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ES2576029T3 - Sistema de conmutación para proteger equipos electrónicos frente a tensiones lógicas incorrectas - Google Patents

Sistema de conmutación para proteger equipos electrónicos frente a tensiones lógicas incorrectas Download PDF

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ES2576029T3
ES2576029T3 ES09013157.4T ES09013157T ES2576029T3 ES 2576029 T3 ES2576029 T3 ES 2576029T3 ES 09013157 T ES09013157 T ES 09013157T ES 2576029 T3 ES2576029 T3 ES 2576029T3
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voltage
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logic
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Klaus-Peter Säck
Thomas Warneke
Viktor Oster
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Abstract

Sistema de seguridad para la vigilancia multicanal de un equipo relevante para la seguridad, presentando el sistema de seguridad: al menos un primer y un segundo equipos lógicos (101, 102), asociados a respectivos canales y que deben protegerse frente a tensiones lógicas incorrectas, - una conexión de entrada (80) para aportar una tensión de entrada, - un elemento de conmutación (70) que puede controlarse, para aportar/separar la tensión de entrada al/del primer y segundo equipo lógico (101, 102), - un primer convertidor de tensión continua (90) con dispositivo de vigilancia de tensión integrado, que vigila la tensión de salida aportada por el primer convertidor de tensión continua (90), proporcionando el primer convertidor de tensión continua (90) como tensión de salida una primera tensión lógica para el primer equipo lógico (101), - al menos un segundo convertidor de tensión continua (95) con dispositivo de vigilancia de tensión integrado, que vigila la tensión de salida aportada por el segundo convertidor de tensión continua (95), proporcionando el segundo convertidor de tensión continua (95) como tensión de salida una segunda tensión lógica para el segundo equipo lógico (102) y - un primer dispositivo de vigilancia (20) para la vigilancia redundante de la primera y segunda tensiones lógicas, que presenta un comparador (30), al que se llevan la primera y segunda tensiones lógicas y una tensión de referencia, con lo que el primer dispositivo de vigilancia (20) controla un dispositivo de retención (60) para abrir y mantener con seguridad el elemento de conmutación (70) en el estado de abierto, tan pronto como al menos una de las tensiones lógicas alcanza o sobrepasa un valor de umbral predeterminado.

Description

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SISTEMA DE CONMUTACION PARA PROTEGER EQUIPOS ELECTRONICOS FRENTE A TENSIONES LOGICAS INCORRECTAS
descripciOn
La invencion se refiere a un sistema de seguridad para la vigilancia multicanal de un equipo relevante para la seguridad, que para cada canal contiene un respectivo equipo logico, que debe protegerse frente a tensiones logicas incorrectas.
Por el documento US 2008/012542 A1 se conoce un convertidor de tension continua con un circuito de control para generar una senal modulada en anchura de impulso, en el que en la conexion de alimentacion esta dispuesto un interruptor de potencia de entrada, que abre al presentarse una sobretension. Para ello se vigila la tension continua suministrada por el convertidor de tension mediante un circuito de vigilancia de sobretension y en caso de incidente se actua sobre un circuito de proteccion frente a sobretensiones, que abre el interruptor de potencia de entrada. El sistema de conmutacion conocido ofrece una proteccion frente a sobrecargas sencilla, pero no esta en condiciones de ofrecer una proteccion mas elevada frente a sobretensiones por ejemplo en sistemas de seguridad multicanal.
El documento DE 37 32 334 A1 describe un equipo de alimentacion electrica configurado como fuente de alimentacion conmutada, que mediante la accion conjunta de diodos supresores con convertidores de intensidad evita la destruccion de componentes dentro del sistema de control y de la red de alimentacion conmutada cuando hay perturbaciones - en caso de cortocircuito, sobreintensidad y/o sobretension - desconectando la fuente de alimentacion conmutada.
