DE202009010293U1

DE202009010293U1 - Electronic evaluation module for sensor signals

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Publication number: DE202009010293U1
Application number: DE200920010293
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2019-07-30

Abstract

Elektronisches Auswertemodul (2) für einen konventionellen Sensor (1), welcher keine internen Mittel zur Auswertung und Bearbeitung der Sensorsignale (12) aufweist, mit
a) einer ersten Schnittstelle (21) zur datentechnischen Ankopplung zumindest eines konventionellen Sensors (1) und zum Empfang von Sensorsignalen (12) des mindestens einen Sensors (1),
b) einer Verarbeitungseinheit (22) zur Auswertung und/oder Weiterverarbeitung von Sensorsignalen (12), und
c) einer zweiten Schnittstelle (23) zur datentechnischen Ankopplung an eine IO-Link Datenübertragungsstrecke (3) und zur Absendung von ausgewerteten und/oder weiterverarbeiteten Sensorsignalen (12).Electronic evaluation module (2) for a conventional sensor (1), which has no internal means for evaluating and processing the sensor signals (12), with
a) a first interface (21) for data-related coupling of at least one conventional sensor (1) and for receiving sensor signals (12) of the at least one sensor (1),
b) a processing unit (22) for evaluating and / or further processing of sensor signals (12), and
c) a second interface (23) for data-linkage to an IO-Link data transmission path (3) and for sending evaluated and / or further processed sensor signals (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Auswertemodul für einen konventionellen Sensor ohne interne Mittel zur Auswertung und Bearbeitung der Sensorsignale.The The invention relates to an electronic evaluation module for a conventional sensor without internal means for evaluation and processing the sensor signals.

Einfache Sensoren mit binärem oder analogem Ausgang können Signalbearbeitungen nicht eigenständig intern durchführen. Sensoren dieser Art können somit nicht ohne weiteres zur Erfassung von komplexeren Messwerten eingesetzt werden. Andernfalls muss dem Sensorausgang ein separates Auswertemodul nachgeschaltet werden, um z. B. Drehzahlen, Schaltfrequenzen, Zählwerte und dgl. bestimmen zu können.easy Sensors with binary or analogue output Do not perform signal processing internally internally. sensors of this kind can thus not readily to capture more complex readings be used. Otherwise, the sensor output must have a separate evaluation module be followed to z. B. speeds, switching frequencies, counts and the like. To be able to determine.

Hierzu ist es bekannt, einen einfachen Sensor mittels einer Punkt-zu-Punkt Verdrahtung an eine speicherprogrammierbare Steuerung anzuschließen, welche die weitere Auswertung des vom Sensor abgegebenen Schaltsignalstromes vornimmt. Dies ist aufwendig, da für einen Signalimport an der Steuerung oft spezielle I/O Baugruppen, z. B. Zählerbaugruppen, notwendig sind.For this It is known to use a simple sensor by means of a point-to-point Wiring to connect to a programmable logic controller, which the further evaluation of the output from the sensor switching signal current performs. This is expensive, there for a signal import at the Control often special I / O modules, eg. B. counter modules, are necessary.

Es ist weiterhin bekannt zur Analyse der Schaltsignale auch externe Auswertemodule zwischen Sensor und Steuerung zu schalten, z. B. Multifunktions-Relais. Derartige Auswertemodule verfügen aber über keine Busschnittstelle und möglichen damit keine Parametrierung über die Steuerung.It is also known to analyze the switching signals and external Switching evaluation modules between sensor and control, eg. B. Multifunction relay. However, such evaluation modules have no Bus interface and possible with it no parameterization via the control.

