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Die
Erfindung behandelt ein Verfahren zur Erkennung von fehlerhaften
antivalenten Taster- oder Schaltersignalen eines antivalenten Tasters
oder Schalters einer Bedieneinrichtung.
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Zur
Bedienung sicherheitsrelevanter Funktion ist es heutzutage auf zahlreichen
technischen Gebieten insbesondere auf dem Gebiet der Bedienung von
Werkzeug- oder Produktionsmaschinen üblich, die hierfür erforderlichen
Bedieneinrichtungen mit Tastern oder Schaltern auszustatten, die
bei Betätigung
ein gleichzeitiges Schließen
oder Öffnen
von zwei Kontakten bewirken.
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In 1 ist ein solcher handelsüblich verwendeter
sogenannter monovalenter Taster 1, der zur Bedienung von
sicherheitsrelevanten Funktionen in eine Bedieneinrichtung eingebaut
ist, dargestellt. Durch Drücken
einer Taste 7 werden die beiden Kontakte 5 und 6 zeitsynchron
geschlossen, was durch entsprechende Pfeile in 1 angedeutet ist. Die Signale 2 und 3 nehmen
nach dem Schließvorgang High-Potential
entsprechend der Spannung U an. Der logische Signalzustand (Low-Pegel
oder High-Pegel) wird von einer Auswerteeinrichtung 4 überwacht.
Im fehlerfreien Fall müssen
die beiden Signale 2 und 3 immer den gleichen
logischen Signalzustand aufweisen, d.h. entweder beide Signale weisen
einen High- oder einen Low-Pegel auf. Stellt die Auswerteeinrichtung 4 fest,
dass die Signale 2 und 3 fehlerhaft sind, d.h.
einen unterschiedlichen logischen Zustand aufweisen, dann wird von
ihr ein Fehlersignal 12 erzeugt, welches abhängig vom
konkreten Anwendungsfall entweder nur zur Meldung des Fehlers genutzt
wird und die sicherheitsrelevante Funktion trotzdem aktiviert wird
(z.B. Antrieb ausschalten) oder mit Hilfe des Fehlersignals 12 wird
die Ausführung
des Bedienbefehls blockiert (z.B. Antrieb einschal ten). Da durch
Drücken
der Taste 7 ein Schließen
der beiden Kontakte 5 und 6 bewirkt wird, wird
ein solcher Taster auch als Schließer/Schließer-Kombination bezeichnet.
Der große
Nachteil des in der Auswerteeinrichtung 4 realisierten
Auswerteverfahrens besteht darin, dass ein sogenannter Doppelfehler
nicht erkannt wird. Ein Doppelfehler liegt z.B. vor, wenn Signal 2 und
Signal 3 z.B. in Folge eines jeweiligen Leitungsbruches
unterbrochen werden. Weitere Möglichkeiten
für Doppelfehler
sind z.B. Kurzschlüsse
zwischen den beiden signalführenden Leitungen
oder auch gleichzeitige Erdschlüsse
der beiden Signalleitungen. An Stelle des Tasters 1 kann natürlich selbstverständlich auch
ein mit einer Schließer/Schließer-Kombination
ausgerüsteter
Schalter verwendet werden.
