DE3220111C1

DE3220111C1 - Überwachungseinrichtung für Näherungsschalter

Info

Publication number: DE3220111C1
Application number: DE19823220111
Authority: DE
Inventors: Peter 6454 Bruchköbel Lühr
Original assignee: Honeywell GmbH
Current assignee: Honeywell Regelsysteme GmbH
Priority date: 1982-05-28
Filing date: 1982-05-28
Publication date: 1983-06-09

Description

Anspruches 1.
Elektronische Näherungsschalter werden in zunehmendem Maße anstelle von mechanisch betätigten elektrischen Schaltern in elektrischen Meß-, Regel- und Steuerkreisen verwendet. Sie bestehen im allgemeinen aus einem durch ein angenähertes Metallteil bedämpfbaren Oszillator, dem ein Demodulator und Schwellwertschalter und/oder eine Ausgangsstufe nachgeschaltet ist. Solange ein an den Näherungsschalter angenähertes Metallteil einen vorgegebenen Abstand noch nicht erreicht hat, ist die Kreisverstärkung k. V des Oszillators größer als 1 und er schwingt. Erreicht das angenäherte Metallteil einen vorgegebenen Abstand, so führt die zunehmende Bedämpfung des Oszillators zu einer Verringerung der Kreisverstärkung k V, so daß diese schließlich einen Wert kleiner als 1 einnimmt und der Oszillator nicht mehr schwingt. Die Ausgangsstufe des Näherungsschalters nimmt hierbei abhängig von dem Schwingungszustand des Oszillators einen durch die schaltungstechnische Auslegung bedingten Zustand (betätigt oder nicht-betätigt) ein.
Derartige Näherungsschalter werden beispielsweise verwendet, um die Lage von bewegten Maschinenteilen zu überwachen. Es liegt auf der Hand, daß ein Funktionsausfall des Näherungsschalters zu schwerwiegenden Beschädigungen der Maschine führen kann und daher unter allen Umständen vermieden werden muß.
Zu diesem Zweck ist es aus der DE-OS 18 09 100 bereits bekannt, ein Überwachungssystem redundant mit zwei Näherungsschaltern aufzubauen und zu kontrollieren, daß beide Näherungsschalter jeweils den gleichen Schaltzustand aufweisen. Abgesehen von dem erhöhten Aufwand besteht hier die Gefahr, daß beim Ausfall aufgrund von äußeren Einflüssen gleich beide Näherungsschalter ausfallen.
Eine aus der DE-AS 21 66 021 bekannte Überwachungsschaltung nutzt die Tatsache aus, daß die Potentiale am Ausgang des Näherungsschalters und im Oszillatorteil bei funktionsfähiger Schaltung jeweils entgegengesetzt sein müssen. Mit einer solchen Schaltung kann man aber nicht überwachen, ob der Näherungsschalter beim Annähern oder Entfernen eines metallischen Gegenstandes auch tatsächlich schaltet. Beispielsweise könnte der Oszillator nicht schwingen, obgleich der metallische Gegenstand entfernt ist. Wenn somit bei defektem Oszillator die nachgeschaltete Schaltung funktionsfähig ist, wird fälschlicherweise ein ordnungsgemäßer Betrieb angezeigt. Diese Überwachung ist daher nicht lückenlos.
Aus der DE-OS 30 07 929 ist es schließlich bereits bekannt, die Funktionsfähigkeit eines Näherungsschalters zu prüfen, indem beispielsweise vor der Inbetriebnahme einer durch den Näherungsschalter überwachten Maschine mittels einer Prüftaste der Oszillator des Näherungsschalters von außen bedämpft wird und damit ein Schaltvorgang ausgelöst wird. Eine Überwachung des Näherungsschalters zwischen dem Prüfvorgang und dem Zeitpunkt, wo die Maschine eine durch den Näherungsschalter zu signalisierende gefährliche Endstellung erreicht, ist mit dieser Einrichtung nicht möglich. Ferner ist es mit dieser Einrichtung nicht möglich, eine Prüfung des Näherungsschalters dahingehend durchzuführen, ob dieser auch wieder aus dem betätigten Zustand (Oszillator bedämpft) in den unbetätigten Zustand (Oszillator unbedämpft) zurückschaltet Die Überwachung dieses Zustandes kann von sehr großer Bedeutung sein, wenn beispielsweise durch den Näherungsschalter eine Luke überwacht wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Überwachungseinrichtung für einen Näherungsschalter anzugeben, die alle möglichen Fehler erfaßt und anzeigt. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Eine Veränderung des Schaltabstandes in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Näherungsschalters ist an sich bekannt.
