DE2312375C3 - Anordnung zur Kontrolle von Sicherungs- oder überwachungseinrichtungen - Google Patents

Description

35

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kontrolle von Sicherungs- oder Überwachungseinrichtungen mit aus mehreren Strahlensendern und -empfängern bestehenden Strahlenschranken, welche ein Ereignis signalisieren, wenn der Strahlengang einer Strahlenschranke unterbrochen wird.

Anordnungen dieser Art können beispielsweise zur Sicherung von Räumen oder gefährlichen Arbeitsbereichen von Maschinen zur Anwendung gelangen, um etwa für die an der Maschine stehende Bedienungsperson eine Sicherung mit der Eigenschaft darzustellen, daß ein möglicherweise für die Bedienungsperson gefährlicher Maschinenarbeitsgang sofort unterbrochen und unterdrückt wird, sobald die Bedienungsperson beispielsweise mit ihrer Hand in den überwachten Gefahrenbereich gelangen sollte In diesem Falle würde die in den Gefahrenbereich eindringende Hand das auslösende Ereignis darstellen.

Besonders haben sich solche Einrichtungen bei Papierschneidemaschinen durchgesetzt, wo sie als Lichtschranken im unmittelbaren Bereich des Schneidmessers angeordnet sind und aus Fotozellen mit ihnen gegenüberliegend zugeordneten Lichtquellen bestehen können. Die Sicherungsaufgabe wird dadurch erfüllt, daß der Antrieb des Schneidmessers abgeschaltet wird, wenn ein zwischen Lichtsender und Lichtempfänger verlaufender Strahlengang etwa durch die Hand eines Menschen unterbrochen wird. ⁶S

Überwachungseinrichtungen nach Art dieser Lichtschranken lassen sich im übrigen auch zur Überwachung großer Räume gegen Betreten durch Unbefugte oder auch zur Objektsicherung verwenden. Ein anderer Anwendungsbereich bietet auch das Zählen von in bestimmter Richtung z. B. auf Förderbändern bewegten Gegenständen. Hier stellen die in den Bereich der dann als Zähleinrichtung dienenden Lichtschranke eindringenden Gegenstände die den Zählvorgang auslosenden Ereignisse dar. indem beim Durchlaufen eines Strahlengangs durch jeweils einen Gegenstand eine Auswerteeinrichtung zur Durchfuhrung des Zählvorgangs veranlaßt wird.

Ein wesentliches Problem stellt bei diesen Einrichtungen die Prüfung der Funktionssicherheit und der ständigen Betriebsbereitschaft der Einrichtung dar, da beispielsweise der Ausfall einer Überwachungseinrichtung an einem Maschinengefahrenbereich äußerst nachteilige Folgen haben kann.

Derzeitig verwendete Überwachungseinrichtungen werden also im allgemeinen zu bestimmten Zeiten überprüft Man kann hierbei so vorgehen, daß die Überprüfung an den Beginn der Sicherungsaufgabenfolge geiegt wird, also wird z. B. die Betriebsbereitschaft beim Einschalten der Überwachungseinrichtung oder des eine mögliche Gefahrenquelle darstellenden Maschinenteils festgestellt. Wenn diese Sicherheit der Bedeutung der Überwachung nicht angemessen ist, wird das Prüfen nach jedem ermittelten auslösenden Ereignis vorgenommen, wobei zwischen diesem Prüfen und der nächsten zu erfolgenden Sicherheitsüberprüfung kein Ausfall aufgetreten sein soll.

Wenn das Ermitteln eines Versagens der Überwachungseinrichtung auf diese Weise noch nicht hinreichend sichergestellt ist dann sollte man den Zeitpunkt der Prüfung auf Betriebsbereitschaft vor oder direkt an den Beginn des nächsten einzuleitenden bzw. auslösenden Ereignisses legen, welches zu überwachen und zu ermitteln ist Auf diese Weise wird dann der Zeitraum, während des ein unbemerktes Versagen eintreten kann, weiter wesentlich verkürzt. Dies kommt natürlich einem Gewinn an Sicherheit gleich.

Das Prüfen der Betriebsbereitschaft erfolgt üblicherweise durch tatsächliches oder simuliertes Abschalten der Strahlenquelle. Stellt sich dabei die Betriebsbereitschaft der Einrichtung heraus, dann ist diese Auswertung dem Falle entsprechend, als würde beispielsweise eine menschliche Hand in den Gefahrenbereich einer Maschine gelangen oder eine Person bzw. ein Gegenstand in einen überwachten Raum eindringen.

