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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Sicherheitstechnik innerhalb der industriellen Automatisierungstechnik.
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Sicherheitsrelevante Applikationen werden bisher durch separate Sicherheitsauswertegeräte in Kombination mit konventionellen Schaltgeräten (z. B. Schütze) realisiert. Neben einer Standardverdrahtung eines Steuerstromkreises der Schaltgeräte (z. B. Anbindung an eine Steuerung) muss folglich das Sicherheitsauswertegerät mit eingebunden werden. Dabei sind folgende Funktionen zu realisieren:
- – Anbindung der Sicherheitssensorik (Sensorkreis) z. B. NOT/AUS-Taster oder Positionsschalter,
- – Anbindung an die Schaltgeräte (Freigabe- und Rückführkreis), d. h. die Ansteuerung der Schütze und die Rückmeldung von den Schützen an die Auswertegeräte,
- – Anbindung an die Steuerung zur Meldung des Zustandes des Sicherheitsauswertegerätes (Meldekreis).
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Wird eine solche Anwendung um ein Sicherheitsauswertegerät erweitert, entsteht ein erheblicher Aufwand für die Verdrahtung von Freigabe-, Rückführ- und Meldekreis. Neben dem Aufwand für die eigentliche Verdrahtung sind auch die Aufwände durch die anfallende Planung und den Systemtest zu beachten. Ferner steigt mit einem erhöhten Verdrahtungsaufwand eines Systems die Fehleranfälligkeit.
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Wird beispielsweise innerhalb der industriellen Automatisierungstechnik die Anbindung eines Verbrauches (z. B. Motor) an eine Hauptstromverbindung betrachtet, so erfolgt dies üblicherweise mittels eines Verbraucherabzweigs, siehe 1. Damit ein derartiges System sicherheitsgerichtet ausgebildet ist und die Anforderungen der gültigen Normen und Vorschriften im Bereich von sicherheitsrelevanten Anwendungen erfüllt werden, ist eine oben angesprochene aufwendige Verdrahtung des Verbraucherabzweiges mit einem Gruppenschütz und einem Sicherheitsauswertegerät erforderlich, siehe 2.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung die erforderliche Verdrahtung bei sicherheitsrelevanten Applikationen mit einem Gruppenschütz und einem Verbraucherabzweig zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, d. h. durch ein Sicherheitssystem mit einem Sicherheitsmodul, einem Gruppenschütz und einen Verbraucherabzweig, wobei das Sicherheitsmodul eine erste Systemschnittstelle zur direkten Kontaktierung und Kommunikation mit dem Gruppenschütz aufweist, das Gruppenschütz eine mit der ersten Systemschnittstelle kompatible zweite Systemschnittstelle zur direkten Kontaktierung und Kommunikation mit dem Sicherheitsmodul aufweist, das Sicherheitsmodul eine dritte Systemschnittstelle zur direkten Kontaktierung und Kommunikation mit dem Verbraucherabzweig aufweist und der Verbraucherabzweig eine mit der dritten Systemschnittstelle kompatible vierte Systemschnittstelle zur direkten Kontaktierung und Kommunikation mit dem Sicherheitsmodul aufweist, sowie durch ein Sicherheitsmodul gemäß Anspruch 11, d. h. durch ein Sicherheitsmodul mit einer ersten und dritten Systemschnittselle, wobei das Sicherheitsmodul über die erste Systemschnittselle mit einem Gruppenschütz und über die dritte Systemschnittstelle mit einem Verbraucherabzweig direkt kommunizieren kann, sowie durch ein Gruppenschütz gemäß Anspruch 12 und einen Verbraucherabzweig gemäß Anspruch 13.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 angegeben.
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Ein Verbraucherabzweig umfasst hierbei vorzugsweise mindestens je einen Leistungsschalter, ein Schütz und ein Funktionsmodul. Das Funktionsmodul steuert hierbei vorzugsweise die Spule des Schützes und kann den Zustand des Schützes ermitteln. Ferner kann das Funktionsmodul vorzugsweise über die am Schütz anliegende Spannung ermitteln, ob der Leistungsschalter geschaltet ist oder nicht. Vorzugsweise ist das Funktionsmodul auf dem zugehörigen Schütz montiert. Unter dem Begriff Verbraucherabzweig wird ebenso ein Kompaktabzweig gesehen.
