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Die Erfindung betrifft ein Sicherheitssteuerungselement für ein Sicherheitsgerät, wobei das Sicherheitssteuerungselement wenigstens zwei sichere Schaltausgänge zur Verbindung mit einer Maschinensteuerung aufweist und zur Durchführung von Funktionstest der wenigstens zwei sicheren Schaltausgänge ausgestaltet ist, bei welchen jeweils wenigstens ein sicherer Schaltausgang deaktiviert wird und das an diesem während des abgeschalteten Zustands messbare Signal dahingehend geprüft wird, ob es einem deaktivierten Schaltausgang entspricht.
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Übliche Sicherheitsgeräte verfügen in der Regel über mehrere Schaltausgänge, die sichere Ausgangssignale liefern müssen. Die Ausgangssignale werden zum Beispiel an eine Maschinensteuerung gegeben um abhängig vom Schaltzustand des Sicherheitsgeräts z. B. eine Sicherheitsabschaltung oder sonstige Steuerungsfunktionen einer Maschine durchzuführen.
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Beispielsweise kann es sich bei der zu steuernden Maschine um eine Presse handeln, wobei das Sicherheitsgerät ein an der Presse angeordnetes Lichtgitter oder eine Lichtschranke umfasst, womit ein Gefahrenbereich überwacht wird. Tritt ein Objekt, z. B. ein Körperteil einer Bedienperson, in den Gefahrenbereich der Presse ein, so muss diese aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden.
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Dabei muss zur Vermeidung von gefährlichen Fehlfunktionen die Sicherheit beziehungsweise die korrekte Übermittlung der Ausgangssignale weit möglichst gewährleistet werden. Außerdem muss die korrekte Funktionsfähigkeit der sicheren Schaltausgänge gewährleistet werden.
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Insbesondere müssen dazu unerwünschte Querschlüsse zwischen zwei solchen sicheren Ausgängen zuverlässig erkannt werden. Eine solche Querschlusserkennung ist insbesondere dann wichtig, wenn keine räumlich getrennte Leitungsführung der einzelnen sicheren Schaltausgänge vorgesehen bzw. sichergestellt ist.
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Soll eine Verlegung der sicheren Schaltausgänge in einer gemeinsamen Leitung stattfinden, ist die Querschlusserkennung sogar Voraussetzung für die Erfüllung einer entsprechenden Norm (DIN EN 61496-1:2009-03).
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Bei bekannten Lösungen werden dazu die sicheren Schaltausgänge einer wiederkehrenden dynamischen Testung unterzogen, um so genannte ”Stuck-at”-Fehler (bei denen ein Signalpegel entgegen seiner Sollfunktion ständig auf einem Wert liegt) oder interne Bauteilausfälle erkennen zu können. Eine solche Testung erfolgt durch kurzzeitiges Abschalten eines sicheren Schaltausgangs und Auswertung des zurück gelesenen Zustands des Schaltausgangs. Liegt ein Querschluss zwischen zwei sicheren Schaltausgängen vor, kann dies anhand von Pegelverschiebungen sowie Kurzschlussströmen zwischen einem aktivierten (aktiv ”HIGH” treibenden) Ausgang und dem testweise deaktivierten (”LOW” treibenden) Ausgang aus dem zurück gelesenen Zustand des jeweiligen Schaltausgangs erkannt werden.
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Ohne zeitliche Abstimmung der so erzeugten Testlücken kann keine sichere Querschlusserkennung zwischen den einzelnen sicheren Schaltausgängen bzw. damit verbundenen Verbindungsleitungen gewährleistet werden, da nicht ausgeschlossen werden kann, dass die Testlücken an den einzelnen Schaltausgängen zeitgleich auftreten. In diesem Fall kann ein Querschluss nicht festgestellt werden.
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Daher werden bei bekannten Lösungen die Testlücken für unterschiedliche Schaltausgänge durch elektrische Abstimmung phasenverschoben erzeugt. So ist sichergestellt, dass die Testlücken der einzelnen sicheren Schaltausgänge nicht gleichzeitig auftreten.
