AT505741A1 - Dezentrale energieversorgungseinrichtung für ein modulares, fehlersicheres steuerungssystem - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine dezentrale Energieversorgungseinrichtung für ein modulares, fehlersicheres Steuerungssystem umfassend einen Spannungswandler, ein Kommunikationsmodul, zumindest eine Modul-Anschlussvorrichtung, und ein Sicherheitsschaltkreis-Modul wobei der Spannungswandler einen Hochvolt-Eingang und zumindest einen Niedervolt-Ausgang aufweist, wobei der Niedervolt-Ausgang mit der Modul-Anschlussvorrichtung verbunden ist und wobei das Kommunikationsmodul eine erste Kommunikationsschnittstelle aufweist und zumindest eine zweite Kommunikationsschnittstelle mit der Modul-Anschlussvorrichtung verbunden ist und wobei das Sicherheitsschaltkreis-Modul mit dem datentechnischen Signalumsetzer und der Modul-Anschlussvorrichtung verbunden ist.

Weiters betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer dezentralen Energieversorgungseinrichtung.

Zur Durchführung von Steuerungsaufgaben in komplexen technischen Systemen, beispielsweise in Fertigungsstraßen und Transport- bzw. Fördersystemen, sowie generell in allen technischen Systemen die eine große räumliche Ausdehnung aufweisen, stehen dem kundigen Fachmann zur Lösung einer gestellten Steuerungsaufgabe zwei wesentliche Konzepte zur Verfügung. Die gesamte Steuerungsfunktionalität kann von einer zentralen Steuerung durchgeführt werden und andererseits besteht die Möglichkeit, die Steuerungsaufgabe über die gesamte technische Einrichtung zu verteilen.

Bei einer zentralen Steuerungseinrichtung ist der gesamte Steuerungsablauf in einer zentralen Einrichtung zusammengefasst. Dies bedeutet insbesondere, dass die Vorrichtungen zur Abarbeitung des Steuerungsvorgangs, die Stell- und Regelglieder und die Schalt- bzw. Überwachungseinrichtungen in einer Zentrale zusammengefasst sind. Dies bedeutet aber auch, dass Verbindungsleitungen von der zentralen Steuerungsvorrichtung zu jedem der N2007/06100 * • · • · • · • • • · • · • · • · ··· ··♦ • · • # • ♦ ·♦· • · • • · • · • • ♦ • • · ·· ·· ·· ·· ··· ·· -2- oftmals weit entfernten Sensoren bzw. Aktoren geführt werden müssen, was insbesondere bei großen bzw. weiträumigen Betriebsanlagen sehr schnell zu großen Längen der Verbindungsleitungen führt. Speziell bei einer Veränderung des Steuerungssystems, beispielsweise bei einer Erweiterung und/oder einem Umbau, zeigt sich das Problem, dass oftmals ganze Kabelbäume neu verlegt werden müssen, da die verlegten Verbindungsleitungen nicht mehr verwendbar sind. Ein weiteres Problem ergibt sich bei der Versorgung der entfernten Steuerungseinrichtungen mit elektrischer Energie, insbesondere mit Gleichspannung im Niedervoltbereich. Da auch die Energieversorgung für die Steuerungseinrichtungen zentral angeordnet ist, beispielsweise eine Energieversorgung für einen Fertigungsabschnitt, muss diese zumeist eine große Anzahl von Steuerungsmodulen mit elektrischer Energie versorgen. Bei einer Erweiterung bzw. Änderung der Steuerungseinrichtung ist nun immer auch die zu erwartende Rückwirkung bzw. Beeinflussung der anderen, an die Energieversorgung angeschlossenen Steuerungsmodule zu berücksichtigen - insbesondere ist immer der maximale Energiebedarf zu berücksichtigen. Gegebenenfalls kann es während der Durchführung der Steuerungsaufgabe zu Betriebszuständen kommen, in den eine große Anzahl von Steuerungsmodulen kurzfristig eine hohe Energiemenge benötigen -beispielsweise wenn viele Schnellschaltventile gleichzeitig aktiviert werden. Ein derartiger Laststoß kann jedoch zu einem Spannungseinbruch auf der Versorgungsleitung führen, was unmittelbar die Funktion der Steuerungsmodule beeinträchtigt. Eine stabile Energieversorgung der Steuerungsmodule ist jedoch ein wesentliches Kriterium für die Zuverlässigkeit der Steuerungseinrichtung.

Da bei komplexen und ausgedehnten Steuerungseinrichtungen der Verkabelungsaufwand sehr schnell Überhand nimmt, wurde mit dezentralen Steuerungseinrichtungen eine Möglichkeit geschaffen, die gesamte Steuerungsaufgabe auf eine Vielzahl einzelner Ausführungseinheiten zu verteilen. Als Kommunikationsmedium zwischen den Ausführungseinheiten wird zumeist ein Bussystem verwendet, wodurch sich der Verkabelungsaufwand wesentlich reduziert. Bei einem derartigen Steuerungssystem wird auch die Energieversorgung zumeist dezentral ausgeführt, wobei üblicherweise funktional zusammengehörende Steuerungsabschnitte von einer Energieversorgung mit elektrischer Energie und gegebenenfalls mit Prozessmedien, wie Druckluft, Wasser, Öl, versorgt werden. Der Entwurf einer dezentralen Steuerung ist jedoch deutlich aufwändiger und kostspieliger, da die Steue- N2007/06100 • · • · • · • · t · · · · • · f ·»· *·· ·· • ♦·· · · · · · • · · · ·· · ··· -3-rungsaufgabe auf die Vielzahl der Ausfuhrungseinheiten aufgeteilt werden muss was nur mit sehr speziellen Werkzeugen möglich ist und detailliertes Fachwissen erfordert.