In der Praxis sind zwar applikationsspezifische Sensoren mit integrierter Analyse des Schaltsignals bekannt, z. B. induktive Sensoren mit integrierter Schaltfrequenzanalyse zur Drehzahlüberwachung. Diese weisen aber insbesondere den Nachteilen auf, dass eine eingeschränkte Parametrierung nur vor Ort möglich ist, z. B. über Teach Taster oder Potentiometer. In der Automatisierungstechnik erfolgt der Anschluss von Sensoren vielfach unter Einsatz des sogenannten „IO Link”. Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Kommunikationssystem zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren an ein Automatisierungssystem. Die Standardisierung umfasst dabei sowohl die elektrischen Anschlussdaten als auch ein digitales Kommunikationsprotokoll, über das die Sensoren und Aktoren mit dem Automatisierungssystem in Datenaustausch treten. Mit Hilfe von IO Link ist zwar grundsätzlich eine komfortable Parametrierung von Sensoren möglich. Jedoch ist oft kein für eine bestimmte Applikation passender Sensor mit IO Link Schnittstelle verfügbar, da zur Abdeckung einer Vielfalt von Anwendungen viele unterschiedliche Spezialsensoren mit dieser Schnittstelle notwendig wären.In The practice is application-specific sensors with integrated Analysis of the switching signal known, for. B. inductive sensors with integrated switching frequency analysis for speed monitoring. These have but especially the disadvantages that a limited parameterization only possible on site is, for. B. over Teach button or potentiometer. In automation technology The connection of sensors is often using the so-called "IO Link". It acts It is a standardized communication system for connection intelligent sensors and actuators to an automation system. The standardization includes both the electrical connection data as also a digital communication protocol through which the sensors and actuators to exchange data with the automation system. With help of IO Link is basically a comfortable parameterization of sensors possible. However, often not for a particular one Application suitable sensor with IO Link interface available, because To cover a variety of applications many different special sensors would be necessary with this interface.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung anzugeben, womit ein einfacher Sensor ohne eigene interne Signalverarbeitungsmittel in einer komfortablen Art und Weise an ein Automatisierungssystem angeschlossen werden kann.Of the The invention is based on the object of specifying a device bringing a simple sensor without its own internal signal processing means in a comfortable way to an automation system can be connected.

Die Aufgabe wird gelöst mit dem in Anspruch 1 angegebenen elektronischen Auswertemodul. Vorteilhafte weitere Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The Task is solved with the specified in claim 1 electronic evaluation module. Advantageous further versions The invention are specified in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Auswertemodul bietet den Vorteil, dass einfache und kostengünstige Standardsensoren auf einfache und kostengünstige Weise um die über IO-Link bereitgestellten Funktionen erweitert werden können. Die erfindungsgemäße Kombination von Sensor und Auswertemodul kann nun auch bei komplexeren Applikationen eingesetzt werden, wie z. B. bei Zählanwendungen, Erfassung und Grenzwerteüberwachung von Drehzahlen u. s. w.. Die Erfindung ermöglicht also eine datentechnische Anbindung eines konventionellen Sensors an eine IO-Link Datenübertragungsstrecke. Bereits existierende Standardsensoren können durch Erweiterung mit dem erfindungsgemäßen Auswertemodul IO-Link fähig gemacht werden, ohne dass irgendwelche Änderungen an den Sensoren selbst erforderlich sind. Die Vorteile des IO Link Systems, wie z. B. die freie Parametrierung direkt aus der Steuerung auch bei laufendem Betrieb, können dann auch bei einfachen Standardsensoren angewandt werden. Durch den modularen Aufbau, also die Trennung von Sensor und IO Link kompatiblem Auswertemodul, ist sofort ein sehr breites Spektrum an applikationsspezifischen Lösungen verfügbar, ohne dass für jede Lösung spezielle Sensoren entwickelt werden müssen. Da die Auswertealgorithmen in der Firmware des Auswertemoduls hinterlegt sind, ist eine spätere Erweiterung um zusätzliche Funktionen problemlos ohne die Entwicklung neuer Sensor- oder Modulhardware möglich. So können z. B. einfache Analogsensoren, wie z. B. induktive Sensoren mit Spannungs- bzw. Stromausgang ohne einstellbare Schaltgrenzen, durch Zwischenschaltung des erfindungsgemäßen externen Auswertemoduls parametrierfähig gemacht werden.The Evaluation module according to the invention offers the advantage of being simple and inexpensive standard sensors simple and inexpensive way about the IO-Link provided functions can be extended. The inventive combination from sensor and evaluation module can now also with more complex applications be used, such. B. in counting applications, detection and limits monitoring of speeds u. s. w .. The invention thus enables a data technology Connection of a conventional sensor to an IO-Link data transmission link. Existing standard sensors can be upgraded with the evaluation module according to the invention IO-Link made capable be without any changes are required on the sensors themselves. The advantages of the IO Link Systems, such as. For example, the free parameterization directly from the controller even during operation, can then be applied to simple standard sensors. By the Modular structure, ie the separation of sensor and IO Link compatible Evaluation module, is immediately a very wide range of application-specific solutions available, without for every solution special sensors have to be developed. Because the evaluation algorithms are stored in the firmware of the evaluation module, is a later extension for additional Functions easily without the development of new sensor or module hardware possible. So can z. B. simple analog sensors, such. B. inductive sensors with Voltage or current output without adjustable switching limits, by Interposition of the external evaluation module according to the invention parametrierfähig be made.

