ES2305760T3 - Procedimiento y dispositivo para controlar un proceso de caracter critico en cuanto a seguridad. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar un proceso de carácter crítico en cuanto a seguridad, que comprende los siguientes fases: - disponer una unidad de control (12) para procesar datos de proceso críticos en cuanto a seguridad (46, 48); - disponer una unidad E/S (14-20), que está unida con la unidad de control (12) a través de un trayecto de transmisión de datos (22); y - transferir los datos de proceso (46, 48) de la unidad E/S (14-20) a la unidad de control (12), asegurando los datos de proceso (46, 48) con la ayuda de una transmisión múltiple por varias vías, caracterizado porque los datos de proceso (46) están codificados con una palabra clave variable (44) que cambia constantemente, a efectos de generar datos de proceso (48) codificados de forma variable, que conducen a una determinada dinámica, y porque los datos de proceso (48) codificados de forma variable son transferidos a la unidad de control (12) como componente de la transmisión múltiple por varias vías.
Description
Procedimiento y dispositivo para controlar un
proceso de carácter crítico en cuanto a seguridad.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para controlar un proceso de carácter crítico en
cuanto a seguridad, que comprende las siguientes fases:
- disponer una unidad de control para procesar
datos de proceso críticos en cuanto a seguridad;
- disponer una unidad E/S, que está unida con la
unidad de control a través de un trayecto de transmisión de datos;
y
- transferir los datos de proceso de la unidad
E/S a la unidad de control, asegurando los datos de proceso con la
ayuda de una transmisión múltiple por varias vías.
La invención se refiere, además, a un
dispositivo para controlar un proceso de carácter crítico en cuanto
a seguridad, que comprende una unidad de control para procesar los
datos de proceso críticos en cuanto a seguridad y una unidad E/S
que está unida con la unidad de control a través de un trayecto de
transmisión de datos, estando la unidad de control y la unidad E/S
realizadas de tal manera que pueden transferir datos de proceso de
la unidad E/S a la unidad de control con la ayuda de una transmisión
múltiple.
Se conoce un procedimiento de este tipo, así
como su correspondiente dispositivo, por la patente DE 197 42 716
A1.
A efectos de la presente invención, los procesos
de carácter crítico en cuanto a seguridad son secuencias,
correlaciones y/o sucesos técnicos cuyo funcionamiento correcto ha
de ser asegurado, para evitar un peligro para las personas o
valores materiales. En este caso, se trata, especialmente, de la
supervisión y del control de procesos que se desarrollan
automáticamente en el ámbito de la construcción de maquinaria e
instalaciones para evitar accidentes. Ejemplos clásicos son la
protección de una instalación de prensa, la protección de un robot
automatizado o el aseguramiento de un estado que no comporte peligro
para la realización de trabajos de mantenimiento en una instalación
técnica. Para procesos de este tipo la norma europea EN
954-1 distingue diferentes categorías de seguridad
del 1 al 4, siendo la 4 la categoría de seguridad más alta. La
presente invención se refiere a procesos de carácter crítico en
cuanto a seguridad, para los que se ha de cumplir, como mínimo, la
categoría 3, según la norma EN 954-1.
El control de procesos de carácter crítico en
cuanto a seguridad, a efectos de la presente invención, requiere
que los aparatos y componentes que participan en el control
presenten una protección contra errores intrínsecos. Esto significa
que, incluso cuando se produce un fallo o un error en el equipo de
seguridad, se ha de mantener la seguridad necesaria, por ejemplo,
para los operarios de la maquinaria. Por lo tanto las instalaciones
y los equipos de seguridad están construidos de forma redundante en
toda regla y requieren en muchos países una autorización
correspondiente por parte de las autoridades reguladoras
competentes. En el marco del procedimiento de autorización, el
fabricante del equipo de seguridad ha de demostrar en toda regla que
se da la necesaria protección contra errores intrínsecos, lo cual
es muy costoso y caro debido a las extensas observaciones de
errores.
