DE102007026512A1

DE102007026512A1 - Schaltgerät, System und Verfahren

Info

Publication number: DE102007026512A1
Application number: DE102007026512A
Authority: DE
Inventors: Bernd Buck; Joachim Uffelmann
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-06-09
Also published as: DE102007026512B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgerät, mit einer Sensoreinrichtung, die zumindest einen Sensor zur Aufnahme eines physikalischen Wertes aufweist, mit einem Schaltausgang, der einen Ausgangsanschluss zur Ankopplung des Schaltgeräts an eine Kommunikationsverbindung aufweist, mit einer Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, Steuersignale sowohl zur Abfrage als auch zur Aktivierung des Schaltausgangs derart bereitzustellen, dass der Schaltausgang in einem ersten Übertragungsmodus als binärer Schalter im Gleichstrombetrieb arbeitet und in einem zweiten Übertragungsmodus mindestens zwei unterschiedliche, jeweils verschiedene Schaltzustände charakterisierende Signalpegelfolgen ausgibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät, ein System mit einem solchen Schaltgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben des Schaltgeräts.
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalttechnik und hier insbesondere im Bereich elektrischer oder elektronischer Schaltgeräte. Solche Schaltgeräte sind in einer Vielzahl verschiedener Ausgestaltungen und Varianten allgemein bekannt, sodass nachfolgend auf deren Aufbau und Funktionsweise nicht näher eingegangen wird. Lediglich zum allgemeinen Hintergrund sei hier auf die DE 199 06 342 C2 und DE 37 35 694 A1 verwiesen, die sowohl hinsichtlich der Funktion und des Aufbaus von so genannten Zwei- und Dreileiterschaltgeräten, wie sie bei der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung verwendet werden, als technischer Hintergrund anzusehen sind.
Schaltgeräte existieren in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausführungsformen und Varianten. So existieren beispielsweise berührungslos arbeitende Schaltgeräte, wie zum Beispiel induktive, kapazitive oder optische Schaltgeräte. Daneben existieren auch drahtgebundene Schaltgeräte, bei denen die Schaltsignale über eine Drahtleitung übermittelt werden. Daneben unterscheiden sich viele Schaltgeräte auch in der Anzahl der Ausgangsanschlüsse und Versorgungsanschlüsse. Eine Minimalvariante stellen so genannte Zweileiterschaltgeräte dar. Bei solchen Zweileiterschaltgeräten wird an einem ersten Schaltgeräteanschluss ein Versorgungspotenzial angeschlossen, während an dem anderen Schaltgeräteanschluss eine Last anzuschließen ist, an die dann ein zweites Versorgungspotenzial anschließbar ist. Daneben existieren auch Dreileiterschaltgeräte, die zwei Versorgungsanschlüsse für zwei unterschiedliche Versorgungspotenziale sowie einen Schaltaus gang aufweisen. Über diesen Schaltausgang können Schaltsignale des Schaltgerätes übertragen werden. Die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik wird nachfolgend mit Bezug auf ein als Dreileiterschaltgerät ausgebildetes Schaltgerät erläutert, jedoch ohne die Erfindung dahingehend zu beschränken.
Schaltgeräte werden für die verschiedensten Anwendungen verwendet. Eine solche Anwendung bezieht sich auf einen intelligenten Sensor. Ein solcher Sensor ist dazu ausgelegt, einen physikalischen Wert zu messen. Mittels einer Auswerteeinrichtung wird der von dem Sensor aufgenommene Messwert ausgewertet. Überschreitet der Messwert eine definierte, beispielsweise vorher vorgegebene Schwelle, dann wird dieses Ereignis herangezogen, um einen Schaltausgang zu schalten. Dieser Schaltausgang weist typischerweise einen steuerbaren Schalter auf, der über das Steuersignal ein- und ausgeschaltet wird. Bei Überschreiten der definierten Schwelle wird ein Steuersignal erzeugt, welches diesen steuerbaren Schalter schließt und somit den Ausgangsanschluss des Schaltgerätes mit dem Versorgungspotenzial beaufschlagt.
Daneben kann ein solches elektronisches Schaltgerät auch zusätzliche Funktionen aufweisen, wie zum Beispiel ein Kommunikationsmodul. Mittels dieses Kommunikationsmoduls, welches bei herkömmlichen Schaltgeräten mit zumindest einem eigens dafür vorgesehenen Ausgangsanschluss innerhalb des Schaltgerätes verbunden ist, ist das Schaltgerät in der Lage, mit anderen Kommunikationsteilnehmern, Steuergeräten oder entsprechend ausgebildeten Schaltgeräten zu kommunizieren.
Bei solchen Schaltgeräten mit Kommunikationsfunktionalität ist bei herkömmlichen Schaltgeräten neben den zwei Versorgungsanschlüssen und dem Ausgangsanschluss des Schaltausgangs zumindest ein weiterer Ausgangsanschluss erforderlich, über den die Datenkommunikation erfolgen kann. Dabei steht das typischerweise als Slave betriebene Schaltgerät in kommunikativer Kopplung mit einem als Master betriebenen Steuergerät, welches die von dem Schaltgerät ermittelten (Mess-)Daten aufnimmt und weiterverarbeitet und welches gegebenenfalls das mit ihr in kommunikativer Verbindung stehende Steuergerät steuert. Diese kommunikative Verbindung enthält eine oder mehrere Datenleitungen und wird nachfolgend auch als Kommunikationsverbindung bezeichnet. Eine solche Kommunikationsverbindung kann zum Beispiel auch eine Punkt zu Punkt Verbindung darstellen.
Darüber hinaus können auch Parameter und Diagnosedaten über die Datenleitungen übermittelt werden.
Der Anmelderin ist ferner intern bekannt, zur bidirektionalen Kommunikation zwischen dem als Master betriebenen Steuergerät und dem Schaltgerät ein serielles Datenübertragungsprotokoll einzusetzen, wobei für die serielle Datenübertragung auf den zusätzlichen Ausgangsanschluss des Schaltgerätes verzichtet werden kann. Zur Kommunikation kann hier der Schaltausgang des Schaltgerätes verwendet werden. Allerdings ist für die Implementierung des seriellen Datenübertragungsprotokolls ein zusätzlicher Steueraufwand auf der Seite des Schaltgerätes erforderlich.
Darüber hinaus ist der Anmelderin intern bekannt, einen so genannten binären Modus (oder Übertragungsmodus) einzusetzen, mittels welchem Messdaten sehr schnell ohne den zeitlichen Aufwand der Verarbeitung eines komplexeren Datenübertragungsprotokolls von dem Schaltgerät an das als Master betriebene Steuergerät gesendet werden können. Bei diesem binären Modus wird im Falle der Datenkommunikation zwischen Steuereinrichtung und Schaltgerät bei der Auswertung der Steuersignale zwischen einem vorbestimmten, von Null verschiedenen Signalpegel und einem Null-Signalpegel unterschieden. Beispielsweise wird ein vorbestimmter Signalpegel empfangsseitig als eine logische Eins ("1", High) und ein Null-Signalpegel als eine logische Null ("0", Low) interpretiert.