Bei mit mehreren Strahlengängen arbeitenden Überwachungseinrichtungen muß im Regelfalle die Aussage über einen ungehinderten Strahlengang aller Strahlen festgestellt werden. Beim Prüfen müßte man also ermitteln, ob jeder einzelne Strahl die Überwachungsaufgabe löst Diese Forderung läßt sich erfüllen, indem jeder einzelne Strahl die Überwachung vornimmt Dann muß jedoch zum lückenlosen Betrieb während des Prüfens ein anderer Strahl das Sperren unterdrücken. Hierdurch ist eine neue Unsicherheitsquelle bedingt da somit im Prinzip eine zusätzliche Überwachung der unterdrückten Überwachung notwendig wird. Eine andere Möglichkeit zur Überprüfung der Betriebsbereitschaft besteht in der Weise, daß man hierfür einen Zeitpunkt wählt, welcher keine Überwachung benötigt. In dieser Zeit bildet man eine Unterbrechung aller Strahlen nach. Zu diesem Zweck muß man allerdings alle Strahlen in ihrer Überwachungsaufgabe zusammenführen, was jedoch nicht mit Sicherheit die Feststellung der Bereitschaft aller beteiligten Strahlen erlaubt.

Hieraus ergibt sich, daß insbesondere die stänHi«»»

Oberprüfung und Feststellung der Betriebsbereitschaft der Einrichtung ein äußerst schwieriges Problem darstellt Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß in der Suche nach einer Lösung dieses Problems und in der Schaffung einer Einrichtung, die bei geringem Aufwand eine laufende, selbsttätige sowie sichere Betriebsbereitschaftsprflfung ermöglicht und bei der jedes Bauelement stets in diese Prüfung einberogen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Anordnung erfindungsgemäß so ausgebildet, daß jeweils der Empfänger einer Strahlenschranke und der Sender einer anderen Strahlenscbranke zu einem Kanal zusammengeschaliet sind, daß die Kanäle mit den zwischen ihnen liegenden Strahlenschranken in einer ungeradzahfigen Anzahl zu einem Ring zusammengeschlossen sind und daß der Strahlensender eines Kanals nur dann eingeschaltet wird, wenn der Empfänger im gleichen Kanal keine Strahlung vom Sender des vorgeschalteten Kanals erhält.

Beim Einschalten der Anordnung werden zunächst alle Sender aktiv sein und Strahlung bzw. Strahlen abgeben, da die Sender aktiviert sind, wenn die zugehörigen Empfänger keiner Strahlung unterworfen sind Einer der Empfänger wird als erster die Information an seinen ihm im Kanal zugeordneten Sender liefern, daß *s er Strahlung erhält, wodurch der Sender den Befehl erhält, keine Strahlung mehr abzugeben. Der Sender wird also zweckmäßigerweise stromtos gemacht. Hierdurch erhält von diesem Sender der ihm im Kanalring folgende und gegenüberliegende Empfänger durch Ausbleiben der Fremdstrahlung die Information, daß er seinen inzwischen und vorher ebenfalls ausgeschalteten Sender wieder einzuschalten hat

Es ist verständlich, daß sich dieser stetige Wechsel zwischen ein- und ausgeschalteten Sendern reihum in einer Richtung durch den gesamten Kanalring periodisch und ständig fortsetzt, wobei die Einleitung der Prüfung auf Betriebsbereitschaft laufend von einem Kanal an den nächsten weitergegeben wird. Da sich der Kanalring bzw. die Gesamtschaltung dynamisch verhält, erfoigt die Ausgabe der Information bzw. Prüfungsergebnisse zweckmäßigerweise ebenfalls dynamisch über einen im Kanalring liegenden Übertrager mit nachfolgender Gleichrichtung. Das Eindringen eines Gegenstandes zwischen Sender und Empfänger benachbarter Kanäle — sei es im normalen Betrieb der Einrichtung oder zu Prüfzwecken — oder auch der Ausfall eines Bauteils hat zur Folge, daß für alle Kanäle der statische Zustand eintritt, wobei d^;e anschließende dynamische Ausgabe den Zustand meldet, der als Information über das Auftreten eines auslösenden Ereignisses oder eines Fehlers in der Einrichtung ausgewertet wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Es zeigt SS

F i g. 1 schematisch ein Blockschaltbild einer Überwachungseinrichtung nach der Erfindung und

F i g. 2 die elektrische Schaltung der Überwachungseinrichtung nach F i g. 1.

