DE2753571C2 - Schutzvorrichtung zur Sicherung und Überwachung von gefährlichen Arbeitsbereichen an Maschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung zur Sicherung und Überwachung von gefährlichen Arbeitsbereichen an Maschinen,iisbeso> JereSchneidemaschinen, mit einer Vielzahl vor synchron mit elektrischen Betriebsimpulsen gespeisten Lieh· endern, mit diesen zugeordneten Empfängern, die auf die Strahlung der Lichtsender ansprechen und Ausgangsimpulse angeben, mit den Empfängern zugeordneten Vergleichern, deren ersten Eingängen mit den Betriebsimpulsen bezüglich bestimmter Merkmale übereinstimmende Bezugsimpulse und deren zweiten Eingängen die Ausgangsimpulse der zugeordneten Empfänger zugeführt sind und die Ausgangsimpulse und die Bezugsimpulse miteinander bezüglich der bestimmten Merkmale vergleichen, und mit einer den Vergleichern nachgeschalteten Ausgangsstufe zum Erzeugen eines Steuersignals zum Unterdrükken bzw. Unterbrechen eines für die Bedienungsperson gefährlichen Arbeitsgangs der Maschine beim Auftreten einer Abweichung zwischen Ausgangsimpulsen und Bezugsimpulsen.

Bei einer solchen aus der DE-OS 25 30 000 bekannten Schutzvorrichtung sollen die für eine sichere Überwachungsfunktion schädlichen Störsignale aufgrund von Fremdlicht und sonstigen äußeren Einflüssen mit Hilfe von Diskriminatoren in Form von UND-Gattern bzw. NAND-Gattern unterdrückt werden. Dabei wird insbesondere angestrebt, nur das eigene mit dem Generator erzeugte und von den Empfängern empfangene Signal als Ausgangssignal erscheinen zu lassen, um an den Eingängen der Gatter die Generatorimpulse einerseits mit den empfangenen Signalen andererseits direkt vergleichen zu können.

Diese bekannte Schutzvorrichtung bietet allerdings keinen absoluten Schutz gegen Störsignale oder Fehler in der Schaltung. Wenn z. B. dem einen Eingang aufgrund eines Defektes ein positives Dauersignal zugeführt wird, werden am Ausgang weiterhin die empfangenen Signale erscheinen. Hierbei ist es dann auch möglich, daß dieser eine normale und ungestörte Funktion simulierende Betriebszustand durch unerwünschte Störsignale hervorgerufen wird. In diesem Fall ist die Schutzvorrichtung also nicht sicher. Auch können etwa Störsignale unbeachtet bleiben, die zwar hinsichtlich der Frequenz und Phasenlage gleich, im Tastverhältnis aber unterschiedlich sind.

Es gibt auch Schutzvorrichtungen (DE-PS 23 12 375),

bei denen mehrere aus Sendern und Empfängern bestehende Strahlenschranken so kombiniert sind, daß jeweils der Empfänger einer Strahlenschranke und der Sender einer anderen Strahlenschranke zu einem Kanal zusammengeschaltet sind und daß die Kanäle mit den zwischen ihnen liegenden Strahlenschranken in einer ungeradzahligen Anzahl zu einem Ring zusammengeschlossen werden. So kann erreicht werden, daß der Sender eines Kanals nur dann eingeschaltet wird, wenn der Empfänger im gleichen Kanal keine Strahlung vom Sender des vorgeschalteten Kanals erhält Hierbei wird also im Prinzip die Überwachungsaufgabe von einem Kanal zum nächsten übertragen. Solche Schutzschranken ermöglichen zwar eine laufende Selbstüberwachung auf Funktionsbereitschaft, sie sind aber nicht absolut sicher bei der Einwirkung von fremdem Wechsellicht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Schutzvorrichtung, bei der die nachteiligen Einflüsse von Störsignalen sicher ausgeschlossen werden und die im übrigen auch bei sonstigen Defekten einwandfrei mit einer Unterdrückung bzw. Unterbrechung des betreffenden Arbeitsganges einer mit der Schutzvorrichtung überwachten Maschine reagiert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die eingangs erwähnte Schutzvorrichtung nach der Erfindung so ausgebildet, daß die Vergleicher EXCLUSIV-ODER-Gatter sind und daß die Ausgangsstufe ein NOR-Gatter, einen Gleichrichter und einen Verstärker umfaßt.

Bei der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung werden die vom Generator erzeugten Bezugsimpulse und die von den Empfängern kommendem Ausgangsimpulse im störungsfreien Betrieb durch Vergleich an den EXCLUSIV-ODER-Gattern unterdrückt, das heißt, es wird kein Steuersignal zum Abschalten der Maschine erzeugt.

Dabei ist es unbeachtlich, ob es sich bei den an den Eingängen der Vergleicher anstehenden Signale um positive oder negative Impulse handelt, sofern diese nur deckungsgleich sind.