Por la patente DE 197 42 716 A1 mencionada
anteriormente se conoce un dispositivo de este género, en el que la
unidad de control propiamente dicha está unida con unidades E/S
escalonadas en el espacio a través de un denominado "Feldbus"
(bus de campo). En las unidades E/S se conectan sensores para
recoger datos de proceso, así como accionadores para activar
procesos de control. Sensores típicos en el ámbito de la ingeniería
de seguridad son los interruptores de parada de emergencia, puertas
de protección, interruptores bimanuales, sensores de revoluciones o
disposiciones de barreras de luz. Accionadores típicos son
contactores de protección con los que se deja sin corriente los
dispositivos de accionamiento de una instalación vigilada, o
válvulas magnéticas. En disposiciones de este tipo las unidades E/S
sirven substancialmente como estaciones receptoras y emisoras de
señales, que están distribuidas en el espacio, mientras que el
procesamiento en sí de los datos de proceso y la generación de
señales de control para los accionadores se realiza en la unidad de
control de orden superior. En muchos casos, se utiliza un
denominado sistema de programa almacenado (SPS) como unidad de
control de orden superior.
Para poder controlar los procesos de carácter
crítico en cuanto a seguridad mediante un sistema de este tipo,
basado en un bus de campo, la transmisión de datos de las unidades
E/S a la unidad de control ha de ser protegida contra los errores.
En especial, se ha de asegurar de que no se pueda producir un estado
peligroso en la instalación total por la falsificación de datos de
proceso transferidos y/o por un error en una unidad E/S
escalonada.
En el sistema conocido según la patente DE 197
42 716 A1, esto se realiza porque tanto en la unidad de control de
orden superior, como también en las unidades E/S escalonadas, están
dispuestos dispositivos relacionados con la seguridad. En este
caso, se trata, por ejemplo, de la concepción redundante de todas
las rutas de recepción, procesamiento y emisión de señal. Los
canales redundantes se supervisan unos a otros y, cuando se produce
un error o un estado no definido, la instalación pasa a un estado de
reposo seguro, por ejemplo, de desconexión. Además, los datos de
proceso se transfieren de forma múltiple al sistema de control. En
el dispositivo conocido esto se lleva a cabo transfiriendo los
datos de proceso binarios una vez de forma inalterada, una segunda
vez en forma negada y una tercera vez en forma de una suma de
comprobación derivada de los datos de proceso. Este modo variado de
transmisión se denomina "diversitär" ("por varias
vías").
Dado que en la instalación conocida se
encuentran dispositivos relacionados con la seguridad tanto en la
unidad de control como también en las unidades E/S escalonadas, la
transmisión de datos en sí puede realizarse a través de un bus de
campo monocanal. Tanto en el emisor como también en el receptor se
comprueba que los datos de proceso estén seguros. El inconveniente
de ese planteamiento es, sin embargo, que se ha de demostrar la
requerida protección contra errores intrínsecos para cada una de las
unidades E/S escalonadas en el marco del procedimiento de
autorización. Esto resulta correspondientemente costoso y caro.
Un planteamiento alternativo consiste en que la
realización de las unidades E/S escalonadas no sea "a prueba de
errores" y, en lugar de ello, el trayecto de transmisión de datos
esté realizado en dos canales, es decir, con dos rutas de señales
separadas. En este caso, la unidad de control de orden superior, que
está diseñada con protección contra los errores, tiene la
posibilidad de acceder a los datos de proceso a través de dos
canales y realizar la comprobación de errores requerida. El
inconveniente de este planteamiento es que todo el trayecto de
transmisión de datos ha de ser realizado en dos canales, lo que
significa un elevado gasto en cableado.
Por la patente US 5.307.409 se da a conocer un
dispositivo y un procedimiento para la detección de errores en
líneas de señales redundantes con la ayuda de codificaciones.
También, en este caso, se propone, sin embargo, la utilización de
múltiples líneas conducidas en paralelo entre sí para transferir los
datos, siendo los datos codificados en cada línea con un código
propio. Los códigos son diferentes para cada línea, pero no cambian
a lo largo del
tiempo.
tiempo.
Por la patente US 4.638.120 se da a conocer un
procedimiento y un sistema para la transmisión de datos
confidenciales, que están codificados con un número aleatorio. Sin
embargo, con ello no se puede conseguir un trayecto de transmisión
de datos a prueba de errores a efectos de la presente invención.
Por la patente DE 37 06 325 A1 se conoce un
dispositivo en el que las unidades E/S escalonadas están unidas con
la unidad de control de orden superior a través de una ruta de
desconexión separada, adicionalmente al bus de campo propiamente
dicho. De dicho documento no se desprende, sin embargo, hasta que
punto la transmisión de los datos de proceso de las unidades E/S al
sistema de control se puede llevar a cabo a prueba de errores.