Bei der Überwachungseinrichtung gemäß F i g. 1 sind insgesamt vier Kanäle A bis D vorgesehen, die jeweils aus einem Empfänger E und einem Sender S bestehen und so zu einem Ring zusammengefaßt sind, daß sich jeweils ein Sender und ein Empfänger von benachbarten Kanälen gegenüberliegen. ⁶S

Zwischen den Sender und Empfänger des Kanals D ist eine Nachbildung N geschaltet, die elektrisch einen Kanal bzw. weiteren Strahlengang nachbilden soll, so daß schaltungstechnisch gesehen insgesamt fünf Kanäle vorhanden sind. Eine ungerade Anzahl von Kanälen erfüllt die Bedingung des für die Oszillation bzw. für das dynamische Verhalten (kr Schaltung erforderlichen großen Phasenwinkels, da anderenfalls die Selbstschwingfrequenz zu hoch wäre, was zu einer relativ unempfindlichen Schaltung fähren würde. Zur Auswerteeinrichtung gehört ein ic den Kanal B geschalteter Übertrager U, in dessen Sekundärkreis ein Gleichrichter G geschaltet ist

Wie schon vorher erwähnt wurde, hat jeder Kanal die Eigenschaft Strahlen bzw. Strahlung auszusenden, solange er keine Strahlung vom benachbarten Kanal erhält. Das bedeutet also, daß unmittelbar nach dem Einschalten der Einrichtung zunächst alle Sender zu strahlen beginnen, weil zu Beginn die ihnen im Kanal zugeordneten Empfänger direkt nach dem Einschaltvorgang noch keine Strahlung erhalten. Da die Kanäle bezüglich ihrer Bauelemente naturgemäß nicht identisch aufgebaut sein können, wird einer der Empfänger nach dem Einschalten der Einrichtung zuerst Strahlung erhalten und seinem Sender die Information liefern, daß er Strahlung bekommt Dies hat zur Folge, daß er seinen Sender ausschaltet.

Wenn man beispielsweise davon ausgeht, daß der Empfänger £1 des Kanals A zuerst Strahlung vom Sender 51 des Kanals D bekommt wird der Sender S 2 des Kanals A stromlos und sendet nicht mehr. Dadurch erhält der Empfänger £2 des Kanals Ädie Information, seinen Sender 53 wieder einzuschalten, wodurch der Empfänger £3 des Kanals Cseinen Sender 54 wieder stromlos macht und sperrt. Es folgt dann auf gleiche Weise die Informationsübergabe an den Kanal D und von dort aus weiter an den Kanal A. so daß sich die Schaltung im eingeschwungenen Zustand befindet Der Übertrager LJ liefert sekundärseitig eine impulsförmige Wechselspannung, die durch den Gleichrichter G zu einer pulsierenden Gleichspannung gerichtet wird, die an der Ausgangsklemme K abgenommen und ausgewertet werden kann. Bei einer Störung, die willkürlich oder unwillkürlich durch Unterbrechung eines Strahlengangs zwischen Sender und Empfänger benachbarter Kanäle herbeigeführt werden kann, kommt die Schaltung aus dem dynamischen in den statischen Zustand, was sich durch Auftreten eines konstanten Gleichspannuiigsniveaus an der Klemme K bemerkbar macht und entsprechend ausgewertet wird. Für diese Auswertungsvorgänge können verschiedene und an sich bekannte Schaltungen zur Anwendung kommen, die hier nicht näher beschrieben zu werden brauchen. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß die Auswerteeinrichtung den Übergang der Schaltung aus dem normalen dynamischen Verhalten in das statische Verhalten ermittelt und daß daraufhin ein Steuervorgang hervorgerufen wird, der z. B. einen gefährlichen Maschinenarbeitsgang durch Abschalten des Maschinenantriebs unterdrückt, eine Alarmeinrichtung in Betrieb setzt, eine Zählvorrichtung betreibt od. dgl. Dabei ist ständig eine selbsttätige Überwachung der Einrichtung auf Betriebsbereitschaft gewährleistet da irgendwelche wesentlichen Störungen der Schaltung zur Folge haben werden, daß an einer oder mehreren Stellen die Strahlengänge im Kanalring unterbrochen werden.

