DE102008032823B4 - Sichere Anschlussvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Sichere Anschlussvorrichtung (10) zur Zusammenfassung der Signale einer Vielzahl von sicherheitsrelevanten Schaltern (14a–d) in sternförmiger UND-Konfiguration, welche eine Reihenschaltung einer Erzeugungseinrichtung (20, 16) für ein Schaltsignal, insbesondere ein Betriebsbereitschaftssignal, mit zunächst einer Vielzahl von passiven Schalteranschlüssen (12a–d), welche dafür ausgebildet sind, das Schaltsignal nur weiterzuleiten, wenn ein geschlossener Schalter (14a–d) angeschlossen ist, und schließlich einem Ausgang (18) für die Ausgabe des Schaltsignals nach Durchlaufen aller Schalter (14a–d) aufweist, so dass das Schaltsignal nur dann am Ausgang (18) anliegen kann, wenn an allen Schalteranschlüssen (12a–d) ein geschlossener Schalter (14a–d) angeschlossen und somit der Stern an keiner Stelle unterbrochen ist, wobei eine Auswertungseinrichtung (26) vorgesehen ist, welche für eine Lokalisierung ausgebildet ist, die anhand eines Stroms oder Spannungsabfalls an den Schalteranschlüssen (12a, 12b) erkennt, an welchem der Schalteranschlüsse (12a–d) ein offener oder kein Schalter (14a–d) angeschlossen ist, wobei Testströme oder Testspannungen in den Stern eingespeist und ausgemessen werden, welche gering genug sind, die Sicherheit des Schaltsignals nicht zu beeinträchtigen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine sichere Anschlussvorrichtung und ein Verfahren zur Zusammenfassung der Signale einer Vielzahl von sicherheitsrelevanten Schaltern zu einem gemeinsamen Schaltsignal nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 7.
  • Um den sicheren Arbeitsablauf an Maschinen zu gewährleisten, wird eine Vielzahl von Überwachungssensoren und Eingriffmöglichkeiten vorgesehen. Überwacht werden kann beispielsweise, ob Türen bzw. Klappen vor und an der Maschine geschlossen sind. Ein wichtiges Beispiel einer Eingriffsmöglichkeit ist ein Notausschalter, mit dem die Maschine sofort angehalten oder in eine sichere Parkposition verbracht werden kann.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung sollen alle Überwachungssensoren und Eingriffsmöglichkeiten unter dem Begriff Schalter zusammengefasst werden. Ein Schalter kann also außer einem eigentlichen Schalter auch prinzipiell jeder Sensor sein, von relativ einfachen Temperaturfühlern, die das Überschreiten einer vorgegebenen Höchsttemperatur erkennen, bis hin zu komplizierteren optoelektronischen, kapazitiven, induktiven, magnetischen oder auf sonstigen Technologien basierenden Sensoren. Jeder dieser Sensoren kann aus Sicht einer Steuerung als Schalter aufgefasst werden, auch wenn sein Erkennungs- und Auswertungsverfahren beliebig kompliziert ist, solange er ein binäres Ausgangssignal ausgebt, welches anzeigt, ob der von dem Schalter überwachte Zustand den Betrieb der Maschine erlaubt oder nicht. Die Maschine ist nur betriebsbereit beziehungsweise läuft weiter, wenn alle Schalter Betriebsbereitschaft signalisieren.
  • Sämtliche beteiligten Schalter, von denen die Betriebsbereitschaft der Maschine abhängt, wirken also auf einen gemeinsamen Abschaltpfad. Dies wird über eine Reihenschaltung der Schalter realisiert, welche die Schalterstellungen mit einem logischen UND verknüpft. Sobald ein Schalter offen und die Reihenschaltung daher unterbrochen ist, wird zuverlässig ein Abschaltsignal generiert. Dies ist der übliche Sprachgebrauch in der Sicherheitstechnik, dabei wird mit invertierten Signalen gearbeitet. Im störungsfreien Betrieb liegt demnach ständig ein durch die geschlossene Reihenschaltung geführtes Bereitschaftssignal an. Das Ausbleiben dieses Bereitschaftssignals ist das Abschaltsignal.