Problematisch bei diesem Verfahren ist allerdings, dass beim Einsatz des binären Modus empfangsseitig das die Daten empfangende Steuergerät nicht die Fälle unterscheiden kann, ob der Sender – also das Schaltgerät – über die Kommunikationsverbindung im binären Modus nun eine logische Null sendet oder überhaupt nicht mehr an der Kommunikationsverbindung angeschlossen ist. Letzteres ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Schaltgerät von der Kommunikationsverbindung abgekoppelt wurde, beispielsweise wenn dieses durch ein anderes Schaltgerät ersetzt wird, oder etwa auch, wenn das Schaltgerät fehlerhaft ist und damit nicht mehr in der Lage ist, Datensignale zu senden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Schaltgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Schaltgerätes bereitzustellen, die eine sichere, jedoch nichtsdestotrotz einfache Datenkommunikation zwischen einem Steuergerät zur Steuerung des Schaltgerätes und dem Schaltgerät gewährleisten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Schaltgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 26 und ein Verfahren zum Betreiben des Schaltgerätes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 33 gelöst.
Demgemäß ist vorgesehen:

– Ein Schaltgerät mit einer Sensoreinrichtung, die zumindest einen Sensor zur Aufnahme eines physikalischen Wertes aufweist, mit einem Schaltausgang, der einen Ausgangsanschluss zur Ankopplung des Schaltgeräts an eine Kommunikationsverbindung aufweist, mit einer Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, Steuersignale sowohl zur Abfrage als auch zur Aktivierung des Schaltausgangs derart bereitzustellen, dass der Schaltausgang in einem ersten Übertragungsmodus als binärer Schalter im Gleichstrombetrieb arbeitet und in einem zweiten Übertragungsmodus mindestens zwei unterschiedliche, jeweils verschiedene Schaltzustände charakterisierende Signalpegelfolgen ausgibt.
– Ein System mit zumindest einem Schaltgerät; mit zumindest einem Steuergerät; und mit einer Kommunikationsverbindung, welche das Schaltgerät mit dem Steuergerät koppelt.
– Ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltgeräts, mit den Schritten: Bereitstellen eines sowohl zur Abfrage als auch zur Aktivierung des Schaltausgangs geeigneten Steuerbefehls, Betreiben des Schaltausgangs des Schaltgeräts in Abhängigkeit des bereitgestellten ersten Steuerbefehls derart, dass der Schaltausgang in einem ersten Übertragungsmodus als binärer Schalter im Gleichstrombetrieb arbeitet und in einem zweiten Übertragungsmodus mindestens zwei, jeweils verschiedene Schaltzustände charakterisierende Signalpegelfolgen ausgibt.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht hier darin, dass für diese Art der Kommunikation zwischen Schaltgerät und Steuergerät keinerlei Austausch eines Datenkommunikationsprotokolls erforderlich ist, wodurch dies sehr einfach und elegant implementierbar ist.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass durch das Vorsehen sichergestellt ist, dass empfangsseitig, d. h. auf der Seite, des mittels eines Busses mit dem Schaltgerät gekoppelten, eine Unterscheidbarkeit zwischen einem geöffneten Schaltausgang des Schaltgeräts und einem Nichtvorhandensein des Schaltgeräts oder eines abgekoppelten Schaltgeräts sichergestellt ist. Somit ist erfindungsgemäß eine sichere Information vorhanden, die aussagt, ob das Schaltgerät physikalisch an der Kommunikationsverbindung angeschlossen ist oder nicht.
Des Weiteren wird ein System bereit gestellt, welches zumindest ein wie oben beschriebenes Schaltgerät, zumindest eine als Master betriebene Vorrichtung, und eine Kommunikationsverbindung aufweist, welcher das jeweilige Steuergerät mit der als Master betriebenen Vorrichtung koppelt. Die als Master betriebene Vorrichtung ist insbesondere eine Diagnose- und/oder Steuervorrichtung, welche die Daten oder Messdaten des in dem Schaltgerät integrierten Sensors oder Sensoreinrichtung empfängt und weiterverarbeitet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bezeichnet im zweiten Übertragungsmodus ein erster Schaltzustand eine logische "1" und ein zweiter Schaltzustand eine logische "0" bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist im zweiten Übertragungsmodus jede Signalpegelfolge dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schaltzustände bei konstantem Schaltsignal des Schaltausgangs ändern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Spannungspegelfolgen als sich periodisch wiederholende Signalpegelfolgen ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sendet das Schaltgerät dauerhaft über den in dem zweiten Datenübertragungsmodus betriebenen Schaltausgang die Signalpegelfolgen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sendet das Schaltgerät über den in dem zweiten Übertragungsmodus betriebenen Schaltausgang mittels einer Frequenzumtastung eine erste vorbestimmte Signalpegelfolge als Signale einer ersten vorbestimmten Frequenz und eine zweite vorbestimmte Signalpegelfolge als Signale einer zweiten vorbestimmten Frequenz sendet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung steuert die Steuereinrichtung den Schaltausgang in einem dynamischen Modus derart an, dass die unterschiedlichen Signalpegelfolgen als unterschiedliche Frequenzen ausgegeben werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine vorbestimmte (maximale) Schaltfrequenz des Schaltgerätes, die insbesondere kleiner als 1,5 kHz ist, kleiner als die erste und die zweite vorbestimmte Frequenz. Allgemein wird diese Frequenz durch die Schaltfrequenz des Schaltausgangs bestimmt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liegen die erste vorbestimmte Frequenz und die von der ersten vorbestimmten Frequenz unterschiedliche, zweite vorbestimmte Frequenz jeweils im Kilohertzbereich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite vorbestimmte Frequenz ein geradzahliges Vielfaches der ersten vorbestimmten Frequenz und insbesondere doppelt so groß ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die erste vorbestimmte Frequenz 1,2 kHz oder 2,4 kHz und die zweite vorbestimmte Frequenz beträgt 2,4 kHz bzw. 4,8 kHz.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bezeichnet die erste vorbestimmte Frequenz eine logische "1" und die zweite vorbestimmte Frequenz eine logische "0". Denkbar wäre natürlich auch eine umgekehrte Logik.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Übertragungsmodus als dynamischer Übertragungsmodus ausgebildet, bei dem von dem Schaltausgang erzeugte Schaltsignale ihren Signalpegel ändern und/oder ihre Impuls-Dauer ändern und/oder ihren Abstand zueinander ändern und/oder ihre Signalform ändern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Übertragungsmodus zur Übertragung von Daten von dem Schaltgerät zu zumindestens einem an der Kommunikationsverbindung angeschlossenen Steuergerät vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist für den zweiten Übertragungsmodus kein Datenübertragungsprotokoll vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der zweite Übertragungsmodus als ein Anzeigemodus vorgesehen, welcher einem mit dem Schaltgerät über die Kommunikationsverbindung gekoppelten Steuergerät anzeigt, dass das Schaltgerät physikalisch an der Kommunikationsverbindung angeschlossen ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der erste Übertragungsmodus als statischer Übertragungsmodus ausgebildet, bei dem von dem Schaltausgang erzeugte Schaltsignale ihren Signalpegel nicht ändern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Schaltgerät als Slave ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Ausgangsanschluss als Eingangs-/Ausgangsanschluss zur Ankopplung eines bidirektional betreibbaren Busses an das Schaltgerät ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Schaltgerät als binäres Schaltgerät ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Schaltausgang als „open-collector"-Ausgangsstufe ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Schaltausgang als „push-pull"-Ausgangsstufe ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Schaltgerät mindestens zwei Sensoren zur Aufnahme und zur Erzeugung zumindest zweier Messsignale, die jeweils eine Information des von dem jeweiligen Messsensor aufgenommenen Messwertes enthalten, auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung eine Verknüpfungseinrichtung auf, die Messsignale der zumindest zwei Sensoren zu einem Steuersignal des Schaltausgangs logisch verknüpft. Diese Funktion kann zusätzlich oder alternativ auch parametrisiert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, während eines Initialisierungsvorgangs zu erkennen, in welchem Übertragungsmodus das Schaltgerät betrieben werden soll.