ES2693090T3 - Dispositivo de control y procedimiento para el control de un componente relevante para la seguridad - Google Patents

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ES2693090T3 ES15181147.8T ES15181147T ES2693090T3 ES 2693090 T3 ES2693090 T3 ES 2693090T3 ES 15181147 T ES15181147 T ES 15181147T ES 2693090 T3 ES2693090 T3 ES 2693090T3
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Abstract

Dispositivo de control para el control de un componente relevante para la seguridad, comprendiendo el dispositivo de control: un transformador (T) para la emisión de una señal de control, una conexión de puente en H con dos ramas de conmutación (SZ1, SZ2) y una rama de puente (BZ), comprendiendo cada rama de conmutación (SZ1, SZ2) una pareja de elementos de conmutación compuesta de dos elementos de conmutación (S1, S2, S3, S4) dispuestos en serie y comprendiendo la rama de puente (BZ) como carga una bobina primaria (P) del transformador (T), extendiéndose la rama de puente desde un punto entre los elementos de conmutación (S1, S2) de la primera rama de conmutación (SZ1 ) hasta un punto entre los elementos de conmutación (S3, S4) de la segunda rama de conmutación (SZ2), y dos ordenadores sincronizados (MK1, MK2), independientes entre sí, controlando cada ordenador (MK1, MK2) una de las parejas de elementos de conmutación con ayuda de elementos de control, estando los ordenadores (MK1, MK2) diseñados para, en caso de una orden de conmutación, abrir y cerrar alternamente los elementos de conmutación (S1, S2, S3, S4) de cada pareja de elementos de conmutación en una frecuencia predefinida, de tal modo que el transformador (T) sea alimentado con una tensión alterna de la frecuencia predefinida, estando presentes elementos supervisores (U1, U2, U3, U4) para la supervisión de los estados de conmutación de los elementos de conmutación (S1, S2, S3, S4) que en cada caso están conectados con los dos ordenadores (MK1, MK2) para la transmisión de una señal referente al estado de conmutación del correspondiente elemento de conmutación (S1, S2, S3, S4) a los dos ordenadores (MK1, MK2).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de control y prooedimiento para el control de un components relevante para la segurldad Trasfondo de la invencion
La invencion se refiere a un dispositivo de control, asi como a un procedimiento para el control de un components relevante para la seguridad.
Para el control de sistemas con componentes relevantes para la seguridad (por ejemplo, contadores de eje, luces de senal, barreras, etc.), en particular en instalaciones de seguridad ferroviarias, es importante llevar el sistema a un estado seguro en el caso de un fallo de los componentes relevantes para la seguridad para asi garantizar la seguridad de los usuarios del transports.
Por el documento DE 3003291 C2, se conoce una disposicion de procesamiento de datos de dos canales con dos microcontroladores que procesan los mismos datos, controlando cada microcontrolador un transformador. Una senal de reloj transforma una senal de corriente continua en una senal de corriente alterna, de tal modo que la senal puede ser transmitida por medio de un primer transformador. Despues, el segundo transformador puede activarse por medio del segundo microcontrolador. Una transmision de datos se efectua solamente si los dos microcontroladores emiten una senal de conmutacion al respectivo transformador. Desventajosa en esta disposicion es el elevado requerimiento de hardware, en particular en lo que respecta a los transformadores, lo cual esta ligado a elevados costes, grandes requerimientos de espacio y bajo grado de eficiencia.
Ademas, se conoce un contador de ejes (Az LM) de la firma Thaies Transportation Systems GmbH que presenta un dispositivo de control de dos canales con interfaces de rele paralelas. Este dispositivo, sin embargo, es vulnerable al desgaste y las vibraciones, por medio de lo cual se pueden soltar contactos del rele. Ademas, existe el peligro de que se atasque el mecanismo de retorno del rele, de tal modo que la seguridad requerida solo puede garantizarse mediante un elevado esfuerzo de mantenimiento.