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Dadurch, dass das Sicherheitsmodul über seine erste bzw. dritte Systemschnittstelle direkt mit dem Gruppenschütz bzw. dem Verbraucherabzweig kontaktiert ist und kommunizieren kann, entfällt die aufwändige Einzelverdrahtung der einzelnen Geräte untereinander. Üblicherweise müssen die jeweiligen Geräte und insbesondere deren Eingänge und Ausgange untereinander mittels einer Einzelverdrahtung mit einer entsprechenden Logik derart verkabelt werden, das ein für die Sicherheitstechnik erwünschte Melde-, Freigabe und Rückführkreis vorliegt.
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Bei dem erfindungsgemäßen direkten Kontaktieren über die Systemschnittstellen erfolgt die Verbindung zwischen dem Sicherheitsmodul und dem Gruppenschütz und/oder dem Verbraucherabzweig:
- a) vorzugsweise unmittelbar nur über die entsprechende Systemschnittstellen; d. h. die entsprechenden Systemschnittstellen selbst stellen untereinander eine elektrische Kontaktierung her, so dass hierüber eine Kommunikation erfolgen kann, oder
- b) über ein Adapterstück, welches zwischen den entsprechenden Systemschnittstellen für eine elektrische Kontaktierung sorgt, so dass vorzugsweise vollständig hierüber kommuniziert werden kann. Als Adapterstück wird keine herkömmliche Einzelverdrahtung gesehen. Das Adapterstück ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.
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Dadurch, dass das Sicherheitsmodul zur Kommunikation mit dem Gruppenschütz und dem Verbraucherabzweig jeweils eine Systemschnittstelle aufweist entfällt das aufwändige Verdrahten zwischen den einzelnen Modulen. Es muss lediglich dafür gesorgt werden, dass die erste Systemschnittstelle mit der zweiten Systemschnittstelle und die dritte Systemschnittstelle mit der vierten Systemschnittstelle verbunden ist. Die Kommunikation, welche nun zwischen dem Sicherheitsmodul und dem Gruppenschütz und/oder dem Verbraucherabzweig erfolgt, kann vorzugsweise vollständig über die jeweilige Systemschnittstelle abgewickelt werden.
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Das Sicherheitsmodul kann folglich über die erste Systemschnittstelle, welche vorzugsweise unmittelbar mit der zweiten Systemschnittstelle des Gruppenschützes verbunden ist, das Gruppenschütz steuern, sowie die Schaltstellung des Gruppenschützes ermitteln.
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Ferner kann das Sicherheitsmodul vorzugsweise Zustandsinformationen des Verbraucherabzweigs sowie seine eigenen Zustandsinformationen über seine dritte Systemschnittstelle, welche mit der vierten Systemschnittstelle verbunden ist, austauschen. Das Sicherheitsmodul kann somit vorzugsweise Abzweigschütze des Verbraucherabzweigs schalten, sowie die Schaltstellungen der Abzweigschütze des Verbraucherabzweigs ermitteln.
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Durch das Verwenden des erfindungsgemäßen Sicherheitssystems muss beim Verbinden zweier Geräte lediglich eine Verbindung bzw. Kontaktierung zwischen den jeweiligen Systemschnittstellen erfolgen und nicht je Signaltyp eine separate Einzelverdrahtung. Hierdurch kann der Verdrahtungsaufwand enorm reduziert werden. Das direkte Kontaktieren (Verbinden) der entsprechenden Systemschnittstellen untereinander erfolgt hierbei vorzugsweise unmittelbar, kann aber auch über einen Adapter erfolgen.
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Ein Endanwender, welcher sich einem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem bedient, wird die Verkabelung enorm erleichtert. Die Planung kann hierbei nahezu vollkommen entfallen. Ebenso sind die nach einer Verkabelung erforderlichen Tests nicht mehr notwendig, da durch das Verbinden mittels der Systemschnittstellen ein ordnungsgemäßes Kontaktieren sichergestellt werden kann. Ferner wird die Fehleranfälligkeit, durch die Reduzierung der notwendigen Verkabelungen stark reduziert. Kosten sowie Zeit können ebenso eingespart werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind im montierten Zustand die erste Systemschnittstelle mit der zweiten Systemschnittstelle und/oder die dritte Systemschnittstelle mit der vierten Systemschnittstelle unmittelbar oder mittels eines Adapters verbunden.
