IT202000014413A1

IT202000014413A1 - Dispositivo e metodo per il controllo di apparati di sicurezza

Info

Publication number: IT202000014413A1
Application number: IT102020000014413A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Pizzato
Original assignee: Pizzato Elettrica Srl
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2021-12-16
Also published as: KR20230023786A; JP2023531400A; BR112022025432A2; WO2021255561A1; US20230229118A1; CN115968500A; EP4165673A1

Description

DISPOSITIVO E METODO PER IL CONTROLLO DI APPARATI DI SICUREZZA

Descrizione

Campo di applicazione

La presente invenzione trova applicazione nel settore dei dispositivi elettrici per uso industriale ed ha particolarmente per oggetto un dispositivo ed un metodo per il controllo di apparati di sicurezza adibiti al controllo di macchine o impianti industriale, quali sensori di sicurezza, interruttori di sicurezza o, ancora, moduli di sicurezza.

Stato della tecnica

Come ? noto, con l?acronimo OSSD (Output Signal Switching Device) si indicano le uscite di commutazione sicura dei dispositivi di sicurezza il cui scopo ? quello di segnalare in modo sicuro un evento correlato a condizioni di sicurezza nel funzionamento di una macchina o impianto.

Generalmente, i dispositivi di sicurezza provvisti di uscite OSSD, quali sensori di sicurezza, interruttori di sicurezza e moduli di sicurezza, dispongono di due uscite OSSD che devono essere analizzate in modo separato tra loro.

Pertanto, tali dispositivi trovano impiego in applicazioni di sicurezza, quali operazioni di monitoraggio degli accessi ad aree potenzialmente pericolose di una macchina o impianto, oppure di parti mobili di una macchina o impianto.

Ad esempio, nel caso di un dispositivo di sicurezza con uscite OSSD adibito al controllo di un accesso, tale dispositivo pu? essere collocato in corrispondenza dell?accesso in modo che, in caso di rilevamento di accesso aperto, l?OSSD possa segnalare l?evento, tramite i terminali di uscita, al circuito di controllo di sicurezza dell?impianto, che pu? cos? provvedere all?arresto della macchina o impianto ed evitare rischi potenziali per le persone presenti in prossimit? o all?interno del perimetro di sicurezza.

Al fine di soddisfare elevati livelli di sicurezza, gli OSSD di solito comprendono almeno una coppia di terminali di uscita elettrici ridondanti.

Nel caso in cui non vi siano eventi rilevanti per la sicurezza (ad esempio in caso di accesso chiuso) sia il primo terminale che il secondo terminale di uscita sono alimentati con il livello di tensione pi? elevato, ad esempio 24 V.

Nel caso occorra segnalare eventi rilevanti per la sicurezza al sistema di controllo di sicurezza (ad esempio l?apertura dell?accesso), l?OSSD commuta il primo e il secondo terminale di uscita su un livello basso, ad esempio 0 V.

Questa variazione di tensione viene rilevata dal sistema di controllo di sicurezza che pu? intervenire per arrestare l?impianto o la macchina controllata.

Il ricorso a due terminali di uscita ridondanti consente una trasmissione sicura delle informazioni dall?OSSD al sistema di controllo di sicurezza, anche in caso di errori su uno dei terminali di uscita, in quanto la commutazione al livello basso pu? essere trasmessa al sistema di controllo di sicurezza tramite il terminale di uscita non danneggiato.

Generalmente, per rilevare tali guasti sulle uscite sicure, ossia sui due terminali di uscita, si ricorre ai cosiddetti test pulses, ossia test mediante generazione di impulsi di prova applicati ai terminali di uscita.

Mediante questi impulsi di prova, ciascun terminale di uscita ? commutato su un livello basso di tensione per un periodo molto limitato, dell?ordine delle centinaia di microsecondi, cos? da verificare, mediante il monitoraggio degli impulsi di prova, l?eventuale presenza di connessioni indesiderate, quali cortocircuiti o connessioni elettriche incrociate tra il primo e il secondo terminale di uscita.