Eine wesentliche Anforderung an eine Steuerungseinrichtung besteht darin, fehlersichere Sicherheitskreise bzw. lokal begrenzte Sicherheitszonen zu schaffen. In einer Fertigungseinrichtung gibt es zumeist mehrere Bearbeitungsplätze in denen Werkzeugmaschinen und gegebenenfalls Manipulationsvorrichtungen Arbeiten vornehmen, bspw. mehrere Einzelteile eines Werkstücks zusammenfügen. Nach Abschluss der durchzuführenden Arbeiten wird das Werkstück dann bspw. von einem Fördersystem übernommen und an einen weiteren Bearbeitungsplatz transportiert. Für die Sicherheit an einem solchen Bearbeitungsplatz bzw. für die Sicherheit innerhalb der gesamten Fertigungseinrichtung ist es nun erforderlich, dass es abgeschlossene Sicherheitsbereiche gibt, für die Sicherheitsstandards festgelegt sind und wo diese Standards überwacht werden und bei Verletzung des Sicherheitsbereichs ein Warn- bzw. Alarmsignal ausgegeben wird, oder ggf. eine Notfallmaßnahme eingeleitet wird. Für einen Bearbeitungsplatz an dem mehrere Manipulatoren arbeiten ist es beispielsweise von äußerster Wichtigkeit, dass sich während der Verfahrbewegungen der Manipulatoren kein Bediener im Arbeits- bzw. Schwenkbereich aufhält. Weiters muss eine Sicherheitsschaltung, beispielsweise ein Not-Aus-Taster, alle Bearbeitungsmittel im jeweiligen Bearbeitungsabschnitt sicher und zuverlässig außer Betrieb setzen. Da in einem derartigen Bearbeitungsabschnitt oftmals viele unterschiedliche Systeme angeordnet sind, ist die Ausbildung einer Sicherheitsschaltung zumeist recht aufwändig zu realisieren.

Gilt es nun, neben den lokalen Sicherheitszonen für einzelne Bearbeitungsabschnitte auch noch globale Sicherheitszonen zu installieren, beispielsweise für eine gesamte Fertigungsstraße, fuhrt das zumeist zu einem beträchtlichem schaltungstechnischen Aufwand.

Unter Zugrundelegung standardisierter sicherheitstechnischer Kriterien werden diese Sicherheitsschaltkreise sowohl bei einer Zentralsteuerung als auch bei einer dezentralen Steuerung parallel zur schaltungstechnischen Verkabelung der Steuerungsaufgabe realisiert. Eine Erweiterung bzw. Umgruppierung eines bestehenden Steuerungssystems erfordert dann zumeist massive Eingriffe in die schaltungstechnische Realisierung der Sicherheitskreise, da sowohl lokale, als auch globale Sicherheitszonen von einer solchen Ände- N2007/06100 -4- rung des Aufbaus betroffen sind und die gegenseitigen Abhängigkeiten teilweise sehr schwierig zu erfassen sind.

Integrierte Schaltkreise sind zum Aufbau einer fehlersicherer Sicherheitskreise bzw. Bedienschaltung bereits vielfach in Verwendung. Mit derartigen Baugruppen ist es mit geringem schaltungstechnischen Aufwand möglich, die Betriebszustände von Sensoren, Aktoren und Betätigungselementen zu erfassen und daraus sicherheitsrelevante Informationen abzuleiten und diese Information an andere Sicherheitskreise zu übermitteln. Der Eintritt eines sicherheitskritischen Ereignisses fuhrt bei entsprechend ausgebildeten Aktoren dazu, dass sich diese in eine definierte Ausgangs- bzw. Ruhestellung versetzen und sich somit das gesamte betroffene System in einem definierten Zustand befindet. Für jeden Sicherheitskreis wird es eine solche Ruhelage geben in der alle Steuerungsmodule, insbesondere alle Aktoren, Schalter und Ventile, einen definierten Zustand einnehmen. Ein Bediener kann sich somit gefahrlos in dieser Zone aufhalten - eine versehentliche Inbetriebnahme der Steuerungsmodule, bspw. durch einen Start-Befehl einer benachbarten Steuerungseinrichtung, wird durch die aktivierte Sicherheitsschaltung zuverlässig verhindert.

Es können aber auch sicherheitskritische Ereignisse eintreten die beispielsweise eine Notabschaltung erfordern, wobei eine möglichst schnelle und zuverlässige Beendigung aller Betriebsoperationen der Steuerungsmodule des betroffenen Sicherheitskreises erforderlich ist.

Insbesondere kann es erforderlich sein, auch alle Energieversorgungseinrichtungen des betroffenen Steuerungsabschnitts abzuschalten. Aufgrund einer erhöhten Auslastung der Ablaufsteuerung bzw. bei einem erhöhten Datenaufkommen im Bereich der Ablaufsteuerung kann es zu einer nicht unbeträchtlichen Zeitverzögerung zwischen Eintritt des sicherheitskritischen Betriebszustands und dem Abschalten der Energieversorgungseinrichtungen kommen. Gegebenenfalls kann es auch Vorkommen, dass aufgrund einer Störung in der Ablaufsteuerung der Befehl zum Abschalten der Energieversorgungseinrichtungen nicht ausgesandt wird bzw. aufgrund von Übertragungsproblemen bei der Energieversorgungseinrichtung nicht ankommt, was möglicherweise zu einer Schädigung der Steuerungsvorrichtung im betroffenen Abschnitt fuhren kann. N2007/06100

Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, Module einer Steuerungseinrichtung möglichst ortsnah mit elektrischer Energie zu versorgen und gleichzeitig ein autarkes Sicherheitssystem auszubilden. Das Sicherheitssystem soll insbesondere fehlersicher ausgebildet sein und ohne Mitwirken einer Steuerung selbsttätig fehlersichere Sicherheitskreise ausbilden können. Die Energieversorgungseinrichtung soll dabei möglichst universell einsetzbar sein und kompakte Abmessungen haben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zu finden, bei dem eine Energieversorgungseinrichtung nur dann elektrische Energie bereitstellt, wenn dies für die zu versorgenden Module und für die Energieversorgungseinrichtung selbst ohne Gefährdung der Betriebssicherheit möglich ist.

