ES2617153T3 - Sistema de control para controlar un proceso - Google Patents
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Abstract
Sistema de control para controlar un proceso, con un módulo de seguridad (1) y un módulo de salida (2), en el que el módulo de seguridad (1) proporciona una señal segura (4), el módulo de salida (2) presenta una salida (5) para emitir la señal segura (4) para controlar el proceso, el módulo de salida (2) presenta un elemento para releer (6) un estado real de la salida (5), caracterizado porque mediante el módulo de seguridad (1) puede compararse el estado real releído con un estado de consigna y cuando hay una diferencia entre el estado real y el estado de consigna, puede conducirse el proceso a una situación segura mediante desconexión de la señal segura
Description
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SISTEMA DE CONTROL PARA CONTROLAR UN PROCESO DESCRIPCION
La invencion se refiere a un sistema de control, asf como a un equipo de control para controlar un proceso con un modulo de seguridad y un modulo de salida. Ademas se refiere la invencion a un procedimiento para controlar un proceso con un modulo de seguridad y un modulo de salida.
Los sistemas de control para controlar un proceso, en particular un proceso relevante para la seguridad, juegan un papel sobresaliente en muchos campos de aplicacion, como por ejemplo en la tecnica de la automatizacion. Tales sistemas de control, que tambien pueden realizarse como sistemas de bus de campo, incluyen usualmente una pluralidad de unidades de senales o abonados de bus, que estan conectados con los procesos a controlar y presentan por lo general un bus master (bus maestro), que controla una comunicacion basada en la trama mediante los llamados telegramas de bus de campo. Tales sistemas de bus de campo conocidos por el estado de la tecnica ofrecen una pluralidad de posibilidades para controlar el proceso, pero a menudo es problematico disenar tales sistemas de bus de campo de manera que cumplan las exigencias relevantes para la seguridad.
Bajo proceso relevante para la seguridad se entiende en este contexto en particular un proceso del que al presentarse una falta se deriva un peligro nada despreciable para las personas y/o los bienes materiales. En este sentido se formula a un sistema de control que controla un proceso relevante para la seguridad la exigencia de que cuando exista una falta se conduzca el proceso y/o un sistema completo que incluya el proceso a un estado seguro. Ejemplos de procesos relevantes para la seguridad son procedimientos qmmicos, en los que hay parametros cnticos que han de mantenerse necesariamente dentro de una gama predeterminada, controles complejos de maquinas, como por ejemplo en una prensa hidraulica o en una lmea de fabricacion en la que por ejemplo la puesta en servicio de una herramienta de prensa/corte pueda significar un proceso relevante para la seguridad. Otros ejemplos de procesos relevantes para la seguridad son la vigilancia de rejillas de proteccion, puertas de proteccion o barreras de luz, el control de interruptores de retencion o tambien la reaccion a interruptores de desconexion en emergencia.
Por lo tanto, para procesos relevantes para la seguridad es imprescindible que el hardware y el software de los aparatos utilizado para el sistema de control dispongan de diversas medidas, como por ejemplo varias vfas de desconexion para salidas relevantes para la seguridad, redundancias de los circuitos electricos, circuitos de diagnostico, medidas para detectar faltas en el software o la proteccion frente a sobretensiones y a tension insuficiente, para cumplir las exigencias antes citadas. Los estandares vigentes para cumplir las exigencias relevantes para la seguridad se encuentran en particular en las normas de seguridad DIN EN 61508, DIN EN 62061 o DIN EN ISO 13849.
Por el estado de la tecnica se conocen sistemas de control con salidas relevantes para la seguridad, en los que las salidas ciertamente se encuentran en la trayectoria de desconexion, pero por sf mismas no ejecutan ninguna funcion de seguridad segun las normas de seguridad antes citadas. Tales salidas relevantes para la seguridad son controladas, por ejemplo en caso de falta o cuando hay una exigencia de seguridad, por modulos de salida seguros, es decir, modulos de salida segun las normas de seguridad antes citadas, que actuan localmente o que son controladas por una unidad de control segura. No obstante, los costes para el hardware asf como el coste en ingeniena de tales sistemas de control conocidos por el estado de la tecnica son muy elevados. Ademas, tales sistemas de control solo pueden utilizarse con limitaciones, debido a insuficientes posibilidades de diagnostico. Ademas es un inconveniente en tales sistema de control que no se detecta un cortocircuito en una salida relevante para la seguridad y/o un cortocircuito entre salidas alimentadas por el mismo modulo de salida seguro y en un tal caso puede haber peligro para una instalacion controlada por el sistema de control, asf como para el personal de servicio.
