DE102007018391A1

DE102007018391A1 - AS Interface Safety-at-Work Slave mit direktschaltendem Ausgang

Info

Publication number: DE102007018391A1
Application number: DE200710018391
Authority: DE
Inventors: Bernhard Wiedemann; Jochen Bihl
Original assignee: Bihl & Wiedemann GmbH; BIHL+WIEDEMANN GmbH
Current assignee: Bihl & Wiedemann GmbH; BIHL+WIEDEMANN GmbH
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2008-10-23

Abstract

Nach dem Stand der Technik können für das sicherheitsgerichtete Schalten über ein Safety-at-Work Netz keine Abschaltzeiten unter 40 ms zugesichert werden. In zeitkritischen Fällen werden schnellere Schaltvorgänge verlangt. Der erfindungsmäßige Slave löst dieses Problem dadurch, dass er parallel zu der üblichen sicherheitsgerichteten Auswertung über das Safety-at-Work Netzwerk zusätzlich über einen oder mehrere sicherheitsgerichtete Ausgänge verfügt, die ein direktes Schalten der angeschlossenen Anlage ermöglichen. Der erfindungsgemäße Slave kann einerseits vollständig in die Steuerung eines Prozesses über Safety-at-Work aufgenommen werden, andererseits ist aber eine schnelle Reaktion des Slaves wie bei einer konventionellen Verdrahtung möglich. Eine typische Anwendung ist die Absicherung des Arbeitsraumes von Pressen.

Description

Stand der Technik
AS-Interface ist ein eingeführtes und genormtes Bussystem für Anwendungen mit einfachen Sensoren und Aktuatoren. Für Prozesse mit besonders hohen Sicherheitsanforderungen gemäß den internationalen Normen für sicherheitsgerichtete Geräte existiert eine Sicherheitsvariante unter dem Namen „Safety at Work", in der der Datenverkehr mit den sicherheitsgerichteten Slaves durch Codefolgen abgesichert wird, die im Falle von Slaves mit Eingangssignalen, also „Sensoren" im weitesten Sinn, für jeden derartigen Slave individuell vergeben werden. Diese „sicheren" Slaves antworten auf jeden Masteraufruf zyklisch mit je einem Wert der individuellen Codefolge. Ein im Netz befindlicher, redundant aufgebauter Sicherheitsmonitor überprüft laufend die Codefolgen der angeschlossenen sicherheitsgerichteten Slaves und beeinflusst über sicherheitsgerichtete Schalter den Prozess derart, dass er sich immer in einem normgerechten, sicheren Zustand befindet. Je nach Sicherheitskategorie werden 1 (Kategorie 4) oder 2 (Kategorie 2) unabhängige Eingangsbits je sicherem Slave übertragen.
Die zyklische Übertragung der Werte aller Slaves im AS-Interface Netz, eventuelle, zulässige Telegrammwiederholungen, die Auswertung der Daten im Monitor und das Schalten der Ausgangsrelais im Monitor bedingen eine Zeit von bis zu 40 ms zwischen dem Eintritt eines Ereignisses, das zum sicheren Abschalten des vom Netz gesteuerten Prozesses führen muss, und dem sicheren Schalten der Ausgangsrelais im Sicherheitsmonitor. Diese Zeit wird durch das Systemkonzept von Safety-at-Work als maximale Zeit garantiert. Anlagenabhängig kommen weitere Zeiten bis zum tatsächlichen Stopp einer Anlage hinzu: das Schalten eventueller weiterer Schütze in der gesteuerten Anlage, Nachlaufzeiten von Motoren etc.
In den typischen Anwendungen von Safety-at-Work können diese Zeiten meist problemlos berücksichtigt werden. Eine Ausnahme bilden vor allem gefährliche Bewegungen von Maschinen im unmittelbaren Arbeitsbereich von Menschen. Hier muss gefordert werden, dass der Mensch sich so weit entfernt von einer gefährlichen Maschine aufhält, dass er sich während ihrer Anhaltezeit nicht in einen gefährdeten Raum begeben kann. Typisches Beispiel einer solchen Situation ist die Bedienung von Pressen.
Dieses Problem wird nach dem Stand der Technik durch eine von zwei Vorgehensweisen gelöst: Entweder wird der Bediener so weit von der Maschine entfernt platziert, dass er sich während der Anhaltezeit nicht in den gefährlichen Bereich bewegen kann; das kann jedoch für einen wünschenswerten Arbeitsablauf extrem hinderlich sein. Oder es werden besonders zeitkritische Eingänge konventionell, also ohne Nutzung von Safety-at-Work, verdrahtet, sodass der netzbedingte Teil der Anhaltezeit entfällt. Diese Lösung ist jedoch systemfremd und daher unerwünscht. Sie ist außerdem unwirtschaftlich, wenn sie einen Verzicht auf die Vernetzung verursacht.
Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, sicherheitsgerichtete Eingänge auch dann in ein Safety-at-Work zu integrieren, wenn die geforderte Reaktionszeit wenigstens für einzelne Geräte erheblich unter den erwähnten 40 ms liegen muss.
Der erfindungsgemäße Slave löst das skizzierte Problem dadurch, dass er parallel zu der üblichen sicherheitsgerichteten Auswertung der Eingangssignale und deren Weitergabe an das Netzwerk über einen oder mehrere sicherheitsgerichtete Ausgänge verfügt, die eine direkte Einflussnahme auf den angeschlossenen Prozess ermöglichen (Anspruch 1). Auf diese Weise kann der direktschaltende Slave einerseits über Safety- at-Work vollständig in die Steuerung eines Prozesses aufgenommen werden, anderseits kann er aber an kritischen Punkten des Prozesses eine schnelle Reaktion wie bei konventioneller Verdrahtung auslösen.
Im einfachsten Fall ist der erfindungsgemäße Slave als Modul ausgebildet, das heißt als eigenständiges Gerät mit je einem oder mehreren Ein- und Ausgängen, wobei an die Eingänge sicherheitsgerichtete „Sensoren" im weitesten Sinn angeschlossen werden können, während über die Ausgänge Schaltvorgänge vorgenommen werden können, beispielsweise eine stromführende Leitung sicher stromlos geschaltet werden kann (Anspruch 2).
In einer anderen Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Slave Bestandteil eines Sensors, beispielsweise einer Lichtschranke, dessen Signal oder Signale er direkt verarbeitet. Der erfindungsgemäße Slave kann jedoch auch als Bestandteil eines Schaltgerätes ausgebildet sein, beispielweise eines Maschinenschützes, um die Wirkungskette über mehrere Schaltelemente und damit die Dauer für ein sicheres Schalten zu verkürzen (Anspruch 3).
In allen beschriebenen Fällen kann ein einzelnes Eingangsignal verwendet werden oder es können mehrere Eingangsignale ausgewertet und miteinander logisch verknüpft werden. Ihr Ergebnis bestimmt den Zustand der Ausgänge und den an das Safety-at-Work Netz übergebenen Wert. Die Verknüpfung erfolgt wieder sicherheitsgerichtet, entweder durch feste Verdrahtung oder durch Programmierung. Letztere wird durch an sich bekannte Maßnahmen vor Fehler und Manipulation geschützt (Anspruch 4).
Der erfindungsgemäße Slave kann mit mehreren Ausgängen versehen werden, die entweder parallel geschaltet sind, beispielsweise zum Abschalten eines mehrphasigen Netzes, oder die unabhängig von einander geschaltet sind, beispielsweise um bei einem Modul der Sicherheitskategorie 2 zwei von einander unabhängige Signale erzeugen zu können (Anspruch 5).
Die Ausgänge des erfindungsgemäßen Slaves können mit elektronischen Bauelementen oder mit elektromechanischen Bauelementen realisiert werden. Damit sind mit heute verfügbaren Bauelementen im ersten Fall Abschaltzeiten zwischen etwa 0,5 und 10 ms realisierbar, im zweiten Fall Abschaltzeiten unter etwa 15 ms (Ansprüche 6 und 7).
Vorteile und wirtschaftlicher Wert der Erfindung
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Slaves liegt in der Kombination der Vorteile einer Vernetzung durch Safety-at-Work mit dem Vorteil der kurzen Reaktionszeit direkt schaltender Ausgänge. Erfindungsgemäße Slaves sind daher immer dann wirtschaftlich vorteilhaft einzusetzen, wenn in einer Applikation von Safety-at-Work für einzelne Slaves schnellere Reaktionen gewährleistet werden müssen als sie das Netzwerk zusichern kann, wenn aber zugleich auf ein Vernetzung der gesamten Applikation mit Safety-at-Work nicht verzichtet werden soll.

