DE10032868A1 - System, insbesondere Automatisierungssystem, mit drahtloser Kommunikation zwischen einer Basisstation und mehreren Sensoren und Aktor/Basisstation hierzu - Google Patents

Abstract

Es wird ein System, insbesondere Automatisierungssystem, mit einer Steuerungstechnik (1) und mehreren Aktoren und Sensoren (5.1...5.n) vorgeschlagen, wobei zur Übermittlung von Sensordaten eine drahtlose Kommunikation zwischen einer an die Steuerungstechnik (1) angeschlossenen Basisstation mit Funkempfänger (18) und den Sensoren mit Funksendern (6.1...6.n) erfolgt. Wesentlich dabei ist es, daß die Basisstation mit mindestens einem Aktor (13) zu einer Aktor/Basisstation (4.1, 4.2) zusammengefaßt ist. Die Aktor/Basisstation (4.2) kann eine Verarbeitungseinheit (23) mit integrierter Input/Output-Einheit aufweisen. In einer Verarbeitungseinheit (22, 23) der Aktor/Basisstation (4.1, 4.2) können Zusatzfunktionen implementiert sein, insbesondere Zeitfunktionen zur Ein- und Ausschaltverzögerung eines Aktors und/oder Zeitfunktionen zur Erzeugung einer bestimmten Frequenz und/oder automatische Erzeugung eines vorgegebenen Einschalt/Ausschalt-Zeitprofils.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System, insbesondere ein Automatisierungssystem, mit drahtloser Kommunikation zwischen einer Basisstation und mehreren Sensoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Aktor/Basisstation hierzu.

Die Erfindung kann beispielsweise zur drahtlosen Informationsübertragung mittels Hochfrequenzsignalen (Funksignalen) bei einem Industrieroboter, einem Herstellungs­ automaten oder Fertigungsautomaten verwendet werden, welcher eine Vielzahl von Näherungssensoren/Näherungsschaltern aufweist. Dabei kann es sich um induktive, kapazitive oder photoelektrische Näherungssensoren oder um auf dem Ultraschalleffekt oder auf dem Halleffekt beruhende Näherungssensoren handeln. Die Erfindung ermög­ licht eine drahtlose Informationsübertragung zwischen einer Aktor/Basisstation und ei­ ner Vielzahl von Teilnehmern, vorzugsweise Näherungssensoren/Näherungsschaltern. Als Teilnehmer können beispielsweise auch Temperaturmeßsensoren, Druckmeßsen­ soren, Strommeßsensoren oder Spannungsmeßsensoren verwendet werden.

Außer bei Industrierobotern, Herstellungsautomaten und Fertigungsautomaten kann die Erfindung auch bei Steuer/Regelsystemen, Fernsteuersystemen, Schutz- und Sicher­ heitssystemen (beispielsweise bei Freiluft- oder Innenraum-Schaltanlagen), Alarmsy­ stemen, Zustandsüberwachungs-Systemen, in der Robotertechnik oder ganz allgemein bei Maschinen/Maschinensystemen zum Einsatz gelangen.

Aus der WO 98/017797 ist ein Prozeßautomatisierungssystem bekannt, bei dem Ter­ minals in einer Bedien- und Beobachtungsebene und Automatisierungseinrichtungen in einer prozeßnahen Automatisierungsebene über Sende/Empfangseinrichtungen und ein Datenübertragungsmedium (Funkverbindung, Telekommunikationsnetz) mit einem Leitrechner kommunizieren. Dieser Leitrechner kann als Superrechner in einem Re­ chenzentrum stehen und weitere Prozeßautomatisierungssysteme steuern.

Aus der WO 99/66473 ist ein Automatisierungssystem mit einer Steuerungsvorrichtung zur Steuerung einer Verarbeitungsvorrichtung, insbesondere einer Fertigungsvorrich­ tung bekannt, wobei mindestens ein Sensor zur Übertragung von Sensordaten von der Verarbeitungsvorrichtung an die Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist. Zur Verringe­ rung des Aufwands bei der Installation von Sensoren wird vorgeschlagen, daß die Sen­ soren eine Funksendevorrichtung und eine Funkempfangsvorrichtung aufweisen, die zur drahtlosen Übertragung der Sensordaten an die mit der Steuerungsvorrichtung ver­ bundene Empfangsvorrichtung vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System, insbesondere ein Automatisie­ rungssystem, mit drahtloser Kommunikation zwischen einer Basisstation und mehreren Sensoren der eingangs genannten Art mit vereinfachtem Aufbau anzugeben.

Des weiteren soll eine Aktor/Basisstation hierzu angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Systems in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angege­ benen Merkmale gelöst.

Die Aufgabe wird bezüglich der Aktor/Basisstation durch die im Anspruch 5 angegebe­ nen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich unter Zuhilfenahme des vorgeschlagenen Systems, insbesondere Automatisierungssystems, mit drahtloser Kommunikation zwischen einer Aktor/Basisstation und mehreren Senso­ ren für einfache Regelungen komplett drahtlose Lösungen sehr einfach aufbauen las­ sen, was die Projektierung, Herstellung und Montage vereinfacht, wodurch sich Ko­ stenvorteile ergeben. Vorteilhaft sind zusätzliche Steuer/Regeleinrichtungen nicht er­ forderlich.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich­ net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Automatisierungssystem mit Aktor/Basisstation und Sensoren,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer Aktor/Basisstation,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Aktor/Basisstation.