El documento WO 02/15363 A2 desvela un equipo para la acumulacion y emision de energia electrica mediante la carga y descarga de varios condensadores y/o baterias, estando conectados los condensadores o baterias para la carga/descarga en serie en un circuito de corriente continua. Estan previstas primeras conmutaciones de supervision de tension para condensadores o baterias individuales y, adicionalmente, esta prevista una segunda conmutacion de supervision de tension que supervisa varios de los condensadores o baterias supervisados individualmente.
El documento US 8 937 822 B2 desvela un sistema de transformador DC/AC de 1, 2 o 3 fases para la reduccion de los costes de instalaciones solares, posibilitandose la reduccion de costes mediante la supresion de transformadores de potencia de baja frecuencia.
Objetivo de la invencion
Es objetivo de la invencion proponer un dispositivo de control y un procedimiento para el control de un components relevante para la seguridad que sean poco propensos a fallos y con los que se pueda realizar un elevado nivel de seguridad.
Descripcion de la invencion
Este objetivo se resuelve de acuerdo con la invencion mediante un dispositivo de control de acuerdo con la reivindicacion 1, asi como un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 13.
El dispositivo de control de acuerdo con la invencion comprende un transformador para la emision de una senal de control, una conexion de puente en H con dos ramas de conmutacion y una rama de puente, comprendiendo cada rama de conmutacion una pareja de elementos de conmutacion compuesta de dos elementos de conmutacion dispuestos en serie y comprendiendo la rama de puente como carga una bobina primaria del transformador. El dispositivo de control comprende ademas dos ordenadores sincronizados, independientes entre si, controlando cada ordenador una de las parejas de elementos de conmutacion con ayuda de elementos de control, por ejemplo, puertos I/O, estando los ordenadores disenados para, en caso de una orden de conmutacion, abrir y cerrar alternamente los elementos de conmutacion de cada pareja de elementos de conmutacion en una frecuencia predefinida, de tal modo que el transformador sea alimentado con una tension alterna de la frecuencia predefinida.
Los elementos de control son controlados por los ordenadores de tal modo que en cada pareja de elementos de conmutacion en todo momento en cada caso esta abierto un elemento de conmutacion y esta cerrado un elemento de conmutacion. Para coordinar entre si las ordenes de conmutacion de los dos ordenadores a los elementos de conmutacion, los dos ordenadores estan sincronizados. Adicionalmente a cada pareja de elementos de conmutacion, pueden estar presentes en cada rama de conmutacion otros elementos de conmutacion, en particular para elevar la disponibilidad (redundancia).
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Los transformadores tienen la propiedad fisica imperdible de que se efectua una transmision de energia solo con solicitacion con oorriente alterna. Mediante el control de aouerdo con la invencion del puente en H (puente de transistor) se genera una tension alterna, por medio de lo cual se emite a traves del transformador una senal de control al componente relevante para la seguridad que debe controlarse. De acuerdo con la invencion, el transformador es controlado conjuntamente por dos ordenadores (microcontroladores) independientes (en el sentido de la norma DIN EN 50129, vigente en el momento de la solicitud), controlando cada ordenador un polo de tension del transformador. Si uno de los ordenadores deja de emitir una orden de conmutacion, o uno de los conmutadores ya no conmuta, la corriente deja de ser invertida en la bobina primaria y no tiene lugar transmision de energia en el transformador o la tension emitida por el transformador cae a un valor muy pequeno, por medio de lo cual se puede iniciar una desactivacion del flujo de corriente a traves del dispositivo de control. El dispositivo de control se hace a si mismo, pues, ineficiente y es llevado con ello a un estado seguro. De esta manera, se puede alcanzar el nivel SIL4 requerido para el componente tecnico de seguridad ferroviaria.