Ante estos antecedentes, el objetivo de la
presente invención consiste en dar a conocer un procedimiento
alternativo y un dispositivo correspondiente, que pueden realizarse
e implementarse de forma más económica cumpliendo los mismos
requisitos de seguridad.
Este problema se resuelve mediante un
procedimiento del tipo mencionado anteriormente, en el que los datos
de proceso son codificados con una palabra clave variable que
cambia constantemente, a efectos de producir datos de proceso de
codificación variable, que conducen a una determinada dinámica, y en
el que los datos de proceso codificados de forma variable son
transferidos a la unidad de control como parte integrante de la
transmisión múltiple por varias vías.
Este problema se resuelve, además, por un
dispositivo del tipo mencionado anteriormente, en el que hay un
elemento codificador, que está diseñado para codificar los datos de
proceso con códigos variables que cambian constantemente, a efectos
de generar datos de proceso codificados de forma variable, que
conducen a una determinada dinámica, y en el que los datos de
proceso codificados de forma variable pueden ser transferidos a la
unidad de control como parte integrante de la transmisión múltiple
por varias vías.
La solución, según la invención, parte del
planteamiento conocido por la patente DE 197 42 716 A1, según el
cual los datos de proceso son transferidos a la unidad de control en
el marco de una transmisión múltiple por varias vías. Según un
aspecto de la presente invención, la diversidad se consigue, sin
embargo, porque los datos de proceso están codificados, como
mínimo, una vez con una palabra clave variable. Codificación
significa en este caso que los datos de proceso, que están presentes
como información binaria en toda regla, son vinculados al código
variable. Como es lógico, la vinculación se ha de poder reconstruir,
para que la unidad de control de orden superior pueda recuperar la
información redundante de los datos de proceso codificados. A
título de ejemplo, la vinculación puede ser una vinculación XOR
lógica de los datos de proceso en sí con la palabra clave variable.
Mediante una vinculación XOR se modifica cada bit de los datos de
proceso, sin que se pierda la información en sí. De forma
alternativa, también se podría realizar una adición u otra
vinculación de los datos de proceso al código, debiendo la
vinculación afectar, preferentemente, cada bit de los datos de
proceso (en una representación binaria).
Al codificar los datos de proceso a transferir
con una palabra clave variable, se genera una determinada dinámica
que hace posible controlar la función de seguridad sólo en la zona
de la unidad de control de orden superior. De los lados de la
unidad E/S se puede prescindir, por lo tanto, de una concepción a
prueba de errores, por ejemplo, redundante de dos canales.
Consecuentemente, también se puede suprimir la prueba de protección
contra los errores para las unidades E/S en el marco del
procedimiento de autorización.
Por otro lado, la transmisión de datos podrá
seguir realizándose a través de una conexión de un solo canal
debido a que la transmisión múltiple ahora es dinámica, lo cual
mantiene reducidos los gastos de cableado. De esta manera, la
disposición, según la invención, y el procedimiento correspondiente
se pueden realizar de forma claramente más económica en su
conjunto.
El problema indicado queda totalmente
resuelto.
Según una realización de la invención, la
palabra clave variable es generada por la unidad de control y
transferida a la unidad E/S.
Alternativamente, también sería posible, en
principio, generar la palabra clave variable en el ámbito de la
unidad E/S o en otro lugar dentro del conjunto del dispositivo. La
presente realización, en cambio, tiene la ventaja de que la unidad
de control mantiene el control central incluso sobre la palabra
clave variable, de manera que todos los ámbitos de carácter crítico
en cuanto a seguridad se encuentran reunidos en la unidad de
control. Las observaciones de errores, comprobaciones de seguridad y
similares pueden concentrarse, por lo tanto, en la unidad de
control. Además, la unidad de control puede abordar como unidad
central por sí misma todas las unidades E/S de manera que, según
esta realización, la distribución de los códigos variables resulta
más sencilla y menos complicada.
Según otra realización, la palabra clave
variable es modificada para cada proceso de transmisión de datos de
proceso a la unidad de control.
