DE202011004483U1

DE202011004483U1 - AS-interface-capable, safe small controller

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Publication number: DE202011004483U1
Application number: DE202011004483U
Authority: DE
Original assignee: Bihl & Wiedemann GmbH; BIHL+WIEDEMANN GmbH
Current assignee: Bihl & Wiedemann GmbH; BIHL+WIEDEMANN GmbH
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-01-26
Anticipated expiration: 2021-03-29

Abstract

Steuerung für die Verarbeitung von elektrischen Standard- und sicheren Ein- und Ausgängen in der Automatisierungstechnik bestehend aus einem Safety-at-Work Sicherheitsmonitor, dessen Applikationsprogramm über einen PC erstellt und auf einer Chip-Karte oder einem anderen austauschbaren Medium gespeichert werden kann, aus einer Ein-/Ausgabeeinheit für nicht über den AS-Interface Bus transportierte Daten, und aus einem AS-Interface Master, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsmonitor in der Lage ist, zusätzlich zu den Bus-Daten auch die sicherheitsgerichteten Eingangsdaten der Ein-/Ausgabeeinheit zu lesen, in seinem Applikationsprogramm sicherheitsgerichtet zu verarbeiten und die Ergebnisse sicherheitsgerichtet über die Ein-/Ausgabeeinheit und/oder die Busverbindung auszugeben, dass das Applikationsprogramm des Monitors sowohl mit als auch ohne einen internen oder externen AS-Interface Anschluss lauffähig ist.Control for the processing of electrical standard and safe inputs and outputs in automation technology consisting of a Safety-at-Work safety monitor, whose application program can be created via a PC and saved on a chip card or other removable medium, from one Input / output unit for data not transported via the AS-Interface bus, and from an AS-Interface master, characterized in that the safety monitor is able to add the safety-related input data to the input / output unit in addition to the bus data read, process in its application program in a safety-related manner and output the results in a safety-related manner via the input / output unit and / or the bus connection, so that the application program of the monitor can run both with and without an internal or external AS-Interface connection.

Description

Stand der TechnikState of the art

AS-Interface (oder „ASi”) ist ein eingeführtes und genormtes1

1: IEC 62026-2: Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i), Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i); 2000; oder: Kriesel, W. R., Madelung, O. W. (Hrsg.): AS-Interface Das Aktuator-Sensor-Interface für die Automation; 213 S., 2. deutsche Auflage, Carl Hanser Verlag 1999, ISBN 3-446-21064-4; oder aktualisiert AS-International Association: Complete Specification Version 3.0 Rev. 3 (2010) und Annex A and B to the Complete AS-Interface Specification; Version 3.0, Revision 3 (2010)

Bussystem für einfache Sensoren und Aktuatoren, die in computergesteuerten Prozessen oder Anlagen (hier „Applikationen” genannt) verwendet werden. Für Applikationen mit besonders hohen Sicherheitsanforderungen gemäß den internationalen Normen2

2: DIN EN ISO 13849-1:2008: Sicherheit von Maschinen-Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen

für sicherheitsgerichtete Geräte existiert eine Sicherheitsvariante von AS-Interface unter dem Namen „Safety at Work”3

3: AS-International Association (Hrsg.): AS-Interface Safety-at-Work, (2004) und Complete Specification, wie in Fußnote 1 zitiert.

(oder „SaW”), in der der Datenverkehr im AS-Interface Netz mit Slaves durch Codefolgen so abgesichert wird, dass die Daten der Sensoren oder Aktuatoren innerhalb des Netzes sicherheitsgerichtet im Sinne der Normen übertragen werden. Sie werden im folgenden „sichere Slaves” genannt. Dazu enthält das Netz einen „Sicherheitsmonitor”, der den Datenverkehr mit den sicheren Slaves überwacht und die Applikation über seine lokalen Ausgänge oder innerhalb des Netzes über sicherheitsgerichtete Aktuatoren stets in einem sicheren Zustand halt. Dazu verfügt der Sicherheitsmonitor über Rechenkapazität, die die aus dem AS-Interface Netz empfangenen Daten applikationsspezifisch verknüpft. Das zugehörige Programm kann über eine Programmierschnittstelle und PC erstellt und in einer Chipkarte abgespeichert werden.AS-Interface (or "ASi") is an established and standardized 1

