DE102012219275A1 - Safety actuator sensor-interface (ASi) slave for bus system e.g. ASi bus system of automation technology, has resistor that is connected with alarm circuit, for monitoring the presence of leakage currents - Google Patents

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Abstract

The slave has an input that is connected with a closed safety switch (S1) which interrupts a conductor loop in a safety case. The input has a multi-pin connector for connecting one connector pin to a supply voltage and other connector pin to an input logic. The connection pins are used to connect a shield electrode to a reference potential through a high value resistor. The resistor which monitors the presence of leakage currents, is connected with an alarm circuit (AW1).

Description

Sicherheitsgerichtete Slaves werden in der Automatisierungstechnik zum Beispiel bei dem Bussystem AS-Interface verwendet. Wie die sichere Datenübertragung bei einem AS-i Bussystem erfolgt ist unter anderem aus der Dokumentation Leuze electronic „Spezifikation der sicheren AS-i-Übertragung“ Version 2.0 vom 12.05.2000 Autor Bernhard Müller bekannt. Der sicherheitsgerichtete Slave in dieser Dokumentation S. 8 weist zwei Eingangskanäle auf, an die eine Sensorik angeschlossen ist. Alternativ können auch zwei Taster angeschlossen werden. Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 066 079 , die auf die Anmelderin zurückgeht, ist ein sicherheitsgerichteter Slave bekannt, der mit vier Sicherheitsschaltern verbunden werden kann. Die AS-i Spezifikation selbst sehen bei sicherheitsgerichteten Slaves jedoch nur zwei Kanäle vor. Aktive, sichere AS-i Eingangsslaves dienen der Erfassung des Schaltzustandes von Sicherheitsschaltern. Hierzu erlauben die sicheren ASi-Slaves den Anschluß von mechanischen und/oder Elektronischen Sicherheitsschaltern. Die vom sicheren AS-iSlave erfassten Schaltzustände werden über das AS-i Netzwerk an einen Sicherheitsmonitor übertragen, dort ausgewertet, und die vorgesehenen Maßnahmen vom Sicherheitsmonitor eingeleitet. Safety-related slaves are used in automation technology, for example in the AS-Interface bus system. How the secure data transfer takes place in an AS-i bus system is known, among other things, from the documentation Leuze electronic "Specification of safe AS-i transmission" Version 2.0 of 12.05.2000 author Bernhard Müller. The safety-related slave in this documentation p. 8 has two input channels to which a sensor system is connected. Alternatively, two buttons can be connected. From the European patent application EP 2 066 079 , which goes back to the applicant, a safety-related slave is known, which can be connected to four safety switches. However, the AS-i specification itself only provides two channels for safety-related slaves. Active, safe AS-i input slaves are used to detect the switching state of safety switches. For this purpose, the safe ASi slaves allow the connection of mechanical and / or electronic safety switches. The switching states detected by the safe AS-iSlave are transmitted via the AS-i network to a safety monitor where they are evaluated and the measures provided are initiated by the safety monitor.

Zur Erfassung des Schaltzustandes der an den Slave angeschlossenen sicheren Kontakte verfügt das Gerät über digitale Eingänge. Aus elektrischer Sicht sind dies normale Digitaleingänge wie sie auch in Standardgeräten zum Einsatz kommen. Diese können als sogenannte PNP- oder NPN-Eingänge ausgeführt sein. Mit PNP bezeichnet man Eingänge, welche dadurch eingeschaltet werden können indem eine Spannung an den Schalteingang angelegt wird. Mit NPN bezeichnet man Eingänge, welche dadurch eingeschaltet werden indem der Eingang auf Masse gelegt wird. The device has digital inputs to detect the switching status of the safe contacts connected to the slave. From an electrical point of view, these are normal digital inputs as they are used in standard devices. These can be designed as so-called PNP or NPN inputs. PNP refers to inputs which can be switched on by applying a voltage to the switching input. NPN refers to inputs which are switched on by grounding the input.

Der Sichere AS-i Slave ist aufgrund der an ein Gerät der Sicherheitstechnik gestellten erhöhten Anforderungen entsprechend umfangreicher in Bezug auf die Fehlersicherheit der Elektronik und das Gerät insgesamt aufgebaut. Unter anderem sind hierbei die sicherheitsrelevanten Schaltungsteile teilweise redundant aufgebaut um eine 1-Fehlersicherheit zu erzielen oder es existieren Diagnosemöglichkeiten, welche interne Fehler aufzeigen und den Anwender hierüber informieren können. Due to the increased demands placed on a safety technology device, the safe AS-i slave is correspondingly more comprehensive with regard to fault tolerance of the electronics and the device as a whole. Among other things, the safety-relevant circuit parts are partially constructed redundantly to achieve a 1-fault safety or there are diagnostic options that show internal errors and inform the user about this.

