ES2270903T3 - Procedimiento y dispositivo para la supervision de la seguridad de una instalacion de seguridad. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la supervisión de la seguridad de una instalación de control en una instalación de automatización (1), que comprende: - la inscripción de datos de entrada en una instalación de supervisión central (3), - el cálculo de los primeros datos de salida en la instalación de supervisión central (3) a partir de los datos de entrada caracterizado por - la transmisión de los primeros datos de salida y de los datos de entrada hacia al menos una instalación de supervisión descentralizada (9), - el cálculo de segundos datos de salida en al menos una instalación de supervisión descentralizada (9) a partir de los datos de entrada, - la comparación de los primeros con los segundos datos de salida en la instalación de supervisión descentralizada (9), - la emisión de los primeros datos de salida como resultado de una coincidencia al menos parcial de los primeros y los segundos datos de salida al menos a una instalación asociada a la instalación de supervisión descentralizada (9).
Description
Procedimiento y dispositivo para la supervisión
de la seguridad de una instalación de seguridad.
La invención se refiere a un procedimiento para
la supervisión de la seguridad de una instalación de seguridad en
una instalación de automatización de acuerdo con la reivindicación 1
y a un dispositivo para la supervisión de la seguridad de una
instalación de seguridad en una instalación de automatización de
acuerdo con la reivindicación 12.
Las instalaciones de control se emplean cada vez
en mayor medida para controlar o regular especialmente procesos o
ciclos técnicos industriales, por ejemplo en la fabricación
industrial o en el montaje final. De la misma manera se utilizan
para la supervisión de procesos de este tipo accionados de forma
automática en la mayor medida posible como también para la
representación del estadio momentáneo del proceso.
Las instalaciones de automatización o
instalaciones automáticas correspondientes han alcanzado, en virtud
del alto grado de productividad posible de esta manera, una posición
excelente no sólo en la fabricación industrial. Así, por ejemplo,
las instalaciones de automatización han encontrado aceptación en los
procesos de mecanización con una alta carga para la salud humana o
incluso con un potencial de peligro grande. Además, ha resultado
casi imposible la realización de procesos químicos industriales o el
contacto con materiales reactivos sin automatización.
Por lo tanto, tales instalaciones de
automatización presentan, en general, al menos secciones o
componentes, en los que se plantean altos o máximos requerimientos
con respecto a la seguridad. Por ejemplo, debe asegurarse que
determinadas máquinas son accionadas dentro de determinados
parámetros de funcionamiento o debe impedirse que una máquina
funcione, aunque se encuentre una persona en su zona de trabajo. A
este respecto, por ejemplo una máquina giratoria ni puede exceder
un número de revoluciones predeterminado ni una persona puede
mantenerse en el radio de acción del robot durante el
funcionamiento del mismo.
Además, durante el funcionamiento de una
instalación de automatización debe estar asegurado que la
instalación en funcionamiento no debe pasar, en el caso de un fallo
de un componente del sistema, a un estado indefinido, imprevisible
o incluso incontrolable.
Un principio para la solución de estos problemas
de acuerdo con el estado de la técnica consiste especialmente en
construir especialmente los componentes relevantes para la seguridad
del sistema con varios canales, es decir, de forma redundante. Por
ejemplo, en una instalación de automatización puede estar previsto
realizar de forma duplicada los componentes de seguridad, es decir,
por ejemplo, los usuarios del bus, que están asociados a una
máquina relevante para la seguridad. Al mismo tiempo también el
control central y el bus pueden estar constituidos de varios
canales o incluso puede estar previsto un control de seguridad
separado del control del proceso y constituido de forma redundante
en determinadas circunstancias para el control de los componentes
relevantes para la seguridad. Este control de la seguridad lleva a
cabo esencialmente los enlaces de las informaciones de entrada
relacionados con la seguridad y transmite a continuación, por
ejemplo a través de un bus de automatización, datos de enlace
relacionados con la seguridad a los componentes de salida. Los
componentes de salida, por su parte, procesan las medidas de
seguridad recibidas y las transmiten después de la verificación
positiva a unidades o aparatos periféricos. Además, conmutan sus
salidas a un estado seguro cuando determinan la existencia de un
error o no han recibido ya datos válidos dentro de un periodo de
tiempo predeterminado.
