DE29824256U1 - Unit for the safety monitoring of control devices - Google Patents

Unit for the safety monitoring of control devices

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Description

Es wird eine Einheit beschrieben, die über ein sicherheitsgerichtetes Bussystem mit dezentralen Komponenten kommuniziert und dabei sowohl den sicheren Datenverkehr als auch die Sicherheitsfunktionen überwacht.A unit is described that communicates with decentralized components via a safety-related bus system and monitors both the secure data traffic and the safety functions.

Die hier vorgeschlagene Einheit ist in der Lage, die Steuerungseinrichtung und die ,Sicherheitsfunktion vollkommen zu trennen. Mit der Einheit wird es möglich, den Steuerungsteil vollständig vorher aufzubauen, zu testen und in Betrieb zu nehmen. Die sicherheitsrelevanten Komponenten lassen sich dann nachträglich hinzufügen, ohne die Steuerungsfunktion zu ändern. Auch nach der Installation beider Systeme (Steuerungseinrichtung und Sicherheitssystem) lassen sich Steuerungsfuhktionen ändern, hinzufügen oder heraustrennen, ohne dass die Sicherheitsfunktion davon betroffen ist. Insbesondere besteht die Möglichkeit, alle Sicherheitsverknüpfungen im einzelnen unabhängig zu prüfen.The unit proposed here is able to completely separate the control device and the safety function. The unit makes it possible to completely set up, test and commission the control part beforehand. The safety-relevant components can then be added later without changing the control function. Even after both systems (control device and safety system) have been installed, control functions can be changed, added or removed without affecting the safety function. In particular, it is possible to test all safety links individually and independently.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während die weiteren Ansprüche (2-10) vorteilhafte Ausprägungen der beschriebenen Einheit darstellen.This object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1, while the further claims (2-10) represent advantageous embodiments of the described unit.

In Fig. 1 ist die Funktionsweise der zu Grunde liegenden Einheit dargestellt. Hierbei besteht das Automatisierungssystem aus einer Steuerung, einem Bus-System und mehreren dezentralen Komponenten, die den Prozess steuern oder überwachen. Damit stellt die Fig. 1 eine typische Einrichtung dar, die (ohne die grau hinterlegten Komponenten) für alle nichtsicherheitsrelevanten Systeme geeignet sind. Die Anordnung entspricht dem heutigen Stand der Technik.Fig. 1 shows the functionality of the underlying unit. The automation system consists of a controller, a bus system and several decentralized components that control or monitor the process. Fig. 1 therefore represents a typical device that is suitable for all non-safety-relevant systems (without the grayed-out components). The arrangement corresponds to the current state of the art.

Im Detail steuert oder regelt die Steuerung (1) den gewünschten Prozess. Über das angeschlossene Bus-System (3) holt sie Daten vom Prozess (11,12) oder gibt sie Daten zum Prozess aus. Die dezentralen Einheiten (4-10) empfangen alle Daten vom Bus-System (3) oder stellen dem Prozess (11,12) ihre Daten zur Verfügung. Damit sind die dezentralen Einheiten nur vorgelagerte EirWAusgabe-Baugruppen, die ohne ein Bus-System als Peripheriebaugruppen in der Speicherprogrammierbaren Steuerung zu finden sind.In detail, the controller (1) controls or regulates the desired process. It fetches data from the process (11,12) or outputs data to the process via the connected bus system (3). The decentralized units (4-10) receive all data from the bus system (3) or make their data available to the process (11,12). The decentralized units are therefore only upstream EirWOutput modules that can be found as peripheral modules in the programmable logic controller without a bus system.