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Eine entsprechende elektrische oder optische Synchronisation ist aufwendig und kostenintensiv.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sicherheitssteuerungselement anzugeben, das eine sichere Querschlusserkennung zwischen Schaltausgängen eines Systems auf einfache und kostengünstige Weise ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit einem Sicherheitssteuerungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Sicherheitsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Sicherheitssteuerungselement ist derart ausgestaltet, dass es die einzelnen sicheren Schaltausgänge mit unterschiedlicher Wiederholrate zur Durchführung eines Funktionstests deaktiviert. Werden für die einzelnen sicheren Schaltausgänge unterschiedliche Wiederholraten der für die Funktionstests vorgesehenen Testlücken gewählt, ist sichergestellt, dass sich die Testlücken zweier Schaltausgänge in der Regel nur sehr selten überlagern. Die sich nicht überlagernden Testlücken finden asynchron statt, so dass anhand dieser Testlücken eine zuverlässige Querschlusserkennung zwischen zwei Schaltausgängen möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Sicherheitssteuerungselement kann z. B. in dem Sicherheitsgerät integriert sein oder über sichere Verbindungen mit einem solchen Sicherheitsgerät verkoppelt sein. Die sicheren Schaltausgänge dienen zur Verbindung mit einer Maschinensteuerung, um z. B. die Abschaltung der Maschine bei einem entsprechenden Schaltzustand des Sicherheitsgeräts zu gewährleisten.
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Grundsätzlich könnten die Wiederholraten der einzelnen Schaltausgänge z. B. mit Hilfe eines Zufallsgenerators zufällig gewählt werden. Auf diese Weise unterscheiden sich in der Regel die Abstände einzelner Testlücken in völlig unvorhersehbarer Weise, so dass mit großer Wahrscheinlichkeit keine oder nur eine seltene Überlagerung zweier Testlücken unterschiedlicher Schaltausgänge stattfindet.
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Eine einfacher zu realisierende Ausgestaltung sieht jedoch vor, dass die Wiederholraten der einzelnen Schaltausgänge jeweils einer konstanten Frequenz entsprechen, die sich für die einzelnen Schaltausgänge unterscheiden.
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Vorzugsweise sind die Frequenzen fi und fj, mit denen zwei sichere Schaltausgänge deaktiviert werden, so gewählt, dass sie keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind. Durch unterschiedliche Wiederholraten der Testlücken, welche keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind, werden diese zueinander schwebend ausgeführt.
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Zum Beispiel in einem Fall, in dem n·fi = m·fj gewählt ist (mit m = n + 1 und n ≥ 2), findet maximal alle n Testlücken eine Überlagerung statt. Die nachfolgenden n – 1 Testlücken finden entsprechend asynchron statt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Sicherheitsgerät mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitssteuerungselement.
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Das Sicherheitsgerät kann z. B. ein Lichtgitter oder eine Lichtschranke umfassen, das bzw. die ein Sicherheitslichtgitter bzw. eine Sicherheitslichtschranke ist, also z. B. für den Personenschutz zur Absicherung von Maschinen ausgelegt ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Sicherheitssteuerung, das mit einem erfindungsgemäßen Sicherheitssteuerungselement durchgeführt werden kann. Insbesondere wird bei einem solchen Verfahren jeweils wenigstens ein sicherer Schaltausgang eines Sicherheitssteuerungselements deaktiviert und das an diesem während des abgeschalteten Zustands messbare Signal dahingehend überprüft, ob es einem deaktivierten Schaltausgang entspricht. Die Deaktivierung der einzelnen sicheren Schaltausgänge erfolgt mit unterschiedlicher Wiederholrate. Vorzugsweise sind die Wiederholraten der einzelnen Schaltausgänge konstante Frequenzen, die keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind. Die Vorteile eines solchen Verfahrens, seine besonderen Ausgestaltungen und deren Vorteile ergeben sich aus den oben geschilderten Vorteilen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sicherheitssteuerungselements.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der schematischen Figuren erläutert. Dabei zeigen
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1 eine Schemadarstellung eines Sicherheitsgeräts und
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2 ein Zeitablaufdiagramm der an zwei Sicherheitsausgängen anliegenden Signale.