El empleo de dos controles en el sistema es
decir, un control de procesos así como el control de seguridad
descrito tiene, sin embargo, como consecuencia algunos
inconvenientes. Precisamente en virtud de los requerimientos
crecientes planteados al tiempo de reacción de las instalaciones de
automatización, un sistema de este tipo debe estar distribuido con
frecuencia en islas de seguridad. Además, especialmente en los
sistemas de control de varios canales se plantean problemas de
sincronización que, a pesar de una instalación en principio intacta,
pueden conducir a fallos o incluso a destrucciones de partes de las
máquinas o de todas las máquinas. Además, la estructura de canales
múltiples implica una elevación de los costes del sistema como
también de los costes de mantenimiento debido al incremento del
gasto del
hardware.
hardware.
Se conoce a partir del documento DE 198 15 150
A1 una disposición de sensores para la supervisión de un aparato de
trabajo, que comprende una unidad de evaluación conectada en un bus,
que espía de una manera continua las señales transmitidas a través
del sistema de bus. El aparato de trabajo solamente se pone en
funcionamiento cuando está presente una identificación libre de
errores de codificaciones que se transmiten a través del sistema de
bus. A tal fin, se evalúan los datos de entrada emitidos a través
del usuario del bus a un maestro y que hacen conectar o desconectar
el aparato de trabajo como reacción a la evaluación. Un principio de
este tipo no es, en efecto, tan intensivo de costes, pero es muy
poco flexible con respecto a una ampliación del sistema o a una
adaptación de la instalación a otros componentes del bus.
También la publicación DE 35 02 387 describe un
procedimiento para la supervisión de sistemas de microprocesador y
de controles programables con memoria, en el que una unidad de
control está conectada directamente en el bus del sistema de
microprocesador o en el control programable con memoria. Este
procedimiento se basa en una comparación de los datos transmitidos
a través del bus del sistema con datos que están memorizados en los
llamados puntos de control. Una comparación entre el valor teórico y
el valor real que tiene lugar en este caso en la unidad de control
posibilita el reconocimiento de funciones erróneas y genera una
señal de error, que provoca una detención de un sistema que está
conectado con el sistema de microprocesador o con el control
programable con memoria. En este procedimiento existe, en efecto,
una separación del proceso de control con respecto al proceso de
supervisión. Sin embargo, es un inconveniente que el control se basa
esencialmente en información memorizada.
El documento
US-A-5 696 495 describe una
instalación para la supervisión y control de una construcción de
instalación compleja desde un punto local o remoto. Cada uno de los
componentes funcionales de la instalación presenta un procesador
subordinado conectado con el mismo, que están acoplados con una
unidad maestra y con una unidad de procesador adicional.
Por lo tanto, la invención tiene el cometido de
configurar un procedimiento y un dispositivo para la supervisión de
la seguridad de una instalación de seguridad en una instalación de
automatización, de tal forma que el control y también la función de
seguridad se aseguran, de una manera independiente de una separación
de las dos funciones, a través de una verificación descentralizada
redundante y se puede iniciar de forma directa una función de
seguridad en función del resultado de la verificación.
Para la solución de este cometido sirven las
características de las reivindicaciones 1 y 12.
La invención implica como ventaja una alta cota
de seguridad. Es especialmente ventajosa la evitación de funciones
de seguridad activadas de forma errónea a través de un mecanismo de
control interno dentro de la supervisión de la seguridad.
Otras características ventajosas se deduce a
partir de las reivindicaciones dependientes.
