DE1299354B - Gegen innere Fehler geschuetzte digital-binaere Steuerung - Google Patents

Description

• Die Hauptpatentanmeldung P 1125 069.4-32 bezieht sich auf eine gegen innere Fehler geschützte digitalbinäre Steuerung mit mindestens einem logischen Element mit einer Halbleiteranordnung, bei der die Halbleiteranordnung mit einer Wechselspannung bzw. mit einer impulsförmigen Spannung (Taktsignal) als digitalbinäres Steuersignal beaufschlagt wird, das im einwandfreien Zustand der Halbleiteranordnung von dieser übertragen wird und das über ein nur für dieses Steuersignal durchlässiges Koppelglied entweder ein nachgeschaltetes logisches Element oder ein Stellglied beaufschlagt.
• Durch die Steuerung nach der Hauptpatentanmeldung wird erreicht, daß die Funktionsglieder, die logischen Elemente, kein Ausgangstaktsignal mehr abgeben, wenn ein Defekt in der Steuerung auftritt, da dann kein Taktsignal mehr übertragen wird. Durch die Koppelglieder wird dabei gewährleistet, daß die logischen Elemente bzw. die Endstufe mit dem Stellglied gleichspannungsmäßig getrennt sind. Danach wird verhindert, daß durch Gleichspannungssignale, die vom jeweils vorhergehenden Glied auf Grund eines Defekts abgegeben werden, Fehlschaltungen entstehen können.
• Die Steuerung nach der Hauptpatentanmeldung eignet sich deshalb infolge ihres fehlergeschützten Aufbaues im besonderen Maß zur Steuerung von gefahrbringenden Vorgängen.
• Bei dieser neuartigen Steuerung wird der »L-Wert« des binären Steuersignals vorzugsweise durch die Zustandsgröße »Taktsignal vorhanden« und der »0-Wert« des binären Steuersignals durch die Größe »kein Taktsignal vorhanden« dargestellt. Wenn man annimmt, daß beim Vorhandensein des L-Wertes des binären Steuersignals der gefahrbringende Vorgang abläuft, so ergibt sich aus dem Vorgehenden, daß der gefahrbringende Vorgang mit hoher Sicherheit nicht eingeleitet werden kann, wenn ein Defekt in der Steuerung vorliegt.
• Um ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewährleisten, ist es dabei zweckmäßig, für den Verknüpfungsteil bzw. die Endstufe der Steuerung spezielle Bauelemente vorzusehen, wie sie z. B. in älteren Vorschlägen gekennzeichnet sind.
• In einer Steuerung sind jedoch neben dem Verknüpfungsteil und der Endstufe auch Befehlsgeber, sogenannte Initiatoren, vorhanden, die aus vorgegebenen physikalischen Größen verknüpfbare Eingangssignale herstellen. Damit die gesamte Steuerung ein Höchstmaß an Sicherheit hat, sind auch diese Initiatoren in den Fehlerschutz mit einzubeziehen. Sie werden zweckmäßig so aufgebaut, daß sie mit eine sehr hohen Sicherheit kein- Ausgangssignal. mehr abgeben, wenn sie defekt geworden sind. Ein mechanisch schaltbarer kontaktloser Initiator mit diesen Eigenschaften ist bereits vorgeschlagen worden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch einen lichtelektrischen Steuersignalgeber so auszubilden, daß er diese Eigenschaften hat und als Steuersignalgeber im Rahmen der fehlergeschützten Steuerung nach der Hauptpatentanmeldung mit Taktsignal als binärem Steuersignal verwendbar ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt bei der eingangs angegebenen Steuerung nach der Hauptpatentanmeldung gemäß der Erfindung dadurch, daß ein lichtelektrischer Steuersignalgeber zur Erzeugung eines Takt-Steuer-Signals als Wechsellichtschranke (Lichtvorhang) ausgebildet ist, deren lichtelektrische Empfangsanordnung das Taktsignal für die Steuerung liefert.
• Wird dieser Steuersignalgeber an irgendeiner Stelle defekt, fällt z. B. die Lampe aus, so sind keine Lichtimpulse und damit kein Taktsignal mehr vorhanden. Derselbe Effekt tritt auf, wenn die lichtelektrische Empfangsanordnung defekt, z. B. im leitenden Sinne defekt wird, da sie dann die Lichtimpulse nicht mehr in Spannungsimpulse umwandelt. Das Gleichspannungssignal der defekten Empfangsanordnung wird durch die Koppelglieder vom Verknüpfungsteil der Steuerung ferngehalten. Bei den bekannten Lichtschranken macht jedoch gerade die Überwachung der lichtelektrischen Empfangsanordnung Schwierigkeiten, wenn sie im leitenden Sinne defekt wird.
