WO2023072642A1 - Schaltung mit schalter zum entladen von mit einem sicherheitsgerichteten digitalen eingang verbundenen kapazitiven elementen - Google Patents

Schaltung mit schalter zum entladen von mit einem sicherheitsgerichteten digitalen eingang verbundenen kapazitiven elementen Download PDF

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WO2023072642A1
WO2023072642A1 PCT/EP2022/078752 EP2022078752W WO2023072642A1 WO 2023072642 A1 WO2023072642 A1 WO 2023072642A1 EP 2022078752 W EP2022078752 W EP 2022078752W WO 2023072642 A1 WO2023072642 A1 WO 2023072642A1
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circuit
safety
input
output
switch
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PCT/EP2022/078752
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Karl Heckemann
Torsten Meyer
Christian Voss
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WAGO Verwaltungsgesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems

Definitions

  • the present invention relates to a circuit and in particular to a circuit which can be used in a safety-oriented input/output module, I/O module, such as is used in automation technology to provide field devices.
  • I/O module such as is used in automation technology to provide field devices.
  • a known voltage can be applied to the input or a known voltage curve can be entered across the input and the digital signal generated by the input can be compared with an expected digital signal.
  • a circuit according to the invention comprises a safety-related digital input and an input circuit downstream of the safety-related digital input, the input circuit comprising a comparison circuit which is connected to the safety-related digital input and set up to output a first value when a voltage present at the comparison circuit is in a first range and to output a second value if the voltage applied to the comparison circuit is in a second range, the input circuit being set up to close a switch connected to the safety-related digital input for discharging capacitive elements in preparation for a test and during the test to close the to evaluate the voltage applied to the comparison circuit.
  • the switch can be closed, for example, in response to a control signal which triggers the test and/or a (temporary) suspension of a signal read in via the safety-related digital input during normal operation announces, effects and/or indicates.
  • the safety-related digital input and the output can be set up to connect a field device.
  • the output can be connected to the safety-related digital input via a sensor or an actuator, and the voltage present at the safety-related digital input can characterize a measured value of the sensor or a state of the actuator.
  • it can be checked whether the voltage present at the safety-related digital input drops to zero when the output of the second voltage is set at the output.
  • connection terminal can be based, for example, on two conductors being electrically connected to one another by means of a clamping point produced by a spring element (e.g. by means of a clamping point produced by a cage clamp).
  • safety-related as used in the context of the present description and the claims is to be understood in particular as the presence of a measure for detecting errors such as redundant channels or mechanisms for error detection such as readback circuits.
  • circuit as used in the context of the present description and the claims is to be understood in particular as an assembly of electrical and electronic components to form a functional unit.
  • digital signal as used in the context of the present description and the claims is to be understood in particular as a signal which assumes discrete values (each discrete value being assigned a coherent analog range).
  • digital input as used in the context of the present description and the claims is to be understood in particular as an input that is used and set up to read in a digital signal.
  • capacitor element as used in the context of the present description and claims is to be understood as meaning any electronic or electrical component which has a non-negligible capacitance and must be discharged before the test is carried out.
  • switch as used in the present description and claims is used, in particular to understand an electronic switch which, depending on the state of the switch, connects two switch terminals to one another or separates them from one another.
  • the closed switch can conductively connect the safety-related digital input to a ground connection.
  • a resistor can be arranged between the safety-related digital input and a node via which the safety-related digital input is connected to the comparison circuit and the switch.
  • the resistor can enable a test to be carried out for internal sources of error if an external voltage present at the digital input cannot be switched off.
  • the switch can be closed and a check can be made as to whether a voltage change that is to be expected as a result of the closing of the switch is detected by the comparison circuit.
  • the resistor can also protect the switch by limiting the current flow across the switch to a current value that is within a range of values for which the switch is designed.
  • the circuit can also include an output and an output circuit upstream of the output, the circuit being set up to output a clock signal at the output.
  • the voltage at the safety-related digital input can be controlled by the clock signal at the output.
  • the input circuit can be set up to close the switch connected to the safety-related digital input if the output of a voltage at the output is interrupted by the output circuit.
  • the input circuit can have one or more microcontrollers that coordinate the interruption of the output of the second voltage at the output and the closing of the switch connected to the safety-related digital input.
  • the input circuit can be set up to open the switch connected to the digital input again after a predetermined time interval.
  • the input circuit can be set up to keep the switch connected to the safety-related digital input open during the test.
  • the input circuit can include two microcontrollers which are set up to read in the value output by the comparison circuit and to compare it with an expected value or range of values during the test.
  • the input circuit can be set up to repeat the test cyclically.
  • the safety-related digital input can be an input of an input/output module, I/O module.
  • the I/O module can also have a housing, which is designed to connect the I/O module to another I/O module or to a head-end station.
  • the I/O module can also have an interface that is set up to exchange data with the other I/O module or the head-end station.
  • the inputs and/or outputs of the I/O module can be set up to read in status signals and/or to output control signals.
  • the I/O module can be configurable with regard to deriving the data from the status signals or deriving the control signals from the data.
  • the I/O module can also have a memory in which data can be stored, from which the configuration of the I/O module can be derived.
  • I/O module as used in the context of the present description and the claims, is to be understood in particular as a device that can be stacked on a head station or is stacked during operation, which has one or more field devices with the Head station and, if necessary (via the head station) with a higher-level controller.
  • head station as used in the context of the present description, means a component of a modular fieldbus node (of a fieldbus system) whose task is to transmit the data and/or services of the I/Os lined up at the head station -To make modules available via the fieldbus to which the head-end station is connected.
  • the head station and the I/O module can be set up to exchange data by means of electrical signals via a wired transmission path (in particular a local bus).
  • a wired transmission path in particular a local bus.
  • the term "local bus” as used in the context of the present description is to be understood in particular as a bus via which (only) the I/O modules connected to the head-end station can be connected to one another or to the Head-end station are (directly) connected.
  • interface as used in the context of the present description is to be understood in particular as a bus interface that is set up for connection to the local bus.
  • housing as used in the context of the present description is to be understood in particular as a structure formed from a solid insulating material, in which conductive structures are embedded, with the housing typically being designed in such a way that accidental touching is prevented current-carrying conductor is prevented.
