DE19632590C1 - Stromschleifen-Sensoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromschleifen-Sensor­ anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sensoranord­ nungen dieser Art werden beispielsweise in Schaltmattenanord­ nungen zur Erkennung mechanischer Belastungen, z. B. in Form von Trittschaltmatten, und in Schaltleistenanordnungen ver­ wendet, die beispielsweise als Einklemmschutz oder zum Perso­ nenschutz bei beweglichen Maschinenteilen eingesetzt werden. Gebräuchliche Stromschleifen-Sensoranordnungen sind meist als 2-Leiter-Systeme oder 4-Leiter-Systeme ausgelegt.

Sicherheitsschaltleistenanordnungen mit derartigen Stromschleifen-Sensoranordnungen sind z. B. in der nachveröffentlichten DE 196 02 744 A1 und der DE 43 00 494 A1 beschrieben.

Ein Problem der Stromschleifen-Sensoranordnungen besteht dar­ in, Stromführungszustände auf den einzelnen Stromleiterele­ menten, die durch Systemfehler, insbesondere Leitungsunter­ brechungen und paarweise Leitungskurzschlüsse, verursacht sind, von denjenigen zu unterscheiden, die durch Leitungskon­ taktierungen aufgrund mechanischer Belastungseinwirkungen, insbesondere Druckeinwirkungen, auf das mit dem Stromschlei­ fennetz versehene Sensorelement verursacht sind. Beim Zwei­ leiterprinzip ist eine sichere Fehlererkennung bezüglich des Sensorelementes prinzipbedingt kaum möglich. Wünschenswert ist jedoch eine möglichst sichere Erkennung von Einfachfeh­ lern, welche die häufigsten Fehler sind. Herkömmliche Systeme beschränken sich in der einfehlersicheren Gestaltung meist auf den Signalauswerteteil und bei Verwendung des Vierleiter­ prinzips gegebenenfalls auf die Signalübertragung, ohne eine Einfehlererkennung für das Sensorelement selbst zu ermögli­ chen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung einer Stromschleifen-Sensoranordnung der eingangs ge­ nannten Art zugrunde, welche mit vergleichsweise geringem Aufwand eine Erkennung von Fehlern aufgrund von Leitungsun­ terbrechungen oder paarweisen Leitungskurzschlüssen im Strom­ schleifennetz des Sensorelementes und damit auch die Unter­ scheidung des auf den zu detektierenden mechanischen Bela­ stungszustand des Sensorelementes zurückzuführenden Stromfüh­ rungszustands des Stromschleifennetzes von derartigen Fehler­ zuständen ermöglicht.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Stromschleifen-Sensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Anordnung beinhaltet ein 3-Leiter-System als Stromschleifennetz, wobei die drei Stromleiterelemente an einem anschlußfernen Knoten elektrisch miteinander verbunden sind. Die Auswerteeinheit beaufschlagt einen ersten der drei Stromleiterelemente direkt und die beiden anderen Strom­ leiterelemente über jeweilige Vorwiderstände mit vorgebbaren Betriebsspannungen und greift die an den Anschlüssen der bei­ den über die Vorwiderstände spannungsbeaufschlagten Stromlei­ terelemente anliegenden Spannungen als Meßspannungen ab. Durch diesen Aufbau äußern sich Einfachfehler im 3-Leiter-Stromschleifennetz, d. h. ein Kurzschluß zwischen zwei Strom­ leiterelementen oder eine Leitungsunterbrechung eines Strom­ leiterelementes, in unterschiedlichen Spannungszuständen der Meßspannungen, so daß die verschiedenen Einzelfehler durch Auswertung der beiden Meßspannungen voneinander unterschieden werden können. Zudem unterscheiden sich die auf solchen Stromschleifenfehlern beruhenden Meßspannungen von dem Meß­ spannungspaar, das sich für denjenigen Stromführungszustand des Stromschleifennetzes ergibt, der aus einer regulären, zu detektierenden Betätigung des Sensorelementes resultiert, die einen Kurzschluß aller drei im Sensorelement nebeneinander­ liegenden Stromleiterelemente hervorruft, so daß Betätigungen des Sensorelementes einfehlersicher detektiert werden können.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Stromschleifen-Sensor­ anordnung sind die zu den beiden Meßspannungen gehöri­ gen Stromleiterelemente über definiert vorgebbare Endwider­ stände mit dem übrigen Stromleiterelement verknüpft, was die Auswertung der Meßspannungen erleichtert.

