EP2494534B1 - Sicherheits-kommunikationssystem zur signalisierung von systemzuständen - Google Patents

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EP2494534B1
EP2494534B1 EP10784684.2A EP10784684A EP2494534B1 EP 2494534 B1 EP2494534 B1 EP 2494534B1 EP 10784684 A EP10784684 A EP 10784684A EP 2494534 B1 EP2494534 B1 EP 2494534B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
pulse
evaluation unit
communication system
modulated
Prior art date
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Active
Application number
EP10784684.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2494534A1 (de
Inventor
Jürgen TEUTENBERG
Simon Davis
Thomas Hüttemeier
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Phoenix Contact GmbH and Co KG
Original Assignee
Phoenix Contact GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Phoenix Contact GmbH and Co KG filed Critical Phoenix Contact GmbH and Co KG
Publication of EP2494534A1 publication Critical patent/EP2494534A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2494534B1 publication Critical patent/EP2494534B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B26/00—Alarm systems in which substations are interrogated in succession by a central station
    • G08B26/005—Alarm systems in which substations are interrogated in succession by a central station with substations connected in series, e.g. cascade

Definitions

  • the present invention relates to a security communication system having an evaluation unit and a number of subscribers connected in series, each having a sensor, and a method for signaling system states.
  • a critical system condition e.g. an emergency signal
  • the present invention proposes a security communication system according to claim 1, which comprises an evaluation unit comprises, to which a number of subscribers connected in series is connected.
  • the evaluation unit has a signal output, a signal input, a ground connection and a device for providing a predetermined signal for the subscribers.
  • the subscribers each have a signal input, a signal output, a ground connection for a reference potential, a sensor and an electronic circuit.
  • Each electronic circuit is configured to modulate the predetermined signal to signal the system status represented by the output of the respective sensor.
  • the evaluation unit is designed to evaluate the modulated predetermined signal and to control a safety function in response to the evaluation result.
  • the sensor may be, for example, an emergency stop switch, a temperature sensor, a pressure sensor, a step mat, a photoelectric barrier and a protective grid.
  • the output signal of a sensor indicates a critical or a non-critical system state.
  • a critical system status causes the evaluation unit to trigger a safety function.
  • the predetermined signal is modulated by the subscribers such that the evaluation unit in response to the modulated predetermined signal or which can locate those subscribers who have signaled a critical system condition.
  • the electronic circuit of each subscriber comprises a logic module and at least one transistor, wherein the transistor can be controlled by the logic module.
  • the transistor is arranged between the signal input to the signal output of the respective subscriber and adapted to modulate the predetermined signal applied to the signal input and to transmit via the signal output to the evaluation unit or a downstream subscriber.
  • the electronic circuit can furthermore be designed to obtain a supply voltage for the subscriber directly from the predetermined signal present at the signal input (21, 31, 41), so that no separate auxiliary power has to be provided.
  • the electronic circuit expediently comprises a second transistor with which the signal input can be switched to the reference potential.
  • the logic module of the electronic circuit is preferably equipped with an internal function monitoring, wherein over the second transistor signaling of an error condition can take place by the predetermined signal pulled to the reference potential and thus no longer transmitted to the input of the evaluation.
  • the predetermined signal contains a signal pulse whose pulse length depends on the number of subscribers connected in series.
  • steps c) and e) provide for this that each participant modulates the signal pulse of the predetermined signal as a function of the system state of its sensor.
  • each subscriber preferably modulates the signal pulse of the predetermined signal according to their position in the security communication system.
  • Each participant preferably modulates the signal pulse at the point assigned to it within the signal pulse and / or preferably with an individual modulation signal.
  • the predetermined signal may include a start pulse and a first pause preceding the signal pulse. Furthermore, the signal pulse may include an end pulse followed by a second pause which is longer in time than the first pause.
  • the steps a) to 9) are repeated cyclically or at predetermined times, whereby the switching states of the participants can be transmitted cyclically or at the predetermined times to the evaluation unit.
  • a configuration phase is run through in which the evaluation unit determines the number of subscribers within the security communication system and in which the subscribers determine their position within the security communication system.
  • the security communication system according to the invention is distinguished from known security systems by a localizability of all in the security communication system participants who signal a critical system state. By automatically determining the number and position of the participants, such a security communication system is particularly easy to extend.
  • the shape and frequency of the predetermined signal have sufficient robustness to spurious emissions so that security communication systems with line lengths greater than 1 km in length are possible.
  • the cycle times of the signal transmission are sufficiently short for more than 20 subscribers to meet the requirements of safety technology for automation systems.
  • Security communication system 1 illustrated by way of example may be an emergency shutdown circuit which has an evaluation unit 10 and, for example, three subscribers 20, 30 and 40 connected in series, which are distributed, for example, in a field to a wide-area automation system.
  • the participants 20, 30, 40 are also referred to below as Notausticianen, each having an emergency stop button 23, 33, 43 as a sensor with which a safety function can be requested on an equal basis.
  • the series-connected participants 20, 30, 40 form a subscriber chain.
  • the emergency stop switches 23, 33, 43 are each connected to an electronic circuit 24, 34, 44, which provide a secure electronic coupling to the emergency stop circuit for each emergency stop.
  • the evaluation unit 10 has a signal output 11 and a signal input 12, to which the three Notausticianen 20, 30 and 40 are connected in series.
  • the emergency cutouts are interconnected via signal inputs 21, 31, 41 and signal outputs 22, 32, 42 provided by the electronic circuits 24, 34, 44, respectively.
  • the evaluation unit 10 may have not shown further signal outputs and signal inputs to which further Notausticianen not shown are connected in series, which form additional parallel subscriber chains.
  • the evaluation unit 10 In order for the emergency units to be able to signal in particular the actuation of the respective emergency stop switch of the evaluation unit 10, the evaluation unit 10 generates a predetermined signal UA (see FIG Fig. 4 ) output at the signal output 11.
  • This signal UA can essentially be embodied as a binary voltage signal which is varied between a high and a low level, wherein the low level preferably corresponds to the reference potential GND at a ground terminal 15 of the evaluation unit 10.
  • the voltage signal UA serves to transmit information between the emergency units and the evaluation unit and advantageously also provides a supply voltage for the electronic circuits 24, 34, 44 and / or for the sensors.
  • the circuits 24, 34, 44 of the Notausticianen 20, 30, 40 of the emergency stop circuit 1 are constructed identically, so that in the FIG. 2 only the diagram of the emergency unit 20 is exemplified.
  • the diagram illustrates in particular the structure of the circuit 24 in detail.
  • the circuit 24 comprises a signal input 21, a signal output 22 and a logic module 210, which can preferably be realized by a microcontroller or alternatively by an FPGA, CPLD or an ASIC.
  • the emergency stop switch 23 is connected via two channels to the logic module 210 via ports P8 and P9 as well as ports P11 and P12.
  • all two-channel emergency stop switches available on the market are basically suitable, i.
  • both emergency stop switches with two NC or two NO contacts, as well as an NC / NO pair can be used for the emergency stop unit.
  • the appropriately used switch type must be set only by soft or hardware means to the logic device 210.
  • other sensor types such as running mats, temperature and pressure sensors, light barriers, protective grids, etc., can also be connected to an emergency stop unit.
  • several sensors can be connected via an emergency stop unit via different ports of the logic module 210.
  • the circuit 24 comprises a transistor 220 and optionally a transistor 260, which are connected with their respective gate terminal to the logic device 210.
  • the transistor 220 is between the signal input 21 and the Signal output 22 is connected, while the transistor 260 is connected between the signal input 21 and the ground terminal 25.
  • the second transistor 260 could also be connected between the signal output 22 and the ground connection 25.
  • the logic module 210 controls the transistors 220 and 260 in such a way that the voltage signal UA applied to the signal input 21, which is the predetermined signal, can be modulated by the transistor 220 and output to the signal output 22.
  • the voltage signal UA at the input 21 can be pulled to the reference potential of the ground terminal 25, whereby all participants of Notausschalt Vietnamesees, ie the evaluation unit 10 and the other following in the series circuit Notausticianen 33, 43 an error condition can be signaled.
  • the electronic circuit 24 further has a diode 231 and a capacitor 232 which are connected in series between the signal input 21 and the ground terminal 25 to the reference potential GND and provide a power supply for the logic device 210 via a supply device 233.
  • the supply device 233 may be designed as a switched-mode power supply or as a voltage regulator.
  • a constant supply voltage of eg 3.3 V or 5 V can be obtained for the logic module, so that in a preferred manner no additional line for an auxiliary power of Notausticianen 20, 30, 40th in an emergency stop circuit is required.
  • the power supply does not take place in this case via the signal lines, so that the diode 231 and the capacitor 232 can be omitted in favor of an additional connection.
