CN117590795A - 模块化的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模块化的控制装置，包括：中央控制模块，具有第一逻辑单元和第二逻辑单元；第一组的电子模块，所述第一组的电子模块连接到第一逻辑单元上并且包括一定数量的安全输入端和安全输出端，其中，第一组的电子模块被构造用于提供安全控制器的安全功能；第二组的电子模块，所述第二组的电子模块连接到第二逻辑单元上并且包括一定数量的输入端和输出端，第二组的电子模块被构造用于提供可编程逻辑控制器的标准功能；中央控制模块和这两组的电子模块布置在至少一个模块排中，第一组的电子模块的安全功能通过所述第一组的电子模块的在模块排中的位置和/或通过固定的硬件设定来限定，并且第二组的电子模块的标准功能是可编程的。

Description

模块化的控制装置
技术领域
本发明涉及模块化的控制装置。
背景技术
由现有技术已知不同类型的控制装置，这些控制装置可以具有不同的功能范围。在此尤其要在一方面根据欧洲标准EN 61131的可编程逻辑控制器以及另一方面根据国际标准IEC 61508的安全控制器之间区分，其提供附加的安全功能并且因此也能够在安全关键的区域中用于自动控制安全关键的过程。
由现有技术原则上也已知，可编程逻辑控制器以及安全控制器模块化地由多个提供不同功能的电子模块构成。
模块化的可编程逻辑控制器包括逻辑单元和连接到逻辑单元上的多个电子模块，所述多个电子模块提供一定数量的输入端和一定数量的输出端。传感器可以以已知的方式连接到输入端上，所述传感器例如可以提供关于要控制的机器或技术设备的运行状态的信息并且可以将这些信息作为输入信号提供给可编程逻辑控制器。这些输入信号可以借助逻辑单元来评估，其中，通过逻辑连接和必要时另外的信号和数据处理步骤生成相应的输出信号，所述输出信号通过电子模块的输出端输出。在输出端上连接有执行器，所述执行器可以处理输出信号并且接着实施某些动作。
模块化的安全控制器尤其用于在出现危险情况时将技术设备或机器安全地转换到对人无危险的状态的目的。为此目的，在输入侧借助于一定数量的安全输入端接收信号发生器或报告设备的相应的输入信号并且借助于逻辑单元可靠地评估所述输入信号，所述信号发生器或报告设备例如能够是紧急关闭开关、紧急停止开关、光栅、光帘、脚踏式警报垫、防护门位置开关、3D激光扫描器等。在输出侧，输出电路的相应的安全输出端被操控。在出现危险情况时，通过这些安全输出端利用输出信号如此操控执行器、例如保护器、阀等，使得连接到这些执行器上的机器/所连接的机器或技术设备能够转换到对人员无危险的状态中。
这种模块化的安全控制器包括多个电子模块，这些电子模块布置在至少一个模块排中并且具有特定的功能。安全控制器的模块化结构以有利的方式提供了应用特定的配置的可行方案，办法是：多个电子模块单独地组合、互相连线以及被配置成使得这些电子模块能够提供所期望的安全功能。可以构造具有完全不同的安全功能的模块化安全控制器的电子模块的示例尤其是能够接收和必要时处理一个或多个信号发生器的输入信号(诸如来自传感器或紧急命令设备的输入信号)的输入模块、能够向连接到输出模块上的一个或多个执行器输出所述输出信号的输出模块、组合的输入和输出模块(被称为I/O模块)、能够控制从输入模块到输出模块的配设的控制模块、以及接口模块、通信模块、现场总线控制器、现场总线耦联器等。在制造模块化的安全控制器时，电子模块在至少一个模块排中排成行列并且相应地连线和配置成，使得电子模块可以提供对于在安全方面下的具体应用目的所需的功能。
为了提供安全控制器和可编程逻辑控制器的任务，需要两个设备，由此尤其导致相应大的空间需求、高的安装和接线成本以及大量的继电器触点。
发明内容
本发明的任务在于，提供模块化的控制装置，其具有扩展的功能范围。
该任务的解决方案提供具有权利要求1的特征的模块化的控制装置。从属权利要求涉及本发明的有利的改进方案。
根据本发明的模块化的控制装置包括
-具有第一逻辑单元和第二逻辑单元的中央控制模块，
-第一组的电子模块，所述电子模块连接到所述第一逻辑单元上并且包括一定数量的安全输入端和安全输出端，其中，所述第一组的电子模块被构造用于提供安全控制器的安全功能，
-第二组的电子模块，所述电子模块被连接到所述第二逻辑单元上并且包括一定数量的输入端和输出端，其中，所述第二组的电子模块被构造用于提供可编程逻辑控制器的标准功能，
其中，
-所述中央控制模块和两组电子模块被布置在至少一个模块排中，
-所述第一组的电子模块的安全功能通过所述电子模块的在模块排中的位置和/或通过固定的硬件设定来限定，并且
-所述第二组的电子模块的标准功能是可编程的。
根据本发明的模块化的控制装置具有的优点是，安全控制器的功能、尤其是安全关断和可编程逻辑控制器的功能共同地在唯一的设备中供使用。由此尤其产生空间优点和成本优点。借助于第一组电子模块提供的模块化的控制装置的安全功能够在软件方面不能改变，而是固定地设定或者通过模块序列固定地预设。与之不同，第二组电子模块的功能是可自由编程的，这些电子模块是可编程逻辑控制器的标准功能。通过相应的编程工具可以对第二逻辑单元编程并且因此也对第二组的电子模块的标准功能编程。编程工具例如可以借助于计算机或基于应用地借助于平板电脑或智能手机来实施。编程工具也可以基于云地构造。