  • Mit der Reihenschaltung ist zwar der Abschaltpfad sicher, denn jeglicher Fehler führt sofort zu einem Abschaltsignal. In der Praxis bedeutet das aber, dass Leitungen in einem Ring um die Maschine von Schalter zu Schalter gelegt werden, und an einer zentralen Stelle werden Anfang und Ende dieses Rings an eine Anschaltbox angeschlossen, welche das Bereitschaftssignal in den Ring einspeist und das gemeinsame Schaltsignal ausgibt. Diese zentrale Anschaltbox ist in der Lage anzuzeigen, dass ein Fehler vorliegt, aber sie kann keinen Hinweis geben, welcher der Schalter den Fehler gemeldet hat. Die Lokalisierung kann gerade bei größeren Maschinen und schwer zugänglichen und unübersichtlich angebrachten und verschalteten Klappen, welche vielleicht von außen nicht ersichtlich nur um einen kleinen Spalt geöffnet sein könne, mit einigem Aufwand verbunden sein.
  • Dies gilt auch für die beim Betrieb sicherheitsrelevanter Maschinen vorgeschriebenen monatlichen Prüfungen der Funktionsfähigkeit von Notausschaltern. Am zentralen Knoten, also der Anschaltbox, kann nicht unterschieden werden, ob beim Test tatsächlich jeder Notausschalter einmal oder ob nicht stattdessen derselbe Notausschalter mehrfach betätigt wurde. Die regelmäßige monatliche Prüfung wird dadurch aufwändig.
  • Eine herkömmliche Lösung ist das Vorsehen von je einem Hilfskontakt an den Schaltern. Es werden also zusätzlich zu den Leitungen des sicherheitsrelevanten ringförmigen Abschaltpfads weitere Leitungen sternförmig von einem Anzeigegerät zu einem Hilfskontakt an jedem Schalter geführt und somit der Zustand des Schalters geprüft und angezeigt.
  • An dieser Stelle ist wichtig zu betonen, dass zwar aus einer solchen die Prüfung des Zustands eines jeden Schalters die Information darüber gewonnen werden könnte, ob der Abschaltpfad intakt ist. Das macht aber die ringförmige Reihenschaltung keinesfalls überflüssig, denn die Abfrage der Hilfskontakte genügt keinerlei sicherheitstechnischen Anforderungen und ist damit als Abschaltpfad untauglich. Man kann selbstverständlich jeden einzelnen Hilfskontakt unter Einhaltung von Sicherheitsanforderungen anschließen. Damit würde die Anschaltbox effektiv durch eine Sicherheitssteuerung ersetzt, welche einen sicheren Eingang für jeden einzelnen Schalter aufweist. Der Zweck der Reihenschaltung ist, dass man mit kostengünstigen unsicheren Anschlüssen für die Schalter auskommt. Eine Sicherheitssteuerung wäre ein anderer, ganz erheblich kostenintensiverer Ansatz.
  • Die herkömmlichen Lösungen sind daher unbefriedigend. Eine Sicherheitssteuerung ist in vielen Anwendungen aus Kostengründen keine Alternative. Ohne Hilfskontakte fehlt die Information, welcher Schalter das Abschaltsignal ausgelöst hat. Die Hilfskontakte erfordern erheblichen Zusatzaufwand, weil je Schalter ein zusätzlicher zentraler Anschluss erforderlich ist, um eine zweite sternförmige Verkabelung aller Schalter neben der ringförmigen Verkabelung für das Durchschleifen der sicherheitstechnischen Funktion auf dem Abschaltpfad zu ermöglichen.
  • Aus der DE 199 11 698 A1 ist eine Sicherheitsschaltanordnung bekannt, bei der mehrere seriell verkettete Sicherheitsschalter einen Sicherheitspfad bilden. Jeder Sicherheitsschalter weist einen Codesignalgenerator auf, der bei Betätigung des Sicherheitsschalters ein eindeutiges Codesignal in die Sicherheitsleitung einspeist. Anhand des Codesignals erkennt eine zentrale Auswertungseinheit, welcher Sicherheitsschalter betätigt wurde.