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Schaltgerät ein einziges Gehäuse auf, innerhalb dem die Sensoreinrichtung, der Schaltausgang und die Steuereinrichtung angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Schaltgerät ein erstes Gehäuseteil, in dem die Sensoreinrichtung angeordnet ist, und ein vom ersten Gehäuseteil getrenntes zweites Gehäuseteil, innerhalb dem der Schaltausgang und die Steuereinrichtung angeordnet sind, auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Schaltgerät zwei Versorgungsanschlüsse auf, an welche eine externe Versorgungsspannung anlegbar ist, welche das Schaltgerät mit Energie versorgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Eingabeeinrichtung vorgesehen, welche mit der Steuervorrichtung gekoppelt ist und mittels welcher zumindest ein erster Steuerbefehl eingebbar ist, in dessen Abhängigkeit die Steuereinrichtung den Schaltausgang in einem vorbestimmten Übertragungsmodus betreibt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist im zweiten Übertragungsmodus eine Pulsweitenmodulation zur Datenübertragung vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sendet das Steuergerät einen ersten Steuerbefehl an das jeweilige gekoppelte Schaltgerät, in dessen Abhängigkeit die Steuereinrichtung des Schaltgeräts den Schaltausgang in den ersten oder den zweiten Übertragungsmodus betreibt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Energiequelle sowohl zur Versorgung des Steuergerätes als auch des Schaltgerätes vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind das Steuergerät und das Schaltgerätes dazu ausgelegt, über die Kommunikationsverbindung im Halbduplexverfahren miteinander zu kommunizieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind ein einziges Schaftgerät und ein einziges Steuergerät an der Kommunikationsverbindung angeschlossen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Kommunikationsverbindung als einpolige Datenleitung ausgebildet, über die vorzugsweise eine serielle Datenkommunikation stattfindet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Steuergerät eine „push-pull"-Ausgangsstufe auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Steuergerät eine höhere Strombelastbarkeit als das Schaltgerät auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der erste Steuerbefehl mittels einer in dem Schaltgerät vorgesehenen Eingabeeinrichtung eingegeben oder von einem mit dem Schaltgerät gekoppelten Steuergerät an das Schaltgerät übertragen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt für eine Kommunikation zwischen dem Schaltgerät und dem Steuergerät eine bitserielle bidirektionale Datenkommunikation, insbesondere nach dem UART-Protokoll.
In einer bevorzugten Ausgestaltung liest bei einer Kommunikation zwischen dem Schaltgerät und dem Steuergerät das Steuergerät während eines Initialisierungsvorgangs die Betriebsparameter des Schaltgerätes aus.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bestimmt bei einer eine Kommunikation zwischen dem Schaltgerät und dem Steuergerät das Steuergerät die Signalpegel auf der Übertragungsleitung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
1 ein allgemeines Blockschaltbild eines Systems mit einem erfindungsgemäßen Schaltgerät;
2 ein Blockschaltbild für ein erstes detailliertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes;
3 ein Blockschaltbild für ein zweites detailliertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes;
4 ein Blockschaltbild für ein drittes detailliertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes;
5 ein schematisches Signal-Zeit-Diagramm des zweiten Übertragungsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ein schematisches Signal-Zeit-Diagramm des dritten Übertragungsmodus gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ein schematisches Frequenzdiagramm des dritten Übertragungsmodus in dem ersten Zustand des Schaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 ein schematisches Frequenzdiagramm des dritten Übertragungsmodus in dem zweiten Zustand des Schaltgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts.
In allen Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente, Merkmale und Signale – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
1 zeigt ein allgemeines Blockschaltbild eines Systems mit einem erfindungsgemäßen Schaltgerät. Das System ist hier mit Bezugszeichen 20 und das Schaltgerät ist mit Bezugszeichen 1 bezeichnet.
Das System 20 weist zumindest ein Schaltgerät 1, eine Master-Vorrichtung 8 und einen Kommunikationsverbindung 7 auf, welche das Schaltgerät 1 mit der Master-Vorrichtung 8 koppelt. In 1 ist u. a. der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich ein einziges Schaltgerät 1 dargestellt, wobei selbstverständlich an eine Master-Vorrichtung 8 vorzugsweise eine Vielzahl von Schaltgeräten 1 angeschlossen sein können.
Das Schaltgerät 1 sei hier als so genanntes Dreileiterschaltgerät ausgebildet. Das Schaltgerät 1 weist eine Sensoreinrichtung 2, einen Schaltausgang 3 und eine die Schaltausgangsschaltung 3 steuernde Steuereinrichtung 4 auf. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung 2 dazu ausgebildet sein, Daten D, insbesondere Messdaten, von der Sensoreinrichtung 3 aufzunehmen und bereitzustellen. Die Steuereinrichtung 4 ist dazu ausgelegt, den Schaltausgang 3 derart zu steuern, dass dieser in einer ersten Betriebsart und in zumindest einer zweiten Betriebsart betreibbar ist. Hierauf wird später mit Bezug auf die 5–9 noch detailliert eingegangen.
Das Schaltgerät 1 ist mittels des Schaltausgangs 3 mit der Master-Vorrichtung 8 gekoppelt, wobei das Schaltgerät 1 und die mit dem Schaltgerät 1 gekoppelte Master-Vorrichtung 8 über den Schaltausgang 3 in kommunikativer Verbindung stehen. Die Master-Vorrichtung 8 wird nachfolgend auch als Steuergerät 8 bezeichnet. Das Schaltgerät 1 fungiert bei einer Kommunikation mit diesem Steuergerät 8 als Slave.
Ferner kann vorzugsweise eine Eingabevorrichtung 9 in dem Schaltgerät 1 vorgesehen sein, welche mit der Steuereinrichtung 4 gekoppelt ist und mittels der ein Steuerbefehl X0 eingegeben werden kann. Ein solcher Steuerbefehl X0 kann zum Beispiel vorsehen, dass die Steuereinrichtung 4 den Schaltausgang 3 in abhängig von dem Steuerbefehl X0 in einem bestimmten Übertragungsmodus betreibt. Alternativ kann auch der Steuerbefehl X0, welcher zum Steuern des Schaltausgangs 3 geeignet ist, von dem Steuergerät 8 bereitgestellt werden und mittels des Kommunikations-Busses 7 an das Schaltgerät 1, insbesondere deren Steuereinrichtung 4, übertragen werden.
2 zeigt ein Blockschaltbild für ein erstes detaillierteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgerätes.