In einer speziellen Systemauslegung nach Anspruch 3 sind gleich große Vorwiderstände und voneinander verschiedene Be­ triebsspannungen gewählt. Zur unterscheidenden Erkennung al­ ler möglichen Einzelfehler ist die Auswerteeinheit unter der Voraussetzung gleich großer Endwiderstände auf die Erkennung von fünf unterschiedlichen Spannungspegeln für die Meßspan­ nungen auszulegen.

Bei einer Systemauslegung nach Anspruch 4 sind unterschied­ lich große Vorwiderstände vorgesehen, an die jedoch gleiche Betriebsspannungen angelegt werden, die von derjenigen für den übrigen Stromleitungsabschnitt verschieden sind. Bei die­ ser Dimensionierung erfordert die sichere Einfehlererkennung nur die Fähigkeit der Unterscheidung von vier verschiedenen Spannungspegeln der jeweiligen Meßspannung durch die Auswer­ teeinheit.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Stromschleifen-Sensor­ anordnung erfolgt die Auswertung der Meßspannungen in der Auswerteeinheit in digitaler Form, wozu die Auswerteein­ heit eine A/D-Wandlerstufe für jede der beiden Meßspannungen besitzt, deren digitales Ausgangssignal indikativ für die Art eines eventuell aufgetretenen Einfachfehlers im Stromschlei­ fennetz bzw. eine reguläre Sensorelementbetätigung ist.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten Stromschleifen-Sensor­ anordnung liegt eine redundante Systemauslegung vor, bei der die Auswerteeinheit aus zwei gleichen Systemteilen besteht, die jeweils einer Meßspannung zugeordnet sind. Diese Systemauslegung bietet eine erhöhte Funktionszuverlässigkeit.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines Sensorelementes und des eingangsseitigen Teils einer Auswerteeinheit einer Stromschleifen-Sensoranordnung nach dem 3-Leiter-Prinzip,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild der gesamten Strom­ schleifen-Sensoranordnung mit Sensorelement und nach­ geschalteter Auswerteeinheit und

Fig. 3 ein Schaltbild einer von zwei in der Auswerteeinheit von Fig. 2 vorgesehenen A/D-Wandlerstufen.

Die gezeigte Stromschleifen-Sensoranordnung eignet sich zur Verwendung in Schaltleisten- und Schaltmattenanordnungen, wie sie beispielsweise zum Personenschutz an Schließkanten beweg­ licher Maschinenteile und bei Schaltmatten, die das Betreten durch eine Person sensieren, zum Einsatz kommen. Wie aus Fig. 1 zu erkennen, beinhaltet die Sensoranordnung ein Sensorele­ ment 1, das als Schaltleiste oder Schaltmatte ausgeführt sein kann und ein Stromschleifennetz 2 enthält. Das Stromschlei­ fennetz 2 besteht aus drei Stromleiterelementen S1, S2, S3, die an ihrem einen Ende zu einem jeweils zugehörigen Lei­ tungsanschluß A1, A2, A3 des Sensorelementes 1 geführt und an ihrem anderen, anschlußfernen Ende über einen gemeinsamen Knoten 4 miteinander elektrisch verbunden sind. Dabei ist ein erstes Stromleiterelement S1 direkt zu dem Knoten 4 geführt, während ein zweites Stromleiterelement S2 und das dritte Stromleiterelement S3 über je einen Endwiderstand 5, 6 mit gleich großem Widerstandswert Ra an den Knoten 4 angeschlos­ sen sind.