  • the function of the emergency stop circuit 1 and the individual emergency units connected in series will be described below with reference to FIGS FIGS. 3 to 5 illustrated signal-time diagrams for different operating conditions explained.
  • the emergency shutdown circuit 1 is basically suitable for use with a large number of emergency units distributed along a route of a spatially extended automation system and connected in series with one another.
  • the emergency shutdown circuit 1 allows for easy expandability with additional emergency disengaging units that may be inserted, for example, between the emergency shutdown unit 30 and the emergency shutdown unit 40.
  • the safety function of the emergency stop circuit is guaranteed from a connected emergency stop unit.
  • each start-up of the emergency stop circuit 1 first passes through a configuration phase in which the number of connected Notausticianen 20, 30, 40 is determined by the evaluation unit 10 and determine the Notausticianen their position in the series circuit.
  • the transistor 220 of a respective emergency unit is initially disabled, so that the in FIG. 3 shown configuration signals at the signal inputs 21, 31, 41 of the respective Notausticianen initially not be forwarded to the signal outputs 22, 32, 42.
  • FIG. 3 are the voltage waveforms of the generated during the configuration phase configuration signals UAk, UBk, UCk and UDk, which abut each of the signal inputs 21, 31, 41 of the emergency unit 20, 30 and 40 and the signal input 12 of the evaluation unit 10 is shown.
  • the configuration signal UAk is generated by the evaluation unit and transmitted via the signal output 11 to the input 21 of the first emergency stop unit 20.
  • the configuration signal UAk is generated for example by a microcontroller in the evaluation unit 10 and follows a predetermined pulse sequence with respect to a system clock.
  • a first energy pulse 311 is initially applied to the signal output 11, which remains present for a period of three clock cycles Tb and essentially serves to supply the emergency output units.
  • the signal UAk is reset for one clock, so that a signal pause 312 follows the energy pulse 311. Subsequently, a signal pulse 313 is sent over the duration of a clock followed by a second pause 314 of two clocks.
  • the first emergency unit 20 is awakened by the energy pulse 311.
  • the voltage signal UAk delivered by the evaluation unit 10 lies between the input 21 and the Ground connection 25. It provides a charging current over the duration of the three clocks, which flows in the flow direction through the diode 231.
  • the capacitor 232 is charged during this time and thus provides the supply voltage for the supply device 233 and the microcontroller 210, in particular during the signal pauses.
  • the microcontroller of the emergency unit 20 thus begins its operation and recognizes via a signal detection device, which is formed from the voltage divider of the resistors 241 and 242, consequently the individual subsequent signal pulse 313 before the second break 314.
  • the emergency unit 20 registers itself as the first participant in the series connection of the emergency stop circuit 1 to the evaluation unit 10th
  • the evaluation unit 10 initially detects no input voltage at its own signal input 12 and concludes that at least one emergency shutdown unit is connected in the emergency shutdown circuit.
  • the evaluation unit 10 outputs a second energy pulse 321 via the signal output 11, which is followed, after a break 322, by a second signal pulse 323, which is three clocks wide.
  • the first emergency stop unit 20 receives at its signal input 21 the energy pulse 321 and the signal pulse 323 of the signal UAk and outputs these pulses through the now open transistor 220 to the signal output 22 as a second signal UBk, wherein the second signal UBk modulated by the emergency stop unit 20 so is that the signal pulse 323 is hidden during a clock Tb.
  • the second signal UBk contains thus a high level 3231, a low level 3232 and a second high level 3233.
  • the second emergency stop unit 30 consequently receives at its signal input 31 the voltage signal UBk, which identifies the energy pulse 321 and subsequently the high level 3231, the low level 3232 and the second high level 3233.
  • the voltage signal UBk thus corresponds to the modulated signal UAk, which has been generated by the evaluation unit 10.
  • the emergency unit 30 is now activated by the energy pulse 321 and recognizes itself as a second party, i. as a second emergency stop unit 30 in the emergency stop circuit.
  • the evaluation unit 10 further detects no input signal at its signal input 12 and outputs a third energy pulse 331 via the signal output 11, followed by a signal pause 332 and a third signal pulse 333.
  • the third signal pulse 333 is widened compared to the previous cycle second signal pulse 323 by a further two clocks, and thus comprises a total of a width of 5 clocks Tb.
  • the Notausticianen 20 and 30 respectively give a modulated signal UBk or UCk (see Fig. 3 ) via their respective signal output 22, 32.
  • the first emergency stop unit 20 modulates the signal UAk such that the signal pulse 333 is hidden during a clock Tb.
  • the second signal UBk thus contains a high level and a low level of the length Tb and a second high level 333 'of three times the length of Tb.
  • the second emergency stop unit 30 receives the signal UBk and modulates its signal pulse 333 'such that the signal pulse 333' is hidden during a clock Tb.
  • the signal UCk thus contains a high level 3333, a low level 3334 and a second high level 3335 each of the clock length Tb.
  • the third emergency stop unit 40 receives the signal UCk and recognizes itself as the third emergency stop unit 40 in the emergency stop circuit, while the evaluation unit 10 continues to receive no input signal at its signal input 12.
  • the evaluation unit 10 sends in its signal UAk another energy pulse 341 and a fourth signal pulse 343, which is extended compared to the third signal pulse 331 again by two clocks Tb, and thus comprises a total width of seven clocks Tb.
  • the transmitted signal UAk is modulated and forwarded by each emergency stop unit 20, 30, and 40.
  • each emergency unit modulates the signal UAk in such a way, for example, that each emergency shutdown unit inserts a low level of length Tb into the signal pulse 343, ie that one clock in each case is faded out within the signal pulse 343.
  • the signals UBk, UCk and UDk respectively modulated by the emergency cutouts 20, 30 and 40 are in Fig. 3 shown.
  • the signal UDk is output, which contains the energy pulse 341 as well as the signal pulse 343 modulated by all three emergency cutouts, which contains four high levels 3431, 3433, 3435 and 3437, each by a low level from each other are separated.
  • the evaluation unit 10 now receives at its signal input 12 from the emergency stop unit 40 passed signal UDk and thus registers a total of three emergency cutouts 20, 30, 40 connected to the emergency stop circuit and thus completes the configuration phase.
  • the configuration phase can also be repeated several times until stable communication is established.
  • time profiles of the differential voltages (UAk-UBk), (UBk-UCk) and (UCk-UDk) shows in which time intervals, the capacitors 323 of Notausticianen 20, 30 and 40 are charged.
  • the emergency disbursements their respective position in a subscriber chain could be manually set, which are coded for example by DIP switches or stored in a non-volatile memory.
  • the number of existing Notausticianen can be set or stored on or in the evaluation unit 10.
  • the configuration phase after the startup of the emergency stop circuit is replaced in this case by an initialization phase, during which the participants are supplied with energy at the same time. For this purpose, for example, a long energy pulse is provided.
  • a configuration phase can be triggered manually, after which the configuration data of the emergency stop circuit is stored in the nonvolatile memories of the users, so that after each further commissioning, only the initialization phase has to be run through.
  • FIG. 4 represents the normal operation of the emergency stop circuit 1 under the condition that no emergency stop switch 23, 33, 43 has been operated.
  • the evaluation unit 10 After the completion of the configuration phase, the evaluation unit 10 generates an exemplary, cyclical, predetermined signal UA, which is output via the signal output 11 to the first emergency stop unit 20.
  • the temporal waveform of the signal UA is in the FIG. 4 shown above.
  • the signal UA contains in each cycle a start pulse 410 having the width of a clock Tb, followed by a pause or low level 420 of length Tb.
  • the pause 420 is followed by a signal pulse 430 whose length depends on the number of emergency cutouts present in the emergency stop circuit.
  • the signal pulse 430 contains in each case two clocks Tb for each emergency stop unit connected to the emergency stop circuit 1 and an additional end pulse 437 of length Tb.
  • the emergency stop unit 20 receives the above-described signal UA at the signal input 21 in each cycle and modulates the signal pulse 430, for example, such that during predetermined clocks the signal pulse 430 is hidden.
  • the signal pulse 430 is modulated by means of the transistor 70 in such a way that the signal pulse 430 starts with a high level 431 of length Tb, followed by a low level 432, that is to say a hidden section, of length Tb.
  • the modulated signal UA is now transmitted as a signal UB to the emergency stop unit 30.
  • the emergency stop unit 30 thus receives the start pulse 410, the pause 420 and the modulated signal pulses 431, 432 and 430 '.
  • the emergency unit 30 merely modulates the signal pulse 430 'of the received signal UB in a manner similar to the emergency unit 20.
  • the signal pulse 430' is modulated to start at a high level of length Tb which is a low level or hidden portion of the length Tb connects.
  • the emergency stop unit 40 thus receives the start pulse 410, the pause 420 and the signal pulse modulated by the upstream emergency units 20 and 30.
