DE3428773A1 - Ultraschallnaeherungsinitiator - Google Patents
UltraschallnaeherungsinitiatorInfo
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Description
* 7'
Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA ^ P 3 2 9 8 DE
UItraschallnäherungsinitiator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallnäherungsinitiator
mit einem Sensor und einer Steuerschaltung mit Schaltbereichseinstellung.
Bei einem Ultraschalldistanzsensor (Druckschrift Distanzsensor Ultraschall-Bero bis 1 m, Funktion, Anwendung,
Projektierung Nr. E-733/1155) ist der Sensor in einem
quaderförmigen Gehäuse, in dem sowohl die Steuerschaltung sowie eine Schaltbereichseinstellung durch einen Programmstecker
vorgesehen ist, untergebracht. Abgesehen von den relativ großen Abmessungen des bekannten Ultraschallnäherungsinitiators
sind auch die Einsatzbedingungen vor Ort zu beachten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ultraschallnäherungsinitiator
der obengenannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine Auswerteschaltung ohne Rücksicht auf
Raumerfordernisse und Umweltbedingungen, wie Umgebungstemperatur und damit verbundener Toleranzen einfacher
und bedienungsfreundlicher aufgebaut werden kann.
Dies wird auf einfache Weise bei einem Ultraschallnäherungsinitiator
der obengenannten Art dadurch erreicht, daß die Steuerschaltung mit der Schaltbereichseinstellung
in einem gesonderten, in der Schaltanlage anordbaren Gehäuse mit einer Sollwert-Einstellvorrichtung und einer
Istwert-Anzeige angeordnet ist.
Eine weitere Vereinfachung hinsichtlich der Sollwert-Einstellung wird erreicht, wenn die Sollwert-Einstellvorrichtung
aus je einem Codierschalter für die untere La 2 Syr / 03.07.1984
-JL- VPA WP 3 2 98 DE
und die obere Grenze des Schaltbereiches besteht. Hierdurch
kann der Schaltbereich beliebig breit und an beliebiger Stelle innerhalb des Erfassungsbereiches festgelegt
werden.
Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Istwert-Anzeige eine LCD-Anzeige ist. Hierdurch ergibt sich gegenüber
einer LED-Anzeige ein geringerer Stromverbrauch und eine bessere Ablesbarkeit bei Tageslicht. Da Sollwert-Einstellung
und Istwert-Anzeige zusammen in der Schaltanlage angeordnet werden, ist eine einfache Bedienung und
Kontrolle möglich. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Istwert-Anzeige unabhängig vom eingestellten Schaltbereich
den gesamten Erfassungsbereich des Initiators anzeigt; denn so können auch in der Schaltanlage Gegenstände erfaßt
werden, die nicht zu einem Schaltbefehl führen.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine Einstellvorrichtung für öffner- bzw. Schließerfunktion mit einer Anzeige
im Istwert-Display gekoppelt ist, da auch die Funktionsart des Initiators in der Schaltanlage erkannt werden kann.
Wird eine Einstellvorrichtung zur Auswahl unterschiedlicher Sensoren vorgesehen, so kann hiermit mittels eines
Auswertegerätes von Hand auf verschiedene Sensoren umgestellt werden. Zur automatischen Erkennung, welcher Sensor
angeschlossen ist, ist es vorteilhaft, wenn die Einstellvorrichtung
aus einer Schaltungsanordnung besteht, die unterschiedliche Erkennungsspannungen der Sensoren
zur Anpassungsumschaltung ausnutzt. Ohne Zusatzleitung kann ausgekommen werden, wenn die Steuerschaltung eine
Impulsgabe zur Initiierung der Erkennungsspannung aufweist, da die Abfrage zeitlich festgelegt werden kann.
Auch hier ist eine Anzeige im Istwert-Display von Vorteil. Im Istwert-Display können auch Bedienungs- und Funktionsfehler
zur Anzeige kommen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eine Ausgabeschnittstelle für den Istwert in Form
eines Steckanschlusses vorhanden ist. Hierdurch ist es möglich, den Istwert auch in Regelanlagen einzuführen.