通过第一组电子模块的安全功能的固定的不可以由设置人员改变的设定(其不可以通过编程工具改变)，模块化的控制装置的设置人员可以关于安全功能不产生安全关键的错误，因为设置人员仅可以对可编程逻辑控制器的标准功能进行编程。从第一组的电子模块的安全功能的固定的并且因此不能由用户改变的设定中，也通过主管的检查当局实现更容易的许可。通过第二组电子模块的重新编程和/或第二组的一个或多个电子模块的更换能够改变标准功能，而无需模块化的控制装置的新的安全许可或安全考虑，因为模块化的控制装置的安全功能不通过这些措施改变或损害。
为了简化模块化的控制装置的启动，在有利的实施方式中存在如下可能性，即第一逻辑单元被构造成自动地检测第一组的电子模块在模块排中的位置和/或第一组的电子模块的固定的硬件设定。
第一组的电子模块的固定的硬件设定优选能够包括第一组的电子模块的电位计和/或开关、尤其是DIP开关的固定的设定。第一组电子模块的电位计和/或开关、尤其是DIP开关的固定的设定可以在制造商方面非常简单地进行。
在优选的实施方式中提出，第二逻辑单元被设置成用于接收和处理第一逻辑单元的数据和/或第一组电子模块的输入信号。
在特别优选的实施方式中存在如下可能性，即，中央控制模块具有在两个逻辑单元之间的双向通信接口、尤其是数据总线。
在有利的改进方案中可以规定，所述第二逻辑单元被设置成用于产生用于所述第一组的电子模块的安全输出端的关断信号。
在实施方式中可以规定，所述第二逻辑单元被设置成用于产生用于所述第一组的电子模块的安全输出端的使能取消信号。由此，可以防止，通过第一组电子模块的安全输出端输出接通信号。
为了提高借助模块化的控制装置可实现的安全水平，在有利的实施方式中提出，冗余地构造第一逻辑单元。
附图说明
下面参照图1描述本发明的实施例的另外的特征和优点，图1以示意地非常简化的形式示出模块化的控制装置。
具体实施方式
根据本发明的模块化的控制装置1不必具有下述所有特征。也可能的是，根据本发明的模块化的控制装置1仅具有下述实施例的各个特征。
模块化的控制装置1具有中央控制模块2(其通常也称为头部模块)、第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3以及第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4。这两组3、4的电子模块3.1、3.2、3.3和4.1、4.2、4.3、4.4连同中央控制模块2一起布置在模块排中。中央控制模块2包括第一逻辑单元20以及第二逻辑单元21，所述第一逻辑单元至少配设给第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3，所述第二逻辑单元至少配设给第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4。两个逻辑单元20、21通过双向通信接口23、尤其通过数据总线彼此处于通信连接中，从而在模块化的控制装置1运行期间可以在两个逻辑单元20、21之间进行数据交换。优选地，第一逻辑单元20可以冗余地实施，以便提高故障安全性。第一逻辑单元20的这种冗余在图1中通过对角线来说明。
第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3以及第一逻辑单元20形成模块化的控制装置1的安全功能部件，并且第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4以及第二逻辑单元21形成模块化的控制装置1的标准功能部件。
第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3在此从多个不同的电子模块类型中选出，这些电子模块类型被设置用于提供根据国际标准IEC 61508的安全控制器的功能。第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3例如可以是以下电子模块类型：
-具有一个或多个安全输入端的输入模块，一个或多个信号发生器的输入信号、例如来自传感器或紧急命令设备的输入信号可以通过所述输入模块安全地接收，
-具有一个或多个安全输出端的输出模块，通过所述输出模块能够将输出信号、尤其是接通信号和关断信号安全地输出给一个或多个连接到所述输出模块上的执行器，
-组合的输入和输出模块(所谓的I/O模块)，其具有安全输入端和安全输出端，以及
-接口模块、现场总线控制器、现场总线耦联器等。电子模块类型的该列举不应理解为穷举。
第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全输入端和安全输出端在图1中通过相应的箭头表示。
第一逻辑单元20通过双向通信接口24、尤其是通过数据总线与第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3处于通信连接，从而在模块化的控制装置1的运行期间可以在第一逻辑单元20和第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3之间进行数据交换。