Über ein erfindungsgemäßes externes Auswertemodul können die Schaltsignale eines oder auch mehrerer Sensoren in der Art einer dezentralen Intelligenz vorverarbeitet und ausgewertet werden. Weiterhin können für jede Analysefunktion über IO Link frei einstellbare Parameter zur Verfügung gestellt werden. Das externe Auswertemodul ermöglicht also eine applikationsspezifische Signalvorverarbeitung und auch die Bereitstellung von Diagnosefunktionen.About one external according to the invention Evaluation module can the switching signals of one or more sensors in the manner of a decentralized intelligence can be preprocessed and evaluated. Farther can for every Analysis function over IO Link freely adjustable parameters are provided. The external one Evaluation module allows So an application-specific signal pre-processing and also the provision of diagnostic functions.

Eine beispielhafte Anwendung der Erfindung soll an Hand der beiliegenden Figuren nachfolgend näher erläutert werden.A exemplary application of the invention will be with reference to the accompanying Figures in more detail below explained become.

Dabei zeigenthere demonstrate

1 ein Blockschaltbild eines externen Auswertemoduls gemäß der Erfindung, und 1 a block diagram of an external evaluation module according to the invention, and

2 das Prinzipschaltbild eines beispielhaften Automatisierungssystems mit einem einfachen Sensor, der mittel eines externen Auswertemoduls an einen IO-Link Datenbus angekoppelt ist. 2 the block diagram of an exemplary automation system with a simple sensor that is coupled by means of an external evaluation module to an IO-Link data bus.

In 1 ist auf der linken Seite ein einfacher, konventioneller Sensor 1 gezeigt, welche keine eigenen internen Mittel zur Bearbeitung und Auswertung der Sensorsignale aufweist. Mittels eines Sensorkopfes 11 werden Veränderungen in einem technischen Prozess z. B. in Form von Schaltsignalen oder Analogwerten erfasst. Derartige Sensorsignale stehen schließlich an einem Sensoranschluss 12 in binärer oder analoger Form zur Verfügung. Ein solcher Sensor konnte bislang z. B. nur direkt an einer Steuerung angeschlossen werden, welcher die Sensorsignale dann z. B. über separate Eingangsbaugruppen zur weiteren Verarbeitung eingelesen hat.In 1 is a simple, conventional sensor on the left side 1 which does not have its own internal means for processing and evaluating the sensor signals. By means of a sensor head 11 Are changes in a technical process z. B. detected in the form of switching signals or analog values. Such sensor signals are finally connected to a sensor connection 12 in binary or analog form. Such a sensor has so far z. B. only be connected directly to a controller, which then z. B. has read in via separate input modules for further processing.