Es werden derm;ach also lediglich Defekte und alle Störsignale, gleich welcher Frequenz und Phasenlage, zur Erzeugung des erwähnten Steuersignales führen. Sogar Störfrequenzen von gleicher Frequenz und Phasenlage, ein in der Praxis an sich kaum vorkommender Fall, haben noch ein Abschalt-Steuersignal zur Folge, sofern nicht das Tastverhältnis 1 : 1 ist, da auch in diesen Fall am Ausgang des betreffenden Vcrgleichers Impulse erscheinen werden, die der Differenz beider Impulse an den Vergleichereingängen entsprechen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schutzvorrichtung nach der Erfindung vereinfacht in einem Blockschaltbild dargestellt. Dabei handelt es sich um eine 4-kanalige Lichtschranke, bei der vier Sender 51 bis 54 mit einer gleichen Anzahl von Empfängern E1 bis ZT 4 auf an sich üblicher Weise zusammenarbeiten und vier Strahlengänge bilden, die durch entsprechende Anordnung von Sendern und Empfängern so verlaufen, daß sie einen zu sichernden Arbeitsbereich einer

Maschine so begrenzen, daß zumindest einer der Strahlengänge unterbrochen ist, wenn eine Bedienungsperson in den überwachten Bereich greift.

Ein WC-Generator G soll bei diesem Ausführungsbeispiel eine Rechteckspannung von 1 kHz mit einem Tastverhältnis von 1 :1 erzeugen. Wie es auch durch die jeweiligen Leitungsverbindungen nach der Zeichnung angedeutet ist, speist der Generator G alle Sender S synchron mit Betriebsimpulsen, so daß die Sender Lichtimpulse mit der Frequenz, Phasenlage und dem ι ο Tastverhältnis der Generatorimpulse erzeugen. Als Sender werden zweckmäßigerweise Gallium-Arsenid-Dioden verwendet, die eine äußerst geringe Trägheit haben und in der Lage sind, die Betriebsimpulse ohne für die Praxis bedeutsame Phasenverschiebung bzw. Frequenzänderung in Lichtimpulse umzusetzen. Solche Dioden arbeiten bekanntlich im infraroten Lichtbereich, was u. a günstigen Einfluß auf die Unterdrückung von Fremdlichteinwirkungen hat.

Die so erzeugten Lichtimpulse gelangen von den Sendern S zum jeweils gegenüberliegenden Empfänger E, wobei die hierbei von den Empfängern erzeugten Ausgangsimpulse zum einen Eingang der Vergleicher PX bis P 4 gelangen, und zwar nach vorheriger Anhebung auf den gewünschten Logik-Signalpegel durch die Verstärker Vl bis V4. Der Darstellung entsprechend bilden jeweils ein Sender S und ein Empfänger Emit nachfolgendem Verstärker Vund dem zugehörigen Vergleicher P einen Kanal, der von den übrigen und ebenfalls so aufgebauten Kanälen unabhängig arbeitet.

Dem anderen Eingang der Vergleicher P werden die gleichfalls vom Generator G erzeugten Impulse als Bezugsimpulse zugeführt, die wenigstens im Hinblick auf Frequenz, Phasenlage und Tastverhälmis mit den Betriebsimpulsen für die Sender 5 und djmit auch mit den Ausgangsimpulsen der Empfäng-i E übereinstimmen sollen, was sich praktisch und relativ einfach dadurch erreichen läßt, daß sowohl die Betriebsimpulse als auch die Bezugsimpulse gleichzeitig an einem Ausgang de« Impulsgenerators Gabgenommen werden. Im übrigen wird bei diesen Überlegungen davon ausgegangen, daß evtl. Einflüsse von Impulslaufzeiten auf die Phasenlage oder Frequenz in der Praxis vernachlässigbar sind oder zweckentsprechend kornpensiert werden müßten.

In den Vergleichern Pl bis P·· werden die vom jeweils zugeordneten Kanal S, E und V mit den vom Generator G kommenden Bezugsimpulsen auf Übereinstimmung in Frequenz, Phasenlage und Tastverhältnis verglichen, um bei Feststellung von Abweichungen in diesen Signaleigenschaften das Steuersignal erzeugen zu könner¹, mit dem der von Schutzvorrichtungen beeinflußbare Maschinenantrieb, also etwa der Messerantrieb einer Schneidemaschine, angesteuert wird.

Eine relativ einfache Möglichkeit zur Durchführung der Vergleichsfunktion ist durch Anwendung von 2fachen EXCLUSIV-ODER-Gattern als Vergleicher P gegeben. Dem einen Eingang dieses Gatters werden die verstärkten Empfängerimpulse und dem anderen Eingang die vom Generator G kommenden Bezugsnnpulse zugeführt. Aus der grundsätzlich bekannten Funktion eines ODER-Gatters ergibt sich ein Ausgang 0, wenn beide Eingangssignale absolut deckungsgleich sind, während am Ausgang ein von 0 abweichendes Signal bzw. eine 1 ansteht, wenn beispielsweise wegen verschiedener Phasenlagen oder Frequenzen aufgrund von FremdlichteinfluU die Empfängersignale und die Bezugssignale nicht deckungsgleich sind. Entsprechendes gilt sinngemäß, wenn einer der Strahlengang unterbrochen werden sollte.