1: IEC 62026-2: Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i), Part 2: Actuator Sensor Interface (AS-i); 2000; or: Kriesel, WR, Madelung, OW (ed.): AS-Interface The Actuator Sensor Interface for Automation; 213 p., 2nd German edition, Carl Hanser Verlag 1999, ISBN 3-446-21064-4; or updated AS-International Association: Complete Specification Version 3.0 Rev. 3 (2010) and Annex A and B to the Complete AS-Interface Specification; Version 3.0, Revision 3 (2010)

Bus system for simple sensors and actuators used in computer-controlled processes or systems (here called "applications"). For applications with particularly high safety requirements in accordance with international standards 2

2: DIN EN ISO 13849-1: 2008: Safety of machine-safety-related parts of control systems

For safety-related devices there is a safety variant of AS-Interface under the name "Safety at Work" 3

3: AS-International Association (ed.): AS-Interface Safety-at-Work, (2004) and Complete Specification, cited in footnote 1.

(or "SaW"), in which the data traffic in the AS-Interface network is protected with slaves by code sequences in such a way that the data of the sensors or actuators within the network are transmitted in a safety-oriented manner in accordance with the standards. They are called "safe slaves" in the following. For this purpose, the network contains a "safety monitor" which monitors the data traffic with the safe slaves and always keeps the application in a safe state via its local outputs or within the network via safety-related actuators. For this purpose, the safety monitor has computing capacity that links the data received from the AS-Interface network in an application-specific manner. The associated program can be created via a programming interface and PC and stored in a chip card.

Nicht-sicherheitsgerichtete Standard-Slaves und sichere Slaves können bei AS-Interface in demselben Netz verwendet werden. Ein Netz, das einen Sicherheitsmonitor und wenigstens einen sicherheitsgerichteten Slave enthält, wird häufig als „Safety-at-Work Netz” bezeichnet. Für die nicht sicherheitsgerichtete Steuerung einer Applikation mit Sensoren und Aktuatoren über ein AS-Interface Netz ist nach dem Stand der Technik gewöhnlich eine übergeordnete Steuerung verantwortlich, z. B. eine SPS, ein PC oder ein „Controller”, ein Master mit integrierter Steuereinheit, während die sicherheitsgerichteten Funktionen vom Sicherheitsmonitor gesteuert werden.Non-safety-related standard slaves and safe slaves can be used with AS-Interface in the same network. A network that contains a safety monitor and at least one safety-related slave is often referred to as a "safety at work network". For the non-safety-related control of an application with sensors and actuators via an AS-Interface network, according to the prior art usually a higher-level control is responsible, z. A PLC, a PC or a "controller", a master with integrated control unit, while the safety-related functions are controlled by the safety monitor.

Bei Safety-at-Work überprüfen der Sicherheitsmonitor (bei Sensoren) bzw. die Slaves (bei Aktuatoren) ständig die genannten Codefolgen. Sobald einer der Codes aus der Folge vom Sollwert abweicht oder die hexadezimale „Null” (das binäre Telegramm 0-0-0-0) übertragen wird, erkennen der Monitor bzw. der sichere Aktuator auf „AUS”, übernehmen die Steuerung die Applikation, steuern sie in einen sicheren Zustand und halten sie an. Aufgrund der Konstruktion des Monitors, der Slaves und des Aufbaus des Netzes lässt sich jeweils eine Reaktionszeit T_R zwischen dem Auftreten eines Fehlers im Netz und der Reaktion des Sicherheitsmonitors bzw. des relevanten sicheren Aktuators an ihren Ausgängen angeben. Auf diese Weise wird jene Sicherheit erreicht, die für gefahrbringende Applikationen von der Norm gefordert wird.With Safety-at-Work, the safety monitor (with sensors) or the slaves (with actuators) constantly check the code sequences mentioned. As soon as one of the codes from the sequence deviates from the setpoint or the hexadecimal "zero" (the binary telegram 0-0-0-0) is transmitted, the monitor or the safe actuator recognizes "OFF", the controller takes over the application, Control them to a safe condition and stop them. Due to the construction of the monitor, the slaves and the structure of the network, a reaction time T _R between the occurrence of a fault in the network and the reaction of the safety monitor or the relevant safe actuator at their outputs can be specified. In this way, the safety required for hazardous applications by the standard is achieved.

