CN108369879A - 用于监视冗余互连触点的功能的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了提供对触点的功能的非常简单和可靠的监视以及对触点的高灵活性的选择，提供了一种用于监视冗余互连触点的功能的方法，该方法优选地用在负载电流电路中，其中n＝2的所述n个触点提供电源和负载之间的电连接，其中所述n个触点能够由控制器进行切换，并且其中所述n个触点的每一个触点被设计用于单独提供电源和负载之间的电连接。该方法的特征在于，控制器根据限定的时间表在n次后续激活期间接通所述n个触点，根据该时间表，在所述n次后续激活的首次激活中，所述n个触点中的一个触点首先被接通，并且随后剩余n‑1个触点被接通，以使得能够进行关于所述n个触点中的所述一个触点的功能的验证，并且根据该时间表，在n‑1次剩余后续激活的每一次激活中，所述n个触点中的另一个触点被首先接通，随后剩余n‑1个触点被接通，以使得在所述n次后续激活之后，所述n个触点中的每一个触点均被首先接通一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。此外，提供了一种用于后续去激活的相应的方法和相应的装置。

Description

用于监视冗余互连触点的功能的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于监视冗余互连触点的功能的方法，该方法优选地用在负载电流电路中，其中所述n(n＝2，…,)个触点提供电源和负载之间的电连接，其中，所述n个触点能够由控制器进行切换，并且其中，所述n个触点的每一个触点被设计用于单独提供电源和负载之间的电连接。此外，本发明涉及用于监视冗余互连触点的功能的相应装置。

一般来说，本发明所涉及的是安全相关系统或安全相关通信系统的领域，例如，在这些系统中，对功能或负载进行可靠的接通和/或关断是必要的。

背景技术

根据US 2012/0229938 A1，已知一种用于监视冗余互连触点的功能的方法和装置。该文献示出了一种具有安全继电器的安全相关通信系统，在该安全继电器中，输入信号电流电路的信号输入端将该安全继电器连接至控制设备以监视输入信号电路。该安全继电器还包括用于连接至负载的负载电流电路的至少两个负载输出端。切换元件以并联的方式连接并且被配置成基于输入信号电流电路处的激活信号或控制信号来接通或关断负载电流电路。诊断设备监视负载电流电路和/或安全继电器中的故障。连接至信号输入端的信号装置为输入信号电路提供阻抗。该阻抗在无故障状态期间被调谐至控制设备，以及在检测到故障时是可解谐的(detunable)以通过输入信号电流电路向控制设备发送检测到的故障。

通常，为了最小化安全相关应用中的风险，使用两个基本原理。第一个原理是通过冗余来增加可用性。第二个原理基于对安全关键功能(safety-critical function)的诊断。

不同的应用场合和领域经常要求在安全电路的负载与可编程逻辑控制器PLC之间使用继电器。冗余互连继电器通道或触点经常被用于最小化安全相关继电器中的风险，即，每个通道或触点单独提供安全功能的可用性。然而，对单个冗余继电器的诊断经常会受到冗余的阻碍，因为所述通道或触点中的一个通道或触点的故障不会自动导致所提供的功能或应用的故障。

此外，正向驱动触点可以被用于诊断。然而，这导致了关于单个应用中选择继电器或触点至所述正向驱动触点或继电器的显著限制。

通过冗余最小化风险具有以下缺点：基于相同原因(即，共同原因)的故障对要保护的负载或功能而言仍然是潜在危险的。增加冗余可以对安全提供略微的改善，然而，由于安装空间有限，因此增加冗余并非总是可行的。