  • arranging as used in the context of the present description is to be understood in particular as the production of a frictional or positive connection between housings, through which a number of modules can be connected to one another in series.
  • module as used in the context of the present description and the claims is to be understood, in particular, as a device that can be connected to another device to expand the capabilities of this device, the device being set up to modules to be expanded.
  • processor as used in the context of the present description is to be understood in particular as an electronic device for processing machine-readable instructions.
  • memory as used in the context of the present description is to be understood in particular as an electronic device for storing and providing data at a later point in time.
  • information regarding a configuration means, in particular, information that results in how process images are to be generated (e.g. as read in at the inputs of the I/O module derive data from signals and how said data is to be transmitted to the head-end station via the local bus/bus) and/or how signals are to be derived from data which are transmitted from the head-end station to the I/O module via the local bus (the e.g. at the outputs of the I/O module).
  • field devices that supply status signals or process control signals can be connected to the inputs and/or to the outputs.
  • field device as used in the present Description is used to understand in particular with the I / O module (signalling) connected (eg. Connected to the I / O module) sensors and / or actuators.
  • the I/O module can be included in a system (e.g. a fieldbus system) together with a sensor that is connected to the safety-related digital input.
  • a system e.g. a fieldbus system
  • a method according to the invention for checking a safety-related digital input of the circuit includes carrying out a first test with regard to internal sources of error and carrying out a second test with regard to internal and external sources of error.
  • the first test includes actively discharging the line between the resistor and the comparison circuit by closing the switch, which is preferably connected to ground, evaluating the voltage present at the comparison circuit when the switch is closed, and generating a first error signal if the evaluation shows that the voltage is outside a first tolerance range.
  • the second test includes temporarily reducing a voltage read in via the safety-related digital input, actively discharging the capacitive elements connected to the safety-related digital input by closing the switch, which is preferably connected to ground, opening the switch, evaluating the comparison circuit when the switch is open Switch applied voltage and generating a second error signal when the evaluation shows that the voltage is outside a second tolerance range, which can match the first tolerance range or differ from the first tolerance range.
  • Fig. i schematically illustrates a field bus system
  • FIG. 3 illustrates the configuration of the field bus node by means of a computer connected to the field bus node
  • Figure 4 shows a block diagram of a system comprising an I/O module and a sensor connected to the I/O module;
  • Figure 5 shows an output circuit and an input circuit of the I/O module shown schematically in Figure 4;
  • FIG. 6 illustrates voltage curves and switch states in the circuits shown schematically in FIG. 5 during a test of the sensor connected to the I/O module;
  • Figure 7 shows a modification of the input circuit of the I/O module shown in Figure 5;
  • Fig. 8 illustrates voltage waveforms and switch states in the circuits shown schematically in Fig. 7 when performing a test for external error sources
  • Figure 9 shows a modification of the input circuit of the I/O module shown in Figure 7.
  • FIG. 10 shows a flowchart of a first test for checking a digital input of the I/O module.
  • Figure 11 shows a flow chart of a second test for checking the digital input of the I/O module.
  • FIG. 1 shows a block diagram of fieldbus system 10.
  • Fieldbus system 10 comprises fieldbus nodes 20, 40, 50 and 60 which are connected to one another via fieldbus 30.
  • FIG. Fieldbus node 20 is designed as a higher-level control unit and can be used both for monitoring and for regulating a system (not shown) that is controlled by fieldbus system 10 . If higher-level control unit 20 monitors a system, higher-level control unit 20 can receive status data from fieldbus nodes 40, 50 and 60 cyclically or acyclically, which describes the state of the system and generates an error signal or an alarm signal if the state of the system changes from a desired/permitted state or condition range (substantially) deviates.
  • higher-level control unit 20 can receive status data from fieldbus nodes 40, 50 and 60 cyclically or acyclically and, taking the status data into account, determine control data that are transmitted to fieldbus nodes 40, 50 and 60 .
  • head-end station 110 can have a processor and a memory in which information regarding a configuration of head-end station 110 is stored. The information regarding the configuration of head-end 110 may indicate, for example, which or how many I/O modules are attached to head-end 110 and how head-end 110 should handle the received status data.
  • Head-end station 110 can, for example, process the status data locally and/or forward it (possibly in a modified form) to higher-level control unit 20 via interface 114 and fieldbus 30 . Higher-level control unit 20 (or head-end station 110 in the case of local processing) can then generate control data, taking the status data into account.
  • the control data generated by higher-level control unit 20 can then be transmitted to head-end station 110 via fieldbus 30 .
  • the control data transmitted to head-end station 110 (or generated by head-end station 110) are then forwarded/transmitted to I/O module 120 (possibly in modified form).
  • I/O module 120 receives the control data and outputs control signals corresponding to the control data at output 124, to which actuator 150 is connected.
  • the communication of data between the components of field bus system 10 and the mapping of the sensor signals to status data and the mapping of the control data to control signals can be adapted to different application scenarios by configuring fieldbus nodes 50 .
  • fieldbus node 50 and computer 70 connected to fieldbus node 50 (for example a desktop, a laptop, a tablet, etc.), which is set up for this purpose, I/O module 120 and I/O module 130 of fieldbus nodes 50 to configure.
  • computer 70 can be used solely or predominantly for configuration and (in addition to configuration) can also perform other tasks.
  • the computer 70 can be part of the higher-level controller 20 and, in addition to the configuration, can also perform monitoring and/or control tasks.
  • computer 70 can monitor the system and be set up to switch from one operating mode to another operating mode when certain conditions are present (and possibly change or update the configuration in the course of the switch).
  • System 1000 includes I/O module 130 and sensor 140 which is connected to circuit 200 of I/O module 130.
  • Sensor 140 is supplied with energy by a voltage U2 output at output 136 and/or derives a voltage Ui from voltage U2, which voltage represents a measured value (sensor signal).
  • the voltage U2 output at the output 136 of the I/O module 130 is thus converted into a voltage Ui present at the input 134 .
  • sensor 140 may map an ambient value to voltage Ui, where Ui is (substantially) equal to U2 when the ambient value is in a first range and is (substantially) zero when the ambient value is in a second range (eg Sensor 140 be a button).