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Auf diese Weise erfolgt eine äußerst übersichtliche und für den Endanwender einfache Verbindung der einzelnen Module des Sicherheitssystems untereinander. Vorzugsweise sind die entsprechenden Systemschnittstellen zueinander derart ausgebildet, dass ein falsches Anschließen nicht möglich ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das Sicherheitsmodul und das Gruppenschütz derart ausgebildet, dass beim mechanischen Koppeln des Sicherheitsmoduls mit dem Gruppenschütz die erste Systemschnittstelle automatisch mit der zweiten Systemschnittstelle direkt verbunden wird, so dass das Sicherheitsmodul über die erste und zweite Systemschnittstelle mit dem Gruppenschütz kommunizieren kann.
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Das Sicherheitsmodul wird zum mechanischen Koppeln mit dem Gruppenschütz vorzugsweise auf das Gruppenschütz aufgesetzt. Bei diesem Vorgang erfolgt vorzugsweise ein unmittelbares Verbinden der ersten Systemschnittstelle mit der zweiten Systemschnittstelle, so dass eine elektrische Kontaktierung zur Kommunikation vorliegt. Die erste und zweite Systemschnittstelle ist im gekoppelten Zustand beispielsweise mittels einer Steckverbindung miteinander verbunden. Vorzugsweise erfolgt die vollständige Kommunikation zwischen dem Sicherheitsmodul und dem Gruppenschütz über die Verbindung der ersten und zweiten Systemschnittstelle.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Sicherheitsmodul mit dem Verbraucherabzweig über die dritte und vierte Systemschnittstelle mittels eins Adapters verbunden, so dass das Sicherheitsmodul mit dem Verbraucherabzweig hierüber kommunizieren kann.
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Das Sicherheitsmodul ist hierbei vorzugsweise mit dem Verbraucherabzweig mechanisch gekoppelt. Die vierte Systemschnittstelle des Verbraucherabzweiges wird hierbei vorzugsweise durch ein Funktionsmodul des Verbraucherabzweigs gebildet. Das Sicherheitsmodul kann somit über die dritte und vierte Systemschnittstelle mit dem Verbraucherabzweig kommunizieren. Der Adapter zum direkten Kontaktieren der dritten Systemschnittstelle mit der vierten Systemsschnittstelle ist hierbei vorzugsweise einstückig ausgebildet. Dank einer Verbindung der dritten und vierten Systemschnittstelle mittels des Adapters kann somit vorzugsweise die gesamte Kommunikation zwischen dem Sicherheitsmodul und dem Verbraucherabzweig erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Sicherheitssystem mit einer Steuerung verbunden, wobei eine Kommunikation des Sicherheitssystems mit der Steuerung vollständig über eine Kommunikationsverbindung des Verbraucherabzweigs mit der Steuerung erfolgt.
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Dadurch, dass das Sicherheitsmodul mit dem Verbraucherabzweig über die dritte und vierte Systemschnittstelle gekoppelt ist, kann das Sicherheitsmodul ebenso über die Kommunikationsverbindung des Verbraucherabzweigs mit der Steuerung kommunizieren. Es ist somit keine separate Verbindung des Sicherheitsmoduls mit der Steuerung erforderlich. Eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Verbraucherabzweig und der Steuerung (beispielsweise eine SPS) erfolgt hierbei vorzugsweise über IO-Link, AS-Interface, Profibus oder Profinet. Ferner erfolgt die Energieversorgung des Sicherheitsmoduls vorzugsweise über die dritte und vierte Systemschnittstelle. Der in der Sicherheitstechnik notwendige Meldekreis kann somit über die bereits vorhandene Kommunikationsverbindung des Verbraucherabzweigs erfolgen, so dass eine separate Verkabelung zwischen der Steuerung und dem Sicherheitsmodul entfallen kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Sicherheitssystem mit einer sicherheitsgerichteten Steuerung verbunden, wobei eine sicherheitsgerichtete Kommunikation des Sicherheitssystems mit der sicherheitsgerichteten Steuerung vollständig über eine sicherheitsgerichtete Kommunikationsverbindung des Sicherheitsmoduls mit der sicherheitsgerichteten Steuerung erfolgt.