Bei der Verbindung der Sicheren Kontakte mit dem Eingangsslave kommen häufig M12 Steckverbinder zum Einsatz. Bei einer unsachgemäßen Handhabung dieser Steckverbindung ist die Dichtigkeit des Steckanschlusses am AS-iSlave Gerätegehäuses nicht immer gewährleistet. Dabei kann unter Umständen störende Feuchtigkeit in das Geräteinnere eindringen. When connecting the safe contacts to the input slave, M12 connectors are often used. Improper handling of this plug connection does not always guarantee the tightness of the plug connection on the AS-iSlave device housing. Under certain circumstances, disturbing moisture can penetrate into the interior of the device.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen sicherheitsgerichteten Slave mit einem sicheren Eingang anzugeben, bei dem das Eindringen von Feuchtigkeit erfasst wird und entsprechend signalisiert wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass bei dem sicheren Eingang, der einen Steckeranschluss mit mindestens zwei Anschlusspins aufweist, eine Schirmelektrode vorgesehen ist, die Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The object of the invention is therefore to provide a safety-related slave with a safe input, in which the penetration of moisture is detected and signaled accordingly. This object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims. The essential idea of the invention is that a shield electrode is provided in the safe input, which has a plug connection with at least two connection pins, the invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing.

Es zeigen: Show it:

1 prinzipieller Aufbau eine AS-i Feldbussystem mit einem sicherheitsgerichteten Slave 1 Basic design of an AS-i fieldbus system with a safety-related slave

2 prinzipieller Aufbau eine AS-i Feldbussystem mit einem erfindungsgemäßen sicherheitsgerichteten Slave 2 basic structure of an AS-i fieldbus system with a safety-related slave according to the invention

3 Prinzipdarstellung eines Eingangs eines sicherheitsgerichteten Slaves 3 Schematic representation of an input of a safety-related slave

4 Prinzipdarstellung eines Eingangs eines sicherheitsgerichteten Slaves 4 Schematic representation of an input of a safety-related slave

5 4-poliger Steckeranschluss mit einer flächigen Schirmelektrode 5 4-pin connector with a flat screen electrode

1 zeigt den prinzipieller Aufbau eine AS-i Feldbussystem mit einem Hostrechner zum Beispiel einer speicherprogrammierbaren Steuerung SPS, einem Sicherheitsmonitor, einem AS-i Netzteil, einem nicht sicherheitsgerichteten Slave, einem ersten sicherheitsgerichteten Slave und einem zweiten sicherheitsgerichteten Slave, der als Bockdiagramm dargestellt ist. 1 shows the basic structure of an AS-i fieldbus system with a host computer such as a programmable logic controller PLC, a safety monitor, an AS-i power supply, a non-safety slave, a first safety-related slave and a second safety-related slave, which is shown as a block diagram.

Der Slave weist einen Kommunikationsschaltkreis ASi-IC auf, der zur Kommunikation mit dem ASi-Bus als Feldbus dient. Die vier Dateneingänge D0, D1, D2, D3 des Kommunikationsschaltkreises ASi-IC sind über vier Datenleitungen L0, L1, L2, L3 mit den Datenausgängen D0, D1, D2, D3 eines Codefolge-Generators verbunden. In den vier Leitungen sind jeweils Optokoppler U1, U2, U3, U4 angeordnet, die als Schalter wirken und die die Datenübertragung in der betreffenden Datenleitung erlauben oder unterbinden. Die Optokoppler werden von einer Auswerteeinheit AW1 bzw. AW2 angesteuert, die den Zustand jeweils eines Schalters prüft. Die Auswerteeinheiten sind analog aufgebaut und dienen jeweils als Eingangslogik. Die Schalter S1. S2 mit den Anschlussleitungen werden als Kanäle K1 bzw. K2 bezeichnet. Ein offener Kontakt führt dazu, dass die entsprechenden Optokoppler die Datenübertragung auf den jeweiligen Datenleitungen unterbrechen. Wird der vom Code-Folgegenerator gelieferte Code nicht ordnungsgemäß (vollständig) an den Kommunikationsschaltkreis ASi-IC übertragen so hat mindestens einer der beiden Schalter S1 bzw. S2 ausgelöst. Die Sicherheitsschalterschalter S1 bzw. S2 repräsentieren z. B. Näherungsschalter (induktiv, kapazitiv etc.) oder einfache Taster. The slave has a communication circuit ASi-IC, which serves as a field bus for communication with the ASi bus. The four data inputs D0, D1, D2, D3 of the communication circuit ASi-IC are connected via four data lines L0, L1, L2, L3 to the data outputs D0, D1, D2, D3 of a code sequence generator. Opto-couplers U1, U2, U3, U4 are arranged in each of the four lines, which act as switches and permit or prevent the data transmission in the relevant data line. The optocouplers are controlled by an evaluation unit AW1 or AW2, which checks the state of each switch. The evaluation units have an analog structure and each serve as input logic. The switches S1. S2 with the connecting lines are referred to as channels K1 and K2. An open contact causes the corresponding optocouplers to interrupt the data transmission on the respective data lines. If the code supplied by the code sequence generator is not transmitted correctly (completely) to the communication circuit ASi-IC, at least one of the two switches S1 or S2 has triggered. The safety switch S1 or S2 represent z. B. Proximity switch (inductive, capacitive, etc.) or simple buttons.