De acuerdo con la invencion, estan presentes elementos supervisores para la supervision de los estados de conmutacion de los elementos de conmutacion. Los elementos supervisores detectan una senal referente al estado de conmutacion del correspondiente elemento de conmutacion, que es transmitida al correspondiente ordenador (es decir, al ordenador que se ocupa del control del correspondiente elemento de conmutacion) de tal modo que se puede controlar si el elemento de conmutacion funciona correctamente. Esto se efectua generalmente mediante comparacion del estado de conmutacion, que se ha averiguado con ayuda de la senal transmitida, con un estado de conmutacion deseado, (que esta guardado en el ordenador).
De acuerdo con la invencion, los elementos supervisores estan conectados en cada caso con los dos ordenadores para la transmision de una senal referente al estado de conmutacion del correspondiente elemento de conmutacion a los dos ordenadores. Esto ofrece la posibilidad de sincronizar los ordenadores. La seguridad puede elevarse aun mas si uno de los ordenadores deja de emitir ordenes de conmutacion tan pronto como detecta que el otro ordenador ha dejado de emitir ordenes de conmutacion o Ios elementos de conmutacion asociados a el han dejado de conmutar.
Para garantizar la independencia de Ios dos ordenadores a pesar de la conexion de Ios dos ordenadores a traves de Ios elementos supervisores, en una forma de realizacion preferente esta previsto que Ios elementos de conmutacion controlados por uno de Ios ordenadores esten conectados por medio de lineas con una resistencia en cada caso en diseno de seguridad con el en cada caso otro ordenador. Mediante el diseno de seguridad se garantiza, en caso de un defecto del valor de la resistencia, que el valor de resistencia solo se pueda elevar, pero no reducir, de tal modo que puede evitarse de manera segura un cortocircuito. "Garantizado" quiere decir en este contexto que la probabilidad de una reduccion de la resistencia es tan extremadamente pequena que se contempla esta situacion como excluida. Esta propiedad del componente se considera como imperdible si no se produce una sobrecarga del componente. El caso de sobrecarga debe ser excluido, por tanto, mediante la conmutacion y dimensionamiento de Ios componentes.
En una forma de realizacion particularmente preferente, Ios elementos supervisores son optoacopladores que estan conectados en cada caso en paralelo con uno de Ios elementos de conmutacion. Los elementos de conmutacion pueden ser controlados por el correspondiente ordenador de manera galvanicamente separada.
Para la sincronizacion, Ios dos ordenadores pueden estar conectados entre si por medio de una linea de datos. Asi, pueden intercambiarse informaciones referentes a las ordenes de conmutacion para la conmutacion de Ios elementos de conmutacion directamente entre Ios dos ordenadores (alternativa o adicionalmente a la transmision de informacion de Ios elementos supervisores a Ios dos ordenadores).
Ademas, puede ser ventajoso si Ios dos ordenadores estan configurados como configuracion maestro-esclavo.
Preferentemente, se presenta una separacion galvanica entre Ios dos ordenadores y/o en cada caso entre un ordenador y Ios elementos de conmutacion controlados por este ordenador. De esta manera, se pueden minimizar las fuentes de error.
Una separacion galvanica entre ordenadores y elementos de conmutacion puede realizarse, por ejemplo, sirviendo como elementos de control optoacopladores. Mediante las propiedades inherentes de Ios optoacopladores, estan separados entre si galvanicamente ordenadores y elementos de conmutacion y puede efectuarse una transmision de datos solo en una direccion. Una manipulacion de la direccion de transmision de datos en Ios microcontroladores mediante software puede ser asi excluida. Alternativamente a esto, pueden utilizarse tambien transmisores como elementos de control.