El documento de EP 1 094 586 A2 se refiere a la aportacion de corriente a una carga y a la desconexion de la corriente cuando se detecta un cortocircuito o una sobreintensidad en la carga. El circuito incluye un ajuste de potencial estable en la alimentacion electrica a la carga y una regulacion de la tension de salida con gran precision.
La invencion tiene como objetivo basico lograr un sistema de conmutacion para proteger circuitos electronicos frente a tensiones logicas incorrectas que aporte una proteccion elevada frente a sobretensiones, tal que este sistema de conmutacion pueda utilizarse tambien en sistemas de seguridad multicanal que por ejemplo cumplan el Performance Level “e” (nivel de prestaciones “e”) segun DIN EN ISO 13849.
La invencion soluciona el problema tecnico con las caractensticas de la reivindicacion 1.
Segun ello se preve un sistema de conmutacion para proteger equipos electronicos frente a tensiones logicas incorrectas. El sistema de conmutacion presenta una conexion de entrada para conectar una fuente de alimentacion, que puede aportar una tension continua o una tension alterna.
Ademas se preve al menos un convertidor de tension, que aporta a su salida una tension logica, con preferencia ajustable. Entre el convertidor de tension, de los que al menos hay uno y la conexion de entrada esta conectado un elemento de conmutacion que puede controlarse, por ejemplo un transistor de conmutacion. Un primer dispositivo de vigilancia sirve para vigilar la tension logica. El primer dispositivo de vigilancia esta configurado tal que provoca la apertura del elemento de conmutacion cuando la tension logica alcanza o sobrepasa un valor de umbral predeterminado.
Senalemos que bajo tension logica se entiende la tension de salida del convertidor de tension. La tension logica constituye asf la tension de alimentacion para equipos electronicos.
El sistema de conmutacion permite que la tension se vigile directamente allf donde puede haber una repercusion peligrosa, es decir, a la salida del convertidor de tension. De esta manera se vigila tambien a la vez la funcionalidad del convertidor de tension.
Cuando la fuente de alimentacion suministra una tension continua, puede ser el convertidor de tension un convertidor CC-CC, es decir, un convertidor de tension continua. Senalemos aqrn que los convertidores CC-CC por lo general presentan dispositivos de vigilancia de la tension integrados que vigilan la tension de salida. Con el sistema de conmutacion propuesto se vigila asf la tension de salida del convertidor de tension de forma redundante, con lo que el sistema de conmutacion tambien puede utilizarse en el ambito de la tecnica de seguridad.
Segun un primer perfeccionamiento ventajoso pueden conectarse tambien varios convertidores de tension en paralelo y unirse a traves del elemento de conmutacion con la conexion de entrada. Los convertidores de tension pueden aportar diversas tensiones logicas a las salidas del convertidor.
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En un entorno tecnico de seguridad es necesario que cuando se presenta una falta puedan mantenerse los equipos a asegurar en un estado seguro.
Para ello presenta el sistema de conmutacion un dispositivo para retener el elemento de conmutacion en el estado de abierto. El dispositivo de retencion puede ser por ejemplo un flip-flop.
Para mejorar las prestaciones del sistema de conmutacion y garantizar una elevada seguridad, puede estar previsto un segundo dispositivo de vigilancia, que por ejemplo vigile la tension en la conexion de entrada, la funcionalidad del primer dispositivo de vigilancia y/o la funcionalidad del elemento de conmutacion. Cuando detecta una falta el segundo dispositivo de vigilancia, origina el mismo igualmente la apertura del elemento de conmutacion. El segundo dispositivo de vigilancia puede llevar asociado ademas un interruptor de desconexion en emergencia, que puede accionarse manualmente.
Un campo de aplicacion especial para el sistema de conmutacion propuesto es la tecnica de la seguridad.
En consecuencia se propone ademas un sistema de seguridad para la vigilancia multicanal de un equipo relevante para la seguridad, por ejemplo una puerta de proteccion. El sistema de seguridad presenta varios canales, que llevan asociados respectivos equipos logicos. Ademas contiene el sistema de seguridad el circuito de conmutacion antes descrito, estando conectada la salida del convertidor de tension, de los que al menos hay uno, con al menos un equipo logico. En consecuencia puede aplicarse la tension logica aportada por el convertidor de tension al equipo logico de cada canal. Alternativamente pueden conectarse en paralelo varios convertidores de tension, que alimentan respectivos equipos logicos separados.