EP3358592 descrive un dispositivo con uscite OSSD che comprende un primo terminale di uscita e un secondo terminale di uscita e mezzi di riduzione della tensione che forniscono una prima tensione di grandezza inferiore rispetto a una tensione di alimentazione, secondi mezzi di riduzione della tensione che forniscono una seconda tensione di grandezza inferiore rispetto alla prima tensione, in cui la seconda tensione ? applicata alla prima uscita terminale e la prima tensione ? applicata al secondo terminale di uscita, e in cui sono previsti mezzi di commutazione che sono adattati per separare la seconda tensione dal primo terminale di uscita e/o la prima tensione dal secondo terminale di uscita, se l?entit? della tensione al secondo terminale di uscita ? uguale o superiore all?ampiezza della tensione di alimentazione e/o se l?entit? della tensione al primo terminale di uscita ? uguale o superiore all?ampiezza della prima tensione.

WO2004059677 descrive un dispositivo di controllo di sicurezza che comprende due circuiti di commutazione controllabili i cui terminali di uscita sono interconnessi per formare l'uscita del dispositivo di commutazione di sicurezza; un primo impulso di commutazione di prova pu? essere inviato al primo circuito di commutazione in modo ciclico e un secondo impulso di commutazione di prova, sfalsato rispetto al primo, pu? essere alimentato all?altro circuito di commutazione in modo ciclico; i circuiti di commutazione sono progettati in modo tale che la tensione di uscita del dispositivo di commutazione di sicurezza fluttua al ricevimento degli impulsi di prova sfalsati di un?ampiezza che si discosta dall?ampiezza della tensione di uscita al ricevimento di impulsi di prova simultanei, innescando l?intervento del sistema di sicurezza nel caso di ricezione di impulsi di prova simultanei.

Il limite delle soluzioni note ? costituito dalla necessit? di adattare la lunghezza delle micropulsazioni sulle uscite OSSD in funzione del carico capacitivo del dispositivo atto a rilevare i segnali OSSD, che pu? variare anche in base alle specifiche tecniche adottate dal singolo produttore.

Di conseguenza, si corre il rischio che il dispositivo di sicurezza associato ad un dispositivo di controllo rischia di andare in errore qualora il carico capacitivo sia differente da quello per il quale sono tarate le uscite OSSD.

Presentazione dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? quello di superare gli inconvenienti sopra indicati, realizzando un dispositivo ed un metodo per il controllo di dispositivi di sicurezza, in particolare provvisti di uscite OSSD, che presenti caratteristiche di elevata efficienza e relativa economicit?.

Uno scopo particolare ? quello di realizzare un dispositivo ed un metodo per il controllo di dispositivi di sicurezza, in particolare provvisti di uscite OSSD, che possa adattarsi automaticamente al tipo di carico costituito dal dispositivo che rileva i segnali OSSD.

Ancora altro scopo particolare ? quello di realizzare un dispositivo ed un metodo per il controllo di dispositivi di sicurezza, in particolare provvisti di uscite OSSD, in cui il dispositivo di sicurezza non vada in errore a causa di carichi diversi dovuti ai diversi possibili dispositivi sul mercato.

Ancora altro scopo particolare ? quello di realizzare un dispositivo ed un metodo per il controllo di dispositivi di sicurezza, in particolare provvisti di uscite OSSD, che permetta di impostare la durata delle micropulsazioni in maniera personalizzata per l?utente senza che sia necessario apportare modifiche di tipo hardware.

Tali scopi, nonch? altri che appariranno pi? chiari in seguito, sono raggiunti da un dispositivo di controllo per apparati di sicurezza che, in accordo alla rivendicazione 1, comprende almeno una uscita di tipo OSSD, preferibilmente una coppia di uscite, avente un terminale di uscita atto ad essere collegato ad un corrispondente ingresso dell?apparato di sicurezza atto a rilevare i segnali provenienti da detta almeno una uscita OSSD, detta almeno una uscita OSSD essendo alimentabile ad un valore di soglia massimo ed un valore di soglia minimo della tensione di alimentazione atti a determinare rispettivamente le condizioni di accensione e spegnimento di detta almeno una uscita, un circuito di controllo atto ad eseguire un test del funzionamento di detta almeno una uscita OSSD mediante l?invio di micropulsazioni di prova per la commutazione di detto terminale di uscita a detto valore di soglia minimo per inviare un segnale di errore all?apparato di sicurezza in caso di rilevamento di un valore differente da detto valore di soglia minimo, detto circuito di controllo essendo atto a generare micropulsazioni di prova aventi durata variabile o modificabile in funzione del carico capacitivo definito del circuito posto a valle di detta almeno una uscita OSSD.