El procedimiento de acuerdo con la invención
para la supervisión de la seguridad de una instalación de control
en una instalación de automatización comprende las etapas indicadas
a continuación. Se inscriben datos de entrada en una instalación de
supervisión central y a partir de éstos se calculan primeros datos
de salida en la instalación de supervisión central. Los primeros
datos de salida y los datos de entrada son transmitidos a una
instalación de supervisión descentralizada. En la instalación de
supervisión descentralizada se calculan a partir de los datos de
entradas unos segundos datos de salida. De acuerdo con la invención,
se comparan los primeros con los segundos datos de salida en la
instalación de supervisión descentralizada. En el caso de que
exista al menos una coincidencia parcial de los primeros y los
segundos datos de salida, se emiten como resultado de la
comparación los primeros datos de salida al menos a una instalación
asociada a la instalación de supervisión descentralizada.
El dispositivo de acuerdo con la invención para
la supervisión de la seguridad de una instalación de control en una
instalación de automatización comprende una instalación de
supervisión central, configurada para la inscripción de datos de
entrada y para el cálculo de primeros datos de salida a partir de
los datos de entrada, y al menos una instalación de supervisión
descentralizada que está configurada para la inscripción de los
datos de entrada y/o de los primeros datos de salida. En este caso,
al menos una instalación de supervisión descentralizada presenta un
elemento de cálculo para el cálculo de segundos datos de salida a
partir de los datos de entrada. De acuerdo con la invención, al
menos una instalación de supervisión descentralizada está asociada
al menos a una instalación. Además, en la instalación de supervisión
descentralizada está prevista una unidad de comparación para la
comparación de los primeros con los segundos datos de salida. El
dispositivo de acuerdo con la invención contiene de la misma manera
una instalación de emisión que está acoplada con la unidad de
comparación, que emite los primeros datos de salida o bien los
segundos datos de salida, en el caso de una coincidencia, como
resultado de la comparación de los primeros y de los segundos datos
de salida al menos a una instalación. Por otro lado, está prevista
también una instalación de activación que, en el caso de una falta
de coincidencia de los primeros y los segundos datos de salida como
resultado de la comparación, se activa con el fin de provocar una
función relacionada con la seguridad.
El grado y la exactitud de la coincidencia
parcial o bien de la no coincidencia parcial de los primeros y de
los segundos datos de salida pueden ser influenciados de acuerdo con
la invención a través de una preparación de un código de error
reducido. De esta manera, se puede conseguir una seguridad casi
absoluta. La reducción del error en los datos de entrada se puede
conseguir a través del empleo de rutinas de control o de algoritmos
de filtro.
La función relacionada con la seguridad puede
ser una repetición de etapas individuales del procedimiento y/o de
todas las etapas del procedimiento indicadas anteriormente. En este
caso, los datos de entrada y/o los primeros datos de salida se
pueden transmitir de nuevo. De la misma manera, en el marco de la
invención está previsto repetir el cálculo de los primeros y/o de
los segundos datos de salida a partir de los datos de entrada. En
este caso, se conecta de nuevo el proceso de la comparación. En
función del resultado de la comparación, deben repetirse de nuevo
algunas o todas las etapas.
Pero en una forma de realización preferida de la
invención está previsto también que la función relacionada con la
seguridad comprenda una transferencia de una instalación individual
a un estado ordenado, es decir, un estado de espera o bien limitado
en el tiempo o que se mantiene hasta la siguiente activación así
como una desconexión completa de la instalación. También la
desconexión se puede acoplar con un tiempo de desconexión
predeterminado. Pero la función relacionada con la seguridad puede
comprender una terminación de un proceso de automatización, en el
que se accionan de forma automática varias instalaciones.
Desde la instalación de supervisión
descentralizada se transmiten datos de salida de una manera
ventajosa a través del sistema de bus hacia una instalación que
está conectada en el sistema de bus, como por ejemplo un robot. Así
activan una acción determinada, como por ejemplo la repetición de un
proceso de automatización. Como proceso de automatización se
entiende, por ejemplo, el movimiento de un brazo de un robot o la
terminación de un movimiento del robot.
De acuerdo con la invención, tales funciones
relacionadas con la seguridad se adaptan al tipo y forma de
realización de la instalación así como al potencial de peligro
implicado con su funcionamiento.
En una forma de realización de la presente
invención, la transmisión de los primeros datos de salida y de los
datos de entrada hacia una instalación de supervisión
descentralizada se lleva a cabo a través de un sistema de bus. Pero
también es posible llevar a cabo directamente la transmisión.