• Es wird damit in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei einem Defekt das Ausgangssignal des erfindungsgemäßen Gebers den Wert 0 hat, d. h. den Wert, den er bei unterbrochener Schranke einnimmt. Für diesen Fall ist jedoch die Verknüpfung so getroffen, daß der gefahrbringende Vorgang nicht eingeleitet werden kann. Der erfindungsgemäße Steuersignalgeber ist damit in hohem Maße sicher.
• Wechsellichtschranken sind an sich bekannt. Bei diesen bekannten Lichtschranken wurde jedoch Wechsellicht deshalb eingeführt, um das Gleichlicht der Umgebung auszuschalten. An eine Verwendung dieser Lichtschranken als Steuertaktsignalgeber für die Steuerung nach der Hauptpatentanmeldung ist dabei jedoch nicht gedacht.
• Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Steuersignalgebers ergeben sich aus der Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel des Steuersignalgebers mit einer wechselspannungsgespeisten Gasentladungsröhre zur Wechsellichterzeugung, F i g. 2 zwei hintereinandergeschaltete Steuersignalgeber nach F i g. 1, F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel für einen Lichtvorhang, der als Steuersignalgeber für die Steuerung nach der Hauptpatentanmeldung dient.
• F i g. 1 zeigt eine Lichtschrankenanordnung mit einer Gasentladungsröhre 5 (Stroboskoplampe), die vorzugsweise über einen Verstärker 3 von einer Wechselspannungs- bzw. Impulsquelle 1 gespeist wird. Die Bauelemente 1, 3, 5 sind beispielsweise durch Kondensatoren 2, 4 wechselspannungsmäßig verbunden. Es können auch induktive Übertrager vorgesehen sein. Die Röhre 5 gibt Lichtimpulse ab, die auf die Fotodiode 6 einwirken. Zwischen dem Sender 5 und dem Empfänger 6 befindet sich die Lichtschrankenstrecke.
• An Stelle der Fotodiode 6 können auch andere lichtelektrische Empfangsanordnungen, wie Fotozellen, Fotowiderstände, Fototransistoren, Fotomultiplier, Fotoelemente od. dgl., verwendet werden.
• Die Spannungsimpulse der Fotodiode 6 gelangen über den Koppelkondensator 7 auf den Eingang eines Verstärkers 8, dessen Ausgangssignal über den Koppelkondensator 9 eine Impulsformerstufe 10, z. B. einen Trigger od. dgl., aussteuert. Diese Impulsformerstufe hat im wesentlichen die Aufgabe, Impulse hoher Flankensteilheit, das Taktsignal, zu erzeugen. Der Ausgang der Impulsformerstufe liefert das Takt-Steuer-Signal für die Steuerung nach der Hauptpatentanmeldung.
• Der Steuersignalgeber nach F i g. 1 ist in hohem Maße sicher, d. h., bei ein jrn Defekt gibt er kein Ausgangssignal ab. Wird z. B. die Fotodiode 6 defekt, so wandelt sie die Lichtimpulse nicht mehr in Spannungsimpulse um. Es wird damit kein Taktsignal abgegeben. Gleichspannungssignale können wegen der wechselstrommäßigen Kopplung keinen Befehl auslösen. Ein Defekt in der Lichtschrankenanordnung wird sich deshalb so auswirken, als ob die Lichtschranke unterbrochen worden ist; eine Unterbrechung der Lichtschranke verarbeitet der Verknüpfungsteil jedoch so, daß der gefährliche Vorgang nicht eingeleitet werden kann.
• Die F i g. 2 zeigt zwei hintereinandergeschaltete Lichtschrankenanordnungen (Elemente 1 bis 9 sowie 11 bis 18) nach F i g. 1. Die Besonderheit besteht darin, daß das Ausgangssignal der Fotodiode 6 die Speisespannung für den Sender 11 der zweiten Lichtschranke liefert. In dem Auswerteteil dieser Lichtschranke ist in Ergänzung zu der Einrichtung nach F i g. 1 ein Filter 16 vorgesehen, so daß am Ausgang der Impulsformerstufe 18 ein Taktsignal bestimmter Frequenz zur Verfügung steht. Tritt in der ersten Lichtschrankenanordnung ein Defekt auf, so erhält der Sender der zweiten Lichtschranke keine Wechselspannung mehr, und es wird damit kein Ausgangstaktsignal erzeugt.