所使用的电子模块3.1、3.2、3.3的数量和类型直接取决于模块化的控制装置1的计划的应用目的和使用目的并且尤其也取决于借助第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3要达到的安全水平。通常，第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的任务在于，在出现由传感器或报告设备检测到的危险情况时，以安全导向的方式关断连接到第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全输出端上的执行器并且在危险情况结束之后也再次接通所述执行器。
第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全功能仅通过第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3在模块排中布置的顺序和/或通过硬件设定、例如通过电位计的确定的(固定的)旋转位置和/或通过开关、尤其是DIP开关的确定的(固定的)设定来限定。换言之，模块化的控制装置1的安全功能够在软件方面不能改变，而是固定地设定。
第一逻辑单元20优选地被设置成自动化地读取和处理第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3在模块排中布置的顺序和/或第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的硬件设定、尤其是电位计的固定的旋转位置和/或第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的开关的固定设定。这在图1中通过箭头22来表示。
第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4从多个不同的电子模块类型中选出，这些电子模块类型被设置用于实现根据欧洲标准EN 61131的可编程逻辑控制器的功能。第二逻辑单元21通过双向通信接口25、尤其是通过数据总线与第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4处于通信连接，从而在模块化的控制装置1运行期间可以在第二逻辑单元21和第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4之间进行数据交换。第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4能够以本身已知的方式具有一个或多个输入端和/或一个或多个输出端。第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的输入端和输出端在图1中同样通过相应的箭头表示。
尤其是，传感器可以连接到第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的输入端上，所述传感器例如可以提供关于机器或技术设备的运行状态的信息并且可以将这些信息作为输入信号提供给第二逻辑单元21。这些输入信号借助于第二逻辑单元21来评估，其中，通过逻辑连接和必要时另外的信号和数据处理步骤生成输出信号，所述输出信号通过第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的输出端输出。在这些输出端上连接有执行器，所述执行器可以处理输出信号并且可以接着实施某些动作。
第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的功能(所述功能是可编程逻辑控制器的标准功能)与第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全功能相反地是可自由编程的。通过相应的编程工具5可以对第二逻辑单元21编程并且因此也对第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的功能编程。编程工具5例如可以借助于计算机或基于应用地借助于平板电脑或智能手机来实施。编程工具5也可以基于云地构造。
优选地，这两个逻辑单元20、21可以被配置成，使得模块化的安全开关装置1的安全功能部件的所有数据、诸如例如第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全输入端的输入数据也可以用作模块化的安全开关装置1的标准功能部件中的输入信号并且可以由第二逻辑单元21接收和处理。
此外，逻辑单元20、21优选可以被配置成，使得第二逻辑单元21同样可以操控第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全输出端，然而仅可以取消或可以关断其使能并且在未激活安全功能时不可以接通该使能。在此，涉及所谓的“使能”原理。
在此描述的模块化的控制装置1的主要优点在于，安全控制器和可编程逻辑控制器的功能共同地在唯一的设备中提供。由此，尤其是产生空间优点和成本优点。此外，提供所述模块化的控制装置1的安全功能的第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全输出端以有利的方式也可以用于过程控制，从而可以节省继电器触点。
