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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung und insbesondere auf eine Schaltung, welche in einem sicherheitsgerichteten Eingabe-/Ausgabe-Modul, E/A-Modul, wie es bspw. in der Automatisierungstechnik zum Bereitstellen von Feldgeräten zum Einsatz kommt, verwendet werden kann.
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HINTERGRUND
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Um einen digitalen Eingang eines E/A-Moduls zu testen, kann eine bekannte Spannung an den Eingang angelegt bzw. ein bekannter Spannungsverlauf über den Eingang eingegeben werden und das durch den Eingang erzeugte Digitalsignal mit einem erwarteten Digitalsignal abgeglichen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine erfindungsgemäße Schaltung umfasst einen sicherheitsgerichteten digitalen Eingang und eine dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang nachgelagerte Eingangsschaltung, wobei die Eingangsschaltung eine Vergleichsschaltung umfasst, die mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbunden und eingerichtet ist, einen ersten Wert auszugeben, wenn eine an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung in einem ersten Bereich liegt und einen zweiten Wert auszugeben, wenn die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung in einem zweiten Bereich liegt, wobei die Eingangsschaltung eingerichtet ist, einen mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalter zum Entladen kapazitiver Elemente in Vorbereitung eines Tests zu schließen und während des Tests die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung auszuwerten.
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Das Schließen des Schalters kann bspw. in Reaktion auf ein Steuersignal erfolgen, welches den Test und/oder ein (temporäres) Aussetzen eines über den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang im Normalbetrieb eingelesenen Signals ankündigt, bewirkt und/oder anzeigt. Bspw. können der sicherheitsgerichtete digitale Eingang und der Ausgang zum Anschluss eines Feldgeräts eingerichtet sein. Z. B. kann der Ausgang über einen Sensor oder einen Aktor mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbunden sein und die am sicherheitsgerichteten digitalen Eingang anliegende Spannung einen Messwert des Sensors oder einen Zustand des Aktors charakterisieren. Während des Tests kann bspw. überprüft werden, ob die am sicherheitsgerichteten digitalen Eingang anliegende Spannung auf null abfällt, wenn die Ausgabe der zweiten Spannung am Ausgang eingestellt wird.
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In diesem Zusammenhang sind unter dem Begriff „Eingang“ bzw. unter dem Begriff „Ausgang“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere elektrische Anschlüsse, wie bspw. Verbindungsklemmen zu verstehen. Eine Verbindungsklemme kann bspw. darauf basieren, dass zwei Leiter mittels einer durch ein Federelement erzeugten Klemmstelle (z. B. mittels einer durch eine Käfigzugfeder erzeugten Klemmstelle) miteinander elektrisch verbunden werden. Des Weiteren ist unter dem Begriff „sicherheitsgerichtet“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere das Vorhandensein einer Maßnahme zur Aufdeckung von Fehlern zu verstehen wie bspw. redundante Kanäle oder Mechanismen zur Fehlererkennung wie bspw. Rückleseschaltungen.
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Ferner ist unter dem Begriff „Schaltung“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere eine Zusammenstellung elektrischer und elektronischer Bauteile zu einer funktionalen Einheit zu verstehen. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Digitalsignal“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein Signal zu verstehen, welches diskrete Werte annimmt (wobei jedem diskreten Wert ein zusammenhängender analoger Bereich zugeordnet ist). In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „digitaler Eingang“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein Eingang zu verstehen, der dazu dient und eingerichtet ist, ein Digitalsignal einzulesen.
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Ferner ist unter dem Begriff „kapazitives Element“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, jedes elektronische oder elektrische Bauteil zu verstehen, welches eine nicht zu vernachlässigende Kapazität aufweist und vor Durchführung des Tests entladen werden muss. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Schalter“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein elektronischer Schalter zu verstehen, der je nach Zustand des Schalters zwei Schalteranschlüsse miteinander verbindet oder voneinander trennt.