Die drei Stromleiterelemente S1, S2, S3 sind räumlich eng be­ nachbart so positioniert, daß sie im mechanisch unbelasteten Zustand des Sensorelementes 1 nur über den gemeinsamen Knoten 4 miteinander elektrisch in Verbindung stehen, während sie sich unter einer zu detektierenden mechanischen Druckeinwir­ kung auf das Sensorelement 1 aufeinanderzubewegen und es da­ durch zu einem Kurzschluß zwischen allen drei Stromleiterele­ menten S1, S2, S3 kommt. Dazu sind die Stromleiterelemente S1, S2, S3 als flexible, elektrisch leitende Streifen oder Platten realisiert und parallel zur Richtung der zu sensie­ renden mechanischen Druckkräfte auf das Sensorelement 1 sta­ pelförmig unter Zwischenfügung elastischer Abstandshalter übereinandergelegt. Die genannte Kurzschlußfähigkeit der Stromleiterelemente S1, S2, S3 ist in Fig. 1 durch zwei ent­ sprechende Kurzschlußschalter K1, K2 symbolisiert, wobei das Einwirken einer zu detektierenden Druckkraft dem Fall ent­ spricht, daß die beiden Kurzschlußschalter K1, K2 geschlossen sind, während sie im unbelasteten Sensorelementzustand offen sind.

Die je nach dem mechanischen Belastungszustand des Sensorele­ mentes 1 unterschiedlichen Stromführungszustände der einzel­ nen Stromleiterelemente S1, S2, S3 werden von einer nachge­ schalteten Auswerteschaltung 3 erfaßt, deren eingangsseitiger Teil in Fig. 1 angedeutet ist. Wie daraus ersichtlich, beauf­ schlagt die Auswerteschaltung 3 das erste, direkt an den ge­ meinsamen Knoten 4 geführte, räumlich mittlere Stromleiter­ element S1 über dessen Anschluß A1 mit einer ersten Betriebs­ spannung V1, die z. B. Erdpotential, d. h. V1=0V, sein kann. Des weiteren beaufschlagt sie die beiden anderen Stromlei­ terelemente S2, S3 über jeweilige Vorwiderstände R1, R2 mit einer zweiten V2 bzw. einer dritten Betriebsspannung V3. Als für die Stromführungszustände der Stromleiterelemente S1, S2, S3 indikative Meßgrößen greift die Auswerteschaltung 3 die sich am Anschluß A2 des zweiten Stromleiterelementes S2 erge­ bende Spannung U1 und die sich am Anschluß A3 des dritten Stromleiterelementes S3 ergebende Spannung U2 als Meßspannun­ gen ab.

Im unbelasteten Sensorelementzustand besitzt im fehlerfreien Fall die erste Meßspannung U1, d. h. diejenige am Anschluß A2 des zweiten Stromleiterelementes S2, einen zwischen der er­ sten V1 und der zweiten Betriebsspannung V2 liegenden Wert, und entsprechend besitzt die zweite Meßspannung U2, d. h. die­ jenige am Anschluß A3 des dritten Stromleiterelementes S3, einen zwischen der ersten V1 und der dritten Betriebsspannung V3 liegenden Wert. Die genauen Spannungswerte hängen von der Dimensionierung der Vor- und Endwiderstände R1, R2, 5, 6 ab, wobei im allgemeinen Fall die Endwiderstände 5, 6 selbstver­ ständlich nicht zwingend gleich groß gewählt zu sein brau­ chen.

