DE3804073C2 - Anordnung von mehreren, einen Sender und einen Empfänger enthaltenden Einrichtungen zum Erfassen von in den Weg zwischen Sende- und Empfangsbereich gelangenden Hindernissen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung von mehreren, einen Sender und einen Empfänger enthaltenden Einrichtungen zum Erfassen von in den Weg zwischen Sende- und Empfangsbereich gelangenden Hindernissen.

Der Einsatz derartiger, beispielsweise als Reflexionslichtschranken ausgebildeter lichtelektrischer Einheiten (Sensoren) in großer Anzahl, wie es etwa bei Lagersteuerungen erforderlich ist, macht einen erheblichen Verkabelungsaufwand notwendig. Dies deshalb, weil jede einzelne Reflexionslichtschranke über ein eigenes Kabel an einer zentralen Steuerung angeschlossen werden muß (sternförmige Topologie).

Da die für solche Zwecke verwendeten Reflexions- oder sonstigen Lichtschranken in der Regel einen digitalen Ausgang besitzen, über den die Information "Lichtschranke ein" bzw. "Lichtschranke aus" ausgegeben wird, ist für jede Lichtschranke ein Anschlußkabel vorzusehen. Bei nachträglicher Erweiterung muß für jede hinzugefügte lichtelektrische Einheit ein Kabel zwischen dieser und der Steuerung verlegt werden, und dies oft über große Entfernungen.

Durch die DE 34 11 540 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Fördergutmengenstroms von Bandförderern bekannt, wobei die Kontur der freien Oberfläche des Schüttgutes quer zur Förderrichtung mittels wenigstens einer Laser-Entfernungsmeßvorrichtung berührungslos und fortlaufend bestimmt wird. Die Laser- Entfernungsmeßvorrichtung besteht dabei jeweils aus einer nach dem Reflexionsprinzip arbeitenden Sende- und Empfangseinrichtung.

Die Entfernungsmeßwerte werden digital in den Erfassungsteil eines separaten, der Sende-/Empfangseinrichtung nachgeschalteten Rechners eingespeist und mit den zugehörigen Werten der Bandgeschwindigkeit verknüpft, wobei der Füllquerschnitt mit der Förderbandgeschwindigkeit multipliziert den Volumenstrom ergibt.

Bei einem derartigen Verfahren tritt das Problem der Anwendung von Rechnernetzwerkstrukturen für Sensorsysteme nicht auf.

Die wichtigsten Grundformen der verschiedenen Netzkonfigurationen sind auf den Seiten 459 bis 461 des Lexikons der Datenverarbeitung, 9. Auflage 1985, Hrsg. von P. Müller, erläutert.

Eine Realisierung einer solchen Netzwerkstruktur mit an eine zentrale Steuerung anzuschließenden relativ großen Anzahl von einen Sender und einen Empfänger enthaltenden Einrichtungen (Sensoren) wäre mit Sensoren herkömmlicher Bauart nicht nur mit einem hohen baulichen Kostenaufwand verbunden, sondern aufgrund der Komplexibilität von Datenübertragungsprotokollen auch hisichtlich der Datensicherheit problematisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Voraussetzung für eine wirtschaftliche Verkabelung auch einer großen Anzahl solcher Einrichtungen mit sich bringt, die ferner hinsichtlich ihrer Sicherheit und Leistungsfähigkeit den bekannten derartigen Einrichtungen überlegen ist und die es durch eine Datenübertragung in beiden Richtungen ermöglicht, eine Vielzahl von Informationen abzufragen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem den Sender, den Empfänger sowie die funktionsnotwendigen Bauelemente aufnehmenden Gehäuse jeder Einrichtung ein Mikrocomputer untergebracht ist, die einzelnen Einrichtungen über ein durchschleifbares Kabel untereinander und mit wenigstens einem Gruppenbaustein verbunden sind und der Gruppenbaustein über den Mikrocomputer Informationen von den Einrichtungen aufnimmt und über eine Schnittstelle zur weiteren Auswertung abgibt sowie über diese Schrittstelle Steuerbefehle an die Mikrocomputer der Einrichtungen weitergibt.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung im Rahmen von Einrich­ tungen in Form von Reflexionslichtschranken werden im nachste­ henden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Reflexionslichtschranke mit abgenom­ menem Deckel in perspektivischer Darstel­ lung,

Fig. 2 die elektrischen und optischen Bauteile einer Lichtschranke gemäß Fig. 1 in Block­ darstellung,