Eine dezentrale Energieversorgungseinrichtung, bei der der Spannungswandler einen fehlersicheren Sicherheitsschaltkreis aufweist, der mit dem Sicherheitsschaltkreismodul verbunden ist und wobei der Spannungswandler weiters mit dem datentechnischen Signalumsetzer verbunden ist hat den ganz entscheidenden Vorteil, dass der Spannungswandler sowohl von dem Sicherheitsschaltkreis der dezentralen Energieversorgungseinrichtung, als auch von Sicherheitsschaltkreisen anderer Module, anderen Sicherheitskreisen und/oder einer Steuerung die über die erste Kommunikationsschnittstelle mit dem Signalumsetzer verbunden sind, sicherheitsrelevante Steuerungsinformationen erhalten kann. Insbesondere von Vorteil ist eine Ausbildung eines Sicherheitsschaltkreises der den Anforderungen bis zu SIL 3 (Safety Integrity Level) der EN IEC 61 508 genügt. Mit diesen standardisierten bzw. genormten Anforderungen ist klar festgelegt, wie das Fehlerverhalten bzw. das Antwortverhalten eines Systems auf einen eintretenden Fehler ausgebildet sein muss. Insbesondere legt SIL 3 fest, dass die mittlere Wahrscheinlichkeit für einen gefährlichen Fehler im Bereich größer gleich 10'8 und kleiner 10'7 liegt. Durch diese hohen Anforderungen an die Fehlersicherheit der Übertragung ist sicher gestellt, dass mögliche Fehler des Kommunikationsmittels keinen wesentlichen Einfluss auf die Fehlerwahrscheinlichkeit des Sicherheitskreises haben und sich somit sicherheitsrelevante Steuerinformation ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Fehlersicherheit, insbesondere Ein- bzw. Zweifehlersicherheit, über ein solchen Kommunikationssystem übertragen lassen. N2007/06100

Gerade im Hinblick auf verteilte Sicherheitsschaltkreise bzw. aufgrund der gegenseitigen Abhängigkeiten der Sicherheitsschaltkreise, ist es von ganz entscheidender Bedeutung, wenn sicherheitsrelevante Steuerungsbefehle, beispielsweise Abschaltbefehle an alle Spannungswandler der dezentralen Energieversorgungseinrichtungen im betroffenen Bereich, schnell und zuverlässig ausgetauscht werden können. Von wesentlichem Vorteil ist weiters, dass die Sicherheitsschaltbefehle des Sicherheitsschaltkreises der dezentralen Energieversorgungseinrichtung und die Sicherheitsschaltbefehle anderer Steuerungsmodule bzw. anderer dezentraler Energieversorgungseinrichtungen, über die erste Kommunikationsschnittstelle verbundenen Module, gleichrangig behandelt werden.

Ein Spannungswandler, der einen fehlersicheren Sicherheitsschaltkreis aufweist, der insbesondere die Anforderungen bis zu SIL 3 der EN IEC 61508 genügt, hat weiters den Vorteil, dass unmittelbar der Spannungswandler auf Sicherheitsschaltbefehle reagieren kann und beispielsweise den Niedervoltausgang spannungsfrei schaltet. Durch diese Ausbildung ist insbesondere kein zusätzliches Schaltmodul erforderlich, um nach Empfang eines Sicherheitsschaltbefehls die dezentrale Energieversorgungseinrichtung durch Auftrennen der Spannungsversorgungsleitung spannungsfrei zu schalten. Durch die anspruchsgemäße Ausbildung lässt sich eine kompakte und fehlersichere dezentrale Energieversorgungseinrichtung realisieren.

Eine Verbindung des Spannungswandlers mit dem datentechnischen Signalumsetzer hat den Vorteil, dass der Spannungswandler Steuerbefehle von anderen Modulen, die über die erste Kommunikationsschnittstelle verbunden sind, empfangen kann. Im Hinblick auf eine zentrale und/oder dezentrale Steuerungsvorrichtung hat dies den Vorteil, dass sowohl die Steuerungsbefehle der durchzuführenden Steuerungsaufgabe, als auch Sicherheitsschaltbefehle über ein einziges, insbesondere standardisiertes, Kommunikationsmittel übertragen werden, wobei einerseits eine hohe Kommunikationsgeschwindigkeit, aber auch ein hoher Sicherheitsstandard bei der Übertragung sicherheitsrelevanter Informationen sichergestellt ist.

Einen ganz entscheidenden Vorteil im Hinblick auf einen weit verbreiteten Einsatz der erfindungsgemäßen dezentralen Energieversorgungseinrichtung erhält man, wenn der Spannungswandler, das Kommunikationsmodul und das Sicherheitsschaltkreismodul in N2007/06100 ί »# t* • · · • · * 9 9 9 9 9 9 99 99

7 einem Gehäuse angeordnet sind, wodurch man eine sehr kompakte und somit Platz sparende Ausbildung erreicht. Zur Versorgung der Steuerungsmodule mit elektrischer Energie werden zumeist mehrere Energieversorgungsmodule angeordnet, die jeweils die Steuerungsmodule eines lokal abgegrenzten Bereichs der Steuerungsvorrichtung mit elektrischer Energie versorgen. Eine anspruchsgemäß ausgebildete dezentrale Energieversorgungseinrichtung lässt sich nun in vorteilhafter Weise unmittelbar im Nahbereich der zu versorgenden Steuerungsmodule anordnen.

Durch den Energieverbrauch der Steuerungsmodule kommt es auf den elektrischen Verbindungsleitungen zu einem Spannungsabfall. Bei kurzzeitigen, hohen Leistungsspitzen kann dieser Spannungsabfall so groß werden, dass der Betrieb des Steuerungsmoduls beeinträchtigt wird. Je kürzer nun die Verbindungsleitung ist, desto geringer ist auch dieser Spannungsabfall. Bei anspruchsgemäßer Ausbildung der dezentralen Energieversorgungseinrichtung lassen sich in vorteilhafter Weise besonders kurze elektrische Verbindungsleitungen realisieren, was im Hinblick auf die Spannungsstabilität und damit die Zuverlässigkeit der Funktion der Steuerungsmodule von ganz entscheidendem Vorteil ist.

Insbesondere ist eine Bereitstellung und Verteilung elektrischer Energie auf einem höheren Spannungsniveau leichter und zuverlässiger realisierbar, als die Verteilung und Bereitstellung von elektrischer Energie im Niedervoltbereich. Eine anspruchsgemäß ausgebildete dezentrale Energieversorgungseinrichtung greift zur Versorgung der angeschlossenen Steuerungsmodule auf eine leistungsfähige Energieversorgungsleitung zurück. Durch diese vorteilhafte Ausbildung wirken sich kurzzeitig hohe Energiebedarfsspitzen nicht auf die Spannungsstabilität anderer Energieversorgungseinrichtungen der Steuervorrichtung aus.