2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eine AS-i Feldbussystem mit einem erfindungsgemäßen sicherheitsgerichteten Slave. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten sicherheitsgerichteten Slave weist dieser erfindungsgemäße Slave eine Schirmelektrode SE auf, die über einen hochohmigen Widerstand R mit dem Bezugspotential des Slaves verbunden ist. Über einen Verstärker V wird das am Widerstand R abgegriffene Spannungssignal verstärkt und an die Auswerteeinheit AW1, die als Alarmschaltung dient, weitergeleitet. 2 shows the basic structure of an AS-i fieldbus system with a safety-related slave according to the invention. Unlike the in 1 shown safety-oriented slave, this slave according to the invention has a screen electrode SE, which is connected via a high-impedance resistor R to the reference potential of the slave. Via an amplifier V, the voltage signal picked up at the resistor R is amplified and forwarded to the evaluation unit AW1, which serves as an alarm circuit.

Die beiden 3 bzw. 4 zeigen jeweils eine Prinzipdarstellung eines Eingangs eines sicherheitsgerichteten Slaves, wobei die 4 die wesentlichen Elemente der Erfindung näher zeigt. The two 3 respectively. 4 each show a schematic diagram of an input of a safety-related slave, wherein the 4 shows the essential elements of the invention in more detail.

In 5 sind die vier Anschlusspins P1, P2, P3 P4 eines M12 Steckeranschlusses der am Eingang E1 vorgesehen ist, in perspektivischer Ansicht dargestellt. Die vier Anschlusspins sind direkt mit der Leiterplatte LP verlötet. Die Schirmelektrode SE ist flächig ausgebildet. Sie weist im Bereich der der Anschlusspins P1–P4 entsprechende Ausnehmungen auf. Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert. In 5 the four connection pins P1, P2, P3 P4 of an M12 plug connection, which is provided at the input E1, are shown in a perspective view. The four connection pins are soldered directly to the printed circuit board LP. The shield electrode SE is formed flat. It has corresponding recesses in the region of the connection pins P1-P4. The function of the invention is explained in more detail below.

Durch eine unsachgemäße Handhabung der Steckverbindung am sicheren Eingang des Slaves kann es zu einer Beeinträchtigung der Dichtwirkung kommen. Unter ungünstigen Umständen kann Feuchtigkeit ins Innere des Slavegehäuses eindringen. Zur sicheren Detektion von Feuchtigkeit im Inneren des Slavegehäuses ist erfindungsgemäß eine Schirmelektrode vorgesehen, die über den hochohmigen Widerstand R mit dem Bezugspotential verbunden ist. Zwischen dem auf Potential liegenden Pin und der Schirmelektrode können sich Kriechströme ausbilden, die zu einem Spannungsabfall ∆U am Widerstand R führen. Dieser Spannungsabfall wird im Verstärker V verstärkt und damit detektiert. In der Auswerteeinheit AW1 kann dies dazu führen, dass eines der Codebits zu 0 gesetzt wird und damit die Fehlfunktion z. B. dem Sicherheitsmonitor signalisiert wird. Damit dient die Auswerteeinheit AW1 als Alarmschaltung Incorrect handling of the plug-in connection at the safe input of the slave can impair the sealing effect. Under unfavorable circumstances, moisture can penetrate into the interior of the slave housing. For reliable detection of moisture in the interior of the slave housing, a shield electrode is provided according to the invention, which is connected via the high-resistance resistor R to the reference potential. Between the pin lying on potential and the shield electrode, leakage currents can form which lead to a voltage drop .DELTA.U across the resistor R. This voltage drop is amplified in the amplifier V and thus detected. In the evaluation unit AW1, this can lead to one of the code bits being set to 0 and thus the malfunction z. B. the safety monitor is signaled. Thus, the evaluation unit AW1 serves as an alarm circuit

Die Erfindung ist besonders für sicherheitsgerichtete Slaves geeignet, die nach dem AS-i Standard arbeiten. Die Erfindung ist aber auch bei nicht sicherheitsgerichteten Slaves einsetzbar, wenn bei derartigen Slaves das Eindringen von Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere aus irgendwelchen Gründen erkannt werden soll. The invention is particularly suitable for safety-related slaves that operate according to the AS-i standard. However, the invention can also be used in non-safety-related slaves if, in the case of such slaves, the penetration of moisture into the housing interior is to be recognized for some reason.