使用正向驱动触点或继电器通常会提供改进，然而，正向驱动触点或继电器的实现需要扩大的安装空间并且限制了关于装置的部件的选择可能性。

用于监视冗余互连触点的功能的已知方法和装置需要复杂的电路并且通常需要大的安装空间以提供高等级的风险最小化。

发明内容

因此，本发明的目的在于改进并进一步开发一种用于监视冗余互连触点的功能的方法和装置，以提供对触点的功能的非常简单和可靠的监视以及对触点的高灵活性的选择。

根据本发明，前述目的是通过包括权利要求1的特征的方法来实现的。该方法的特征在于，控制器根据限定的时间表在n次后续激活期间接通所述n个触点，根据该时间表，在所述n次后续激活的首次激活中，所述n个触点中的一个触点首先被接通，并且随后剩余n-1个触点被接通，以使得能够进行关于所述n个触点中的所述一个触点的功能的验证，并且根据该时间表，在n-1次剩余后续激活的每一次激活中，所述n个触点中的另一个触点被首先接通，随后剩余n-1个触点被接通，以使得在所述n次后续激活之后，所述n个触点中的每一个触点均被首先接通一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

此外，前述目的是通过根据权利要求2的方法来实现的。该方法的特征在于，控制器根据限定的时间表在n次后续去激活期间关断所述n个触点，根据该时间表，在所述n次后续去激活的首次去激活中，所述n个触点中的n-1个触点首先被关断，随后关断剩余触点，以使得能够进行关于所述剩余触点的功能的验证，并且根据该时间表，在n-1次剩余后续去激活的每一次去激活中，所述n个触点中的另一个触点在剩余n-1个触点关断之后才被关断，以使得在所述n次后续去激活之后，所述n个触点中的每一个触点在剩余n-1个触点被关断之后被关断一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

此外，前述目的是通过包括权利要求14的特征的装置来实现的。该装置的特征在于，控制器被布置用于根据限定的时间表在n次后续激活期间接通所述n个触点，根据该时间表，在所述n次后续激活的首次激活中，所述n个触点中的一个触点首先被接通，随后剩余n-1个触点被接通，以使得能够进行关于所述n个触点中的一个触点的功能的验证，并且根据该时间表，在n-1次剩余后续激活的每一次激活中，所述n个触点中的另一个触点首先被接通，随后剩余n-1个触点被接通，以使得在所述n次后续激活之后，所述n个触点中的每一个触点均被首先接通一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

此外，前述目的是通过根据权利要求15的装置来实现的。该装置的特征在于，控制器被布置用于根据限定的时间表在n个后续去激活期间关断所述n个触点，根据该时间表，在所述n次后续去激活的首次去激活中，所述n个触点中的n-1个触点首先被关断，随后关断剩余触点，以使得能够进行关于所述剩余触点的功能的验证，并且根据该时间表，在n-1次剩余后续去激活的每一次去激活中，所述n个触点中的另一个触点在剩余n-1个触点关断之后才被关断，以使得在所述n次后续去激活之后，所述n个触点中的每一个触点在剩余n-1个触点被关断之后被关断一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

根据本发明，首先已知的是，不必增加冗余或使用正向驱动触点或继电器为提供的功能或应用来提供高等级的安全性。此外，已知的是，激活或去激活过程的智能时间表可以形成以智能的方式解决上述目的的基础。关于n次后续激活的时间表，控制器在所述n个后续激活的首次激活中仅接通所述n个触点中的一个触点，并随后接通剩余n-1个触点。通过接通所述n个触点中的一个触点之后或直到接通剩余n-1个触点之后监视电连接是否已经被激活，才可能进行关于所述n个触点中的所述一个触点的功能的相应验证。如果在所述n个触点中的一个触点接通之后电连接已经被激活，则所述一个触点无故障地工作。然而，如果直到剩余n-1个触点接通之后才提供电连接，则所述n个触点中的一个触点失灵。在随后的n-1次后续激活期间，所述n个触点中的另一个触点首先被接通，随后剩余n-1个触点被接通。因此，在所述n次后续激活之后，所述n个触点中的每一个触点均被首先接通一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