  • Die DE 10 2006 054 877 A1 offenbart ein Relais, das von einem Mikroprozessor angesteuert wird, um den Schaltzustand des Relais zu bestimmen. Dazu sendet der Mikroprozessor ein Wechselspannungs-Testsignal aus und erkennt die Schalterstellung daran, ob dieses Testsignal wieder empfangen wird oder nicht.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise ein gemeinsames Abschaltsignal einer Vielzahl von Schaltern zu erhalten und die Überprüfung des auslösenden Ereignisses einer Abschaltung zu vereinfachen.
  • Die Aufgabe wird von einer sicheren Anschlussvorrichtung zur Zusammenfassung der Signale einer Vielzahl von sicherheitsrelevanten Schaltern gemäß Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
  • Dabei geht die erfindungsgemäße Lösung von dem Prinzip aus, die Leitungen der bekannten Reihenschaltung mit einer weiteren Funktion zu belegen und sie auch dafür zu nutzen, die offenen Schalter zu lokalisieren.
  • Damit ergibt sich einerseits der Vorteil, die geöffneten Kontakte am zentralen Anschlusspunkt lokalisiert zu haben und somit die Möglichkeit, die Ursache einer Abschaltung wesentlich schneller zu beseitigen. Bei der Überprüfung der Funktionalität, vor allem von Notausschaltern, ist sofort ersichtlich, welcher Schalter testweise geöffnet wurde. Die Visualisierung kann in der Vorrichtung oder nach Weiterleitung der Schalterstatus zu einer übergeordneten Auswerteeinheit erfolgen. Obwohl die Leitungen für das Durchschleifen der Sicherheitsfunktion verwendet werden, wird diese nicht beeinflusst. Der Verkabelungsaufwand ist erheblich reduziert. Für eine Vielzahl an sicherheitstechnischen Schaltern für den gleichen Abschaltpfad wird nur ein einziger sicherer Eingang zur Weiterverarbeitung des gemeinsamen Schaltsignals benötigt.
  • Die Erzeugungseinrichtung ist bevorzugt ein zweikanaliger Eingang, und auch der Ausgang ist bevorzugt zweikanalig. Damit kann die Anschlussvorrichtung und mit ihr sämtliche angeschlossenen Schalter als Teil eines Abschaltpfads in eine übergeordnete Sicherheitssteuerung eingebunden werden.
  • Auch die Schalteranschlüsse sind bevorzugt zweikanalig und zudem für äquivalente Anschaltung ausgebildet, um das Schaltsignal an einem Schalteranschluss nur weiterzuleiten, wenn an einem Schalteranschluss beide Kanäle durch angeschlossene Schalter geschlossen sind. Damit erhöht sich die Sicherheit des Abschaltpfads. Äquivalente Anschaltung bedeutet, dass beide Kanäle gleichartig sind. Nur ein „Hi” auf beiden Kanälen gilt als Anliegen des Signals. Im Gegensatz dazu wird bei antivalenter Anschaltung das Signal auf beiden Kanälen gegensätzlich übertragen, als beispielsweise An = ”Hi/Lo” und Aus = ”Lo/Hi”. In äquivalenter Anschaltung führt also die Öffnung auch nur eines der beiden Schalter unmittelbar zu dem Ausbleiben eines der benötigten „Hi”-Signale, was einfacher sicher zu realisieren und auszuwerten ist als in antivalenter Anschaltung.
  • Die Auswertungseinheit ist dafür ausgebildet, die Lokalisierung anhand eines Stroms oder Spannungsabfalls an den Schalteranschlüssen auszuführen, wobei Testströme oder Testspannungen in den Stern eingespeist und ausgemessen werden, welche gering genug sind, die Sicherheit des Schaltsignals nicht zu beeinträchtigen. Bei antivalenter Anschaltung kommt man ohne Testspannungen aus. Ein Signalgeber für die Lokalisierung kann den Hi/Lo-Wechsel an jedem der beiden Kanäle bei einer Signaländerung ausnutzen; es steht sowohl im offenen wie im geschlossenen Schalterzustand ein aktives Hi-Signal zur Verfügung.