In der F i g. 2 ist ein Schaltungsbeispiel für den in F i g. t gezeigten Aufbau dargestellt Die Empfänger-Sender-Kanäle A bis D sind gleichartig aufgebaut Die Funktionsweise der Schaltung soll am Beispiel des Kanals B erläutert werden. Dieser hat wie die übrigen Ka-

näle einen Fototransistor als Empfänger E 2, der auf den als emittierende Diode ausgebildeten Sender 52 des Kanals A ausgerichtet ist und dessen Strahlung — in diesem Falle photoelektrische Strahlung — empfangen kann. Ein gegengekoppelter Eingangsverstärker Vl bereitet die vom Empfänger El kommende Information auf, wobei die Restspannung am Ausgang von Vl dadurch unterdrückt wird, daß dieses gleiche Potential an die beiden Eingänge eines als Differenzverstärker arbeitenden Endverstärkers V2 angekoppelt wird, wodurch sich am Ausgang von V2 der Ruhezustand einstellt, wenn nicht von V1 eine Ausgangsspannungsänderung kommt, die höher als die Ansprechempfindlichkeit von V2 ist.

Wegen der Integration der Spannung mittels des Integrationskreises / am nichtinvertierten Eingang des Verstärkers V2 muß die Ansprechempfindlichkeit innerhalb einer vorgegebenen Zeit überschritten werden, damit als Folge davon am Ausgang X von V2 eine Zustandsänderung auftritt, und diese Möglichkeit besteht nur bei genügend ungehindertem Strahlengang.

Dem Prinzip nach arbeitet der Kanal so, daß die Spannung am Ausgang X den Arbeitspunkt des zugehörigen Senders 53 so festlegt, daß der Sender im Be triebszustand gehaiten wird, solange der Empfängei E2 keine Strahlung erhält. Andererseits wird, wenn dei Empfänger £2 Fremdstrahlung erhält, die Arbeitsspan nung am Punkt X so gesteuert, daß der Sender 5: stromlos wird und nicht mehr sendet

Die Nachbildung N ist beim Ausführungsbeispie nach F i g. 2 als Fotokoppler dargestellt, während die Primärwicklung des Übertragers Uzwischen der Nach

ίο bildung und dem Sender 51 des Kanals D liegt.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß ah Sender im Prinzip alle möglichen Typen von Strahlungs- oder Strahlensendern in Betracht kommen können, also unter anderem sogar auch Wasserstrahlender, denen gegenüberliegend Empfänger angeordnei sind, die auf Wasserdruck ansprechen. Außerdem be steht die Möglichkeit, Empfänger-Sender-Kanäle nui auf einer Seite des überwachten Raumes anzuordner und etwa die in F i g, 1 gezeigten Kanäle A und Cdurch einen strichpunktiert dargestellten Spiegel zu ersetzen der dem ankommenden Strahl den gestrichelt dargestellten Verlauf erteilt

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

3615

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Kontrolle von Sicherungs- oder Überwachungseinrichtungen mit aus mehreren Strahlcnsendern und -empfangen) bestehenden Strahienschranken. weiche ein Ereignis signalisieren, wenn der Strahlengang einer Strahlenschranke unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Empfänger (z.B. B) einer Strahlenschranke und der Sender (z. B. S3) enter anderen Strahlenschranke zu einem Kanal (z. B. B) zusammengeschaltet sind, daß die Kanäle (A. B. C) mit den zwischen ihnen hegenden Strahlenschranken in einer ungeradzahligen Anzahl zu einem Ring zusammengeschlossen sind und daß der Strahlensender (z. B. 5ΐ) eines Kanals (z. B. B) nur dann eingeschaltet wird, wenn der Empfänger (z. B. £2) im gleichen Kanal (B) keine Strahlung vom Sender (Si) des vorgeschalteten Kanals ^erhält *»

2. Anordnung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal durch eine Nachbildung (N) mit Kanaleigenschaften dargestellt ist

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß bei jedem Kanal (z. B. B) der Sender (z. B 53) durch eine emittierende Diode und der Empfänger (z. B. £2) durch einen Fototransistor gebildet wird, wobei der Arbeitspunkt der Diode in Abhängigkeit von der Bestrahlung des Empfängers so gesteuert wird, daß bei Empfang von Strahlung über den Sender (z. B. 52) eines vorgeschalteten Kanals (z. B. A) die Diode (53) in den stromlosen Zustand gebracht wird.