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Der geschlossene Schalter kann den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang mit einem Masseanschluss leitend verbinden.
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Zwischen dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang und einem Knotenpunkt, über den der sicherheitsgerichtete digitale Eingang mit der Vergleichsschaltung und dem Schalter verbunden ist, kann ein Widerstand angeordnet sein.
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Der Widerstand kann die Durchführung eines Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen ermöglichen, wenn eine am digitalen Eingang anliegende Fremdspannung nicht abgeschaltet werden kann. In diesem Fall kann der Schalter geschlossen werden und überprüft werden, ob eine durch das Schließen des Schalters zu erwartende Spannungsänderung durch die Vergleichsschaltung erfasst wird. Der Widerstand kann zudem den Schalter schützen, indem er den Stromfluss über den Schalter auf einen Stromwert begrenzt, der innerhalb eines Wertebereichs liegt, für den der Schalter ausgelegt ist.
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Die Schaltung kann ferner einen Ausgang und eine dem Ausgang vorgelagerte Ausgangsschaltung umfassen, wobei die Schaltung eingerichtet ist, am Ausgang ein Taktsignal auszugeben.
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Die am sicherheitsgerichteten digitalen Eingang anliegende Spannung kann durch das am Ausgang ausgegebene Taktsignal gesteuert werden.
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Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalter zu schließen, wenn die Ausgabe einer Spannung am Ausgang durch die Ausgangsschaltung unterbrochen wird.
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Die Eingangsschaltung kann einen oder mehrere Mikrocontroller aufweisen, die das Unterbrechen der Ausgabe der zweiten Spannung am Ausgang und das Schließen des mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalters koordinieren.
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Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den mit dem digitalen Eingang verbundenen Schalter nach einem vorbestimmten Zeitintervall wieder zu öffnen.
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Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalter während des Tests geöffnet zu halten.
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Die Eingangsschaltung kann zwei Mikrocontroller umfassen, welche eingerichtet sind, den durch die Vergleichsschaltung ausgegebenen Wert einzulesen und während des Tests mit einem erwarteten Wert oder Wertebereich abzugleichen.
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Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den Test zyklisch zu wiederholen.
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Der sicherheitsgerichtete digitale Eingang kann ein Eingang eines Eingabe-/Ausgabe-Moduls, E/A-Moduls sein.
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Das E/A-Modul kann ferner ein Gehäuse aufweisen, welches zum Anreihen des E/A-Moduls an ein weiteres E/A-Modul oder an eine Kopfstation ausgebildet ist. Das E/A-Modul kann zudem eine Schnittstelle aufweisen, die zum Austausch von Daten mit dem weiteren E/A-Modul oder der Kopfstation eingerichtet ist. Die Ein- und/oder Ausgänge des E/A-Moduls können zum Einlesen von Zustandssignalen und/oder zum Ausgeben von Steuersignalen eingerichtet sein. Das E/A-Modul kann hinsichtlich einer Ableitung der Daten aus den Zustandssignalen bzw. einer Ableitung der Steuersignale aus den Daten konfigurierbar sein. Das E/A-Modul kann ferner einen Speicher aufweisen, in dem Daten abgelegt werden können, aus denen sich die Konfiguration des E/A-Moduls ableiten lässt.
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In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „E/A-Modul“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein an eine Kopfstation anreihbares bzw. im Betrieb angereihtes Gerät zu verstehen, das eines oder mehrere Feldgeräte mit der Kopfstation und ggf. (über die Kopfstation) mit einer übergeordneten Steuerung verbindet. Ferner ist unter dem Begriff „Kopfstation“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, eine Komponente eines modularen Feldbusknotens (eines Feldbussystems) zu verstehen, deren Aufgabe es ist, die Daten und/oder Dienste der an der Kopfstation angereihten E/A-Module über den Feldbus, an dem die Kopfstation angeschlossen ist, verfügbar zu machen.