El documento DE 199 28 984 A1 (columna 1 y figura 1), asf como el documento WO 01/27956 A1 dan a conocer sistemas de control para controlar un proceso, con un modulo de seguridad y un modulo de salida, en el que el modulo de seguridad proporciona una senal segura y el modulo de salida presenta una salida para emitir la senal segura para el control del proceso, asf como un elemento para releer un estado real de la salida, estando realizado el modulo de salida para comparar el estado real relefdo con un estado de consigna y para cuando hay una diferencia entre el estado real y el estado de consigna, conducir el proceso a un estado seguro.
La invencion tiene como objetivo basico indicar un sistema de control, un equipo de control, asf como un procedimiento para controlar un proceso que, de manera especialmente sencilla y favorable, haga posible un control en particular seguro del proceso.
El objetivo se logra de acuerdo con la invencion mediante las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Ventajosas variantes de la invencion se indican en las reivindicaciones secundarias.
Por lo tanto se logra el objetivo mediante un sistema de control para controlar un proceso, con un modulo de seguridad y un modulo de salida, en el que el modulo de seguridad proporciona una senal segura, en el que el modulo de salida presenta una salida para emitir la senal segura para controlar el proceso y en el que el modulo de salida presenta un elemento para releer un estado real de la salida. Mediante el modulo de seguridad puede compararse el estado real relefdo con un estado de consigna y cuando hay una diferencia entre el estado real y el estado de consigna, puede conducirse el proceso a una situacion segura mediante desconexion de la senal segura.
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De acuerdo con la invencion se indica as^ un sistema de control para controlar un proceso, en particular para controlar un proceso relevante para la seguridad, que puede utilizarse de manera muy economica en particular para aplicaciones relevantes para la seguridad, ya que el modulo de salida proporciona al releer el estado real una informacion de diagnostico o informacion del estado de la salida al modulo de seguridad.
El sistema de control de acuerdo con la invencion permite asf una separacion sencilla y limpia entre la tecnica estandar, como el modulo de salida, es decir, los componentes de un sistema de control que no estan sometidos a las normas de seguridad antes citadas para procesos relevantes para la seguridad y la tecnica de seguridad, como el modulo de seguridad, es decir, los componentes del sistema de control que estan sometidos a las normas de seguridad antes citadas para procesos relevantes para la seguridad, con lo que puede reducirse el tamano constructivo de los componentes utilizados en el sistema de control de acuerdo con la invencion en comparacion con los componentes conocidos por el estado de la tecnica. Puesto que el modulo de seguridad, que esta realizado con preferencia segun las normas de seguridad antes citadas, cumple las exigencias para el control de un proceso relevante para la seguridad segun las normas de seguridad antes citadas, cumple el sistema de control de acuerdo con la invencion igualmente las exigencias de las normas de seguridad antes citadas.
El modulo de salida puede estar realizado como un modulo de salida conocido por el estado de la tecnica, como por ejemplo un aparato de salida con salidas para conectar actuadores como motores u organos de ajuste, en el que el modulo de salida segun la invencion presenta un elemento para releer el estado real de la salida. Ademas se prefiere que la senal segura este realizada como una tension segura. Al respecto ha de considerarse el adjetivo "segura" de la senal segura en el sentido de que mediante los mismos se cumplen las exigencias de las normas de seguridad antes citadas. En otras palabras, representa por lo tanto una senal segura, como por ejemplo una tension segura, una senal que responde a las exigencias de las distintas normas de seguridad, como por ejemplo DIN EN 61508, DIN EN 62061 o DIN EN ISO 13849.
Bajo estado seguro se entiende aquel estado que impide un peligro potencial para la instalacion y/o el personal de servicio y que hay que asumir en caso de falta. Para el ambito de la tecnica de automatizacion por lo general el estado seguro es el estado libre de energfa.