El cálculo de los primeros datos de salida se
puede realizar de acuerdo con la invención de una manera similar al
proceso de cálculo para los segundos datos de salida. No obstante,
es concebible también una variación de los procesos de cálculo
respectivos en las diferentes instalaciones de supervisión. La
instalación de supervisión central y la instalación de supervisión
descentralizada pueden estar conectadas fijamente por cable de
acuerdo con la invención.
También está previsto en el marco de la
invención, realizar las instalaciones de supervisión a través de
componentes electrónicos o elementos de conmutación. No obstante,
también los componentes esenciales de las instalaciones de
supervisión o todas las instalaciones de supervisión pueden estar
configurados como microprocesadores o procesadores de señales
especialmente programables. En este caso, resulta ventajoso realizar
de una manera relativamente sencilla una modificación de la
instalación de supervisión a través de una intervención en el
algoritmo programado.
También está incluida en la idea de la invención
una forma de realización diferente de la instalación de supervisión
central y de la instalación de supervisión descentralizada, Así, por
ejemplo, de una manera opcional una de las dos instalaciones de
supervisión puede estar constituida totalmente por microprocesadores
o procesadores de señales programables o puede estar configurada
como realización unitaria en forma de componentes electrónicos en
lugar de estar controlada por hardware. Pero es concebible también
una combinación de ellos. Así, por ejemplo, las dos instalaciones
de supervisión pueden estar realizadas del mismo tipo de acuerdo con
las variantes indicadas.
En el marco de la invención está incluido que
las instalaciones están realizadas como instalaciones de control
para procesos de fabricación, robots industriales y/o procesos de
clasificación o de separación, como por ejemplo aparecen de forma
automática a escala industrial.
La invención comprende como forma de realización
preferida una instalación de supervisión descentralizada, que se
incorpora como módulo posteriormente en una instalación de
automatización y que se puede utilizar de acuerdo con las etapas
indicadas anteriormente.
La invención se explica en detalle a
continuación en combinación con los dibujos adjuntos en un ejemplo
de realización. En éstos:
La figura 1 muestra el diagrama de bloques de un
sistema de automatización accionado aplicando el procedimiento de
acuerdo con la invención o bien utilizando el dispositivo de acuerdo
con la invención.
La figura 2 muestra el flujo de datos
esquemático de una instalación de supervisión central.
La figura 3 muestra una representación
esquemática del protocolo de transmisión de una instalación de
supervisión descentralizada.
De acuerdo con la figura 1, la instalación de
automatización 1 presenta un control 2 y una instalación de
supervisión central 3. La instalación de automatización 1 contiene
unidades de entrada y salida directas (Unidades de E/S) así como
una conexión de bus en serie. Todos los datos que son necesarios
para el control y/o verificación del proceso de automatización se
pueden transmitir de acuerdo con la invención directamente a través
de las unidades de entrada y salida 4 o a través de la conexión del
bus de serie 5 hacia la instalación de automatización o bien se
puede emitir desde ésta. A través de la conexión de bus en serie 5,
la instalación de automatización 1 está conectada con un sistema de
bus 6. En el sistema de bus 6 están previstas unidades de entrada 7,
8 o interfaces de entrada para la entrada de datos. Por otro lado,
el sistema de bus 6 está diseñado de tal forma que a través de una
instalación de supervisión central, que está realizada de una manera
preferida como instalación de supervisión de salida 9, activa una
instalación periférica no mostrada en la figura 1. El sistema de
bus 6 posee de acuerdo con la figura 1 otra unidad 10, con la que se
pueden emitir datos.
El procedimiento de acuerdo con la invención o
bien el modo de funcionamiento del dispositivo de acuerdo con la
invención se llevan a cabo esencialmente como se indica a
continuación y se explican con la ayuda de las siguientes figuras 2
y 3.
