DE20010739U1 - Module for the control or regulation of safety-related processes or procedures for the operation of machines or systems - Google Patents
Module for the control or regulation of safety-related processes or procedures for the operation of machines or systemsInfo
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Description
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Das Modul eignet sich zur Steuerung oder Regelung von Maschinen und Anlagen, die Sicherheitsfunktionen durchführen.The module is suitable for controlling or regulating machines and systems that perform safety functions.
Das Modul intern 2kanalig aufgebaut. Beide Einheiten des Moduls vergleichen ihre Ein-, Ausgangsgrößen, Entscheidungen und Abläufe. Nur bei gegenseitiger Zustimmung erfolgt die Durchführung der Funktion. Für eine gehobene Sicherheitsanforderung wird jeder der beiden Kanäle auch noch durch unterschiedliche Hardware-Strukturen realisiert (Diversität). Gleiches gilt für das Betriebsprogramm (Software) innerhalb der beiden Verarbeitungslogiken. Bei einem diversitären Aufbau sind neben möglichen Ausfällen oder Störungen auch Fehler durch falsches oder mangelhaftes Design oder fehlerhafte Programmierung ausgeschlossen (siehe auch DIN VVDE 0801).The module has an internal two-channel structure. Both units of the module compare their input and output variables, decisions and processes. The function is only carried out if there is mutual agreement. To meet higher safety requirements, each of the two channels is also implemented using different hardware structures (diversity). The same applies to the operating program (software) within the two processing logics. With a diverse structure, in addition to possible failures or malfunctions, errors due to incorrect or inadequate design or faulty programming are also excluded (see also DIN VVDE 0801).
Die Erfindung erfüllt diese Anforderungen und ist auch entsprechend 2kanalig aufgebaut. Wie in dem Bild (Figur 1) zu sehen ist, enthält das System (1) 2 vollkommen unabhängige Verarbeitungseinheiten (Verarbeitungslogik 1 und Verarbeitungslogik 2, 3,4). Sie bestehen entweder aus 2 Mikrorechnern oder ähnlichen Einheiten (z.B. FPGAs), die alle Funktionen entsprechend des Verarbeitungsprogramms aus dem Programmspeicher (11) durchführen. Der Programmspeicher wird entweder über die serielle Schnittstelle (6) oder über das angeschlossene Bussystem (8) mit dem Busanschluss (7) und dem Businterface (5) geladen. Die Art der Programmierung wird noch später beschrieben.The invention meets these requirements and is also designed with two channels. As can be seen in the picture (Figure 1), the system (1) contains two completely independent processing units (processing logic 1 and processing logic 2, 3, 4). They consist of either two microcomputers or similar units (e.g. FPGAs) that carry out all functions according to the processing program from the program memory (11). The program memory is loaded either via the serial interface (6) or via the connected bus system (8) with the bus connection (7) and the bus interface (5). The type of programming will be described later.
Die beiden Verarbeitungseinheiten (3,4) verarbeiten entweder das Programm redundant oder prüfen sich in ihren funktioneilen Ergebnissen gegenseitig. Auf jeden Fall wird jede Operation nur dann durchgeführt, wenn sich beide Einheiten (3,4) absolut einig sind, dass die Operation einwandfrei und richtig ist. Hierzu müssen sie sich vor der endgültigen Verarbeitung über den Zustand der berechneten Funktion unterhalten. In der Regel kann dieser Datenaustausch über eine parallele oder serielle Schnittstelle zwischen den Verarbeitungseinheiten erfolgen (nicht eingezeichnet).The two processing units (3,4) either process the program redundantly or check each other's functional results. In any case, each operation is only carried out if both units (3,4) are in absolute agreement that the operation is flawless and correct. To do this, they must discuss the state of the calculated function before the final processing. This data exchange can usually take place via a parallel or serial interface between the processing units (not shown).
Die Prüfung der richtigen Funktion bezieht sich insbesondere auf die Ausgabe an die externe Peripherie (13). Mit diesem Signal kann eine Sicherheitsfunktion (Starten eines Antriebs, Senken einer Schneideeinrichtung, Bewegen eines Ventils, usw.) initiiert werden. Da derartige Bewegungen im Fehlerfall zu Verletzungen oder sogar zu Tod von Personen führen können, dürfen sie nur bei absoluter Sicherheit erfolgen. Diese Sicherheit wird durch den redundanten Aufbau der bereits vorgestellten Verarbeitungseinheiten (3,4) erreicht. Natürlich enthält die Schaltung in der Praxis auch eine übergeordnete Überwachungseinheit (z.B. Watch Dog), der einen eventuellen Ausfall einer oder beider Einheiten (3,4) kontrolliert. Ferner wird der Ausgang (13) oftmals noch mit einer elektromechanischen Schaltung (z.B. Relais) versorgt, so dass im bei einem Ausfall der elektronischen Ansteuerung auch noch eine sicherheitsgerichtete Abschaltung möglich ist.The test of the correct function refers in particular to the output to the external peripherals (13). This signal can be used to initiate a safety function (starting a drive, lowering a cutting device, moving a valve, etc.). Since such movements can lead to injury or even death in the event of a fault, they may only be carried out with absolute safety. This safety is achieved by the redundant structure of the processing units (3,4) already presented. In practice, the circuit naturally also contains a higher-level monitoring unit (e.g. watch dog) that monitors any failure of one or both units (3,4). Furthermore, the output (13) is often supplied with an electromechanical circuit (e.g. relay), so that a safety-related shutdown is still possible in the event of a failure of the electronic control.