Segun la invencion esta previsto por lo tanto que el modulo de seguridad proporcione la senal segura con la que el modulo de salida controla el proceso. Ademas se prefiere que el modulo de salida presente equipos conocidos por el estado de la tecnica para la separacion de potenciales, como por ejemplo un optoacoplador y/o equipos para controlar la salida, como por ejemplo un interruptor semiconductor. Ademas se prefiere que cuando se trata de una tension que representa la senal segura, el elemento para releer el estado real de la salida este realizado como elemento para releer una tension, es decir, por ejemplo como un elemento para detectar la tension.
El sistema de control de acuerdo con la invencion permite en consecuencia una vigilancia de una senal para controlar un proceso tal que una falta al emitir la senal, como por ejemplo un cortocircuito en el optoacoplador del modulo de salida, un defecto en componentes electronicos en el modulo de salida o un cortocircuito en una salida y/o de un actuador conectado a la salida, puedan detectarse de manera sencilla y segura y que cuando hay diferencia entre el estado real relefdo de esta manera y el estado de consigna, el proceso se pueda conducir a una situacion segura.
Basicamente puede realizarse de cualquier forma el traslado del proceso a la situacion segura cuando hay una diferencia entre el estado real y el estado de consigna. Al respecto esta previsto, segun otra forma de realizacion preferente de la invencion, que el proceso pueda conducirse a la situacion segura desconectando la senal segura. En el caso de una tension segura como senal segura, puede realizarse esto por lo tanto desconectando la tension segura, con preferencia mediante el modulo de seguridad. Ademas se prefiere que la desconexion de la senal segura pueda realizarse mediante un interruptor de desconexion en emergencia. Mediante la desconexion de la senal segura se logra por lo tanto que la senal segura para el control del proceso ya no llegue a la salida del modulo de salida.
Segun otra forma de realizacion preferida de la invencion, esta prevista una unidad de control y/o una unidad de control segura para controlar el modulo de seguridad y/o el modulo de salida, pudiendo prescribirse el estado de consigna mediante la unidad de control y/o mediante la unidad de control segura. Ademas se prefiere que el modulo de seguridad este realizado como una unidad de control segura segun las normas de seguridad antes citadas. Ademas se prefiere que el estado real relefdo pueda transmitirse desde el modulo de salida a la unidad de control y/o a la unidad de control segura y que el estado real recibido pueda transmitirlo la unidad de control y/o la unidad de control segura al modulo de seguridad.
La unidad de control, que con preferencia esta realizada como una unidad de control para la automatizacion de procesos conocida por el estado de la tecnica, asume por lo tanto, segun la presente forma de realizacion preferida de la invencion, la comunicacion entre el modulo de seguridad y el modulo de salida tal que el estado real relefdo por el modulo de salida se transmita mediante la unidad de control al modulo de seguridad para compararlo con el estado de consigna. El modulo de seguridad comprueba entonces si existe una diferencia entre el estado real y el estado de consigna, por ejemplo debido a un cortocircuito y cuando existe una diferencia, traslada el proceso a una situacion segura. Puesto que el modulo de seguridad esta realizado segun las exigencias de las normas de seguridad antes citadas, puede detectar el modulo de seguridad igualmente otros casos de falta incluidos en las normas de seguridad antes citadas, que tambien pueden originar el traslado del proceso a la situacion segura. En
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otras palabras, se prefiere por lo tanto que la unidad de control controle el proceso, mientras que el modulo de salida seguro intervenga solo en caso de falta o cuando hay una demanda de seguridad.
Basicamente puede realizarse la comunicacion entre el modulo de seguridad, el modulo de salida y el modulo de control y/o la unidad de control segura de cualquier forma. No obstante, segun otra forma de realizacion preferida de la invencion, esta previsto un bus de campo para la comunicacion entre el modulo de seguridad, el modulo de salida y la unidad de control y/o la unidad de control segura. El bus de campo esta realizado con preferencia como un bus de campo conocido por el estado de la tecnica, como por ejemplo Interbus, Profibus o Profinet. Puesto que el estado real relefdo se transmite entre el modulo de seguridad y el modulo de salida, es decir, que no se transmite ningun dato seguro segun las normas de seguridad antes citadas entre el modulo de seguridad y el modulo de salida, puede realizarse una implementacion economica y sencilla del sistema de control por ejemplo con un bus de campo conocido por el estado de la tecnica.