Bei Betätigung des Sensorelementes 1, d. h. bei mechanischer Druckeinwirkung auf dasselbe, nehmen die Meßspannungen U1, U2 aufgrund des Kurzschlusses aller drei Stromleiterelemente S1, S2, S3 den Spannungswert der ersten Betriebsspannung V1 an. Es versteht sich, daß hier und im folgenden nur der Über­ sichtlichkeit halber nicht explizit auf ohmsche Verluste in den Leitungen selbst eingegangen wird, die in der praktischen Durchführung natürlich durch entsprechende Dimensionierung der Schaltung berücksichtigt werden.

In dem Stromschleifennetz 2 und auf dem Signalübertragungsweg zwischen Sensorelement 1 und Auswerteschaltung 3 können nun verschiedene Leitungsfehler auftreten, die Änderungen der Meßspannungen U1, U2 hervorrufen, welche nicht durch eine Sensorelementbetätigung bedingt sind. Besonders bei Personen­ schutzsystemen ist es wünschenswert oder erforderlich, daß das System wenigstens gewisse Arten von Leitungsfehlern er­ kennen kann und nicht fälschlicherweise auf eine Sensorele­ mentbetätigung schließt oder gar seine Bereitschaft zur De­ tektion von Sensorelementbetätigungen verliert, ohne dies selbst zu erkennen und anzuzeigen. In Erfüllung dieses Bedarf ermöglicht die Stromschleifen-Sensoranordnung eine Erkennung von Einfachfehlern in Form von Leitungsunterbrechungen und paarweisen Kurzschlüssen zwischen je zwei Stromleitungsab­ schnitten S1, S2, S3 bzw. deren Anschlußleitungen.

Fig. 2 zeigt schematisch die Schaltungsstruktur der solcher­ maßen einfehlersicher ausgelegten Stromschleifen-Sensor­ anordnung. Wie gestrichelt angedeutet, besitzt die Sensoran­ ordnung eine zweikanalige Struktur mit einem ersten Kanal, welcher den zur ersten Meßspannung U1 gehörigen Sensorele­ mentteil 1a und einen nachgeschalteten, ersten Teil 3a der Auswerteeinheit 3 umfaßt, sowie einem zweiten Kanal, welcher den zur zweiten Meßspannung U2 gehörigen Sensorelementteil 1b und den nachgeschalteten, zweiten Teil 3b der Auswerteeinheit 3 beinhaltet. Wie aus Fig. 2 zu erkennen, sind die beiden Teile 3a, 3b der Auswerteeinheit 3 von gleichem Aufbau, wo­ durch sich eine zuverlässigkeitserhöhende Redundanz ergibt. Diese redundante Systemauslegung wird des weiteren durch die spezifische Art der Meßsignalauswertung unterstützt, auf die nachfolgend näher eingegangen wird.

Die beiden, vom Sensorelement 1 gelieferten Meßspannungen U1, U2 werden zunächst in je einer A/D-Wandlerstufe 7a, 7b der Auswerteeinheit 3 in eine digitale Signalinformation umgewan­ delt. In Fig. 3 ist der Aufbau der beiden im wesentlichen baugleichen A/D-Wandlerstufen dargestellt. Das vom entspre­ chenden Sensorelementteil 1a, 1b abgenommene Meßsignal U1, U2 wird zunächst mittels einer Spannungsteilerstufe 9 und einer Komparatorstufe 10 digitalisiert, wobei sich die Dimensionie­ rung dieser beiden Stufen 9, 10 nach der Dimensionierung des Sensorelementes 1 und der Vorwiderstände R1, R2 sowie der Be­ triebsspannungen V1, V2, V3 richtet. Zwei für die Signalaus­ wertung besonders einfache Dimensionierungen bestehen darin, bei einer ersten Variante die beiden Endwiderstände 5, 6 und die beiden Vorwiderstände R1, R2 sämtlich gleich groß und die zweite V2 und dritte Betriebsspannung V3 unterschiedlich po­ sitiv gegenüber der auf Erdpotential liegenden ersten Be­ triebsspannung V1 zu wählen, während bei einer zweiten Vari­ ante die zweite V2 und die dritte Betriebsspannung V3 gleich groß und von der ersten Betriebsspannung V1 verschieden sowie die beiden Endwiderstände gleich groß, jedoch die beiden Vor­ widerstände R1, R2 unterschiedlich groß gewählt werden.