Stattdessen ist gemäß der Erfindung der Anschluss 12 des Sensors 2 unter Zwischenschaltung eines externen elektronischen Auswertemoduls 2 indirekt an eine IO-Link Datenübertragungsstrecke 3 angekoppelt. Hierzu weist das externe elektronische Auswertemodul 2 eine erste Schnittstelle 21 am Eingang für den Sensoranschluss 12, eine interne Verarbeitungseinheit 22 und als zweite Schnittstelle 23 am Ausgang eine integrierte IO-Link Datenbusschnittstelle auf. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung kann die erste Schnittstelle 21 auch so ausgeführt sein, dass gleichzeitig mehrere Sensoren anschließbar sind.Instead, according to the invention, the connection 12 of the sensor 2 with the interposition of an external electronic evaluation module 2 indirectly to an IO-Link data transmission link 3 coupled. For this purpose, the external electronic evaluation module 2 a first interface 21 at the input for the sensor connection 12 , an internal processing unit 22 and as a second interface 23 an integrated IO-Link data bus interface at the output. According to a further embodiment of the invention, the first interface 21 Also be designed so that several sensors can be connected simultaneously.

Mit Hilfe der internen Verarbeitungseinheit 22 können eine Vielzahl von Analyse-, Vorverarbeitungs- und Diagnosefunktionen implementiert werden. Nachfolgend werden hierzu einige Beispiele gegeben.With the help of the internal processing unit 22 A variety of analysis, preprocessing and diagnostic functions can be implemented. Here are some examples given.

So kann bei einer ersten Anwendung ein einfacher, konventioneller Sensor z. B. die Nocken auf einer Geberscheibe eines drehzahlregelbaren Antriebs erfassen. Das dabei vom Sensor abgegebene binäre Schaltsignal wird vom externen Auswertemodul analysiert, und kann dann zur Erfassung und Überwachung der Drehzahl z. B. von Antrieben eingesetzt werden. Ist versetzt zu diesem Sensor an der Geberscheibe ein weiterer einfacher, konventioneller Sensor montiert und wird dessen Sensorsignal einem weiteren Eingang des externen Auswertemoduls zugeführt, so ist zusätzlich zur Drehzahlüberwachung auch eine Drehrichtungserkennung möglich. Bei einer anderen Anwendung sind ebenfalls zwei Sensoren an einem externen Auswertemodul gemäß der Erfindung angeschlossen, wobei die einzelnen Signale der Sensoren jeweils eine Drehzahl darstellen. In diesem Fall kann das Auswertemodul durch Vergleich der Sensorsignale eine Drehzahldifferenz ermitteln, so dass eine Überwachung des Schlupfs, z. B. bei Getrieben, möglich ist.So can be a simple, conventional sensor in a first application z. B. the cam on a donor disc of a variable speed Capture drive. The binary switching signal emitted by the sensor is analyzed by the external evaluation module, and can then be used for acquisition and monitoring the speed z. B. be used by drives. Is offset to this sensor on the encoder disk another simple, conventional sensor mounted and the sensor signal is another input of the supplied to external evaluation module, so is in addition for speed monitoring also a direction of rotation detection possible. In another application are also two sensors on an external evaluation module according to the invention connected, with the individual signals of the sensors respectively represent a speed. In this case, the evaluation module determine a speed difference by comparing the sensor signals, leaving a surveillance of the slip, z. B. in transmissions, is possible.

Weiterhin können vom externen Auswertemodul auch Ausmessungen und Zählungen der Schaltsignale am Ausgang des binären Sensors durchgeführt werden. So können bei einer ersten Anwendung z. B. die Schaltzeiten eines einfachen Sensors gemessen werden, indem die Zeitdauern der High- oder Low-Zustände des binären Schaltsignals analysiert werden. Weiterhin können die Schaltsignale eines binären Sensors, z. B. zur Losgrößenüberwachung, gezählt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Auswertemoduls unterstützt der Zähler im Auswertemodul auch eine kombinierte Auswertung der Signale an mehreren binären Eingängen des Auswertemoduls, an die z. B. über Y-Stecker mehrere binäre Sensoren angeschlossen sind. Bei einem ersten Betriebsmodus kann ein Eingang als ein Zähleingang und der zweite Eingang als ein Schalteingang zur Umkehrung der Zählrichtung dienen. Bei einem weiteren Betriebsmodus dient ein Eingang als Zähler und der zweite Eingang als Schalteingang für ein Start-/Stopp-Signal. Bei einem weiteren Betriebsmodus kann ein Eingang auch als ein Aufwärtszähler und der zweite Eingang als ein Abwärtszähler dienen.Farther can from the external evaluation module also measurements and counts the switching signals are performed at the output of the binary sensor. So can in a first application z. As the switching times of a simple Sensors are measured by the durations of the high or low states of the binary Switching signal to be analyzed. Furthermore, the switching signals of a binary Sensors, z. For lot size monitoring, counted become. In a particularly advantageous embodiment of the evaluation module according to the invention supports the counter in the evaluation module also a combined evaluation of the signals at several binary inputs the evaluation module to the z. B. connected via Y-connector several binary sensors are. In a first mode of operation, an input may act as a count input and the second input as a switching input for reversing the counting direction serve. In another operating mode, an input serves as a counter and the second input as a switching input for a start / stop signal. At a another operating mode, an input can also be used as an up counter and the second input serves as a down counter.

Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen Auswertemodul die Analogwerte am Ausgang eines angeschlossenen analogen Sensors analysiert werden. So können z. B. im Rahmen von Grenzwerteüberwachungen Spannungs- oder Stromausgänge von Sensoren auf einstellbare Grenzwerte überwacht und bei deren Über- oder Unterschreitung ein oder mehrere Ausgangssignale aktiviert werden. Weiterhin können auch Signalanalysen von Analogwerten, z. B. bezüglich Welligkeit, Flankenanstieg u. ä. durchgeführt werden. Schließlich können mit dem erfindungsgemäßen Auswertemodul auch Timer- und Inverterfunktionen den Signale am Schaltausgang eines einfachen, binären Sensors ergänzt werden, analog zur Funktion eines Zeitrelais. So sind u. U. kombinierte Ein- und Ausschaltverzögerungen, Impulsfunktionen wie z. B. Verlängerung eines nur kurzen Schaltsignals, Invertierungen eines Schaltsignals u. v. m. möglich.Farther can with the evaluation module according to the invention the analog values at the output of a connected analog sensor to be analyzed. So can z. Eg in the context of limit value monitoring Voltage or current outputs from Sensors monitored for adjustable limits and their over- or Falling below one or more output signals are activated. Furthermore you can also signal analyzes of analog values, eg. B. with respect to ripple, flank rise u. Ä. Be performed. After all can with the evaluation module according to the invention also timer and inverter functions the signals at the switching output a simple, binary Sensors added be analogous to the function of a time relay. So are u. U. combined On and off delays, Pulse functions such. B. extension a short switching signal, inversions of a switching signal u. v. m. possible.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Auswertemoduls 2 können also die Ausgangssignale von einfachen Sensoren umfangreichen Bearbeitungen und Auswertungen unterzogen werden. Der Vorteil der Erfindung liegt nicht nur darin, dass diese aufbereiteten Signale IO-Link kompatible weiter übertragen werden können, z. B. an eine übergeordnete Steuerung. Vielmehr können von einer solchen auch Parametrierungen in das Auswertemoduls 2 geladen werden, um die Art der jeweils gewünschten und benötigten Auswertungen in optimaler Weise an die jeweilige Anwendung anpassen zu können.With the help of the evaluation module according to the invention 2 Thus, the output signals from simple sensors can undergo extensive processing and evaluations. The advantage of the invention is not only that these processed signals IO-Link compatible can be further transmitted, z. B. to a higher-level control. Rather, from such a Para measurements in the evaluation module 2 be loaded in order to be able to adapt the type of the respective desired and required evaluations in an optimal way to the respective application.