  • In äquivalenter Anschaltung ist nur ein offener Schalter ebenfalls noch passiv anhand des Spannungsabfalls ohne Testspannung erkennbar. Sind allerdings mehrere Schalter offen, so genügt eine rein passive Spannungsmessung nicht mehr für eine eindeutige Lokalisierung, da an einem offenen Schalter schlicht deshalb keine Spannung mehr abfallen kann, weil die Leitung schon davor und danach unterbrochen ist. Indem Testspannungen aufgeprägt werden, ist in jedem Fall die Lokalisierung ohne jegliche Beeinträchtigung der Sicherheitsfunktion möglich. Auch mehrere gleichzeitige Störungen werden korrekt angezeigt.
  • Die Testströme oder Testspannungen werden dabei besonders bevorzugt nacheinander, insbesondere zyklisch über jeweils einen Schalteranschluss eingespeist. Das eigentliche Abschaltsignal von in der Praxis meist 24 V darf durch die Einspeisung nur um einen bestimmten Maximalanteil variiert werden, beispielsweise < 5%. Derartige Grenzen sind durch Sicherheitsnormen festgelegt. Wird jeweils nur ein Schalter getestet, kann diese zulässige Schwankungsbreite voll ausgenutzt werden.
  • In allen Ausführungen, in denen jeweils nur von Spannungen die Rede ist, gilt für Ströme analoges.
  • Die Anschlussvorrichtung weist vorteilhafterweise einen zusätzlichen nicht sicheren Ausgang auf, über welchen die Auswertungseinrichtung zur externen Anzeige oder Diagnose das Ergebnis der Lokalisierung, die gesendeten und/oder die gemessenen Testströme oder Testspannungen ausgeben kann. Die Daten stehen dann beispielsweise einer übergeordneten Steuerung zur Verfügung, um zu diagnostizieren, ob die Testspannungen zur Lokalisierung und die gemessenen Werte noch innerhalb der Spezifikationsbreite liegen. Außerdem ist denkbar, die eigentliche Auswertung der Testspannungen außerhalb der Anschlussvorrichtung vorzunehmen, so dass diese mit einer sehr einfachen eigenen Steuerung auskommt. Die Schalterstatus stehen durch die Weitergabe der Daten zu Visualisierung auch fern der Maschine zur Verfügung, etwa in einer Steuerzentrale.
  • Vorteilhafterweise ist ein Anzeigeelement der Anschlussvorrichtung vorgesehen, insbesondere eine LED je Schalteranschluss, und die Auswertungseinheit dafür ausgebildet, über das Anzeigeelement darzustellen, an welchem Anschluss ein offener oder kein Schalter angeschlossen ist. In diesem Fall sind sämtliche Funktionen kompakt in der Anschlussvorrichtung integriert, welche mit einfachen und kostengünstigen Anzeigemitteln die sofortige Übersicht über die Schalterstatus bietet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
  • 1 ein schematisches Übersichts-Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung mit angeschlossenen Schaltern und einer Darstellung des sternförmigen sicheren Abschaltpfads der Schalter; und
  • 2 ein Ausschnitt des Diagramms gemäß 1 mit weiteren Details zu Darstellung der zweikanaligen äquivalenten Anschaltung eines einzelnen Schalters und der Überprüfung der Schalterstellung durch Testströme oder Testspannungen.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung 10 mit einer Vielzahl von Anschlüssen 12a–d für sicherheitsrelevante Schalter 14a–d. Die Anschlüsse 12a–d sind als kostengünstige passive Anschlüsse ausgeführt. Sie sind nicht sicher im Sinne sicherheitstechnischer Normen für sichere Anschlüsse. Ein sicherer Anschluss würde regelmäßig getestet, hätte eine sichere Charakteristik der Signale, wie beispielsweise antivalente zweikanalige Anschaltung, oder eine einfache oder doppelte Ansteuerung von einem Mikrocontroller. All dies wird zur Vereinfachung bei den Anschlüssen 12a–d im Gegensatz zu den sicheren Eingängen einer Sicherheitssteuerung nicht verwirklicht, wobei aber auch im Rahmen der Erfindung die Umsetzung einer einzelnen, insbesondere einfachen, der genannten Maßnahme vorstellbar ist. Beispielsweise sind die Anschlüsse 12a–d bevorzugt zweikanalig ausgelegt. Das allein macht die Anschlüsse 12a–d noch nicht zu sicheren Anschlüssen.