Bei der ersten Variante muß jeder Auswertekanal 3a, 3b zur einfehlersicheren Detektion von Sensorelementbetätigungen fünf unterschiedliche Spannungspegel seiner Meßspannung un­ terscheiden können, während bei der zweiten Variante die Un­ terscheidung von vier verschiedenen Spannungspegeln aus­ reicht. Für den letztgenannten Fall ist die in Fig. 3 spezi­ ell gewählte Schaltungsdimensionierung gedacht. Die unter­ schiedlichen Spannungspegel für die jeweiligen Meßspannungen U1 bzw. U2 ergeben sich aus sechs möglichen Einfachfehlern. Drei dieser Fehler beziehen sich auf eine Leitungsunterbre­ chung jeweils eines der drei Stromleiterelemente S1, S2, S3, während sich die drei anderen Fehler auf einen paarweisen Kurzschluß von jeweils zwei der drei Stromleiterelemente be­ ziehen. Die Unsymmetrie des ersten S1 und des dritten Strom­ leiterelementes S3 hinsichtlich Vorwiderstand R1, R2 und/oder Betriebsspannung V2, V3, wie sie in den beiden oben genannten Spezialfällen gegeben ist, gewährleistet die elektrische Er­ kennbarkeit eines paarweisen Kurzschlusses des zweiten S2 mit dem dritten Stromleiterelement S3.

Entsprechend der genannten zweiten Variante sind folglich vier Meßspannungspegel voneinander in digitaler Form durch die A/D-Wandlerstufe von Fig. 3 zu diskriminieren, wozu die Spannungsteilerstufe 9 jeweils mit vier geeignet dimensio­ nierten Widerständen R3, R4, R5, R6 bestückt ist. Die drei Zwischenspannungen der Spannungsteilerstufe 9 sind dem nega­ tiven Eingangsschluß je eines Komparators 10a, 10b, 10c der Komparaturstufe 10 zugeführt, an deren positiven Eingangsan­ schluß die Meßspannung U1 bzw. U2 angelegt ist. Mit einer an­ schließenden Inverterstufe 11 wird zu jedem Komparatoraus­ gangssignal Q1, Q2, Q3 zusätzlich das dazu invertierte Signal Q1, Q2, Q3 generiert. Die dadurch bereitgestellten sechs di­ gitalen Signale werden von einer nachfolgenden UND-Logikstufe 12 bestehend aus vier parallel angeordneten UND-Gattern 12a, 12b, 12c, 12d zu spezifischen digitalen Signalinformationen umgewandelt, die indikativ für den Stromführungszustand des betreffenden Sensorelementteils 1a bzw. 1b sind.

Der UND-Logikstufe 12 liegt dabei die in Fig. 3 als Insert gezeigte Signalzustandstabelle zugrunde, die aus einer Analy­ se der bei Auftreten der jeweiligen Leitungsfehler oder einer regulären Sensorelementbetätigung auftretenden Meßspannungs­ pegel gewonnen wird. Speziell liegen alle drei Komparatoraus­ gangssignale Q1, Q2, Q3 auf niedrigem Pegel, wenn im betref­ fenden Sensorelementteil 1a bzw. 1b ein fehlerhafter paarwei­ ser Leitungskurzschluß auftritt oder wenn sich eine reguläre Sensorelementbetätigung ereignet hat. Der normale, fehler­ freie Betriebszustand mit unbelastetem Sensorelement liegt vor, wenn nur das erste Komparatorausgangssignal Q1 auf hohem Pegel liegt. Wenn zusätzlich das zweite Komparatorausgangs­ signal Q2 auf hohem Pegel liegt, handelt es sich um einen Querschluß, d. h. einen Kurzschluß zwischen dem zweiten S2 und dem dritten Stromleiterelement S3. Wenn alle drei Komparator­ ausgangssignale Q1, Q2, Q3 auf hohem Pegel liegen, liegt ein Kabelbruch, d. h. eine Leitungsunterbrechung im zugehörigen Sensorelementteil 1a bzw. 1b vor. Andere Kombinationen von Komparatorausgangssignalen treten nicht auf.