So ist es aus der DE-OS 1966 178 bekannt, zur Einstellung einer Schalthysterese von der Ausgangsstufe her den Emitterwiderstand eines in Emitterschaltung betriebenen Transistors einer schwingenden Oszillatorstufe zu erniedrigen und damit die Verstärkung der Stufe zu erhöhen. Ferner ist aus der DE-PS 24 61169 bekannt, zum gleichen Zweck auf den Kopplungsfaktor des Oszillators Einfluß zu nehmen. Schließlich wird gemäß der DE-PS 30 16 821 zum Zwecke einer Anschwinghilfe die Kreisverstärkung des Oszillators in bedämpftem Zustand erhöht und vor Erreichen des Schaltpunktes wird diese Erhöhung unwirksam gemacht. Alle diese Maßnahmen werden in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Näherungsschalters und nicht durch Eingriff von außen vorgenommen und sie dienen anderen Zwecken.
Anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Oszillatoramplitude in Abhängigkeit vom Abstand eines bedämpfenden Teiles; F i g. 2a bis 2d Schaltungen zur unterschiedlichen Bedämpfung eines Oszillators bzw. zur Erzielung eines unterschiedlichen Schaltabstandes; und Fig.3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung.
Gemäß den F i g. 1 bis 3 gibt ein nicht-modifizierter Näherungsschalter 10 ein Signal »betätigt« aus, wenn sich ein den Oszillator bedämpfender Gegenstand in einem Abstand von dem Näherungsschalter 10 befindet, der kleiner als der Schaltabstand SN ist. In gleicher Weise gibt der Näherungsschalter 10 ein Signal »nicht-betätigt« aus, wenn sich ein den Oszillator bedämpfender Gegenstand in einem Abstand von dem Näherungsschalter 10 befindet, der größer als der Schaltabstand SN ist. Der Näherungsschalter 10 besteht in bekannter Weise aus einem Oszillatorteil 12 und einem Demodulator- und Schaltverstärkerteil 14. Auf die Darstellung eines Hystereseteiles und eine entsprechende Scherung der Schaltkennlinie wurde im vorliegenden Fall verzichtet, obwohl eine solche Hysterese normalerweise bei jedem Näherungsschalter vorgesehen ist.
Gemäß F i g. 2a besteht der Oszillator 12 aus einer Verstärkerstufe V und einem Schwingkreis C, L I und L 2. Der Schwingkreis ist zwischen Bezugspotential und dem Eingang des Verstärkers V angeordnet und der Mittelabgriff des Übertragers L 1, L2 ist über einen Koppelwiderstand RSN an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen. Das Übertragungsverhältnis des Übertragers L 1, L 2 ist so gewählt, daß sich ein Kopplungsfaktor größer 1 ergibt. Bei der Oszillatorschaltung handelt es sich um die bekannte Hartley-Schaltung. Der Koppelwiderstand RSN wirkt gegenkoppelnd und bestimmt den Schaltabstand SN, wie er durch die Schaltung gemäß F i g. 2b vorgegeben ist. Das Oszillator- und Schaltverhalten eines mit diesem Oszillator ausgestatteten Näherungsschalters kann der Kennlinie I in F i g. 1 entnommen werden.
Durch Parallelschaltung eines Widerstandes RsN+ zu der Übertragerwicklung L 2 kann man gemäß F i g. 2c den Schwingkreis zusätzlich bedämpfen und den Schaltabstand s nach größeren Werten verschieben.
Das entsprechende Verhalten des Näherungsschalters wird durch die Kennlinie II in F i g. 1 repräsentiert.
Durch Parallelschaltung eines Widerstandes RsN- ZU dem Koppelwiderstand RSN kann man die Gegenkopplung des Verstärkers vermindern und den Schaltabstand nach kleineren Werten verschieben, wie dies durch die Kennlinie III in F i g. 1 dargestellt ist. In all diesen Fällen können die Schalter S1 und S2 durch Transistoren verwirklicht werden, die an ihrer Basis entsprechend angesteuert werden und mit ihrer Emitter/Kollektor-Strecke in Reihe zu den Widerständen RsN+ und RsN-geschaltet sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt nun diese Vergrößerung und Verkleinerung des Schaltabstandes s periodisch und in Abhängigkeit von dem Schaltsignal des Näherungsschalters 10. Zu diesem Zweck ist ein Test-Taktgeber 16 vorgesehen, der eine Weiche 18 ansteuert. Die Weiche 18 wird ferner von dem Schaltsignal angesteuert, das sich in Abhängigkeit von der Annäherung des bedämpfenden Gegenstandes ergibt. Ist der Näherungsschalter 10 betätigt, d. h. der Oszillator 12 bedämpft, so steuert die Weiche 18 den Schalter S1 an, so daß der Widerstand RsN- parallel geschaltet und der Schaltabstand s verringert wird. Jetzt ist die Kennlinie III gemäß F i g. 1 für das Schaltverhalten des Näherungsschalters maßgebend. Hierdurch gelangt der Näherungsschalter 10 in den unbetätigten Zustand. Eine Kontrollschaltung 20 überwacht diese Umschaltung und gibt über ein Filter 22 ein die ordnungsgemäße Funktion des Näherungsschalters 10 anzeigendes Signal Ocaus.