  • the emergency unit 40 merely modulates the signal pulse 430 "of the received signal UC in a manner similar to the emergency units 20 and 30.
  • the signal pulse 430" is modulated to start with a high level of length Tb. which is followed by a low level or hidden portion of the length Tb.
  • the remainder of the signal pulse 430 ", which only contains the end pulse 437, is not modulated,
  • the modulated signal UC now becomes the evaluation unit 10 as the signal UD. transfer.
  • the signal pulse 430 initially generated by the evaluation unit 10 now comprises three high levels 431, 433 and 435 corresponding to the number of emergency units present and the end pulse 437 which are each separated by a hidden section.
  • the evaluation unit 10 recognizes from the received signal DU that no emergency stop switch has been actuated.
  • the difference signals (UA-UB), (UB-UC) and (UC-UD) show at which time intervals the capacitors 90 of the emergency cut-off units 20, 30 and 40 are recharged. To recharge the power supply, the signal pulse is used in each case, which is hidden during the transfer or during the modulation by the respective emergency unit.
  • the FIG. 5 shows the signal-time diagrams in the event that the first and third Notaustician 20 and 40 at time t3 report an actuated emergency stop, while the second emergency unit 30 of the series circuit sends no emergency stop signal.
  • the time t3 can be understood to mean that the evaluation unit 10 has already transmitted a plurality of signals UA, wherein no actuation of an emergency stop switch has been signaled until the time t3 of the evaluation unit 10.
  • the evaluation unit 10 further generates the in FIG. 4 described cyclic, predetermined signal UA, which is output via the signal output 11 to the first emergency stop unit 20.
  • the temporal waveform of the signal UA is in the FIG. 5 shown above and corresponds to that in the FIG. 4 represented signal.
  • the emergency shutdown unit 20 receives the already described signal UA at the signal input 21 in the current cycle and modulates the signal pulse 530, which corresponds to the signal pulse 430 of the in Fig. 4 shown signal UA, such that the operation of the emergency switch 23 of the evaluation unit 10 can be signaled.
  • the in Fig. 5 represented signal pulses 530 are modulated by means of the transistor 70 such that the received signal pulse 530 starts with two low levels 531, 532, which have the length 2Tb.
  • the signal pulse 530 in the emergency off unit 20 is blanked out for the time of a double clock length Tb.
  • the remainder of the signal pulse 530, which is in Fig. 5 denoted by 530 ' is not modulated.
  • the modulated signal UA is now transmitted as a signal UB to the emergency stop unit 30.
  • the emergency stop unit 30 thus receives the start pulse 510, the pause 520 and the modulated signal pulse resulting from the low levels 531 and 532 and the high level 530 '. Since the emergency unit 30 does not have to signal an emergency stop signal, it modulates the signal pulse 530 'of the received signal UB in the same way as in the example which is based on the FIG. 4 has been explained.
  • the signal pulse 530 ' is therefore modulated so that it starts with a high level 533 of length Tb, followed by a low level 534 and hidden portion of the length Tb.
  • the remainder of the signal pulse 530 ' which is in Fig. 4 is not modulated, the modulated signal UB is now transmitted as a signal UC to the emergency unit 40.
  • the emergency stop unit 40 thus receives the start pulse 510, the break 520 and the signal pulse modulated by the upstream emergency units 20 and 30.
  • the emergency unit 40 only modulates the signal pulse 530 "of the received signal UC, in such a way that the actuation of the emergency stop switch 43 can be signaled
  • the signal pulse 530" is modulated in such a way that it has two low levels 535 and 536 or two blanked sections each of length Tb begins.
  • the remainder of the signal pulse 530 ", which only contains the end pulse 537, is not modulated,
  • the modulated signal UC is now transmitted as the signal UD to the evaluation unit 10.
  • the signal pulse 530 initially generated by the evaluation unit 10 now comprises a high level 533 and the end pulse 537.
  • the evaluation unit 10 recognizes from the low levels 531, 532 and 535, 536 of the received signal UD that the emergency stop switches 23 and 43 of the emergency shutdown units 20 and 40 have been operated.
  • the configuration phase could initially be followed by a reporting phase, which is not shown in the figures.
  • the emergency dispensers 20, 30, 40 of the evaluation unit 10 only signal whether or not the security function has to be activated at all.
  • the evaluation unit 10 sends a cyclical, predetermined signal to the first emergency stop unit 20 via its signal output 11.
  • This signal comprises a characteristic start pulse, which preferably differs from the starting pulse of the operating mode, for example in the width, followed by a signal pulse having a predetermined width.
  • the predetermined width the signal pulse is preferably not dependent on the number of Notausticianen in a subscriber circle in the reporting phase.
  • All Notausticianen 20, 30, 40 receive the predetermined signal at its signal input 21, 31, 41 and forward this non-modulated to the subsequent participants, unless an emergency stop button has been pressed. If one of the emergency units is to have a critical system status, i. an actuated emergency stop switch, are signaled, the received signal can be modulated by hiding a predetermined position in the signal pulse. During the reporting phase, all emergency units are assigned the same position in the signal pulse for signaling. The signaling of one or more critical system states by one or more participants is thus OR-linked.
  • the evaluation unit 10 is therefore only signaled in this reporting phase, if any critical system state, i. an actuated emergency stop switch is present and whether the safety function is to be activated.
  • the emergency stop circuit is set by the evaluation unit 10 into the operating mode described above.
  • the evaluation unit determines in the method described above which emergency shutdown unit signals an actuated emergency stop switch.
  • the reporting phase offers shorter cycle times compared to the above-described operating mode, as long as no actuated emergency stop switch is signaled. This is particularly advantageous for a large number of emergency units in the subscriber chain.
  • the evaluation unit 10 receives at least no complete signal UD at its signal input 12. In response to an incompletely received signal UD, the evaluation unit 10 can also trigger a safety-based function and signal an error.
  • the microcontroller 210 of the emergency units 20, 30, 40 can additionally determine an internal malfunction, for example a failed channel of a two-channel connected emergency stop switch, independently. Such an error can be signaled by an emergency stop unit, for example the emergency stop unit 20, of the evaluation unit 10 in that the transistor 260 of the electronic circuit 24 short-circuits the signal input 21 to the ground terminal 25.
  • the evaluation unit 10 thus receives an incomplete signal UD and closes from the transmitted short-circuit signal to a faulty signal UD and can then trigger a safety-related function and / or an error signal.
  • a second signal recognition device comprising the resistors 251 and 250 may be provided at the signal output 22, 32, 42 of an emergency stop unit 20, 30, 40.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheits-Kommunikationssystem mit einer Auswerteeinheit und einer Anzahl in Reihe geschalteter Teilnehmer mit je einem Sensor sowie ein Verfahren zum Signalisieren von Systemzuständen.
  • Ein solches Sicherheits-kommunikationssystem ist in EP0362797 A2 sowie in WO8101624 A1 offenbart.
  • Zur Abwendung von Gefahren für Menschen, Maschinen und Anlagen in der Automatisierungstechnik sind in der Regel Notausschalter und/oder andere Sensoren an entsprechenden Einrichtungen vorgesehen, mit denen die Maschinen oder Anlagen abgeschaltet und in einen sicheren Zustand versetzt werden können. Bei räumlich ausgedehnten Anlagen oder Automatisierungssystemen ist es zudem erforderlich, mehrere Sensoren, zum Beispiel Notausschalter, Temperatursensoren, Drucksensoren, Trittmatten, Lichtschranken und dergleichen bereitzustellen, um eine optimale Erreichbarkeit im Gefahrenfall zu gewährleisten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheits-Kommunikationssystem sowie ein Verfahren bereitzustellen, mit denen ein Signal für einen kritischen Systemzustand, z.B. ein Notaussignal, zuverlässig signalisiert und die Quelle eines Signals eindeutig lokalisiert werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein Sicherheits-Kommunikationssystem nach Anspruch 1 vor, welches eine Auswerteeinheit umfasst, an welcher eine Anzahl von in Reihe geschalteten Teilnehmern angeschlossen ist.
  • Die Auswerteeinheit weist einen Signalausgang, einen Signaleingang, einen Masseanschluss und eine Einrichtung zum Bereitstellen eines vorbestimmten Signals für die Teilnehmer auf.
  • Die Teilnehmer weisen jeweils einen Signaleingang, einen Signalausgang, einen Masseanschluss für ein Bezugspotential, einen Sensor sowie eine elektronische Schaltung auf. Jede elektronische Schaltung ist zum Modulieren des vorbestimmten Signals ausgebildet, um den Systemzustand zu signalisieren, welcher durch das Ausgangssignal des jeweiligen Sensors dargestellt wird.
  • Die Auswerteeinheit ist zum Auswerten des modulierten vorbestimmten Signals und zum Steuern einer Sicherheitsfunktion unter Ansprechen auf das Auswerteergebnis ausgebildet.