El circuito de conmutacion puede constituirse economicamente y ocupando poco espacio, ya que hace posible una alimentacion de ambos canales mediante una unica fuente de alimentacion y protege ambos canales frente a sobretensiones. Asf, gracias al sistema de conmutacion propuesto no es necesario desacoplar los canales del sistema de seguridad.
Senalemos aqrn que los equipos logicos pueden protegerse tambien frente a tensiones demasiado bajas. Para ello pueden utilizarse modulos de reset (reposicion) estandarizados, que existen en convertidores de tension tradicionales y con ello no originan ningun coste adicional. Opcional o complementariamente pueden configurarse para ello tambien el primer y/o segundo dispositivo de vigilancia de la forma correspondiente.
La invencion se describira a continuacion mas en detalle en base a un ejemplo de ejecucion en relacion con una unica figura.
La figura muestra un sistema de conmutacion 10 a modo de ejemplo, con el que puede protegerse un sistema de seguridad multicanal 100, de por sf conocido, frente a sobretensiones. En el presente ejemplo presenta el sistema de seguridad 100 dos canales desacoplados. El sistema de conmutacion 10 presenta un primer dispositivo de vigilancia 20, que por ejemplo incluye un comparador 30. El comparador 30 tiene la mision de vigilar tensiones logicas que pueden aplicarse a las conexiones de entrada 31 y 32. Para ello se comparan las tensiones logicas con una tension de referencia, que se aplica a la entrada 33 del comparador 30. Opcionalmente puede estar previsto otro dispositivo adicional de vigilancia 40. Las salidas de ambos dispositivos de vigilancia 20 y 40 estan conectadas por ejemplo con una ODER-Gatter (puerta O) 50. La salida de la puerta O 50 esta conectada por ejemplo con un flip-flop 60, que a su vez controla un elemento de conmutacion 70 que puede controlarse. El elemento de conmutacion que puede controlarse puede ser por ejemplo un transistor de efecto de campo. El sistema de conmutacion 10 presenta una conexion de entrada 80, a la que puede aplicarse mediante un equipo de alimentacion no representado por ejemplo una tension continua Uein. La conexion de entrada 80 se conecta mediante el elemento de conmutacion 70 por ejemplo con la entrada de un convertidor CC-CC 90 y la entrada de un convertidor CC-CC 95. Ambos convertidores CC-CC 90 y 95 aportan en sus respectivas salidas la tension logica Ulogik a vigilar. En el presente ejemplo alimenta la tension logica aportada por el convertidor CC-CC 90 el equipo logico 101, mientras que la tension logica aportada por el convertidor CC-CC 95 alimenta el equipo logico 102 del sistema de seguridad de dos canales 100. Las tensiones logicas aportadas por los convertidores CC-CC 90 y 95 se conducen por ejemplo a traves de respectivos divisores de tension (no representados) a las entradas 31 y 32 respectivamente del comparador 30.
El objetivo del dispositivo de vigilancia 20 es separar ambos equipos logicos 101 y 102 del sistema de seguridad de dos canales 100 de la tension de entrada Uein aplicada a la conexion de entrada 80 tan pronto como al menos una de las tensiones logicas vigiladas alcanza o sobrepasa un valor de umbral predeterminado. De esta manera se logra que aunque ambos canales del sistema de seguridad 100 son alimentados desde una fuente de alimentacion comun, al detectarse una tension logica incorrecta se separan inmediatamente ambos equipos logicos 101 y 102 de la fuente de alimentacion.