Das eigentliche Schaltsignal Os darf durch diese Testumschaltung nicht beeinflußt werden. Daher sorgt eine Korrekturschaltung 24 mit nachgeschaltetem Filter 26 dafür, daß diese Testumschaltung am Ausgang Os nicht wirksam wird. Die Korrekturschaltung 24 läßt ein sich änderndes Signal nur passieren, wenn kein Testtakt vorliegt. Eine solche Schaltung läßt sich beispielsweise durch ein Exklusiv-ODER-Gatter realisieren. In gleicher Weise kann die Kontrollschaltung 20 durch ein Logikgatter realisiert werden.
Mittels einer Ausgangslogik 28 wird sichergestellt, daß das eigentliche Schaltsignal Os nur ausgegeben wird, wenn kein Fehlersignal Ocvorliegt.
Eine Selektion zwischen Test- und eigentlichem Schaltsignal kann auch in der Weise vorgenommen werden, daß man die Frequenz des Testtaktes höher als die maximal auftretende durch die Bewegung des bedämpfenden Teiles vorgegebene Schaltfrequenz wählt. Die Frequenz des Testtaktes darf jedoch die Grenzfrequenz des Näherungsschalters nicht überschreiten, d. h. sie muß so gewählt sein, daß der Näherungsschalter noch zum Umschalten veranlaßt wird. In diesem Fall kann man den Ausgang des Näherungsschalters über Filter auf einen Überwachungszweig mit Hochpaßverhalten und auf einen Schaltzweig mit Tiefpaßverhalten führen.
Die in F i g. 3 vorgesehenen Filter 22, 26 dienen der Glättung und dem Ausgleich von Schaltvorgängen. Die eigentliche Signalauswahl erfolgt durch logische Verknüpfung in den Schaltungselementen 20 und 24.
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Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zur Überwachung der Funktion eines elektrischen Näherungsschalters mit einem Oszillator und einer nachgeschalteten von dem Oszillatorsignal betätigten Schaltungsanordnung, wobei der Oszillator durch einen angenäherten Gegenstand bedämpfbar ist, gekennzeichnet d u r c h Schaltungsmittel (16 bis 26), die periodisch in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Näherungsschalters (10) den Schaltabstand durch Eingriff von außen in den Näherungsschalter verkleinern bzw. vergrößern, und durch getrennte Ausgangszweige (20, 22; 24, 26) zur Ausgabe des Überwachungssignales (Oc) bzw. des Schaltsignales (pos)* 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Schaltabstandes (s) durch Erhöhung bzw.
Erniedrigung der Kreisverstärkung (k. V) des Oszillators (12) erfolgt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel umfassen: einen Test-Taktgeber (16); und eine von dem Test-Taktgeber (16) und dem Schaltsignal (Os) angesteuerte Weiche (18), welche bei vorliegenden Testtakt in Abhängigkeit von dem Zustand des Schaltsignales die Kreisverstärkung des Oszillators verkleinert oder vergrößert.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Test-Taktfrequenz höher als die maximale Schaltfrequenz des Näherungsschalters gewählt ist und daß das Testsignal über einen Ausgangskreis mit Hochpaßverhalten und das Schaltsignal über einen Ausgangskreis mit Tiefpaßverhalten ausgegeben wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine von dem Ausgangssignal des Näherungsschalters (10) und dem Ausgangssignal der Weiche (18) angesteuerte Kontrollschaltung (20) zur Auswahl des Uberwachungssignales (Oc).
6. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein von dem Ausgangssignal des Näherungsschalters (10) und dem Signal des Test-Taktgebers (16) angesteuerte Korrekturschaltung (24) zur Ausgabe des Schaltsignales (Os).
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch Glättungsfilter (22, 26), die der Kontrollschaltung (20) und der Korrekturschaltung (24) nachgeschaltet sind.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, gekennzeichnet durch eine von dem Überwachungssignal (Oc) angesteuerte Ausgangslogik (28) zur Sperrung des Schaltsignales (Os) bei fehlerhaftem Näherungsschalter (10).
9. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch in dem Oszillator (12) angeordnete durch Schalter (S 1, S2) aktivierbare Be- und Entdämpfungswiderstände (RSN+, RsN-), welche Schalter von der Weiche (18) betätigt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der Funktion eines elektronischen Näherungsschalters nach dem Gattungsbegriff des