En primer lugar se inscriben datos de entrada
relevantes para la seguridad. Se trata de datos que garantizan el
funcionamiento seguro de instalaciones, que son activadas o bien que
funcionan a través de la instalación de automatización. Esto se
lleva a cabo de acuerdo con la invención de una manera preferida a
través de las unidades 7 y/u 8. Los datos de entrada (I1, I2, I3)
relevantes para la seguridad se pueden transmitir también
directamente, como se muestra en la figura 1, a la instalación de
automatización 1. La instalación de supervisión central 3, que está
prevista de una manera preferida directamente en la instalación de
automatización 1, contiene ahora los datos de entrada I1 - I3
relevantes para la seguridad.
La instalación de supervisión central 3 calcula
a partir de los datos de entrada ahora los primeros datos de salida
Q_{z} que son relevantes para la seguridad de todo el proceso de
automatización. Los datos de entrada I1 - I3 inscritos son
transmitidos ahora junto con los datos de salida calculados Q_{z}
hacia la instalación de supervisión de salida descentralizada 9. De
acuerdo con la figura 2, los datos introducidos localmente (I1) o a
través de la conexión de bus en serie (I2, I3) en la instalación de
supervisión central 3 son combinados entre sí con la ayuda de
operadores lógicos I1, I2 para formar los datos de salida Q2, que
se transmiten en un protocolo de salida predeterminado de la misma
manera a la instalación de supervisión de salida descentralizada
9.
De acuerdo con la figura 3, la instalación de
supervisión de salida descentralizada 9 calcula entonces a partir
de los datos de entrada I1 - I3 transmitidos a esta instalación un
dato de salida local Q_{D}, siendo empleados ahora operadores 13,
14 y/o unidades lógicas dentro de esta instalación de supervisión de
salida descentralizada 9. De acuerdo con la invención, la
instalación de supervisión de salida descentralizada 9 comprende un
operador de comparación, que compara los datos de salida Q_{Z}
transmitidos desde la instalación de supervisión central 3 con los
segundos datos de salida Q_{D}.
Si los datos de salida, calculados por la
instalación de supervisión central 3, coinciden con los datos de
salida Q^{D} calculados localmente, entonces estos datos son
transferidos a una instalación periférica para el control, por
ejemplo para la desconexión de la instalación periférica. En el caso
de no coincidencia de los datos de salida Q_{z} y Q_{D}
calculados en las dos instalaciones de supervisión diferentes, está
presente un error en la transmisión de los datos y/o en uno de los
algoritmos de cálculo o de supervisión. La instalación de
supervisión de salida descentralizada 9 inicializa ahora otras
repeticiones del proceso de cálculo o de comparación o también una
repetición del proceso de transmisión de datos.
Así, por ejemplo, a diferencia de la figura 1,
la instalación de supervisión de salida descentralizada 9 puede
activar otras instalaciones periféricas. En una forma de realización
de este tipo, está previsto adaptar el cálculo y la salida de los
datos de salida Q_{D} a las instalaciones periféricas conectadas.
Pero también es concebible conectar cada instalación periférica con
una instalación de supervisión de salida descentralizada, siendo
calculados y transmitidos entonces solamente los datos necesarios
para el cálculo o bien la supervisión de la instalación
periférica.
La invención prevé, además, que la instalación
de supervisión de salida descentralizada 9 contenga todas las
informaciones necesarias para la supervisión redundante
descentralizada de una función de seguridad. De esta manera se
asegura que en el caso de un fallo de la instalación de supervisión
central 3 se garantice todavía una verificación de la supervisión
redundante a través de la instalación de supervisión de salida
descentralizada 9. De la misma manera, en una forma de realización
preferida de la invención, también la instalación de supervisión
central 3 recibe las informaciones redundantes, con el fin de poder
eliminar errores, dado el caso, inherentes a los datos, durante el
proceso de entrada.