Die Sensoreinrichtung 2 in der 2 weist einen Sensorsteuerteil 23 und einen Sensorteil 22 auf. Der Sensorteil 22 weist hier lediglich beispielhaft zwei einzelne Sensoren 24, 25 auf. Die Sensoren 24, 25 sind vorzugsweise optische Sensoren, können jedoch zusätzlich oder alternativ auch als berührungslose induktive oder kapazitive Sensoren ausgebildet sein. Selbstverständlich können hier auch alle anderen Messverfahren ebenfalls zur Anwendung kommen. Die Sensoren 24, 25 sind dazu ausgelegt, einen physikalischen Wert zu messen. Diese Messdaten werden als analoge Messsignale M1, M2 an das Sensorsteuerteil 23 weitergeleitet. Das Steuerteil 23 weist eine Auswerte- und Vergleichseinrichtung auf, die die ihr zugeführten Messsignale M1, M2 auswertet. Bei dieser Auswertung wird beispielsweise das Messsignal M1, M2, welches einen physikalischen Wert repräsentiert, mit einer vorgegebenen Schwelle, die einer Schwelle für den physikalischen Messwert entspricht, verglichen. Übersteigt das Messsignal diese vorgegebene Schwelle (oder unterschreitet sie), dann erzeugt das Steuerteil 23 ein Steuersignal X4, welches der Steuereinrichtung 4 zugeführt wird. Aus diesem Steuersignal X4 werden in der Steuereinrichtung 4 Steuersignale X2, X3 abgeleitet, mittels denen steuerbare Stromquellen 30, 31 innerhalb des Schaltausgangs 3 aktiviert werden und damit an dem gemeinsamen Eingangs-/Ausgangsanschluss 10 ein Schaltsignal SS bereitgestellt werden kann.
Zusätzlich ist das Sensorsteuerteil 23 auch dazu ausgelegt, die Funktion des Sensorteils 22 und hier insbesondere der im Sensorteil 22 angeordneten Sensoren 24, 25 zu steuern. Beispielsweise könnte vorgesehen sein, dass lediglich einer dieser Sensoren 24 aktiviert ist und der jeweils andere deaktiviert ist.
Vorzugsweise sind aber beide Sensoren 24, 25 gleichzeitig aktiv und liefern Messsignale M1, M2.
Das Steuerteil 23 ist ferner dazu ausgelegt, die Betriebsmodi dieser Sensoren 24, 25 einzustellen. Hierzu ist das Sensorsteuerteil 23 mit einem Steuereingang 26 verbunden, der z. B. Bestandteil der Eingabeeinrichtung 9 sein kann. Über diesen Steueranschluss 26 lässt sich dem Sensorsteuerteil 23 ein Steuersignal X1 zuführen. Dieses Steuersignal X1 kann z. B. eine Information über einen Sensorbetriebsmodus, mit welchem einer oder mehrere der Sensoren 24, 25 betrieben werden sollen, enthalten. Mittels dieses Steuersignals X1 ist somit eine Moduseinstellung der Sensoreinrichtung 2 möglich.
Die Steuereinrichtung 4 ist zwischen der Sensorsteuereinrichtung 2 und dem Schaltausgang 3 angeordnet. Die Steuereinrichtung 4 enthält beispielsweise eine programmgesteuerte Einrichtung, wie z. B. einen Mikrokontroller, oder ist Bestandteil davon. Die Steuereinrichtung 4 steuert in an sich bekannter Weise die Funktion des Schaltausgangs 3. Darüber hinaus weist die Steuereinrichtung 4 auch eine zusätzliche, erfindungsgemäße Funktionalität auf. Auf die verschiedenen Funktionen dieser Steuereinrichtung 4 und insbesondere auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben dieses Schaltgerätes wird nachfolgend noch detailliert eingegangen.
Während in der 2 die Steuereinrichtung 4 und das Sensorsteuerteil 23 als jeweils getrennte Einrichtungen dargestellt sind, versteht es sich von selbst, dass insbesondere die Funktionalität des Sensorsteuerteils 23 auch in der Steuereinrichtung 4 implementiert sein kann.
Das Schaltgerät 1 weist ferner einen einzelnen Eingangs-/Ausgangsanschluss 10 auf, der der Ankopplung des Schaltgerätes 1 an den Kommunikationsbus 7 und damit an das Steuergerät 8 dient.
Das Schaltgerät 1 weist ferner einen ersten und einen zweiten Versorgungsanschluss 5, 6 auf. An dem ersten Versorgungsanschluss 5 liegt ein erstes Versor gungspotenzial V1, beispielsweise ein positives Versorgungspotenzial V1, an, während an dem zweiten Versorgungsanschluss 6 ein zweites Versorgungspotenzial V2, beispielsweise ein Bezugspotenzial wie etwa das Potenzial der Bezugsmasse, anliegt. Über die beiden Versorgungsanschlüsse 5, 6 ist das Schaltgerät mit Energie versorgbar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Sensoreinrichtung 2, der Schaltausgang 3 sowie die Steuereinrichtung 4 über die Versorgungsanschlüsse 5, 6 mit einer Versorgungsspannung V = V1 – V2 versorgt. Diese Versorgungsspannung V wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von dem Steuergerät 8 über eigens dafür vorgesehene Versorgungsleitungen zur Verfügung gestellt.
Um nur ein Beispiel zu nennen, kann z. B. V1 = 48 Volt und V2 = 24 Volt sein, so dass V = 24 Volt ist. V = 24 Volt erhält man aber auch, wenn V1 = 24 Volt und V2 = 0 Volt ist.
Das Schaltgerät 1 ist hier als Dreileiterschaltgerät ausgebildet. Die beiden Versorgungsanschlüsse 5, 6 bilden zwei dieser drei Leiter des Schaltgerätes 1. Der dritte Leiter wird durch den Eingangs-/Ausgangsanschluss 10 gebildet.
Im Ausführungsbeispiel in der 2 ist der Schaltausgang 3 als Push-Pull-Ausgangsstufe ausgebildet. Der Schaltausgang 3 enthält hier eine erste und eine zweite gesteuerte Stromquelle 30, 31. Steuerseitig werden die erste und die zweite gesteuerten Stromquellen 30, 31 über ein erstes bzw. zweites Steuersignal X2, X3, welches von der Steuereinrichtung 4 erzeugt wird, angesteuert. Dabei ist die erste gesteuerte Stromquelle 30 in High-Side-Konfiguration angeordnet, bei der sie mit ihrer gesteuerten Strecke (Lastpfad) zwischen dem ersten Versorgungsanschluss 5 und dem Eingangs-/Ausgangsanschluss 10 angeordnet ist. Die zweite gesteuerte Stromquelle 31 ist in Low-Side-Konfiguration angeordnet und somit mit ihrer gesteuerten Strecke zwischen dem Eingangs-/Ausgangsanschluss 10 und dem zweiten Versorgungsanschluss 6 angeordnet.
Die gesteuerten Stromquellen 30, 31 können als steuerbare Schalter, wie etwa MOSFET, Bipolartransistor, JFET oder dergleichen, ausgebildet sein.
Wird die erste Stromquelle 30 über das (digitales) Steuersignal X2 der Steuereinrichtung 3 aktiviert, dann fließt ein Strom I1 vom ersten Versorgungsanschluss 5 zum Eingangs-/Ausgangsanschluss 10. Wird die zweite Stromquelle 31 über ein entsprechendes (digitales) Steuersignal X3 aktiviert, dann fließt ein Strom I2 vom Eingangsausgangsanschluss 10 zu dem zweiten Versorgungsanschluss 6. Diese beiden gesteuerten Stromquellen 30, 31 werden über die Steuersignale X2, X3 abwechselnd aktiviert und wieder deaktiviert, sodass lediglich einer der beiden gesteuerten Stromquellen 30, 31 aktiv ist. Auf diese Weise lässt sich über den Eingangs-/Ausgangsanschluss 10 ein Signal SS bereitstellen, welches durch die beiden Ströme I1, I2, je nach Ansteuerung der steuerbaren Stromquellen 30, 31 abgeleitet ist. Dieses Signal SS kann über die Kommunikationsverbindung 7 an das Steuergerät 8 übertragen werden und dort über eine eigens dafür vorgesehene Auswerteschaltung ausgewertet werden.