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El segundo dispositivo de vigilancia 40 puede utilizarse por ejemplo para vigilar la conexion de entrada 80 y con ello la tension de entrada, el funcionamiento del elemento de conmutacion 70, el funcionamiento del dispositivo de vigilancia 20, el funcionamiento de la puerta O 50, el funcionamiento de los convertidores CC-CC 90 y 95 y/o el funcionamiento del flip-flop 60. Ademas puede llevarse una senal de desconexion en emergencia directamente a la puerta O 50 o puede estar conectado el correspondiente interruptor de desconexion en emergencia con el dispositivo de vigilancia 40.
A continuacion se describira mas en detalle el modo de funcionamiento del sistema de conmutacion 10 representado en la figura.
Mientras que ninguna de las tensiones logicas aportadas por los convertidores CC-CC 90 y 95 sobrepase un valor de umbral predeterminado ni tampoco el dispositivo de vigilancia 40 haya detectado una falta, la tension de salida de ambos dispositivos de vigilancia es un cero logico. En consecuencia la senal de salida de la puerta O 50 es igualmente un cero logico. Como reaccion a la senal de salida de la puerta O 50, se ocupa el flip-flop 60 de que el elemento de conmutacion 70 este cerrado, es decir, conduzca. La tension de entrada Uein en la conexion de entrada 80 esta entonces aplicada a la correspondiente entrada de ambos convertidores CC-CC 90 y 95. En este caso se alimentan ambas unidades logicas 101 y 102 del sistema de seguridad de dos canales 100 con respectivas tensiones logicas libres de falta.
Pero cuando detecta el comparador 30 del dispositivo de vigilancia 20 que uno o ambos convertidores CC-CC aporta/n una tension logica demasiado alta, coloca el comparador 30 la entrada de la puerta O 50 en 1, con lo que a la salida de la puerta O 50 existe un uno logico. Como reaccion al uno logico, se controla el flip-flop 60 tal que el elemento de conmutacion 70 abre, es decir, se envfa a un estado de bloqueo. Debido a ello se separan ambos convertidores CC-CC 90 y 95 de la tension de entrada en la conexion de entrada 80 y con ello se desconectan ambas unidades logicas 101 y 102 del sistema de seguridad de dos canales 100, a continuacion de lo cual puede trasladarse un aparato relevante para la seguridad a vigilar (no representado) a un estado seguro.
En otro escenario a modo de ejemplo, detecta el dispositivo de vigilancia 20 que ambos convertidores CC- CC 90 y 95 funcionan correctamente y proporcionan una tension logica predeterminada. Y el dispositivo de vigilancia 40 ha detectado una falta.
Puede existir una falta porque la tension de entrada aplicada a la conexion de entrada 80 ha variado de manera inadmisible. Como reaccion a una tal falta genera el dispositivo de vigilancia 40 en el lado de salida un uno logico, que coloca la salida de la puerta O en un uno logico. La senal de salida de la puerta O 50 se conduce al flip-flop 60, que a continuacion envfa el elemento de conmutacion 70 a un estado electrico de bloqueo. Tambien en este caso se desconecta inmediatamente la alimentacion de ambas unidades logicas 101 y 102 del sistema de seguridad de dos canales 100.
El flip-flop 60 se ocupa de que cuando se presenta una falta el elemento de conmutacion 70 quede permanentemente abierto, con lo que a la entrada de ambos convertidores CC-CC 90 y 95 no esta aplicada ninguna tension de entrada. Solo cuando se aplica una senal de reset espedfica al flip-flop 60 se cierra de nuevo el elemento de conmutacion 70, es decir se envfa a un estado electricamente conductor.
Tal como ya se ha mencionado, puede vigilar tambien el dispositivo de vigilancia 40 la funcionalidad de los demas componentes del sistema de conmutacion 10 o bien realizar una comprobacion activa y al detectar una falta, generar un nivel logico alto, que a traves de la puerta O 50 y el flip-flop 60 envfa el elemento de conmutacion 70 a un estado electrico de bloqueo.