Fig. 3 zweiunddreißig mit einem Gruppenbaustein über ein vieradriges Kabel verbundene Lichtschranken, wobei das Kabel von Licht­ schranke zu Lichtschranke durchgeschleift ist,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Gruppenbausteins gemäß Fig. 3, der einen Mikroprozessor oder Mikrocomputer enthält,

Fig. 5 eine aus zweiunddreißig Gruppen zu je zwei­ unddreißig Lichtschranken gebildete Ober­ gruppe mit 1024 Lichtschranken, wobei zwei­ unddreißig Gruppen gemäß Fig. 3 über ein Kabel, das von einem Gruppenbaustein zum an­ deren durchgeschleift ist, mit dem überge­ ordneten Gruppenbaustein verbunden sind,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines übergeordneten Gruppenbausteins gemäß Fig. 5, der durch einen Mikrocomputer verkörpert ist und die Funktion eines Seriell-Seriell-Wand­ lers übernimmt,

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung der Regelung der Sendeleistung einer Lichtschranke des Sys­ tems in Abhängigkeit von der Empfangslei­ stung.

Die Reflexionslichtschranke 10 gemäß den Fig. 1 und 2 ent­ hält einen Lichtsender 11, einen Lichtempfänger 12, diesen beiden Bauteilen räumlich vorgeordnete Objektive 13, 14 (Op­ tik) sowie im Innern des Gehäuses 15 sender- und empfänger­ seitig angeordnete Verstärker 16, 17. Ebenfalls im Gehäusein­ nern sind ein Mikroprozessor oder ein Mikrocomputer 18 und ein Analog-Digital-Wandler 19 untergebracht, ferner Meldeleuch­ ten 20, 21 und eine Adresseneinstellung 22. Die Einstellung der Adressen kann mittels manuell betätigbarer Schalter erfolgen. Grundsätzlich können die Kennummern der einzelnen Lichtschran­ ken auch in Speicherzellen des Mikroprozessors 18 hinterlegt sein. Zur Spannungsversorgung und für die Ein- und Ausgabe der Daten ist das Lichtschrankengehäuse 15 mit einer Steckerein­ heit 23 versehen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Lichtsender 11, beispiels­ weise in Form einer Leuchtdiode, über den Verstärker 16 und eine Konstantstromquelle 24 gespeist wird. Dem als Fotodiode ausgebildeten Lichtempfänger 12 ist über den Verstärker 17 der Analog-Digital-Wandler 19 nachgeschaltet, der auf den Mikroprozessor 18 beispielsweise des Typs Intel 8051 arbei­ tet, dessen Schaltausgänge mit 18′ und dessen Schwingquarz mit 18′′ bezeichnet sind. Das Bezugszeichen 25 kennzeichnet die an die Datenein- und -ausgabe angeschlossenen Schnittstel­ lenanpassung, während 9 das Netzteil mit einer Eingangsspan­ nung z. B. von 220 V darstellt.

Das in Fig. 3 dargestellte Netzwerk basiert auf der seriel­ len Datenübertragung und enthält zweiunddreißig (2⁵) Refle­ xionslichtschranken 10, die über ein einziges vieradriges Kabel 26, das von Reflexionslichtschranke zu Reflexionslicht­ schranke durchgeschleift ist, mit einem Gruppenbaustein 27 in Form eines Seriell-Parallel-Wandlers verbunden sind. Der beispielsweise als Mikrocomputer ausgebildete Gruppenbaustein 27 hat die Aufgabe, die Informationen der Reflexionslicht­ schranken zu sammeln und weiterzugeben. Diese Informationen können dem Anwender unmittelbar seriell oder parallel zur Verfügung gestellt oder einem übergeordneten Gruppenbaustein zugeleitet werden. Im letzteren Fall kann wiederum eine Anzahl Gruppen gemäß Fig. 3 über ein von einem Gruppenbaustein zum anderen durchgeschleiftes, zwei Adern für die Spannungsversor­ gung und zwei Adern für die Signalübertragung enthaltendes Ka­ bel mit dem übergeordneten Gruppenbaustein verbunden werden (vergl. hierzu Fig. 5).

Der Gruppenbaustein 27 ist im Falle der Fig. 3 im Anschluß an die zweiunddreißigste Lichtschranke 10 vorgesehen; er kann selbstverständlich auch an irgendeine der vorhergehenden Licht­ schranken angeschlossen sein bzw. werden.