Um auch von beliebiger Stelle Sollwerte für den Ultraschallnäherungsinitiator
vorgeben zu können ist es vorteilhaft, wenn eine Umschaltvorrichtung von Sollwert-Einstellung
intern auf Sollwert-Vorgabe extern vorgesehen ist.
Um das Bedienen der Vorrichtungen von nicht autorisierten Personen beschwerlich zu machen ist es weiterhin von
Vorteil, wenn die Vorrichtungen von der Frontseite durch eine Kappe abdeckbar sind. Ist eine Umschaltvorrichtung
(Multiplexverfahren) zur zyklischen Abfrage mehrerer Sensoren vorhanden, können Sensoren dicht nebeneinander
aufgebaut werden, ohne daß sie sich gegenseitig beeinflussen. Außerdem ist eine Energieeinsparung möglich,
da immer nur ein Sensor kurzzeitig in Betrieb ist. Unter Ausnutzung der Erkennungsspannungen kann auch die Anwahl
unterschiedlicher Sensoren automatisch erfolgen.
Ist eine Pulsbreitenauswertung vorhanden, so können Fehlimpulse
ausgesondert werden, d.h. der Sender sendet immer Impulse bestimmter Breite. Wenn zurückkehrende Impulse
breiter oder schmaler als gesendete Impulse sind, werden diese nicht berücksichtigt. Hierdurch werden Fehlauslösungen
eingeschränkt. Ist eine Vorrichtung zur Änderung der Zykluszeit für die Sendeimpulse vorhanden, die beispielsweise
durch einen Zufallsgenerator verwirklicht werden kann, so werden synchrone Stör- oder auch Netzimpulse
als Auslöseimpuls ausgeschaltet. Ist eine Pulslagenauswertung vorhanden, ist eine noch bessere Fehlerausblendung
möglich.
Eine weitere Ausschaltung von Störimpulsen läßt sich erzielen, wenn eine Vorrichtung zur Verstärkungsänderung
bei Dauerstörsignalen vorgesehen ist. Ist beispielsweise ein Schalldauerstörpegel, z.B. ausströmende Preßluft,
vorhanden, so wird die Verstärkung des Verstärkers
-^- VPA .MP 3 2 98 DE .
geändert. Tritt jedoch ein Einzelsignal auf, so wird diese Verstärkungsänderung kurzzeitig aufgehoben und
der Einzelimpuls wird als Empfangsimpuls wahrgenommen und ordnungsgemäß verarbeitet.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen
Ultraschallnäherungsinitiators, zum Teil in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2 eine mögliche Schaltungsanordnung für die Pulsbreitenauswertung
und
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für die Pulslagenauswertung.
Der in Fig. 1 dargestellte Ultraschallnäherungsinitiator, im folgenden als Initiator bezeichnet, besteht aus dem
Sensor 1 mit der Verstärkerschaltung und dem die Steuerschaltung und die Schaltbereichseinstellung, die im vorliegenden
Fall als Sollwert-Einstellvorrichtung aus zwei Codierschaltern 2, 3 besteht, sowie die Istwert-Anzeige 4
aufnehmenden Gehäuse 5. Die Codierschalter 2 und 3 bestehen im vorliegenden Fall aus je zwei handelsüblichen,
einstelligen Codierschaltern. Die Istwert-Anzeige 4 ist als LCD-Display ausgebildet. Weiterhin ist im Gehäuse 5
eine Einstellvorrichtung 6 in Form eines Umschalters vorgesehen, die eine Umstellung von öffner- in Schließerfunktion
für den Initiator bewirkt und mit einer Anzeige an die Istwert-Anzeige 4 gekoppelt ist. Eine Einstellvorrichtung
7, ebenfalls als Schalter ausgeführt, dient zur Auswahl unterschiedlicher Sensoren und kann mit entsprechenden
Anpassungsgliedern auch unterschiedlich aufgebaute Sensoren beschälten.