Die UND-Logikstufe 12 setzt diese Zustandstabelle in geeigne­ ter Weise um, indem jedes der vier UND-Gatter 12a bis 12d drei der sechs digitalen Signale an der Ausgangsseite der Komparator- und Inverterstufe 10, 11 miteinander logisch UND- verknüpft. Das Ausgangssignal eines ersten UND-Gatters 12a ist dann indikativ für eine Leitungsunterbrechung im betref­ fenden Sensorelementteil 1a bzw. 1b, während das Ausgangs­ signal eines zweiten UND-Gatters 12b einen Kurzschluß des zweiten S2 mit dem dritten Stromleitungselement S3 anzeigt. Das Ausgangssignal eines dritten UND-Gatters 12c zeigt an, ob das Meßsignal im wesentlichen auf das Potential der ersten Betriebsspannung V1 gefallen ist, was ggf. bedeutet, daß ent­ weder ein fehlerhafter paarweiser Leitungskurzschluß oder ei­ ne reguläre Sensorelementbetätigung vorliegt. Das Ausgangs­ signal des vierten UND-Gatters 12d ist hingegen indikativ für den normalen, fehlerfreien Betriebszustand mit unbelastetem Sensorelement 1. Da es sich bei den vier genannten Stromfüh­ rungszuständen des betreffenden Stromleiterelementes und da­ mit den betreffenden Betriebszuständen um sich ausschließende Bedingungen handelt, sollte bei störungsfreiem Betrieb nur eines der vier Ausgangssignale der UND-Gatter 12a bis 12d ak­ tiviert sein. Dies wird mit einem zusätzlichen Logikgatter 13 überwacht, das eine interne Störung anzeigt, wenn fälschli­ cherweise mehrere der vier Ausgangssignale der UND-Gatter 12a bis 12d aktiviert sind.

Die weitere Verarbeitung der digitalen Signalinformationen der jeweiligen A/D-Wandlerstufe 7a, 7b wird nachfolgend wie­ der unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Zum einen werden die vier Ausgangssignale der UND-Logikstufe 12 der jeweiligen A/D-Wandlerstufe 7a, 7b einer nachgeschalteten Störungslogik­ einheit 14a, 14b zugeführt. Zum anderen wird das Ausgangs­ signal des vierten UND-Gatters 12d, das aktiviert ist, wenn eine reguläre Sensorelementbetätigung oder ein paarweiser Leitungskurzschluß im betreffenden Sensorelementteil 1a bzw. 1b nicht vorliegt, einerseits einer jeweiligen Relaisansteu­ ereinheit 15a, 15b als Sensorelementbetätigungssignal SB und andererseits einem ersten Eingang eines im gleichen Kanal der Auswerteeinheit 3 befindlichen dynamischen Vergleichers 8a, 8b zugeführt. Dem zweiten Eingang des jeweiligen dynamischen Vergleichers 8a, 8b ist das entsprechende Ausgangssignal des vierten UND-Gatters 12d der A/D-Wandlerstufe des jeweils an­ deren Auswertekanals zugeführt.

