein.
-
Gemäß einer ersten Ausführung ist die Lichtschrankenanordnung von einem Netzwerk von Einzel-Lichtschranken gebildet, die insbesondere als Sicherheitslichtschranken ausgebildet sein können.
-
In diesem Fall bildet die Lichtschrankenanordnung ein räumlich verteiltes System, wobei in jeder Einzel-Lichtschranke eine Auswertung zur Objektüberwachung erfolgen kann, das heißt jede Einzel-Lichtschranke kann eine eigene Auswerteeinheit zur Generierung von Objektfeststellungssignalen aufweisen.
-
Gemäß einer zweiten Ausführung ist die Lichtschrankenanordnung als Lichtvorhang ausgebildet, wobei dieser insbesondere als Sicherheitslichtvorgang ausgebildet sein kann. In diesem Fall sind alle Sender in einer Sendereinheit und alle Empfänger in einer Empfängereinheit integriert. In diesem Fall ist in der Empfängereinheit eine zentrale Auswerteeinheit vorgesehen, in welcher die Empfangssignale aller Empfänger zur Generierung eines Objektfeststellungssignals ausgewertet werden. Weiterhin sind alle Komponenten zur Anordnung der Sender in der Sendereinheit integriert.
-
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lichtschrankenanordnung, in jeder Ausführung besteht darin, dass diese nur eine geringe Anzahl von Elektronikkomponenten zur Ansteuerung der Sender benötigt, wodurch ein kostengünstiger Aufbau der Senderansteuerung realisiert wird. Dieser Vorteil wird dadurch erreicht, dass die Sender in Gruppen aufgeteilt sind, die jeweils die gleiche Anzahl von Sendern aufweisen, wobei jeder Gruppe nur ein Ansteuerelement zur Ansteuerung der Sender zugeordnet ist. Im Vergleich zu bekannten Lichtvorhängen wird eine erhebliche Einsparung an Bauteilen erzielt. Zwar werden zur Auswahl einzelner Sender in den Gruppen Steuerelemente benötigt, jedoch ist die Anzahl der Steuerelemente gering im Vergleich zu den Ansteuerelementen.
-
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem Watchdog eine umfangreiche Fehlerkontrolle der gesamten Senderansteuerung ermöglicht wird. Insbesondere können mit dem Watchdog auch Fehler erkannt werden, die auf der Empfängerseite der Lichtschrankenanordnung nicht erkannt werden können. Hierzu gehören insbesondere Fehler derart, dass Sender gleichzeitig angesteuert und aktiviert werden, was im fehlerfreien Sendebetrieb nicht vorkommen darf. Bei einer Aufdeckung eines Fehlers durch den Watchdog schaltet dieses vorteilhaft alle Sender ab, das heißt es wird ein Übergang in einen sicheren Zustand realisiert. Damit wird ein fehlersicherer Sendebetrieb gewährleistet. Diese Fehlersicherheit ermöglicht, insbesondere zusammen mit einer fehlersicheren Auswertung der Empfangssignale der Empfänger, einen Einsatz der Lichtschrankenanordnung im Bereich der Sicherheitstechnik.
-
Gemäß einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung umfasst jede Gruppe zwei Sender.
-
In diesem Fall sind zwei Steuerelemente vorgesehen. Mit einem ersten Steuerelement sind die ersten Sender der Gruppen und mit einem zweiten Steuerelement die zweiten Sender der Gruppen auswählbar.
-
Natürlich können die Gruppen auch mehr als zwei Sender nachweisen. Dann werden noch weniger Ansteuerelemente benötigt. Die Anzahl der Steuerelemente entspricht dabei generell der Anzahl der Sender pro Gruppe. Die Steuerelemente bestehen vorteilhaft nur aus einem Transistor, so dass durch die Steuerelemente der konstruktive Aufwand der Senderanordnung kaum erhöht wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Lichtschrankenanordnung eine Sendersteuerung auf, die insbesondere von einer Rechnereinheit wie einem Mikroprozessor gebildet ist.
-
Mit der Sendersteuerung erfolgt die Ansteuerung der einzelnen Ansteuerelemente wobei insbesondere auch über die Sendersteuerungen Kodierungen vorgegeben werden können, so dass die mit den Ansteuerelementen angesteuerten Sender Pulsfolgen mit entsprechenden Kodierungen aussenden.
-
Weiter vorteilhaft werden die Steuerelemente jeweils über eine Modulationsleitung von der Sendersteuerung angesteuert.
-
Dabei bilden die Steuerelemente mit dem zugeordneten Sender jeweils einen Multiplexerpfad aus.