Nach dem Stand der Technik sind größere Netzwerke das wichtigste Einsatzgebiet von AS-Interface und Safety-at-Work, insbesondere auch dann, wenn die angebundenen Gerate über einen größeren räumlichen Bereich verteilt sind. Bei kleineren und lokal konzentrierten Applikationen kann Safety-at-Work an seine Grenzen stoßen: Für jedes sichere Datenbit muss ein eigener Safety-at-Work Slave verwendet werden, der jeweils eine Adresse belegt. Konventionelle Steuerungen mit Einzelverdrahtung können hier wirtschaftlicher sein; ihnen fehlt allerdings die Möglichkeit weiter entfernte Komponenten einfach in eine Applikation einzubeziehen.According to the state of the art, larger networks are the most important field of application of AS-Interface and Safety-at-Work, in particular even if the connected devices are distributed over a larger spatial area. For smaller and locally concentrated applications, Safety-at-Work can reach its limits: For each secure data bit, a separate Safety-at-Work slave must be used, each of which occupies an address. Conventional controllers with single wiring can be more economical here; However, they lack the ability to easily include more distant components in an application.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, eine einfache und kostengünstige, sicherheitsgerichtete Steuerung zu schaffen, die kleinere Inseln einer Applikation nach einem Anwenderprogramm steuert, aber auch in der Lage ist, weiter entfernte Schaltgeräte mit Bustechnik einzubeziehen oder mehrere derartige Inseln miteinander zu vernetzen. Dabei sollten die einzelnen Inseln konventionell verdrahtet werden können.The object of the present invention was therefore to provide a simple and cost-effective, safety-related control that controls smaller islands of an application according to a user program, but is also able to include more distant switching devices with bus technology or to network several such islands with each other. The individual islands should be wired conventionally.

Erfindunginvention

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Kleinsteuerung dadurch gelöst, dass ein Safety-at-Work Sicherheitsmonitor (1) so erweitert wird, dass er zusätzlich zu Safety-at-Work-Signalen auch Standard- und sichere Daten konventioneller Ein- und Ausgänge (5), also solcher die ihre Signale durch eine einfache Drahtverbindung übertragen, in sein Applikationsprogramm (4) aufnehmen und dort verarbeiten kann. Der Sicherheitsmonitor (1) ist so gebaut, dass er sicherheitsgerichtete Daten verarbeiten, erzeugen und weitergeben kann.This object is achieved by the small control according to the invention in that a safety-at-work safety monitor ( 1 ) is extended so that in addition to safety-at-work signals it also provides standard and safe data for conventional inputs and outputs ( 5 ), ie those which transmit their signals by a simple wire connection, in its application program ( 4 ) and can process there. The safety monitor ( 1 ) is built to handle, generate and relay safety-related data.

Die Verbindung zwischen den konventionellen Ein- und Ausgänge (5) und dem Sicherheitsmonitor (1) mit Applikationsprogramm (4) stellt eine Ein-/Ausgabeeinheit (2) her, in der die ein- und ausgehenden Daten sicherheitsgerichtet verarbeitet und mit dem Applikationsprogramm ausgetauscht werden können (7).The connection between the conventional inputs and outputs ( 5 ) and the safety monitor ( 1 ) with application program ( 4 ) provides an input / output unit ( 2 ), in which the incoming and outgoing data can be processed in a safety-related manner and exchanged with the application program ( 7 ).

Sicherheitsmonitor und Ein-/Ausgabeeinheit bilden zusammen eine lauffähige, sicherheitsgerichtete Steuerung. In diesem einfachsten Applikationsfall tritt der Sicherheitsmonitor nach außen nicht als AS-Interface Komponente in Erscheinung. Das Gerät dient dann lediglich zur Steuerung einer lokalen Insel.The safety monitor and input / output unit together form an executable, safety-related controller. In this simplest application case, the safety monitor does not appear to the outside as an AS-Interface component. The device then serves only to control a local island.

Wird der Sicherheitsmonitor zusätzlich an ein Safety-at-Work Netz (10) angeschlossen, so können sicherheitsgerichtete Eingangssignale aus dem Netz empfangen und im Sicherheitsmonitor verarbeitet werden, sowie sichere Aktuatoren im Netz vom Sicherheitsmonitor aus gesteuert werden. Zur Steuerung einer solchen Kommunikation enthält die Steuerung zusätzlich einen AS-Interface Master (3). Diese Situation zeigt 1. (Anspruch 1).If the safety monitor is additionally connected to a Safety at Work network ( 10 ), safety-related input signals can be received from the network and processed in the safety monitor, as well as safe actuators in the network can be controlled from the safety monitor. To control such communication, the controller also includes an AS-Interface master ( 3 ). This situation shows 1 , (Claim 1).