In Fig. 1 ist ein Automatisierungssystem mit Aktor/Basisstation und Sensoren darge­ stellt. Es ist eine Steuerungstechnik 1 (speicherprogrammierbare Steuerung SPS) zu erkennen, an welche über einen Feldbus 2 und eine I/O-Einheit 3 (Input/Output-Einheit, Eingabe/Ausgabe-Einheit) eine Aktor/Basisstation 4.1 erster Ausführungsform ange­ schlossen ist. Des weiteren oder auch alternativ hierzu kann eine Aktor/Basisstation 4.2 zweiter Ausführungsform mit dem Feldbus 2 verbunden sein. Beide Ausführungsformen der Aktor/Basisstation 4.1, 4.2 weisen einen Funkempfänger und gegebenenfalls zu­ sätzlich einen Funksender oder eine kombinierte Sende/Empfangseinrichtung auf, wel­ che Funksignale empfängt und abgibt.

Es erfolgt eine drahtlose Kommunikation zwischen der Aktor/Basisstation 4.1 und/oder 4.2 und einer Vielzahl von Sensoren 5.1 . . . 5.n (n = beliebige ganze Zahl) über ein Über­ tragungsmedium 8, wobei diese Sensoren 5.1 . . . 5.n einem Gerät, einer Maschine oder Anlage zugeordnet sind. Im konkreten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Ge­ fäß 10 zur Aufnahme einer Flüssigkeit, wobei diese Flüssigkeit einen oberen Flüssig­ keitsstand 11 des Gefäßes nicht überschreiten und einen unteren Flüssigkeitsstand 12 des Gefäßes nicht unterschreiten soll.

Der aktuelle Flüssigkeitsstand und insbesondere die beiden Flüssigkeitsstände 11 bzw. 12 werden unter Einsatz der Sensoren 5.1, 5.m erfaßt und überwacht. Die drahtlose Kommunikation zwischen der Aktor/Basisstation 4.1 und/oder 4.2 und den einzelnen Sensoren 5.1 bis 5.n erfolgt vorzugsweise über 2-Weg Funkverbindungen. Jeder Sen­ sor 5.1 . . . 5.n ist hierzu mit einem Funksender 6.1 . . . 6.n und/oder einem Funkempfänger 7.1 . . . 7.n oder einer kombinierten Sende/Empfangseinrichtung ausgestattet, die Funksi­ gnale abgibt und empfängt. Beispielsweise geben die Sensoren Sensorsignale, d. h. Funksignale hinsichtlich des aktuellen Zustandes/Schaltzustandes, hier der aktuellen Flüssigkeitsstände ab und empfangen Parametersätze über Funk, wie vorgegebene Sensor-Schaltschwellen bzw. Schalthysteresen und/oder vorgegebene Korrekturfakto­ ren für unterschiedliche zu identifizierende Materialien bei Näherungssensoren. Die Funksignale zu allen Sensoren 5.1 . . . 5.n bzw. von allen Sensoren werden von der Ak­ tor/Basisstation 4.1 und/oder 4.2 als zentraler Sende/Empfangseinrichtung der Auto­ matisierungseinrichtung abgegeben bzw. empfangen.

Liegt der aktuelle Flüssigkeitsstand unter dem unteren Flüssigkeitsstand 12, so steuert die Aktor/Basisstation 4.1 und/oder 4.2 eine Pumpe 9 an bzw. führt dieser Pumpe 9 elektrische Energie zu, worauf die Pumpe 9 solange über ein Rohrsystem Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in das Gefäß 10 fördert, bis der obere Flüssigkeitsstand 11 erreicht ist.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform einer Aktor/Basisstation dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Aktor/Basisstation eine separate I/O-Einheit 3 vorgeschaltet.