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In 2 ist ein weiterer handelsüblich verwendeter
sogenannter monovalenter Taster 1, der zur Bedienung von
sicherheitsrelevanter Funktionen in eine Bedieneinrichtung eingebaut
ist, dargestellt. Durch Drücken
einer Taste 7 werden die beiden Kontakte 8 und 11 zeitsynchron
geöffnet,
was durch entsprechende Pfeile in 1 angedeutet
ist. Die Signale 2 und 3 nehmen nach dem Schließvorgang Low-Potential
an. Der logische Signalzustand (Low-Pegel oder High-Pegel) wird
von einer Auswerteeinrichtung 4 überwacht. Im fehlerfreien Fall
müssen
die beiden Signale 2 und 3 immer den gleichen logischen
Signalzustand aufweisen, d.h. entweder beide Signale weisen einen
High- oder einen Low-Pegel auf. Stellt die Auswerteeinrichtung 4 fest, dass
die Signale 2 und 3 fehlerhaft sind, d.h. einen unterschiedlichen
logischen Zustand aufweisen, dann wird von ihr ein Fehlersignal 12 erzeugt,
welches abhängig
vom konkreten Anwendungsfall entweder nur zur Meldung des Fehlers
genutzt wird und die sicherheitsrelevante Funktion trotzdem aktiviert wird
(z.B. Antrieb ausschalten) oder mit Hilfe des Fehlersignals 12 wird
die Ausführung
des Bedienbefehls blockiert (z.B. Antrieb einschalten). Da durch Drücken der
Taste 7 ein Öffnen
der beiden Kontakte 5 und 6 bewirkt wird, wird
ein solcher Taster auch als Öffner/Öffner-Kombi nation
bezeichnet. Der große Nachteil
des in der Auswerteeinrichtung 4 realisierten Auswerteverfahrens
besteht darin, dass wie bei der Ausführungsform gemäß 2 ein Doppelfehler ebenfalls
nicht erkannt wird. Ein Doppelfehler liegt z.B. vor, wenn Signal 2 und
Signal 3 z.B. in Folge eines jeweiligen Leitungsbruches
unterbrochen werden. Weitere Möglichkeiten
für Doppelfehler
sind z.B. Kurzschlüsse
zwischen den beiden signalführenden Leitungen
oder auch gleichzeitige Erdschlüsse
der beiden Signalleitungen. An Stelle des Tasters 1 kann natürlich selbstverständlich auch
ein mit einer Öffner/Öffner-Kombination
ausgerüsteter
Schalter verwendet werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur
Erkennung von fehlerhaften antivalenten Taster- oder Schaltersignalen zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erkennung von fehlerhaften
antivalenten Taster- oder Schaltersignalen eines antivalenten Taster
oder Schalters einer Bedieneinrichtung, wobei vom Taster oder Schalter
zwei antivalente Signale ausgegeben werden, wobei auf fehlerhafte
Signale erkannt wird wenn beide Signale den gleichen logischen Zustand aufweisen,
gelöst.
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Die
Erfindung besitzt den Vorteil, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren
Doppelfehler erkannt werden können.
Weiterhin müssen
in einer Bedieneinrichtung keine unterschiedlichen Taster oder Schalter
in Form von einer Schließer/Schließer-Kombination oder
einer Öffner/Öffner-Kombination
mehr eingebaut werden, sondern es langt in der Regel der Einbau
eines einzigen antivalenten Taster- oder Schaltertyps aus.
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Eine
erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass auf fehlerhafte Signale erkannt wird, wenn beide Signale über einen
vordefinierten Zeitraum hinaus den gleichen logischen Zustand aufweisen.
Hierdurch werden während
des Drückens
oder Schaltvorgangs des antivalenten Schalter oder Taster eventuell
kurzzeitig auftretende Inkonsistenten der Signale 2 und 3 unterdrückt.
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Eine
erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich auf
fehlerhafte Signale erkannt wird, wenn die beiden antivalenten Signale
des Tasters oder des Schalters in gedrücktem Zustand des Tasters oder
im geschalteten Zustand des Schalters über ein vordefinierten Zeitraum
hinaus dauerhaft anstehen. Hierdurch ist es möglich auch unbeabsichtigte
Bedienhandlungen wie z.B. das Fallenlassen von Werkzeug auf den
Taster oder Schalter zu erkennen.
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Ferner
erweist es sich für
die Erfindung von Vorteil, wenn die Bedieneinrichtung mit einer
angeschlossenen Steuer- oder Regeleinrichtung verbunden ist, wobei
eine Auswerteeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der vorhergehenden Ansprüche
integraler Bestandteil der Steuer- oder Regeleinrichtung ist und
die Bedieneinrichtung mindestens einen antivalenten Taster oder
antivalenten Schalter aufweist, der zwei antivalente Signale ausgibt.