Das Steuergerät 8 weist ebenfalls einen Eingangs-/Ausgangsanschluss 84 auf, der über die Kommunikationsverbindung 7 mit dem Schaltgerät 1 verbunden ist. Das Steuergerät 8 weist zwei Versorgungsanschlüsse 85, 86 auf, an denen das erste Versorgungspotenzial V1 beziehungsweise das zweite Versorgungspotenzial V2 anliegt. Diese Versorgungsanschlüsse 85, 86 sind über Versorgungsleitungen mit den entsprechenden Versorgungsanschlüssen 5, 6 des Schaltgerätes 1 verbunden. Zwischen den beiden Versorgungsanschlüssen 85, 86 sind zwei Stromquellen 80, 81 in Reihenschaltung zueinander angeordnet, wobei deren Mittelabgriff mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluss verbunden ist. In gleicher Weise ist eine Reihenschaltung eines Widerstandes 83 mit einer Stromquelle 82 zwischen den Versorgungsanschlüssen 85, 86 vorgesehen, deren Mittelabgriff ebenfalls mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluss 84 verbunden ist. Zur Auswertung und Weiterleitung eines von dem Steuergerät 80 über dessen Eingangs-/Ausgangsanschluss 84 aufgenommenen Signals ist eine Vergleichereinrichtung 87 vorgesehen.
Die Stromquelle 32 ist dazu ausgelegt, einen Strom I0 zu erzeugen. Dieser Stom I0 ist typischerweise begrenzt. Für den Fall, dass der von der Stromquelle 30 des Schaltgerätes 1 erzeugte Strom I1 nun größer ist als der von der Stromquelle 82 erzeugte Strom I0 besteht dann die Gefahr, dass das als Master ausgebildete Steuergerät 8 mittels dieser Stromquelle 82 nicht mehr in der Lage ist, eine entsprechende Steuerung des Schaltgerätes 1 zu realisieren. Hierzu weist das Steuergerät 8 eine weitere Stromquelle 81, die parallel zu der Stromquelle 82 angeordnet ist, auf, die somit die Stromquelle 82 unterstützt, so dass insgesamt steuergeräteseitig ein größerer Strom als der Strom I1 des Schaltgerätes 1 erzeugt werden kann, so dass das Steuergerät 8 auch als Master fungieren kann.
Umgekehrt würden aber, sofern die Stromquelle 82 des Schaltgerätes 8 einen größeren Strom I0 erzeugt als die Stromquelle 30 des Schaltgerätes 1, schaltgeräteseitig zusätzliche Stromquellen erforderlich sein, damit dieses Steuergerät 8 als Master fungieren kann und das als Slave fungierende Schaltgerät 1 steuert.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in der 2 ist in dem Ausführungsbeispiel in der 3 das Schaltgerät 1 zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil 1' durch die Sensoreinrichtung 2 gebildet ist und ein zweiter Teil 1'' die Steuereinrichtung 4 sowie den Schaltausgang 3 aufweist. Diese beiden Teile 1', 1'' sind über entsprechende Verbindungsleitungen und Versorgungsleitungen miteinander verbunden.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen in den 2 und 3 weist in dem Ausführungsbeispiel der Schaltausgang 3 in der 4 eine so genannte Open-Kollektor-Ausgangsstufe auf. Hier ist lediglich in High-Side-Konfiguration eine erste gesteuerte Stromquelle 30 zur Erzeugung eines ersten Stroms I1 vorgesehen. Low Side-seitig ist ein Widerstand 34 vorgesehen. Der Strom I1 ist dabei so dimensioniert, dass der in dem Steuergerät 8 fließende Strom I0 kleiner ist als der von der ersten Stromquelle 30 erzeugte Strom I1.
Nachfolgend wird anhand der 1 und 5–9 das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Schaltgerätes 1 und insbesondere hier die Funktionsweise dessen Steuereinrichtung 4 erläutert. Das Schaltgerät 1 steht mit dem Steuergerät 8 in kommunikativer Verbindung, wobei das Schaltgerät 1 in einer ersten, einer zweiten und zumindest einer dritten erfindungsgemäßen Betriebsart – nachfolgend kurz als Übertragungsmodus bezeichnet – betrieben werden kann.
In dem ersten Übertragungsmodus sendet und/oder empfängt das Schaltgerät 1 in einem ersten Zustand Z1 des Schaltgeräts 1 Daten D mittels eines seriellen Datenübertragungsprotokolls an beziehungsweise von dem Steuergerät 8. Ein Beispiel eines solchen seriellen Datenübertragungsprotokolls ist die standardisierte serielle Schnittstelle RS232. Das Schaltgerät 1 ist dazu ausgelegt, über den in dem ersten Übertragungsmodus betriebenen Schaltausgang 3 mittels des seriellen Datenübertragungsprotokolls eine bidirektionale Kommunikation mit dem Steuergerät 8 durchführen. Mittels dieses Datenübertragungsprotokolls ist insbesondere das Steuergerät 8 in der Lage, das Schaltgerät 1 zu parametrisieren.
In dem zweiten Übertragungsmodus sendet das Schaltgerät 1 Daten D in dem ersten Zustand Z1 des Schaltgeräts 1. Vorzugsweise schaltet das Schaltgerät 1 über den in dem zweiten Übertragungsmodus betriebenen Schaltausgang 3 in dem ersten Zustand Z1 des Schaltgeräts 1 zumindest zwischen zwei Signalen mit unterschiedlichen Signalpegeln A1, A2 um. Dabei interpretiert das mit dem Schaltgerät gekoppelte Steuergerät 8 zum Beispiel jede ansteigende Flanke E1 oder jede abfallende Flanke E2 eines solchen Signals als einen zweiten Steuerbefehl SB2, welchen das Steuergerät 8 dann entsprechend weiterverarbeiten kann. Beispielsweise wird der zweite Steuerbefehl SB2 von dem Steuergerät 8 dazu benutzt, ein angeschlossenes Relais oder dergleichen anzusteuern. Ein lediglich beispielhaftes schematisches Signal-Zeit-Diagramm für den eben beschriebenen zweiten Übertragungsmodus ist in 5 dargestellt.
In dem dritten Übertragungsmodus sendet das Schaltgerät 1 eine erste vorbestimmte Signalpegelfolge S1 in dem ersten Zustand Z1 des Steuergeräts 1 und eine zweite vorbestimmte Signalpegelfolge S2 in einem zweiten Zustand Z2 des Schaltgeräts 1. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, sendet das Schaltgerät 1 in dem dritten Übertragungsmodus dauerhaft diese Signalpegelfolgen S1, S2. Insbesondere sendet das Steuergerät 1 über den in dem dritten Übertragungsmodus betriebenen Schaltausgang 3 mittels einer Frequenzumtastung in dem ersten Zustand Z1 die erste vorbestimmte Signalpegelfolge S1 als Signale einer vorbestimmten ersten Frequenz f1 (siehe 7) und in dem zweiten Zustand Z2 die zweite vorbestimmte Signalpegelfolge S2 als Signale einer zweiten vorbestimmten Frequenz f2 (siehe 8).