关于在去激活过程中提供的本发明的方法，控制器根据限定的时间表在n次后续去激活期间可以关断所述n个触点。根据该时间表，在所述n次后续去激活的首次去激活中，所述n个触点的n-1个触点的首先被关断，随后关断剩余触点。因此，通过在关断所述n个触点的n-1个触点之后或直到关断剩余触点之后监视电连接是否已经去激活，才能进行关于所述剩余触点的功能的验证。如果直到关断剩余触点之后电连接才去激活，则所述剩余触点正常工作，因为剩余触点在其关断过程之前提供了电连接。然而，如果在关断n-1个触点之后电连接已经去激活，则剩余触点无法正常工作，因为剩余触点在其关断过程之前不能保持电连接。

在剩余n-1次后续去激活的每次去激活中，所述n个触点中的另一个触点在剩余n-1个触点被关断之后才被关断。因此，在剩余n次后续去激活之后，所述n个触点中的每一个触点在剩余n-1个触点被关断之后被关断一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

根据权利要求14和15所要求保护的装置提供了与上述方法相同的优点。

因此，本发明方法和装置提供了一种对触点的功能的非常简单和可靠的监视以及对触点的高灵活性的选择，因为各个电路可以保持简单并且不需要使用正向驱动触点或继电器。用户可以高灵活性地选择触点。

在优选实施例中，验证可以包括检查触点是否提供了关于电连接的可靠的接通过程。以这种方式，可以验证触点的功能。

在进一步优选实施例中，验证可以包括：在接通所述n个触点中的一个触点之后或直到接通剩余n-1个触点之后，检查电连接是否已经被激活。这种方式的验证涉及一种方法，其中所述n个触点在n次后续激活期间被接通。

应当理解的是，在两次后续激活期间，可能根据用户的常用激活/去激活时间表来执行去激活。类似地，在后续去激活期间，可能根据用户的这种激活/去激活时间表来执行相应的激活。

在包括n次后续去激活的方法的优选实施例中，验证可以包括检查触点是否提供了关于电连接的可靠的关断过程。因此，可以验证触点的正确起作用。

在进一步优选实施例中，验证可以包括：在关断所述n个触点中的n-1个触点之后或直到关断剩余触点之后，检查电连接是否已经被去激活。如果电连接在关断剩余触点之后才被去激活，则该剩余触点正常工作。

在进一步优选实施例中，可以根据验证的结果提供控制信号、指示或激活(activity)。如果验证指示触点可靠地起作用，则可以向用户提供相应的正面控制信号或指示。通常，在这种情况下不需要进一步地激活，因为触点以所需要的方式起作用。然而，如果验证的结果是失灵或不起作用的触点，则可以提供警告控制信号或指示，以使得监视用户可以通过可能停止安全功能或负载和/或停止后续激活或去激活的过程来作出相应的反应，例如，直到有失灵的触点被起作用的触点取代。

在优选实施例中，可以在触点的失灵或故障的检测之后立即提供控制信号、指示或激活。因此，通过立即维修失灵的触点或由正确起作用的触点取代失灵的触点可以维持通常提供的安全水平。

在替代性的优选实施例中，如果通过验证检测出任何触点的失灵或故障，则可以在所述n次后续激活或去激活之后提供控制信号、指示或激活。在这种情况下，必须接受降低的安全水平，因为至少有一个触点无法正常工作。

根据个体情况，控制信号可以是光学信号、声学信号或电子的控制信号。光学信号可能是警告照明。声学信号可能是警报喇叭。电子控制信号可能是电或电子的脉冲，该电或电子的脉冲可以被提供给其他的电子或机械设备。