Gleichfalls sind alle internen Zusatzeinrichtungen (wie der Programmspeicher, 11, der Parameterspeicher, 12) entweder doppelt ausgelegt, oder sie werden regelmäßig vollständig auf Richtigkeit überprüft Das gilt#auchefü#r die.Eingabe d#er Daten von derLikewise, all internal additional devices (such as the program memory, 11, the parameter memory, 12) are either duplicated, or they are regularly checked for correctness. This also applies to the input of data from the
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externen Peripherie. Hier lässt sich beispielsweise ein externer Kontakt (14) abfragen, der über spezielle Signalpegel versorgt wird, die ihrerseits ein Signalmuster enthalten. Kurzschlüsse oder nicht erlaubte Verbindungen sind daher schnell erkennbar.external peripherals. For example, an external contact (14) can be interrogated here, which is supplied via special signal levels, which in turn contain a signal pattern. Short circuits or unauthorized connections can therefore be quickly identified.
Jedes dieser Module erhält ein Sicherheitsprogramm, welches im Programmspeicher (11) abgelegt wird. Zusätzlich befindet sich im Parameterspeicher (12) ein Datensatz, der die Funktion des Moduls (1) vorschreibt (z.B. Reaktionszeit, Teilnehmeradresse, Konfiguration des gesamten Bussystems, Zustände anderer Teilnehmer, usw.). Wenn das Modul selbst innerhalb einer Sicherheitsfunktion lokal alle Ein- und Ausgabegrößen für die vollständige Verarbeitung von der angeschlossenen Peripherie (z.B. 13, 14) erhält, so kann die Sicherheitsfunktion ohne das Hinzufügen zusätzlicher Daten ausgeführt werden. Sofern jedoch zur vollständiger Berechnung noch weitere Größen fehlen, werden ausschließlich diese über das Bussystem (8) angefordert. Die weiteren Module (9, 10) senden dann die gewünschten Größen und erhalten ebenfalls alle Daten, so dass sie selbst ihre Funktion erfüllen können.Each of these modules receives a safety program, which is stored in the program memory (11). In addition, the parameter memory (12) contains a data set that specifies the function of the module (1) (e.g. reaction time, participant address, configuration of the entire bus system, states of other participants, etc.). If the module itself receives all input and output variables for complete processing locally from the connected peripherals (e.g. 13, 14) within a safety function, the safety function can be carried out without adding additional data. However, if additional variables are missing for complete calculation, only these are requested via the bus system (8). The other modules (9, 10) then send the desired variables and also receive all the data so that they can perform their function themselves.
Durch dieses Modul können an einem Bussystem (8) sowohl autarke Sicherheitsmodule (mit lokaler Sicherheitsfunktion) als auch vernetzte Sicherheitsmodule entstehen, die gemeinsam zu einer komplexen Sicherheitsfunktion beitragen. Im letzteren Fall entsteht ein Sicherheitsverbund mit verteilter Intelligenz.This module enables both autonomous safety modules (with local safety function) and networked safety modules to be created on a bus system (8), which together contribute to a complex safety function. In the latter case, a safety network with distributed intelligence is created.
Das Bild (Figur 2) zeigt, wie sich der interne Ablauf zur Verarbeitung im Rahmen einer verteilten Sicherheitsfunktion gestaltet. Jedes Modul (1) erhält ein Programm, das sich nach den angeschlossenen Ausgängen innerhalb des Moduls orientiert. Die notwendige logische Funktion des Ausgangs (7) wird im Programmspeicher abgelegt und von den beiden Verarbeitungseinheiten durchgeführt. Wenn alle notwendigen Eingangsgrößen (zur Kalkulation der geforderten Ausgangsgröße) bereits intern zur Verfügung stehen (über die interne Ein- und Ausgabeeinheit im Modul, 6), so gelingt die autarke Verarbeitung der Sicherheitsfunktion.The picture (Figure 2) shows how the internal processing sequence is structured within the framework of a distributed safety function. Each module (1) receives a program that is based on the connected outputs within the module. The necessary logical function of the output (7) is stored in the program memory and carried out by the two processing units. If all the necessary input variables (for calculating the required output variable) are already available internally (via the internal input and output unit in the module, 6), the safety function can be processed independently.