  • Bei dem Sensor kann es sich zum Beispiel um einen Notausschalter, einen Temperatursensor, einen Drucksensor, eine Trittmatte, eine Lichtschranke und ein Schutzgitter handeln. Das Ausgangssignal eines Sensors zeigt einen kritischen oder einen unkritischen Systemzustand an. Ein kritischer Systemzustand führt dazu, dass die Auswerteeinheit eine Sicherheitsfunktion auslöst. Vorteilhafter Weise wird das vorbestimmte Signal von den Teilnehmern derart moduliert, dass die Auswerteeinheit unter Ansprechen auf das modulierte vorbestimmte Signal den oder die diejenigen Teilnehmer lokalisieren kann, welche einen kritischen Systemzustand signalisiert haben.
  • Eine vorteilhafte Ausbildungsform sieht vor, dass die elektronische Schaltung jedes Teilnehmers einen Logikbaustein und wenigstens einen Transistor umfasst, wobei der Transistor durch den Logikbaustein ansteuerbar ist. Der Transistor ist zwischen dem Signaleingang dem Signalausgang des jeweiligen Teilnehmers angeordnet und dazu ausgebildet, das am Signaleingang anliegende vorbestimmte Signal zu modulieren und über den Signalausgang an die Auswerteeinheit oder einen nachgeschalteten Teilnehmer zu übertragen.
  • Die elektronische Schaltung kann weiterhin dazu ausgebildet sein, eine Versorgungsspannung für den Teilnehmer direkt aus dem am Signaleingang (21, 31, 41) anliegenden vorbestimmten Signal zu gewinnen, so dass keine separate Hilfsenergie bereitgestellt werden muss.
  • Die elektronische Schaltung umfasst zweckmäßiger Weise einen zweiten Transistor, mit dem der Signaleingang auf das Bezugpotential schaltbar ist.
  • Der Logikbaustein der elektronischen Schaltung ist bevorzugt mit einer internen Funktionsüberwachung ausgestattet, wobei über den zweiten Transistor eine Signalisierung eines Fehlerzustands erfolgen kann, indem das vorbestimmte Signal auf das Bezugspotential gezogen und somit nicht mehr zum Eingang der Auswerteeinheit übertragen wird.
  • Das oben genannte technische Problem wird ferner durch die Verfahrensschritte des Anspruchs 6 gelöst.
  • Demgemäß wird ein Verfahren zum Signalisieren von Systemzuständen mehrerer in Reihe geschalteter Teilnehmer eines Sicherheits-Kommunikationssystems zur Verfügung gestellt.
  • Damit jeder Teilnehmer gegebenenfalls die Aktivierung eines Sensors signalisieren kann, enthält das vorbestimmte Signal einen Signalimpuls, dessen Impulslänge von der Anzahl der in Reihe geschalteten Teilnehmer abhängt.
  • Zweckmäßigerweise sehen die Schritte c) und e) hierfür vor, dass jeder Teilnehmer den Signalimpuls des vorbestimmten Signals in Abhängigkeit des Systemzustands seines Sensors moduliert.
  • Um den Teilnehmer, welcher einen kritischen Systemzustand signalisiert hat, lokalisieren zu können, moduliert jeder Teilnehmer den Signalimpuls des vorbestimmten Signals bevorzugt entsprechend ihrer Position in dem Sicherheits-Kommunikationssystem. Vorzugsweise moduliert jeder Teilnehmer den Signalimpuls an der ihr zugewiesenen Stelle innerhalb des Signalimpulses und/oder vorzugweise mit einem individuellen Modulationssignal.
  • Damit die Teilnehmer das vorbestimmte Signal sicher erkennen können, kann das vorbestimmte Signal einen Startimpuls und eine erste Pause aufweisen, die dem Signalimpuls vorausgehen. Weiterhin kann der Signalimpuls einen Endimpuls enthalten, welchem eine zweite Pause folgt, welche zeitlich länger als die erste Pause ist.
  • Um eine Überwachung einer Anlage während des gesamten Betriebs gewährleisten zu können, werden die Schritte a) bis 9) zyklisch oder zu vorbestimmten Zeitpunkten wiederholt, wodurch die Schaltzustände der Teilnehmer zyklisch oder zu den vorbestimmten Zeitpunkten an die Auswerteeinheit übermittelt werden können.
  • Zweckmäßiger Weise wird vor Ausführung des Schrittes a) eine Konfigurationsphase durchlaufen, in welcher die Auswerteeinheit die Anzahl der Teilnehmer innerhalb des Sicherheits-Kommunikationssystems ermittelt und in welcher die Teilnehmer ihre Position innerhalb des Sicherheits-Kommunikationssystems ermitteln.
  • Das erfindungsgemäße Sicherheits-Kommunikationssystem zeichnet sich gegenüber bekannten Sicherheitssystemen durch eine Lokalisierbarkeit aller in dem Sicherheits-Kommunikationssystem Teilnehmer aus, die einen kritischen Systemzustand signalisieren. Durch die automatische Ermittlung von Anzahl und Position der Teilnehmer ist ein solches Sicherheits-Kommunikationssystem besonders einfach erweiterbar.
  • Die Form und die Frequenz des vorbestimmten Signals weisen eine ausreichende Robustheit gegenüber Störeinstrahlungen auf, so dass Sicherheits-Kommunikationssysteme mit Leitungslängen von mehr als 1 km Länge möglich sind. Die Zykluszeiten der Signalübertragung sind für mehr als 20 Teilnehmer ausreichend kurz, um den Anforderungen der Sicherheitstechnik für Automatisierungsanlagen zu genügen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    einen Notausschaltreis mit drei Notauseinheiten und einer Auswerteeinheit,
    Fig. 2
    ein schematisches Schaltbild einer Notauseinheit mit einem an einer elektronischen Schaltung angekoppelten Notausschalter,
    Fig. 3
    ein Signal-Zeitdiagramm des Notausschaltkreises während einer automatischen Konfigurationsphase,
    Fig. 4
    ein Signal-Zeitdiagramm des Notausschaltkreises während eines normalen Arbeitsbetriebs, d.h. wenn kein Notausschalter geschaltet ist, und
    Fig. 5
    ein Signal-Zeitdiagramm des Notausschaltkreises bei zwei von drei aktivierten.
  • Das in der Figur 1 beispielhaft dargestellte Sicherheits-Kommunikationssystem 1 kann ein Notausschaltkreis sein, der eine Auswerteeinheit 10 sowie beispielsweise drei in Reihe geschaltete Teilnehmer 20, 30 und 40 aufweisen, die zum Beispiel in einem Feld verteilt an einer weiträumigen Automatisierungsanlage angebracht sind. Die Teilnehmer 20, 30, 40 werden im Folgenden auch als Notauseinheiten bezeichnet, die als Sensor jeweils einen Notausschalter 23, 33, 43 aufweisen, mit denen eine Sicherheitsfunktion gleichberechtigt angefordert werden kann. Die in Reihe geschalteten Teilnehmer 20, 30, 40 bilden eine Teilnehmerkette.
  • Wie aus der Figur 1 ersichtlich ist, sind die Notausschalter 23, 33, 43 jeweils mit einer elektronischen Schaltung 24, 34, 44 verbunden, die für jeden Notausschalter eine sichere elektronische Ankopplung an den Notausschaltkreis bereitstellen.
  • Die Auswerteeinheit 10 weist einen Signalausgang 11 und einen Signaleingang 12 auf, an denen die drei Notauseinheiten 20, 30 und 40 in Reihe angeschlossen sind.
  • Die Notauseinheiten sind untereinander jeweils über Signaleingänge 21, 31, 41 und Signalausgänge 22, 32, 42 verschaltet, die von den elektronischen Schaltungen 24, 34, 44 bereitgestellt sind.
  • Die Auswerteeinheit 10 kann nicht dargestellte weitere Signalausgänge und Signaleingänge aufweisen, an denen weitere nicht dargestellte Notauseinheiten jeweils in Reihe anschließbar sind, die zusätzliche parallele Teilnehmerketten bilden.
  • Damit die Notauseinheiten insbesondere die Betätigung des jeweiligen Notausschalters der Auswerteeinheit 10 signalisieren können, erzeugt die Auswerteeinheit 10 ein vorbestimmtes Signal UA (siehe Fig. 4), das am Signalausgang 11 ausgegeben wird. Dieses Signal UA kann im Wesentlichen als binäres Spannungssignal ausgebildet sein, das zwischen einem High und einem Low Pegel variiert wird, wobei der Low Pegel bevorzugt dem Bezugspotential GND an einem Masseanschluss 15 der Auswerteeinheit 10 entspricht. Das Spannungssignal UA dient der Übermittlung von Informationen zwischen den Notauseinheiten und der Auswerteeinheit und stellt vorteilhafter Weise gleichermaßen eine Versorgungsspannung für die elektronischen Schaltungen 24, 34, 44 und/oder fürdie Sensoren bereit.