  • Input 134 is intended to convert voltage Ulin to a digital value.
  • the input can be intended to convert Ui to the digital value "0" when Ui is below Gl ("low level”), and to convert Ui to the digital value "1" when Ui is above G2 (“high level”) -Level”).
  • I/O module 130 includes input circuit 300 and output circuit 400.
  • Output circuit 400 has switch 230, which makes it possible to reduce voltage U2 output at output 136 for the test (e.g. to zero).
  • Input circuit 300 is configured to close switch 210 connected to input 134 to discharge capacitive elements connected to input 134 in preparation for the test.
  • Input circuit 300 further comprises switching circuit 240, which controls switch 210 and switch 230 by means of control signal Ci and control signal C2, respectively, and, during the test, by comparison circuit 250 output digital signal D evaluates.
  • Comparison circuit 250 can, for example, map the voltage Ui present at the comparison circuit to a low level or a high level.
  • the output of U2 at output 136 is interrupted by switch 230 at time ti as part of the test. Discontinuing the output of U2 at output 136 also returns Ui (if there is no error) to zero.
  • input 134 is connected to ground 220 via switch 210, so that by closing switch 210 at time t2 all capacitive elements connected to input 134 (e.g . lines connected to terminal 134, capacitors, etc.) are actively discharged in preparation for the test. Without active discharge, there would be a significant delay in Ui falling to zero, either making the test longer or reducing the error detection rate.
  • switch 210 is opened at time t3 and remains open during the test so that faults such as short circuits or short circuits can be detected.
  • switch 230 may be closed for a specified time interval (t3-t2) and then opened again. If the voltage read in via input 134 remains above a threshold (or outside a tolerance range) during the test, an error state can be concluded and an error signal can be output if necessary. If, on the other hand, the test indicates that I/O module 130 is in an error-free state, switch 230 can be closed again at time t4, as a result of which measured values can be read in at input 134 again. The test can be performed in response to a test signal or cyclically.
  • resistor 260 may be placed between input 134 and node K, through which input 134 is connected to comparator 250 and switch 210. Resistor 260 enables a test to be carried out for internal error sources if the voltage Ui present at input 134 cannot be reduced. As illustrated in FIG. 8, as part of the test, switch 210 is closed at time t5. If the voltage U3 present at comparison circuit 250 remains above a threshold (or outside a tolerance range) during the test, an error state can be concluded and an error signal can be output, if necessary. However, if the test indicates an error-free state of I/O module 130, switch 210 can be closed again at time t6 so that measured values can be read in again via input 134. This test can also be carried out in response to a test signal or cyclically.
  • Circuit 240 may further include two microcontrollers 270 and 280 as shown in FIG. Microcontrollers 270 and 280 can perform mutually redundant operations and cross-command each other's calculations/states and also coordinate the opening and closing of switch 210 and switch 230.
  • FIG. 10 shows a flow chart of the test for internal error sources.
  • the method starts at 510 with the closing of switch 210. Then at 520 (when the switch is closed) a voltage present at comparison circuit 250 is evaluated. An error signal is then generated at 530 if the evaluation shows that the voltage is outside a tolerance range around an expected value.
  • FIG. 11 shows a flow chart of the test for external error sources.
  • the method starts at 610 with the output of a control signal, which causes the signal Ui read in via input 134 in normal operation to be temporarily suspended.
  • a control signal which causes the signal Ui read in via input 134 in normal operation to be temporarily suspended.
  • switch 210 which is preferably connected to ground, the capacitive elements connected to input 134 are actively discharged.
  • switch 210 is opened again and at 640 (with the switch open) a voltage Ui present at input 134 is evaluated.
  • An error signal is then generated at 650 if the evaluation shows that the voltage is outside the tolerance range.

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Abstract

Gezeigt wird eine Schaltung mit einen sicherheitsgerichteten digitalen Eingang und einer dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang nachgelagerten Eingangsschaltung, wobei die Eingangsschaltung eine Vergleichsschaltung umfasst, die mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbunden und eingerichtet ist, einen ersten Wert auszugeben, wenn eine an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung in einem ersten Bereich liegt und einen zweiten Wert auszugeben, wenn die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung in einem zweiten Bereich liegt. Die Eingangsschaltung ist ferner eingerichtet, einen mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalter zum Entladen kapazitiver Elemente in Vorbereitung eines Tests zu schließen und während des Tests die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung auszuwerten.

Description

SCHALTUNG MIT SCHALTER ZUM ENTLADEN VON MIT EINEM SICHERHEITSGERICHTETEN DIGITALEN EINGANG VERBUNDENEN KAPAZITIVEN ELEMENTEN
GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung und insbesondere auf eine Schaltung, welche in einem sicherheitsgerichteten Eingabe-/Ausgabe-Modul, E/A- Modul, wie es bspw. in der Automatisierungstechnik zum Bereitstellen von Feldgeräten zum Einsatz kommt, verwendet werden kann.
HINTERGRUND
Um einen digitalen Eingang eines E/A-Moduls zu testen, kann eine bekannte Spannung an den Eingang angelegt bzw. ein bekannter Spannungsverlauf über den Eingang eingegeben werden und das durch den Eingang erzeugte Digitalsignal mit einem erwarteten Digitalsignal abgeglichen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine erfindungsgemäße Schaltung umfasst einen sicherheitsgerichteten digitalen Eingang und eine dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang nachgelagerte Eingangsschaltung, wobei die Eingangsschaltung eine Vergleichsschaltung umfasst, die mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbunden und eingerichtet ist, einen ersten Wert auszugeben, wenn eine an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung in einem ersten Bereich liegt und einen zweiten Wert auszugeben, wenn die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung in einem zweiten Bereich liegt, wobei die Eingangsschaltung eingerichtet ist, einen mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalter zum Entladen kapazitiver Elemente in Vorbereitung eines Tests zu schließen und während des Tests die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung auszuwerten.