Der jeweilige dynamische Vergleicher 8a, 8b vergleicht nun die beiden Eingangssignale darauf, ob sie innerhalb eines vorgebbaren Zeitfensters beide auf den aktivierenden Signal­ pegel wechseln, wie er für den betreffenden Kanal von einer regulären Sensorelementbetätigung oder einem fehlerhaften paarweisen Leitungskurzschluß verursacht wird. Da das Auftre­ ten eines solchen Kurzschlußfehlers innerhalb des vorgegebe­ nen kurzen Zeitfensters in beiden Sensorelementteilen unab­ hängig voneinander sehr unwahrscheinlich ist, schließt die Auswerteeinheit 3 mittels ihres jeweiligen dynamischen Ver­ gleichers 8a, 8b in diesem Fall darauf, daß eine reguläre Sensorelementbetätigung vorliegt. Die Vorgabe des Zeitfen­ sters berücksichtigt hierbei, daß auch bei regulärer Sensor­ elementbetätigung die drei Stromleiterelemente S1, S2, S3 im allgemeinen nicht exakt gleichzeitig kurzschließen, sondern ggf. zunächst erst zwei und dann kurz danach das dritte der Stromleiterelemente. Wenn hingegen der jeweilige dynamische Vergleicher 8a, 8b innerhalb des Zeitfenster einen Pegelwech­ sel des Ausgangssignals des dritten UND-Gatters 12c nur für einen der beiden Auswertekanäle 3a, 3b feststellt, wird dies als fehlerhafter, paarweiser Leitungskurzschluß im betreffen­ den Sensorelementteil 1a bzw. 1b gewertet. Der jeweilige dy­ namische Vergleicher 8a, 8b zeigt dies anhand eines entspre­ chenden Ausgangssignals an, welches der im betreffenden Aus­ wertekanal liegenden Störungslogikeinheit 14a bzw. 14b zuge­ führt wird.

Die jeweilige Störungslogikeinheit 14a bzw. 14b stellt anhand einer geeigneten logischen Verknüpfung der von der zugehöri­ gen A/D-Wandlerstufe 7a bzw. 7b erzeugten, digitalen Si­ gnalinformationen sowie dem vom zugehörigen dynamischen Ver­ gleicher 8a bzw. 8b zugeführten Ausgangssignal fest, ob im betreffenden Sensorelementteil 1a bzw. 1b ein Einfehlerzu­ stand vorliegt und gibt bejahendenfalls ein fehlerindikatives Störungs-Ausgangssignal an die betreffende Relaisansteuerein­ heit 15a bzw. 15b ab. In der jeweiligen Relaisansteuereinheit 15a, 15b wird dieses Ausgangssignal der Störungslogikeinheit 14a bzw. 14b in geeigneter Weise logisch mit dem Sensorele­ mentbetätigungssignal (SB) der zugehörigen A/D-Wandlerstufe 7a bzw. 7b logisch verknüpft, wobei das solchermaßen erhalte­ ne Signal als Ausgangssignal zur Ansteuerung je eines Sicher­ heitsrelais 16a, 16b dient, das die Endstufe des betreffenden Teils 3a, 3b der Auswerteeinheit 3 bildet. Dabei sind jedem Relais 16a, 16b die Ausgangssignale beider Relaisansteuerein­ heiten 15a, 15b über je einen Eingang zugeführt. Die Sicher­ heitsrelais 16a, 16b fungieren als Vergleicher, indem sie die beiden zugeführten Ansteuersignale vergleichen und abhängig davon einen jeweiligen Schaltzustand einnehmen, der anzeigt, ob eine reguläre mechanische Betätigung des Sensorelementes 1 vorliegt oder nicht.

Das Vorsehen je einer Relaisansteuereinheit 15a, 15b und je eines nachgeschalteten Sicherheitsrelais 16a, 16b in jedem der beiden Auswertekanäle 3a, 3b dient wiederum der Bereit­ stellung einer zuverlässigkeitserhöhenden Redundanz des Sy­ stems. Die Sicherheitsrelais 16a, 16b können je nach Anwen­ dungsfall als reine Anzeigeelemente, mit denen beispielsweise eine Warnlampe ein- und ausgeschaltet werden kann, oder als Sicherheitsschalter fungieren, mit denen der Betrieb eines angeschlossenen Maschinenteils unterbrochen wird, wenn eine Sensorelementbetätigung festgestellt wird.