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Die Kommunikation erfolgt somit über die sicherheitsgerichtete Kommunikationsverbindung, wie beispielsweise IO-Link Safety, AS-Interface Safety, Profibus Safety oder Profinet Safety. Die Kommunikation des Verbraucherabzweigs mit der sicherheitsgerichteten Steuerung erfolgt somit über das Sicherheitsmodul. Eine separate Kommunikationsverbindung des Verbraucherabzweigs mit der sicherheitsgerichteten Steuerung kann somit entfallen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung überwacht das Sicherheitsmodul die Schaltstellungen des Gruppenschützes und/oder eines mindestens einen Abzweigschützes des Verbraucherabzweiges.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Sicherheitsmodul das Gruppenschütz und/oder ein Abzweigschütz des Verbraucherabzweigs abschalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung versorgt der Verbraucherabzweig über die vierte Systemschnittstelle das Sicherheitsmodul mit Energie.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Sicherheitsmodul ein zeitlich definiertes Abschalten des Gruppen- und mindestens einen Abzweigschützes des Verbraucherabzweigs herbeiführen.
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Das Abschalten des Gruppen- und der Abzweigschütze kann folglich separat und somit versetzt erfolgen, so dass ein definiertes Abnutzungsverhalten der Schütze herbeigeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Verbraucherabzweig jeweils mindestens einen Leistungsschalter, ein Schutz und ein Funktionsmodul oder ist ein Kompaktabzweig.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das Sicherheitsmodul und der Verbraucherabzweig derart ausgebildet, dass bei einem mechanischen Koppeln des Sicherheitsmoduls mit dem Verbraucherabzweig die dritte Systemschnittstelle automatisch mit der vierten Systemschnittstelle verbunden wird, so dass hierüber kommuniziert werden kann.
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Das automatische Verbinden kann hierbei beispielsweise über ein U-förmiges Verbindungselement (Adapter) erfolgen, so dass bei einer nebengeordneten Montage eine elektrische Verbindung zur Kommunikation hergestellt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kommunikation zwischen dem Sicherheitsmoduls und dem Gruppenschütz und dem Sicherheitsmodul mit dem Verbraucherabzweig lediglich über die entsprechende Systemschnittstelle.
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Im Folgenden werden die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 einen herkömmlichen Verbraucherabzweig, welcher mit einer Steuerung verbunden ist,
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2 einen Verdrahtungsaufwand eines herkömmlichen sicherheitsgerichteten Verbraucherabzweigs,
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3 einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitsmoduls, welches auf einem Gruppenschütz montiert ist,
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4 einen schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems, und
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5 einen schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems.
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1 zeigt einen herkömmlichen Verbraucherabzweig 2, welcher mit einer Steuerung 1 verbunden ist. Der Verbraucherabzweig 2 ist hierbei über eine IO-Link Kommunikationsverbindung 16 mit der Steuerung 1 verbunden. Der Verbraucherabzweig 2 umfasst vier Verbraucherabzweigeinheiten mit jeweils einem Leistungsschalter 3 einem Schütz 4 und einem Funktionsmodul 5, welches auf das Schütz 4 aufgesteckt ist. Alternativ zum Verbraucherabzweig 2 kann hierbei ebenso ein Kompaktabzweig betrachtet werden. Durch den Verbraucherabzweig 2 können mehrere Abzweige einer Hauptstromverbindung 15 an die entsprechenden Verbraucher 9 (in diesem Beispiel Motoren) erfolgen. Die Hauptstromversorgung 15 beträgt hierbei 400 Volt. Über die IO-Link Kommunikationsverbindung 16 erfolgt die Bereitmeldung, die Ansteuerung (betriebsmäßig Schalten), sowie die Rückmeldung (Schütz hat geschaltet) zwischen dem Verbraucherabzweig 2 und der Steuerung 1. Die in 1 abgebildete Verkabelung stellt ein herkömmliches Anbinden eines nichtsicherheitsgerichteten Systems mit einem Verbraucherabzweig 2 dar.
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2 zeigt einen Verdrahtungsaufwand eines herkömmlichen sicherheitsgerichteten Verbraucherabzweigs 2. Das System aus 1 wurde nun mit den erforderlichen Sicherheitskomponenten erweitert, so dass ein sicherheitsgerichtetes System bereitgestellt werden kann. Zusätzlich zur 1 kommen als Komponenten ein Sicherheitssensor 8, ein Sicherheitsauswertegerät 7 und ein Gruppenschütz 6 hinzu.