在优选实施例中，触点可以是继电器触点。继电器触点的各种实施例可以根据各个应用情况或负载进行选择。

在进一步优选实施例中，控制器可以是可编程逻辑控制器。这样的控制器适用于根据限定的切换时间表来提供必要的切换序列。

在进一步优选实施例中，电源和负载可以与控制器伽伐尼隔离或电隔离。这种实施例适用于潜在爆炸性环境，例如，采矿现场或炼油厂。

本发明提供了一种用于根据限定的时间表基于后续激活或去激活来对冗余互联触点的功能进行监视或诊断的方法和装置。能够监视或诊断n个信号通道或触点中的每一个。

通过激活或去激活的智能时间表，所述时间表提供了一种仅包括安全提供电连接或负载或负载功能的延迟的时间表。不需要接受进一步的不良反应或缺点。

由于与现场可感知的反应时间相比这种延迟短，所以这对于安全功能或由负载实现的功能而言是可忽略的。

通过对n-1个通道或触点进行延迟接通，可以在延迟时间内对剩余通道或触点的功能进行验证或检查。延迟接通至所有通道或触点以使得：在n次接通过程之后，每个通道或触点在无时间延迟的情况下被接通一次，并且可以通过该方式被检查。

在包括直接关断n-1个通道或触点并且延迟关断一个通道或触点的去激活时间表期间，可以在时间延迟期间验证所述一个通道或触点的功能。延迟接通至所有通道或触点以使得：在n次关断过程之后，每个通道或触点在延迟的情况下被关断一次，并因此可以被检查。

与具有高冗余的方案相比，本发明提供了类似的风险最小化的可能性，该类似的风险最小化包括较低的电路复杂度并且包括通常因此带来的安装空间的节省。

与包括正向驱动触点或继电器的方案相比，通过使用标准继电器，可以提供更高的灵活性。

由于可以在切换过程中执行验证或检查，因此不必针对单独的验证过程执行附加的输入。此外，验证或检查可被自动化以使得：用户不必在设备或装置处执行特定测量。相应的评估过程和/或设备可以提供相应的反馈。

在切换过程或时间表期间可以执行监视或诊断，并且用户不必执行进一步的激活或测量。

附图说明

存在多种以有利方式设计并进一步开发本发明教导的方式。为此，一方面需要参考从属于专利权利要求1和2的专利权利要求，另一方面需要参考对本发明的(例如通过附图示出的)优选实施例的以下说明。结合借助附图对本发明的优选实施例的说明，将解释一般优选实施例和本发明教导的进一步的开发。在附图中：

图1是示出了根据本发明实施例的方法和装置的框图，其中，n＝2个冗余通道或触点被安全地激活；

图2是示出了用于根据图1的装置或方法的激活序列的流程框图；

图3是示出了根据本发明实施例的方法和装置的框图，其中，n＝3个冗余通道或触点被安全地去激活；

图4是用于安全地激活电连接(见左侧)和安全地去激活电连接(见右侧)的已知继电器布置的示意图；以及

图5是已知正向驱动触点和相应的诊断电路的示意图。

具体实施方式

图1在框图内示出了根据本发明实施例的方法和/或装置的图示。在该实施例中，针对全极接通过程实现了n＝2个冗余通道，其中，通道CH1由开关K1和开关K2来实现，而开关K1和开关K2由用于该开关K1和开关K2的继电器线圈来激活。通道CH2由开关K3和K4来实现，而开关K3和K4由用于该开关K3和K4的继电器线圈进行激励。用于激活开关K1、K2、K3和K4的继电器线圈在图1的中间部分示出。

图1左侧部分的布置与图1右侧部分的布置被伽伐尼隔离。控制输入端包括具有可调延迟的继电器驱动，以用于切换或激励继电器线圈。设置了开关K1、K2、K3和K4以用于提供电源与负载之间的电连接。

切换检测电路设置在开关K1至K4附近。来自切换检测电路的伽伐尼隔离信息传输被提供给检验序列器/评估。检验序列器/评估被连接至驱动器和故障指示器。故障指示器、驱动器和检验序列器/评估与切换检测电路是伽伐尼隔离的。