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Die Kopfstation und das E/A-Modul können eingerichtet sein, Daten mittels elektrischer Signale über eine drahtgebundene Übertragungsstrecke (insbesondere einen Lokalbus) auszutauschen. Dabei ist unter dem Begriff „Lokalbus“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere ein Bus zu verstehen, über den (nur) die an die Kopfstation angereihten E/A-Module miteinander bzw. mit der Kopfstation (unmittelbar) verbunden sind. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „Schnittstelle“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine Busschnittstelle zu verstehen, die zum Anschluss an den Lokalbus eingerichtet ist.
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Des Weiteren ist unter dem Begriff „Gehäuse“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine aus einem festen Isolierstoff gebildete Struktur zu verstehen, in die leitende Strukturen eingebettet sind, wobei das Gehäuse typischerweise so ausgebildet ist, dass ein versehentliches Berühren stromführender Leiter verhindert wird. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „Anreihen“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere das Herstellen einer reib- oder formschlüssigen Verbindung zwischen Gehäusen zu verstehen, durch die mehrere Module miteinander seriell verbunden werden können.
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Ferner ist unter dem Begriff „Modul“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere eine Vorrichtung zu verstehen, die zur Erweiterung der Fähigkeiten einer anderen Vorrichtung mit dieser verbunden werden kann, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um mehrere Module erweitert zu werden. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Prozessor“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine elektronische Einrichtung zum Verarbeiten von maschinenlesbaren Anweisungen zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „Speicher“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine elektronische Einrichtung zum Aufbewahren und Bereitstellen von Daten zu einem späteren Zeitpunkt zu verstehen.
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Ferner sind bei der Formulierung „Informationen hinsichtlich einer Konfiguration“, wie sie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere Informationen gemeint, aus denen sich ergibt, wie Prozessabbilder zu erzeugen (bspw. wie aus an den Eingängen des E/A-Moduls eingelesenen Signalen Daten abzuleiten und wie besagte Daten über den Lokalbus/Bus an die Kopfstation zu übertragen sind) und/oder wie aus Daten, die von der Kopfstation über den Lokalbus an das E/A-Modul übertragen werden, Signale abzuleiten sind (die bspw. an den Ausgängen des E/A-Moduls ausgegeben werden).
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Bspw. können an den Eingängen und/oder an den Ausgängen Feldgeräte angeschlossen sein, die Zustandssignale liefern bzw. Steuersignale verarbeiten. In diesem Zusammenhang sind unter dem Begriff „Feldgerät“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere mit dem E/A-Modul (signaltechnisch) verbundene (bspw. an dem E/A-Modul angeschlossene) Sensoren und/oder Aktoren zu verstehen.
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Das E/A-Modul kann zusammen mit einem Sensor, der mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbunden ist, in einem System (bspw. einem Feldbussystem) umfasst sein.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen eines sicherheitsgerichteten digitalen Eingangs der Schaltung umfasst ein Ausführen eines ersten Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen und ein Ausführen eines zweiten Tests hinsichtlich interner und externer Fehlerquellen.
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Der erste Test umfasst ein aktives Entladen der Leitung zwischen dem Widerstand und der Vergleichsschaltung durch Schließen des vorzugsweise mit Masse verbundenen Schalters, ein Auswerten der an der Vergleichsschaltung bei geschlossenem Schalter anliegenden Spannung und ein Erzeugen eines ersten Fehlersignals, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb eines ersten Toleranzbereichs liegt.
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Der zweite Test umfasst ein temporäres Reduzieren einer über den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang eingelesenen Spannung, ein aktives Entladen von mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen kapazitiven Elementen durch Schließen des vorzugsweise mit Masse verbundenen Schalters, ein Öffnen des Schalters, ein Auswerten der an der Vergleichsschaltung bei geöffnetem Schalter anliegenden Spannung und ein Erzeugen eines zweiten Fehlersignals, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb eines zweiten Toleranzbereichs liegt, der mit dem ersten Toleranzbereich übereinstimmen oder sich vom ersten Toleranzbereich unterscheiden kann.