Wenn die Auswerteeinrichtung in der Steuer- oder Regeleinrichtung
integriert ist, ist kein zusätzlicher
Hardwareaufwand für
die Auswerteeinrichtung mehr notwendig.
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Ferner
erweist es sich für
die Erfindung von Vorteil, wenn die Bedieneinrichtung eine integrierte Auswerteeinrichtung
aufweist, wobei die Bedieneinrichtung mindestens einen antivalenten
Taster oder antivalenten Schalter aufweist, der zwei antivalente Signale
ausgibt. Wenn die Auswerteeinrichtung integraler Bestandteil der
Bedieneinrichtung ist, wird zur Durchführung des Verfahrens keine
zusätzliche Hardware
oder Softwareerweiterungen außerhalb der
Bedieneinrichtung mehr benötigt.
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Eine
solche Bedieneinrichtung eignet sich besonders zur Bedienung von
Werkzeug- oder Produktionsmaschinen, da auf die sem technischen Gebiet
besonders hohe Sicherheitsanforderungen zu erfüllen sind. Es sei an dieser
Stelle jedoch ausdrücklich
angemerkt, dass die Erfindung auch auf zahlreichen anderen technischen
Gebieten, bei denen das Bedienen von sicherheitsrelevanten Funktionen
notwendig ist, angewandt werden kann. Als Beispiele hierfür sind z.B.
industrielle Anlagen, Schiffstechnik, Unterseeboote, Fahrzeuge,
Raumfahrzeuge, Flugzeuge, Bahntechnik bzw. ganz allgemein Leittechnik zu
nennen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
handelsüblicher
monovalenter Schalter,
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2 ein
weiterer handelsüblicher
monovalenter Schalter,
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3 ein
antivalenter Schalter mit einer angeschlossenen Auswerteeinrichtung
und
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4 eine
Bedieneinrichtung mit einer angeschlossenen Steuer- oder Regeleinrichtung.
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In 3 ist
ein sogenannter antivalenter Taster 9 und eine Auswerteeinrichtung 4 in
der das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt
wird, dargestellt. An Stelle des antivalenten Tasters 9 kann
natürlich
selbstverständlich
auch ein antivalenter Schalter verwendet werden. Im Unterschied
zu den in 1 und 2 dargestellten
monovalenten Tastern bzw. Schaltern, die entweder aus einer Öffner/Öffner-Kombination
oder einer Schließer/Schließer-Kombination
bestehen, besteht ein antivalenter Taster aus einer Öffner/Schließer-Kombination,
d.h. beim Betätigen
des antivalenten Tasters 9 über eine Taster 7 wird
gleichzeitig der Kontakt 8 geöffnet und der Kontakt 6 geschlossen,
was durch entsprechende Pfeile in 3 angedeutet
ist. Beim Loslassen der Taste 7 wird gleichzeitig der Kontakt 8 geschlossen und
der Kontakt 6 geöffnet.
Hierdurch wird erreicht, dass die Spannung U entweder auf das Signal 2 oder auf
das Signal 3 durchgeschalten wir, so dass die beiden Signale 2 und 3 stets
im fehlerfreien Zustand einen antivalenten logischen Signalpegel
aufweisen, d.h. wenn Signal 2 einen logischen High-Pegel
aufweist, weist Signal 3 einen logischen Low-Pegel auf und
wenn Signal 2 einen logischen Low-Pegel aufweist, weist
Signal 3 einen logischen High-Pegel auf. Ein fehlerhafter
Zustand zeichnet sich somit dadurch aus, dass die beiden Signale 2 und 3 einen
identischen logischen Signalpegel aufweisen, d.h. die beiden Signale
weisen gleichzeitig entweder einen logischen Low-Pegel oder einen
logischen High-Pegel auf. Ein solches Verfahren zur Erkennung von
fehlerhaften antivalenten Taster oder Schaltersignalen weist den
großen
Vorteil auf, dass nun auch Doppelfehler erkannt werden können. Wenn
z.B. die Signalleitungen der Signale 2 und 3 Kurzschlüsse gleichzeitig
gegen Masse, gegeneinander oder gleichzeitig gegen die Versorgungsspannung
U aufweisen, kann auch ein solcher Fehler sicher vom erfindungsgemäßen Verfahren
erkannt werden.