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Das Sicherheitsauswertegerät 7 wird hierbei zur Versorgung des Steuerstromkreises mit einer Einzelverdrahtung 11 mit Gleichstrom (24 Volt) versorgt. Über das Sicherheitsauswertegerät 7 müssen sowohl die Anbindung der Sicherheitssensorik (Sensorkreis), die Anbindung der Schaltgeräte 6, 4 (Freigabe und Rückführkreis) sowie die Anbindung der Steuerung 1 (Meldekreis) erfolgen.
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Die Auswertung des Sicherheitssensors 8 (Sensorkreis) erfolgt am Sicherheitsauswertegerät 7. Hierfür ist das Sicherheitsauswertegerät 7 über einen Einzelverdrahtung 14 mit dem Sicherheitssensor 8, in diesem Fall ein Not-Aus-Taster, verbunden.
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Die Zustandsmeldung des Sicherheitsauswertegerätes 7 an die Steuerung 1 (Meldekreis) erfolgt hierbei über eine Einzelverdrahtung 10 mit der Steuerung 1.
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Der Freigabekreis wird ebenso seitens des Sicherheitsauswertegerätes 7 gesteuert. Hierbei erfolgt eine Einzelverdrahtung 12 sowohl mit dem Gruppenschütz 6 als auch mit dem Verbraucherabzweig 2, und hierbei insbesondere mit dem ersten Funktionsmodul 5. Über den Freigabekreis kann das Gruppenschütz 6 und alle Abzweigschütze 4 des Verbraucherabzweigs 2 abgeschaltet werden. Hierbei erfolgt üblicherweise zunächst die Abschaltung der Abzweigschütze 4 und in einem Fehlerfall die Abschaltung des Gruppenschützes 6. Um einen Fehlerfall des Gruppenschützes 6 oder der Abzweigschütze 4 des Verbraucherabzweigs 2 zu identifizieren, muss eine Verkabelung hinsichtlich des Rückführkreises erfolgen. Hierbei wird das Sicherheitsauswertegerät 7 mittels einer Einzelverdrahtung 13 mit dem Gruppenschütz 6 verbunden. Das Gruppenschütz 6 wiederum mittels einer Einzelverdrahtung hinsichtlich des Rückführkreises mit einem ersten Funktionsmodul 5 des Verbraucherabzweigs 2. Daraufhin werden die einzelnen Verbraucherabzweigeinheiten und insbesondere deren Funktionsmodule 5 über eine Einzelverdrahtung 13 in Reihe miteinander verkabelt. Das Funktionsmodul 5 der letzten Verbraucherabzweigeinheit wird letztendlich über eine Einzelverdrahtung 13 mit dem Sicherheitsauswertegerät 7 verbunden. Über den hierdurch gebildeten Rückführkreis kann das Sicherheitsauswertegerät 7 einen Fehlerfall identifizieren. Eine derartige Verkabelung ist für einen Endanwender zeitaufwändig, erfordert eine Planung sowie Testläufe und ist durch die zahlreichen variablen Anschlussmöglichkeiten fehlerträchtig.
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3 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sicherheitsmoduls 19, welches auf einem Gruppenschütz 6 montiert ist. Das erfindungsgemäße Sicherheitsmodul 19 weist an der zum Gruppenschütz zugewandten Gehäuseseite eine erste Systemschnittstelle zur direkten Kontaktierung und Kommunikation mit dem Gruppenschütz 6 auf. Das Gruppenschütz 6 weist an der zum Sicherheitsmodul 19 zugewandten Seite des Gehäuses eine entsprechende zweite Systemschnittstelle auf, welche mit der ersten Systemschnittstelle des Sicherheitsmoduls 19 kompatibel ist. Durch das Aufstecken des Sicherheitsmoduls 19 auf das Gruppenschütz 6 erfolgt ein elektrisches Kontaktieren der ersten Systemschnittstelle mit der zweiten Systemschnittstelle. Die üblicherweise notwendige Verdrahtung zwischen dem Gruppenschütz 6 und dem Sicherheitsauswertegerät, welches in diesem Fall durch das Sicherheitsmodul 19 ersetzt wird, kann somit vollständig entfallen. Das Sicherheitsmodul 19 weist auf der Forderseite vorzugsweise weitere Anschlüsse 21 für beispielsweise einen Sicherheitssensor oder eine Versorgung des Steuerstromkreises auf. Das Sicherheitsmodul 19 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass während dem Koppeln mit dem Gruppenschütz 6 sowohl eine elektrische als auch eine mechanische Verbindung untereinander hergestellt wird.