Die Steuerung (1) enthält ein Programm (Software) das alle nichtsicherheitsrelevanten Vorgänge steuert oder regelt. Ferner enthält sie bereits in ihrem Programm auch die logischen Funktionen für die Sicherheitsverknüpfungen, die für sicherheitsrelevante Vorgänge notwendig sind. So enthält beispielsweise der Prozess (11) keine aber der Prozess (12) sicherheitsrelevante Vorgänge bei denen Bewegungen erfolgen, die eine Gefahr für Mensch oder Maschine darstellen (13). Obwohl die Steuerung (1) die notwendige Logik für die Sicherheitsanforderung enthält, kann sie im Fehlerfall nicht einwandfrei reagieren, da entweder sie selbst oder eine ihrer dezentralen Einheiten fehlerbehaftet sein kann, diese aber nicht kontrolliert werden. Das Steuerungssystem ist damit nicht in der Lage, einen Fehler abzuwehren, da jegliche Fehlererkennung fehlt.The controller (1) contains a program (software) that controls or regulates all non-safety-relevant processes. Furthermore, its program already contains the logical functions for the safety links that are necessary for safety-relevant processes. For example, process (11) contains no safety-relevant processes, but process (12) contains safety-relevant processes that involve movements that pose a danger to humans or machines (13). Although the controller (1) contains the necessary logic for the safety requirement, it cannot react correctly in the event of an error, since either it itself or one of its decentralized units may be faulty, but these are not monitored. The control system is therefore unable to prevent an error, since there is no error detection whatsoever.

Entsprechend der Aufgabe der Anmeldung nach Anspruch 1 werden zur Erreichung der sicheren Fehlererkennung und zur Prozessabschaltung die grau hinterlegten Komponenten hinzugefügt.According to the object of the application according to claim 1, the greyed-out components are added to achieve reliable error detection and process shutdown.

Die Überwachungseinheit (2) wird in der Funktion eines Hörers (Listener) an den Bus angeschlossen. Sie braucht damit nicht von der Steuerung berücksichtigt zu werden,The monitoring unit (2) is connected to the bus as a listener. It does not need to be taken into account by the control system,

da sie nur passiv sich der Daten des Bus-Systems (3) bedient. Die , Überwachungseinheit (2) ist über - die auf dem Bus laufenden Daten - über alle Zustände und Abläufe im Prozess und insbesondere über die Zustände der Prozessgrößen informiert.because it only passively uses the data from the bus system (3). The monitoring unit (2) is informed about - the data running on the bus - all states and processes in the process and in particular about the states of the process variables.

Im Prinzip ist sie damit in der Lage, die sicherheitsrelevanten Zustände zu überprüfen. Zur Bewältigung dieser Aufgabe enthält sie ein einfaches Programm das nur die Sicherheitsfunktionen als Logik überwacht (z.B.: Gitterkontrolle, Anlaufüberwachung, Endschaltertest, usw.). Im Fehlerfall der Steuerung (1) kann damit die Überwachungseinheit (2) geeignete Maßnahmen ergreifen. Diese Fehlererkennung funktioniert jedoch nur dann, wenn die Steuerungseinheit (1) als Verursacher fungiert. Fehler in den dezentralen Einheiten oder im Prozess werden von beiden Einheiten (Steuerungseinheit (1) oder Überwachungseinheit (2)) nicht registriert.In principle, it is therefore able to check the safety-relevant states. To accomplish this task, it contains a simple program that only monitors the safety functions as logic (e.g.: grid control, start-up monitoring, limit switch test, etc.). In the event of a fault in the control unit (1), the monitoring unit (2) can take appropriate measures. However, this error detection only works if the control unit (1) is the cause. Errors in the decentralized units or in the process are not registered by either unit (control unit (1) or monitoring unit (2)).

Eine vollständige Kontrolle gelingt daher nur mittels spezieller dezentraler Einheiten, die ihre eigene Funktion oder sogar die Sensorik im redundant Prozess abfragen. Entsprechend des Anspruchs 1 gehören zur optimalen Funktion dieser Einheit auch dezentrale Einheiten, die selbst Sicherheitsanforderungen genügen. Hierzu gehört insbesondere die Überwachung der eigenen Funktion und die Sicherheitsabschaltung im Fehlerfall (bei Ausfall des Bus-Systems (3) oder bei ^ fehlerhaften Ein- oder Ausgabe).Complete control is therefore only possible using special decentralized units that query their own function or even the sensors in the redundant process. According to claim 1, the optimal function of this unit also includes decentralized units that themselves meet safety requirements. This includes in particular monitoring of their own function and safety shutdown in the event of a fault (in the event of failure of the bus system (3) or in the event of faulty input or output).