Wie Fig. 4 zeigt, ist der mit einem Mikrocomputer 35 z. B. des Typs Intel 8051 versehene Gruppenbaustein 27 über eine Schnittstellen­ anpassung 43 an die zweiunddreißig Lichtschranken 10 enthaltende Gruppe anpaßbar. Eine weitere Schnittstellenanpassung 44 ermöglicht den Anschluß von Sichtgeräten, speicherprogrammierbaren Steuerun­ gen etc. an den Gruppenbaustein bzw. an dessen Mikrocomputer 35, dem eine Adresseneinstellung 22′ zugeordnet ist. Dem Mikrocomputer 35 ist ein Seriell-Parallel-Wandler 45 nachgeschaltet, der zweiund­ dreißig Ausgänge aufweist. An jedem dieser Ausgänge liegt ein Opto- Koppler 33 mit einem an diesen angeschlossenen Verstärker 34. Da­ mit entspricht jeder der zweiunddreißig Lichtschranken 10 ein Schaltausgang beispielsweise mit einer Spannung von 24 V und 0,1 A. Der Gruppenbaustein 27 könnte auch ein Seriell-Seriell-Wandler sein.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind zweiunddreißig als Seriell-Seriell-Wandler ausgebildete Gruppenbausteine 27′ über ein Kabel 28, das von einem Gruppenbaustein 27′ zum anderen durchgeschleift ist, mit wenigstens einem übergeordneten glei­ chen oder gleichartigen Gruppenbaustein 29 leitend verbunden und bilden somit eine Obergruppe mit 1024 (2¹⁰) Reflexionslicht­ schranken 10. Auf diese Weise läßt sich das System bzw. das Netzwerk beliebig weiterkaskadieren.

Der übergeordnete Gruppenbaustein 29 kann dabei wieder eine Anpassung in Form eines Mikrocomputers mit einer Seriell-Seri­ ell- oder Seriell-Parallel-Wandlung sein. Am übergeordneten Grup­ penbaustein 29 können die Informationen aller angeschlossenen Reflexlichtschranken 10 zur Verfügung gestellt werden oder die Informationen innerhalb des Netzwerks weitergeleitet werden.

Im Falle der Fig. 5 ist der übergeordnete Gruppenbaustein 29 ein Seriell-Seriell-Wandler zur Anpassung an Terminals 30, an speicherprogrammierbare Steuerungen 31 oder an Rechner 32.

Wie Fig. 6 zeigt, ist der übergeordnete Gruppenbaustein 29 über eine Schnittstellenanpassung 46 an den letzten Gruppen­ baustein 27′ (Obergruppe 32) angeschlossen. Der übergeordnete Gruppenbaustein 29 enthält hier zwei Mikroprozessoren 36 und 37, die über einen Dual-Port-Speicher 38 im Datenaustausch stehen. Neben einer Adresseneinstellung 22′′ weist der über­ geordnete Gruppenbaustein beim Ausführungsbeispiel eine wei­ tere Schnittstellenanpassung 47 (RS 485) zu einem gegebenen­ falls übergeordneten Gruppenbaustein auf, ferner zwei Schnitt­ stellen 39 und 40 (RS 232) zum Anschluß von Terminals 30, spei­ cherprogrammierbaren Steuerungen 31 und Rechnern 32 (vergl. hierzu Fig. 5).

Ein Netzwerk nach der Erfindung erfordert lediglich einen ein­ zigen Kabelstrang pro Gruppe, bisher war hingegen für jede Reflexionslichtschranke ein besonderer Kabelstrang notwendig. Der Kabelaufwand ist daher bei Realisierung des erfindungsge­ mäßen Netzwerks vergleichsweise erheblich geringer. Des wei­ teren ist die Installation äußerst einfach, und es können gro­ ße Entfernungen überbrückt werden, zum Beispiel bis zu 1 km pro Kabelstrang. Ein derartiges Netzwerk kann schließlich auch problemlos erweitert werden und ermöglicht eine rasche Fehler­ ermittlung.

Aufgrund der seriellen Datenübertragung und des Einsatzes von mit einem Mikroprozessor oder einem Mikrocomputer ausgerüste­ ten Reflexionslichtschranken können von diesen wesentlich mehr Informationen abgefragt werden, als dies bisher möglich war. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob eine ordnungs­ gemäß arbeitende Reflexionslichtschranke oder eine ähnliche Überwachungseinrichtung verschmutzt oder sonstwie beeinträch­ tigt ist. Außerdem können Befehle von Steuergeräten an die Reflexionslichtschranken übermittelt werden, beispielsweise auch der Befehl zur Durchführung eines Selbsttests oder zur Erhöhung der Sendeleistung.

In Fig. 7 ist beispielsweise die Regelung der Sendeleistung einer mit einem Mikrocomputer oder Mikroprozessor 18 ausge­ rüsteten Reflexionslichtschranke 10 in Abhängigkeit von der Empfangsleistung schematisch veranschaulicht.