-
Die Sendersteuerung übernimmt somit nicht nur die Ansteuerung der Ansteuerelemente, sondern auch der Steuerelemente, und zwar derart, dass eine zyklische Einzelaktivierung der Sender erhalten wird.
-
Insbesondere generiert die Sendersteuerung Steuersignale, mittels derer in Zyklen die Ansteuerelemente einzeln nacheinander aktiviert werden.
-
Damit werden die Sender mittels der Sendersteuerung in einem Multiplexbetrieb betrieben.
-
Durch die Einzelaktivierung der Sender werden auf einfache Weise gegenseitige Beeinflussungen der Sender und der zugeordneten Empfänger der Lichtschrankenanordnung vermieden.
-
Die Einzelaktivierung der Sender lässt sich besonders vorteilhaft dadurch realisieren, dass die Ansteuerelemente eine Schieberegisterkette ausbilden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform generiert der Watchdog bei Feststellen eines fehlerhaften Senderbetriebs einen Abschaltbefehl für die Sender. Mit dem Watchdog kann die gesamte Senderansteuerung auf Fehler überprüft werden. Da der Watchdog im Fehlerfall einen Abschaltbefehl für die Sender generiert, wird die Lichtschrankenanordnung im Fehlerfall in einen sicheren Zustand überführt, das heißt es wird ein fehlerhafter Betrieb, der zu Fehldetektionen führen könnte, vermieden.
-
Besonders zweckmäßig ist dem Watchdog ein Abschaltelement zugeordnet, welches an die Steuerelemente angeschlossen ist.
-
Dabei ist mittels eines Abschaltbefehls des Watchdogs das Abschaltelement aktivierbar, wodurch die Multiplexerpfade mit den Steuerelementen abgeschaltet sind.
-
Mit den Abschaltelementen kann besonders einfach die Abschaltung der Sender über die Steuerelemente erfolgen.
-
Mit dem Watchdog werden die einzelnen Komponenten der Senderansteuerung überwacht, wobei insbesondere der Watchdog einen Abschaltbefehl generiert, falls die Multiplexerpfade in einem Fehlerfall gleichzeitig angesteuert sind.
-
Weiterhin generiert der Watchdog einen Abschaltbefehl, wenn die Multiplexerpfade fehlerhaft moduliert sind.
-
Damit wird mit dem Watchdog die Einzelaktivierung der Sender und auch deren Ansteuerung, dass diese Lichtstrahlen mit den korrekten Kodierungen emittieren, kontrolliert.
-
Desweiteren wird mittels des Watchdogs der maximale Strom durch die Sender überwacht. In einem Fehlerfall generiert der Watchdog einen Abschaltbefehl.
-
Damit kann der Betrieb der Sender und deren Stromversorgung direkt über den Watchdog kontrolliert werden.
-
Weiterhin wird mit dem Watchdog die Ansteuerung der Ansteuerelemente überwacht. In einem Fehlerfall generiert der Watchdog einen Abschaltbefehl.
-
Damit erstreckt sich die Fehlerkontrolle des Watchdogs auch auf die den Sendern der Gruppen zugeordneten Ansteuerelemente.
-
Desweiteren schaltet innerhalb von Sendepausen, in welchen kein Sender aktiviert ist, der Watchdog über das Abschaltelement die Multiplexerpfade ab. Die Sendersteuerung schaltet darauf wenigstens einen Multiplexerpfad an, wodurch mittels des Watchdogs die Abschaltfunktionen des Abschaltelements überprüft werden.
-
Mit dieser Art der Fehlerkontrolle kann der Watchdog unter Mitwirkung der Sendersteuerung die Abschaltfunktion selbst testen, in dem die Funktion der Abschaltelemente überprüft wird.
-
Schließlich schaltet innerhalb von Sendepausen, in welchen kein Sender aktiviert ist, der Watchdog über das Abschaltelement die Multiplexerpfade ab. Darauf schaltet die Sendersteuerung wenigstens einen der Multiplexerpfad an. Nachfolgend werden wenigstens einem der Empfänger Kodierungen von empfangenen Lichtstrahlen überprüft.
-
Bei dieser Fehlerkontrolle sind neben dem Watchdog die Empfänger miteinbezogen, wodurch die Lichtstrecken zwischen Sendern und Empfängern überprüft werden können.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lichtschrankenanordnung in Form eines Lichtvorhangs.
- 2: Komponenten der Senderansteuerung für den Lichtvorhang gemäß 1.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtschrankenanordnung in Form eines Lichtvorhangs 1, mit dem ein flächiger Überwachungsbereich überwacht wird. Der Lichtvorhang 1 weist eine Sendereinheit 2 und eine Empfängereinheit 3 auf, deren Komponenten jeweils in einem Gehäuse integriert sind und die an gegenüberliegenden Rändern des Überwachungsbereichs angeordnet sind.