En una forma de realizacion particularmente preferente, esta instalado aguas abajo del transformador un rectificador. De esta manera, pueden funcionar con corriente continua componentes relevantes para la seguridad. Esto es en particular ventajoso en lugares en Ios que se puede establecer un estado seguro desactivando la electronica. Es decir, por ejemplo, para el funcionamiento de senales LED (estado seguro = LED apagado), para el control de reles de corriente continua (estado seguro = rele sin corriente), para la tension de alimentacion para sistemas informaticos seguros (estado seguro = ordenador desconectado) o para la generacion de senales de control remoto con direccion de fallo preferente (linea de senal no puede mantenerse en estado activado en caso de defecto de la unidad de control,
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sino que SIEMPRE cambiara al estado desaotivado; por ejemplo, para informacion de bloque "tramo libre", control de pasos ferroviarios con cierre automatico en caso de fallo del control remoto, etc.). Un "estado seguro" significa a este respecto un comportamiento tecnico que no represente un peligro del funcionamiento (para personas y material) y que siempre pueda alcanzarse independientemente del fallo que se produzca.
Las ventajas de la invencion se ponen de manifiesto en particular si el dispositivo de control es parte de un dispositivo contador de ejes.
La invencion se utiliza preferentemente en el ambito ferroviario. El componente relevante para la seguridad puede ser, por ejemplo, una luz de senal, una instalacion de senalizacion de liberacion de via o una barrera de paso a nivel.
La invencion se refiere a tambien a un procedimiento para el control de un componente relevante para la seguridad con un dispositivo de control, descrito anteriormente, abriendo y cerrando alternamente los dos ordenadores del dispositivo de control en caso de una orden de conmutacion introducida los elementos de conmutacion de cada pareja de elementos de conmutacion en una frecuencia predefinida, de tal modo que el transformador sea alimentado con una tension alterna de la frecuencia predefinida.
Otras ventajas de la invencion resultan de la descripcion y del dibujo. Igualmente las caracteristicas mencionadas anteriormente y que van a exponerse con mas detalle pueden emplearse de acuerdo con la invencion en cada caso individualmente o reunidas en combinaciones discrecionales. Las formas de realizacion mostradas y descritas no han de entenderse como enumeracion cerrada, sino que mas bien tienen caracter ejemplar para la explicacion de la invencion.
Descripcion detallada de la invencion y dibujo
La Figura 1 La Figura 2
La Figura 3
muestra una primera forma de realizacion del dispositivo de control de acuerdo con la invencion con sincronizacion por medio de una linea de datos.
muestra un perfeccionamiento de la forma de realizacion mostrada en la figura 1 del dispositivo de control de acuerdo con la invencion con control de los conmutadores por medio de optoacopladores y rectificadores.
muestra otra forma de realizacion del dispositivo de control de acuerdo con la invencion con sincronizacion por medio de elementos supervisores.
La Figura 4
muestra un perfeccionamiento de la forma de realizacion mostrada en la figura 3 del dispositivo de control de acuerdo con la invencion con sincronizacion adicional por medio de una linea de datos.
La figura 1 muestra una configuracion basica del dispositivo de control de acuerdo con la invencion.
El dispositivo de control de acuerdo con la invencion comprende una conexion de puente en H con dos ramas de conmutacion SZ1, SZ2 y una rama de puente BZ. En cada rama de conmutacion SZ1, SZ2 esta dispuesta una pareja de elementos de conmutacion S1/S2, S3/S4 con dos elementos de conmutacion S1, S2, S3, S4 en cada caso dispuestos en serie. La conexion de puente en H es alimenta con corriente por medio de una fuente de tension continua, estando conectado de cada pareja de elementos de conmutacion S1/S2, S3/S4 en cada caso un elemento de conmutacion S1, S3 en el polo positivo y el otro elemento de conmutacion S2, S4 en el polo negativo de la fuente de tension. Los conmutadores S1, S2 de la primera pareja de elementos de conmutacion S1/S2 son controlados por un primer ordenador MK1, los conmutadores S3, S4 de la segunda pareja de elementos de conmutacion S3/S4, por un segundo ordenador MK2. Por medio de los elementos de conmutacion S1, S2, S3, S4, se alimenta un transformador T con tension alterna, cuya bobina primaria P es parte de la rama de puente BZ de la conexion de puente en H (carga). Para ello, los dos ordenadores MK1, MK2 conmutan los elementos de conmutacion S1, S2, S3, S4 de tal modo que alternamente estan cerrados conjuntamente o bien los elementos de conmutacion S1 y S4 o bien los elementos de conmutacion S2 y S3, de tal modo que fluye corriente a traves de la bobina primaria P del transformador T. Mediante el cambio ciclico de los estados de conmutacion de los elementos de conmutacion S1, S2, S3, S4 se genera una corriente alterna a traves del transformador T y el transformador T puede emitir una senal de control a un componente que debe controlarse (no mostrado). La frecuencia de conmutacion de los elementos de conmutacion y, por tanto, la tension alterna generada de esta manera es de al menos 1 kHz, preferentemente de mas de 50 kHz y esta limitada por la frecuencia de sincronizacion y las propiedades de transformador, en particular inductancia de las bobinas e histeresis del nucleo de hierro.