  • In der Sprache der Sicherheitstechnik handelt es sich bei den Anschlüssen 12a–d um reine Verschaltungshilfen, auf die alle Richtlinien für sichere Leitungen anzuwenden sind. Der Sicherheitstechniker würde also die Anschlüsse 12a–d nicht als nicht sichere Eingänge bezeichnen, da dieser Begriff wiederum mit eigener normierter Bedeutung belegt wäre. Die Anschlüsse 12a–d sind somit sicher im Sinne einer sicheren Leitung und nicht sicher im Sinne eines sicheren Eingangs. Für die Belange dieser Anmeldung ist vor allem wichtig, dass die Anschlüsse 12a–d kostengünstig und einfach sind, jedenfalls keine sicheren Eingänge gemäß Sicherheitsnormen.
  • Die Anschlussvorrichtung 10 ist vorzugsweise in einem standardisierten geschützten Gehäuse zur Vor-Ort-Montage untergebracht. Durch standardisierte Ausführung aller Schalter 14a–d und aller Anschlüsse 12a–d, etwa nach dem Standard M12, sowie Verbindung mit vorkonfektionierten Kabeln können sämtliche Leitungsverbindungen problemlos vor Ort direkt an der Anschlussvorrichtung 10 vorgenommen werden.
  • Die Schalter 14a–d sind in der verallgemeinerten Verwendung des Begriffs zu verstehen, wie in der Einleitung angegeben. Sie erfüllen eine sicherheitsrelevante Funktion, etwa als Türzuhaltungsüberwachung oder Notausschalter.
  • Die Anschlussvorrichtung 10 weist einen Eingang 16 und einen Ausgang 18 auf, wobei diese beiden Anschlüsse bevorzugt zweikanalig und sicher ausgelegt sind. Im Betrieb wird an den Eingang 16 die Signalleitung von einer externen Steuerung 20 angeschlossen, welche zugleich die Spannungsversorgung bilden kann. Entsprechend wird auch der Ausgang 18 auf eine externe Steuerung 22 geführt, welche identisch mit der Steuerung 20 oder eine weitere übergeordnete Steuereinheit sein kann. Die Steuerungen 20, 22 sind in der Praxis zumeist Sicherheitssteuerungen. Die Verbindung zwischen Ausgang 18 und externer Steuerung 22 kann auch über weitere Detektionsschaltungen 24 erfolgen, beispielsweise eine weitere Anschlussvorrichtung.
  • Die Schalter 14a–d bilden mit dem Eingang 16 und dem Ausgang 18 eine Sternkonfiguration in Reihenschaltung. Dazu werden die Verbindungsleitungen in dieser Reihenfolge vom Eingang 16 in Reihenschaltung längs der gestrichelten Pfeile in der 1 zunächst mit dem ersten Anschluss 12a, auf den daran angeschlossenen Schalter 14a und zurück, weiter über den zweiten Anschluss 12b, den dritten Anschluss 12c und den vierten Anschluss 12d und jeweils analog zum angeschlossenen Schalter 14b–d und zurück und schließlich zum Ausgang 18 geführt. Die geometrische Anordnung der Anschlüsse 12a–d kann variiert werden, solange die beschriebene Reihenverschaltung erhalten bleibt. Dabei sind die Verbindungen der Anschlüsse 12a–d untereinander fest verdrahteter Teil der Anschlussvorrichtung 10. Die logische Funktion innerhalb der Anschlussvorrichtung 10 ist damit eine UND-Verknüpfung aller Schalter 14a–d. Die Ausgestaltung der hier nur als gestrichelte Pfeile dargestellten Verbindungsleitungen wird weiter unten im Zusammenhang mit 2 näher erläutert.
  • Obwohl die Anschlüsse 12a–d nicht sicher sind, liefert die Anschlussvorrichtung 10 als Ganzes ein sicheres Signal an dem Ausgang 18, welcher mit einem sicheren Relais oder einem sicheren Eingang der externen Steuerung 22 verbunden wird. Wird über den Eingang ein Bereitschaftssignal von der externen Steuerung 20 auf den Eingang 16 gelegt, so erreicht dieses den Ausgang 18 nur dann, wenn sämtliche Schalter 14a–d geschlossen sind. Damit erzeugt die Öffnung eines jeden Schalters 14a–d auf sichere Weise ein Abschaltsignal. Mit einem geöffneten Schalter 14a–d ist ein nicht besetzter Anschluss 12a–d gleichzusetzen, da hier auch keine Weiterleitung erfolgt.