Das Applikationsprogramm kann so ausgestaltet werden, dass dessen Daten auch an den Master übergeben (8) und von diesem als Ausgangsdaten über den Bus versandt werden. Umgekehrt kann der Master Eingangsdaten über den Bus empfangen, die er an das Applikationsprogramm zur Verarbeitung weitergibt. Diese Kommunikation ist möglich, da der Master autark arbeitet und keine Daten mit einer externen Steuerung austauscht. Die Situation entspricht logisch einem „Controller”, dessen Steuerung vom Sicherheitsmonitor übernommen wird (Anspruch 2).The application program can be configured so that its data is also transferred to the master ( 8th ) and sent by this as output data over the bus. Conversely, the master can receive input data over the bus, which it forwards to the application program for processing. This communication is possible because the master is self-sufficient and does not exchange data with an external controller. The situation corresponds logically to a "controller" whose control is taken over by the safety monitor (claim 2).

Unterschiedlichen Ausführungsformen der Ein-/Ausgabeeinheit können die in der Automatisierungstechnik üblichen Funktionen abdecken, wie Standard- und/oder sicherheitsgerichtete Ein- und Ausgänge, Drehzahlwächter, Grenzwerte, Meldesignale etc.. Sie können in unterschiedlicher Weise, durch Relais-, Halbleiter- oder mechanische Schaltgeräte und ähnliches realisiert werden. Die Ein-/Ausgabeeinheit wird gewöhnlich durch 24 V DC (9) versorgt (Anspruch 3).Different embodiments of the input / output unit can cover the functions customary in automation technology, such as standard and / or safety-related inputs and outputs, speed monitors, limit values, message signals, etc. They can be used in different ways, by relay, semiconductor or mechanical Switching devices and the like can be realized. The input / output unit is usually powered by 24 V DC ( 9 ) supplied (claim 3).

Auf der Master der Steuerung kann aber auch ganz verzichtet werden oder er kann im Rahmen der Konfiguration des Applikationsprogramm dauerhaft abgeschaltet werden (6). Das ist vor allem für drei Fälle vorteilhaft, nämlich dann, wenn der Master des AS-Interface Netzes an anderer Stelle platziert werden muss, wenn der Master Kontakt mit einer übergeordneten Steuerung haben muss, oder wenn mehrere der erfindungsgemäßen Steuerungen in ein Netz aufgenommen werden müssen. In allen drei Fällen darf nur ein Master aktiv sein (Anspruch 4).On the master of the control can be dispensed with entirely or it can be permanently switched off in the context of the configuration of the application program ( 6 ). This is particularly advantageous for three cases, namely when the master of the AS-Interface network must be placed elsewhere, when the master must have contact with a higher-level control, or when several of the controls according to the invention must be included in a network , In all three cases, only one master may be active (claim 4).

Ist der Master wie beschrieben abgeschaltet, so fehlt zunächst eine Möglichkeit, Daten der Steuerung mit entfernteren Teilnehmern über den Bus auszutauschen. Es bleibt lediglich die Möglichkeit, entfernte Safety-at-Work Aktuatoren vom Sicherheitsmonitor aus über das AS-Interface Netz anzusprechen. Um diesen Mangel abzustellen, gibt es die Option, einen oder mehrere Slaves (11) in die Steuerung zu implementieren, die mit dem Applikationsprogramm kommunizieren (12) und Daten zwischen der Steuerung und dem AS-Interface Netz austauschen können (13). Diese Möglichkeit ist besonders vorteilhaft, wenn die Steuerung Daten produziert, die als sichere Eingangsdaten (aus Sicht des Netzes) an andere Teilnehmer über den Bus kommuniziert werden sollen. In diesem letzten Fall müssen der oder die Slaves als Safety-at-Work Slaves ausgebildet werden. Auf diese Weise können auch mehrere Inseln innerhalb einer Applikation sicherheitsgerichtet miteinander kommunizieren. Werden solche Slaves nicht benötigt, so können die Slaves während der Konfiguration des Applikationsprogramms abgetrennt werden (13). Diese Situation zeigt 2 (Anspruch 5).If the master is switched off as described above, there is initially no possibility of exchanging data of the controller with remote participants via the bus. The only option is to address remote Safety-at-Work actuators from the safety monitor via the AS-Interface network. To remedy this deficiency, there is the option of one or more slaves ( 11 ) in the controller that communicate with the application program ( 12 ) and exchange data between the controller and the AS-Interface network ( 13 ). This option is particularly advantageous when the controller produces data that is to be communicated to other subscribers over the bus as secure input data (from the point of view of the network). In this last case, the slave or slaves must be trained as safety-at-work slaves. In this way, several islands within an application can safely communicate with each other. If such slaves are not required, the slaves can be disconnected during the configuration of the application program ( 13 ). This situation shows 2 (Claim 5).