Segun otra forma de realizacion ventajosa de la invencion, esta realizado el sistema de control como configuracion de bus de campo. Se prefiere muy especialmente utilizar el sistema de control para la automatizacion de una instalacion.
El objetivo se logra ademas mediante un equipo de control para controlar un proceso con un modulo de seguridad y un modulo de salida, presentando el modulo de seguridad una fuente de energfa para proporcionar una senal segura, el modulo de seguridad un elemento comparador para comparar un estado real con un estado de consigna y un elemento de desconexion para trasladar el proceso a un estado seguro, presentando el elemento de salida una salida para emitir la senal segura para controlar el proceso y presentando el modulo de salida un elemento para releer el estado real de la salida.
De acuerdo con la invencion se proporciona asf un equipo de control para controlar un proceso, en particular un proceso relevante para la seguridad, que presenta de manera especialmente sencilla y economica, mediante separacion de los componentes constituidos segun las normas de seguridad antes citadas, como el modulo de seguridad y de componentes estandar, como el modulo de salida, una deteccion fiable de un funcionamiento incorrecto o estados de falta al emitir la senal segura y en caso de un funcionamiento incorrecto o de un estado de falta, traslada el proceso a una situacion segura.
Con preferencia esta realizada la senal segura como tension segura de acuerdo con las normas de seguridad antes citadas. Ademas se prefiere que el elemento comparador este realizado como un elemento comparador conocido por el estado de la tecnica para comparar dos estados, como por ejemplo para comparar dos tensiones entre sf y el elemento de desconexion este realizado como un elemento de desconexion conocido por el estado de la tecnica, como por ejemplo un interruptor electronico o un interruptor semiconductor. Igualmente se prefiere que la salida este realizada como una salida conocida por el estado de la tecnica para emitir una senal, como por ejemplo una tension y el elemento para releer el estado real este realizado como un elemento conocido por el estado de la tecnica para releer un estado, como por ejemplo un voltimetro integrado para captar la tension.
Segun otra forma de realizacion preferida de la invencion, esta previsto que mediante el elemento de desconexion se pueda conducir el proceso al estado seguro mediante desconexion de la senal segura. Ademas se prefiere que este prevista una unidad de control y/o una unidad de control segura para controlar el modulo de seguridad y/o el modulo de salida y que pueda prescribirse el estado de consigna mediante la unidad de control y/o la unidad de control segura. Ademas se prefiere que el estado de salida relefdo pueda transmitirse desde el modulo de salida a la unidad de control y/o a la unidad de control segura y que el estado real recibido pueda transmitirse desde la unidad de control y/o desde la unidad de control segura al modulo de seguridad. Ademas se prefiere que este previsto un bus de campo para la comunicacion entre el modulo de seguridad, el modulo de salida y la unidad de control y/o la unidad de control segura.
Analogamente al sistema de control antes descrito, resultan ventajosos perfeccionamientos del equipo de control de acuerdo con la invencion.
El objetivo se logra de acuerdo con la invencion ademas mediante un procedimiento para controlar un proceso con un modulo de seguridad y un modulo de salida, que presenta las etapas de proporcionar una senal segura mediante el modulo de seguridad, emitir la senal segura para controlar el proceso mediante el modulo de salida, releer un estado real de la senal segura emitida mediante el modulo de salida, detectar una diferencia entre el estado real y un estado de consigna para el proceso mediante el modulo de seguridad y trasladar el proceso, cuando existe una diferencia, a un estado seguro.
De acuerdo con la invencion, se indica asf un procedimiento para controlar un proceso, en particular un proceso relevante para la seguridad, que permita de manera economica y sencilla trasladar el proceso a un estado seguro, en particular cuando existe una diferencia entre el estado real de la senal segura emitida y el estado de consigna. El procedimiento de acuerdo con la invencion permite un mejor diagnostico de un funcionamiento incorrecto ahorrando a la vez costes en el control de un proceso, alimentando un modulo de seguridad constituido segun las normas de seguridad antes citadas un modulo de salida "estandar" conocido por el estado de la tecnica, para controlar un proceso, con una senal segura, tal que en caso de falta, es decir, cuando se detecta una diferencia entre la senal segura emitida por el modulo de salida y relefda de nuevo y el estado de consigna, conduzca el proceso a la situacion segura.