Das Schließen des Schalters kann bspw. in Reaktion auf ein Steuersignal erfolgen, welches den Test und/oder ein (temporäres) Aussetzen eines über den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang im Normalbetrieb eingelesenen Signals ankündigt, bewirkt und/oder anzeigt. Bspw. können der sicherheitsgerichtete digitale Eingang und der Ausgang zum Anschluss eines Feldgeräts eingerichtet sein. Z. B. kann der Ausgang über einen Sensor oder einen Aktor mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbunden sein und die am sicherheitsgerichteten digitalen Eingang anliegende Spannung einen Messwert des Sensors oder einen Zustand des Aktors charakterisieren. Während des Tests kann bspw. überprüft werden, ob die am sicherheitsgerichteten digitalen Eingang anliegende Spannung auf null abfällt, wenn die Ausgabe der zweiten Spannung am Ausgang eingestellt wird.
In diesem Zusammenhang sind unter dem Begriff „Eingang“ bzw. unter dem Begriff „Ausgang“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere elektrische Anschlüsse, wie bspw. Verbindungsklemmen zu verstehen. Eine Verbindungsklemme kann bspw. darauf basieren, dass zwei Leiter mittels einer durch ein Federelement erzeugten Klemmstelle (z. B. mittels einer durch eine Käfigzugfeder erzeugten Klemmstelle) miteinander elektrisch verbunden werden. Des Weiteren ist unter dem Begriff „sicherheitsgerichtet“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere das Vorhandensein einer Maßnahme zur Aufdeckung von Fehlern zu verstehen wie bspw. redundante Kanäle oder Mechanismen zur Fehlererkennung wie bspw. Rückleseschaltungen.
Ferner ist unter dem Begriff „Schaltung“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere eine Zusammenstellung elektrischer und elektronischer Bauteile zu einer funktionalen Einheit zu verstehen. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Digitalsignal“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein Signal zu verstehen, welches diskrete Werte annimmt (wobei jedem diskreten Wert ein zusammenhängender analoger Bereich zugeordnet ist). In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „digitaler Eingang“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein Eingang zu verstehen, der dazu dient und eingerichtet ist, ein Digitalsignal einzulesen.
Ferner ist unter dem Begriff „kapazitives Element“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, jedes elektronische oder elektrische Bauteil zu verstehen, welches eine nicht zu vernachlässigende Kapazität aufweist und vor Durchführung des Tests entladen werden muss. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Schalter“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein elektronischer Schalter zu verstehen, der je nach Zustand des Schalters zwei Schalteranschlüsse miteinander verbindet oder voneinander trennt.
Der geschlossene Schalter kann den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang mit einem Masseanschluss leitend verbinden.
Zwischen dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang und einem Knotenpunkt, über den der sicherheitsgerichtete digitale Eingang mit der Vergleichsschaltung und dem Schalter verbunden ist, kann ein Widerstand angeordnet sein.
Der Widerstand kann die Durchführung eines Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen ermöglichen, wenn eine am digitalen Eingang anliegende Fremdspannung nicht abgeschaltet werden kann. In diesem Fall kann der Schalter geschlossen werden und überprüft werden, ob eine durch das Schließen des Schalters zu erwartende Spannungsänderung durch die Vergleichsschaltung erfasst wird. Der Widerstand kann zudem den Schalter schützen, indem er den Stromfluss über den Schalter auf einen Stromwert begrenzt, der innerhalb eines Wertebereichs liegt, für den der Schalter ausgelegt ist.
Die Schaltung kann ferner einen Ausgang und eine dem Ausgang vorgelagerte Ausgangsschaltung umfassen, wobei die Schaltung eingerichtet ist, am Ausgang ein Taktsignal auszugeben.
Die am sicherheitsgerichteten digitalen Eingang anliegende Spannung kann durch das am Ausgang ausgegebene Taktsignal gesteuert werden.
Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalter zu schließen, wenn die Ausgabe einer Spannung am Ausgang durch die Ausgangsschaltung unterbrochen wird.
Die Eingangsschaltung kann einen oder mehrere Mikrocontroller aufweisen, die das Unterbrechen der Ausgabe der zweiten Spannung am Ausgang und das Schließen des mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalters koordinieren.
Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den mit dem digitalen Eingang verbundenen Schalter nach einem vorbestimmten Zeitintervall wieder zu öffnen. Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen Schalter während des Tests geöffnet zu halten.
Die Eingangsschaltung kann zwei Mikrocontroller umfassen, welche eingerichtet sind, den durch die Vergleichsschaltung ausgegebenen Wert einzulesen und während des Tests mit einem erwarteten Wert oder Wertebereich abzugleichen.
Die Eingangsschaltung kann eingerichtet sein, den Test zyklisch zu wiederholen.
Der sicherheitsgerichtete digitale Eingang kann ein Eingang eines Eingabe-/Ausgabe- Moduls, E/A-Moduls sein.
Das E/A-Modul kann ferner ein Gehäuse aufweisen, welches zum Anreihen des E/A- Moduls an ein weiteres E/A-Modul oder an eine Kopfstation ausgebildet ist. Das E/A- Modul kann zudem eine Schnittstelle aufweisen, die zum Austausch von Daten mit dem weiteren E/A-Modul oder der Kopfstation eingerichtet ist. Die Ein- und/oder Ausgänge des E/A-Moduls können zum Einlesen von Zustandssignalen und/oder zum Ausgeben von Steuersignalen eingerichtet sein. Das E/A-Modul kann hinsichtlich einer Ableitung der Daten aus den Zustandssignalen bzw. einer Ableitung der Steuersignale aus den Daten konfigurierbar sein. Das E/A-Modul kann ferner einen Speicher aufweisen, in dem Daten abgelegt werden können, aus denen sich die Konfiguration des E/A-Moduls ableiten lässt.
In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „E/A-Modul“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere ein an eine Kopfstation anreihbares bzw. im Betrieb angereihtes Gerät zu verstehen, das eines oder mehrere Feldgeräte mit der Kopfstation und ggf. (über die Kopfstation) mit einer übergeordneten Steuerung verbindet. Ferner ist unter dem Begriff „Kopfstation“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, eine Komponente eines modularen Feldbusknotens (eines Feldbussystems) zu verstehen, deren Aufgabe es ist, die Daten und/oder Dienste der an der Kopfstation angereihten E/A-Module über den Feldbus, an dem die Kopfstation angeschlossen ist, verfügbar zu machen.