In einer Steuerungseinrichtung kann es Bearbeitungsplätze geben, in denen schwierige Umgebungsbedingungen herrschen. Beispielsweise kann es zu einem erhöhten Staub- bzw. Feuchtigkeitsaufkommen kommen, ggf. ist mit der Einwirkung eines Flüssigkeitsstrahls zu rechnen. Um eine Energieversorgungseinrichtung vor derartigen Einflüssen zu schützen, wurde diese bislang üblicherweise in Bereichen abseits möglicher Beeinflussungen angeordnet. Mit der anspruchsgemäß ausgebildeten dezentralen Energieversorgungseinrichtung ist es nun in vorteilhafter Weise möglich, die Energieversorgung wiederum in unmittelbarer Nähe des Steuerungsmoduls anzuordnen, was die bereits beschriebenen Vorteile hin- N2007/06100 * ♦♦ ·» *· #·»· • » • · • · • · • » ♦ · • · • · ··♦ ΦΦΦ φφ # ♦ • * *·· • V · t · • · • « • • · · • « ·· ΦΦ »· M* ·· -8- sichtlich einer stabilen Energieversorgung bringt. Besonders bevorzugt ist eine Ausbildung, bei der das Gehäuse zumindest die Schutzklasse IP54 aufweist (International Protection; laut DIN EN 60529), da die dezentrale Energieversorgungseinrichtung auch in Abschnitten angeordnet werden kann, wo bspw. mit einer erhöhten Staubbelastung bzw. mit einwirkenden fluidalen Medien zu rechnen ist.

Im Hinblick auf einen breiten Einsatz und eine universelle Austauschbarkeit ist es von besonderem Vorteil, wenn ein erster Anschlussbereich vorhanden ist, der eine Anschlussvor-richtung für eine Hochvoltenergieversorgung und zumindest eine Anschlussvorrichtung für die erste Kommunikationsschnittstelle aufweist. In der Steuerungstechnik ist es von bedeutendem Vorteil, wenn Module standardisierte bzw. einheitliche Anschlussbereiche aufweisen, da sich dann einheitliche Verbindungsmittel, insbesondere Stecksysteme, einsetzen lassen und nicht für jedes Modul individuell anzupassen sind. Die anspruchsgemäße Ausbildung hat nun den Vorteil, dass sich ein Anschlussbereich realisieren lässt, der für die Mehrzahl der dezentralen Energieversorgungseinrichtungen einheitlich ist und somit eine größt mögliche Kompatibilität bzw. Modulaustauschbarkeit sicherstellt. Insbesondere hat dies den Vorteil, dass sich standardisierte bzw. nicht extra zu konfektionierende Verbindungsleitungen verwenden lassen, um die dezentrale Energieversorgungseinrichtung an ein elektrisches Energieversorgungssystem und an ein Kommunikationsmittel anschließen zu können.

In einer Weiterbildung kann das Anschlusspaneel derart vorteilhaft ausgebildet sein, dass neben standardisierten bzw. weit verbreiteten Anschlussmitteln auch noch die Position des Anschlusspaneels festgelegt ist. Bei einer modularisierten Steuerungseinrichtung lassen sich somit Fertigungsmodule ausbilden, bei denen die dezentrale Energieversorgungseinrichtung universell austauschbar ist, da die Position des Anschlusspaneels vorgegeben und der Typ des Verbindungsmittels festgelegt ist. Im Hinblick auf die Wartung derartiger Module bringt eine derartige Ausbildung den bedeutenden Vorteil, dass auch fachunkundiges Personal den Austausch der Energieversorgungseinrichtungen schnell und fehlerfrei durchführen kann. N2007/06100 -9-

Insbesondere wird dadurch auch eine Reduktion der Typenvielfalt der Energieversorgungseinrichtungen erreicht, da sich somit einige wenige Standard-Energieversorgungseinrichtungen universell einsetzen lassen.

Weiters ist es im Hinblick auf einen universellen Einsatz und eine größt mögliche Service-bzw. Bedienfreundlichkeit von Vorteil wenn ein zweiter Anschussbereich vorhanden ist, der zumindest eine Modulanschlussvorrichtung aufweist. Eine anspruchsgemäße Ausbildung ermöglicht wiederum einen möglichst einfachen und fehlersicheren Austausch bzw. Service der dezentralen Energieversorgungseinrichtung.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Position dieses Anschlussbereichs für eine Mehrzahl der Energieversorgungseinrichtungen einer Steuerungseinrichtung fest vorgegeben, was wiederum günstig für einen möglichst breiten und universellen Einsatz der Energieversorgungseinrichtung ist. Für einen möglichst universellen Einsatz der dezentralen Energieversorgungseinrichtung ist es ebenso von Vorteil, wenn ein dritter Anschlussbereich vorhanden ist, der zumindest eine Anschlussvorrichtung für Prozessmedien aufweist. Zur Durchführung der Steuerungsaufgaben kann es erforderlich sein, dass die Steuerungsmodule neben elektrischer Energie noch weitere Prozessmedien benötigen. Solche Prozessmedien können beispielsweise Druckluft, Wasser, Öl oder Gas sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist auch die Position des Anschlussbereichs einer Mehrzahl der Energieversorgungseinrichtungen der Steuereinrichtung fest vorgegeben, was im Hinblick auf einen universellen Einsatz und einen einfachen, raschen und zuverlässigen Service bedeutende Vorteile hat.

Eine dezentrale Energieversorgungseinrichtung ist zumeist Teil einer Steuerungseinrichtung, wo eine Steuerung mit einer Mehrzahl von Steuerungsmodulen und einer Mehrzahl von dezentralen Energieversorgungseinrichtungen Daten bzw. Steuerungsinformationen austauscht. Umfasst das Kommunikationsmodul der dezentralen Energieversorgungseinrichtung eine datentechnische Kommunikations- bzw. Vermittlungseinrichtung, ist in vorteilhafter Weise eine unmittelbare datentechnische Wirkverbindung der dezentralen Energieversorgungseinrichtung mit einer Mehrzahl anderer Module der Steuerungseinrichtung N2007/06100 k.