Alternativ dazu kann das Schaltgerät 1 über den in dem dritten Übertragungsmodus betriebenen Schaltausgang 3 mittels einer Gleichstromstromtastung in den ersten Zustand Z1 die erste vorbestimmte Signalpegelfolge S1, welche sich von jeglicher Signalpegelfolge des zweiten Übertragungsmodus unterscheidet, als Signale zumindest eines ersten vorbestimmten Pegels A1 senden und in dem zweiten Zustand Z2 die zweite Signalpegelfolge als Signale zumindest eines zweiten vorbestimmten Pegels A2 senden. Ein Beispiel dafür ist in 6 gezeigt. Der Null-Pegel A1 repräsentiert dabei eine logische Null. Demgegenüber repräsentiert der Pegel A2 eine logische Eins. T bezeichnet eine Detektionsdauer eines Informationssignals auf der Empfangsseite, also auf der Seite des Steuergeräts 8. Gemäß dem Beispiel nach 6 sendet das Schaltgerät 1 in dem zweiten Zustand Z2 entsprechend der Detektionsdauer T die Information "00110011" und in dem ersten Zustand Z1 die Information "0101". Auch hier können die Signale in den Zuständen Z2 und Z1 als Signale unterschiedlicher Frequenz interpretiert werden. Dann kann die Signalfolge S2 mit einer Frequenz f2 = 1/(T2) = 1/(2T) und die Signalfolge S1 des ersten Zustands Z1 als ein Signal mit der Frequenz f1 = 1/(T1) = 1/T interpretiert werden.
Folglich kann also der dritte Übertragungsmodus als ein Anzeigemodus eingesetzt werden, welcher einer mit dem Schaltgerät 1 über die Kommunikationsverbindung 7 und mittels des Schaltausgangs 3 gekoppelten Vorrichtung, beispielsweise dem Steuergerät 8, anzeigt, dass das Schaltgerät 1 physikalisch mit dem Kommunikationsverbindung 7 gekoppelt ist oder etwa auch nicht.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist stets von zwei unterschiedlichen Signalpegelfolgen, die zwei unterschiedliche Zustände repräsentieren, die Rede. An dieser Stelle ist allerdings ausdrücklich darauf hinzuweisen, dass dies lediglich beispielhaft zu verstehen ist. Vielmehr können auch mehr als zwei unterschiedli che Signalpegelfolgen vorgesehen sein, die eben entsprechend unterschiedliche Zustände repräsentieren. Das Vorhandensein von lediglich zwei Signalpegelfolgen ist insbesondere für eine binäre, digitale Kodierung der Daten im Übertragungsmodus von Vorteil. Allerdings ist die Erfindung nicht auf eine solche digitale, binäre Kodierung beschränkt, sondern lässt sich auch auf andere Kodierungsarten, wie zum Beispiel eine ternäre oder quartäre Kodierung, etc. erweitern.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde darüber hinaus zwei verschiedenen Amplituden A1, A2, die jeweils für beide Signalpegelfolgen gleich sind, verwendet, wobei die eine Amplitude A1 etwa 0 ist und die andere Amplitude A2 davon unterschiedlich ist. Diese Amplituden A1, A2 müssen jedoch nicht notwendigerweise derart dimensioniert sein, sondern können beispielsweise auch beide von 0 verschieden sein.
Darüber hinaus ist es wesentlich für die Erfindung, dass unterscheidbare Signalpegelfolgen erzeugt werden. Dies kann, wie in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, durch unterschiedliche Dauern T1, T2 eines Signalimpulses erfolgen, wobei dies nicht das alleinige Mittel hierfür ist. Denkbar wäre beispielsweise auch die Frequenz zu ändern, die Abstände von benachbarten Impulsen zu ändern oder auch kompliziertere Signalcharakteristiken einzuführen. Beispielsweise könnte vorgesehen sein, dass drei aufeinanderfolgende, kurze Impulse eine logische 0 repräsentieren, wohingegen zwei aufeinander folgende lange Impulse eine logische 1 repräsentieren. Dies macht bereits klar, dass auf diese Weise noch zusätzliche charakteristische Signalpegelfolgen erzeugt werden können, beispielsweise indem eine lange und zwei unmittelbar darauf folgende kurze Signalpegelfolgen einen anderen Zustand repräsentieren.
Denkbar wäre auch eine Variation der Amplituden, das heißt ein Signalimpuls der eine erste Amplitude aufweist definiert eine erste charakteristische Signalpegelfolge, wohingegen eine davon unterscheidbare Amplitude eine zweite unterscheidbare Signalpegelfolge repräsentiert.
Auch die Form eines Impulses, beispielsweise ein sehr steiles Ansteigen einer Flanke gegenüber einem flachen Ansteigen könnte dazu heran gezogen werden, charakteristische Signalpegelfolgen zu definieren.
Die eben genannten, lediglich beispielhaft erläuterten Beispiele für die Festlegung charakteristischer Signalpegelfolgen verdeutlicht bereits, dass darüber hinaus eine beliebige Vielzahl anderer charakteristischer Signalpegelfolgen in gleicher Weise erzeugt werden können, sodass es gewissermaßen dem Schaltgerät und dem daran angeschlossenen, über die Kommunikationsverbindung angekoppelten Steuergerät (und damit natürlich dem Nutzer, der diese benutzt) überlassen ist, welche charakteristischen Signalpegelfolgen zur Datenkommunikation herangezogen werden. Wesentlich ist hier lediglich, dass die Steuereinrichtung 4 innerhalb des Schaltgerätes 1 den Schaltausgang 3 so ansteuert, dass für die Datenkommunikation charakteristische Signalpegelfolgen erzeugt werden. Wesentlich ist dann ferner, dass das mit dem Schaltgerät kommunizierende Steuergerät dazu ausgelegt ist, diese charakteristischen Signalpegelfolgen nicht nur aufzunehmen, sondern entsprechend auch zu erkennen, auszuwerten und ggfs. weiterzuverarbeiten
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Schaltgeräts 1 entsprechend den 1-4 anhand des Blockschaltbildes gemäß 9 erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf:
Verfahrensschritt S1:
Es wird – beispielsweise von der Steuereinrichtung 4 des Schaltgerätes 1 – ein erster Steuerbefehl SB1 bereitgestellt, welcher zum Steuern dessen Schaltausgangs 3 geeignet ist. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, wird der erste Steuerbefehl SB1 mittels einer in dem Schaltgerät 1 vorgesehenen Eingabeeinrichtung 9 eingegeben oder von dem mit dem Schaltgerät 1 gekoppelten Steuergerät 8 an das Schaltgerät 1 übertragen.