Die Kopfstation und das E/A-Modul können eingerichtet sein, Daten mittels elektrischer Signale über eine drahtgebundene Übertragungsstrecke (insbesondere einen Lokalbus) auszutauschen. Dabei ist unter dem Begriff „Lokalbus“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere ein Bus zu verstehen, über den (nur) die an die Kopfstation angereihten E/A-Module miteinander bzw. mit der Kopfstation (unmittelbar) verbunden sind. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „Schnittstelle“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine Busschnittstelle zu verstehen, die zum Anschluss an den Lokalbus eingerichtet ist.
Des Weiteren ist unter dem Begriff „Gehäuse“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine aus einem festen Isolierstoff gebildete Struktur zu verstehen, in die leitende Strukturen eingebettet sind, wobei das Gehäuse typischerweise so ausgebildet ist, dass ein versehentliches Berühren stromführender Leiter verhindert wird. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „Anreihen“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere das Herstellen einer reib- oder formschlüssigen Verbindung zwischen Gehäusen zu verstehen, durch die mehrere Module miteinander seriell verbunden werden können.
Ferner ist unter dem Begriff „Modul“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung und der Ansprüche verwendet wird, insbesondere eine Vorrichtung zu verstehen, die zur Erweiterung der Fähigkeiten einer anderen Vorrichtung mit dieser verbunden werden kann, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, um mehrere Module erweitert zu werden. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Prozessor“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine elektronische Einrichtung zum Verarbeiten von maschinenlesbaren Anweisungen zu verstehen. Ferner ist unter dem Begriff „Speicher“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere eine elektronische Einrichtung zum Aufbewahren und Bereitstellen von Daten zu einem späteren Zeitpunkt zu verstehen.
Ferner sind bei der Formulierung „Informationen hinsichtlich einer Konfiguration“, wie sie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere Informationen gemeint, aus denen sich ergibt, wie Prozessabbilder zu erzeugen (bspw. wie aus an den Eingängen des E/A-Moduls eingelesenen Signalen Daten abzuleiten und wie besagte Daten über den Lokalbus/Bus an die Kopfstation zu übertragen sind) und/oder wie aus Daten, die von der Kopfstation über den Lokalbus an das E/A-Modul übertragen werden, Signale abzuleiten sind (die bspw. an den Ausgängen des E/A- Moduls ausgegeben werden).
Bspw. können an den Eingängen und/oder an den Ausgängen Feldgeräte angeschlossen sein, die Zustandssignale liefern bzw. Steuersignale verarbeiten. In diesem Zusammenhang sind unter dem Begriff „Feldgerät“, wie er im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, insbesondere mit dem E/A-Modul (signaltechnisch) verbundene (bspw. an dem E/A-Modul angeschlossene) Sensoren und/oder Aktoren zu verstehen.
Das E/A-Modul kann zusammen mit einem Sensor, der mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbunden ist, in einem System (bspw. einem Feldbussystem) umfasst sein.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen eines sicherheitsgerichteten digitalen Eingangs der Schaltung umfasst ein Ausführen eines ersten Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen und ein Ausführen eines zweiten Tests hinsichtlich interner und externer Fehlerquellen.
Der erste Test umfasst ein aktives Entladen der Leitung zwischen dem Widerstand und der Vergleichsschaltung durch Schließen des vorzugsweise mit Masse verbundenen Schalters, ein Auswerten der an der Vergleichsschaltung bei geschlossenem Schalter anliegenden Spannung und ein Erzeugen eines ersten Fehlersignals, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb eines ersten Toleranzbereichs liegt.
Der zweite Test umfasst ein temporäres Reduzieren einer über den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang eingelesenen Spannung, ein aktives Entladen von mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang verbundenen kapazitiven Elementen durch Schließen des vorzugsweise mit Masse verbundenen Schalters, ein Öffnen des Schalters, ein Auswerten der an der Vergleichsschaltung bei geöffnetem Schalter anliegenden Spannung und ein Erzeugen eines zweiten Fehlersignals, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb eines zweiten Toleranzbereichs liegt, der mit dem ersten Toleranzbereich übereinstimmen oder sich vom ersten Toleranzbereich unterscheiden kann.
Dabei versteht es sich, dass grundsätzlich alle durch die (bzw. unter Verwendung der) Schaltung ausgeführten Schritte als Schritte des Verfahrens aufgefasst werden können und umgekehrt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachfolgend in der detaillierten Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei auf Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen: Fig. i ein Feldbussystem schematisch illustriert;
Fig. 2 einen Feldbusknoten schematisch illustriert;
Fig. 3 die Konfiguration des Feldbusknotens mittels eines mit dem Feldbusknoten verbundenen Rechners illustriert;
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Systems zeigt, welches ein E/A-Modul und einen an dem E/A-Modul angeschlossenen Sensor umfasst;
Fig. 5 eine Ausgangsschaltung und eine Eingangsschaltung des in Fig. 4 schematisch dargestellten E/A-Moduls zeigt;
Fig. 6 Spannungsverläufe und Schalterzustände in den in Fig. 5 schematisch dargestellten Schaltungen bei einem Test des an dem E/A-Modul angeschlossenen Sensors illustriert;
Fig. 7 eine Modifikation der in Fig. 5 gezeigten Eingangsschaltung des E/A- Moduls zeigt;
Fig. 8 Spannungsverläufe und Schalterzustände in den in Fig. 7 schematisch dargestellten Schaltungen bei der Durchführung eines Tests hinsichtlich externer Fehlerquellen illustriert;
Fig. 9 eine Modifikation der in Fig. 7 gezeigten Eingangsschaltung des E/A- Moduls zeigt; und
Fig. 10 ein Flussdiagramm eines ersten Tests zum Überprüfen eines digitalen Eingangs des E/A-Moduls zeigt.
Fig. 11 ein Flussdiagramm eines zweiten Tests zum Überprüfen des digitalen Eingangs des E/A-Moduls zeigt.