Zusammenfassend kann man sagen:
Bei einem sicherheitsgerichteter Slave für ein Bussystem der Automatisierungstechnik, der einen sicheren Eingang E1, zum Anschluss eines als Öffner arbeitenden Sicherheitsschalters S1 aufweist, ist an einem Pin P1 des Steckeranschlusse eine Schirmelektrode SE vorgesehen, die über einen hochohmigen Widerstand R mit dem Bezugspotential des Slaves verbunden ist. Der Widerstand R dient als Detektor für Kriechströme, die durch eindringende Feuchtigkeit verursacht werden können. Der Widerstand R ist mit einer Alarmschaltung verbunden, die das Vorhandensein von Kriechströmen überwacht Summary, one can say:
In a safety-oriented slave for a bus system of automation technology, which has a safe input E1, for connecting a normally open safety switch S1, a shield electrode SE is provided on a pin P1 of the plug connection, which is connected via a high-resistance resistor R to the reference potential of the slave is. The resistor R serves as a detector for leakage currents, which can be caused by penetrating moisture. The resistor R is connected to an alarm circuit which monitors the presence of leakage currents

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2066079 [0001] EP 2066079 [0001]

Claims (6)

Sicherheitsgerichteter Slave für ein Bussystem der Automatisierungstechnik, mit einem sicheren Eingang E1, zum Anschluss eines als Öffner arbeitenden Sicherheitsschalters S1, der eine Leiterschleife im Sicherheitsfall unterbricht, wobei der Eingang E1 einen mehrpoligen Steckeranschluss mit Anschlusspins aufweist und ein erster Anschlusspin mit der Versorgungsspannung des Slaves und ein zweiter Anschlusspin mit einer Eingangslogik im Slave verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Anschlusspin P1 eine Schirmelektrode SE vorgesehen ist, die über einen hochohmigen Widerstand R mit dem Bezugspotential des Slaves verbunden ist, wobei der Widerstand als Detektor für Kriechströmen dient und mit einer Alarmschaltung AW1 verbunden ist, die das Vorhandensein von Kriechströmen überwacht. Safety-oriented slave for a bus system of automation technology, with a safe input E1, for connecting a normally open safety switch S1, which interrupts a conductor loop in case of security, the input E1 has a multi-pin connector terminal with connection pins and a first pin with the supply voltage of the slave and a second connection pin is connected to an input logic in the slave, characterized in that a shield electrode SE is provided at the first connection pin P1, which is connected via a high-resistance resistor R to the reference potential of the slave, wherein the resistor serves as a detector for leakage currents and with a Alarm circuit AW1 is connected, which monitors the presence of leakage currents. Sicherheitsgerichteter Slave nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang E1 als 4-poliger Steckeranschluss ausgebildet ist, dessen vier Anschlusspins P1–P4 direkt auf einer Leiterplatte LP verlötet sind und die Schirmelektrode SE als flächige Elektrode ausgebildet ist, die im Bereich der Anschlusspins Ausnehmungen aufweist. Safety-oriented slave according to claim 1, characterized in that the input E1 is designed as a 4-pin connector, whose four connection pins P1-P4 are soldered directly to a printed circuit board LP and the shield electrode SE is formed as a planar electrode, the recesses in the region of the connection pins having. Sicherheitsgerichteter Slave nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hochohmige Widerstand R mindestens 100 Ohm aufweist. Safety-oriented slave according to one of the preceding claims, characterized in that the high-resistance resistor R has at least 100 ohms. Sicherheitsgerichteter Slave nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckeranschluss ein M12 Steckverbinder ist. Safety-oriented slave according to one of the preceding claims, characterized in that the plug connection is an M12 plug connector. Sicherheitsgerichteter Slave nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bussystem ein ASi-Bussystem ist. Safety-oriented slave according to one of the preceding claims, characterized in that the bus system is an ASi bus system. Sicherheitsgerichteter Slave nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Alarmschaltung auf ein Code-Bit eines Wechselcodes wirkt, der vom Busteilnehmer als Sicherheitskriterium in einem Bustelegramm gesendet wird. Safety-oriented slave according to one of the preceding claims, characterized in that the alarm circuit acts on a code bit of a change code which is sent by the bus subscriber as a safety criterion in a bus telegram.
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