Claims (16)
1. Procedimiento para la supervisión de la
seguridad de una instalación de control en una instalación de
automatización (1), que comprende:
- -
- la inscripción de datos de entrada en una instalación de supervisión central (3),
- -
- el cálculo de los primeros datos de salida en la instalación de supervisión central (3) a partir de los datos de entrada
caracterizado por
- -
- la transmisión de los primeros datos de salida y de los datos de entrada hacia al menos una instalación de supervisión descentralizada (9),
- -
- el cálculo de segundos datos de salida en al menos una instalación de supervisión descentralizada (9) a partir de los datos de entrada,
- -
- la comparación de los primeros con los segundos datos de salida en la instalación de supervisión descentralizada (9),
- -
- la emisión de los primeros datos de salida como resultado de una coincidencia al menos parcial de los primeros y los segundos datos de salida al menos a una instalación asociada a la instalación de supervisión descentralizada (9).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque en el caso de no
coincidencia al menos parcial de los primeros y segundos datos de
salida, se activa una función relacionada con la seguridad.
3. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la función
relacionada con la seguridad comprende una repetición de las etapas
de la transmisión y/o del cálculo y/o de la comparación y/o de la
emisión.
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la función
relacionada con la seguridad comprende una transferencia de una
instalación a un estado ordenado.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la función
relacionada con la seguridad comprende una desconexión de la
instalación.
6. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la función
relacionada con la seguridad comprende una terminación de un
proceso de automatización.
7. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
transmisión de los primeros datos de salida y de los datos de
entrada hacia una instalación de supervisión descentralizada (9) se
lleva a cabo a través de un sistema de bus (6) y/o directamente.
8. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cálculo
de los primeros datos de salida corresponde al cálculo de los
segundos datos de salida.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
instalación de supervisión central y la instalación de supervisión
descentralizada (3, 9) están conectadas fijamente por cable.
10. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las
instalaciones de supervisión (3, 9) están controladas por
software.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
instalación está realizada como instalación de control para
procesos de fabricación, procesos de clasificación y/o procesos de
separación.
12. Dispositivo para la supervisión de la
seguridad de una instalación de control en una instalación de
automatización (1)
- -
- con una instalación de supervisión central (3), que está configurada para la inscripción de datos de entrada y para el cálculo de primeros datos de salida a partir de los datos de entrada,
caracterizado
- -
- con al menos una instalación de supervisión descentralizada (9), que está configurada para la inscripción de los datos de entrada y/o de los primeros datos de salida, en la que al menos una instalación de supervisión descentralizada (9) presenta un elemento de cálculo para el cálculo de segundos datos de salida a partir de los datos de entrada, y al menos a una instalación de supervisión descentralizada (9) está asociada una instalación,
- -
- con una unidad de comparación para la comparación de los primeros con los segundos datos de salida en al menos una instalación de supervisión descentralizada (9),
- -
- con una instalación de salida acoplada con la unidad de comparación, que emite los primeros datos de salida como resultado de una coincidencia al menos parcial de los primeros y segundos datos de salida.
13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
12, en el que una instalación de activación activa una función
relacionada con la seguridad en el caso de una no coincidencia al
menos parcial de los primeros y de los segundos datos de
salida.
14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
12 ó 13, en el que la instalación de supervisión central (3) y la
instalación de supervisión descentralizada (9) están conectadas a
través de un sistema de bus (6) y/o directamente.
15. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 12 a 14, en el que la instalación de supervisión
descentralizada (3) está conectada con al menos una instalación a
través de un bus (6) y/o directamente.
16. Dispositivo de acuerdo con una de las
reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque las
instalaciones de supervisión (3, 9) comprende microprocesadores y/o
procesadores de señales programables.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10008434 | 2000-02-23 | ||
| DE10008434A DE10008434A1 (de) | 2000-02-23 | 2000-02-23 | Verfahren und Vorrichtung zur Sicherheitsüberwachung einer Steuereinrichtung |
Publications (1)
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| ES2270903T3 true ES2270903T3 (es) | 2007-04-16 |
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ID=7632098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES01100230T Expired - Lifetime ES2270903T3 (es) | 2000-02-23 | 2001-01-03 | Procedimiento y dispositivo para la supervision de la seguridad de una instalacion de seguridad. |
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|---|---|
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| AT (1) | ATE342529T1 (es) |
| DE (2) | DE10008434A1 (es) |
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