Dabei sind in den Zeichnungen gleiche oder funktional ähnliche Elemente durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm von Feldbussystem 10. Feldbussystem 10 umfasst Feldbusknoten 20, 40, 50 und 60, die über Feldbus 30 miteinander verbunden sind. Feldbusknoten 20 ist als übergeordnete Steuereinheit ausgebildet und kann sowohl zur Überwachung als auch zur Regelung einer Anlage (nicht gezeigt) dienen, die durch Feldbussystem 10 gesteuert wird. Wenn übergeordnete Steuereinheit 20 eine Anlage überwacht, kann übergeordnete Steuereinheit 20 von Feldbusknoten 40, 50 und 60 zyklisch oder azyklisch Zustandsdaten empfangen, die den Zustand der Anlage beschreiben und ein Fehlersignal oder ein Alarmsignal erzeugen, wenn der Zustand der Anlage von einem gewünschten/erlaubten Zustand oder Zustandsbereich (substanziell) abweicht. Wenn übergeordnete Steuereinheit 20 die Anlage (nicht nur überwacht, sondern auch) regelt, kann übergeordnete Steuereinheit 20 von Feldbusknoten 40, 50 und 60 zyklisch oder azyklisch Zustandsdaten empfangen und unter Berücksichtigung der Zustandsdaten Steuerdaten ermitteln, die zu Feldbusknoten 40, 50 und 60 übertragen werden.
Fig. 2 zeigt modularen Feldbusknoten 50, bestehend aus Modul 110 (Kopfstation) und zwei an Kopfstation 110 angereihten E/A-Modulen 120 und 130, an denen Feldgeräte 140 und 150, wie bspw. Sensoren und Aktoren, angeschlossen sind. Während des Betriebs liest E/A-Modul 130 über Eingang 136 Sensorsignale ein und erzeugt aus den Sensorsignalen Zustandsdaten, die über Schnittstelle 132, Lokalbus 160 und Schnittstelle 112 an Kopfstation 110 übertragen werden. Kopfstation 110 kann neben (Feldbus-) Schnittstelle 114 einen Prozessor und einen Speicher aufweisen, in dem Informationen hinsichtlich einer Konfiguration von Kopfstation 110 gespeichert sind. Die Informationen hinsichtlich der Konfiguration von Kopfstation 110 können bspw. angeben, welche oder wie viele E/A-Module an Kopfstation 110 angereiht sind und wie Kopfstation 110 mit den empfangenen Zustandsdaten umgehen soll. Kopfstation 110 kann die Zustandsdaten bspw. lokal verarbeiteten und/oder (ggf. in modifizierter Form) über Schnittstelle 114 und Feldbus 30 an übergeordnete Steuereinheit 20 weiterleiten. Übergeordnete Steuereinheit 20 (oder bei einer lokalen Verarbeitung Kopfstation 110) kann dann unter Berücksichtigung der Zustandsdaten Steuerdaten erzeugen.
Die durch übergeordnete Steuereinheit 20 erzeugten Steuerdaten können dann über Feldbus 30 an Kopfstation 110 übertragen werden. Die zu Kopfstation 110 übertragenen (bzw. die durch Kopfstation 110 erzeugten) Steuerdaten werden dann (ggf. in modifizierter Form) an E/A-Modul 120 weiterg el eitet/ übertragen. E/A-Modul 120 empfängt die Steuerdaten und gibt den Steuerdaten entsprechende Steuersignale an Ausgang 124, an dem Aktor 150 angeschlossen ist, aus. Die Kommunikation von Daten zwischen den Komponenten von Feldbussystem 10 und die Abbildung der Sensorsignale auf Zustandsdaten und die Abbildung der Steuerdaten auf Steuersignale kann dabei durch eine Konfiguration von Feldbusknoten 50 an unterschiedliche Einsatzszenarien angepasst werden.
Fig. 3 zeigt dazu Feldbusknoten 50 und mit Feldbusknoten 50 verbundenen Rechner 70 (bspw. ein Desktop, ein Laptop, ein Tablet, etc.), der dazu eingerichtet ist, E/A-Modul 120 und E/A-Modul 130 von Feldbusknoten 50 zu konfigurieren. Rechner 70 kann dabei sowohl alleinig oder überwiegend der Konfiguration dienen als auch (neben der Konfiguration) noch andere Aufgaben ausführen. Insbesondere kann Rechner 70 Teil der übergeordneten Steuerung 20 sein und neben der Konfiguration auch Überwachungs- und/oder Steueraufgaben wahrnehmen. Bspw. kann Rechner 70 die Anlage überwachen und eingerichtet sein, bei Vorliegen bestimmter Bedingungen von einem Betriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus umzuschalten (und im Zuge der Umschaltung ggf. die Konfiguration zu ändern oder zu aktualisieren).
Fig. 4 illustriert schematisch System 1000. System 1000 umfasst E/A-Modul 130 und Sensor 140, welcher an Schaltung 200 von E/A-Modul 130 angeschlossen ist. Sensor 140 wird durch eine an Ausgang 136 ausgegebene Spannung U2 mit Energie versorgt und/oder leitet aus Spannung U2 eine Spannung Ui ab, die einen Messwert repräsentiert (Sensorsignal). Die an Ausgang 136 von E/A-Modul 130 ausgegebene Spannung U2 wird somit in eine an Eingang 134 anliegende Spannung Ui gewandelt. Bspw. kann Sensor 140 einen Umgebungswert auf Spannung Ui abbilden, wobei Ui (im Wesentlichen) U2 entspricht, wenn der Umgebungswert in einem ersten Bereich liegt, und (im Wesentlichen) null ist, wenn der Umgebungswert in einem zweiten Bereich liegt (bspw. kann Sensor 140 ein Taster sein). Eingang 134 ist dazu vorgesehen, Spannung Ulin einen Digitalwert zu wandeln. Bspw. kann Eingang dazu vorgesehen sein, Ui in den Digitalwert „o“ zu wandeln, wenn Ui unterhalb Gl liegt („Low-Pegel“), und Ui in den Digitalwert „1“ zu wandeln, wenn Ui oberhalb G2 liegt („High-Pegel“).