Alternativamente, también es posible, en
principio, dejar inalterada la palabra clave variable para varias
transmisiones de datos de proceso. Pero con la realización
preferente se consigue una mayor seguridad, dado que la unidad de
control puede reaccionar de forma más rápida a estados de carácter
crítico en cuanto a seguridad debido a la mayor dinámica. Sin
embargo, está claro que en una transmisión de datos de proceso a
modo de "burst" o ráfaga a la unidad de control, la ráfaga
entera puede estar codificada por un código común, también en esta
realización, a efectos de mantener lo más reducido posible el
tráfico de datos en el trayecto de transmisión de datos.
Según otra realización, la unidad de control
procede cíclicamente a la lectura de los datos de proceso de la
unidad E/S.
En la jerga técnica una realización de este tipo
se denomina "polling" o interrogación. Alternativamente,
también existen los denominados sistemas controlados por sucesos o
interrupciones, en los que una consulta y/o un envío de datos de
proceso sólo se realizarán cuando se haya producido un suceso
desencadenante. Pero en la realización preferente, las ventajas de
la invención se manifiestan muy claramente, ya que en estos casos
las unidades E/S pueden estar diseñadas con una técnica muy
sencilla. El gasto en material y desarrollo para las unidades E/S
es, por lo tanto, mínimo en esta realización.
Según otra realización, la codificación de los
datos de proceso se lleva a cabo en la unidad E/S en un elemento
codificador separado que posee, preferentemente, una lógica
fija.
Según los ejemplos de realización preferentes,
el elemento codificador separado está realizado en forma de FPGA
(Field Programmable Gate Array ("Matriz de Puertas
Programable")) o lógica programable, o como ASIC (Application
Specific Integrated Circuit ("Circuito Integrado de Aplicación
Específica")), ya que la prueba de protección contra los errores
requerida en el marco del procedimiento de autorización es más fácil
de realizar en soluciones basadas en hardware que en soluciones
basadas en software. La disposición de un elemento codificador
separado facilita más todavía el procedimiento de autorización,
dado que el "resto" de la unidad E/S puede realizarse
ampliamente con independencia de la codificación, según la
invención. Por lo tanto, resulta más fácil reequipar unidades E/S
ya existentes, que no son "inteligentes" o seguras, de acuerdo
con la concepción, según la invención.
Según otra realización, la transmisión múltiple
por varias vías se limita a la transmisión doble de los datos de
proceso que contiene los datos de proceso codificados de forma
variable.
Dicho de otra manera, la transmisión múltiple
por varias vías contiene sólo la doble transmisión de los datos de
proceso, estando dichos datos de proceso codificados una vez de
forma variable. La segunda vez los datos de proceso se transfieren
preferentemente de forma inalterada, ya que entonces están a
disposición inmediatamente en la unidad de control "en texto
legible". Esta realización presenta la ventaja de que la cantidad
de datos transferidos queda reducida a un mínimo, lo que hace
posible trayectos de transmisión de datos con reducidas capacidades
de transmisión. Además, el dispositivo de la invención puede
reaccionar más rápidamente, según esta realización, lo que
representa una mayor seguridad. Un aspecto particular es que, según
esta realización -y contrariamente a prácticamente todos los
sistemas relacionados con la seguridad- se puede prescindir de la
generación y transmisión de sumas de comprobación.
Según otra realización, la unidad E/S contiene
una salida de accionador, así como una unidad de prueba
independiente para la salida de accionador, siendo transferido un
resultado de prueba de la unidad de prueba como un valor de datos
de proceso a la unidad de control.
Esta realización aprovecha de forma muy
ventajosa las posibilidades creadas por la invención. Es cierto que
en sistemas con unidades E/S "inteligentes" y a prueba de
errores se conoce, en principio, que éstas comprueban regularmente
y de forma autónoma la seguridad de funcionamiento de sus salidas de
accionador. Pero en sistemas con unidades E/S "no
inteligentes", que no están a prueba de errores, la comprobación
de las salidas de accionador se ha de inicializar hasta el momento
siempre por la unidad de control de orden superior. Esto aumenta la
carga del bus y, además, hace muy difícil realizar pruebas de
desconexión con impulsos de desconexión reducidos debido a los
tiempos de propagación de la señal del trayecto de transmisión de la
misma. Con la solución, según la invención, ahora es posible que la
unidad de control inicie una prueba de desconexión mediante un
comando simple y almacene el resultado como un valor de datos de
proceso. Así se pueden realizar los impulsos de desconexión más
cortos desde la unidad E/S in situ, mientras que la
evaluación propiamente dicha de los resultados se realiza en la
unidad de control, lo que reduce claramente la inteligencia
requerida del lado de la unidad E/S.