  • Die Schaltungen 24, 34, 44 der Notauseinheiten 20, 30, 40 des Notausschaltkreises 1 sind identisch aufgebaut, so dass in der Figur 2 nur das Schaltbild der Notauseinheit 20 beispielhaft dargestellt ist. Das Schaltbild stellt insbesondere den Aufbau der Schaltung 24 detailliert dar.
  • Die Schaltung 24 umfasst einen Signaleingang 21, einen Signalausgang 22 sowie einen Logikbaustein 210, der bevorzugt durch einen Mikrokontroller oder alternativ durch einen FPGA, CPLD bzw. ein ASIC realisiert werden kann.
  • Der Notausschalter 23 ist über Ports P8 und P9 sowie Ports P11 und P12 zweikanalig an dem Logikbaustein 210 angeschlossen. Für eine solche zweikanalige und somit sichere Anbindung an die Schaltung sind alle auf dem Markt erhältlichen zweikanaligen Notausschalter grundsätzlich geeignet, d.h. es können prinzipiell sowohl Notausschalter mit zwei Öffnern oder zwei Schließern, als auch einem Öffner/Schließer-Paar für die Notauseinheit verwendet werden. Der entsprechend verwendete Schaltertyp muss lediglich durch Soft- oder Hardwaremittel an dem Logikbaustein 210 eingestellt werden. Alternativ können auch andere Sensortypen, wie Trittmatten, Temperatur- und Drucksensoren, Lichtschranken, Schutzgitter usw. an einer Notauseinheit angeschlossen werden. Des Weiteren können an einer Notauseinheit mehrere Sensoren über verschiedene Ports des Logikbausteins 210 angeschlossen werden.
  • Die Schaltung 24 umfasst einen Transistor 220 und optional einen Transistor 260, die mit ihrem jeweiligen Gateanschluss mit dem Logikbaustein 210 verbunden sind. Der Transistor 220 ist zwischen dem Signaleingang 21 und dem Signalausgang 22 geschaltet, während der Transistor 260 zwischen dem Signaleingang 21 und dem Masseanschluss 25 geschaltet ist. Alternativ könnte der zweite Transistor 260 auch zwischen dem Signalausgang 22 und dem Masseanschluss 25 geschaltet sein. Der Logikbaustein 210 steuert die Transistoren 220 und 260 derart an, dass das am Signaleingang 21 anliegende Spannungssignal UA, welches das vorbestimmte Signal ist, durch den Transistor 220 moduliert und auf den Signalausgang 22 ausgegeben werden kann. Mittels des Transistors 260 kann das Spannungssignal UA am Eingang 21 auf das Bezugspotential des Masseanschluss 25 gezogen werden, wodurch allen Teilnehmern des Notausschaltkreises, d.h. der Auswerteeinheit 10 und den anderen in der Reihenschaltung nachfolgenden Notauseinheiten 33, 43 ein Fehlerzustand signalisiert werden kann.
  • Die elektronische Schaltung 24 verfügt des Weiteren über eine Diode 231 und einen Kondensator 232, die zwischen dem Signaleingang 21 und dem Masseanschluss 25 mit dem Bezugspotential GND in Reihe geschaltet sind und über eine Versorgungseinrichtung 233 eine Spannungsversorgung für den Logikbaustein 210 bereitstellen. Beispielsweise kann die Versorgungseinrichtung 233 als Schaltnetzteil oder als Spannungsregler ausgeführt sein.
  • Aus einem zwischen 0 V und 24 V variierenden Signal am Signaleingang 21 kann eine konstante Versorgungsspannung von z.B. 3,3 V oder 5 V für den Logikbaustein gewonnen werden, so dass in bevorzugter Weise keine zusätzliche Leitung für eine Hilfsenergie der Notauseinheiten 20, 30, 40 in einem Notausschaltkreis erforderlich ist.
  • Alternativ kann aber auch eine zusätzliche Leitung die Versorgungsspannung zu den Notauseinheiten und diesen zugeordneten Notausschalter führen. Die Energieversorgung erfolgt in diesem Fall nicht über die Signalleitungen, so dass die Diode 231 und der Kondensator 232 zu Gunsten eines zusätzlichen Anschlusses entfallen können.
  • Die Funktion des Notausschaltkreises 1 sowie der einzelnen in Reihe geschalteten Notauseinheiten wird im Folgenden unter Bezugnahme der in den Figuren 3 bis 5 dargestellten Signal-Zeitdiagramme für verschiedene Betriebszustände erläutert. An dieser Stelle sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass an dem in der Figur 1 dargestellten Notausschaltkreis nur Beispielhaft drei Notauseinheiten angeschlossen sind. Der Notausschaltkreis 1 ist grundsätzlich für den Betreib mit einer Vielzahl von Notauseinheiten geeignet, die entlang einer Strecke einer räumlich ausgedehnten Automatisierungsanlage verteilt und untereinander in Reihe geschaltet sind. Der Notausschaltkreis 1 ermöglicht insbesondere eine einfache Erweiterbarkeit um zusätzliche Notauseinheiten, die zum Beispiel zwischen der Notauseinheit 30 und der Notauseinheit 40 eingefügt werden können. Die Sicherheitsfunktion des Notausschaltkreises ist ab einer angeschlossenen Notauseinheit gewährleistet.
  • Bei jeder Inbetriebnahme durchläuft der Notausschaltkreis 1 zunächst eine Konfigurationsphase, in der die Anzahl der angeschlossenen Notauseinheiten 20, 30, 40 durch die Auswerteeinheit 10 ermittelt wird und die Notauseinheiten ihre Position in der Reihenschaltung ermitteln. Zu Beginn dieser Konfigurationsphase ist der Transistor 220 einer jeweiligen Notauseinheit zunächst gesperrt, so dass die in Figur 3 gezeigten Konfigurationssignale an den Signaleingängen 21, 31, 41 der jeweiligen Notauseinheiten zunächst nicht zu deren Signalausgängen 22, 32, 42 weitergeleitet werden.
  • In der Figur 3 sind die Spannungsverläufe der während der Konfigurationsphase erzeugten Konfigurationssignale UAk, UBk, UCk und UDk, die jeweils an den Signaleingängen 21, 31, 41 der Notauseinheit 20, 30 und 40 sowie dem Signaleingang 12 der Auswerteeinheit 10 anliegen, dargestellt. Das Konfigurationssignal UAk wird von der Auswerteeinheit generiert und über den Signalausgang 11 an den Eingang 21 der ersten Notauseinheit 20 übertragen. Das Konfigurationssignal UAk wird z.B. durch einen Mikrokontroller in der Auswerteeinheit 10 erzeugt und folgt einer vorgegebenen Pulsfolge in Bezug auf einen Systemtakt.
  • Zum Zeitpunkt t1 zunächst ein erster Energieimpuls 311 auf den Signalausgang 11 gegeben, der über eine Dauer von drei Takten Tb anliegen bleibt und im Wesentlichen zur Versorgung der Notauseinheiten dient. Das Signal UAk wird für einen Takt zurückgesetzt, so dass eine Signalpause 312 auf den Energieimpuls 311 folgt. Im Anschluss wird ein Signalimpuls 313 über die Dauer eines Takts gesendet, auf den eine zweite Pause 314 von zwei Takten folgt.
  • Mit Blick auf die Figur 2 wird deutlich, dass die erste Notauseinheit 20 durch den Energieimpuls 311 aufgeweckt wird. Das von der Auswerteeinheit 10 gelieferte Spannungssignal UAk liegt zwischen dem Eingang 21 und dem Masseanschluss 25. Es stellt über die Dauer der drei Takte einen Ladestrom bereit, der in Flussrichtung durch die Diode 231 fließt. Der Kondensator 232 wird während dieser Zeit geladen und stellt insbesondere in den Signalpausen somit die Versorgungsspannung für die Versorgungseinrichtung 233 und den Mikrokontroller 210 bereit. Der Mikrocontroller der Notauseinheit 20 nimmt somit seinen Betrieb auf und erkennt über eine Signalerkennungseinrichtung, die aus dem Spannungsteiler der Widerständen 241 und 242 gebildet wird, folglich den einzelnen nachfolgenden Signalimpuls 313 vor der zweiten Pause 314. Die Notauseinheit 20 registriert sich selbst als ersten Teilnehmer in der Reihenschaltung des Notausschaltkreises 1 nach der Auswerteeinheit 10.
  • Die Auswerteeinheit 10 erkennt unterdessen an ihrem eigenen Signaleingang 12 zunächst keine Eingangsspannung und schließt daraus, dass mindestens eine Notauseinheit in dem Notausschaltkreis angeschlossen ist.