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Einzelfehler,
wie z.B. ein Kurzschluss eines der beiden Signalleitungen der Signale 2 und 3 gegen
Masse werden entweder sofort erkannt oder aber nach Drücken der
Taste 7 d.h. nach Betätigen des
Tasters 9.
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In
der Auswerteeinrichtung 4 sind in Form eines Ausführungsbeispiels,
die für
das Verfahren benötigten
Funktionsbausteine und deren Verschaltung eingezeichnet. Selbstverständlich,
kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch mit anderen Funktionsbausteinen und anderen Verknüpfungen
durchgeführt
werden. Weisen die beiden Signale 2 und 3 einen
logischen High-Pegel auf dann geht der Ausgang des logischen UND-Funktionsbausteins 13, welcher
eine logische Verundung der beiden Signale durchführt auf
High-Pegel. In Folge geht der Ausgang des OR-Funktionsbausteins 17, welcher
eine logische Oderfunktion realisiert, ebenfalls auf High-Pegel.
Das Ausgangssignal des OR-Funktionsbausteins 17 wird einem
Einschaltverzögerer 18 zugeführt, dessen
Ausgang nach einem vordefinierten Zeitraum ebenfalls auf High-Pegel
geht. Dieses Signal wird einem OR- Funktionsbaustein 19 zugeführt dessen
Ausgang infolge ebenfalls auf High-Pegel geht und solchermaßen ein
Fehlersignal 12 erzeugt. Der Einschaltverzögerer 18 dessen
Ausgang auf logisch High-Pegel geht, wenn sein Eingangssignal über einen
vordefinierten Zeitraum hinaus High-Pegel annimmt, ist dabei nicht
unbedingt notwendig. Der Einschaltverzögerer 18 ist jedoch
sinnvoll um während
des Drück-
oder Schaltvorgangs des antivalenten Tasters oder Schalters eventuell
kurzzeitig auftretenden Inkonsistenten der Signale 2 und 3 zu unterdrücken.
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Wenn
die beiden Signale 2 und 3 einen logischen Low-Pegel
aufweisen, werden die beiden Signale 2 und 3 mittels
der Invertierer 14 und 15 invertiert und solchermaßen jeweils
einen logischn High-Pegel am Ausgang der Invertierers 14 und 15 erzeugt.
Durch die beiden High-Pegel an den Eingängen des UND-Funktionsbausteins 16 wird
am Ausgang des UND-Funktionsbausteins 16 High-Pegel erzeugt
und dem OR-Funktionsbaustein 17 zugeführt. Ansonsten entspricht die
weitere Auswertung der Signale der schon oben beschriebenen Signalauswertung
so dass auf diese hier nicht mehr eingegangen wird.
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Eine
weitere Möglichkeit
der Entstehung von fehlerhaften Taster- oder Schaltersignalen besteht unbeabsichtigten
Bedienhandlungen des Tasters oder Schalters. Eine solche Bedienhandlung
kann z.B. durch Herunterfallen eines Werkzeugs oder versehentliches
Gegenstoßen
gegen den Taster oder Schalter entstehen. In manchen Anwendungsfällen hat
eine solche ungewollte Betätigung
des Tasters oder Schalters zunächst
keine unmittelbare Auswirkung, da z.B. die relevante Sicherheitsfunktion,
die mit dem Taster oder Schalter aktiviert wird, momentan von einer
Regel- oder Steuereinrichtung der Maschine nicht abgefragt wird,
weil diese im Moment für den
momentanen Bearbeitungsvorgang z.B. nicht relevant ist.