En la siguiente descripción se explicarán con
más detalle los ejemplos de realización de la invención que se
muestran en los dibujos. Éstos muestran:
En la figura 1, una representación esquemática
de un dispositivo, según la invención, en forma de esquema de
bloques;
En la figura 2, una representación esquemática
de una unidad E/S que trabaja como unidad de entrada;
En la figura 3, una representación esquemática
de una realización preferente de una unidad E/S que trabaja como
unidad de salida; y
En la figura 4, dos organigramas simplificados
para explicar el procedimiento, según la invención.
En la figura 1, un ejemplo de realización del
dispositivo, según la invención, se indica en su conjunto con la
referencia numérica (10).
El dispositivo (10) comprende una unidad de
control (12), por ejemplo, un SPS a prueba de errores, tal como lo
comercializa la solicitante de la presente invención con la
denominación PSS®. Preferentemente, se trata sin embargo de un
minicontrolador o cualquier otro tipo de unidad de control a prueba
de errores a efectos de la presente invención (como mínimo,
categoría 3 según la norma EN 954-1 o para
requisitos/fines de uso comparativos).
El dispositivo (10) posee en este caso cuatro
unidades E/S (14), (16), (18), (20), mostradas a título de ejemplo,
que están separadas espacialmente con respecto a la unidad de
control (12) y unidas con la misma a través de un trayecto de
transmisión de datos monocanal (22). Según un ejemplo de
realización, el trayecto de transmisión de datos (22) es un bus de
campo. Preferentemente, el trayecto de transmisión es una simple
conexión de datos sin protocolos de transmisión específicos a
niveles superiores del modelo de referencia OSI. Las unidades E/S
(14) hasta (20) son comparativamente unidades no inteligentes y no a
prueba de errores (no a prueba de errores = no cumplen los
requisitos de la categoría 3 ó 4 según la norma EN
954-1 o requisitos comparables), tal como se
explicará a continuación con más detalle por medio de las figuras 2
y 3. Dichas unidades sirven, substancialmente, para la recepción y
emisión de señales, es decir, para la lectura de sensores críticos
en cuanto a seguridad y para activar accionadores críticos en
cuanto a seguridad. A título de ejemplo para un caso de aplicación
típico se muestran múltiples puertas de protección (24),
interruptores de parada de emergencia (26), contactores (28) con
los que se puede desconectar un dispositivo de accionamiento (30) a
prueba de errores, así como una rejilla fotoeléctrica (32), como
sensores críticos en cuanto a seguridad. Las unidades E/S (14),
(16) y (20) trabajan de forma correspondiente como unidades de
entrada para la recepción de las señales de los sensores, mientras
que la unidad E/S (18) sirve como unidad de salida para controlar
los contactores (28). Pero las unidades E/S (14) hasta (20) también
pueden ser unidades de entrada y salida combinadas, difiriendo de
esta representación simplificada.
La unidad de control (12) está construida de
forma redundante por varias formas de modo en sí conocido, a
efectos de garantizar la requerida protección contra errores
intrínsecos. Los canales de procesamiento de señal redundantes
están mostrados aquí de forma simplificada con dos
microcontroladores (34), (36) que intercambian datos a través de
una conexión (38) y pueden, por lo tanto, controlarse mutuamente. La
conexión (38) puede estar realizada, por ejemplo, como
"Dual-Ported-RAM" ("memoria
de doble puerto"), pero también en cualquier otra forma y
manera.
Con la referencia (40) se señala un módulo de
conexión del bus, es decir, una interfaz de comunicación, a través
de la cual los microcontroladores (34), (36) pueden acceder al
módulo de conexión bus de campo (22). El acceso de ambos
microcontroladores (34), (36) al módulo de conexión del bus (40) con
los mismos derechos se ha de entender, una vez más, a título de
ejemplo. Los expertos del ramo conocen las posibilidades de
realización alternativas.
Según un aspecto preferente de la presente
invención, la unidad de control (12) posee un generador de palabra
clave (42) que puede estar realizado, por ejemplo, mediante una
programación apropiada del microcontrolador (36). El generador de
palabras clave (42) genera palabras clave variables, con las que los
datos de proceso a transferir por las unidades E/S (14) hasta (20)
son codificados del modo explicado a continuación.