Mencionaremos en este lugar adicionalmente un ejemplo de ejecucion alternativo, en el que ambos dispositivos logicos 101 y 102 pueden estar conectados conjuntamente bien con el convertidor CC-CC 90 o con el convertidor CC-CC 95.
El sistema de conmutacion 10 descrito a modo de ejemplo hace posible asf la alimentacion y vigilancia de un sistema de seguridad multicanal mediante una unica fuente de alimentacion que alimenta ambos dispositivos logicos 101 y 102. Si se detecta un aumento de una o ambas tensiones logicas, se separa inmediatamente el sistema de seguridad de dos canales 100 de la fuente de alimentacion. En particular cuando se presenta una falta en uno o ambos convertidores CC-CC que origina una tension logica demasiado elevada, se separan ambas unidades logicas del sistema de seguridad de dos canales 100 de la conexion de entrada 80 y con ello de la fuente de alimentacion.
Gracias al sistema de conmutacion 10 propuesto no es necesario desacoplar los canales del sistema de seguridad de dos canales 100, lo cual, tal como se ha mencionado, hace posible una alimentacion comun de ambos equipos logicos 101 y 102.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de seguridad para la vigilancia multicanal de un equipo relevante para la seguridad, presentando el sistema de seguridad:
    al menos un primer y un segundo equipos logicos (101, 102), asociados a respectivos canales y que deben protegerse frente a tensiones logicas incorrectas,
    - una conexion de entrada (80) para aportar una tension de entrada,
    - un elemento de conmutacion (70) que puede controlarse, para aportar/separar la tension de entrada al/del primer y segundo equipo logico (101, 102),
    - un primer convertidor de tension continua (90) con dispositivo de vigilancia de tension integrado, que vigila la tension de salida aportada por el primer convertidor de tension continua (90), proporcionando el primer convertidor de tension continua (90) como tension de salida una primera tension logica para el primer equipo logico (101),
    - al menos un segundo convertidor de tension continua (95) con dispositivo de vigilancia de tension integrado, que vigila la tension de salida aportada por el segundo convertidor de tension continua (95), proporcionando el segundo convertidor de tension continua (95) como tension de salida una segunda tension logica para el segundo equipo logico (102) y
    - un primer dispositivo de vigilancia (20) para la vigilancia redundante de la primera y segunda tensiones logicas, que presenta un comparador (30), al que se llevan la primera y segunda tensiones logicas y una tension de referencia, con lo que el primer dispositivo de vigilancia (20) controla un dispositivo de retencion (60) para abrir y mantener con seguridad el elemento de conmutacion (70) en el estado de abierto, tan pronto como al menos una de las tensiones logicas alcanza o sobrepasa un valor de umbral predeterminado.
  2. 2. Sistema de seguridad segun la reivindicacion 1,
    en el que esta previsto un segundo dispositivo de vigilancia (40) en paralelo al primer dispositivo de vigilancia (20), para provocar la apertura del elemento de conmutacion (70) como reaccion a un incidente predeterminado.
  3. 3. Sistema de seguridad segun la reivindicacion 2,
    en el que el segundo dispositivo de vigilancia (40) vigila la tension en la conexion de alimentacion (80), la segunda tension logica, la funcionalidad del primer dispositivo de vigilancia (20) y/o la funcionalidad del elemento de conmutacion (70).
  4. 4. Sistema de seguridad segun la reivindicacion 3,
    en el que el primer y el segundo dispositivos de vigilancia (20; 40) estan unidos mediante una puerta O (50) con el dispositivo de retencion (60), para hacer que el mismo, cuando sucede un incidente, lleve a la apertura el elemento de conmutacion (70) y lo retenga en el estado de abierto.
  5. 5. Sistema de seguridad segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el equipo de retencion (60) es un flip-flop.
  6. 6. Sistema de seguridad segun una de las reivindicaciones 2 a 5,
    en el que el primer y/o segundo dispositivo/s de vigilancia (20, 40) estan configurados en cada caso para proteger el primer y segundo dispositivos logicos (101, 102) frente a tensiones demasiado bajas.
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