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In
einem solchen Falle lässt
sich mit Hilfe einer geeigneten Ergänzung des Verfahrens auch ein solcher
Fehler erkennen. Das erfindungsgemäße Verfahren prüft hierzu
wie lange der an tivalente Taster oder Schalter im gedrückten bzw.
geschalteten Zustand verbleibt. Im Ausführungsbeispiel nimmt im gedrückten Zustand
des antivalenten Tasters 9 der Signalpegel 2 einen
logischen Low-Pegel an und das Signal 3 nimmt einen logischen
High-Pegel an. Mit Hilfe des Invertierers 20 und des UND-Funktionsbausteins 21 wird
erreicht, dass am Ausgang des UND-Funktionsbausteins 21 im
gedrückten
Zustand des Tasters das Ausgangssignal des UND-Funktionsbausteins 21 einen
logischen High-Pegel annimmt. Mit Hilfe des Einschaltverzögerers 22 wird überprüft, wie
lange der gedrückte
Zustand ohne Unterbrechung anhält.
Hält der
logische Signalpegel am Eingang des Einschaltverzögerers 22 über einen
vordefinierten Zeitraum hinaus an, dann nimmt dessen Ausgang auf
einen logischen High-Pegel an, wodurch mittels des ODER-Funktionsbausteins 19 ein Fehlersignal 12 erzeugt
wird, d.h. der Ausgang des ODER-Funktionsbausteins 19 geht
auf einen logischen High-Pegel.
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In 4 ist
eine Bedieneinrichtung 10, welche über eine Verbindung 23 zum
Austausch von Daten mit einer Steuereinrichtung 11 zur
Steuerung der Maschine verbunden ist, dargestellt. Die Bedieneinrichtung 10 weist
ein Tastaturfeld mit antivalenten Tastern auf, von denen der Übersichtlichkeit
halber nur ein antivalenter Taster 9 bezeichnet ist. In
dem Ausführungsbeispiel
ist die Auswerteeinrichtung 4 zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
integraler Bestandteil der Bedieneinrichtung 10. Alternativ
kann die Auswerteeinrichtung 4, was in 4 gestrichelt
angedeutet ist, aber auch integraler Bestandteil der Steuereinrichtung 11 sein.
Dies hat den Vorteil, dass die für
das Verfahren zu führenden logischen
Verknüpfungen
in Form von Software auf einem ohnehin in der Regel in der Steuereinrichtung 11 vorhandenen
Mikroprozessorsystems realisiert werden kann. Es sei an dieser Stelle
angemerkt, dass anstatt der Steuereinrichtung 11 auch eine
Regeleinrichtung vorgesehen sein kann.
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Die
Bedieneinrichtung kann z.B. in Form einer Steuertafeln, einem Bedienhandgerät, einem Programmierhandgerät, einem
Be dienpult, einer Bedientafeln, einem Mimic-Board, einem Cockpit,
einem Leitstand oder ähnlichem
vorliegen.
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Es
sei an dieser Stelle angemerkt, dass als Werkzeugmaschinen z.B.
ein- oder mehrachsige Dreh-, Fräs-,
Bohr- oder Schleifmaschinen zu verstehen sind. Zu den Werkzeugmaschinen
werden auch noch Bearbeitungszentren, lineare und rotatorische Transfermaschinen,
Lasermaschinen oder Wälz-
und Verzahnmaschinen gezählt.
Allen gemeinsam ist, dass ein Material bearbeitet wird, wobei diese
Bearbeitung mehrachsig ausgeführt
werden kann. Zu den Produktionsmaschinen werden z.B. Textil-, Kunststoff-,
Holz-, Glas-, Keramik- oder Steinbearbeitungsmaschinen gezählt. Maschinen
der Umformtechnik, Verpackungstechnik, Drucktechnik, Fördertechnik, Aufzugstechnik,
Pumpentechnik, Transporttechnik, Lüftertechnik sowie Windkrafträder, Hebewerkzeuge, Kräne und Roboter
gehören
ebenfalls zu den Produktionsmaschinen.