Verfahrensschritt S2:
Der Schaltausgang 3 des Schaltgeräts 1 wird in Abhängigkeit des bereitgestellten ersten Steuerbefehls SB1 derart gesteuert, dass dieser in einem ersten Übertragungsmodus, in welchem das Schaltgerät 1 in einem ersten Zustand Z1 des Schaltgeräts 1 mittels eines seriellen Datenübertragungsprotokolls Daten D sendet und/oder empfängt, in einem zweiten Übertragungsmodus, in welchem das Schaltgerät 1 in dem ersten Zustand Z1 des Schaltgeräts 1 mittels einer Gleichstromtastung Daten D sendet, und in einem dritten Übertragungsmodus, in welchem das Schaltgerät 1 eine erste vorbestimmte Signalfolge S1 in dem ersten Zustand Z1 und eine zweite vorbestimmte Signalfolge S2 in einem zweiten Zustand Z2 des Schaltgeräts 1 sendet, betrieben wird. Bei den Daten D handelt es sich typischerweise um keine Protokolldaten.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sei sie nicht darauf beschränkt, sondern lässt sich auf mannigfaltige Art und Weise modifizieren.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist lediglich auf der Seite des Schaltgerätes 1 ein Schaltausgang vorgesehen. Seitens des Steuergerätes ist ein solcher Schaltausgang nicht vorgesehen. Das Schaltgerät 1 ist hier als Slave ausgebildet, während das Steuergerät 8, das keine Schaltfunktion aufweist, als Master ausgebildet ist. Denkbar wäre allerdings auch, dass beide Teilnehmer einen solchen Schaltausgang aufweisen. Dies ist insbesondere für solche Kommunikationssysteme von Vorteil, bei denen beide Teilnehmer sowohl Schalt- als auch Steuerfunktionen aufweisen sollen und damit sowohl als Master als auch als Slave fungieren können.
Unter einer programmgesteuerten Einrichtung sei hier eine Einrichtung zu verstehen, die basierend auf einem internen Programm eine Steuerfunktion vornimmt. Eine solche programmgesteuerte Einrichtung kann beispielsweise ein Mikrocontroller, ein Mikrocomputer, ein Prozessor, etc. oder auch eine fest verdrahtete Logikschaltung, wie z. B. eine FPGA-Schaltung oder eine PLD-Schaltung, sein.
In den Ausführungsbeispielen ist das zweite Versorgungspotenzial, welches hier ein Bezugspotenzial bzw. das Potenzial der Bezugsmasse ist, für das Schaltgerät und das Steuergerät identisch. Dies ist nicht notwendigerweise erforderlich. Beispielsweise können beide Teilnehmer auch voneinander (z. B. geringfügig) unterschiedliche Bezugspotenziale (bzw. Bezugsmassen) aufweisen.
In den Ausführungsbeispielen der 2–4 wird das Schaltgerät 1 jeweils von dem Steuergerät 8 mit Energie versorgt. Dies ist allerdings nicht notwendigerweise erforderlich. Vielmehr kann das Schaltgerät 1 auch über eine eigene, von dem Steuergerät getrennte Energieversorgung verfügen oder zusätzlich oder alternativ auch das Steuergerät mit Energie versorgen.
Die Schaltgeräte 1 werden, wie bereits erwähnt, im Regelfall von externen Spannungsquellen versorgt, können aber auch batteriebetrieben sein oder aus sonstigen Spannungsquellen, wie z. B. Solarzellen, gespeist werden.
Die intern in einem Schaltgerät 1 benötigten Versorgungspotenziale werden typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, aus der dem Schaltgerät bzw. dem Steuergerät 8 zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung abgeleitet, wobei hierzu beispielsweise ein Schaltnetzteil, wie z. B. ein Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller, zum Einsatz kommen kann.
Es versteht sich auch von selbst, dass durch Variation der Schaltungselemente und deren Anordnungen die insbesondere in den 2–4 angegebenen konkreten Schaltungsanordnungen abgewandelt und modifiziert werden können, ohne dass dies mit einem erfinderischen Zutun eines Fachmanns einhergeht.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf so genannte elektrische oder elektronische Zweileiter- und Dreileiterschaltgeräte. Allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern lässt sich selbstverständlich auf andere Schaltgerättopographien erweitern, beispielsweise auf vier- oder mehrleitrige Schaltgeräte.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Schaltgerät 1 einen Messsensor, der beispielsweise kapazitiv, induktiv, magnetisch, optisch oder dergleichen einen Messwert aufnimmt. Denkbar wäre hier allerdings auch die Implementierung eines anders ausgebildeten Messsensors. Darüber hinaus muss das erfindungemäße Schaltgerät 1 nicht notwendigerweise einen solchen Messsensor aufweisen, sondern kann mit einer beliebig anderen Schaltungskomponente ausgestattet sein, die zur Ansteuerung des Schaltausgangs 3 ein entsprechendes Steuersignal bereitstellt.
Darüber hinaus wurde in den vorstehenden Ausführungsbeispielen der Schaltausgang 3 jeweils aus Push-Pull-Stufe und als Open-Kollektor-Stufe ausgebildet. Es versteht sich von selbst, dass der Schaltausgang 3 auch auf andere Weise, zum Beispiel als reiner High-Side-Schalter, Low-Side-Schalter, etc. ausgebildet sein kann.
Die Schaltgeräte 1 können z. B. als Nährungsschalter oder auch als Druck-, Strömungs-, Temperatur-, Drehzahlwächter oder dergleichen mit mindestens einem Schaltausgang 3 ausgebildet sein.

1: Schaltgerät
1', 1'': Teile des Schaltgerätes, Gehäuseteile
2: Sensoreinrichtung
3: Schaltausgang, Schaltausgangsschaltung
4: Steuereinrichtung
5, 6: Versorgungsanschlüsse
7: Kommunikationsverbindung
8: Master-Vorrichtung, Steuergerät
9: Eingabeeinrichtung
10: Ausgangs-/Eingangsanschluss
20: System
22: Sensorteil
23: Sensorsteuerteil
24, 25: Sensoren
26: Steuereingang
30, 31: steuerbare Stromquellen
32: Vergleichereinrichtung
34: Widerstand
80–82: Stromquellen
83: Wiederstand
84: Eingangs-/Ausgangsanschluss
85, 86: Versorgungsanschlüsse
87: Vergleichereinrichtung
A, A1, A2: Amplituden
D: Daten
f1, f2: Frequenzen
I0–I2: Ströme
M1, M2: Messsignale
S1, S2: Signalfolgen
SB1, SB2: Steuerbefehle
SS: Schaltsignal, Sendesignal
T: Detektionsdauer eines Signals
t: Zeit
V: Versorgungsspannung
V1, V2: Versorgungspotenziale
X0–X4: Steuersignale
Z1, Z2: Zustände

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19906342 C2 [0002]
- DE 3735694 A1 [0002]

Claims

Schaltgerät (1), mit einer Sensoreinrichtung (2), die zumindest einen Sensor zur Aufnahme eines physikalischen Wertes aufweist, mit einem Schaltausgang (3), der einen Ausgangsanschluss zur Ankopplung des Schaltgeräts (1) an eine Kommunikationsverbindung (7) aufweist, mit einer Steuereinrichtung (4), die dazu ausgelegt ist, Steuersignale sowohl zur Abfrage als auch zur Aktivierung des Schaltausgangs (3) derart bereitzustellen, dass der Schaltausgang (3) in einem ersten Übertragungsmodus als binärer Schalter im Gleichstrombetrieb arbeitet und in einem zweiten Übertragungsmodus mindestens zwei unterschiedliche, jeweils verschiedene Schaltzustände charakterisierende Signalpegelfolgen ausgibt.
Schaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Übertragungsmodus ein erster Schaltzustand eine logische "1" und ein zweiter Schaltzustand eine logische "0" bezeichnet.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Übertragungsmodus jede Signalpegelfolge dadurch gekennzeichnet ist, dass sich die Schaltzustände bei konstantem Schaltsignal des Schaltausgangs (3) ändern.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Signalpegelfolgen als sich periodisch wiederholende Spannungspegelfolgen ausgebildet sind.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) über den in dem zweiten Datenübertragungsmodus betriebenen Schaltausgang (3) die Signalpegelfolgen (S1, S2) dauerhaft sendet.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) den Schaltausgang (3) in einem dynamischen Modus derart ansteuert, dass die unterschiedlichen Signalpegelfolgen als unterschiedliche Frequenzen ausgegeben werden.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) über den in dem zweiten Übertragungsmodus betriebenen Schaltausgang (3) mittels einer Frequenzumtastung eine erste vorbestimmte Signalpegelfolge (S1) als Signale einer ersten vorbestimmten Frequenz (f1) und eine zweite vorbestimmte Signalpegelfolge (S2) als Signale einer zweiten vorbestimmten Frequenz (f2) sendet.
Schaltgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vorbestimmte Frequenz (f1) und die von der ersten vorbestimmten Frequenz (f1) unterschiedliche, zweite vorbestimmte Frequenz (f2) jeweils im Kilohertzbereich liegen.
Schaltgerät nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite vorbestimmte Frequenz (f2) ein geradzahliges Vielfaches der ersten vorbestimmten Frequenz (f1) ist und insbesondere doppelt so groß ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungsmodus als dynamischer Übertragungsmodus ausgebildet ist, bei dem von dem Schaltausgang (3) erzeugten Schaltsignale ihren Signalpegel ändern und/oder ihre Impuls-Dauer ändern und/oder ihren Abstand zueinander ändern und/oder ihre Signalform ändern.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungsmodus zur Übertragung von Daten von dem Schaltgerät (1) zu zumindestens einem an der Kommunikationsverbindung (7) angeschlossenen Steuergerät (8) vorgesehen ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den zweiten Übertragungsmodus kein Datenübertragungsprotokoll vorgesehen ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Übertragungsmodus als ein Anzeigemodus vorgesehen ist, welcher einer mit dem Schaltgerät (1) über die Kommunikationsverbindung (7) gekoppelten Steuergerät (8) anzeigt, dass das Schaltgerät (1) physikalisch an der Kommunikationsverbindung (7) angeschlossen ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) als Slave ausgebildet ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsanschluss als Eingangs-/Ausgangsanschluss zur Ankopplung eines bidirektional betreibbaren Busses an das Schaltgerät (1) ausgebildet ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) als binäres Schaltgerät (1) ausgebildet ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltausgang (3) als „open-collector"-Ausgangsstufe ausgebildet ist.
Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltausgang (3) als „push-pull"-Ausgangsstufe ausgebildet ist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) mindestens zwei Sensoren zur Aufnahme und zur Erzeugung zumindest zweier Messsignale, die jeweils eine Information des von dem jeweiligen Messsensor aufgenommenen Messwertes enthalten, aufweist.
Schaltgerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) eine Verknüpfungseinrichtung aufweist, die Messsignale der zumindest zwei Sensoren zu einem Steuersignal des Schaltausgangs logisch verknüpft.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) dazu ausgelegt ist, während eines Initialisierungsvorgangs zu erkennen, in welchem Übertragungsmodus das Schaltgerät (1) betrieben werden soll.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) ein einziges Gehäuse aufweist, innerhalb dem die Sensoreinrichtung (2), der Schaltausgang (3) und die Steuereinrichtung (4) angeordnet sind.
Schaltgerät nach einem der Ansprüche 1–21, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) ein erstes Gehäuseteil, in dem die Sensoreinrichtung (2) angeordnet ist, und ein vom ersten Gehäuseteil getrenntes zweites Gehäuseteil, innerhalb dem der Schaltausgang (3) und die Steuereinrichtung (4) angeordnet sind, aufweist.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingabeeinrichtung (9) vorgesehen ist, welche mit der Steuereinrichtung (4) gekoppelt ist und mittels welcher zumindest ein erster Steuerbefehl (X0, SB1) eingebbar ist, in dessen Abhängigkeit die Steuereinrichtung (4) den Schaltausgang (3) in einem vorbestimmten Übertragungsmodus betreibt.
Schaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Übertragungsmodus eine Pulsweitenmodulation zur Datenübertragung vorgesehen ist.
System (20), – mit zumindest einem Schaltgerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche; – mit zumindest einem Steuergerät (8); und – mit einer Kommunikationsverbindung (7), welche das Schaltgerät (1) mit dem Steuergerät (8) koppelt.
System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) einen ersten Steuerbefehl (SB1) an das jeweilige gekoppelte Schaltgerät (1) sendet, in dessen Abhängigkeit die Steuereinrichtung (4) des Schaltgeräts (1) den Schaltausgang (3) in den ersten oder den zweiten Übertragungsmodus betreibt.
System nach einem der vorherigen systembezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) und das Schaltgerät (1) dazu ausgelegt sind, über die Kommunikationsverbindung (7) im Halbduplexverfahren miteinander zu kommunizieren.
System nach einem der vorherigen systembezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges Schaltgerät (1) und ein einziges Steuergerät an der Kommunikationsverbindung (7) angeschlossen sind.
System nach einem der vorherigen systembezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsverbindung (7) als einpolige Datenleitung ausgebildet ist.
System nach einem der vorherigen systembezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) eine „push-pull"-Ausgangsstufe aufweist.
System nach einem der vorherigen systembezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (8) eine höhere Strombelastbarkeit als das Schaltgerät (1) aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Schaltgeräts (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25 mit den Schritten: a) Bereitstellen eines sowohl zur Abfrage als auch zur Aktivierung des Schaltausgangs (3) geeigneten Steuerbefehls (X0, SB1); b) Betreiben des Schaltausgangs (3) des Schaltgeräts (1) in Abhängigkeit des bereitgestellten ersten Steuerbefehls (X0, SB1) derart, dass der Schaltausgang (3) in einem ersten Übertragungsmodus als binärer Schalter im Gleichstrombetrieb arbeitet und in einem zweiten Übertragungsmodus mindestens zwei, jeweils verschiedene Schaltzustände charakterisierende Signalpegelfolgen ausgibt.
Verfahren nach Anspruch 33 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerbefehl (SB1) mittels einer in dem Schaltgerät (1) vorgesehenen Eingabeeinrichtung (9) eingegeben wird oder von einem mit dem Schaltgerät (1) gekoppelten Steuergerät (8) an das Schaltgerät (1) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen verfahrensbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Kommunikation zwischen dem Schaltgerät (1) und dem Steuergerät (8) eine bitserielle bidirektionale Datenkommunikation, insbesondere nach dem UART-Protokoll, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen verfahrensbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Kommunikation zwischen dem Schaltgerät (1) und dem Steuergerät (8) das Steuergerät (8) während eines Initialisierungsvorgangs die Betriebsparameter des Schaltgerätes (1) ausliest.
Verfahren nach einem der vorherigen verfahrensbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer eine Kommunikation zwischen dem Schaltgerät (1) und dem Steuergerät (8) das Steuergerät (8) die Signalpegel auf der Übertragungsleitung bestimmt.