Wie in Fig. 5 gezeigt, umfasst E/A-Modul 130 Eingangsschaltung 300 und Ausgangsschaltung 400. Ausgangsschaltung 400 weist Schalter 230 auf, der es ermöglicht, die am Ausgang 136 ausgegebene Spannung U2 für den Test (bspw. auf Null) zu reduzieren. Eingangsschaltung 300 ist eingerichtet, den mit Eingang 134 verbundenen Schalter 210 zum Entladen von mit Eingang 134 verbundenen kapazitiven Elementen in Vorbereitung des Tests zu schließen. Eingangsschaltung 300 umfasst ferner Schaltkreis 240, der Schalter 210 und Schalter 230 mittels Steuersignal Ci bzw. Steuersignal C2 steuert und während des Tests ein durch Vergleichsschaltung 250 ausgegebenes Digitalsignal D auswertet. Vergleichsschaltung 250 kann bspw. die an der Vergleichsschaltung anliegende Spannung Ui auf einen Low-Pegel oder einen High- Pegel abbilden.
Wie in Fig. 6 illustriert, wird die Ausgabe von U2 an Ausgang 136 im Rahmen des Tests zum Zeitpunkt ti mittels Schalter 230 unterbrochen. Durch Unterbrechen der Ausgabe von U2 an Ausgang 136 geht Ui (wenn kein Fehler vorliegt) ebenfalls auf null zurück. Um die für den Test benötigte Zeit (in der kein Messsignal eingelesen werden kann) zu verringen, ist Eingang 134 über Schalter 210 mit Masse 220 verbunden, so dass durch Schließen von Schalter 210 zum Zeitpunkt t2 alle mit Eingang 134 verbundenen kapazitiven Elemente (wie bspw. an Anschluss 134 angeschlossene Leitungen, Kondensatoren, etc.) in Vorbereitung des Tests aktiv entladen werden. Ohne aktive Entladung würde der Rückgang von Ui auf null erst mit deutlicher Verzögerung eintreten, wodurch der Test entweder länger oder die Fehlererkennungsrate reduziert würde.
Nach dem aktiven Entladen wird Schalter 210 zum Zeitpunkt t3 geöffnet und verbleibt während des Tests offen, so dass Fehler wie bspw. Kurz- oder Leiterschlüsse erkannt werden können. Bspw. kann Schalter 230 für ein bestimmtes Zeitintervall (t3-t2) geschlossen und dann wieder geöffnet werden. Verbleibt die über Eingang 134 eingelesene Spannung während des Tests oberhalb einer Schwelle (bzw. außerhalb eines Toleranzbereichs), kann auf einen Fehlerzustand geschlossen werden und ggf. ein Fehlersignal ausgegeben werden. Deutet der Test hingegen auf einen fehlerfreien Zustand von E/A-Modul 130 hin, kann Schalter 230 zum Zeitpunkt t4 wieder geschlossen werden, wodurch an Eingang 134 wieder Messwerte eingelesen werden können. Der Test kann in Reaktion auf ein Testsignal oder zyklisch erfolgen.
Wie in Fig. 7 gezeigt, kann zwischen Eingang 134 und Knotenpunkt K, über den Eingang 134 mit Vergleichsschaltung 250 und Schalter 210 verbunden ist, Widerstand 260 angeordnet sein. Widerstand 260 ermöglicht die Durchführung eines Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen, wenn die an Eingang 134 anliegende Spannung Ui nicht reduziert werden kann. Wie in Fig. 8 illustriert, wird Schalter 210 im Rahmen des Tests zum Zeitpunkt t5 geschlossen. Verbleibt die an Vergleichsschaltung 250 anliegende Spannung U3 während des Tests oberhalb einer Schwelle (bzw. außerhalb eines Toleranzbereichs), kann auf einen Fehlerzustand geschlossen werden und ggf. ein Fehlersignal ausgegeben werden. Deutet der Test hingegen auf einen fehlerfreien Zustand von E/A-Modul 130 hin, kann Schalter 210 zum Zeitpunkt t6 wieder geschlossen werden, wodurch über Eingang 134 wieder Messwerte eingelesen werden können. Auch dieser Test kann in Reaktion auf ein Testsignal oder zyklisch erfolgen.
Schaltkreis 240 kann ferner, wie in Fig. 9 gezeigt, zwei Mikrocontroller 270 und 280 umfassen. Mikrocontroller 270 und 280 können zueinander redundante Operationen ausführen und ihre Berechnungen/Zustände mittels Kreuzkommunikation gegenseitig überprüfen und auch das Öffnen und Schließen von Schalter 210 und Schalter 230 koordinieren.
Fig. 10 zeigt ein Flussdiagramm des Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen. Das Verfahren startet bei 510 mit dem Schließen von Schalter 210. Dann wird bei 520 (bei geschlossenem Schalter) eine an Vergleichsschaltung 250 anliegende Spannung ausgewertet. Bei 530 wird dann ein Fehlersignal erzeugt, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb eines Toleranzbereichs um einen Erwartungswert liegt.
Fig. 11 zeigt ein Flussdiagramm des Tests hinsichtlich externer Fehlerquellen. Das Verfahren startet bei 610 mit dem Ausgeben eines Steuersignals, welches bewirkt, dass das über Eingang 134 im Normalbetrieb eingelesene Signal Ui temporär ausgesetzt wird. Bei 620 werden durch Schließen des vorzugsweise mit Masse verbundenen Schalters 210 die mit Eingang 134 verbundenen kapazitiven Elemente aktiv entladen. Dann wird bei 630 Schalter 210 wieder geöffnet und bei 640 (bei geöffnetem Schalter) eine an Eingang 134 anliegende Spannung Ui ausgewertet. Bei 650 wird dann ein Fehlersignal erzeugt, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung außerhalb des Toleranzbereichs liegt.