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Dabei versteht es sich, dass grundsätzlich alle durch die (bzw. unter Verwendung der) Schaltung ausgeführten Schritte als Schritte des Verfahrens aufgefasst werden können und umgekehrt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
- 1 ein Feldbussystem schematisch illustriert;
- 2 einen Feldbusknoten schematisch illustriert;
- 3 die Konfiguration des Feldbusknotens mittels eines mit dem Feldbusknoten verbundenen Rechners illustriert;
- 4 ein Blockdiagramm eines Systems zeigt, welches ein E/A-Modul und einen an dem E/A-Modul angeschlossenen Sensor umfasst;
- 5 eine Ausgangsschaltung und eine Eingangsschaltung des in 4 schematisch dargestellten E/A-Moduls zeigt;
- 6 Spannungsverläufe und Schalterzustände in den in 5 schematisch dargestellten Schaltungen bei einem Test des an dem E/A-Modul angeschlossenen Sensors illustriert;
- 7 eine Modifikation der in 5 gezeigten Eingangsschaltung des E/A-Moduls zeigt;
- 8 Spannungsverläufe und Schalterzustände in den in 7 schematisch dargestellten Schaltungen bei der Durchführung eines Tests hinsichtlich externer Fehlerquellen illustriert;
- 9 eine Modifikation der in 7 gezeigten Eingangsschaltung des E/A-Moduls zeigt; und
- 10 ein Flussdiagramm eines ersten Tests zum Überprüfen eines digitalen Eingangs des E/A-Moduls zeigt.
- 11 ein Flussdiagramm eines zweiten Tests zum Überprüfen des digitalen Eingangs des E/A-Moduls zeigt.
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Dabei sind in den Zeichnungen gleiche oder funktional ähnliche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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1 zeigt ein Blockdiagramm von Feldbussystem 10. Feldbussystem 10 umfasst Feldbusknoten 20, 40, 50 und 60, die über Feldbus 30 miteinander verbunden sind.
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Feldbusknoten 20 ist als übergeordnete Steuereinheit ausgebildet und kann sowohl zur Überwachung als auch zur Regelung einer Anlage (nicht gezeigt) dienen, die durch Feldbussystem 10 gesteuert wird. Wenn übergeordnete Steuereinheit 20 eine Anlage überwacht, kann übergeordnete Steuereinheit 20 von Feldbusknoten 40, 50 und 60 zyklisch oder azyklisch Zustandsdaten empfangen, die den Zustand der Anlage beschreiben und ein Fehlersignal oder ein Alarmsignal erzeugen, wenn der Zustand der Anlage von einem gewünschten/erlaubten Zustand oder Zustandsbereich (substanziell) abweicht. Wenn übergeordnete Steuereinheit 20 die Anlage (nicht nur überwacht, sondern auch) regelt, kann übergeordnete Steuereinheit 20 von Feldbusknoten 40, 50 und 60 zyklisch oder azyklisch Zustandsdaten empfangen und unter Berücksichtigung der Zustandsdaten Steuerdaten ermitteln, die zu Feldbusknoten 40, 50 und 60 übertragen werden.