通过固定地设定第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全功能(所述安全功能不能通过编程工具5改变)，设置人员可以关于安全功能不产生安全关键的错误，因为所述设置人员仅能编程可编程逻辑控制器的标准功能，并且不能访问在硬件方面实施的安全功能。
通过第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全功能的固定的且因此不能由用户改变的设定，也通过主管的检查当局实现更容易的许可。通过第二组的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的重新编程和/或第二组4的一个或多个电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的更换能够改变标准功能，而不需要模块化的控制装置1的新的安全许可或安全考虑。
如果在实施编程工具的设备中出现安全问题，则所述安全问题以有利的方式不导致模块化的控制装置1的安全问题，因为通过编程工具不能访问第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全功能。因此第一组3的电子模块3.1、3.2、3.3的安全功能的配置是最大保守的，因为仅硬件设定是可能的，而第二组4的电子模块4.1、4.2、4.3、4.4的标准功能的基于软件的配置可以非常灵活和开放地设计。

Claims (8)

1.一种模块化的控制装置(1)，包括：
-中央控制模块(2)，所述中央控制模块具有第一逻辑单元(20)和第二逻辑单元(21)，
-第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)，所述第一组的电子模块连接到第一逻辑单元(20)上并且包括一定数量的安全输入端和安全输出端，其中，第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)被构造用于提供安全控制器的安全功能，
-第二组(4)的电子模块(4.1、4.2、4.3、4.4)，所述第二组的电子模块连接到第二逻辑单元(21)上并且包括一定数量的输入端和输出端，其中，第二组(4)的电子模块(4.1、4.2、4.3、4.4)被构造用于提供可编程逻辑控制器的标准功能，
其中，
-中央控制模块(2)和这两组(3、4)的电子模块(3.1、3.2、3.3、4.1、4.2、4.3、4.4)布置在至少一个模块排中，
-第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)的安全功能通过所述第一组的电子模块在模块排中的位置和/或通过固定的硬件设定来限定，并且
-第二组(4)的电子模块(4.1、4.2、4.3、4.4)的标准功能是可编程的。
2.根据权利要求1所述的模块化的控制装置(1)，其特征在于，所述第一逻辑单元(20)被构造成用于，自动地检测第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)在模块排中的位置和/或第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)的固定的硬件设定。
3.根据权利要求1或2所述的模块化的控制装置(1)，其特征在于，所述第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)的固定的硬件设定包括第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)的电位计和/或开关、尤其是DIP开关的固定的设定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模块化的控制装置(1)，其特征在于，所述第二逻辑单元(21)被设置成用于，接收和处理第一逻辑单元(20)的数据和/或第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)的输入信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的模块化的控制装置(1)，其特征在于，所述中央控制模块(2)具有在这两个逻辑单元(20、21)之间的双向通信接口(23)、尤其是数据总线。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的模块化的控制装置(1)，其特征在于，所述第二逻辑单元(21)被设置成用于，产生用于第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)的安全输出端的关断信号。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的模块化的控制装置(1)，其特征在于，所述第二逻辑单元(21)被设置成用于，产生用于第一组(3)的电子模块(3.1、3.2、3.3)的安全输出端的使能取消信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的模块化的控制装置(1)，其特征在于，所述第一逻辑单元(20)冗余地构造。
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