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1 zeigt ein Sicherheitsgerät 1 mit einem Sicherheitssteuerungselement 10. Das Sicherheitssteuerungselement 10 kann integrierter Bestandteil des Sicherheitsgeräts sein oder mit diesem über sichere Verbindungen verbunden sein. Das Sicherheitsgerät 1 umfasst z. B. eine Lichtschranke, die einen Gefahrenbereich einer Maschine absichert.
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Das Sicherheitsgerät umfasst bei dem gezeigten Beispiel zwei Schaltausgänge OSSD1, OSSD2 (OSSD steht für engl. ”Output Signal Switching Device”), die mit einer Maschinensteuerung zu verbinden sind.
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Bei einer solchen Maschine kann es sich z. B. um eine Presse handeln. Beispielsweise kann es sich bei dem Sicherheitsgerät 1 um eine Lichtschranke handeln, die den Gefahrenbereich der Presse überwacht. Detektiert die Lichtschranke ein Objekt im Gefahrenbereich, erzeugt sie entsprechende Signale, die über die sicheren Schaltausgänge OSSD1 und OSSD2 an die Maschinensteuerung gegeben werden, um diese abzuschalten.
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Damit die Übermittlung der Schaltsignale von dem Sicherheitsgerät 1 an die Maschinensteuerung auf jeden Fall zuverlässig gewährleistet ist, müssen die Schaltausgänge OSSD1 und OSSD2 unter anderem auf mögliche gefahrträchtige Querschlüsse geprüft werden. Das Sicherheitssteuerungselement 10 schaltet zur Durchführung entsprechender Funktionstests jeweils einen der Schaltausgänge kurzzeitig ab und erzeugt auf diese Weise eine Testlücke. Das von dem entsprechenden Schaltausgang zurück gelesene Signal wird überprüft. Pegelverschiebungen oder Kurzschlussströme zwischen den zwei sicheren Schaltausgängen deuten auf einen Querschluss hin. Bei einem entsprechenden Befund kann das System auf an sich bekannte Weise in einen sicheren Zustand überführt werden oder ein entsprechendes Warnsignal ausgegeben werden.
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2 zeigt einen möglichen zeitlichen Ablauf der Signale an den Schaltausgängen OSSD1 und OSSD2, wie sie mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt werden können. In periodischen Abständen werden Testlücken 20 im Schaltsignal des sicheren Schaltausgangs OSSD1 erzeugt. In periodischen Abständen mit einer anderen Periode werden Testlücken in dem Signal des Schaltausgangs OSSD2 erzeugt. Die Wiederholfrequenzen der Testlücken 20 bzw. 30 der Schaltausgänge OSSD1 bzw. OSSD2 unterscheiden sich durch einen Faktor n/n + 1. In der Darstellung der 2 beträgt n = 4.
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Auf diese Weise ist sichergestellt, dass nur alle n Testlücken eine Überlagerung stattfindet, wie sie für die Testlücken 22 bzw. 32 der sicheren Schaltausgänge OSSD1 und OSSD2 angedeutet ist. Bei allen übrigen Testlücken findet keine Überlagerung statt, so dass immer nur in einem der zwei Schaltausgänge eine Testlücke vorliegt, so dass eine sichere Querschlusserkennung möglich ist.
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Die Erfindung wurde für den Fall zweier sicherer Schaltausgänge OSSD1 und OSSD2 beschrieben. Es kann aber auch eine höhere Anzahl von Schaltausgängen vorgesehen sein, wobei sich die Frequenzen, mit denen Testlücken in jeweils zwei Schaltausgängen erzeugt werden, keine ganzzahligen Vielfachen voneinander sind. Zum Beispiel kann für die Frequenzen fi, fj und fk dreier Schaltausgänge die Beziehung: n·fi = (n + 1)·fj = (n + 2)·fk gelten, wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 3 ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Norm (DIN EN 61496-1:2009-03) [0006]