  • Auf dem beschriebenen Abschaltpfad wird somit ein binäres sicheres Abschaltsignal geliefert. Informationen darüber, welcher Schalter 14a–d die Abschaltung verursacht hat, enthält dieses Abschaltsignal nicht.
  • Deshalb wird derselbe Pfad auch zur Diagnose eingesetzt. Eine Auswertungseinheit 26 überwacht, welcher der Anschlüsse 12a–d offen ist, und zeigt den Schalterstatus auf einer jedem Anschluss 12a–d zugehörigen LED 28a–d an. Die Auswertungseinheit 26 kann beispielsweise als Mikrocontroller oder sonstiger digitaler Baustein ausgebildet sein, eine nicht abschließende Aufzählung umfasst PLD (Programmable Logic Device), ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder FPGA (Field Programmable Gate Array). Anstelle einer integrierten Anzeige, welche auch anders ausgebildet sein kann als über LEDs 28a–d, ist denkbar, die Schalterstatus oder Rohdaten, aus denen sich die Schalterstatus ermitteln lassen, über einen weiteren nicht sicheren Ausgang 30 an eine externe Anzeige 32 auszugeben. Die Anzeige 32 kann wiederum der externen Steuerung 20, 22 zugehören, oder sie gehört zu einem Computer, einem Notebook oder dergleichen. Somit können örtlich entkoppelt von der Anschlussvorrichtung 10 Diagnosen und Anzeigen erfolgen. Für die Weiterleitung der Daten kann eine Standard-24 V-Leitung oder ein anderer Standard eingesetzt werden, beispielsweise IO-Link.
  • Im Gegensatz zu einer Sicherheitssteuerung ist der Test des Schalterzustands durch die Auswertungseinheit 26 erneut nicht sicher, denn dieser Test ist unabhängig von und ohne Einfluss auf den Abschaltpfad. Es wäre unerwünscht, aber nicht sicherheitskritisch, wenn fehlerhaft die Abschaltung einem falschen Schalter 14a–d zugeordnet wird, weil die Maschine so lange stillsteht, bis der tatsächlich die Abschaltung verursachende Schalter 14a–d geschlossen ist.
  • 2 zeigt weitere Details des in 1 mit einer gepunkteten Linie umgebenen Ausschnitts, um die zweikanalige äquivalente Anschaltung und die Überwachung der Schalterstellung durch die Auswertungseinheit 26 beispielhaft für den einzelnen Schalter 14a näher zu erläutern. Die Konfiguration an den anderen Schaltern 14b–d ist entsprechend ausgestaltet.
  • Wie aus der Darstellung ersichtlich, sind die in 1 nur durch gestrichelten Pfeile dargestellten Verbindungen mehrkanalig, und der Schalter 14a weist zwei Schalter oder Schließkontakte 141a, 142a auf. Eine erste Leitung 34 führt vom Eingang 16 über den Anschluss 12a zu dem ersten Schließkontakt 141a, zurück zu dem Anschluss 12a und weiter zu dem nächsten Anschluss 12b. Eine zweite Leitung 36 führt entsprechend vom Eingang 16 über den Anschluss 12a zu dem zweiten Schließkontakt 142a, zurück zu dem Anschluss 12a und weiter zu dem nächsten Anschluss 12b. Äquivalente Anschaltung bedeutet, dass ein geöffneter erster Schließkontakt 141a oder ein geöffneter zweiter Schließkontakt 142a an dem Ausgang 18 als Abschaltsignal ankommt.