-
In der Sendereinheit 2 befindet sich eine Reihenanordnung von Lichtstrahlen 4 emittierenden Sendern 5, in der Empfängereinheit 3 befindet sich eine entsprechende Anzahl von Empfängern 6. Jeweils ein Sender 5 und ein gegenüberliegender Empfänger 6 bilden eine Strahlachse. Die Strahlachsen werden durch eine in 2 detailliert dargestellte Senderansteuerung und eine optische Synchronisierung zyklisch einzeln nacheinander aktiviert. Die Objektdetektion erfolgt nach dem Lichtschrankenprinzip. In einer Auswerteeinheit 7 erfolgt hierzu eine Schwellwertberechnung der Empfangssignale der Empfänger 6 zur Generierung eines Objektfeststellungssignals in Form eines binären Schaltsignals. In der Auswerteeinheit 7 wird das Schaltsignal mit dem Schaltzustand „freier Überwachungsbereich“ generiert, falls die Lichtstrahlen 4 aller Strahlachsen ungehindert auf den jeweiligen Empfänger 6 treffen. Wird wenigstens eine Strahlachse durch einen Objekteingriff unterbrochen, wird in der Auswerteeinheit 7 ein Schaltsignal mit dem Schaltzustand „Objekt vorhanden“ generiert. Das Schaltsignal wird über einen Schaltausgang 8 ausgegeben.
-
Die Sender 5 sind von Leuchtdioden gebildet, die Empfänger 6 sind von Photodioden gebildet.
-
Die Sender 5 können auf einer nicht dargestellten Leiterplatte im Gehäuse der Sendereinheit 2 angeordnet sein. Die Empfänger 6 können entsprechend auf einer nicht dargestellten Leiterplatte im Gehäuse der Empfängereinheit 3 angeordnet sein. Weiterhin kann jedem Sender 5 eine Sendeoptik zur Strahlformung der Lichtstrahlen 4 zugeordnet sein. Entsprechend kann jedem Empfänger 6 eine Empfangsoptik zur Führung der Lichtstrahlen 4 auf den jeweiligen Empfänger 6 vorgeordnet sein. Die Sendeoptiken beziehungsweise Empfangsoptiken können von einzelnen Linsen oder Optikmodulen ausgebildet sein.
-
2 zeigt die in der Sendereinheit 2 integrierten Komponenten der Senderansteuerung. Diese weist eine Sendersteuerung 9 in Form einer ersten Rechnereinheit und einen Watchdog 10 in Form einer zweiten Rechnereinheit auf, wobei die Rechnereinheiten in Form von Mikroprozessoren oder dergleichen ausgebildet sein können. Alternativ kann der Watchdog 10 auch als Software-Watchdog ausgeführt sein und Bestandteil der Sendersteuerung 9 sein.
-
Wie aus 2 ersichtlich, sind die Sender 5 in Gruppen eingeteilt, wobei jede Gruppe aus zwei Sendern 5 besteht. Jeder Gruppe ist ein Ansteuerelement 11 zur Ansteuerung der Sender 5 dieser Gruppe zugeordnet. Die Ansteuerelemente 11 können mit den Sendern 5 auf der Leiterplatte angeordnet sein.
-
Die Sendersteuerung 9 ist über Leitungen 12, 12 a - c mit den Ansteuerelementen 11 verbunden. Damit werden von der Sendersteuerung 9 Steuersignale an die Ansteuerelemente 11 übertragen, wodurch die Ansteuerelemente 11 zyklisch einzeln nacheinander aktiviert werden, wodurch auch die Sender 5 der Gruppen nacheinander aktivierbar sind. Vorteilhaft bilden dabei die Ansteuerelemente 11 eine Schieberegisterkette aus.
-
Weiterhin sind über Modulationsleitungen 13a, 13b zwei Steuerelemente 14a, 14b an die Sendersteuerung 9 angeschlossen. Von dem ersten Steuerelemente 14a führt eine Leitung 15a zu den jeweils ersten Sendern 5 jeder Gruppe. Von dem zweiten Steuerelement 14b führt eine Leitung 15b zu den jeweils zweiten Sendern 5 jeder Gruppe. Das erste Steuerelement 14a mit der Modulationsleitung 13a und der zu den ersten Sendern 5 geführten Leitung 15a bildet einen ersten Multiplexerpfad. Das zweite Steuerelement 14b mit der Modulationsleitung 13b und der zu den zweiten Sendern 5 geführten Leitung 15b bildet einen zweiten Multiplexerpfad.