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~1 1,1 't T"\ "‘T möglich. Ein anspruchsgemäß ausgebildetes Kommunikationsmodul hat den weiteren Vorteil, dass Datenpakte und/oder Steuerungsinformationen sowie sicherheitsrelevante Schaltbefehle an das jeweils zugeordnete Steuerungsmodul weitergeleitet werden können, ohne dass dabei die Steuerung bzw. eine zusätzliche Vermittlungseinrichtung erforderlich wäre.

Eine anspruchsgemäße ausgebildete dezentrale Energieversorgungseinrichtung hat den weiteren Vorteil, dass die Energieversorgungseinrichtung sowohl als Datenquelle bzw. Datensenke funktionieren kann, als auch dass die Energieversorgungseinrichtung datentechnische Vermittlungsaufgaben wahmehmen kann. Die Durchführung von Vermittlungs-bzw. Kommunikationsaufgaben ist somit durch die anspruchsgemäße Ausbildung über die Module der Steuerungseinrichtung verteilt, insbesondere ist keine übergeordnete, kostenintensive Netzwerkstruktur wie bspw. Router oder Switches erforderlich.

Im Hinblick auf einen möglichst universellen Einsatz der dezentralen Energieversorgungseinrichtung in einer Steuerungseinrichtung ist es von bedeutendem Vorteil wenn das Kommunikationsmodul einen datentechnischen Signalumsetzer aufweist. Die anspruchsgemäße Ausbildung stellt sicher, dass die Energieversorgungseinrichtung sowohl im Hinblick auf Signalparameter als auch im Hinblick auf das verwendete Übertragungsprotokoll an das Kommunikationsmittel der Steuerungseinrichtung angeschlossen werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der datentechnische Signalumsetzer auch dazu eingesetzt werden, erste Signalpegel bzw. Parameter und Datenprotokolle auf zweite Signalparameter bzw. Pegel und Datenprotokolle umzusetzen. Eine anspruchsgemäß ausgebildete Energieversorgungseinrichtung ist somit in der Lage, ein erstes Kommunikationsmit-tel mit einem zweiten Kommunikationsmittel datentechnisch und signaltechnisch miteinander zu verbinden und somit lassen sich auch Sicherheitszonen bzw. Sicherheitskreise miteinander verbinden, die an unterschiedlichen Kommunikationsmitteln angeschlossen sind.

Eine Steuerungseinrichtung umfasst zumeist eine Mehrzahl unterschiedlicher Module und eine Mehrzahl dezentraler Energieversorgungseinrichtungen, die zumindest über ein Kommunikationsmittel miteinander in Verbindung stehen. Die anspruchsgemäße Ausbildung, bei der das Kommunikationsmodul zumindest eine dritte Kommunikationsschnittstelle aufweist, hat den bedeutenden Vorteil, dass sich eine Mehrzahl unterschiedlicher Kommunikationstopologien ausbilden lassen. Mögliche Topologien sind beispielsweise eine Baum- N2007/06100 * ·· ·· • • • · • • • • · • • ♦ • 1 ·· • · « · ·* ·· ·· *· ·«·· ·· -11- • · · ·*· ·· struktur, eine Kettenverbindung (Daisy Chain), eine sternförmige sowie eine beliebige Vernetzung einzelner Module bzw. dezentraler Energieversorgungseinrichtungen. Der bedeutende Vorteil einer anspruchsgemäßen Ausbildung liegt darin, dass keine zusätzlichen Vermittlungs- bzw. Kommunikationseinrichtungen erforderlich sind, um die datentechnische bzw. signaltechnische Kommunikation der Module bzw. der Energieversorgungseinrichtungen einer Steuerungseinrichtung zu verwalten und den Betrieb sicherzustellen.

Einen besonderen Vorteil erhält man, wenn die erste und die dritte Kommunikationsschnittstelle zur datentechnischen Anbindung des Kommunikationsmoduls an ein Bussystem ausgebildet sind. Im Bereich der Steuerungseinrichtungen ist eine Mehrzahl unterschiedlicher Bussysteme zur datentechnischen und kommunikationstechnischen Wirkverbindung unterschiedlicher Steuerungsmodule verfügbar. Eine anspruchsgemäß ausgebildet dezentrale Energieversorgungseinrichtung hat nun den ganz entscheidenden Vorteil, dass die Energieversorgungseinrichtung ohne zusätzliche kommunikations- bzw. signaltechnische Verbindungsmittel mit der Steuerungseinrichtung verbunden werden kann. Bussysteme in Steuerungseinrichtungen haben den ganz entscheidenden Vorteil, dass sie speziell unter den zu erwartenden schwierigen Umgebungsbedingungen eine sichere, schnelle und zuverlässige Kommunikation der einzelnen Module sicherstellen und dass sich weiters, aufgrund einer weitestgehenden Standardisierung, Kommunikationsnetze sehr einfach realisieren lassen.

Wenn die Modulanschlussvorrichtung zur koppelbaren Verbindung der dezentralen Energieversorgungseinrichtung mit einem Steuerungsmodul ausgebildet ist, wird eine schnelle und einfache Verbindung des Steuerungsmoduls mit der dezentralen Energieversorgungseinrichtung erreicht. Im Hinblick auf Wartung bzw. Servicearbeiten ist dies von Vorteil, da sich dadurch der Wartungsaufwand reduziert und insbesondere die Wartungsaufgaben auch von fachunkundigem Personal durchgeführt werden können. Auch im Hinblick auf eine Modularisierung hat eine koppelbare Anbindung bedeutende Vorteile, da sich so die einzelnen Module und auch die Energieversorgungseinrichtung unabhängig voneinander entwickeln und fertigen lassen. Insbesondere ermöglicht eine anspruchsgemäße Ausbildung auch das Zusammenfügen von Modulen, die bei unterschiedlichen Herstellern gefertigt wurden. N2007/06100

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Einen ganz entscheidenden Vorteil erhält man, wenn die Modulanschlussvomchtung zur gleichzeitigen Übertragung von elektrischer Energie, Steuerungsdaten und fehlersicheren Steuerungsinformationen ausgebildet ist. Die an die Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen Steuerungsmodule benötigen neben elektrischer Energie auch noch die Steuerungsdaten zur Durchführung der Steuerungsaufgaben. Zusätzlich sind sicherheitskritische Schaltbefehle zu übermitteln, wobei diese sicherheitskritischen Schaltbefehle auch von dem Steuerungsmodul an die Energieversorgungseinrichtung und/oder die Steuerungseinrichtung abgegeben werden können.