  • Die Auswertungseinheit 26 ist mit einem ersten Spannungsmesser 38 für die erste Leitung 34 und einem zweiten Spannungsmesser 36 für die zweite Leitung 40 verbunden. Anhand einer Spannungsdifferenz über dem Anschluss 12a wird erkannt, ob eine der beiden Leitungen 34, 36 unterbrochen ist. Um auch auf einer an sich spannungslosen Leitung 34, 36 die Öffnung der Schließkontakte 141a, 142a erkennen zu können, wie dies der Fall wäre, wenn stromaufwärts noch ein anderer Schalter 14a–d unterbrochen ist, prägt die Auswertungseinheit 26 aktiv Testspannungen auf und schließt aus der daraufhin gemessenen Spannungsdifferenz auf den Status des Schalters 14a. Die Testspannung sollte gegenüber der eigentlichen Signalspannung von beispielsweise 24 V klein sein, etwa unterhalb von 5%, um die Sicherheitsfunktion keinesfalls zu beeinträchtigen. Die Schalter 14a–d werden deshalb bevorzugt nacheinander abgefragt, um die Grenze nicht durch akkumulierte Testspannungen zu verletzen beziehungsweise um für hinreichende Messzuverlässigkeit die Grenze mit jeder einzelnen Testspannung ausschöpfen zu können.
  • Eine der 2 analoge Anordnung kann für das Aussenden und Messen von Strömen gewählt werden.
  • Die Visualisierung mittels der Anzeigeelemente 28a–d oder 32 kann in einer alternativen Ausführungsform auch für jeden Schalter 14a–d zweifach vorhanden sein, um die Status der beiden zugehörigen Schließkontakte einzeln darzustellen. Auch ist denkbar, an die beiden Leitungen 34, 36 unterschiedliche Schalter 14a–d jeweils einkanalig anzuschließen. Dadurch verdoppelt sich die Zahl der anschließbaren Schalter 14a–d, während die von dem dann nur einkanaligen System erfüllten Sicherheitsanforderungen geringer sind.
  • Einschlägige Sicherheitsanforderungen für eine Sicherheitssteuerung sind in der Norm EN 954-1 bzw. ISO 13849 (performance level) festgelegt. Die jeweils mögliche Sicherheitsstufe und die weiteren Sicherheitsanforderungen an eine Anwendung sind in der Norm EN 61508 bzw. EN 62061 definiert. Aus derartigen Normen kann man weitere Definitionen dazu entnehmen, unter welchen Bedingungen ein Anschluss 12a–d, 16, 18 sicher oder nicht sicher ist.
  • In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist möglich, mehrere Anschlussvorrichtungen 10 kaskadiert hintereinander zu schalten, um damit die Zahl der Anschlüsse 12a12d zu vergrößern oder variabel zu halten. Problematisch könnte dabei werden, dass sich nicht abgestimmte Testspannungen und Testströme kritisch aufaddieren, die genannten Grenzen überschreiten und damit die Sicherheitsfunktion gefährden. Dies kann durch feste Zeitfenster oder eine einfache Synchronisation, mit der eine jeweils Testspannungen oder Testströme aufprägende Anschlussvorrichtung 10 die übrigen Anschlussvorrichtungen 10 vorübergehend davon abhält, dies ihrerseits gleichzeitig zu tun verhindert werden. Da ein wesentlicher Vorteil der Anschlussvorrichtung 10 in ihrer Einfachheit liegt, die sich etwa in den nicht sicheren Anschlüssen 12a–d zeigt, dürfen die Anforderungen hier aber nicht allzu komplex werden.

Claims (11)

  1. Sichere Anschlussvorrichtung (10) zur Zusammenfassung der Signale einer Vielzahl von sicherheitsrelevanten Schaltern (14a–d) in sternförmiger UND-Konfiguration, welche eine Reihenschaltung einer Erzeugungseinrichtung (20, 16) für ein Schaltsignal, insbesondere ein Betriebsbereitschaftssignal, mit zunächst einer Vielzahl von passiven Schalteranschlüssen (12a–d), welche dafür ausgebildet sind, das Schaltsignal nur weiterzuleiten, wenn ein geschlossener Schalter (14a–d) angeschlossen ist, und schließlich einem Ausgang (18) für die Ausgabe des Schaltsignals nach Durchlaufen aller Schalter (14a–d) aufweist, so dass das Schaltsignal nur dann am Ausgang (18) anliegen kann, wenn an allen Schalteranschlüssen (12a–d) ein geschlossener Schalter (14a–d) angeschlossen und somit der Stern an keiner Stelle unterbrochen ist, wobei eine Auswertungseinrichtung (26) vorgesehen ist, welche für eine Lokalisierung ausgebildet ist, die anhand eines Stroms oder Spannungsabfalls an den Schalteranschlüssen (12a, 12b) erkennt, an welchem der Schalteranschlüsse (12a–d) ein offener oder kein Schalter (14a–d) angeschlossen ist, wobei Testströme oder Testspannungen in den Stern eingespeist und ausgemessen werden, welche gering genug sind, die Sicherheit des Schaltsignals nicht zu beeinträchtigen.