  • Demzufolge wird von der Auswerteeinheit 10 ein zweiter Energieimpuls 321 über den Signalausgang 11 ausgegeben, auf den nach einer Pause 322 nun ein zweiter Signalimpuls 323 folgt, der drei Takte breit ist. Die erste Notauseinheit 20 empfängt an ihrem Signaleingang 21 den Energieimpuls 321 und den Signalimpuls 323 des Signals UAk und gibt diese Impulse durch den nunmehr geöffneten Transistor 220 auf den Signalausgang 22 als zweites Signal UBk aus, wobei das zweite Signal UBk durch die Notauseinheit 20 derart moduliert wird, dass der Signalimpuls 323 während eines Takts Tb ausgeblendet wird. Das zweite Signal UBk enthält somit einen High-Pegel 3231, einen Low-Pegel 3232 und einen zweiten High-Pegel 3233.
  • Die zweite Notauseinheit 30 empfängt folglich an ihrem Signaleingang 31 das Spannungssignal UBk, das den Energieimpuls 321 und nachfolgend den High-Pegel 3231, den Low-Pegel 3232 und den zweiten High-Pegel 3233 ausweist. Das Spannungssignal UBk entspricht somit dem modulierten Signal UAk, welches von der Auswerteeinheit 10 erzeugt worden ist. Die Notauseinheit 30 wird nunmehr durch den Energieimpuls 321 aktiviert und erkennt sich selbst als zweiten Teilnehmer, d.h. als zweite Notauseinheit 30 in dem Notausschaltkreis.
  • Die Auswerteeinheit 10 erkennt weiterhin kein Eingangssignal an ihrem Signaleingang 12 und gibt einen dritten Energieimpuls 331 über den Signalausgang 11 aus, auf den eine Signalpause 332 und ein dritter Signalimpuls 333 folgt. Der dritte Signalimpuls 333 ist gegenüber dem vorhergehenden Zyklus gesendeten zweiten Signalimpuls 323 um weitere zwei Takte verbreitert, und umfasst also insgesamt eine Breite von 5 Takten Tb.
  • Die Notauseinheiten 20 und 30 geben jeweils ein moduliertes Signal UBk bzw. UCk (siehe Fig. 3) über ihren jeweiligen Signalausgang 22, 32 aus. Die erste Notauseinheit 20 moduliert das Signal UAk derart, dass der Signalimpuls 333 während eines Takts Tb ausgeblendet wird. Das zweite Signal UBk enthält somit einen High-Pegel und einen Low-Pegel jeweils der Länge Tb und einen zweiten High-Pegel 333' der dreifachen Länge von Tb. Die zweite Notauseinheit 30 empfängt das Signal UBk und moduliert dessen Signalimpuls 333' derart, dass der Signalimpuls 333' während eines Takts Tb ausgeblendet wird. Das Signal UCk enthält somit einen High-Pegel 3333, einen Low-Pegel 3334 und einen zweiten High-Pegel 3335 jeweils der Taktlänge Tb.
  • Die dritte Notauseinheit 40 empfängt das Signal UCk und erkennt sich selbst als dritte Notauseinheit 40 im Notausschaltkreis, während die Auswerteeinheit 10 weiterhin kein Eingangssignal an ihrem Signaleingang 12 empfängt.
  • Die Auswerteeinheit 10 sendet in ihrem Signal UAk einen weiteren Energieimpuls 341 und einen vierten Signalimpuls 343 aus, der gegenüber dem dritten Signalimpuls 331 abermals um zwei Takte Tb verlängert ist, und somit eine Breite von insgesamt sieben Takten Tb umfasst. Das gesendete Signal UAk wird von jeder Notauseinheit 20, 30, und 40 moduliert und weitergeleitet. Hierbei moduliert jede Noteinheit das Signal UAk beispielsweise derart, dass jede Notauseinheit einen Low-Pegel der Länge Tb in den Signalimpuls 343 einfügt, d. h. dass jeweils ein Takt innerhalb des Signalimpulses 343 ausgeblendet wird. Die von den Notauseinheiten 20, 30 und 40 entsprechend modulierten Signale UBk, UCk bzw. UDk sind in Fig. 3 dargestellt. Am Signalausgang 42 der dritten Notauseinheit 40 wird das Signal UDk ausgegeben, dass den Energieimpuls 341 sowie den von allen drei Notauseinheiten modulierten Signalimpuls 343 enthält, welcher vier High-Pegel 3431, 3433, 3435 und 3437 enthält, die jeweils durch einen Low-Pegel voneinander getrennt sind.
  • Die Auswerteeinheit 10 empfängt nunmehr an ihrem Signaleingang 12 das von der Notauseinheit 40 weitergereichte Signal UDk und registriert somit insgesamt drei an dem Notausschaltkreis angeschlossene Notauseinheiten 20, 30, 40 und schließt damit die Konfigurationsphase ab.
  • Schlägt die Konfiguration des Notausschaltkreises durch den Einfluss elektromagnetischer Störungen fehl, so kann die Konfigurationsphase auch mehrmals durchlaufen werden bis eine stabile Kommunikation etabliert ist.
  • An den in der Figur 3 dargestellten zeitlichen Verläufen der Differenzspannungen (UAk-UBk), (UBk-UCk) und (UCk-UDk) geht hervor, in welchen Zeitintervallen die Kondensatoren 323 der Notauseinheiten 20, 30 und 40 aufgeladen werden.
  • Alternativ könnte an den Teilnehmern, d.h. im vorliegenden Beispiel den Notauseinheiten, deren jeweilige Position in einer Teilnehmerkette manuell eingestellt werden, die zum Beispiel durch DIP-Schalter codiert oder in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt werden. In gleicher Weise kann die Anzahl der vorhandenen Notauseinheiten an oder in der Auswerteeinheit 10 eingestellt bzw. gespeichert werden. Die Konfigurationsphase nach der Inbetriebnahme des Notausschaltkreises wird in diesem Fall durch eine Initialisierungsphase ersetzt, während der die Teilnehmer gleichzeitig mit Energie versorgt werden. Hierzu wird zum Beispiel ein langer Energieimpuls bereitgestellt. Bevorzugt kann nach einer ersten Inbetriebnahme eine Konfigurationsphase manuell ausgelöst werden, nach der die Konfigurationsdaten des Notausschaltkreises in den nicht flüchtigen Speichern der Teilnehmer abgelegt wird, so dass nach jeder weiteren Inbetriebnahme nur noch die Initialisierungsphase durchlaufen werden muss.
  • Figur 4 stellt den normalen Arbeitsbetrieb des Notausschaltkreises 1 unter der Bedingung dar, dass kein Notausschalter 23, 33, 43 betätigt worden ist.
  • Nach dem Beenden der Konfigurationsphase generiert die Auswerteeinheit 10 ein beispielhaftes, zyklisches, vorbestimmtes Signal UA, das über den Signalausgang 11 an die erste Notauseinheit 20 ausgegeben wird. Der zeitliche Signalverlauf des Signals UA ist in der Figur 4 oben dargestellt. Das Signal UA enthält in jedem Zyklus einen Startimpuls 410 mit der Breite eines Taktes Tb, auf den eine Pause oder Low-Pegel 420 der Länge Tb folgt. Auf die Pause 420 folgt ein Signalimpuls 430, dessen Länge von der Anzahl der im Notausschaltreis vorhandenen Notauseinheiten abhängig ist. Der Signalimpuls 430 enthält jeweils zwei Takte Tb für jede am Notausschaltkreis 1 angeschlossene Notauseinheit sowie einen zusätzlichen Endimpuls 437 der Länge Tb. In dem vorliegenden Beispiel mit insgesamt drei angeschlossenen Notauseinheiten 20, 30 und 40 entspricht dies einer Signalbreite von insgesamt sieben Taktlängen Tb. An den Signalimpuls 430 schließt sich eine Pause oder Low-Pegel 440 von zwei Taktlängen Tb an, mit dem ein Signalzyklus abgeschlossen wird.
  • Die Notauseinheit 20 empfängt in jedem Zyklus das oben beschriebene Signal UA am Signaleingang 21 und moduliert den Signalimpuls 430 beispielsweise derart, dass während vorbestimmter Takte der Signalimpuls 430 ausgeblendet wird.