Claims (7)

1. Stromschleifen-Sensoranordnung mit

• - einem Sensorelement (1) mit einem Stromschleifennetz (2), das mehrere Stromleiterelemente (S1, S2, S3) umfaßt, deren Stromführungszustände zur Detektion mechanischer Einwirkungen auf das Sensorelement über einen jeweiligen Leitungsanschluß (A1, A2, A3) abtastbar sind, und
• - einer Auswerteeinheit (3) zur Feststellung mechanischer Einwirkungen auf das Sensorelement (1) durch Auswertung der über die Anschlüsse (A1, A2, A3) abgetasteten Stromführungs­ zustände der Stromleiterelemente (S1, S2, S3),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Stromschleifennetz (2) aus drei Stromleiterelementen (S1, S2, S3) besteht, die nebeneinanderliegend so positio­ niert sind, daß sie bei mechanischen Einwirkungen auf das Sensorelement (1) kurzgeschlossen werden, und die an einem anschlußfernen Knoten (4) elektrisch miteinander verbunden sind, und
• - die Auswerteeinheit (3) ein erstes (S1) der drei Stromlei­ terelemente mit einer vorgebbaren ersten Betriebsspannung (V1) und ein zweites (S2) sowie das dritte Stromleiterelement (S3) über je einen Vorwiderstand (R1, R2) mit einer zweiten (V2) bzw. einer dritten vorgebbaren Betriebsspannung (V3) be­ aufschlagt und die Spannungen (U1, U2) an den Anschlüssen (A2, A3) des zweiten (S2) und des dritten Stromleiterelemen­ tes (S3) als Meßspannungen erfaßt und zur Feststellung von Kurzschluß- und Leitungsunterbrechungsfehlern sowie von me­ chanischen Einwirkungen auf das Sensorelement (1) auswertet.

2. Stromschleifen-Sensoranordnung nach Anspruch 1, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß das zweite (S2) und das dritte Stromleiterelement (S3) des Stromschleifennetzes (2) am an­ schlußfernen Knoten (4) über Endwiderstände (5, 6) mit gleich großem, vorgebbarem Widerstandswert (Ra) mit dem ersten Stromleiterelement (S1) verbunden sind.

3. Stromschleifen-Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorwiderstände (R1, R2) denselben Widerstandswert besitzen und alle drei vorgebbaren Betriebsspannungen (V1, V2, V3) voneinander ver­ schieden sind.

4. Stromschleifen-Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Vorwiderstände (R1, R2) unterschiedliche Widerstandswerte besitzen und die Betriebsspannungen (V2, V3) für das zweite (S2) und das drit­ te Stromleiterelement (S3) gleich groß und von derjenigen (V1) für das erste Stromleiterelement (S1) verschieden sind.

5. Stromschleifen-Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (3) für jede der beiden Meßspannungen (U1, U2) eine eigene A/D-Wandlerstufe (7a, 7b) besitzt, die für die unterschiedli­ chen Meßspannungswerte bei Kurzschlußkontaktierungen zwischen den Stromleiterelementen (S1, S2, S3) oder Unterbrechungen jeweiliger Stromleiterelemente eine spezifische digitale Si­ gnalinformation erzeugt.

6. Stromschleifen-Sensoranordnung nach Anspruch 5, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (3) aus zwei gleichen Teilen (3a, 3b) aufgebaut ist, von denen jeder einen Auswertekanal für die zugehörige Meßspannung (U1, U2) bildet und neben der A/D-Wandlerstufe (7a, 7b) eine Vergleicherstufe (8a, 8b) beinhaltet, welche die digitalen Signalinformationen der beiden A/D-Wandlerstufen hinsichtlich Kurzschlußereignis­ sen zeitaufgelöst miteinander zwecks Unterscheidung mechani­ scher Sensorelementeinwirkungen von Kurzschluß-Leitungsfeh­ lern vergleicht.