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Die hierdurch gebildete Sicherheitsmodul-Gruppenschützeinheit 19, 6 ist ferner derart ausgebildet, dass sie an einen Verbraucherabzweig gekoppelt werden kann. Hierfür weist das Sicherheitsmodul 19 eine dritte Systemschnittstelle 20 auf, mit welcher ein Kontaktieren mit dem Verbraucherabzweig erfolgen kann. Dieses Kontaktieren erfolgt beispielsweise unmittelbar durch direktes Koppeln des Sicherheitsmoduls 19 mit dem Verbraucherabzweig und hierbei insbesondere mit einem Funktionsmodul des Verbraucherabzweigs, oder über einen Adapter. Der Adapter zwischen der dritten Systemschnittstelle 20 und der vierten Systemschnittstelle des Verbraucherabzweigs stellt eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Systemschnittstellen her, so dass jegliche Kommunikation zwischen dem Verbraucherabzweig und dem Sicherheitsmodul 19 über die Schnittstellen erfolgen kann. Eine aufwändige Einzelverkabelung für einen Endanwender kann somit vollständig entfallen.
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Die an einem Verbraucherabzweig vorhandenen Funktionsmodule werden somit um ein Sicherheitsmodul 19 erweitert. Dieses Sicherheitsmodul 19, welches auf dem Gruppenschütz 6 (Netzschütz) montiert ist, wird folglich über die dritte Systemschnittstelle 20 mit einem Funktionsmodul und hierüber mit den Abzweigschützen verbunden. Im Falle eines Kompaktabzweigs wird das Sicherheitsmodul 19 über die dritte Systemschnittstelle 20 mit dem Kompaktabzweig verbunden.
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Für den Datenaustausch zwischen dem Sicherheitsmodul 19 und dem ersten Funktionsmodul (und somit allen anderen Funktionsmodulen, da diese untereinander über einen internen Systembus miteinander verbunden sind) wird ein geeigneter Mechanismus (z. B. gemeinsam genutzter Dualboard Speicherbereich) genutzt, mit dem die Zustandsinformationen zwischen den Funktionsmodulen und dem Sicherheitsmodul 19 ausgetauscht werden. Damit stehen im Sicherheitsmodul 19 Informationen zum betriebsmäßigen Schalten zur Verfügung (Ansteuersignale und Rückmeldungen), die zur dynamischen Überwachung erforderlich sind. Ebenso werden dem Funktionsmodul über die dritte und vierte Schnittstelle die Statusinformationen (Sicherheitsabschaltung, Grund der Abschaltung, etc.) des Sicherheitsmoduls 19 zur Verfügung gestellt. Diese können dann über die Kommunikationsschnittstelle (z. B. IO-Link, Profibus, Profinet, AS-Interface) an eine überlagerte Steuerung übertragen werden (Meldekreis). Über die dritte und vierte Systemschnittstelle kann somit ebenso die Energieversorgung des Sicherheitsmoduls 19, der Freigabekreis (UHilf für die Abzweige) und der Rückführkreis (Schaltzustandserkennung) und der Meldekreis erfolgen.
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Die an den Anschlussstellen 21 angeschlossenen Sicherheitssensoren können somit von dem Sicherheitsmodul 19 ausgewertet werden (Sensorkreis). Bei einem sicherheitskritischen Zustand kann das Sicherheitsmodul 19 über die erste Systemschnittstelle das Gruppenschütz 6 abschalten sowie die Schaltstellung des Gruppenschützes überwachen. Ebenso kann das Sicherheitsmodul 19 über die dritte Systemschnittstelle die Abzweigschütze des Verbraucherabzweigs abschalten und über die dritte Systemschnittstelle 20 die Schaltstellungen der Abzweigschütze kontrollieren. Ferner kann das Sicherheitsmodul 19 über den Meldekreis den jeweiligen Zustand an eine übergeordnete Steuerung ausgeben. Erfolgt die Anbindung des Meldekreises direkt über das Sicherheitsmodul 19, so erfolgt die Kommunikation des Sicherheitsmodul 19 sowie des Verbraucherabzweigs direkt über das Sicherheitsmodul 19. Alternativ erfolgt die Kommunikation mit der Steuerung über die dritte Systemschnittstelle 20 und somit über den Verbraucherabzweig.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform erkennt das erste Funktionsmodul über einen Handshake Mechanismus an der dritten Systemschnittstelle 20, das ein Sicherheitsmodul 19 vorhanden ist.