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2 zeigt modularen Feldbusknoten 50, bestehend aus Modul 110 (Kopfstation) und zwei an Kopfstation 110 angereihten E/A-Modulen 120 und 130, an denen Feldgeräte 140 und 150, wie bspw. Sensoren und Aktoren, angeschlossen sind. Während des Betriebs liest E/A-Modul 130 über Eingang 136 Sensorsignale ein und erzeugt aus den Sensorsignalen Zustandsdaten, die über Schnittstelle 132, Lokalbus 160 und Schnittstelle 112 an Kopfstation 110 übertragen werden. Kopfstation 110 kann neben (Feldbus-) Schnittstelle 114 einen Prozessor und einen Speicher aufweisen, in dem Informationen hinsichtlich einer Konfiguration von Kopfstation 110 gespeichert sind. Die Informationen hinsichtlich der Konfiguration von Kopfstation 110 können bspw. angeben, welche oder wie viele E/A-Module an Kopfstation 110 angereiht sind und wie Kopfstation 110 mit den empfangenen Zustandsdaten umgehen soll. Kopfstation 110 kann die Zustandsdaten bspw. lokal verarbeiteten und/oder (ggf. in modifizierter Form) über Schnittstelle 114 und Feldbus 30 an übergeordnete Steuereinheit 20 weiterleiten. Übergeordnete Steuereinheit 20 (oder bei einer lokalen Verarbeitung Kopfstation 110) kann dann unter Berücksichtigung der Zustandsdaten Steuerdaten erzeugen.
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Die durch übergeordnete Steuereinheit 20 erzeugten Steuerdaten können dann über Feldbus 30 an Kopfstation 110 übertragen werden. Die zu Kopfstation 110 übertragenen (bzw. die durch Kopfstation 110 erzeugten) Steuerdaten werden dann (ggf. in modifizierter Form) an E/A-Modul 120 weitergeleitet/übertragen. E/A-Modul 120 empfängt die Steuerdaten und gibt den Steuerdaten entsprechende Steuersignale an Ausgang 124, an dem Aktor 150 angeschlossen ist, aus. Die Kommunikation von Daten zwischen den Komponenten von Feldbussystem 10 und die Abbildung der Sensorsignale auf Zustandsdaten und die Abbildung der Steuerdaten auf Steuersignale kann dabei durch eine Konfiguration von Feldbusknoten 50 an unterschiedliche Einsatzszenarien angepasst werden.
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3 zeigt dazu Feldbusknoten 50 und mit Feldbusknoten 50 verbundenen Rechner 70 (bspw. ein Desktop, ein Laptop, ein Tablet, etc.), der dazu eingerichtet ist, E/A-Modul 120 und E/A-Modul 130 von Feldbusknoten 50 zu konfigurieren. Rechner 70 kann dabei sowohl alleinig oder überwiegend der Konfiguration dienen als auch (neben der Konfiguration) noch andere Aufgaben ausführen. Insbesondere kann Rechner 70 Teil der übergeordneten Steuerung 20 sein und neben der Konfiguration auch Überwachungs- und/oder Steueraufgaben wahrnehmen. Bspw. kann Rechner 70 die Anlage überwachen und eingerichtet sein, bei Vorliegen bestimmter Bedingungen von einem Betriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus umzuschalten (und im Zuge der Umschaltung ggf. die Konfiguration zu ändern oder zu aktualisieren).
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4 illustriert schematisch System 1000. System 1000 umfasst E/A-Modul 130 und Sensor 140, welcher an Schaltung 200 von E/A-Modul 130 angeschlossen ist. Sensor 140 wird durch eine an Ausgang 136 ausgegebene Spannung U2 mit Energie versorgt und/oder leitet aus Spannung U2 eine Spannung U1 ab, die einen Messwert repräsentiert (Sensorsignal). Die an Ausgang 136 von E/A-Modul 130 ausgegebene Spannung U2 wird somit in eine an Eingang 134 anliegende Spannung U1 gewandelt. Bspw. kann Sensor 140 einen Umgebungswert auf Spannung U1 abbilden, wobei U1 (im Wesentlichen) U2 entspricht, wenn der Umgebungswert in einem ersten Bereich liegt, und (im Wesentlichen) null ist, wenn der Umgebungswert in einem zweiten Bereich liegt (bspw. kann Sensor 140 ein Taster sein). Eingang 134 ist dazu vorgesehen, Spannung U1 in einen Digitalwert zu wandeln. Bspw. kann Eingang dazu vorgesehen sein, U1 in den Digitalwert „0“ zu wandeln, wenn U1 unterhalb G1 liegt („Low-Pegel“), und U1 in den Digitalwert „1“ zu wandeln, wenn U1 oberhalb G2 liegt („High-Pegel“).