Im Hinblick auf eine Modularisierung und Vereinfachung der Fertigung ist es von entscheidendem Vorteil, wenn die Modulanschlussvorrichtung neben der Übertragung der elektrischen Energie auch zur Übertragung von Kommunikationsdaten ausgebildet ist, da sich die Anzahl der erforderlichen Steckverbindungen reduziert. Verbindungen bzw. Anschlüsse stellen zumeist einen Schwachpunkt in Steuerungseinrichtungen dar, da diese aufgrund von herrschenden Umgebungseinflüssen oftmals Quellen von Störungen und Fehlem darstellen. Jede Anschlussvorrichtung, die mehrere Anschlüsse integriert, erhöht in vorteilhafter Weise die Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Steuerungseinrichtung.

In einer weiteren Ausbildung kann die Modulanschlussvorrichtung durch einen Hybridstecker gebildet sein, der die verschiedenen zu übertragenden Signale unter Einhaltung von Sicherheits- und Isolationsstandards zuverlässig von der dezentralen Energieversorgungseinrichtung an das angeschlossene Steuerungsmodul überträgt bzw. diese miteinander verbindet.

Da ein Steuerungsmodul neben elektrischer Energie und Daten gegebenenfalls auch noch weitere Prozessmedien benötigt, ist es von entscheidendem Vorteil, wenn die Modulanschlussvorrichtung auch zur Übertragung von Prozessmedien ausgebildet ist. Wiederum im Hinblick auf eine Modularisierung und die Vereinfachung der Wartung ist es von Vorteil, wenn alle zum Betrieb des Steuerungsmoduls erforderlichen Betriebsmittel über eine Modulanschlussvorrichtung übertragen werden können. Eine einzelne Modulanschlussvorrichtung lässt sich deutlich besser gegen die zu erwartenden Umwelteinflüsse in einer Steuerungsvorrichtung schützen, als eine Mehrzahl unterschiedlicher Anschlussvorrichtungen, N2007/06100 • · • ♦ ♦ « • · ♦ ♦ # · · · · • · ♦ ·*· t·· «fl • ·θ ^ · 0 · t · • · · · · · · -13-womit man eine deutliche Steigerung der Zuverlässigkeit der Steuerungseinrichtung erreicht.

Einen entscheidenden Vorteil erhält man, wenn der Sicherheitsschaltkreis des Spannungswandlers eine fehlersichere Sicherheitszone ausbildet. Sicherheitszonen sind ein wesentliches Merkmal zur Erreichung der Fehlersicherheit einer Steuerungseinrichtung. Durch eine derartige Sicherheitszone wird sichergestellt, dass von den Modulen dieser Sicherheitszone standardisierte Kriterien bzw. Normen eingehalten werden und somit ein aufgetretener Fehler bzw. ein Störfall zuverlässig ein definiertes bzw. vorher festgelegtes Verhalten auslöst. Insbesondere ist sichergestellt, dass ein Fehler bzw. Störfall zu keinem imdefinierten Betriebszustand fuhrt und so die Sicherheit der Bediener und/oder der Steuerungseinrichtung gefährdet. Ein anspruchsgemäß ausgebildeter Spannungswandler stellt nun einerseits sicher, dass bei Auftreten eines Fehlers bzw. einer Störung im Spannungswandler selbst, dieser Spannungswandler und alle von diesem versorgten Steuerungsmodule in einen definierten Betriebszustand gebracht werden. Weiters ist sichergestellt, dass bei Auftreten einer Störung in der Sicherheitszone der dieser Spannungswandler bzw. diese dezentrale Energieversorgungseinrichtung zugeordnet ist, eine zuverlässige und schnelle Abschaltung der elektrischen Energie gewährleistet ist. Insbesondere wird eine unkontrollierte Fehlerfortpflanzung vermieden.

Von entscheidendem Vorteil ist insbesondere, dass bei anspruchsgemäßer Ausbildung eine Fehler Sicherheit nach EN IEC 61 508 erreicht wird, was den Einsatz bzw. die Verwendung der dezentralen Energieversorgungseinrichtung in Steuerungseinrichtungen ermöglicht, bei denen außerordentlich hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Fehlersicherheit gestellt werden. Insbesondere hat dies den Vorteil, dass jede Energieversorgungseinrichtung eine lokale Sicherheitszone ausbildet, die zusammen mit anderen Sicherheitszonen zumindest eine weitere Sicherheitszone bilden kann, wobei zur Ausbildung dieser Sicherheitszonen kein zusätzlicher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist.

Weiters von Vorteil ist es, wenn die erste und/oder die dritte Kommunikationsschnittstelle des Kommunikationsmoduls zur Herstellung einer datentechnischen Kommunikationsverbindung mit zumindest einer weiteren dezentralen Energieversorgungseinrichtung ausgebildet ist, da dadurch die Steuerung der Kommunikation bzw. die Steuerung der Verbin- N2007/06100 • • • · « · • • • • f · • · ··· # • % * ·· V • f • • · • • · • · ·· ·· ·· ·· -14- dung von der anspruchsgemäß ausgebildeten Energieversorgungseinrichtung selbst durchgeführt wird, ohne dass zusätzliche schaltungstechnisch aufwändige Vermittlungs- bzw. Kommunikationseinrichtungen erforderlich sind. Die Aufrechterhaltung der Sicherheitszonen und die Kommunikation der sicherheitsrelevanten Steuerungsinformationen erfolgt somit ohne Zutun einer Steuerung, von den Energieversorgungseinrichtungen selbst. Der bedeutende Vorteil dabei ist, dass die Befehle zur Durchführung der Steuerungsaufgaben und die Steuerungsinformationen zur Aufrechterhaltung der Sicherheitszonen ein gemeinsames Kommunikationsmittel nutzen, sich jedoch gegenseitig nicht beeinflussen. Insbesondere ist sichergestellt, dass sicherheitskritische Steuerbefehle auch dann übertragen werden und somit die Sicherheitszonen aufrecht bleiben, wenn es bei der Steuerung zu einer Störung bzw. zu einem Ausfall kommt.