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4 zeigt einen schematischen Aufbau einer erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems 22. Hierbei ist ersichtlich, dass im Vergleich zur herkömmlichen Verdrahtung, wie sie in 2 dargestellt wurde, eine enorme Reduzierung des Verdrahtungsaufwandes erfolgte. Das Sicherheitsmodul 19 ist auf ein Gruppenschütz 6 aufgesteckt, so dass das Sicherheitsmodul 19 mit dem Gruppenschütz 6 über die erste und zweite Systemschnittstelle miteinander elektrisch verbunden ist. Hierbei kontaktiert die erste Systemschnittstelle unmittelbar die zweite Systemschnittstele. Die Kommunikation zwischen dem Sicherheitsmodul 19 und dem Gruppenschütz 6 erfolgt vollständig über die erste und zweite Systemschnittstelle.
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Ferner ist das Sicherheitsmodul 19 mit dem Verbraucherabzweig 2 mechanisch sowie elektrisch verbunden. Hierbei ist die dritte Systemschnittstelle 20 mittels eines Adapters 26 (Verbindungselement) mit der vierten Systemschnittstelle 25 des Verbraucherabzweigs 2 verbunden. Insbesondere das Funktionsmodul 5, welches dem Sicherheitsmodul 19 zugewandt ist weist die die vierte Systemschnittstelle 25 auf. Die Kommunikation zwischen dem Sicherheitsmodul 19 und dem Verbraucherabzweig 2 erfolgt vollständig über die dritte und vierte Systemschnittstelle 18. Die dritte und vierte Systemschnittstelle 18 kann ebenso auf den zugewandten Seiten des Gruppenschütz 6 und des Funktionsmoduls 5 angeordnet sein. Die dritte und vierte Systemschnittstelle 18 sind vorzugsweise im montierten Zustand direkt gegenüberliegend angeordnet, so dass beispielsweise mittels einer Steckverbindung eine Kontaktierung zur Kommunikation erfolgen kann. Die einzelnen Funktionsmodule 5 des Verbraucherabzweigs 2 sind über Funktionsmodulsystemschnittstellen 17 oder über einen Rückwandbus miteinander verbunden, so dass eine direkte Kommunikation des Sicherheitsmoduls 19 mit den einzelnen Funktionsmodulen 5 erfolgen kann. Die einzelnen Funktionsmodule 5 sind jeweils auf ein mit einem Leistungsschalter 3 verbundenen Schütz 4 aufgesteckt.
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Die Steuerung 1 ist über eine Kommunikationsverbindung 16 mit einem Funktionsmodul 5 des Verbraucherabzweigs 2 verbunden. Das Sicherheitssystem 22 wird somit durch den Verbraucherabzweig 2, das Gruppenschütz 6 und dem auf dem Gruppenschütz 6 aufgesteckten Sicherheitsmodul 19 gebildet.
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Die Kommunikation hinsichtlich des Freigabekreis, des Rückführkreis, als auch des Meldekreis erfolgt insbesondere über die ”internen” Systemschnittstellen (zwischen der dritten und vierten Systemschnittstelle 18 sowie den Funktionsmodulsystemschnittstellen 17) bzw. der bereits vorhandenen Kommunikationsverbindung 16. Lediglich die Verdrahtung der Sicherheitssensoren 8 an das Sicherheitsmodul 19 muss mittels einer Einzelverdrahtung 14 erfolgen.
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Das Sicherheitsmodul 19 übernimmt somit in dieser Konstellation die Auswertung der angeschlossenen Sensoren 8 (z. B. Not-Aus) und Aktoren/Schütze 4 sowie eine erforderliche Sicherheitsabschaltung. Die Sicherheitsabschaltung kann zum einen durch ein Abschalten des Gruppenschütz 6 (und Überwachung des Schaltvorgangs mittels der integrierten Schaltstellenerfassung über die erste Systemschnittstelle = Rückführkreis) und zum anderen durch ein Abschalten der Abzweigschütze 4 des Verbraucherabzweiges 2 durch Wegschalten der Hilfsenergie UHilf auf der dritten Systemschnittstelle 20 (und Überwachung des Schaltvorgangs mittels der integrierten Schaltstellenerfassung über die dritte und vierte Systemschnittstelle 18 = Rückführkreis) erfolgen.
