CN101900995A

CN101900995A - 对安全圈进行逻辑连接的方法和实施该方法的规划装置

Info

Publication number: CN101900995A
Application number: CN2010101210723A
Authority: CN
Inventors: H·格布尔; M·施洛泽; S·朱尔斯多夫
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: EP2221679A1; US20100211195A1; EP2221679B1; CN101900995B

Abstract

本发明涉及用于对安全圈进行逻辑连接的方法和实施该方法的规划装置。在此相应地在安全矩阵(NA-M、SK-M)中说明所述安全圈(NA、SK)中的下级的安全圈和所述安全圈(NA、SK)中的上级的安全圈(NA、SK)，其中由所述下级的和上级的安全圈(NA、SK)的安全矩阵(NA-M、SK-M)产生总矩阵(GM)，其中所述总矩阵(GM)表明所述安全圈(NA、SK)的连接并且自动地转换为针对安全的程序。

Description

对安全圈进行逻辑连接的方法和实施该方法的规划装置

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1所述的用于对工业自动化装置中的至少两个安全圈或者说安全区域进行逻辑连接的方法以及一种按权利要求9所述的用于工业自动化装置的规划装置。

背景技术

在工业自动化装置中，通常布置了大量的(多数电的)通过自动化组件来控制的操作工具。由所述操作工具或者说用所述操作工具来运行的技术装置可能引出大量的危险。比如人员会被旋转的或者运动的部件所钩住并且受伤害，电压可能引起电击；管道可能在压力太高时爆裂等等。出于这个原因，通常给所有可能引起危险的操作工具配备安全措施。这在多数情况下意味着，在有危险时自动地或者手动地切断相关的操作工具。多数通过所谓的“紧急停止开关”(也称为紧急停止按钮)来进行手动切断。操作工具的自动切断比如使用光栅或者门触点或者也可以使用模拟的过程参量的测量，所述过程参量用于在人员接近运动的机器部件时使运动停止(比如通过切断马达)或者将过程置于安全的状态中(比如在出现过压时通过打开过压阀)等等。由切断器具(比如紧急停止开关或者光栅)和相应的操作工具(马达、电路等)构成的组合在此称为安全圈或者安全仪表功能(SIF)。

安全圈在此也可以彼此嵌套，也就是说在(比如由紧急停机开关和操作工具构成的)下级的安全圈上面设置上级的安全圈，其中通常将所述上级的安全圈设置在大量下级的安全圈上面。因此车间比如可以配备火警系统，其中在出现火灾的情况下切断所有处于车间中的分别具有自己的安全圈的机器和设备。由此所述火警设备是上级的安全圈的组成部分，其中状态“火灾”是用于切断的过程的触发条件(“起因”)，所述切断的过程则作为“效果”传送给下级的安全圈，其中所述上级的安全圈的这个“效果”则作为下级的安全圈的“起因”起作用。

在规划工业自动化装置时，多数并行地规划操作工具的安全圈。由于许多工业自动化装置的复杂性，在此不同的安全圈的原因和作用(“Cause”和“effect”)彼此进行重要的联系。因此，用于这样的复杂的工业自动化装置的安全方案的规划在总体上是一个复杂的过程，其中经常必要的用于起作用的安全方案的证明由于不清楚而经常难以描绘。

因而在较大的针对安全的自动化项目中由于大量的必须得到监控的操作工具而经常出现无法以能够清楚理解的方式来描绘关联的问题。因此安全方案的规划因缺少清楚性而变得困难。在此将安全圈划分为小的切断组即所谓的“小岛解决方案(

)”并且如此对其规划和验收(通过行政机关、技术监督协会等等)。也就是说，目前较大的针对安全的项目由许多小程序构成，所述小程序相应地代表着安全圈并且必须通过手动规划的横向通讯相连接。

发明内容

由此，本发明的任务是，简化工业自动化装置中的安全圈的连接的规划并且除此以外以简单的方式清楚地示出安全圈。

所述任务通过一种按权利要求1所述的方法和一种按权利要求9所述的规划装置得到解决。

所述任务的解决方案在此规定了一种用于对工业自动化装置中的至少两个安全圈进行逻辑连接的方法，其中所述安全圈的下级的安全圈和所述安全圈的上级的安全圈分别在安全矩阵中得到描绘。在此从所述下级的和上级的安全圈的安全矩阵中产生总矩阵，其中该总矩阵表明所述安全圈的连接。