El control de los elementos de conmutacion S1, S2, S3, S4 se efectua preferentemente por medio de optoacopladores 01,02, 03, 04, como se muestra en la figura 2, de tal modo que los ordenadores estan separados galvanicamente de los elementos de conmutacion.
Para hacer funcionar el componente relevante para la seguridad que debe controlarse con corriente continua, en la forma de realizacion mostrada en la figura 2 esta conectado aguas abajo del transformador T un rectificador G.
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En las formas de realizacion mostradas en las flguras 1 y 2, Ios dos ordenadores MK1, MK2 estan ooneotados entre si por medio de una linea de datos L con una resistencia R en diseno de seguridad y asi pueden ser sincronizados entre si.
En las formas de realizacion mostradas en las figuras 3 y 4, estan previstos supervisores U1, U2, U3, U4 que pueden estar realizados, por ejemplo, como optoacopladores y sirven para la supervision de los estados de conmutacion de los elementos de conmutacion S1, S2, S3, S4 durante el funcionamiento. Para ello, por medio de los elementos de supervision U1, U2, U3, U4 se detectan senales de estado de conmutacion que se transmiten al ordenador que controla el correspondiente elemento de conmutacion. Una desactivacion de un canal para la comprobacion de la funcionalidad del correspondiente canal no es necesaria en esta forma de realizacion debido al cambio ciclico de todos los elementos de conmutacion.
Adicionalmente, en las formas de realizacion mostradas en las figuras 3 y 4 esta previsto que las senales de estado de conmutacion sean transmitidas al en cada caso otro ordenador (es decir, al ordenador que no es responsable del control del correspondiente elemento de conmutacion). De esta manera, alternativamente (figura 3) o adicionalmente (figura 4) a la sincronizacion por medio de la linea de datos L, puede efectuarse una sincronizacion de los dos ordenadores MK1, MK2 con ayuda de los elementos supervisores U1, U2, U3, U4. Para garantizar a pesar de ello la independencia de los dos ordenadores MK1, MK2, el primer ordenador MK1 esta conectado con los elementos de supervision U3, U4 y el segundo ordenador MK2 con los elementos de supervision U1, U2 por medio en cada caso de una linea con una resistencia R1, R2 con diseno de seguridad.
Mediante la alimentacion de corriente alterna de acuerdo con la invencion de un transformador por medio de una conexion de puente en H cuyos elementos de conmutacion son controlados por medio de dos ordenadores independientes, se realiza un control sencillo y seguro de componentes relevantes para la seguridad, estando garantizada una desactivacion segura en caso de fallo de un elemento de conmutacion o un ordenador.