• Für verschiedene Anwendungsfälle, z. B. zur Anwendung als Schutzeinrichtung bei einer Presse, ist ein Lichtvorhang zweckmäßig. F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel. Das Wechsellicht des Senders 5 wird mittels speziell ausgebildeter Spiegel 19, 19' umgelenkt und gelangt danach auf die Fotodiode 6. Der Lichtvorhang kann durch Verfeinerung des Rasters sehr engmaschig gemacht werden. Der Lichtvorhang nach F i g. 3 ist ebenfalls im hohen Maße sicher, d. h., er gibt bei einem Defekt kein Ausgangssignal ab. Die Lichtschrankenanordnung nach F i g. 3 eignet sich deshalb in vorteilhafter Weise zum lichtelektrischen Unfallschutz von Pressen, Stanzen od. dgl.
• An Stelle der dargestellten speziellen Spiegel nach F i g. 3 können auch zwei parallel zueinander aufgestellte plane Spiegel verwendet werden.
• Die Lichtimpulsfrequenz ist vorteilhaft wesentlich größer als 50 Hz, z. B. 2 kHz, damit Netzbrummen kein Steuersignal auszulösen vermag. Die Koppelglieder sind dabei so ausgelegt, daß sie tiefe Frequenzen nicht durchlassen. Sieht man ein Filter, z. B. einen Bandpaß, vor, so kann auf die Koppelglieder verzichtet werden. Liefert dabei die erfindungsgemäße Lichtschranke das einzige Takt-Steuer-Signal, so kann auch auf den Koppelkondensator zwischen Schrankenausgang und der Stelle der Steuerung, an der das Taktsignal eingespeist wird, verzichtet werden, der aber dann vorzusehen ist, wenn das Ausgangstaktsignal mit mindestens einem weiteren Taktsignal verknüpft wird.
• In verschiedenen Fällen, z. B. zum Löschen des Speichers nach der Hauptpatentanmeldung, ist ein Gleichspannungssignal notwendig. In diesem Fall wird der Impulsformerstufe 10 bzw. 18 zweckmäßig eine Gleichrichteranordnung nachgeschaltet.
• An Stelle der wechselspannungsgespeisten Gasentladungsröhre nach den F i g. 1, 2 und 3 können auch andere Einrichtungen zur Wechsellichterzeugung vorgesehen werden. So kann z. B. zwischen einen Gleichlichtsender und den Empfänger ein vibrierendes Gitter geschaltet werden. Es ist auch denkbar, eine rotierende Lochblende zwischen Sender und Empfänger vorzusehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zwischen Sender und Empfänger eine Kerrzelle vorzusehen, die von einer Wechselspannung beaufschlagt wird und die zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren angeordnet ist.
• Man kann auch das Wechsellicht dadurch erzeugen, indem man den Versorgungsstromkreis der Lampe periodisch unterbricht, z. B. mittels eines elektronischen Schalters. Dazu ist allerdings eine Lampe, deren Glühfaden eine geringe Wärmeträgheit besitzt, Vorbedingung. Es sei noch erwähnt, daß auch eine Funkenstrecke mit elektrischer Funkenentladung zur Wechsellichterzeugung vorgesehen sein kann.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Gegen innere Fehler geschützte digitalbinäre Steuerung mit mindestens einem logischen Element mit einer Halbleiteranordnung, bei der die Halbleiteranordnung mit einer Wechselspannung bzw. mit einer impulsförmigen Spannung (Taktsignal) als digitalbinäres Steuersignal beaufschlagt wird, das im einwandfreien Zustand der Halbleiteranordnung von dieser übertragen wird und das über ein nur für dieses Steuersignal durchlässiges Koppelglied entweder ein nachgeschaltetes logisches Element oder ein Stellglied beaufschlagt, nach Patentanmeldung P 1125 069. 4-32 (deutsche Auslegeschrift 1125 069), d a -durch gekennzeichnet, daß ein lichtelektrischer Steuersignalgeber zur Erzeugung eines Takt-Steuer-Signals als Wechsellichtschranke (Lichtvorhang) ausgebildet ist, deren lichtelektrische Empfangsanordnung das Taktsignal für die Steuerung liefert.
2. 2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtelektrischen Empfangsanordnung ein Verstärker und mindestens eine Impulsformerstufe nachgeschaltet sind.
3. 3. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Wechsellicht ein vibrierendes Gitter zwischen Sender und Empfänger geschaltet ist.
4. 4. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Wechsellicht eine rotierende Lochblende zwischen Sender und Empfänger vorgesehen ist.
5. 5. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Wechsellicht der Versorgungsstromkreis des Senders periodisch unterbrochen wird.
6. 6. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Wechsellicht eine mit Wechselspannung bzw. Impulsen betriebene Gasentladungsröhre vorgesehen ist.
7. 7. Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Funkenstrecke mit elektrischer Funkenentladung zur Wechsellichterzeugung vorgesehen ist. B. Steuerung nach Anspruch 6 mit mindestens zwei hintereinandergeschalteten Lichtschrankenanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger der Lichtschranke (n) die Speisespannung für den Sender der Lichtschranke (n -f- 1) liefert.