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Wie in 5 gezeigt, umfasst E/A-Modul 130 Eingangsschaltung 300 und Ausgangsschaltung 400. Ausgangsschaltung 400 weist Schalter 230 auf, der es ermöglicht, die am Ausgang 136 ausgegebene Spannung U2 für den Test (bspw. auf Null) zu reduzieren. Eingangsschaltung 300 ist eingerichtet, den mit Eingang 134 verbundenen Schalter 210 zum Entladen von mit Eingang 134 verbundenen kapazitiven Elementen in Vorbereitung des Tests zu schließen. Eingangsschaltung 300 umfasst ferner Schaltkreis 240, der Schalter 210 und Schalter 230 mittels Steuersignal C1 bzw. Steuersignal C2 steuert und während des Tests ein durch Vergleichsschaltung 250 ausgegebenes Digitalsignal D auswertet. Vergleichsschaltung 250 kann bspw. die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung U1 auf einen Low-Pegel oder einen High-Pegel abbilden.
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Wie in 6 illustriert, wird die Ausgabe von U2 an Ausgang 136 im Rahmen des Tests zum Zeitpunkt t1 mittels Schalter 230 unterbrochen. Durch Unterbrechen der Ausgabe von U2 an Ausgang 136 geht U1 (wenn kein Fehler vorliegt) ebenfalls auf null zurück. Um die für den Test benötigte Zeit (in der kein Messsignal eingelesen werden kann) zu verringen, ist Eingang 134 über Schalter 210 mit Masse 220 verbunden, so dass durch Schließen von Schalter 210 zum Zeitpunkt t2 alle mit Eingang 134 verbundenen kapazitiven Elemente (wie bspw. an Anschluss 134 angeschlossene Leitungen, Kondensatoren, etc.) in Vorbereitung des Tests aktiv entladen werden. Ohne aktive Entladung würde der Rückgang von U1 auf null erst mit deutlicher Verzögerung eintreten, wodurch der Test entweder länger oder die Fehlererkennungsrate reduziert würde.
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Nach dem aktiven Entladen wird Schalter 210 zum Zeitpunkt t3 geöffnet und verbleibt während des Tests offen, so dass Fehler wie bspw. Kurz- oder Leiterschlüsse erkannt werden können. Bspw. kann Schalter 230 für ein bestimmtes Zeitintervall (t3-t2) geschlossen und dann wieder geöffnet werden. Verbleibt die über Eingang 134 eingelesene Spannung während des Tests oberhalb einer Schwelle (bzw. außerhalb eines Toleranzbereichs), kann auf einen Fehlerzustand geschlossen werden und ggf. ein Fehlersignal ausgegeben werden. Deutet der Test hingegen auf einen fehlerfreien Zustand von E/A-Modul 130 hin, kann Schalter 230 zum Zeitpunkt t4 wieder geschlossen werden, wodurch an Eingang 134 wieder Messwerte eingelesen werden können. Der Test kann in Reaktion auf ein Testsignal oder zyklisch erfolgen.