La generación de las palabras clave variables
puede llevarse a cabo de forma monocanal, tal como se indica aquí,
o también por dos canales. Según un ejemplo de realización
preferente, las palabras clave variables se generan de forma (casi)
aleatoria, lo que es posible con generadores o algoritmos
aleatorios en sí conocidos. A título de ejemplo, se representa una
palabra clave binaria de cuatro dígitos "0101" en la referencia
numérica (44).
Para la lectura de datos de proceso la unidad de
control (12) transfiere la palabra clave (44) a la correspondiente
unidad E/S (en este caso mostrado para la unidad E/S (20(). Esta
emite, a continuación, los datos de proceso demandados y,
concretamente, según un ejemplo de realización preferente, una vez
"en texto legible" y una segunda vez en forma codificada. A
título de ejemplo, los datos de proceso se muestran en la figura 1
como "1001" con la referencia (46) y los datos de proceso
codificados "0101" con la referencia (48). Los datos de
proceso (46) y (48) son, en este caso, un componente común de un
telegrama de datos que transfiere la unidad E/S (20) a la unidad de
control (12). Alternativamente, los datos de proceso (46) y (48)
también pueden transferirse, sin embargo, en telegramas de datos
separados a la unidad de control (12).
En representación de un ejemplo de realización
preferente, los datos de proceso (46) están codificados, en este
caso, con la palabra clave (44) a través de una vinculación XOR, de
lo cual resultan los datos de proceso codificados (48).
Con la referencia (50) se señala una ruta de
desconexión adicional, que se explicará con más detalle con respecto
a la unidad de salida (18) en la figura 3. De acuerdo con un
ejemplo de realización preferente, la ruta de desconexión (50) es
conducida a la unidad E/S (18) en una línea separada.
A continuación, las mismas referencias señalan
los mismos elementos que en la figura 1.
En la figura 2 se muestra cómo es, en principio,
la estructura de una unidad de entrada preferente por medio del
ejemplo de la unidad E/S (20). La unidad E/S (20) contiene un
microcontrolador (60) (monocanal y, por lo tanto, no a prueba de
errores), así como un elemento codificador (62) separado del mismo.
El elemento codificador (62) está realizado, de acuerdo con un
ejemplo de realización preferente, como FPGA o ASIC. Pero,
alternativamente, el elemento codificador (62) también puede estar
realizado, en principio, como microcontrolador, o también puede
estar integrado en el microcontrolador (60). Con la referencia
numérica (64) se indica una multitud de entradas de señal, a través
de las que la unidad E/S (20) recoge las señales de estado de la
rejilla o las rejillas fotoeléctricas conectadas (32). Las señales
de estado adyacentes a las entradas (64) se suministran
paralelamente tanto al microcontrolador (60), como también al
elemento codificador (62).
En la realización mostrada en esta invención,
sólo el microcontrolador (60) está en condiciones para acceder al
bus de campo (22) a través de un módulo de conexión de bus (40). Por
lo tanto, el microcontrolador (60) recoge, en este ejemplo de
realización, la palabra clave (44) transferida por la unidad de
control (12) y la transfiere al elemento codificador (62) a través
de una conexión (66). El elemento codificador (62) vincula los
datos adyacentes a las entradas de señal (64) con la palabra clave
variable (44) y pone los datos de proceso codificados otra vez a
disposición del microcontrolador (60) a través de una conexión (68).
El microcontrolador (60) transfiere, a continuación, a título de
ejemplo, los datos de proceso recogidos directamente por él mismo y
los datos de proceso codificados, tal y como se muestra en la figura
1 por medio de las referencias numerales (46), (48). En este caso
no es necesaria una disposición de la unidad E/S (20) continuamente
a prueba de errores y redundante de dos canales.
En la figura 3, se muestra una estructura
preferente de una unidad de salida por medio del ejemplo de la
unidad E/S (18). Dicha unidad E/S (18) posee asimismo un
microcontrolador (60), que está programado adecuadamente para
funcionar como unidad de salida. El microcontrolador (60) está
conectado con un elemento codificador (62) a través de un canal de
ida y vuelta (66), (68). Como alternativa a ello, en principio,
también sería posible que el elemento codificador (62) acceda él
mismo al bus de campo (22) a través del módulo de conexión de bus
(40) o un módulo de conexión de bus propio (no mostrado aquí).