Claims

Sicherheitsgerichteter Eingangsslave für AS-Interface Safety-at-Work Netze, der Eingangswerte an einen Standardmaster und einen Sicherheitsmonitor oder an einen sicherheitsgerichteten Master weitergibt, sie durch individuelle Codetabellen absichert und damit über das Safety-at-Work Netz auf einen Prozess einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich zum Datenweg über das Safety-at-Work Netz einen oder mehrere schnelle, sicherheitsgerichtete Ausgänge direkt steuert.
Sicherheitsgerichteter Eingangsslave nach den Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass er als Modul zum Anschluss von sicherheitsgerichteten Eingangssignalen ausgebildet ist.
Sicherheitsgerichteter Eingangsslave nach den Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass er in ein Gerät integriert ist.
Sicherheitsgerichteter Eingangsslave nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei Existenz mehrerer Eingangskanäle diese entweder durch feste Verdrahtung oder durch Programmierung sicherheitsgerichtet mit einander verknüpft und einem oder mehreren Ausgängen zugeleitet werden können.
Sicherheitsgerichteter Eingangsslave nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass bei Existenz mehrerer Ausgänge diese entweder parallel geschaltet sind oder unabhängig von einander angesteuert werden.
Sicherheitsgerichteter Eingangsslave nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Falle elektronischer Ausgänge zwischen dem Anstehen eines Eingangssignals, das den Schaltvorgang auslösen muss, und dem Schalten der Ausgänge nicht mehr als 10 Millisekunden verstreichen.
Sicherheitsgerichteter Eingangsslave nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im Falle elektromechanisch schaltender Ausgänge zwischen dem Anstehen eines Eingangssignals, das den Schaltvorgang auslösen muss, und dem Schalten der Ausgänge nicht mehr als 20 ms verstreichen.