  2. Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Erzeugungseinrichtung ein zweikanaliger Eingang (16) und der Ausgang (18) zweikanalig ist.
  3. Anschlussvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schalteranschlüsse (12a–d) zweikanalig und für äquivalente Anschaltung ausgebildet sind, um das Schaltsignal an einem Schalteranschluss (12a–d) nur weiterzuleiten, wenn an dem Schalteranschluss (12a–d) beide Kanäle (34, 36) durch angeschlossene Schalter (141a, 142a) geschlossen sind.
  4. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Testströme oder Testspannungen nacheinander, insbesondere zyklisch über jeweils einen Schalteranschluss (12a, 12b) eingespeist werden.
  5. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlussvorrichtung (10) einen zusätzlichen nicht sicheren Ausgang (30) aufweist, über welchen die Auswertungseinrichtung (26) zur externen Anzeige (32) oder Diagnose das Ergebnis der Lokalisierung, die gesendeten und/oder die gemessenen Testströme oder Testspannungen ausgeben kann.
  6. Anschlussvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Anzeigeelement (28a–d, 32) der Anschlussvorrichtung vorgesehen ist, insbesondere eine LED (28a–d) je Schalteranschluss (12a–d), und die Auswertungseinheit (26) dafür ausgebildet ist, über das Anzeigeelement (28a–d, 32) darzustellen, an welchem Anschluss (12a–d) ein offener oder kein Schalter (14a–d) angeschlossen ist.
  7. Verfahren zum sicheren Zusammenfassen der Signale einer Vielzahl von sicherheitsrelevanten Schaltern (14a–d) zu einem gemeinsamen Schaltsignal, wobei die Schalter (14a–d) über passive Schalteranschlüsse (12a–d) an eine Anschlussvorrichtung (10) angeschlossen und dadurch in sternförmiger UND-Konfiguration in Reihe geschaltet werden, so dass das Schaltsignal durch die UND-Konfiguration der Schalter (14a–d) zu einem gemeinsamen Ausgang (18) geführt wird und den Ausgang (18) nur erreicht, wenn an jedem Schalteranschluss (12a–d) ein geschlossener Schalter (14a–d) angeschlossen und somit der Stern an keiner Stelle unterbrochen ist, wobei eine Lokalisierung vorgenommen wird, um zu erkennen, an welchem der Schalteranschlüsse (12a–d) ein offener oder kein Schalter (14) angeschlossen ist, indem Testströme oder Testspannungen über einen Schalteranschluss (12a–d) geführt werden und anhand einer Stromunterbrechung oder eines Spannungsabfalls erkannt wird, wenn keine leitende Verbindung besteht, und wobei die Testströme oder Testspannungen klein genug gegenüber dem Schaltsignal sind, um die Sicherheit des ausgegebenen Schaltsignals zu gewährleisten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schalter (14a–d) zweikanalig in äquivalenter Anschaltung an die Anschlussvorrichtung (10) angeschlossen werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei für jeden Zyklus der Lokalisierung nacheinander Testströme oder Testspannungen über jeweils einen Schalteranschluss (12a–d) geführt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Ergebnis der Lokalisierung, die gesendeten und/oder die gemessenen Testströme oder Testspannungen von der Anschlussvorrichtung (10) ausgegeben und extern zu Überwachungs- oder Diagnosezwecken gespeichert, analysiert und/oder angezeigt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei jeweils ein einem Schalteranschluss (12a–d) zugeordnetes Anzeigeelement (28a–d), insbesondere eine LED, aktiviert wird, wenn erkannt wird, dass an dem Schalteranschluss (12a–d) kein oder ein offener Schalter (14a–d) angeschlossen ist.
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