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Segun un perfeccionamiento preferente de la invencion, esta previsto que la traslacion del proceso a la situacion segura se realice desconectando la senal segura. Ademas se prefiere que este prevista una unidad de control y/o una unidad de control segura para controlar el modulo de seguridad y el modulo de salida, presentando el procedimiento las etapas: Prescribir el estado real mediante la unidad de control, comunicar el estado real mediante el modulo de salida a la unidad de control y comunicar el estado real recibido mediante la unidad de control al modulo de seguridad. Con preferencia se realiza la comunicacion del estado real mediante un protocolo de bus de campo conocido por el estado de la tecnica o bien mediante una configuracion de bus de campo conocida por el estado de la tecnica.
Analogamente al sistema de control antes descrito y/o al equipo de control antes descrito, resultan perfeccionamientos preferidos del procedimiento de acuerdo con la invencion.
A continuacion se describira la invencion mas en detalle con referencia al dibujo adjunto, en base una forma de realizacion preferida.
Se muestra en
figura 1 un sistema de control de acuerdo con la invencion para controlar un proceso segun un ejemplo de realizacion preferido de la invencion en una vista esquematica.
En la figura 1 puede verse un sistema de control para controlar un proceso relevante para la seguridad de una instalacion con un modulo de seguridad 1, un modulo de salida 2 y una unidad de control 3.
El modulo de seguridad 1, que esta realizado segun las exigencias de las normas de seguridad, como por ejemplo DIN EN 61508, DIN EN 62061 y/o DIN EN ISO 13849, proporciona una senal segura 4, que en el caso presente es una tension.
El modulo de salida 2, que con preferencia es similar a un modulo de salida conocido por el estado de la tecnica para sistemas de control industriales, presenta una salida 5 para emitir la senal segura 4 para controlar el proceso. Ademas presenta el modulo de salida 2 un elemento para releer 6 un estado real de la salida 5. Mediante el elemento para releer 6 puede obtenerse una senal de diagnostico, que reproduce el estado real de la salida 5.
El modulo de seguridad 1 presenta ademas un elemento comparador 7 para comparar el estado real con un estado de consigna, asf como un elemento de desconexion 8 para trasladar el proceso a un estado seguro. Segun el ejemplo de ejecucion preferido de la invencion, esta previsto que el elemento de conexion 8 conduzca el proceso a un estado seguro desconectando la senal segura 4. Bajo estado seguro se entiende aquel estado que impide un peligro potencial para la instalacion y/o para un operador y que hay que asumir en caso de falta. En el caso presente existe el estado seguro cuando la senal segura 4 esta desconectada mediante el elemento de desconexion 8.
La salida 5 es una salida 5 conocida por el estado de la tecnica, configurada con una carga a continuacion, como por ejemplo un actuador, no representado aqrn. El elemento para releer 6 puede estar configurado en el caso de una configuracion de la senal segura 4 como tension como un aparato conocido por el estado de la tecnica para captar la tension. Igualmente pueden configurarse el elemento comparador 7 y el elemento de desconexion 8 como elementos conocidos por el estado de la tecnica, estando configurado el elemento de desconexion 8 por ejemplo como interruptor electronico de potencia.
Puesto que el modulo de seguridad 1 esta configurado segun las exigencias de las normas de seguridad antes citadas, detecta el modulo de seguridad 1 ya los estados de falta descritos en las normas de seguridad antes citadas y mediante desconexion de la senal segura 4 por medio del elemento de desconexion 8, puede conducir el proceso a un estado seguro.
No obstante, una tal configuracion conocida por el estado de la tecnica no detecta si existe un cortocircuito en la salida 5. Si existe un cortocircuito en la salida 5, puede detectar el elemento comparador 7, comparando el estado real aportado por el elemento para releer 6 con el estado de consigna, si existe una diferencia entre los citados estados. En un caso asf, desconecta el elemento de desconexion 8 la senal segura 4, con lo que la senal segura 4 ya no llega a la salida 5 y el proceso se traslada a un estado seguro.