Aus dem so bei einem Störungsfall entstehenden Signal am Ausgang einer oder mehrerer der Vergleicher P wird das Steuersignal in einer Ausgangsstufe A 1 entwickelt Zu diesem Zweck werden die vier Ausgänge der Vergleicher P1 bis P 4 in der Ausgangsstufe A 1 mit einem 4fach NOR-Gatter auf einen Kanal umgesetzt, danach gleichgerichtet und als Steuersignal in einem Verstärker der Ausgangsstufe auf den erforderlichen Ausgangspcgel angehoben.

Das NOR-Gatter in der Ausgangsstufe A 1 wird einen Ausgang 1 haben, solange alle vier Ausgänge der Vergleicher P 0 sind, während der Ausgang des NOR-Gatters 0 wird, wenn wenigstens einer der Ausgänge der die Vergleicher Pbildenden ODER-Gatter 1 ist. Bei diesem Betriebszustand wird dann das Steuersignal zur Unterdrückung der betreffenden Maschinenfunktion erzeugt.

Man kann grundsätzlich davon ausgehen, daß die Schutzvorrichtung mit jeweils einem Vergleicher P pro Empfänger E normalerweise ausreichend funk'ionssicher sein wird. Trotz allem könnten zur Erhöhung der Sicherheit auch jedem Empfänger E sowohl erste als auch zweite Vergleicher zugeordnet werden, wobei dann die ersten Vergleicher Pl bis P4 der Darstellung entsprechend mit der einen Ausgangsstufe A 1 und die zweiten Vergleicher PY bis P4' mit einer weiteren Ausgangsstufe A 2 zusammenarbeiten. Der Aufbau und die Funktion dieser zweiten Vergleicher in Verbindung mit der weiteren Ausgangsstufe entsprechen denen der ersten und vorher beschriebenen Vergleicher P1 bis P4 in Verbindung mit der Ausgangsstufe A 1.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die dargestellte und erläuterte Schutzvorrichtung auf folgende Beeinflussungen anspricht: Unterbrechung eines oder mehrerer der Strahlengänge; Ausfall eines Senders oder Empfängers bzw. eines der elektrischen Bauelemente; Beeinflussung eines oder mehrerer Kanäle durch relativ starkes fremdes Gleichlicht; Beeinflussung eines oder mehrerer der Kanäle durch fremdes Wechsellicht, und zwar unabhängig von der Frequenz; Beeinflussung der Kanäie durch fremdes Wechsellicht von einer Frequenz, die mit der der Senderlichtstrahlung übereinstimmt, jedoch eine andere Phasenlage hat; Beeinflussung der Kanäle durch fremdes Wechsellicht, das zwar im Hinblick auf Frequenz und Phasenlage mit der Senderstrahlung übereinstimmt, jedoch ein anderes Tastverhältnis oder eine ungleiche Tastart hat.

Abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel i.iit »ier Kanälen könnten auch mehr oder weniger Kanäle je nach Art und Umfang der Überwachungsaufgabe zum Einsatz kommen, wobei man in besonderen Fällen schließlich auch mit nur einem Kanal auskommen könnte. Weiterhin könnten auch sog. Reflexschranken zur Anwendung kommen, bei denen Sender oder Empfänger auf der gleichen Seite des Überwachungsbereiches angeordnet sind, während sich auf der iuionüberliegenden Seite Spiegel befinden, die das von den Sendern abgestrahlte Licht auf den zum jeweiligen Sender gehörenden Empfän :r reflektieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schutzvorrichtung zur Sicherung und Überwachung von gefährlichen Arbeitsbereichen an Maschinen, insbesondere Schneidemaschinen, mit einer Vielzahl von synchron mit elektrischen Betriebsimpulsen gespeisten Lichtsendern, mit diesen zugeordneten Empfängern, die auf die Strahlung der Lichtsender ansprechen und Ausgangsimpulse angeben, mit den Empfängern zugeordneten Vergleichern, deren ersten Eingängen mit den Betriebsimpulsen bezüglich bestimmter Merkmale übereinstimmende Bezugsimpulse und deren zweiten Eingängen die Ausgangsimpulse der zugeordneten Empfänger zugeführt sind und die die Ausgangsimpulse und die Bezugsimpulse miteinander bezüglich der bestimmten Merkmale vergleichen, und mit einer den Vergleichern nachgeschalteten Ausgangsstufe zum Erzeugen eines Steuersignals zum Unterdrücken bzw. Unterbrechen eines für die Bedienungsperson gefährlichen Arbeitsgangs der Maschine beim Auftreten -ci/ier Abweichung zwischen Ausgangsimpulsen und Bezugsimpulsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicher (P) EXCLUSIV-ODER-Gatter sind und daß die Ausgangsstufe (A 1) ein NOR-Gatter, einen Gleichrichter und einen Verstärker umfaßt.