La unidad E/S (18) está mostrada, en este caso,
en representación de una multitud de realizaciones en sí conocidas
con elementos de conexión (74), (76) dispuestos en serie y
redundantes entre sí. En una conexión (78) de la conexión en serie
hay una tensión de servicio que puede ser, por ejemplo, de 24
voltios. Del lado de la salida los elementos de conexión (74), (76)
están conducidos a una salida (80) en la que se pueden conectar, por
ejemplo, un contactor o varios contactores (28). Naturalmente se
entiende que la representación mostrada es simplificada y a título
de ejemplo y que, difiriendo de la misma, puede haber múltiples
salidas (80), que están controladas a través de múltiples elementos
de conexión (74), (76). El microcontrolador (60) abre los elementos
de conexión (74), (76) cuando recibe la correspondiente orden de
desconexión de la unidad de control (12) a través del bus de campo
(22).
De acuerdo con un ejemplo de realización
preferente, se ha realizado una segunda posibilidad de desconexión
a través de la ruta de desconexión (50). A tal efecto, la ruta de
desconexión (50) asimismo es conducida a los elementos de conexión
(74), (76), de forma simplificada, a través de dos elementos Y (82).
La unidad de control (12) tiene de esta forma la posibilidad de
desconectar los contactores (28) en la unidad E/S (18) incluso
cuando falla el microcontrolador (60).
Con la referencia numérica (84) se designa una
línea de nueva lectura que es conducida tanto al microcontrolador
(60), como también al elemento codificador (62). A través de la
misma se vigila el estado de los elementos de conexión (74), (76)
(abiertos o cerrados). El estado correspondiente es un valor de
datos de proceso que, de acuerdo con la presente invención, es
almacenado por la unidad de control (12) una vez "en texto
legible" y una segunda vez de forma variablemente codificada.
Esto se lleva a cabo, en especial, cuando la unidad de control (12)
transfiere a la unidad E/S (18) una orden de prueba, tras lo cual
ésta abre brevemente los elementos de conexión (74), (76) y,
seguidamente, los vuelve a cerrar. El resultado de esta prueba de
desconexión es transferido a la unidad de control (12) como valor
de datos de proceso.
En la figura 4 el organigrama de la izquierda
muestra esquemáticamente la secuencia del procedimiento, según la
invención, en la unidad de control (12) y el organigrama de la
derecha la correspondiente secuencia en la unidad E/S (14) hasta
(20).
En la fase (90) la unidad de control (12) emite
una orden de control que es almacenada según la fase (92) por la
unidad E/S (14) hasta (20). Según la fase (94), la unidad de control
(12) genera a continuación una (nueva) palabra clave variable con
la ayuda de un generador de palabras clave (42), que es transferido,
según la fase (96), a la unidad E/S (14) hasta (20). La unidad E/S
(14) hasta (20) lleva a cabo, a su vez, la orden de control
recibida en la fase (92), tal como se muestra mediante la referencia
numérica (98). En este caso, se puede tratar, a título de ejemplo,
de la comprobación de los elementos de conexión (74), (76).
En la fase (100) la unidad E/S (14) hasta (20)
procede a la lectura de la palabra clave recién generada y
codifica, a continuación, según la fase (102) los datos de proceso a
transferir. Con las fases (104), (106) la unidad E/S (14) hasta
(20) transfiere, a continuación, los datos de proceso y los datos de
proceso codificados, y la unidad de control (12) procede a la
lectura de los mismos, según las fases (108), (110). A continuación,
la unidad de control (12) evalúa los datos de proceso recibidos, lo
que se muestra por medio de la fase (112).
Ambas secuencias del procedimiento se repiten
cíclicamente, lo que se muestra mediante las flechas (114), (116).
Debido a esta secuencia cíclica, en la que la unidad de control (12)
consulta las unidades E/S (14) hasta (20), se genera, de acuerdo
con una realización preferente, una palabra clave que se modifica
constantemente y se transfiere la misma a las unidades E/S (14)
hasta (20). Incluso cuando los datos de proceso de las unidades E/S
(14) hasta (20) no se modifican durante un largo período de tiempo,
lo cual es típico de puertas de protección, interruptores de parada
de emergencia y similares, el tráfico de datos en el bus de campo
(22) se modifica con cada consulta, de manera que la unidad de
control (12) puede reconocer cuando se interrumpe la conexión de
datos, cuando una unidad E/S se queda "atascada" en un estado
estático, así como otros errores.