Die Aktor/Basisstation 4.1 weist einen Aktor 13, beispielsweise ein Schaltschütz, mit einem Energieversorgungsanschluß 14 und einem Lastanschluß 15 (im Ausführungs­ beispiel für den Anschluß der Pumpe 9) auf. Ein extern mit der I/O-Einheit 3 verbunde­ ner Kommunikationsanschluß 16 der Aktor/Basisstation ist geräteintern mit einer Verar­ beitungseinheit 22, einem Demodulator/Decodierer 17 und einem Modulator/Codierer 20 verbunden. An den Demodulator/Decodierer 17 ist ein Funkempfänger 18 ange­ schlossen, während ein Funksender 21 mit dem Modulator/Codierer 20 verbunden ist. Funkempfänger 18 und Funksender 21 sind vorzugsweise an dieselbe Antenne 19 an­ geschlossen.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform einer Aktor/Basisstation dargestellt. Bei Ein­ satz dieser zweiten Ausführungsform kann eine separate I/O-Einheit zwischen Feldbus 2 und Aktor/Basisstation 4.2 vorteilhaft entfallen und der Kommunikationsanschluß 16 wird über ein geeignetes Vebindungskabel direkt mit dem Feldbus 2 verbunden. Der Kommunikationsanschluß 16 ist geräteintern mit einer Verarbeitungseinheit 23 verbun­ den, in welche eine I/O-Einheit integriert ist. Diese Verarbeitungseinheit 23 ist anderer­ seits mit dem Aktor 13, mit dem Demodulator/Decodierer 17 und mit dem Modula­ tor/Codierer 20 verbunden. Der übrige Aufbau der Aktor/Basisstation 4.2 mit Energie­ versorgungsanschluß 14, Lastanschluß 15, Funkempfänger 18, Funksender 21 und Antenne 19 ist unverändert gegenüber der Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Bei den Aktor/Basisstationen 4.1 und/oder 4.2 handelt es sich vorzugsweise um Geräte mit "intelligenten" Aktoren, bei denen der Aktor 13 einfache Steuerungsfunktionen selbst ohne explizite Vorgabe durch die Steuerungstechnik 1 ausführen kann. In den Verarbeitungseinheiten 22, 23 sind dementsprechende Zusatzfunktionen implementiert, insbesondere Zeitfunktionen zur Ein- und Ausschaltverzögerung des Aktors und/oder Zeitfunktionen zur Erzeugung einer bestimmten Frequenz und/oder automatische Er­ zeugung eines vorgegebenen Einschalt/Ausschalt-Zeitprofils. Die Übertragung von Pa­ rametern für diese Zusatzfunktionen erfolgt über den Feldbus 2.

In einer einfacheren, nur zur drahtlosen 1-Weg Kommunikation mit Sensoren geeigne­ ten Ausführungsform weist die Aktor/Basisstation 4.1 und/oder 4.2 lediglich einen Funkempfänger 18 auf, während jeder Sensor 5.1 . . . 5.n lediglich mit einem Funksender 6.1 . . . 6.n versehen ist, Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die erfaßten Sensor­ daten als Sensorsignale drahtlos an die Aktor/Basisstation zu übermitteln.

Als Aktoren können allgemein beispielsweise mikromechanische, piezoelektrische, elektrochemische, magnetostriktive, elektrostriktive, elektrostatische oder elektroma­ gnetische Aktoren verwendet werden, wie sie in Aktoren-Systemen oder Maschinen, beispielsweise bei Steuer/Regelsystemen, in Fernsteuersystemen, in der Robotertech­ nik, bei Herstellungsautomaten bzw. Fertigungsautomaten, als Anzeigeelemente und in Schutz- und Sicherheitssystemen (beispielsweise bei Freiluft- oder Innenraum- Schaltanlagen) zum Einsatz gelangen.

Claims (5)

1. System, insbesondere Automatisierungssystem, mit einer Steuerungs­ technik (1) und mehreren Aktoren und Sensoren (5.1 . . . 5.n), wobei zur Übermittlung von Sensordaten eine drahtlose Kommunikation zwischen einer an die Steuerungstechnik (1) angeschlossenen Basisstation mit Funkempfänger (18) und den Sensoren mit Funksendern (6.1 . . . 6.n) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation mit min­ destens einem Aktor (13) zu einer Aktor/Basisstation (4.1, 4.2) zusammengefaßt ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ak­ tor/Basisstation (4.2) eine Verarbeitungseinheit (23) mit integrierter Input/Output-Einheit aufweist.

3. System nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in ei­ ner Verarbeitungseinheit (22, 23) der Aktor/Basisstation (4.1; 4.2) Zusatzfunktionen implementiert sind, insbesondere Zeitfunktionen zur Ein- und Ausschaltverzögerung eines Aktors und/oder Zeitfunktionen zur Erzeugung einer bestimmten Frequenz und/oder automatische Erzeugung eines vorgegebenen Einschalt/Ausschalt-Zeitprofils.

4. System nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Aktor/Basisstation (4.1, 4.2) zusätzlich mit einem Funksender (21) zur drahtlosen Übermittlung von Parametersätzen an die zusätzlich mit Funkempfängern (7.1 . . . 7.n) ausgerüsteten Sensoren (5.1 . . . 5.n) versehen ist.

5. Aktor/Basisstation eines eine Vielzahl von Sensoren (5.1 . . . 5.n) sowie eine Steuerungstechnik (1) aufweisenden Systems, insbesondere Automatisierungssy­ stems, mit folgenden Baueinheiten:

• - einem Funkempfänger (18) mit nachgeschaltetem Demodulator/Decodierer (17) und vorgeschalteter Antenne (19) und/oder
• - einem Funksender (21) mit vorgeschaltetem Modulator/Codierer (20) und nachgeschalteter Antenne (19),
• - mindestens einem Aktor (13) mit Energieversorgungsanschluß (14) und Lastanschluß (15),
• - einer Verarbeitungseinheit (22, 23), gegebenenfalls mit integrierter In­ put/Output-Einheit und
• - einem Kommunikationsanschluß (16) zum Anschluß an die Steuerungs­ technik (1).