El control 3, que esta realizado como un control para equipos de automatizacion conocido por el estado de la tecnica, comunica mediante un bus de campo 9 con el modulo de seguridad 1 y el modulo de salida 2. El bus de campo 9 puede estar realizado como un bus de campo 9 conocido por el estado de la tecnica, como por ejemplo Interbus, Profibus o Profinet. Igualmente puede estar realizada la unidad de control 3 como bus master.
Segun el ejemplo referido de realizacion de la invencion, genera la unidad de control 3 el estado de consigna, en base al cual el modulo de seguridad 1 genera la senal segura 4. La senal segura 4 se aporta al mediante el modulo de salida 2 en la salida 5 al actuador. El elemento para releer 6 lee de retorno la senal segura 4 emitida en la salida 5 como estado real y envfa el estado real a traves del bus de campo 9 a la unidad de control 3. La unidad de control 3 envfa el estado real recibido a traves del bus de campo 9 al modulo de seguridad 1. El elemento comparador 7 del
modulo de seguridad 1, compara el estado real recibido con el estado de consigna y si el elemento comparador 7 detecta una diferencia entre el estado real y el estado de consigna, desconecta la senal segura 4.
Como resultado, se indica un sistema de control para controlar un proceso, en particular para controlar un proceso 5 relevante para la seguridad, que puede utilizarse de manera muy economica, en particular para aplicaciones relevantes para la seguridad.
Lista de referencias
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- 1
- modulo de seguridad
- 2
- modulo de salida
- 3
- unidad de control
- 4
- senal segura
- 5
- salida
- 6
- elemento para releer
- 7
- elemento comparador
- 8
- elemento de desconexion
- 9
- bus de campo
Claims (7)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Sistema de control para controlar un proceso, con un modulo de seguridad (1) y un modulo de salida (2), en el que el modulo de seguridad (1) proporciona una senal segura (4),el modulo de salida (2) presenta una salida (5) para emitir la senal segura (4) para controlar el proceso, el modulo de salida (2) presenta un elemento para releer (6) un estado real de la salida (5), caracterizado porque mediante el modulo de seguridad (1) puede compararse el estado real relefdo con un estado de consigna y cuando hay una diferencia entre el estado real y el estado de consigna, puede conducirse el proceso a una situacion segura mediante desconexion de la senal segura.
- 2. Sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 1,en el que esta prevista una unidad de control (3) y/o una unidad de control segura para controlar el modulo de seguridad (1) y/o el modulo de salida (2), y puede prescribirse el estado de consigna mediante la unidad de control (3) y/o mediante la unidad de control segura.
- 3. Sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 2,en el que el estado de salida relefdo puede transmitirse desde el modulo de salida (2) a la unidad de control (3) y/o a la unidad de control segura y el estado real recibido puede transmitirse desde la unidad de control (3) y/o desde la unidad de control segura al modulo de seguridad (1).
- 4. Sistema de control de acuerdo con la reivindicacion 2 o 3,en el que esta previsto un bus de campo (9) para la comunicacion entre el modulo de seguridad (1), el modulo de salida (2) y la unidad de control (3) y/o la unidad de control segura.
- 5. Sistema de control de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,en el que el sistema de control esta realizado como configuracion de bus de campo.
- 6. Procedimiento para controlar un proceso con un modulo de seguridad (1) y un modulo de salida (2), que presenta las etapas:proporcionar una senal segura (4) mediante el modulo de seguridad (1), emitir la senal segura (4) para controlar el proceso mediante el modulo de salida (2), releer un estado real de la senal segura (4) emitida mediante el modulo de salida (2), caracterizado por las etapas:detectar una diferencia entre el estado real y un estado de consigna para el proceso mediante el modulo de seguridad (1) ytrasladar el proceso, cuando existe una diferencia, a un estado seguro, mediante desconexion de la senal segura (4).
- 7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6,en el que esta prevista una unidad de control y/o una unidad de control segura para controlar el modulo de seguridad (1) y el modulo de salida (2), presentando las etapas:prescribir el estado real mediante la unidad de control (3) y/o mediante la unidad de control segura, comunicar el estado real mediante el modulo de salida (2) a la unidad de control (3) y/o a la unidad de control segura ycomunicar el estado real recibido mediante la unidad de control (3) y/o mediante la unidad de control segura al modulo de seguridad (1).
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