DE10327959A1

DE10327959A1 - Überwachungsverfahren für mindestens zwei Schaltpfade und Beschaltung für eine Last

Info

Publication number: DE10327959A1
Application number: DE2003127959
Authority: DE
Inventors: Renate Magerl; Luca Silvio Rattaro
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2023-06-21
Also published as: US7046031B2; DE10327959B4; US20050035665A1

Abstract

Eine Last (1) ist über mindestens zwei Schaltpfade mit Versorgungspotentialen verbindbar, wobei die Last (1) nur dann mit Energie beaufschlagt wird, wenn sie über beide Schaltpfade mit den Versorgungspotentialen verbunden ist. Zum Überwachen auf ordnungsgemäßes Trennen der Last (1) von den Versorgungspotentialen werden von einer Überwachungseinrichtung (2, 3) für jeden der Schaltpfade ein eigenes Zustandssignal (Z1, Z2) erfasst und anhand der erfassten Zustandssignale (Z1, Z2) Funktionsfähigkeiten der Schaltpfade ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren für mindestens zwei Schaltpfade, über die eine Last mit Versorgungspotentialen verbindbar ist, auf ordnungsgemäßes Trennen der Last von den Versorgungspotentialen, wobei die Last nur dann mit Energie beaufschlagt wird, wenn sie über beide Schaltpfade mit den Versorgungspotentialen verbunden ist.
Sie betrifft ferner eine Beschaltung für eine Last, mit mindestens zwei Schaltpfaden, über die die Last mit Versorgungspotentialen verbindbar ist, und einer Überwachungseinrichtung, wobei die Last nur dann mit Energie beaufschlagbar ist, wenn sie über beide Schaltpfade mit den Versorgungspotentialen verbunden ist.

Ein derartiges Überwachungsverfahren und eine derartige Beschaltung sind beispielsweise aus der DE 199 51 957 A1 bekannt.

Bei sicherheitsgerichteten Schaltfunktionen müssen mindestens zwei Schaltpfade vorhanden sein, mittels derer eine Last mit Versorgungspotentialen verbindbar und von den Versorgungspotentialen trennbar ist. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Last nur dann mit Energie beaufschlagt wird, wenn sie über beide Schaltpfade mit den Versorgungspotentialen verbunden ist. Ein Trennen der Last von beiden Versorgungspotentialen wird beispielsweise bei Werkzeug-, Produktions- und anderen elektrischen Maschinen als sicherer Halt bezeichnet.

Um die Funktionsfähigkeit der Schaltpfade zu gewährleisten, ist es erforderlich, diese von Zeit zu Zeit zu überprüfen. Normen und Richtlinien zur funktionalen Sicherheit elektrischer und elektronischer Systeme fordern daher beispielsweise eine Überprüfung binnen weniger Stunden, z.B. alle acht Stunden.

Im Stand der Technik – siehe z.B. die oben genannte DE 199 51 957 A1 – werden zum Testen der Schaltpfade die Schaltpfade zeitversetzt angesteuert. Von einer Überwachungseinrichtung wird ein (einziges) Zustandssignal erfasst, anhand dessen von der Überwachungseinrichtung Funktionsfähigkeiten der Schaltpfade ermittelt werden.

Das Verfahren des Standes der Technik arbeitet bereits recht gut, ist aber aufwendig. Denn insbesondere muss durch geeignete Maßnahmen gewährleistet sein, dass die Schaltpfade zeitversetzt angesteuert werden. Meist muss sogar gewährleistet sein, welcher der Schaltpfade zuerst angesteuert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Überwachungsverfahren für mindestens zwei Schaltpfade und eine hiermit korrespondierende Beschaltung für eine Last zu schaffen, die einfacher realisierbar sind.

Die Aufgabe wird für das Überwachungsverfahren dadurch gelöst, dass von einer Überwachungseinrichtung für jeden der Schaltpfade ein eigenes Zustandssignal erfasst wird und anhand der erfassten Zustandssignale Funktionsfähigkeiten der Schaltpfade ermittelt werden.

Hiermit korrespondierend wird die Aufgabe für die Beschaltung dadurch gelöst, dass von der Überwachungseinrichtung für jeden der Schaltpfade ein eigenes Zustandssignal erfassbar ist und anhand der erfassten Zustandssignale Funktionsfähigkeiten der Schaltpfade ermittelbar sind.