In 2 ist schließlich beispielhaft das Prinzip eines vernetzten Automatisierungssystems gezeigt. Dabei sind an eine zentrale Steuerung 6, insbesondere eine speicherprogrammierbare Steuerung, diverse dezentrale Peripheriegeräte 8 über einen Feldbus 7 angeschlossen. An diese Peripheriegeräte 8 können nun Aktoren und Sensoren eines technischen Prozesses bevorzugt über eine IO-Link Datenschnittstelle 3 angeschlossen werden. Wie oben beschrieben ist an das linke Peripheriegerät 8 das Tandem aus einem einfachen Sensor 1 mit Sensorkopf 11 und einem externen Auswertemodul 2 über eine IO Link Schnittstelle 3 angeschlossen.In 2 Finally, the principle of a networked automation system is shown by way of example. Thereby are to a central control 6 , In particular a programmable logic controller, various distributed peripherals 8th over a fieldbus 7 connected. To these peripherals 8th Actuators and sensors of a technical process can now be selected via an IO-Link data interface 3 be connected. As described above, the left peripheral device 8th the tandem from a simple sensor 1 with sensor head 11 and an external evaluation module 2 via an IO Link interface 3 connected.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausführung der Erfindung können die Gehäuse des Sensors 1 und des Auswertemoduls 2 auch direkt zu eine kompakten Baueinheit z. B. verschraubt sein. In diesem Falle greifen also die Schnittstelle 12 auf der Sensorseite und die Schnittstelle 21 auf der Seite des Auswertemoduls 2 direkt ineinander ein, so dass eine Art stiftförmige Gesamtanordnung entsteht.According to an advantageous further embodiment of the invention, the housing of the sensor 1 and the evaluation module 2 also directly to a compact unit z. B. be bolted. In this case, therefore, access the interface 12 on the sensor side and the interface 21 on the side of the evaluation module 2 directly into each other, so that a kind of pin-shaped overall arrangement arises.

Zur Konfiguration und Parametrierung des externen Auswertemoduls 2 ist im Beispiel der 2 schließlich beispielhaft ein Programmiergerät 4 vorgesehen, z. B. ein Industrie PC.For configuration and parameterization of the external evaluation module 2 is in the example of 2 finally a programming device by way of example 4 provided, z. An industrial PC.

Hierüber können Inbetriebnahmedaten über einen zusätzlichen Datenbus 5, insbesondere ein Industrial Ethernet, z. B. Profinet, in das Auswertemodul 2 geladen bzw. Test und Diagnose vom Auswertemodul 2 und dem angeschlossenen Sensor 1 abgerufen werden. Hierüber kann insbesondere die Vorverarbeitung der vom Sensor gelieferten Sensordaten in einer anwendungsspezifischen Weise vollständig individuell parametriert werden, ohne dass hierzu der Sensor selbst besondere Eigenschaften aufweisen muss. Hierdurch wird auch im Fehlerfalle, z. B. bei einem Sensordefekt, eine Instandsetzung erheblich erleichtert, da lediglich der einfache, konventionelle Sensor 1 erneut werden muss, während das Auswertemodul 2 mit allen individuellen Parametrierungen unangetastet bleiben kann.This can be commissioning data via an additional data bus 5 , in particular an Industrial Ethernet, z. B. Profinet, in the evaluation module 2 loaded or test and diagnosis from the evaluation module 2 and the connected sensor 1 be retrieved. In particular, the preprocessing of the sensor data supplied by the sensor can be parameterized completely individually in an application-specific manner, without the sensor itself having to have special properties for this purpose. This will also in case of failure, z. As in a sensor defect, a repair much easier because only the simple, conventional sensor 1 again, while the evaluation module 2 can remain untouched with all individual parameterizations.

Claims

Electronic evaluation module ( 2 ) for a conventional sensor ( 1 ), which has no internal means for evaluating and processing the sensor signals ( 12 ), with a) a first interface ( 21 ) for the data linkage of at least one conventional sensor ( 1 ) and for receiving sensor signals ( 12 ) of the at least one sensor ( 1 ), b) a processing unit ( 22 ) for the evaluation and / or further processing of sensor signals ( 12 ), and c) a second interface ( 23 ) for data-technical coupling to an IO-Link data transmission link ( 3 ) and for dispatching evaluated and / or further processed sensor signals ( 12 ).

Electronic evaluation module ( 2 ) according to claim 1, wherein the processing unit ( 22 ) Parameterizations from the second interface ( 23 ) receives and processes.