Claims (10)
1. Procedimiento para controlar un proceso de
carácter crítico en cuanto a seguridad, que comprende los siguientes
fases:
- disponer una unidad de control (12) para
procesar datos de proceso críticos en cuanto a seguridad (46,
48);
- disponer una unidad E/S
(14-20), que está unida con la unidad de control
(12) a través de un trayecto de transmisión de datos (22); y
- transferir los datos de proceso (46, 48) de la
unidad E/S (14-20) a la unidad de control (12),
asegurando los datos de proceso (46, 48) con la ayuda de una
transmisión múltiple por varias vías,
caracterizado porque los datos de proceso
(46) están codificados con una palabra clave variable (44) que
cambia constantemente, a efectos de generar datos de proceso (48)
codificados de forma variable, que conducen a una determinada
dinámica, y porque los datos de proceso (48) codificados de forma
variable son transferidos a la unidad de control (12) como
componente de la transmisión múltiple por varias vías.
2. Procedimiento, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la palabra clave variable (44) es
generada y transferida a la unidad E/S (14-20) por
la unidad de control (12).
3. Procedimiento, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la palabra clave variable (44) es
modificada para cada proceso de transmisión de datos de proceso a
la unidad de control (12).
4. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la unidad de
control (12) procede cíclicamente a la lectura de los datos de
proceso (46, 48) de la unidad E/S (14-20).
5. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la codificación
de los datos de proceso se lleva a cabo en la unidad E/S
(14-20) en un elemento codificador separado (62),
que posee preferentemente una lógica fija.
6. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la transmisión
múltiple por varias vías se limita a la doble transferencia de
datos de proceso (46, 48) que comprende los datos de proceso (48)
codificados de forma variable.
7. Procedimiento, según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la unidad E/S
(14-20) comprende una salida de accionador (80),
así como una unidad de prueba independiente para la salida de
accionador (80), siendo un resultado de prueba transferido de la
unidad de prueba a la unidad de control (12) como un valor de datos
de proceso (46, 48).
8. Dispositivo para controlar un proceso de
carácter crítico en cuanto a seguridad, que comprende una unidad de
control (12) para procesar datos de proceso críticos en cuanto a
seguridad y una unidad E/S (14-20), que está unida
con la unidad de control (12) a través de un trayecto de transmisión
de datos (22), estando la unidad de control (12) y la unidad E/S
(14-20) diseñadas para poder transferir datos de
proceso (46, 48) de la unidad E/S (14-20) a la
unidad de control (12) con la ayuda de una transmisión múltiple por
varias vías, caracterizado porque hay un elemento
codificador (62) que está realizado de manera que se puedan
codificar los datos de proceso (46) con una palabra clave variable
(44) que cambia constantemente, a efectos de generar datos de
proceso (48) codificados de forma variable con una determinada
dinámica, y porque los datos de proceso (48) codificados de forma
variable pueden ser transferidos a la unidad de control (12) como
componente de la transmisión múltiple por varias vías.
9. Unidad de control para ser utilizada en un
dispositivo, según la reivindicación 8, que comprende una parte
(34, 36, 38) para el procesamiento a prueba de errores de datos de
proceso críticos en cuanto a seguridad (46), que pueden ser
recibidos por una unidad E/S (14-20) escalonada en
el espacio, a través de un trayecto de transmisión de datos (22),
caracterizada por un generador de palabra clave (42) con el
que se puede generar una palabra clave variable (44) que cambia
constantemente y transferir la misma a la unidad E/S
(14-20), estando la parte (34, 36, 38) destinada al
procesamiento de los datos de proceso críticos en cuanto a seguridad
a prueba de errores diseñada para proceder a la lectura de los
datos de proceso (48) codificados con la palabra clave variable y
evaluarlos.
10. Unidad E/S para ser utilizada en un
dispositivo, según la reivindicación 8, que comprende un elemento
codificador (62) que está diseñado para codificar datos de proceso
(46) con una palabra clave variable (44) que cambia constantemente,
a efectos de generar datos de proceso (48) codificados de forma
variable con una determinada
dinámica.
dinámica.
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