Wenn die Schaltpfade je eine Ansteuereinrichtung und eine von dieser angesteuerte Schalteinrichtung, insbesondere eine elektronische Leistungsschalteinrichtung, aufweisen, und die Last nur dann mit Energie beaufschlagt wird, wenn beide An steuereinrichtungen an ihre jeweilige Schalteinrichtung Steuersignale ausgeben, sind die erfassten Zustandssignale vorzugsweise dafür charakteristisch, ob die Ansteuereinrichtungen die Steuersignale an die Schalteinrichtungen ausgeben. Denn dann sind insbesondere die zu erfassenden Zustandssignale keine Leistungssignale, sondern reine Niederspannungssignale.

Wenn die Steuersignale von den Ansteuereinrichtungen nur dann an die Schalteinrichtungen ausgegeben werden, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt werden, können die erfassten Zustandssignale beispielsweise für die Energieversorgungszustände der Ansteuereinrichtungen charakteristisch sein.

Wenn zwei voneinander unabhängigen Steuereinrichtungen gleichzeitig ein Trennbefehl zum Trennen der Last von den Versorgungspotentialen zugeführt wird und jede der Steuereinrichtungen je einen der Schaltpfade entsprechend ansteuert, kann von der Überwachungseinrichtung anhand der erfassten Zustandssignale beispielsweise überprüft werden, ob die Trennung der Last von den Versorgungspotentialen gleichzeitig erfolgt. Der Begriff „gleichzeitig" hat dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Bedeutung, dass innerhalb einer vorbestimmten bzw. vorbestimmbaren ersten Zeitspanne von z. B. 0,3 bis 0,7 Sekunden der Trennbefehl beiden Steuereinrichtungen zugeführt wird und innerhalb einer (etwas größeren) vorbestimmten bzw. vorbestimmbaren zweiten Zeitspanne von z. B. 0,5 bis 1,0 Sekunden die Trennung der Last von den Versorgungspotentialen erfolgen muss.

Wenn die Steuereinrichtungen einander über- bzw. untergeordnet sind, der untergeordneten Steuereinrichtung von der übergeordneten Steuereinrichtung ein Sollbetriebszustand der Last vorgegeben wird und die untergeordnete Steuereinrichtung anhand des Sollbetriebszustands die Steuersignale ermittelt und über die Ansteuereinrichtungen an die Schalteinrichtungen ausgibt, können zum Ansteuern der Schaltpfade beim sicheren Trennen insbesondere Einheiten verwendet werden, die zum betriebsmäßigen Ansteuern der Last sowieso vorhanden sind. Es sind also keine eigenen Einheiten zum Abschalten der Schaltpfade erforderlich.

Wenn die Überwachungseinrichtung mit der untergeordneten und/oder der übergeordneten Steuereinrichtung identisch ist, ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der Beschaltung.

Wenn die Steuereinrichtungen als voneinander trennbare Baugruppen ausgebildet sind, ist die Beschaltung besonders flexibel variierbar.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigt in Prinzipdarstellung die einzige

1 ein Blockschaltbild einer Beschaltung für eine Last.

Gemäß der FIG weist eine Beschaltung für eine Last 1 eine übergeordnete Steuereinrichtung 2 und eine untergeordnete Steuereinrichtung 3 auf. Die Steuereinrichtungen 2, 3 sind, wie in der FIG durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, als voneinander trennbare Baugruppen 2, 3 ausgebildet. Mit Ausnahme der Über- bzw. Unterordnung sind sie unabhängig voneinander.

Die Beschaltung weist ferner eine obere und eine untere Ansteuereinrichtung 4, 5 sowie eine obere und eine untere Schalteinrichtung 6, 7 auf. Die Ansteuereinrichtungen 4, 5 und die Schalteinrichtungen 6, 7 bilden je einen Schaltpfad, über die die Last 1 mit Versorgungspotentialen, hier z. B. 600 V und Masse, verbindbar ist.

Gemäß der FIG weisen die Ansteuereinrichtungen 4, 5 je drei Optokoppler 8 bis 13 auf, die Schalteinrichtungen 6, 7 je drei elektronische Leistungsschalter 14 bis 19. Über die Optokoppler 8 bis 13 sind die Leistungsschalter 14 bis 19 potentialgetrennt von der untergeordneten Steuereinrichtung 3 ansteuerbar. Die Leistungsschalter 14 bis 19 können z.B. als Leistungstransistoren ausgebildet sein.

Die Schalteinrichtungen 6, 7 sind somit als elektronische Leistungsschalteinrichtungen 6, 7 ausgebildet. Ferner ist die Last 1 – bei entsprechender Ansteuerung der Leistungsschalter 14 bis 19 über die Optokoppler 8 bis 13 – mit Drehstrom beaufschlagbar. Ein Beaufschlagen der Last 1 mit elektrischer Energie kann dabei ersichtlich aber nur dann erfolgen, wenn mindestens ein Leistungsschalter 14 bis 16 der oberen Schalteinrichtung 6 und mindestens ein Leistungsschalter 17 bis 19 der unteren Schalteinrichtung 7 durchgeschaltet sind, die Last 1 also über beide Schaltpfade mit den Versorgungspotentialen verbunden ist.