Die Stromversorgung der Steuerung erfolgt für den an das AS-Interface Netz angeschlossenen Kommunikationsteil über dieses Netz, während die Ein-/Ausgabeeinheit separat versorgt wird, vorzugsweise mit 24 V DC (Anspruch 6).The power supply of the controller is made for the communication part connected to the AS-Interface network via this network, while the input / output unit is supplied separately, preferably with 24 V DC (claim 6).

Optional kann die komplette Stromversorgung aus einer einzigen Spannungsquelle erfolgen. Dazu wird entweder die für den Betrieb der Ein-/Ausgabeeinheit notwendige Energie aus dem AS-Interface Netz ausgekoppelt (Anspruch 7) oder die Versorgung der Ein-/Ausgabeeinheit mit 24 V DC (9) wird genutzt, um über eine Datenentkopplung auch den Sicherheitsmonitor (1), den Master (3), die Slaves (11) und das gesamte AS-Interface Netz (10) zu betreiben. Das entspricht der bekannten Betriebsart „ Power24” (Anspruch 7). In den genannten Fällen kann die Art der Spannungsversorgung der verschiedenen Komponenten während der Konfigurierung festgelegt werden.Optionally, the complete power supply can be from a single power source. For this purpose, either the energy required for the operation of the input / output unit is decoupled from the AS-Interface network (claim 7) or the supply of the input / output unit with 24 V DC ( 9 ) is used to synchronize data via a safety monitor ( 1 ), the master ( 3 ), the slaves ( 11 ) and the entire AS-Interface network ( 10 ) to operate. This corresponds to the known operating mode "Power24" (claim 7). In the cases mentioned, the type of power supply of the various components during the configuration can be specified.

Wirtschaftlicher Wert der ErfindungEconomic value of the invention

Der wirtschaftliche Wert der Erfindung liegt darin, dass mit der erfindungsgemäßen Steuerung sicherheitsgerichtete Automatisierung bei kleineren Anlagen wesentlich einfacher und kostengünstiger als mit bisherigen Steuerungen möglich wird, ohne dass auf moderne Netzwerktechnik verzichtet werden müsste. Bei größeren Anlagen wird die Bildung von einzelnen, konventionell verdrahteten Inseln unterstützt.The economic value of the invention lies in the fact that, with the control according to the invention, safety-oriented automation is possible much more simply and cost-effectively with smaller systems than with previous controllers, without the need for modern network technology. Larger systems support the formation of single, conventionally wired islands.

Claims

Control for the processing of electrical standard and safe inputs and outputs in automation technology consisting of a Safety-at-Work safety monitor whose Application program can be created on a PC and stored on a chip card or other removable medium, from an input / output unit for not transported over the AS-Interface bus data, and from an AS-Interface Master, characterized in that the In addition to the bus data, the safety monitor is also capable of reading the safety-related input data of the input / output unit, processing it safety-related in its application program and outputting the results safety-oriented via the input / output unit and / or the bus connection that the application program of the monitor can be run both with and without an internal or external AS-Interface connection.

Control according to Claim 1, characterized in that the safety monitor, input / output unit and AS-Interface master can exchange their data with one another, wherein they are treated in the master as I / O data of the master telegrams,

Control according to one of the preceding claims, characterized in that the input / output unit in different ways, such as relay, semiconductor or mechanical switching devices for standard and / or safety-related units, for inputs and outputs, speed monitor, limits, alarm signals etc ., Can be realized.

Control according to one of the preceding claims, characterized in that the master of the controller can be switched off or that is completely dispensed with ..

Control according to one of the preceding claims, characterized in that in the device additionally one or more AS-Interface slaves are emulated, which can be configured as standard or safety-at-work slaves and their data linked to the safety monitor and the input / output unit can be.

Control according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply for the bus-relevant part via the AS-Interface network, the power supply of the input / output unit via a separate supply, preferably 24 V DC occurs.

Control according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply of the AS-Interface network can optionally be used to power the entire controller, the type of power supply is set during the configuration of the network.

Control according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply of the input / output unit can be optionally used via an AS-interface data decoupling also to power the connected AS-Interface network, the type of power supply is set during the configuration of the network ,