Die Einstellvorrichtung 7 kann auch als eine Schaltungsanordnung ausgeführt werden, die unterschiedliche Erkennungsspannungen
unterschiedlicher Sensoren 1, 21, 22, in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, zur Anpassungsumschaltung
ausnutzt. Hierzu ist in der Steuerschaltung eine Impulsausgabe vorgesehen, die die einzelnen Sensoren 1,
21, 22 veranlaßt, die Erkennungsspannung abzugeben, worauf die Steuerschaltung eine automatische Anpassung an
den angeschalteten Sensor durchführt. Danach gibt die Steuerschaltung die für den Sensor erforderliche Sendeimpulslänge
und Zykluszeit vor und berücksichtigt zugleich die übrigen Randbedingungen wie Fehlimpulse und
Störunterdrückung. Die Steuerschaltung gibt den zur Initiierung der Erkennungsspannung notwendigen Impuls. Lediglich
während der Impulsdauer liegt die Erkennungsspannung an der Steuerschaltung an. Aus Sicherheitsgründen
werden mehrere Impulsausgaben hintereinander zur Bildung eines Mittelwertes für die Erkennungsspannungen ausgegeben.
Erst hiernach wird die Anpassung an sich vorgenommen. Diese Mittelwertbildung erfolgt lediglich, wenn
eine Fehlanpassung für den angeschalteten Sensor vorliegt.
Weiterhin ist eine Umschaltvorrichtung 8 von Sollwert-Einstellung intern auf Sollwert-Vorgabe extern vorgesehen,
die ebenfalls in Form eines Umschalters aufgebaut sein kann. Um den Istwert an einem weiteren Display ablesen
zu können, ist eine Ausgabeschnittstelle 9 in Form eines Steckanschlusses vorhanden. Eine Umschaltvorrichtung 10
zur zyklischen Abfrage mehrerer Sensoren, als sogenanntes Multiplexverfahren bekannt (Motorola, the european Cmos
Selection 1979, 9-4-16) kann im Inneren des Gehäuses vorgesehen werden, da eine derartige Umschaltung im Betriebsverfahren
nicht notwendig ist. Die Anschlüsse für die beliebig vielen Sensoren können ebenfalls an der
Rückseite des Gehäuses 5 vorgesehen werden. Die Sensoren können dicht nebeneinander vor Ort aufgebaut werden,
ohne daß sie sich gegenseitig beeinflussen. Eine Puls-
breitenauswertung 11 erhöht die Betriebssicherheit des Ultraschallnäherungsinitiators. Der Sender sendet Pulse
bestimmter Breite. Wenn zurückkehrende Impulse breiter oder schmaler als gesendete Impulse sind, werden diese
nicht berücksichtigt. Hierzu kann beispielsweise eine Schaltung benutzt werden, wie aus Fig. 2 zu entnehmen.