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Wie in 7 gezeigt, kann zwischen Eingang 134 und Knotenpunkt K, über den Eingang 134 mit Vergleichsschaltung 250 und Schalter 210 verbunden ist, Widerstand 260 angeordnet sein. Widerstand 260 ermöglicht die Durchführung eines Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen, wenn die an Eingang 134 anliegende Spannung U1 nicht reduziert werden kann. Wie in 8 illustriert, wird Schalter 210 im Rahmen des Tests zum Zeitpunkt t5 geschlossen. Verbleibt die an Vergleichsschaltung 250 anliegende Spannung U3 während des Tests oberhalb einer Schwelle (bzw. außerhalb eines Toleranzbereichs), kann auf einen Fehlerzustand geschlossen werden und ggf. ein Fehlersignal ausgegeben werden. Deutet der Test hingegen auf einen fehlerfreien Zustand von E/A-Modul 130 hin, kann Schalter 210 zum Zeitpunkt t6 wieder geschlossen werden, wodurch über Eingang 134 wieder Messwerte eingelesen werden können. Auch dieser Test kann in Reaktion auf ein Testsignal oder zyklisch erfolgen.
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Schaltkreis 240 kann ferner, wie in 9 gezeigt, zwei Mikrocontroller 270 und 280 umfassen. Mikrocontroller 270 und 280 können zueinander redundante Operationen ausführen und ihre Berechnungen/Zustände mittels Kreuzkommunikation gegenseitig überprüfen und auch das Öffnen und Schließen von Schalter 210 und Schalter 230 koordinieren.
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10 zeigt ein Flussdiagramm des Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen. Das Verfahren startet bei 510 mit dem Schließen von Schalter 210. Dann wird bei 520 (bei geschlossenem Schalter) eine an Vergleichsschaltung 250 anliegende Spannung ausgewertet. Bei 530 wird dann ein Fehlersignal erzeugt, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb eines Toleranzbereichs um einen Erwartungswert liegt.
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11 zeigt ein Flussdiagramm des Tests hinsichtlich externer Fehlerquellen. Das Verfahren startet bei 610 mit dem Ausgeben eines Steuersignals, welches bewirkt, dass das über Eingang 134 im Normalbetrieb eingelesene Signal U1 temporär ausgesetzt wird. Bei 620 werden durch Schließen des vorzugsweise mit Masse verbundenen Schalters 210 die mit Eingang 134 verbundenen kapazitiven Elemente aktiv entladen. Dann wird bei 630 Schalter 210 wieder geöffnet und bei 640 (bei geöffnetem Schalter) eine an Eingang 134 anliegende Spannung U1 ausgewertet. Bei 650 wird dann ein Fehlersignal erzeugt, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb des Toleranzbereichs liegt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Feldbussystem
- 20
- Feldbusknoten (übergeordnete Steuereinheit)
- 30
- Feldbus
- 40
- Feldbusknoten
- 50
- Feldbusknoten
- 60
- Feldbusknoten
- 70
- Rechner
- 110
- Kopfstation (Modul)
- 112
- Busschnittstelle
- 114
- Feldbusschnittstelle
- 120
- E/A-Modul
- 122
- Busschnittstelle
- 124
- Eingang
- 126
- Ausgang
- 128
- Gehäuse
- 130
- E/A-Modul
- 132
- Busschnittstelle
- 134
- Eingang
- 136
- Ausgang
- 138
- Gehäuse
- 140
- Feldgerät (Sensor)
- 150
- Feldgerät (Aktor)
- 160
- Lokalbus
- 200
- Schaltung
- 210
- Schalter (Schalterzustand: S1)
- 220
- Masse
- 230
- Schalter (Schalterzustand: S2)
- 240
- Schaltkreis
- 250
- Vergleichsschaltung
- 260
- Widerstand
- 270
- Mikrocontroller
- 280
- Mikrocontroller
- 300
- Eingangsschaltung
- 400
- Ausgangsschaltung
- 510
- Schritt
- 520
- Schritt
- 530
- Schritt
- 610
- Schritt
- 620
- Schritt
- 630
- Schritt
- 640
- Schritt
- 650
- Schritt
- 1000
- System
- C1
- Steuersignal
- C2
- Steuersignal
- D
- Digitalsignal
- G1
- Grenzwert
- G2
- Grenzwert
- S1
- Schalterzustand
- S2
- Schalterzustand
- U1
- Spannung
- U2
- Spannung
- U3
- Spannung