Grazie a questa caratteristica, il dispositivo si adatter? automaticamente al tipo di carico costituito dal dispositivo che rileva i segnali OSSD, evitando che il dispositivo di sicurezza possa andare in errore a causa di carichi diversi dovuti ai diversi possibili dispositivi sul mercato.

Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione ? previsto un apparato di sicurezza provvisto del dispositivo di controllo in accordo alla rivendicazione 7.

Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione ? previsto un metodo di controllo di apparato di sicurezza in accordo alla rivendicazione 9.

Forme vantaggiose di esecuzione dell?invenzione sono ottenute in accordo alle rivendicazioni dipendenti.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite ma non esclusive del dispositivo, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l?aiuto della unita tavola di disegno in cui:

la FIG. 1 ? una illustrazione schematica del dispositivo secondo l?invenzione;

la FIG. 2 illustra un diagramma ad impulsi relativo a tre diverse modalit? di funzionamento del dispositivo associato a tre diversi carichi;

la FIG. 3 illustra una prima modalit? operativa di campionamento del circuito di controllo;

la FIG. 4 illustra una seconda modalit? operativa di campionamento del circuito di controllo.

Descrizione dettagliata di alcuni esempi di realizzazione preferiti Un dispositivo di controllo secondo l?invenzione sar? configurato per essere associato in particolare ad un apparato di sicurezza adibito al controllo di macchine o impianti industriali, ovvero a parti dello stesso.

In particolare, il dispositivo di controllo potr? essere applicato a sensori di sicurezza o interruttori di sicurezza destinati ad essere applicati in corrispondenza di porte di accesso a perimetri o barriere di sicurezza di macchine o impianti industriali o altri sistemi adibiti al controllo del perimetro di sicurezza al fine di consentire sempre l?accesso in sicurezza all?interno del perimetro ovvero in corrispondenza di parte mobili di una macchina o impianto al fine di segnalare condizioni potenzialmente pericolose, quale la condizione di porta di acceso aperta oppure una posizione non permessa di una parte mobile della macchina o impianto.

Il dispositivo di controllo sar? altres? applicabile a moduli di sicurezza inseribili all?interno di circuiti di sicurezza per il controllo di macchine o impianti industriali.

La configurazione di tali apparati di sicurezza non ? limitativa per la presente invenzione e pertanto non saranno descritti pi? in dettaglio nel prosieguo.

La Fig. 1 illustra in maniera schematica la struttura logica del dispositivo di controllo, indicato globalmente con 1, che comprende essenzialmente almeno una uscita 2 di tipo OSSD, preferibilmente una coppia di uscite.

In maniera nota, ogni uscita OSSD 2 presenta un terminale di uscita atto ad essere collegato ad un corrispondente ingresso dell?apparato di sicurezza atto a rilevare i segnali provenienti dalle uscite OSSD 2.

In maniera tipica per questo genere di dispositivi, le uscite OSSD 2 possono essere alimentate mediante due differenti livelli di tensione, ovvero ad un valore di soglia massimo, generalmente 24V, e ad un valore di soglia minimo. generalmente 0V, della tensione di alimentazione.

In corrispondenza di questi valori soglia massimo e minimo si determineranno rispettivamente le condizioni di accensione e spegnimento delle uscite OSSD 2, alle quali corrispondono una condizione non sicura ed una condizione sicura della macchina o impianto, o relativa parte, controllata dall?apparato di sicurezza.

Il dispositivo 1 comprende anche un circuito di comando 3 per l?alimentazione in tensione delle uscite OSSD 2 ed un circuito di controllo 4 atto ad eseguire un test del funzionamento delle uscite OSSD 2 mediante l?invio di micropulsazioni di prova per la commutazione dei terminali di uscita al valore di soglia minimo.

Il test ha lo scopo di verificare che nella condizione di sicurezza, le uscite OSSD 2 effettivamente pulsino allo stato di tensione minimo e non vi siano invece condizioni correlabili a situazioni di pericolo, ossia valori pi? elevati del valore di soglia minimo, nel qual caso verrebbe inviato un segnale di errore all?apparato di sicurezza per permettere l?arresto della macchina o impianto ovvero della relativa parte mobile controllata.

Secondo una caratteristica peculiare dell?invenzione, il circuito di controllo 4 ? atto a generare micropulsazioni di prova aventi durata variabile o modificabile in funzione del carico capacitivo definito del circuito posto a valle delle uscite OSSD 2.