此外，所述任务的解决方案在此设置了用于工业自动化装置的规划装置，其中所述规划装置用于部分自动化地或者全自动化地实施前面提到的方法之一。

通过前面提到的方法或者说前面提到的规划装置，对于给定的具有操作工具的给定的层级的自动化装置来说仅仅需要以较小的安全矩阵的形式来规划各个操作工具的安全圈，其中可以在很大程度上自动地产生具有各个安全圈的关系的总矩阵。在此所述总矩阵以清楚的方式表明所述安全方案也就是不同的安全圈的彼此间的连接，并且此外可以用于容易地处理所述关系。

所述按本发明的方法的有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。在此所说明的特征和优点按精神也适用于所述按本发明的规划装置。

可以在为了产生总矩阵将下级的安全圈的安全矩阵与包含在其中的联系一起插入上级的安全圈的安全矩阵中时容易地自动化地产生所述总矩阵。为了在下级的和上级的安全圈之间进行区分，有利地将安全圈登记在工业自动化装置的项目说明中，其中所述安全圈的层级和分配给这些安全圈的安全矩阵的层级从工业自动化装置的项目说明中的资源层级和/或组层级中读出。在此，如果作为项目说明使用工业自动化装置的树状结构的形式的图示，则可以容易地继续使用本来就存在的信息。

在此方便了对各个安全矩阵进行自动处理，方法是为所述安全矩阵中的每一个安全矩阵定义与触发条件(“cause”)相联系的效果(“effect”)，其中在所述总矩阵中原来的上级的安全矩阵的效果相应地作为触发性的事件作用于其下级的安全矩阵。当然在此上级的安全矩阵的效果也可以作为触发性的事件作用于大量下级的安全矩阵。此外，在总矩阵中也可以在原来的各个安全矩阵之间插入额外的联系，其不是在原来规划的工业自动化装置内部的层级的关系的结果。此外，也可以大多数手动地将自动产生的代表着操作工具的层级布置的结果的联系从总矩阵中除去，用于除去不期望的关系。

可以有利地多次使用所产生的总矩阵，也就是说一方面用于产生针对安全的用于工业自动化装置的程序，并且另一方面用于示出工业自动化装置中的安全技术上的关系。后一种图示也可以在由行政机关等等进行技术验收时用于对安全方案进行证明。

在此简化了特别容易地从所规划的自动化装置中接收信息的过程，方法是用于产生总矩阵并且用于进一步处理总矩阵的技术装置构造为工业自动化装置的编程装置或者规划工具的软件组件。

所产生的辅助逻辑简化了总矩阵的可读性并且可以用于文件汇编目的。在没有所产生的辅助逻辑的情况下编译必要的并且运行时间最优的或者说存储器最优的代码。所产生的辅助逻辑由列组成，所述列作为“效果”仅仅包含层级层面的代表。

附图说明

下面借助于附图对所述按本发明的方法的实施例进行说明。该实施例同时用于解释按本发明的规划装置。其中：

图1是工业自动化装置的对安全来说重要的组件的树状结构的形式的示意图，

图2是工业自动化装置的一部分的安全圈的示范性的设备布局，包括以下安全圈：

·设备层面 (A-E)

·紧急停机层面 (N-A-E)

·保护圈层面 (SK-E)

·放入位置层面 (ES-E)

·机组层面 (AG-E)

·执行器层面 (AK-E)

图3是由三个单个的安全矩阵构成的总矩阵的产生情况，并且

图4是所产生的总矩阵。

具体实施方式

图1以树状结构的形式示意示出了工业自动化装置中的对安全来说重要的关系。在此在层级方面最高的层面也就是设备层面A-E下面布置了整个自动化装置A-A。在其下面的层面也就是紧急停机层面N-A-E中布置了紧急停机圈NA1、NA2。在该层面下面设置了保护圈层面SK-E。其中布置了保护圈SK1、SK2、SK3。在这个层面下面设置了具有放入位置(Einlegestelle)ES1的放入位置层面ES-E。在下一个层面也就是机组层面AG-E中作为自动化装置的操作工具布置了机组AG1、...、AG6。最后作为最下面的层级层面示出了执行器层面AK-E，在该执行器层面AK-E中布置了执行器AKT1、AKT2、AKT3。断开链中的连续的层级层面的数目不依赖于所述设备的层级层面的数目。如果比如在通向安全圈的AG4的断开链中缺少放入位置，那么所述安全圈SK2就直接起作用。