Die Überwachungseinheit (2) erkennt somit eindeutig einen Fehler, sofern er im sicherheitsrelevanten Programm als Logik hinterlegt ist. Es bleibt der speziellen Projektierung überlassen, in welcher Form eine geeignete Sicherheitsabschaltung erfolgt. Im einfachsten Fall kann die Überwachungseinheit (2) das Bus-System (3) unterbrechen oder kurzschließen. Damit unterbindet sie die Datenübertragung und die dezentralen Einheiten (7, 9) fallen in einen sicheren Zustand. Denkbar ist aber auch ein gezieltes Abschalten der Stromversorgung, der entsprechenden Ausgabeeinheit oder ein langsames Herunterfahren des Prozessablaufs.The monitoring unit (2) therefore clearly detects an error, provided it is stored as logic in the safety-relevant program. It is up to the specific project planning to decide in what form a suitable safety shutdown is carried out. In the simplest case, the monitoring unit (2) can interrupt or short-circuit the bus system (3). This prevents data transmission and the decentralized units (7, 9) fall into a safe state. However, it is also conceivable to deliberately switch off the power supply, the corresponding output unit or to slowly shut down the process flow.

Claims (10)

1. Einheit zur Sicherheitsüberwachung von Steuerungseinrichtungen, bei denen Speicherprogrammierbare Steuerungen oder Mikrorechner über ein Bus-System dezentrale Einheiten ansprechen, die einen Prozess sowohl im sicherheitsrelevanten als auch im nichtsicherheitsrelevanten Bereich regeln, steuern oder überwachen dadurch gekennzeichnet, dass zur Realisierung der Sicherheitsanforderung die Überwachungseinheit (2) hinzugefügt wird, die entweder ausschließlich oder vorwiegend die sicherheitsbehafteten Funktionen des Prozesses (12) mit der notwendigen Logik zur Überwachung gefahrbringender Abläufe oder Bewegungen (13) hinzugefügt wird, die selbst nur über das Bus-System (3), welches als Standard erhalten bleibt und keinerlei Zusatzfunktion bedarf, eine Hörer-Funktion erhält und damit zusätzlich zum Gesamtprozess adaptierbar ist, diese mit sicherheitsgerichteten dezentralen Einheiten (7, 9) kommuniziert und parallel zum Gesamtprozess alle Sicherheitsfunktionen überwacht und nur im Fehlerfall über die dezentralen Einheiten (7, 9) oder sonstigen Sicherheitseinrichtungen den sicheren Maschinen- bzw. Anlagenzustand herbeiführt. 1. Unit for safety monitoring of control devices in which programmable logic controllers or microcomputers address decentralized units via a bus system which regulate, control or monitor a process in both the safety-relevant and non-safety-relevant areas, characterized in that the monitoring unit ( 2 ) is added to implement the safety requirement, which either exclusively or predominantly controls the safety-related functions of the process ( 12 ) with the necessary logic for monitoring dangerous sequences or movements ( 13 ), which itself only receives a listener function via the bus system ( 3 ), which remains as standard and does not require any additional function, and can thus be adapted in addition to the overall process, this communicates with safety-related decentralized units ( 7 , 9 ) and monitors all safety functions parallel to the overall process and only brings about the safe machine or system state via the decentralized units ( 7 , 9 ) or other safety devices in the event of a fault. 2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (2) über eine in der Programmiersprache festgelegten Logik verfügt, die entweder ausschließlich oder vorwiegend Sicherheitsvorgänge überwacht und damit redundant zur Gesamtsteuerung arbeitet. 2. Unit according to claim 1, characterized in that the monitoring unit ( 2 ) has a logic defined in the programming language which either exclusively or predominantly monitors safety processes and thus works redundantly to the overall control. 