Das Lichtbündel des vom Mikrocomputer oder Mikroprozessor 18 der betreffenden Reflexionslichtschranke 10 über den Verstär­ ker 16 impulsweise gespeisten Lichtsenders 11 gelangt über das Objektiv 13 zum Reflektor 41 (Retroreflektor) und wird von die­ sem über die Optik 14 auf den Lichtempfänger 12 zurückgewor­ fen, dem der Verstärker 17 sowie der Analog-Digitalwandler 19 nachgeschaltet sind. Das am Digital-Ausgang des Analog-Digital- Wandlers 19 und somit am Eingang des Mikrocomputers oder Mikro­ prozessors 18 anstehende Reflexionslichtsignal gelangt als Ist­ wertsignal in den Mikrocomputer oder Mikroprozessor 18 und wird hier mit einem in diesen einprogrammierten, am Sollwertge­ ber 42 einstellbaren Sollwert verglichen. Bei vom Sollwert ab­ weichendem Istwert, beispielsweise infolge einer Verschmutzung der Optik, aus Alterungsgründen oder aufgrund sonstiger Beein­ trächtigungen, wird die Leistung des Lichtsenders 11 selbst­ tätig solange nachgeregelt, bis die Signaldifferenz wieder gegen Null geht bzw. in einem vorgebbaren Toleranzbereich liegt.

Es ist ersichtlich, daß alle möglichen Parameter der Refle­ xionslichtschranken oder auch anderer, ähnlicher Überwachungs­ einrichtungen gespeichert und zyklisch überprüft werden können, also beispielsweise die Funktion der Lichtschranken, deren Le­ bensdauer, deren Verschmutzungsgrad etc. Unter ähnlichen Über­ wachungseinrichtungen sind dabei Lichttaster, Einweglicht­ schranken, Ultraschall-Schranken oder dergleichen Geräte zu verstehen.

Ein nach der Erfindung aufgebautes Netzwerk ermöglicht auch den Anschluß von Barcode-Lesern aller Art, ferner können über geeignete Anpaßschaltungen auch induktive Meßwertgeber, me­ chanische Schalter, Relaiskontakte usw. an den betreffenden Ausgang des Netzwerks angeschlossen werden. Da die Daten­ übertragung in beiden Richtungen erfolgt, können auch Ausgabe­ geräte wie Relais, Terminals oder dergleichen problemlos be­ dient werden. Die Datenübertragung ist dabei schnell und si­ cher.

Claims (6)

1. Anordnung von mehreren, einen Sender und einen Empfänger enthaltenden Einrichtuungen zum Erfassen von in dem Weg zwischen Sende- und Empfangsbereich gelangenden Hindernissen, wobei

• - in dem den Sender (11), den Empfänger (12) sowie die funktionsnotwendigen Bauelemente aufnehmenden Gehäuse jeder Einrichtung (10) ein Mikrocomputer (18) untergebracht ist,
• - die einzelnen Einrichtungen (10) über ein durchschleifbares Kabel (26) untereinander und mit wenigstens einem Gruppenbaustein (27) verbunden sind und
• - der Gruppenbaustein (27) über den Mikrocomputer (18) Informationen von den Einrichtungen (10) aufnimmt und über eine Schnittstelle zur weiteren Auswertung abgibt sowie über diese Schnittstelle Steuerbefehle an die Mikrocomputer (18) der Einrichtungen (10) weitergibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gruppenbaustein (27) einen Mikrocomputer (35) enthält, dem eine Adresseneinstellung (22′) zugeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikrocomputer (35) ein Wandler (45) nachgeschaltet ist, an dessen Ausgänge jeweils ein Opto-Koppler (33) mit einem auf diesen folgenden Verstärker (34) angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl Gruppenbausteine (27′) über ein von einem zum anderen Gruppenbaustein durchgeschleiftes Kabel (38) mit einem übergeordneten, gleichen oder gleichartigen Gruppenbaustein (29) verbunden ist, der Schnittstellen (38, 39) für den Anschluß von Terminals (30), speicherprogrammierbaren Steuerungen (31) und von Rechnern (39) enthält.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch selbsttätige Nachregelung der Sendeleistung des Senders (11) der Einrichtungen (10) in Abhängigkeit von der Empfängerleistung des Empfängers (12).

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (10) als Reflexionslichtschranken, Reflexionslichttaster, Einweg-Lichtschranken oder als Ultraschallschranken ausgebildet sind.