图2示出了用于根据图1的装置或方法的激活序列的流程框图。在开始时，用户激励模块，并且针对具有开关K1和K2的通道CH1的线圈被激励。针对具有开关K3和K4的通道CH2的线圈被延迟激励。结果是，通道CH1的继电器被激励。此时，执行内部检查以验证通道CH1的继电器是否已切换。

在用户进行去激活之后，用户再次激励模块。然后，通道CH2的线圈被激励，而通道CH1的线圈被延迟。此时，对通道CH2的继电器的功能执行验证。因此，通道CH1和CH2两者的功能被验证。

在上述实施例中，通道CH1设置有开关K1和K2，通道CH2设置有开关K3和K4。每个通道CH1或CH2都单独提供电源和负载之间的电连接。因此，根据本发明，每个通道CH1或CH2都可以以一般的方式被指定为单个冗余触点。换言之，由每个通道CH1和CH2提供本发明意义上的触点，以使得本发明实施例包括用于提供电源和负载之间的电连接的n＝2个触点。

图3示出了根据本发明另一实施例的方法和装置的框图，其中，n＝3个冗余通道或触点被安全地去激活。电源和负载通过伽伐尼隔离栅与控制输入端或控制器分开。根据图3的实施例示出了与图1的实施例相同的切换检测、伽伐尼隔离信息传输、检验序列器/评估、驱动器以及测试继电器或故障指示器。然而，针对每个开关K1、K2和K3，只设置了一个继电器线圈。因此，设置了三个继电器线圈，每个继电器线圈被连接至控制器的继电器驱动和可调延迟设备。

在n＝3次后续去激活之后，所述n个触点中的每一个触点在剩余n-1个触点被关断之后被关断一次，因而能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

图4是用于安全地激活电源与负载之间的电连接(见左侧)和安全地去激活该电连接(见右侧)的已知继电器布置的示意图。该布置包括开关K1至K4和K1至K2，以用于为安全全极接通和关断提供冗余。

图5示出了具有正向驱动触点的已知布置的示意图。开关K1.1和K1.2以及开关K2.1和K2.2都是正向驱动的。开关K3和K4提供冗余。正向驱动触点或开关因可能的弯曲或受损的电触点而受到损坏。此外，正向驱动触点需要大的安装空间。

本领域技术人员根据前述说明书和相关联的附图教导的益处可以知道本发明的许多修改以及其他实施例。因此，应当理解的是，本发明不限于公开的具体实施例，并且修改和其他实施实施例包括在所附权利要求书的范围内。尽管在文中采用了特定术语，但是这些术语仅以通用和描述性意义使用，并不是用于限制的目的。

附图标记列表

K1 开关

K1.1 开关

K1.2 开关

K2 开关

K2.1 开关

K2.2 开关

K3 开关

K4 开关

CH1 通道1

CH2 通道2

Claims (15)

1.一种用于监视冗余互连触点的功能的方法，该方法优选地用在负载电流电路中，其中，所述n个触点提供电源和负载之间的电连接，n＝2，……，其中，所述n个触点能够由控制器进行切换，并且其中，所述n个触点中的每一个触点被设计用于单独提供所述电源和所述负载之间的所述电连接，

其特征在于，所述控制器根据限定的时间表在n次后续激活期间接通所述n个触点，根据所述限定的时间表，在所述n次后续激活的首次激活中，所述n个触点中的一个触点首先被接通，并且随后剩余n-1个触点被接通，以使得能够进行关于所述n个触点中的所述一个触点的功能的验证，并且根据所述时间表，在n-1次剩余后续激活的每次激活中，所述n个触点中的另一个触点被首先接通，随后所述剩余n-1个触点被接通，以使得在所述n次后续激活之后，所述n个触点中的每一个触点被首先接通一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

2.一种用于监视冗余互连触点的功能的方法，所述方法优选地用在负载电流电路中，其中，所述n个触点提供电源和负载之间的电连接，n＝2，……，其中，所述n个触点能够由控制器进行切换，并且其中，所述n个触点中的每一个触点被设计用于单独提供所述电源和所述负载之间的所述电连接，