Lista de referencias
bz
g
L
MK1, MK2 01,02, 03, 04 P
R, R1, R2 S1, S2
S3, S4
SZ1, SZ2
t
U1, U2, U3, U4
Rama de puente Rectificador Linea de datos Ordenador Optoacopladores Bobina primaria
Resistencias en diseno de seguridad
Elementos de conmutacion de la primera pareja de elementos de conmutacion
Elementos de conmutacion de la segunda pareja de elementos
de conmutacion
Ramas de conmutacion
Transformador
Elementos supervisores

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de control para el control de un components relevante para la segurldad, comprendlendo el dlsposltlvo de control:
    un transformador (T) para la emision de una senal de control,
    una conexion de puente en H con dos ramas de conmutacion (SZ1, SZ2) y una rama de puente (BZ), comprendiendo cada rama de conmutacion (SZ1, SZ2) una pareja de elementos de conmutacion compuesta de dos elementos de conmutacion (S1, S2, S3, S4) dispuestos en serie y comprendiendo la rama de puente (BZ) como carga una bobina primaria (P) del transformador (T), extendiendose la rama de puente desde un punto entre los elementos de conmutacion (S1, S2) de la primera rama de conmutacion (SZ1 ) hasta un punto entre los elementos de conmutacion (S3, S4) de la segunda rama de conmutacion (SZ2), y
    dos ordenadores sincronizados (MK1, MK2), independientes entre si, controlando cada ordenador (MK1, MK2) una de las parejas de elementos de conmutacion con ayuda de elementos de control, estando los ordenadores (MK1, MK2) disenados para, en caso de una orden de conmutacion, abrir y cerrar alternamente los elementos de conmutacion (S1, S2, S3, S4) de cada pareja de elementos de conmutacion en una frecuencia predefinida, de tal modo que el transformador (T) sea alimentado con una tension alterna de la frecuencia predefinida, estando presentes elementos supervisores (U1, U2, U3, U4) para la supervision de los estados de conmutacion de los elementos de conmutacion (S1, S2, S3, S4) que en cada caso estan conectados con los dos ordenadores (MK1, MK2) para la transmision de una senal referente al estado de conmutacion del correspondiente elemento de conmutacion (S1, S2, S3, S4) a los dos ordenadores (MK1, MK2).
  2. 2. Dispositivo de control segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los elementos de conmutacion (S1, S2, S3, S4) controlados por uno de los ordenadores (MK1, MK2) estan unidos, por medio de lineas con una resistencia (R1, R2) en cada caso con un diseno de seguridad, con el en cada caso otro ordenador (MK1, MK2).
  3. 3. Dispositivo de control segun una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que los elementos supervisores (U1, U2, U3, U4) son optoacopladores que estan conectados en cada caso en paralelo con uno de los elementos de conmutacion (S1, S2, S3, S4).
  4. 4. Dispositivo de control segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que los dos ordenadores (MK1, MK2) estan conectados entre si para la sincronizacion mediante una linea de datos (L).
  5. 5. Dispositivo de control segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que los dos ordenadores (MK1, MK2) estan configurados como configuracion maestro-esclavo.
  6. 6. Dispositivo de control segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se presenta una separacion galvanica entre los dos ordenadores (MK1, MK2) y/o entre un ordenador (MK1, MK2) en cada caso y los elementos de conmutacion (S1, S2, S3, S4) controlados por este ordenador (MK1, MK2).
  7. 7. Dispositivo de control segun la reivindicacion 6, caracterizado por que como elementos de control sirven optoacopladores (01,02, 03, 04).
  8. 8. Dispositivo de control segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que un rectificador (G) esta conectado aguas abajo del transformador (T).
  9. 9. Dispositivo de control segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el dispositivo de control es parte de un dispositivo contador de ejes.
  10. 10. Dispositivo de control segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el components relevante para la seguridad es una luz de senal, una instalacion de senalizacion de liberacion de via o una barrera de paso a nivel.
  11. 11. Procedimiento para el control de un components relevante para la seguridad con un dispositivo de control de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, abriendo y cerrando alternamente los dos ordenadores (MK1, MK2) del dispositivo de control en caso de una orden de conmutacion introducida los elementos de conmutacion (S1, S2, S3, S4) de cada pareja de elementos de conmutacion en una frecuencia predefinida, de tal modo que el transformador (T) sea alimentado con una tension alterna de la frecuencia predefinida.
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