Die Schaltungsanordnung besteht beispielsweise aus einem Taktgenerator 23, der von der Anfangsflanke eines Echoimpulses 24 gestartet wird. Dieser Taktgenerator 23 steht
in Verbindung mit einem zurückgesetzten Zähler 25, dessen
Zählerstand auf eine Vergleichsschaltung 26 gegeben wird. Diese Vergleichsschaltung 26 vergleicht den Zählerstand
mit einem Sollwert entsprechend dem angeschlossenen Sensor. Die Steuerschaltung entscheidet dann über die Ausgänge
27, 28, ob der Impuls auszuwerten ist oder nicht. Sobald die Endflanke des Echoimpulses den Taktgenerator
23 erreicht, wird auch der Zähler 25 stillgesetzt. Die Auswertung erfolgt erst, nachdem der Zähler stillgesetzt
ist. Um auch die Echoimpulse, die durch die Pulsbreitenauswertung als zu zählen ausgewertet wurden, noch weiter
im Hinblick auf Störsicherheit zu überwachen, ist eine Pulslagenauswertung 20 vorgesehen. Ein mögliches Schaltbild
für eine derartige Pulslagenauswertung ist aus Fig. zu entnehmen. Hierzu dient, wie auch beim Beispiel nach
Fig. 2, ein Taktgenerator 29, der von der steigenden Flanke des Sendeimpulses gestartet wird. Der Taktgenerator
29 wirkt auf einen Zähler 30. Durch die steigende Flanke des Echoimpulses wird der Zähler 30 gestoppt und
über eine Umschaltvorrichtung 31 entweder auf den Speieher
32 oder 33 gespeichert. Nach wiederholter Zählfolge legt der Umschalter den gezählten Wert auf den entgegengesetzten
Speicher 32 bzw. 33 ab. Die hier gezählten Werte werden über die Vergleichsschaltung 34 miteinander
verglichen und über den Ausgangswert 35 der Steuerschaltung zugeführt. Die als positiv zu wertenden Vergleichswerte
hängen wiederum von der Sensortype und den gewählten Toleranzen ab. Es ist aber auch möglich, den Taktgene-
rator und den Zähler 30 mit der steigenden Flanke des Sendeimpulses zu stoppen. Mit der steigenden Flanke des
Echoimpulses wird der Wert des Zählers 30 über den Umschalter auf einen Speicher eingelesen. Der Zähler läuft
weiter bis zur Flanke des nächsten Echoimpulses, speichert dann auf einem anderen Speicher den Gesamtwert.
Dies kann mehrfach wiederholt werden. Die Werte des Momentanzyklus werden mit den Werten des vorhergehenden
Zyklus verglichen. Hierdurch können weitere Störechos ausgeschaltet werden. Um auch Fehlimpulse aus der Netzfrequenz
zu verhindern, ist eine Vorrichtung 12 vorhanden, die nach Art eines Zufallsgenerators die Zykluszeit
des Sendeimpulses unregelmäßig ändert, so daß eine Übereinstimmung mit der Netzfrequenz, die als Echo notfalls
erkannt werden könnte, ausgeschlossen ist. Derartige Schaltungen sind beispielsweise aus Tietze, Schenk, Halbleiterschaltungstechnik,
Springer-Verlag, 5. Auflage, S. 509 - 512 bekannt. Um auch Störungen aufgrund von anderen
Geräten dauernd ausgesendeter Ultraschallimpulse ausschalten zu können, ist eine Vorrichtung zur Verstärkungsänderung
vorgesehen. Hierbei wird bei dauernd anliegendem Störpegel die Verstärkung soweit heruntergeregelt,
daß ein Ansprechen des Initiators vermieden wird. Treten kurzzeitige Impulse auf, so werden diese normal
verstärkt und der Auswerteschaltung zugeführt. Für die Verstärkungsregelung kann eine Schaltung benutzt werden,
wie sie beispielsweise aus "Das große Werkbuch Elektronik", Nührmann Dieter, 4. Auflage, S. 98 7, Abb. 3.3.9 bekannt
ist. Die Istwert-Anzeige 4 kann nicht nur zur Anzeige des Istwertes verwendet werden, sondern auch zur Einstellhilfe
der Grenzen des Sollwertes durch die beiden Codierschalter,2,3,
wobei der Codierschalter 2 die untere Grenze und der Codierschalter 3 die obere Grenze des eingestellten Sollwertes
wiedergibt. Hier können auch weitere Betriebszustände zusätzlich angezeigt werden. Es kann ein Gegenstand 14
im Erfassungsbereich 15 in seiner Lage angezeigt werden,
der nicht in durch die beiden Codierschalter 2 und 3 bestimmten Schaltbereich 16 der Ultraschallkeule 17 des
Sensors 1 bzw. 21, 22 liegt. Es können an dem Istwert-Display, wie erwähnt, auch die öffner- und Schließerfunktion
sowie Bedien- und Funktionsfehler angezeigt werden. Hierzu werden bestimmte Zeichen benutzt, da eine Klartextangabe
zuviel Raum in Anspruch nehmen würde. Die Verknüpfung der einzelnen Funktionen miteinander kann durch
einen Mikroprozessor vorgenommen werden, da die gesamte Steuerschaltung vom eigentlichen Sensor 1 getrennt ist,
muß auf die Größe des Gerätes kein besonderer Wert gelegt werden. Im übrigen sind auch die Temperaturverhältnisse
in einer Schaltanlage, die auch klimatisiert sein kann, wesentlich günstiger als am Einbauort des Sensors
bzw. 21, 22.