3. Einheit nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (2) auch nach der Funktionskontrolle des nicht redundanten Steuerungssystems mit ihren für die Sicherheit notwendigen Abschaltfunktionen adaptierbar ist und durch ihre Sicherheitsfunktion der geforderte Grad an Sicherheit projektiert werden kann. 3. Unit according to claims 1 and 2, characterized in that the monitoring unit ( 2 ) can be adapted with its shutdown functions necessary for safety even after the functional check of the non-redundant control system and the required degree of safety can be planned through its safety function. 4. Einheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (2) und die sicherheitsgerichteten dezentralen Einheiten (7, 9) deaktiviert werden können, ohne die einkanalige Steuerungsfunktion zu beeinträchtigen. 4. Unit according to claims 1 to 3, characterized in that the monitoring unit ( 2 ) and the safety-related decentralized units ( 7 , 9 ) can be deactivated without impairing the single-channel control function. 5. Einheit nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine bustechnische Mithörfunktion der Überwachungseinheit (2) keine Rückwirkung auf den eigentlichen Steuerungsprozess entsteht, so dass eine weitgehende Trennung zwischen der Hard- und Software des nicht redundanten Steuerungssystems und der Sicherheitsüberwachung ermöglicht wird. 5. Unit according to claims 1 to 4, characterized in that a bus-based monitoring function of the monitoring unit ( 2 ) has no effect on the actual control process, so that a large-scale separation between the hardware and software of the non-redundant control system and the safety monitoring is possible. 6. Einheit nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (2) über den normalen Datenverkehr des Bus-Systems (3) der Steuerungseinheit (1) alle notwendigen Zustände und Funktionen erhält, die zur Überwachung des nicht redundanten Steuerungssystems notwendig sind. 6. Unit according to claims 1 to 5, characterized in that the monitoring unit ( 2 ) receives all necessary states and functions that are required for monitoring the non-redundant control system via the normal data traffic of the bus system ( 3 ) of the control unit ( 1 ). 7. Einheit nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es an Standardbussysteme ohne Sicherheitsprotokollerweiterung adaptierbar bzw. einbindbar ist. 7. Unit according to claims 1 to 6, characterized in that it can be adapted or integrated into standard bus systems without safety protocol extension. 8. Einheit nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dezentralen Einheiten, die sicherheitsrelevante Funktionen erfassen und ansteuern, selbst ihre Funktion überwachen, möglicherweise Sensoren oder Aktoren redundant überwachen und bei Ausfall einer Funktion, beispielsweise bei Ausfall der Bus-Funktion, in den sichern Zustand schalten, der keine Gefahr mehr für Mensch oder Maschine darstellt. 8. Unit according to claims 1 to 7, characterized in that the decentralized units which detect and control safety-relevant functions themselves monitor their function, possibly monitor sensors or actuators redundantly and, in the event of a function failure, for example in the event of a bus function failure, switch to the safe state which no longer poses a danger to humans or machines. 9. Einheit nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (2) in einer von dem nichtredundanten Steuerungssystem unabhängigen Programmier- und Parametriersprache in ihren Sicherheitsfunktionen generiert werden. 9. Unit according to claims 1 to 8, characterized in that the monitoring unit ( 2 ) is generated in its safety functions in a programming and parameterization language that is independent of the non-redundant control system. 10. Einheit nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (2) neben der Überwachungsfunktion auch die Bedienung und Programmierung mittels eines integrierten Mensch-Maschinen-Interfaces erlaubt. 10. Unit according to claims 1 to 9, characterized in that the monitoring unit ( 2 ) allows, in addition to the monitoring function, operation and programming by means of an integrated human-machine interface.
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