Eine Steuerungseinrichtung, bei der die Steuerung weitestgehend zentral ausgebildet ist, lässt sich kostengünstig realisieren, da die einzelnen Knoten bzw. Module keine eigene Ausführungseinrichtung zur Durchführung von Steuerungsaufgaben aufweisen. Wenn die erste und/oder die dritte Kommunikationsschnittstelle des Kommunikationsmoduls zur Herstellung einer datentechnischen Kommunikationsverbindung mit zumindest einer Steuerungsvorrichtung ausgebildet ist, erhält man den Vorteil, dass die Durchführung der Steuerungsaufgaben bei der Steuerungseinrichtung verbleibt und die einzelnen Module der Steuerungseinrichtung lediglich Empfänger von Steuerungsbefehlen sind und lokale Sicherheitszonen ausbilden bzw. Teil von Sicherheitszonen sind.

Die Durchführung bzw. Ausführung von Steuerungsaufgaben erfordert es, dass von der Steuerung an ein Steuerungsmodul Steuerbefehle übertragen werden. Einen ganz besonderen Vorteil erhält man nun, wenn der Spannungswandler im Bussystem eine eindeutige Adresse hat, denn dann können die Steuerbefehle direkt an den Spannungswandler gesandt werden, ohne dass hierfür ein zusätzliches datentechnisches Umsetzmodul erforderlich ist. Durch die eindeutige Adresse des Spannungswandlers ist auch im Ablaufprogramm der Steuerung keine gesonderte Behandlung der erfindungsgemäßen dezentralen Energieversorgungseinrichtung erforderlich.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn das Sicherheitsschaltkreismodul im Bussystem eine eindeutige Adresse hat, denn somit erfordert auch die Ansteuerung des Sicherheitsschaltkreis- N2007/06100 ·· #· #· ·· »··· ·· • · • ♦ • · • • • · • · • · * ? ♦ · ·· - f M· m λ • · • · • * · • l 2 ·· ·· ·♦ ·· ··· ·· -15- moduls keine gesonderte steuerungs- bzw. programmtechnische Realisierung. Insbesondere bringt eine anspruchsgemäße Ausbildung aber den Vorteil, dass das Sicherheitsschaltkreismodul mit einer Mehrzahl anderer Sicherheitsschaltkreismodule durch die direkte Adressierung in Kontakt treten kann und somit die Kommunikation zwischen diesen Modulen ohne Mitwirkung der Steuerung durchgefuhrt werden kann.

Wenn der Niedervoltausgang der dezentralen Energieversorgungseinrichtung anspruchsgemäß eine Gleichspannung mit einem Nennwert im Bereich von 12 bis 48 V bereitstellen kann, lassen sich in vorteilhafter Weise eine Vielzahl unterschiedlicher Steuerungsmodule mit elektrischer Energie versorgen. Insbesondere ist jedoch eine Ausbildung von Vorteil, bei der der Niedervoltausgang eine Gleichspannung von 24 V bereitstellt, da eine Mehrzahl der Steuerungsmodule die in üblichen Steuerungseinrichtungen Anwendung finden, eine elektrische Gleichspannung von 24 V als Betriebsspannung benötigen.

Die anspruchsgemäße Ausbildung hat den weiteren Vorteil, dass die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung durch den großen bereitstellbaren Spannungsbereich universell einsetzbar ist und somit ein Service bzw. Austausch deutlich vereinfacht wird. Für einen störungsfreien und zuverlässigen Betrieb eines Steuerungsmoduls, das von der dezentralen Energieversorgungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt wird, ist es von entscheidender Bedeutung, wenn die bereitgestellte Gleichspannung möglichst konstant ist bzw. einen möglichst geringen Wechselspannungsanteil aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildung der dezentralen Energieversorgungseinrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungen der Gleichspannung im Bereich von +/- 3 % des Nennwerts liegen bzw. dass bis zu Frequenzen < 20 MHz die Restwelligkeit bzw. Spannungsspitzen der überlagerten Wechselspannung < 200 mV sind. Eine stabile Gleichspannung, die nur einen sehr geringen überlagerten Wechselanteil aufweist, ist für die elektrische Versorgung von Steuerungsmodulen von ganz besonderem Vorteil, da so Betriebsstörungen bzw. Betriebsbeeinträchtigungen aufgrund einer instabilen Versorgungsspannung vermieden bzw. verhindert werden können. Ebenso von Vorteil ist, dass es selbst bei kurzfristig erhöhten Energiebedarf durch das Steuerungsmodul zu keinen funktionsbeeinträchtigenden Schwankungen in der elektrischen Versorgung kommt. N2007/06100 #· ·· ·« »··· 9· • • • · • • • • • • • • • · • • ··· #·« • • ·* - • - t • 0 • • ♦ · • • · • • φ ·· ·· ·· ·· ··· ·· -16-

Im Hinblick auf eine Modularisierung bzw. ein möglichst breites Einsatzgebiet der erfin-dungsgemäßen dezentralen Energieversorgungseinrichtung ist es von Vorteil, wenn der Niedervoltausgang zur Bereitstellung einer Leistung im Bereich von 0 VA bis 1000 VA ausgebildet ist. Die anspruchsgemäße Ausbildung ermöglicht es, mit der Energieversorgungseinrichtung eine Vielzahl unterschiedlicher Steuerungsmodule zu versorgen, wobei aufgrund des großen abgedeckten Leistungsbereichs neben Kleinverbrauchern auch Steuerungsmodule mit einem hohen Energiebedarf mit elektrischer Energie versorgt werden können.