其特征在于，所述控制器根据限定的时间表在n次后续去激活期间关断所述n个触点，根据所述时间表，在所述n次后续去激活的首次去激活中，所述n个触点中的n-1个触点首先被关断，并且随后剩余触点被关断，以使得能够进行关于所述剩余触点的功能的验证，并且根据所述时间表，在n-1次剩余后续去激活的每次后续去激活中，所述n个触点中的另一个触点在剩余n-1个触点关断之后才被关断，以使得在所述n次后续去激活之后，所述n个触点中的每一个触点在所述剩余n-1个触点被关断之后被关断一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述验证包括检查所述触点是否提供了关于所述电连接的可靠的接通过程。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，所述验证包括：在接通所述n个触点中的所述一个触点之后或直到接通所述剩余n-1个触点之后，检查所述电连接是否已经被激活。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述验证包括检查所述触点是否提供了关于所述电连接的可靠的关断过程。

6.根据权利要求2或5所述的方法，其中，所述验证包括：在关断所述n个触点中的n-1个触点之后或直到关断所述剩余触点之后，检查所述电连接是否已经被去激活。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，根据所述验证的结果，提供控制信号、指示或激活。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在检测到触点的失灵或故障之后，立即提供所述控制信号、所述指示或所述激活。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，如果通过所述验证检测到触点的失灵或故障，则在所述n次后续激活或去激活之后提供所述控制信号、所述指示或所述激活。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述控制信号是光学信号、声学信号或电子控制信号。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述触点是继电器触点。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述控制器是可编程逻辑控制器。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述电源和所述负载与所述控制器伽伐尼隔离或电隔离。

14.一种用于监视冗余互连触点的功能的装置，尤其是一种用于执行根据权利要求1、3、4和7至13中任一项所述的方法的装置，该装置优选地用在负载电流电路中，其中，所述n个触点提供电源和负载之间的电连接，n＝2，…，其中，所述n个触点能够由控制器进行切换，并且其中，所述n个触点中的每一个触点被设计用于单独提供所述电源和所述负载之间的所述电连接，

其特征在于，所述控制器被布置用于根据限定的时间表在n次后续激活期间接通所述n个触点，根据所述限定的时间表，在所述n次后续激活的首次激活中，所述n个触点中的一个触点首先被接通，并且随后剩余n-1个触点被接通，以使得能够进行关于所述n个触点中的所述一个触点的功能的验证，并且根据所述时间表，在n-1次剩余后续激活的每次激活中，所述n个触点中的另一个触点被首先接通，随后所述剩余n-1个触点被接通，以使得在所述n次后续激活之后，所述n个触点中的每一个触点已被首先接通一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。

15.一种用于监视冗余互连触点的功能的装置，尤其是一种用于执行根据权利要求2和5至13中任一项所述的方法的装置，该装置优选地用在负载电流电路中，其中，所述n个触点提供电源和负载之间的电连接，n＝2，…，其中，所述n个触点能够由控制器进行切换，并且其中，所述n个触点中的每一个触点被设计用于单独提供所述电源和所述负载之间的所述电连接，

其特征在于，所述控制器根据限定的时间表在n次后续去激活期间关断所述n个触点，根据所述时间表，在所述n次后续去激活的首次去激活中，所述n个触点中的n-1个触点首先被关断，并且随后剩余触点被关断，以使得能够进行关于所述剩余触点的功能的验证，并且根据所述时间表，在n-1次剩余后续去激活的每次后续去激活中，所述n个触点中的另一个触点在剩余n-1个触点关断之后才被关断，以使得在所述n次后续去激活之后，所述n个触点中的每一个触点在所述剩余n-1个触点被关断之后被关断一次，并且能够进行关于所述n个触点中的每一个触点的功能的验证。