在所示出的树状结构中，在每个层级层面中每个元件在树的每个分枝中将其“效果”传送给相应设置在下面的层面。这比如意味着，在激活紧急停机圈NA1也就是说在操纵相应的紧急停止按钮时触发设置在其下面的保护圈SK1、SK2，这在该实施例中意味着，将属于所述保护圈SK1、SK2的仪器、设备和组件置于安全的运行状态中也就是比如将其切断。因而适用这一点，即所述紧急停机层面N-A-E的“效果”也就是“作用”作为“起因”也就是作为“触发条件”传送给下级的层级层面。这些条件在图1中作为箭头示出。树状结构的分支或者分枝内部的这样的原因-作用-链也称为“父子关系”。这些关系自动地从自动化装置的规划中获得，使得所述自动化装置的组件之间的在规划该自动化装置时确定的逻辑关系可以自动地转换为安全项目的关系。这用编程装置(“工程工具”)来进行，所述编程装置通过合适的规划软件来工作，而规划软件则设有相应的具有这种功能性的插件程序(Plug-In)也就是额外的软件组件。

超过所述“父子关系”的、无法从所述自动化装置的规划中作为这样的关系读出的关系在图1中通过虚线的箭头示出。这些关系也称为“叔侄关系”。手动规划这些关系。同样可以手动删除不期望的用自动的方法从所规划的自动化装置接纳到安全方案中的关系。对于图1的图示来说这意味着，去除相应的箭头。同样规定的传统是，虽然设置在上面的层面可以或者说甚至应该切断设置在下面的层面(在故障情况下)，但是相反设置在下面的层面的切断不得导致设置在上面的层面的自动切断并且由此不会在怀疑情况下导致整个自动化装置的自动切断。

在图2中为更好地解释示出了简单的设备的布局。操作工具BM比如机床嵌入保护圈SK中，其中设置了扫描仪S(比如所谓的“光幕”)，该扫描仪S的触发意味着，有人靠近机床并且进入危险中，从而应该切断机器。另一个安全元件是设在入口门T上的触点，其中门的打开同样应该导致切断所述操作工具BM。此外，设置了紧急停止按钮N，用该紧急停止按钮N能够手动切断所述操作工具BM。该紧急停止按钮N在此在逻辑上配属于所述紧急停机圈NA。

在图3中示出了从图2的布局中产生的各个安全矩阵。在最上面的位置上示出的安全矩阵NA-M(紧急停机圈)在此包含一个具有切断条件的行，其中在第一列中符号“N”表示紧急停止按钮，并且其中在下一列中布置的“X”意味着，所述紧急停止按钮N的操纵是安全矩阵NA-M的切断条件。下一个安全矩阵SK-M代表图2的保护圈SK。在这个矩阵中可以看到两个具有切断条件的行，也就是一方面是上保险的门T，该门的操纵应该导致所述保护圈SK的元件的切断，并且下一行是紧急停机圈NA，保护圈SK属于所述紧急停机圈NA。作为第三安全矩阵BM-M示出了所述操作工具BM的矩阵，在所述矩阵中不仅所述扫描仪S而且保护圈SK都登记为切断条件。

因此可以为每个层级层面或者说安全矩阵分配接通及断开功能；但是在实施例中出于清楚性原因仅仅示出了断开功能。在此设置在上面的层级层面或者说设置在上面的安全矩阵的“效果”作为“起因”自动地分配给设置在下面的安全矩阵。这在图3中借助于箭头来示出。在设备层面上(参照图1中的层面A-E)主开关切断全套的设备。在紧急停机圈层面上，部分区域(这里比如图2的设备)的可靠切断由紧急停止按钮所引起。在保护圈层面上通过入口门、安全光栅、扫描仪等来可靠地切断工作区域。在放入位置层面上(参见图1中的层面ES-E)可以设置多台对人员来说危险的机组的可靠切断。在机组层面或者说操作工具层面上(图1中的层面AG-E)，如果起重小车(Laufkatze)没有处于指定的位置中则可以在运行过程中比如通过起重机构的闭锁来有针对性地切断各个机组以用于保护人员。最后，执行器层面(图1的层面AK-E)是所述链的最后环节，其中通过执行器AKT1、AKT2、AKT3比如可靠地切断负荷电压或类似负载。典型的执行器是保护继电器、断路开关及类似器件。