  • Im vorliegenden Beispiel wird der Signalimpuls 430 mittels des Transistors 70 derart moduliert, dass der Signalimpuls 430 mit einem High-Pegel 431 der Länge Tb beginnt, dem sich ein Low-Pegel 432, also ein ausgeblendeter Abschnitt, der Länge Tb anschließt. Der Rest des Signalimpulses 430, der in Fig. 4 mit 430' bezeichnet ist, wird nicht moduliert. Das modulierte Signal UA wird nunmehr als Signal UB zur Notauseinheit 30 übertragen. Die Notauseinheit 30 empfängt somit den Startimpuls 410, die Pause 420 und den modulierten Signalimpuls 431, 432 und 430'. Im vorliegenden Beispiel moduliert die Notauseinheit 30 lediglich den Signalimpuls 430' des empfangenen Signals UB, und zwar in ähnlicher Weise wie die Noteinheit 20. Hierzu wird der Signalimpuls 430' derart moduliert, dass er mit einem High-Pegel der Länge Tb beginnt, dem sich ein Low-Pegel bzw. ausgeblendeter Abschnitt der Länge Tb anschließt. Der Rest des Signalimpulses 430', der in Fig. 4 mit 430" bezeichnet ist, wird nicht moduliert. Das modulierte Signal UB wird nunmehr als Signal UC zur Notauseinheit 40 übertragen.
  • Die Notauseinheit 40 empfängt somit den Startimpuls 410, die Pause 420 und den von den vorgeschalteten Noteinheiten 20 und 30 modulierten Signalimpuls. Im vorliegenden Beispiel moduliert die Notauseinheit 40 lediglich den Signalimpuls 430" des empfangenen Signals UC, und zwar in ähnlicher Weise wie die Noteinheiten 20 und 30. Hierzu wird der Signalimpuls 430" derart moduliert, dass er mit einem High-Pegel der Länge Tb beginnt, dem sich ein Low-Pegel bzw. ausgeblendeter Abschnitt der Länge Tb anschließt. Der Rest des Signalimpulses 430" , der nur noch den Endimpuls 437 enthält, wird nicht moduliert. Das modulierte Signal UC wird nunmehr als Signal UD zur Auswerteeinheit 10. übertragen. Der anfangs von der Auswerteeinheit 10 erzeugte Signalimpuls 430 umfasst nunmehr drei High-Pegel 431, 433 und 435 entsprechend der Anzahl vorhandener Noteinheiten sowie den Endimpuls 437. die jeweils durch einen ausgeblendeten Abschnitt voneinander getrennt sind. Die Auswerteeinheit 10 erkennt anhand des empfangenen Signals DU, dass kein Notausschalter betätigt worden ist. Aus den Differenzsignalen (UA-UB), (UB-UC) und (UC-UD) wird ersichtlich, zu welchen Zeitintervallen die Kondensatoren 90 der Notauseinheiten 20, 30 und 40 nachgeladen werden. Zum Nachladen der Energieversorgung wird jeweils der Signalimpuls verwendet, der bei der Weitergabe bzw. bei der Modulation durch die jeweilige Notauseinheit ausgeblendet wird.
  • Die Figur 5 zeigt die Signal-Zeitdiagramme für den Fall, dass die erste und dritte Notauseinheit 20 und 40 zum Zeitpunkt t3 einen betätigten Notausschalter melden, während die zweite Notauseinheit 30 der Reihenschaltung kein Notaussignal sendet. Der Zeitpunkt t3 kann dahingehend verstanden werden, dass die Auswerteeinheit 10 bereits mehrere Signale UA übertragen hat, wobei bis zum Zeitpunkt t3 der Auswerteeinheit 10 keine Betätigung eines Notausschalters signalisiert worden ist.
  • Die Auswerteeinheit 10 generiert weiterhin das in Figur 4 beschriebene zyklische, vorbestimmte Signal UA, das über den Signalausgang 11 an die erste Notauseinheit 20 ausgegeben wird. Der zeitliche Signalverlauf des Signals UA ist in der Figur 5 oben dargestellt und entspricht dem in der Figur 4 dargestellten Signal.
  • Die Notauseinheit 20 empfängt in aktuellen Zyklus das bereits beschriebene Signal UA am Signaleingang 21 und moduliert den Signalimpuls 530, der dem Signalimpuls 430 des in Fig. 4 gezeigten Signals UA entspricht, derart, dass die Betätigung des Notausschalters 23 der Auswerteeinheit 10 signalisiert werden kann. Hierzu kann der in Fig. 5 dargestellte Signalimpuls 530 mittels des Transistors 70 derart moduliert werden, dass der empfangene Signalimpuls 530 mit zwei Low-Pegeln 531, 532 beginnt, die die Länge 2Tb besitzen. Mit anderen Worten wird der Signalimpuls 530 in der Notauseinheit 20 für die Zeit einer doppelten Taktlänge Tb ausgeblendet. Der Rest des Signalimpulses 530, der in Fig. 5 mit 530' bezeichnet ist, wird nicht moduliert. Das modulierte Signal UA wird nunmehr als Signal UB zur Notauseinheit 30 übertragen. Die Notauseinheit 30 empfängt somit den Startimpuls 510, die Pause 520 und den modulierten Signalimpuls, der aus den Low-Pegeln 531 und 532 und dem High-Pegel 530'. Da die Notauseinheit 30 kein Notaussignal signalisieren muss, moduliert sie den Signalimpuls 530' des empfangenen Signals UB in der gleichen Weise wie in dem Beispiel, welches anhand der Figur 4 erläutert worden ist. Der Signalimpuls 530' wird daher derart moduliert, dass er mit einem High-Pegel 533 der Länge Tb beginnt, dem sich ein Low-Pegel 534 bzw. ausgeblendeter Abschnitt der Länge Tb anschließt. Der Rest des Signalimpulses 530', der in Fig. 4 mit 530" bezeichnet ist, wird nicht moduliert. Das modulierte Signal UB wird nunmehr als Signal UC zur Notauseinheit 40 übertragen.
  • Die Notauseinheit 40 empfängt somit den Startimpuls 510, die Pause 520 und den von den vorgeschalteten Noteinheiten 20 und 30 modulierten Signalimpuls. Die Notauseinheit 40 moduliert lediglich den Signalimpuls 530" des empfangenen Signals UC, und zwar derart, dass die Betätigung des Notausschalters 43 signalisiert werden kann. Hierzu wird der Signalimpuls 530" derart moduliert, dass er mit zwei Low-Pegel 535 und 536 bzw. zwei ausgeblendeten Abschnitten mit jeweils der Länge Tb beginnt. Der Rest des Signalimpulses 530", der nur noch den Endimpuls 537 enthält, wird nicht moduliert. Das modulierte Signal UC wird nunmehr als Signal UD zur Auswerteeinheit 10 übertragen.
  • Der anfangs von der Auswerteeinheit 10 erzeugte Signalimpuls 530 umfasst nunmehr einen High-Pegel 533 und den Endimpuls 537. Die Auswerteeinheit 10 erkennt anhand der Low-Pegel 531, 532 und 535, 536 des empfangenen Signals UD, dass die Notausschalter 23 und 43 der Notauseinheiten 20 bzw. 40 betätigt worden sind.
  • Anstelle des zuvor beschriebenen Verfahrens könnte auf die Konfigurationsphase zunächst eine Meldephase folgen, die in den Figuren nicht dargestellt ist. Innerhalb dieser Meldephase signalisieren die Notauseinheiten 20, 30, 40 der Auswerteeinheit 10 lediglich, ob überhaupt die Sicherheitsfunktion aktiviert werden muss oder nicht.
  • Die Auswerteeinheit 10 sendet zu diesem Zweck über ihren Signalausgang 11 wiederum ein zyklisches, vorbestimmtes Signal an die erste Notauseinheit 20 aus. Dieses Signal umfasst einen charakteristischen Startimpuls, der sich vorzugsweise von dem Startimpuls des Arbeitsbetriebs z.B. in der Breite unterscheidet, auf den ein Signalimpuls mit einer vorbestimmten Breite folgt. Die vorbestimmte Breite des Signalimpulses ist in der Meldephase bevorzugt nicht von der Anzahl der Notauseinheiten in einem Teilnehmerkreis abhängig.
  • Alle Notauseinheiten 20, 30, 40 empfangen das vorbestimmte Signal an ihrem Signaleingang 21, 31, 41 und leiten dieses nichtmoduliert an die nachfolgenden Teilnehmer weiter, sofern kein Notausschalter betätigt worden ist. Soll von einer der Notauseinheiten ein kritischer Systemzustand, d.h. ein betätigter Notausschalter, signalisiert werden, so kann das empfangene Signal durch Ausblenden einer vorbestimmten Position im Signalimpuls moduliert werden. Während der Meldephase ist allen Notauseinheiten dieselbe Position im Signalimpuls zur Signalisierung zugeordnet. Die Signalisierung eines oder mehrerer kritischer Systemzustände durch einen oder mehreren Teilnehmer erfolgt somit ODER-verknüpft.
  • Der Auswerteeinheit 10 wird in dieser Meldephase somit nur signalisiert, ob überhaupt ein kritischer Systemzustand, d.h. ein betätigter Notausschalter vorliegt und ob die Sicherheitsfunktion aktiviert werden soll.