Um unerlaubtes Betätigen der Vorrichtungen 6 bis 8 bzw.
unerlaubte Beeinflussung der Ausgabeschnittstelle 9 zu
vermeiden, sind hierfür Kappen 18 vorgesehen. Hierbei können die Vorrichtungen 6 bis 8 bzw. die Ausgabeschnittstelle
9 in Form des Steckanschlusses entweder versenkt angeordnet werden oder mit einem Kragen umgeben werden,
in die die Kappen 18 einschnappbar sind. Die Anschlüsse für Schaltfunktion usw. sind nach Art bekannter Schaltgeräte
an der Frontseite des Gehäuses 5 vorgesehen. Das Gehäuse 5 kann auch in der entsprechenden Form aufgebaut
werden, so daß das Gehäuse 5 in einer Reihe mit derartigen Geräten angeordnet werden kann. Die Befestigung des
Gehäuses 5 ist dann in entsprechender Weise ausgeführt, beispielsweise als Schnappbefestigung.
16 Patentansprüche
3 Figuren
3 Figuren
Leerseite -
Claims (16)
1. Ultraschallnäherungsinitiator mit einem Sensor und
einer Steuer- und Verstärkerschaltung mit Schaltbereichseinstellung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung mit der Schaltbereichseinstellung (2, 3) in einem gesonderten, in der Schaltanlage anordbaren
Gehäuse (5) mit einer Sollwert-Einstellvorrichtung (2, 3) und einer Istwert-Anzeige (4) angeordnet ist.
10
2. Initiator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert-Einstellvorrichtung
aus je einem Codierschalter für den unteren (2) und den oberen (3) Grenzbereich besteht.
3. Initiator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Istwert-Anzeige
(4) eine LCD-Anzeige ist.
4. Initiator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Istwert-Anzeige (4) unabhängig vom eingestellten Schaltbereich (16) den gesamten
Erfassungsbereich (15) des Initiators anzeigt.
5. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung (6) für öffner- bzw. Schließerfunktion
mit einer Anzeige im Istwert-Display (4) gekoppelt ist.
6. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Einstellvorrichtung (7) zur Auswahl unterschiedlicher Sensoren (1) vorhanden ist.
7. Initiator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einstellvorrichtung
aus einer Schaltungsanordnung besteht, die unterschiedliche Erkennungsspannungen der Sensoren zur Anpassungsumschaltung
ausnutzt.
8. Initiator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine
Impulsausgabe zur Initiierung der Erkennungsspannung
aufweist.
9. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Ausgabeschnittstelle (9) für den Istwert in Form eines Steckanschlusses vorhanden ist.
10. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung (8) von Sollwert-Einstellung intern
auf Sollwert-Vorgabe extern vorgesehen ist.
11. Initiator nach einem der Ansprüche 5, 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Vorrichtungen (6 - 9) von der Frontseite durch eine Kappe (18) abdeckbar sind.
12. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennze ichnet, daß eine Umschaltvorrichtung (10) (Multiplexverfahren) zur zyklischen Abfrage
mehrerer Sensoren (1) vorhanden ist.
13. Initiator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet
, daß eine Pulsbreitenauswertung (11) vorhanden ist.
14. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Vorrichtung (12) zur Änderung der Zykluszeit für die Sendeimpulse vorhanden ist.
15. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichn et, daß eine Vorrichtung (13) zur Verstärkungsänderung bei
Dauerstörsignalen vorgesehen ist.
16. Initiator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Pulslagenauswertung (20) vorhanden ist.
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