BEZUGSZEICHENLISTE io Feldbussystem
20 Feldbusknoten (übergeordnete Steuereinheit)
30 Feldbus
40 Feldbusknoten
50 Feldbusknoten
6o Feldbusknoten
70 Rechner
110 Kopfstation (Modul)
112 Busschnittstelle
114 Feldbusschnittstelle
120 E/A-Modul
122 Busschnittstelle
124 Eingang
126 Ausgang
128 Gehäuse
130 E/A-Modul
132 Busschnittstelle
134 Eingang
136 Ausgang
138 Gehäuse
140 Feldgerät (Sensor)
150 Feldgerät (Aktor)
160 Lokalbus
200 Schaltung
210 Schalter (Schalterzustand: Si)
220 Masse
230 Schalter (Schalterzustand: S2)
240 Schaltkreis
250 Vergleichsschaltung
260 Widerstand
270 Mikrocontroller
280 Mikrocontroller
300 Eingangsschaltung 400 Ausgangsschaltung
510 Schritt
520 Schritt
530 Schritt
610 Schritt
620 Schritt
630 Schritt
640 Schritt
650 Schritt
1000 System
Ci Steuersignal
C2 Steuersignal
D Digitalsignal
Gl Grenzwert
G2 Grenzwert
51 Schalterzustand
52 Schalterzustand
Ui Spannung
U2 Spannung
U3 Spannung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Schaltung (200), umfassend: einen sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134); und eine dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) nachgelagerte Eingangsschaltung (300), wobei die Eingangsschaltung (300) eine Vergleichsschaltung (250) umfasst, die mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) verbunden und eingerichtet ist, einen ersten Wert auszugeben, wenn eine an der Vergleichsschaltung (250) anliegende Spannung (Ui, U3) in einem ersten Bereich liegt und einen zweiten Wert auszugeben, wenn die an der Vergleichsschaltung (250) anliegende Spannung (Ui, U3) in einem zweiten Bereich liegt; wobei die Eingangsschaltung (300) ferner eingerichtet ist, einen mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) verbundenen Schalter (210) zum Entladen kapazitiver Elemente in Vorbereitung eines Tests zu schließen und während des Tests die an der Vergleichsschaltung (250) anliegende Spannung (Ui, U3) auszuwerten.
2. Schaltung (200) nach Anspruch 1, wobei der geschlossene Schalter (210) den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) mit einem Masseanschluss leitend verbindet.
3. Schaltung (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei zwischen dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) und einem Knotenpunkt (K), über den der sicherheitsgerichtete digitale Eingang (134) mit der Vergleichsschaltung (250) und dem Schalter (210) verbunden ist, ein Widerstand (260) angeordnet ist.
4. Schaltung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: einen Ausgang (136); und eine dem Ausgang (136) vorgelagerte Ausgangsschaltung (400); wobei die Schaltung (200) eingerichtet ist, am Ausgang (136) ein Taktsignal auszugeben.
5. Schaltung (200) nach Anspruch 4, wobei die am sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) anliegende Spannung (Ui) durch das am Ausgang (136) ausgegebene Taktsignal gesteuert wird.
6. Schaltung (200) nach Anspruch 5, wobei die Eingangsschaltung (300) eingerichtet ist, den mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) verbundenen Schalter (210) zu schließen, wenn die Ausgabe einer Spannung (U2) am Ausgang (136) durch die Ausgangsschaltung (400) unterbrochen wird.
7. Schaltung (200) nach Anspruch 6, wobei die Eingangsschaltung (300) einen oder mehrere Mikrocontroller (270, 280) aufweist, die das Unterbrechen der Ausgabe der zweiten Spannung (U2) am Ausgang (136) und das Schließen des mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) verbundenen Schalters (210) koordinieren.
8. Schaltung (200) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Eingangsschaltung (300) eingerichtet ist, den mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) verbundenen Schalter (210) nach einem vorbestimmten Zeitintervall (t3-t2) wieder zu öffnen.
9. Schaltung (200) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Eingangsschaltung (300) eingerichtet ist, den mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) verbundenen Schalter (210) während des Tests geöffnet zu halten.
10. Schaltung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Eingangsschaltung (300) zwei Mikrocontroller (270, 280) umfasst, welche eingereicht sind, den durch die Vergleichsschaltung (250) ausgegebenen Wert einzulesen und während des Tests mit einem erwarteten Wert oder Wertebereich abzugleichen. 16
11. Schaltung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Eingangsschaltung (300) eingerichtet ist, den Test zyklisch zu wiederholen.
12. Sicherheitsgerichtetes Eingabe-/Ausgabe-Modul (130) mit einer Schaltung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der sicherheitsgerichteten digitale Eingang (134) ein Eingang des sicherheitsgerichteten Eingabe-/Ausgabe-Moduls (130) ist.
13. System (1000), umfassend: ein sicherheitsgerichtetes Eingabe-/Ausgabe-Modul (130) nach Anspruch 12; und einen Sensor (140), welcher mit dem sicherheitsgerichtetem digitalen Eingang (134) verbunden ist.
14. Verfahren zum Überprüfen eines sicherheitsgerichteten digitalen Eingangs (134) einer Schaltung (200) nach Anspruch 3, umfassend ein Ausführen eines ersten Tests hinsichtlich interner Fehlerquellen und ein Ausführen eines zweiten Tests hinsichtlich interner und externer Fehlerquellen; wobei der erste Test die folgenden Schritte umfasst:
Schließen (510) des vorzugsweise mit Masse (220) verbundenen Schalters (210);
Auswerten (520) der an der Vergleichsschaltung (250) bei geschlossenem Schalter (210) anliegenden Spannung (U3); und
Erzeugen (530) eines ersten Fehlersignals, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung (U3) außerhalb eines ersten Toleranzbereichs liegt; und wobei der zweite Test die folgenden Schritte umfasst: temporäres Reduzieren (610) einer über den sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) eingelesenen Spannung (Ui); aktives Entladen (620) von mit dem sicherheitsgerichteten digitalen Eingang (134) verbundenen kapazitiven Elementen durch Schließen des vorzugsweise mit Masse (220) verbundenen Schalters (210);
Öffnen (630) des Schalters (210); 17
Auswerten (640) der an der Vergleichsschaltung (250) bei geöffnetem Schalter (210) anliegenden Spannung (Ul, U3); und
Erzeugen (650) eines zweiten Fehlersignals, wenn das Auswerten ergibt, dass die Spannung (Ui, U3) außerhalb eines zweiten Toleranzbereichs liegt, der mit dem ersten Toleranzbereich übereinstimmen oder sich vom ersten Toleranzbereich unterscheiden kann.
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