In dem Fall, dass man zur Erfüllung der gewünschten Sicherheitsfunktion externe Eingangsgrößen braucht (z.B. von den Modulen 2 und 3), so werden diese Daten (5) entweder zyklisch oder auf Anforderung über das Bussystem (4) übertragen. Es versteht sich von selbst, dass die Datenübertragung ebenfalls gesichert erfolgen muss, damit man eine Datenverfälschung ausschließen kann.If external input variables are required to fulfill the desired safety function (e.g. from modules 2 and 3), these data (5) are transmitted either cyclically or on request via the bus system (4). It goes without saying that the data transmission must also be secure so that data corruption can be ruled out.
Jede übertragene Eingangsfunktion legt das Modul (1) in einem Datenspeicher (Parameterspeicher) ab. Dabei wird sowohl der aktuelle Inhalt als auch die Zeit (oder ein entsprechender Zeitwert) festgehalten (8,10). Der Zeitwert wird durch eine Uhr oder einen Timer (9) zusätzlich zum Datum (8) als Information hinzugefügt (10).The module (1) stores each transmitted input function in a data memory (parameter memory). Both the current content and the time (or a corresponding time value) are recorded (8,10). The time value is added as information (10) in addition to the date (8) by a clock or a timer (9).
Mit den Inhalten aus dem Parameterspeicher kann nun die Verarbeitungslogik (oder beide Einheiten) die gewünschte Funktion (7) erfüllen und den angeschlossenen Ausgang über die Peripherieeinheit (6) bedienen.With the contents of the parameter memory, the processing logic (or both units) can now perform the desired function (7) and operate the connected output via the peripheral unit (6).
Da in der Sicherheitstechnik jeder Ablauf mit einer festen Reaktionszeit erfolgen muss, enthält jedes Datum (eines externen Moduls 2,3) auch die aktuelle Zeit der Ablage oder der Versendung. Wenn es innerhalb der gewünschten Reaktionszeit nicht gelingt, ein neiJQS. Datum z.u de/ entsprßchejideji.ELrjheitzu übertragen, so wirdSince in security technology every process must be carried out with a fixed reaction time, each data (of an external module 2,3) also contains the current time of filing or sending. If it is not possible to transmit a new data to the corresponding device within the desired reaction time,
von dem Modul (1,2,3) ein sicherer Zustand eingeleitet. Dieser besteht in der Regel darin, den Ausgang zu deaktivieren.A safe state is initiated by the module (1,2,3). This usually consists of deactivating the output.
Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass bei einem Defekt einer externen Einheit oder bei Ausfall des Bussystems, stets ein sicherer Zustand erreicht wird. Diese Technik hat zudem noch den Vorteil, dass nur diejenigen Daten über den Bus übertragen werden, die nicht in den Einheiten selbst vorliegen. Die Datenrate und die damit verbundene Auslastung des Bussystems (4) können somit gering gehalten werden.This measure ensures that a safe state is always achieved in the event of a defect in an external unit or failure of the bus system. This technology also has the advantage that only data that is not present in the units themselves is transmitted over the bus. The data rate and the associated load on the bus system (4) can therefore be kept low.
Zur Verteilung der programmierbaren Funktionen wird ein Übersetzer (Compiler) benötigt, der die logischen Pfade entsprechend der gewünschten Ausgangsfunktion berechnet. Hierdurch entstehen Programmteile, die sich in jedes Modul herunterladen lassen. Die Technik der Blockbildung und der Dezentralisierung ist bereits in der Norm IEC 1131-3 beschrieben und kann bei der Programmierung des hier vorgestellten Systems der verteilten Sicherheit angewendet werden.To distribute the programmable functions, a compiler is required that calculates the logical paths according to the desired output function. This creates program parts that can be downloaded into each module. The block formation and decentralization technique is already described in the IEC 1131-3 standard and can be used when programming the distributed security system presented here.
Claims (11)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2009062954A1 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-22 | Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg | Field device for determining or monitoring a process variable in process automation |
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2000
- 2000-05-20 DE DE20010739U patent/DE20010739U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2009062954A1 (en) * | 2007-11-14 | 2009-05-22 | Endress+Hauser Gmbh+Co.Kg | Field device for determining or monitoring a process variable in process automation |
US8812262B2 (en) | 2007-11-14 | 2014-08-19 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Field device for determining or monitoring a process variable in process automation |
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US9720386B2 (en) | 2010-07-05 | 2017-08-01 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Field device for determining or monitoring a physical or chemical, process variable |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R207 | Utility model specification |
Effective date: 20010607 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20031212 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20060608 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: PHOENIX CONTACT GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: WRATIL, PETER, DR., 21224 ROSENGARTEN, DE Effective date: 20060728 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20080618 |
|
R071 | Expiry of right |