  • Sobald eine Notauseinheit 20, 30, 40 einen betätigten Notausschalter signalisiert, wird der Notausschaltkreis von der Auswerteeinheit 10 in den zuvor beschriebenen Arbeitsbetrieb versetzt. Von der Auswerteeinheit wird in dem zuvor beschrieben Verfahren festgestellt, welche Notauseinheit einen betätigten Notausschalter signalisiert.
  • Die Meldephase bietet gegenüber dem zuvor beschriebenen Arbeitsbetrieb kürzere Zykluszeiten, solange kein betätigter Notausschalter signalisiert wird. Dieses ist insbesondere bei einer großen Anzahl von Notauseinheiten in der Teilnehmerkette vorteilhaft.
  • Treten Fehler beispielsweise durch Kurzschlüsse oder durch Leitungsunterbrechungen in dem Notausschaltkreis 1 auf, so empfängt die Auswerteeinheit 10 an ihrem Signaleingang 12 zumindest kein vollständiges Signal UD. Unter Ansprechen auf ein unvollständig empfangenes Signal UD kann die Auswerteeinheit 10 ebenfalls eine sicherheitsbasierte Funktion auslösen und einen Fehler signalisieren.
  • Die Mikrocontroller 210 der Notauseinheiten 20, 30, 40 können zusätzlich eine interne Fehlfunktion, zum Beispiel einen ausgefallenen Kanal eines zweikanalig angeschlossenen Notausschalters, selbständig feststellen. Ein solcher Fehler kann von einer Notauseinheit, beispielsweise der Notauseinheit 20, der Auswerteeinheit 10 dadurch signalisiert werden, dass der Transistors 260 der elektronischen Schaltung 24 den Signaleingang 21 mit dem Masseanschluss 25 kurzschließt. Die Auswerteeinheit 10 empfängt somit ein unvollständiges Signal UD und schließt aus dem übertragenen Kurzschlusssignal auf ein fehlerhaftes Signal UD und kann darauf hin eine sicherheitsgerichtete Funktion und/oder ein Fehlersignal auslösen. Zur Kontrolle eines modulierten Signals kann am Signalausgang 22, 32, 42 einer Notauseinheit 20, 30, 40 eine zweite Signalerkennungseinrichtung vorgesehen sein, welche die Widerstände 251 und 250 umfasst.

Claims (11)

  1. Sicherheits-Kommunikationssystem (1) zum Bereitstellen einer Sicherheitsfunktion umfassend:
    eine Auswerteeinheit (10), an welche eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Teilnehmern(20, 30, 40) angeschlossen ist, wobei
    die Auswerteeinheit (10) einen Signalausgang (11), einen Signaleingang (12), einen Masseanschluss (15) und eine Einrichtung zum Bereitstellen eines vorbestimmten Signals für den ersten Teilnehmer aufweist, wobei das vorbestimmte Signal einen Signalimpuls enthält, dessen Impulslänge von der Anzahl der in Reihe geschalteten Teilnehmer abhängt, die Teilnehmer (20, 30, 40) jeweils einen Signaleingang (21, 31, 41), einen Signalausgang (22, 32, 42), einen Masseanschluss (25, 35, 45) für ein Bezugspotential, einen Sensor (23, 33, 43) sowie eine elektronische Schaltung (24, 34, 44) aufweisen, wobei jede elektronische Schaltung (24, 34, 44) zum Modulieren des Signalimpulses des vorbestimmten Signals entsprechend ihrer Position in dem Sicherheits-Kommunikationssystem und zum Übertragen des modulierten vorbestimmten Signals über den Signalausgang an den folgenden nachgeschalteten Teilnehmer oder, am Ende der Reihe an die Auswerteeinheit (10) ausgebildet ist, um einen kritischen oder unkritischen Systemzustand zu signalisieren, welcher durch das Ausgangssignal des jeweiligen Sensors dargestellt wird, und wobei die Auswerteeinheit zum Auswerten des modulierten vorbestimmten Signals und zum Steuern einer Sicherheitsfunktion unter Ansprechen auf das Auswerteergebnis ausgebildet ist.
  2. Sicherheits-Kommunikationssystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Auswerteeinheit (10) unter Ansprechen auf das modulierte vorbestimmte Signal den Teilnehmer oder diejenigen Teilnehmer lokalisieren kann, welche einen kritischen Systemzustand signalisiert haben.
  3. Sicherheits-Kommunikationssystem nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schaltung (24, 34, 44) jedes Teilnehmers einen Logikbaustein (60) und wenigstens einen Transistor (220) umfasst, wobei der Transistor (210) durch den Logikbaustein (210) ansteuerbar ist und zwischen dem Signaleingang (21, 31, 41) dem Signalausgang (22, 32, 42) des jeweiligen Teilnehmers angeordnet sowie dazu ausgebildet ist, das am Signaleingang (21, 31, 41) anliegende vorbestimmte Signal zu modulieren und über den Signalausgang (22, 32, 42) an die Auswerteeinheit (10) oder einen nachgeschalteten Teilnehmer zu übertragen.
  4. Sicherheits-Kommunikationssystem nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass jede elektronische Schaltung (24, 34, 44) derart ausgebildet ist, dass sie aus dem am Signaleingang (21, 31, 41) anliegenden vorbestimmten Signal eine Versorgungsspannung gewinnen kann.
  5. Sicherheits-Kommunikationssystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede elektronische Schaltung (24, 34, 44) einen zweiten Transistor (260) umfasst, mit dem der Signaleingang (21, 31, 42) auf das Bezugpotential (25,35, 45) schaltbar ist.
  6. Verfahren zum Signalisieren wenigstens eines Systemzustands eines Sicherheits-Kommunikationssystems (1), welches eine Auswerteeinheit (10) und mehrere, in Reihe geschaltete Teilnehmer (20, 30, 40) aufweist, wobei jedem Teilnehmer wenigstens ein Sensor zugeordnet ist,
    umfassend folgende Schritte:
    a) Generieren, in der Auswerteeinheit (10), eines vorbestimmten Signals (UA), wobei das vorbestimmte Signal einen Signalimpuls enthält, dessen Impulslänge von der Anzahl der in Reihe geschalteten Teilnehmer abhängt;
    b) Ausgeben des vorbestimmten Signals (UA) von der Auswerteeinheit (10) an den ersten Teilnehmer (20) des Sicherheits-Kommunikationssystems;
    c) Modulieren des Signalimpulses des empfangen vorbestimmten Signals in dem ersten Teilnehmer (10) entsprechend seiner Position in dem Sicherheits-Kommunikationssystem und in Abhängigkeit des Ausgangssignals, welches von einem, dem ersten Teilnehmer zugeordneten Sensor (23) bereitgestellt wird, und Ausgeben des modulierten vorbestimmten Signals an einen weiteren Teilnehmer (30);
    d) Modulieren des Signalimpulses des empfangenen, modulierten vorbestimmten Signals in dem weiteren Teilnehmer (30) entsprechend seiner Position in dem Sicherheits-Kommunikationssystem und in Abhängigkeit des Zustandssignals, welches von einem, dem weiteren Teilnehmer zugeordneten Sensor (33) bereitgestellt wird, und Ausgeben des modulierten vorbestimmten Signals an einen weiteren Teilnehmer;
    e) Wiederholen des Schrittes d) in Abhängigkeit der Anzahl der Teilnehmer des Sicherheits-Kommunikationssystems;
    f) Ausgeben des modulierten vorbestimmten Signals (UD) vom letzten Teilnehmer (40) des Sicherheits-Kommunikationssystems an die Auswerteeinheit (10) ;
    g) Auswerten, in der Auswerteeinheit, des empfangenen, modulierten vorbestimmten Signals und Steuern einer Sicherheitsfunktion, wenn ein kritischer Systemzustand durch wenigstens einen Teilnehmer signalisiert wurde.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass das vorbestimmte Signal einen Startimpuls und eine erste Pause aufweist, die dem Signalimpuls vorausgehen, und der Signalimpuls einen Endimpuls enthält, welchem eine zweite Pause folgt, welche zeitlich länger als die erste Pause ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das empfangene vorbestimmte Signal oder das empfangene modulierte vorbestimmte Signal derart moduliert wird, dass der Signalimpuls an wenigstens einer vorbestimmten Stelle für eine vorbestimmte Zeit ausgeblendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der ausgeblendete Teil des Signalimpulses zur Erzeugung einer Versorgungsspannung des Teilnehmers verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis g) zyklisch wiederholt werden.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt a) eine Konfigurationsphase durchlaufen wird, in welcher die Auswerteeinheit (10) die Anzahl der Teilnehmer (20, 30, 40) innerhalb des Sicherheits-Kommunikationssystems ermittelt und in welcher die Teilnehmer ihre Position innerhalb der Sicherheits-Kommunikationssystems ermitteln.
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