-
Mit den Steuerelementen 14a, 14b, die vorzugsweise jeweils von einem Transistor gebildet sind, erfolgt durch Vorgabe von Steuersignalen der Sendersteuerung 9 eine Auswahl der Sender 5 der einzelnen Gruppen. Wird das erste Steuerelement 14a aktiviert, werden jeweils die ersten Sender 5 aller Gruppen angesteuert und aktiviert. Wird das zweite Steuerelement 14b aktiviert, werden jeweils die zweiten Sender 5 aller Gruppen aktiviert.
-
Durch die Ansteuerung der Ansteuerelemente 11 und Steuerelemente 14a, 14b über die Sendersteuerung 9 werden die Sender 5 im Multiplexbetrieb betrieben, wobei die Sender 5 zyklisch einzeln nacheinander aktiviert werden.
-
Mit dem Watchdog 10 werden Fehlfunktionen der Senderansteuerung aufgedeckt. In einem Fehlerfall werden die Sender 5 über den Watchdog 10 abgeschaltet. Hierzu ist ein Abschaltelement 16 vorgesehen. Das Abschaltelement 16 ist über eine Steuerleitung 17 mit der Sendersteuerung 9 und über Leitungen 18a, 18b mit den Steuerelementen 14a, 14b verbunden.
-
Im Fehlerfall gibt der Watchdog 10 über die Steuerleitung 17 einen Abschaltbefehl an das Abschaltelement 16 aus. Das Abschaltelement 16 schaltet dann die Steuerelemente 14a, 14b und die Multiplexerpfade, das heißt alle Sender 5 aus. Über die Leitungen 19a, 19b wird im Watchdog 10 kontrolliert, dass das Abschaltelement 16 die Steuerelemente 14a, 14b abschalten kann. Über Leitungen 20a, 20b kontrolliert die Sendersteuerung 9, dass die Steuerelemente 14a, 14b abschalten können.
-
Die Fehlerkontrolle erfolgt derart, dass der Watchdog 10 einen Abschaltbefehl generiert, falls die Multiplexerpfade in einem Fehlerfall gleichzeitig angesteuert sind.
-
Weiterhin generiert der Watchdog 10 einen Abschaltbefehl, wenn die Multiplexerpfade fehlerhaft moduliert sind.
-
Desweiteren wird mittels des Watchdogs 10 der maximale Strom durch die Sender 5 überwacht. In einem Fehlerfall generiert der Watchdog 10 einen Abschaltbefehl.
-
Weiterhin wird mit dem Watchdog 10 die Ansteuerung der Ansteuerelemente 11 überwacht. In einem Fehlerfall generiert der Watchdog 10 einen Abschaltbefehl.
-
Desweiteren schaltet innerhalb von Sendepausen, in welchen kein Sender 5 aktiviert ist, der Watchdog 10 über das Abschaltelement 16 die Multiplexerpfade ab. Die Sendersteuerung 9 schaltet darauf wenigstens einen Multiplexerpfad an, wodurch mittels des Watchdogs 10 die Abschaltfunktionen des Abschaltelements 16 überprüft werden.
-
Schließlich schaltet innerhalb von Sendepausen, in welchen kein Sender 5 aktiviert ist, der Watchdog 10 über das Abschaltelement 16 die Multiplexerpfade ab. Darauf schaltet die Sendersteuerung 9 wenigstens einen der Multiplexerpfade an. Nachfolgend werden in wenigstens einem der Empfänger 6 Kodierungen von empfangenen Lichtstrahlen 4 überprüft.
-
Bezugszeichenliste
-
- (1)
- Lichtvorhang
- (2)
- Sendereinheit
- (3)
- Empfängereinheit
- (4)
- Lichtstrahl
- (5)
- Sender
- (6)
- Empfänger
- (7)
- Auswerteeinheit
- (8)
- Schaltausgang
- (9)
- Sendersteuerung
- (10)
- Watchdog
- (11)
- Ansteuerelement
- (12a)
- Leitung
- (12b)
- Leitung
- (12c)
- Leitung
- (13a)
- Modulationsleitung
- (13b)
- Modulationsleitung
- (14a)
- Steuerelement
- (14b)
- Steuerelement
- (15a)
- Leitung
- (15b)
- Leitung
- (16)
- Abschaltelement
- (17)
- Steuerleitung
- (18a)
- Leitung
- (18b)
- Leitung
- (19a)
- Leitung
- (19b)
- Leitung
- (20a)
- Leitung
- (20b)
- Leitung