In particolare, secondo una prima modalit? operativa, il circuito di controllo 4 potr? variare la durata delle micropulsazioni di prova in maniera dinamica, adattandola allo specifico carico capacitivo.

Pi? precisamente, la durata della micropulsazione non sar? predeterminata ma potr? essere prolungata a partire da un valore minimo di durata fino ad un valore massimo predeterminato di uno specifico intervallo opportunamente programmato.

Questa modalit? operativa permetter? di rilevare un carico basso mediante una micropulsazione di durata minima, come nel caso della prima immagina da sinistra della Fig. 2.

Nel caso di carico pi? elevato, la durata della micropulsazione si prolungher? fino al valore massimo dell?intervallo, come nella immagine di destra della stessa Fig. 2. Qualora dopo una micropulsazione di durata massima il circuito di controllo non riscontri il valore di soglia minimo, ovvero un valore inferiore al valore di soglia minimo, si generer? il segnale di errore.

In pratica, dopo lo spegnimento della linea si procede al suo campionamento periodico per verificare se si ? effettivamente spenta, inviando una micropulsazione di durata minima; qualora dopo tale periodo minimo il test dovesse fallire, la micropulsazione verrebbe prolungata fino al valore massimo, soltanto dopo il quale, in assenza di rilevamento, si genererebbe il segnale di errore.

La modulazione dinamica dell?ampiezza della micropulsazione permette di eliminare possibili segnalazioni di falsi errori che potrebbero essere legati all?utilizzo di micropulsazioni troppo brevi in combinazione con pulsazioni delle uscite OSSD 2 aventi una curva di discesa meno ripida e che potrebbero portare a ritenere che l?uscita OSSD 2 non sia commutata al valore minimo, in quanto la micropulsazione potrebbe intercettare il segnale in corrispondenza della curva di discesa.

Ne consegue che il dispositivo 1 cos? programmato potr? essere adattato a qualsiasi tipologia di apparato di sicurezza, il quale potr? essere vantaggiosamente classificato secondo pi? categorie in accordo alle diverse normative o specifiche tecniche utilizzate nel settore.

Ad esempio, uno stesso apparato di sicurezza potr? essere classificato come di classe A, B o C secondo le specifiche della ZVEI (Associazione tedesca dei produttori elettrici ed elettronici) definite nel Position Paper CB24I ?Classification of Binary 24 V Interfaces - Functional Safety aspects covered by dynamic testing?; Edition 2.0.1. Da un punto di vista teorico non vi sono limiti massimi o minimi per gli estremi dell?intervallo temporale.

Ad esempio, qualora si voglia rientrare all?interno delle suddette specifiche ZVEI, il valore minimo dell?intervallo potr? essere 250?s mentre il valore massimo potr? essere 1000?s.

Secondo una ulteriore modalit? operativa, il circuito di controllo 4 potr? essere programmato per impostare una durata fissa delle micropulsazioni di prova, ma sempre in maniera programmabile da parte dell?utente o direttamente dal produttore.

Allo stesso modo, anche il valore di soglia minimo della tensione di alimentazione potr? essere programmabile dall?utente e/o dal produttore.

Il circuito di controllo 4 sar? anche programmato per eseguire uno o pi? campionamenti del valore di tensione istantaneo all?interno dell?intervallo di durata delle micropulsazioni per verificare se il valore istantaneo sia inferiore o superiore al valore di soglia impostato.

In linea generale potr? essere sufficiente eseguire un unico campionamento in prossimit? del termine dell?intervallo della micropulsazione.

Secondo una ulteriore modalit? operativa, schematizzata in Fig. 3, i campionamenti potranno essere eseguiti ad intervalli di tempo T regolari, con periodo di valore costante.

Secondo ancora una ulteriore variante, non illustrata, per ognuno dei periodi T in cui ? suddiviso l?intervallo di durata della micropulsazione si potranno eseguire campionamenti multipli.

In Fig. 4 ? invece illustrata una ulteriore modalit? operativa in cui il circuito di controllo 4 ? atto ad eseguire un campionamento sostanzialmente continuo, ossia ad intervalli estremamente piccoli tra un campionamento e l?altro tali da non far apprezzare una soluzione di continuit? tra campionamenti successivi.