在图4中绘出了总矩阵GM，该总矩阵GM由图3的安全矩阵NA-M、SK-M、BM-M的自动组合获得。在此安全矩阵NA-M已经插入安全矩阵SK-M中，而后又将结果插入安全矩阵BM-M中。在此也谈及从上往下(Top-Down)处理方式。联系(“起因”-“效果”)在总矩阵GM中又相应地作为“X”示出。在此已经自动地产生最后两列中的在图4中作为“所产生的辅助逻辑”GHL标记出来的联系并且这些联系对控制程序来说不重要。所产生的辅助逻辑GHL的GHL列简化了GM的规划和可读性并且可以用于文件汇编目的，因为它们显示出与相应的层级之间的配属关系。对于运行时间来说必需的和最佳的代码在这里从列BM中编译出来。对于总矩阵GM的产生来说已经运用这样的规则，即设置在上面的层面的“效果”作为“起因”到达所有依赖于其的下级的层面，但反过来则不然。因此，所述紧急停机圈的原来上级的层面在总矩阵中作为最后一行来填充，其中通过三个联系来表示，随着紧急停止按钮的操纵不仅所述保护圈SK而且所述操作工具BM同样必须转换到安全的状态中。相反，扫描仪S的操纵虽然切断了操作工具BM，但是没有导致上级的紧急停机圈NA的操纵，在此还可以为所述紧急停机圈分配其它的操作工具BM(未示出)，所述其它的操作工具未通过扫描仪S得到保险并且因此在触发扫描仪S时不应该切断。

原则上也可以通过前面提到的处理方式通过自动化装置的多个控制器来自动地产生针对安全的程序。通过一次性产生如借助于图3示出的简单的安全矩阵这种方式，可以使操作工具或者说机组标准化。已经验证的组件因此可以作为库的组成部分用于多个项目。这也简化了以后由行政机关等进行的验收过程。单个的操作工具或者单个的安全圈(保护圈)的切断可以清楚地在小的安全矩阵中来规划并且而后分配给不同的保护圈。这通过来自相应的设置在上面的层级层面或者说设置在上面的安全矩阵的“起因”的激活来进行。关系的变化如补充或者删除很容易在总安全矩阵GM中来实施。作为结果以能够很好的阅读和容易的理解的方式示出所述复杂的针对安全的装置，所述图示不仅能够用于清楚地示出所述关系而且可以由合适的软件组件(比如编程装置的插件程序)自动地转换为用于一个或者多个控制器的针对安全的程序。

Claims

1.用于对工业自动化装置(A-A)中的至少两个保护圈(NA、SK)进行逻辑连接的方法，

其特征在于，

相应地在安全矩阵(NA-M、SK-M)中说明所述保护圈(NA、SK)中的下级的保护圈和所述保护圈(NA、SK)中的上级的保护圈，

其中由所述下级的和上级的保护圈(NA、SK)的安全矩阵(NA-M、SK-M)产生总矩阵(GM)，其中所述总矩阵(GM)表明所述保护圈(NA、SK)的连接。

2.按权利要求1所述的方法，

其特征在于，

为产生所述总矩阵(GM)将下级的保护圈(NA、SK)的安全矩阵(NA-M、SK-M)与包含在其中的联系(X)插入上级的保护圈(NA、SK)的安全矩阵(NA-M、SK-M)中。

3.按前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

将所述保护圈(NA、SK)登记在工业自动化装置(A-A)的项目说明中，

其中所述保护圈(NA、SK)的层级和所述安全矩阵(NA-M、SK-M)的层级从项目说明中的资源层级和/或组层级中读出。

4.按权利要求3所述的方法，

其特征在于，

作为项目说明使用工业自动化装置(A-A)的树状结构的形式的图示。

5.按前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

对于所述安全矩阵(NA-M、SK-M)中的每一个来说定义与触发条件相联系的效果，其中在总矩阵(GM)中原来的上级的安全矩阵(NA-M、SK-M)的效果作为触发性的事件相应地作用于其下级的安全矩阵(NA-M、SK-M)。

6.按前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述总矩阵(GM)用于产生用于工业自动化装置(A-A)的针对安全的程序并且/或者用于示出工业自动化装置(A-A)中的安全技术的关系。

7.按前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在所述总矩阵(GM)中产生辅助逻辑(GHL)。

8.按权利要求7所述的方法，

其特征在于，

所述辅助逻辑(GHL)用于文件汇编目的。

9.用于工业自动化装置的规划装置，

其特征在于，

所述规划装置用于部分自动化地或者全自动化地实施前面所提到的方法之一。

10.按权利要求9所述的规划装置，

其特征在于，

该规划装置构造为用于所述工业自动化装置(A-A)的编程装置的软件组件。