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Ferner kann durch ein zeitlich definiertes Abschalten des Gruppenschütz 6 und der Abzweigschütze 4, des Verbraucherabzweigs 2, ein definiertes Abnutzungsverhalten erzwungen werden. Werden diese Schütze 4 statt gleichzeitig in einer definierten Folge nacheinander abgeschaltet, so findet ein Verschleiß (z. B. Abbrand der Kontakte) immer bei dem zuerst geschalteten Schütz 4 statt.
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In 4 wird eine mögliche Lösung (Safety local) beschrieben, bei der die Sicherheitsfunktion lediglich lokal im Sicherheitsmodul 19 abgehandelt werden. Das Sicherheitsmodul 19 wertet die angeschlossenen Sicherheitssensoren 8 aus und schaltet ggf. die zugeordneten Abzweiggruppen (Hilfsschalter 6, Abzweigschütze 4) sicher ab. Die Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung 1 erfolgt über eine nicht sichere Kommunikationsverbindung 16. Über diese Verbindung werden die Signale für das betriebsmäßige Schalten (Bereitmeldung, Ansteuerung, Rückmeldung) und der Status der Safety-Funktion übertragen (Meldekreis). In diesem Fall kann sich somit die Kommunikationsschnittstelle für die Kommunikationsverbindung 16, wie in 4 abgebildet, an einem der Funktionsmodule 5 oder aber auch am Sicherheitsmodul 19 selbst befinden.
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5 zeigt einen schematischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitssystems 22. Hierbei liegt im Unterschied zur 4 eine sicherheitsgerichtete Steuerung 24 vor. An diese sicherheitsgerichtete Steuerung 24 sind Sicherheitssensoren 8 mittels einer Einzelverdrahtung 14 angeschlossen. Die sicherheitsgerichtete Steuerung 24 ist über eine sicherheitsgerichtete Kommunikationsverbindung 23 mit dem Sicherheitsmodul 19 verbunden. Die Kommunikation zwischen dem Sicherheitssystem 22 und der sicherheitsgerichteten Steuerung 24 erfolgt vollständig über das Sicherheitsmodul 19. Eine derartige sicherheitsgerichtete Kommunikationsverbindung 23 kann beispielsweise IO-Link Safety, AS-Interface Safety, PROFIBUS Safety, PROFINET Safety sein. Das Sicherheitsmodul 19 ist, wie bereits in 4 ausgeführt, über eine erste Systemschnittstelle mit der zweiten Systemschnittstelle des Gruppenschütz 6 verbunden und mit einer dritten Systemschnittstelle mit der vierten Systemschnittstelle des Verbraucherabzweigs 22 und insbesondere eines Funktionsmoduls verbunden. Die Übertragung der Abschalt- oder Freigabesignale, welche sich aus den Signalen der Sicherheitssensoren 8 ergeben, erfolgt nun über die sicherheitsgerichtete Steuerung 24, welche die entsprechenden Befehle an das Sicherheitsmodul 19 über die sicherheitsgerichtete Kommunikationsverbindung 23 ausgibt. Das somit vorliegende Sicherheitssystem 22 wird insbesondere genutzt für Signale für betriebsmäßiges Schalten (Bereitmeldung, Ansteuerung, Rückmeldung), Sicherheitsfreigaben und Abschaltsignale (inklusive Status, Rückmeldung) und optional Signale von angeschlossenen Sicherheitssensoren 8 (z. B. sicherer Eingang am Safety-Modul). Die Kommunikation des Verbraucherabzweigs 22 sowie des Sicherheitsmoduls 19 mit der sicherheitsgerichteten Steureung 24 erfolgt vollständig über die sicherheitsgerichtete Kommunikationsverbindung 23.
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Durch das erfindungsgemäße Sicherheitssystem 22 ergeben sich für den Kunden Vorteile, wie beispielsweise weniger Verdrahtungsaufwand, einfachere Dokumentation, geringe Varianz (Nutzung von Standardkomponenten), dynamische Überwachung des betriebsmäßigen Schaltens durch das Sicherheitsmodul (Fehler, wie z. B. verschweißtes Schütz, wird auch im Normalbetrieb erkannt und führt zu einer Abschaltung). Ebenso ergeben sich Herstellernutzen, wie beispielsweise die Trennung von Standard- und Safety-Bereichen in der Entwicklung, eine geringere Varianz in der Fertigung, der Logistik und dem Support.