Auf Grund der Ausgestaltung der Schaltpfade wird die Last 1 nur dann mit Energie beaufschlagt, wenn von der untergeordneten Steuereinrichtung 3 über die Optokoppler 8 bis 13 Steuersignale S1 bis S6 an die Leistungsschalter 14 bis 19 ausgegeben werden. Ferner sind die Optokoppler 8 bis 13 nur dann in der Lage, die Steuersignale S1 bis S6 an die Leistungsschalter 14 bis 19 auszugeben, wenn ein oberer und ein unterer Schalter 20, 21 geschlossen sind, die Ansteuereinrichtungen 4, 5 also über Leitungen 22, 23 mit elektrischer Energie versorgt werden.

Die Steuersignale S1 bis S6 werden von der untergeordneten Steuereinheit 3 anhand eines Sollbetriebszustands S* ermittelt, welcher der untergeordneten Steuereinheit 3 von der übergeordneten Steuereinheit 2 vorgegeben wird. Der Sollbetriebszustand S* kann z.B. eine Solldrehzahl, ein Solldrehmoment oder ein Sollstrom sein.

Um die Schaltpfade auf ordnungsgemäßes Trennen der Last 1 von den Versorgungspotentialen zu überwachen, wird von der untergeordneten Steuereinheit 3 für jeden der Schaltpfade ein eigenes Zustandssignal Z1, Z2 erfasst. Die Zustandssignale Z1, Z2 entsprechen den Potentialen der Leitungen 22, 23. Die erfassten Zustandssignale Z1, Z2 sind somit für die Energieversorgungszustände der Ansteuereinrichtungen 4, 5 charakteristisch. Sie sind somit auch dafür charakteristisch, ob die Ansteuereinrichtungen 4, 5 die Steuersignale S1 bis S6 an die Schalteinrichtungen 6, 7 ausgeben können. Anhand der Zustandssignale Z1, Z2 kann die untergeordnete Steuereinheit 3 somit die Schaltpfade auf Funktionsfähigkeit überprüfen. Sie ist sogar in der Lage, zu überprüfen, ob die Trennung der Last 1 von den Versorgungspotentialen gleichzeitig erfolgt.

Zum Überwachen der Schaltpfade auf ordnungsgemäßes Funktionieren wird den Steuereinheiten 2, 3 über Leitungen 25 gleichzeitig ein Trennbefehl SH zum Trennen der Last 1 von den Versorgungspotentialen zugeführt. Die übergeordnete Steuereinrichtung 2 öffnet daraufhin den unteren Schalter 21, die untergeordnete Steuereinrichtung 3 den oberen Schalter 20. Jede der Steuereinrichtungen 2, 3 steuert also je einen der Schaltpfade entsprechend an.

Die erfassten Zustandssignale Z1, Z2 werden von der untergeordneten Steuereinheit 3 an die übergeordnete Steuereinheit 2 weitergegeben. Diese kann somit die gleichen Prüfungen vornehmen wie die untergeordnete Steuereinheit 3. Beide Steuereinheiten 2, 3 dienen also als Überwachungseinrichtung im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Mittels des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens kann somit auf äußerst einfache Weise anhand der erfassten Zustandsignale Z1, Z2 die Funktionsfähigkeit der Schaltpfade ermittelt werden.