In questo caso sar? per? opportuno che il circuito di controllo 4 abbia un ingresso di tipo analogico per la lettura del valore di tensione, al contrario della configurazione precedente in cui l?ingresso sarebbe digitale.

Vantaggiosamente, tutte le modifiche apportate al circuito di controllo 4 potranno essere eseguite via firmware, senza apportare modifiche di tipo hardware.

Da quanto sopra esposto si evince chiaramente che il dispositivo secondo l?invenzione raggiunge gli scopi indicati.

Resta per? inteso che il dispositivo, l?apparato ed il metodo secondo l?invenzione sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate.

Claims

Rivendicazioni

1. Un dispositivo per il controllo di apparati di sicurezza, comprendente:

- almeno una uscita di tipo OSSD, preferibilmente una coppia di uscite, avente un terminale di uscita atto ad essere collegato ad un corrispondente ingresso dell?apparato di sicurezza atto a rilevare i segnali provenienti da detta almeno una uscita OSSD, detta almeno una uscita OSSD essendo alimentabile ad un valore di soglia massimo ed un valore di soglia minimo della tensione di alimentazione atti a determinare rispettivamente le condizioni di accensione e spegnimento di detta almeno una uscita; - un circuito di controllo atto ad eseguire un test del funzionamento di detta almeno una uscita OSSD mediante l?invio di micropulsazioni di prova per la commutazione di detto terminale di uscita a detto valore di soglia minimo per inviare un segnale di errore all?apparato di sicurezza in caso di rilevamento di un valore differente da detto valore di soglia minimo;

caratterizzato dal fatto che detto circuito di controllo ? atto a generare micropulsazioni di prova aventi durata variabile o modificabile in funzione del carico capacitivo definito del circuito posto a valle di detta almeno una uscita OSSD.

2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto circuito di controllo ? atto a variare la durata di dette micropulsazioni di prova in maniera dinamica all?interno di un intervallo di valori avente un minimo e massimo predeterminati.

3. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detto circuito di controllo ? atto ad eseguire uno o pi? campionamenti del valore della tensione istantanea all?interno di detto intervallo di durata di dette micropulsazioni per verificare quando detto valore istantaneo sia inferiore o superiore a detto valore di soglia.

4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti campionamenti sono eseguiti ad intervalli di tempo regolari con periodo di valore costante.

5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto circuito di controllo comprende un ingresso di tipo analogico per eseguire un campionamento sostanzialmente continuo all?interno di detto intervallo di durata di dette micropulsazioni.

6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto circuito di controllo ? atto ad impostare una durata fissa per dette micropulsazioni di prova in maniera programmabile dall?utente o dal produttore.

7. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto valore di soglia minimo della tensione di alimentazione ? programmabile dall?utente e/o dal produttore.

8. Un apparato di sicurezza avente terminali di ingresso collegati a terminali di uscita di tipo OSSD associati ad un dispositivo di controllo in accordo ad una o pi? delle rivendicazioni precedenti.

9. Apparato di sicurezza secondo la rivendicazione 8, in cui detto apparato ? scelto nel gruppo comprendente sensori di sicurezza, interruttori di sicurezza, moduli di sicurezza multifunzione.

10. Un metodo per il controllo di un dispositivo di sicurezza provvisto di una o pi? uscite OSSD aventi ognuna un terminale di uscita atto ad essere collegato ad un corrispondente terminale di ingresso di un apparato di sicurezza atto a rilevare i segnali provenienti da dette uscite OSSD, dette uscite OSSD essendo alimentabili a rispettivi valori di soglia massimo e minimo della tensione di alimentazione atti a determinare rispettivamente le condizioni di accensione e spegnimento di dette uscite, il quale metodo comprende una fase di test di dette uscite OSSD mediante invio di micropulsazioni di prova a detti terminali di uscita atti a commutare detti terminali di uscita al rispettivo valore di soglia minimo per inviare un segnale di errore all?apparato di sicurezza in caso di rilevamento di un valore differente da detto valore di soglia minimo; caratterizzato dal fatto che dette micropulsazioni di prova hanno durata variabile o modificabile in funzione del carico capacitivo definito del circuito posto a valle di detta almeno una uscita OSSD.

11. Metodo secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che la durata di dette micropulsazioni di prova sono variabili in maniera dinamica all?interno di un intervallo avente valori minimo e massimo predeterminato.