Claims

Überwachungsverfahren für mindestens zwei Schaltpfade, über die eine Last (1) mit Versorgungspotentialen verbindbar ist, auf ordnungsgemäßes Trennen der Last (1) von den Versorgungspotentialen, wobei die Last (1) nur dann mit Energie beaufschlagt wird, wenn sie über beide Schaltpfade mit den Versorgungspotentialen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass von einer Überwachungseinrichtung (2,3) für jeden der Schaltpfade ein eigenes Zustandssignal (Z1,Z2) erfasst wird und anhand der erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) Funktionsfähigkeiten der Schaltpfade ermittelt werden.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaltpfade je eine Ansteuereinrichtung (4,5) und eine von dieser angesteuerte Schalteinrichtung (6,7), insbesondere eine elektronische Leistungsschalteinrichtung (6, 7), aufweisen, – dass die Last (1) nur dann mit Energie beaufschlagt wird, wenn beide Ansteuereinrichtungen (4,5) an ihre jeweilige Schalteinrichtung (6,7) Steuersignale (S1 bis S6) ausgeben, und – dass die erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) dafür charakteristisch sind, ob die Ansteuereinrichtungen (4,5) die Steuersignale (S1 bis S6) an die Schalteinrichtungen (6,7) ausgeben.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale (S1 bis S6) von den Ansteuereinrichtungen (4,5) nur dann an die Schalteinrichtungen (6,7) ausgegeben werden, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt werden, und dass die erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) für die Energieversorgungszustände der Ansteuereinrichtungen (4,5) charakteristisch sind.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, – dass zwei voneinander unabhängigen Steuereinrichtungen (2, 3) gleichzeitig ein Trennbefehl (SH) zum Trennen der Last (1) von den Versorgungspotentialen zugeführt wird, – dass jede der Steuereinrichtungen (2,3) je einen der Schaltpfade entsprechend ansteuert und – dass von der Überwachungseinrichtung (2,3) anhand der erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) überprüft wird, ob die Trennung der Last von den Versorgungspotentialen gleichzeitig erfolgt.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (2, 3) einander über- bzw. untergeordnet sind, dass der untergeordneten Steuereinrichtung (3) von der übergeordneten Steuereinrichtung (2) ein Sollbetriebszustand (S*) der Last (1) vorgegeben wird und dass die untergeordnete Steuereinrichtung (3) anhand des Sollbetriebszustands (S*) die Steuersignale (S1 bis S6) ermittelt und über die Ansteuereinrichtungen (4,5) an die Schalteinrichtungen (6,7) ausgibt.
Beschaltung für eine Last (1), mit mindestens zwei Schaltpfaden, über die die Last (1) mit Versorgungspotentialen verbindbar ist, und einer Überwachungseinrichtung (2,3), wobei die Last (1) nur dann mit Energie beaufschlagbar ist, wenn sie über beide Schaltpfade mit den Versorgungspotentialen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass von der Überwachungseinrichtung (2,3) für jeden der Schaltpfade ein eigenes Zustandssignal (Z1,Z2) erfassbar ist und anhand der erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) Funktionsfähigkeiten der Schaltpfade ermittelbar sind.
Beschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, – dass die Schaltpfade je eine Ansteuereinrichtung (4,5) und eine von dieser angesteuerte Schalteinrichtung (6,7), insbesondere eine elektronische Leistungsschalteinrichtung (6,7), aufweisen, – dass die Last (1) nur dann mit Energie beaufschlagbar ist, wenn beide Ansteuereinrichtungen (4,5) an ihre jeweilige Schalteinrichtung (6,7) Steuersignale (S1 bis S6) ausgeben, und – dass die erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) dafür charakteristisch sind, ob die Ansteuereinrichtungen (4,5) die Steuersignale (S1 bis S6) an die Schalteinrichtungen (6,7) ausgeben.
Beschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale (S1 bis S6) von den Ansteuereinrichtungen (4, 5) nur dann an die Schalteinrichtungen (6,7) ausgebbar sind, wenn sie mit elektrischer Energie versorgt werden, und dass die erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) für die Energieversorgungszustände der Ansteuereinrichtungen (4,5) charakteristisch sind.
Beschaltung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, – dass zwei voneinander unabhängigen Steuereinrichtungen (2, 3) gleichzeitig ein Trennbefehl (SH) zum Trennen der Last (1) von den Versorgungspotentialen zuführbar ist, – dass von jeder der Steuereinrichtungen (2,3) je einer der Schaltpfade entsprechend ansteuerbar ist und – dass von der Überwachungseinrichtung (2,3) anhand der erfassten Zustandssignale (Z1,Z2) überprüfbar ist, ob die Trennung der Last (1) von den Versorgungspotentialen gleichzeitig erfolgt.
Beschaltung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (2, 3) einander über- bzw. untergeordnet sind, dass der untergeordneten Steuereinrichtung (3) von der übergeordneten Steuereinrichtung (2) ein Sollbetriebszustand (S*) der Last (1) vorgebbar ist und dass von der untergeordneten Steuereinrichtung (3) anhand des Sollbetriebszustands (S*) die Steuersignale (S1 bis S6) ermittelbar und über die Ansteuereinrichtungen (4,5) an die Schalteinrichtungen (6,7) ausgebbar sind.
Beschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (2,3) mit der untergeordneten und/oder der übergeordneten Steuereinrichtung (2,3) identisch ist.
Beschaltung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtungen (2,3) als voneinander trennbare Baugruppen (2,3) ausgebildet sind.