Insbesondere ist eine Ausbildung von ganz besonderem Vorteil, bei der der Niedervolt-Ausgang zur Bereitstellung eines Kurzzeitstromes im Bereich bis 360A2s ausgebildet ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, auch Steuerungsmodule die kurzzeitig sehr große Energiemengen benötigen, mit elektrischer Energie zu versorgen. In vorteilhafter Weise wird bei einer anspruchsgemäß ausgebildeten Energieversorgungseinrichtung eine Rückwirkung auf andere Steuerungsmodule und/oder andere Energieversorgungseinrichtungen vermieden.

Eine Ausbildung, bei der der Spannungswandler einen Leitungsschutzschalter aufweist, der mit dem Sicherheitsschaltkreis verbunden ist hat den Vorteil, dass ein überdurchschnittlich hoher Energiebedarf des angeschlossenen Steuerungsmoduls rechtzeitig erkannt wird und einen sicherheitskritischen Steuerungsbefehl auslösen kann. Insbesondere ist dies von Vorteil, da somit sowohl ein Undefinierter Steuerungszustand des Steuerungsmoduls, auch ein eine Rückwirkung auf die Hochvoltenergieversorgung vermieden wird. Ein Leitungsschutzschalter wird üblicherweise dann ausgelöst, wenn das durch den Schutzschalter überwachte Modul, aufgrund eines unüblichen Betriebszustands einen Energiebedarf aufweist, der deutlich über jenem des maximal zulässigen Werts liegt. Eine Verbindung mit dem Sicherheitsschaltkreis hat dann den Vorteil, dass dieser Fehlerzustand rasch erkannt wird und somit in der betroffenen Sicherheitszone frühzeitig entsprechende Maßnahmen getroffen werden können, um eine weitere Betriebsstörung bzw. einen Schaden für die Steuerungseinrichtung zu verhindern.

Wenn im Sicherheitsschaltkreismodul sicherheitsrelevante Betriebs- und Schaltvorgänge hinterlegt sind, hat dies den Vorteil, dass die zur Sicherheitszone gehörenden Module bzw. N2007/06100 dezentralen Energieversorgungseinrichtungen einfach und schnell identifizieren lassen. Im Hinblick auf eine Erweiterung bzw. Änderung der Steuerungseinrichtung und damit verbunden, eine eventuelle Änderung der Sicherheitszonen, hat die anspruchsgemäße Ausbildung den Vorteil, dass sich beispielsweise eine neu hinzugefügte Energieversorgungsein-richtung sehr einfach in eine Sicherheitszone integrieren lässt.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer dezentralen Energieversorgungseinrichtung gelöst. Entscheidend für den sicheren Betrieb einer dezentralen Energieversorgungseinrichtung ist es, wenn am Niedervoltausgang nur bei Vorliegen eines sicheren Betriebszustands eine Spannung anliegt. Der anspruchsgemäß ausgebildete Spannungswandler überprüft die elektrischen Kenngrößen der am Niedervoltausgang anliegenden Gleichspannung und bei Abweichen von hinterlegten Grenzwerten wird vom Sicherheitsschaltkreis des Spannungswandlers ein sicherheitskritischer Steuerbefehl ausgelöst und damit ein sicherheitskritischer Betriebszustand signalisiert, woraufhin der Spannungswandler den Niedervoltausgang bspw. spannungsfrei schaltet. Wenn die dezentrale Energieversorgungseinrichtung ein Modul einer Sicherheitszone ist, führt dieser vom Sicherheitsschaltkreis abgegebene sicherheitskritische Steuerbefehl weiters dazu, dass die Sicherheitsschaltkreise der weiteren Module diesen Fehlerzustand erkennen und zur Einhaltung des Sicherheitsstandards beispielsweise in einen vordefinierten Ruhezustand umgesteuert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung erhält man, wenn der Sicherheitsschaltkreis des Spannungswandlers sicherheitskritische Steuerbefehle aufgrund nicht sicherer Betriebszustände empfangt. Durch diese anspruchsgemäße Ausbildung wird sichergestellt, dass die dezentrale Energieversorgung, wenn diese Teil einer Sicherheitszone ist, sicherheitskritische Steuerbefehle anderer Module der Steuerungseinrichtung empfangt und die Energieversorgungseinrichtung in einen definierten Zustand versetzt.

Einen weiteren bedeutenden Vorteil erhält man, wenn das Sicherheitsschaltkreismodul das an der Modulanschlussvorrichtung angeschlossene Steuerungsmodul überwacht und bei Eintritt eines sicherheitskritischen Zustands ein Warnsignal über einen nicht sicheren Betriebszustand aussendet. Damit wird erreicht, dass ein Fehlerzustand in einem Steuerungsmodul sowohl die dezentrale Energieversorgungseinrichtung, als auch die in dieser Sicher- N2007/06I00 ·· ·· ·· ···· ·· • · • · • · • · • · • · * * • · * • · ·· ··♦ ·♦♦ • „ ·· • 0 • · • · • • ♦ · • · ·· ·· ·· ·· ··♦ ·· -18- heitszone zusammengefassten Module in einen sicheren Betriebszustand versetzt. Weiters ist von Vorteil, dass durch die Verbindung über ein gemeinsames Kommunikationsmittel, insbesondere ein Bussystem, die Verteilung dieser sicherheitskritischen Steuerbefehle zwischen den einzelnen Modulen erfolgt, ohne das dafür zusätzliche Vermittlungsmodule erforderlich wären.

Um die Anforderungen eines Sicherheitsstandards, beispielsweise nach EN 61 508, zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Sicherheitsschaltkreis des Spannungswandlers bei einer Betriebsstörung am Hochvolteingang und/oder am Niedervoltausgang ein Warnsignal über einen nicht sicheren Betriebszustand aussendet. Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass eine Störung am Ein- bzw. am Ausgang frühzeitig erkannt wird und somit in vorteilhafter Weise ein Sicherheitssteuerbefehl abgesandt werden kann und somit rechtzeitig ein vordefinierter Ruhezustand eingenommen werden kann.

Bei weitläufigen Steuerungseinrichtungen ist es von bedeutendem Vorteil, wenn die dezentrale Energieversorgungseinrichtung einen Zeitgeber aufweist, der sich mit dem Zeitgeber von zumindest einer weiteren dezentralen Energieversorgungseinrichtung kontinuierlich synchronisiert, wodurch alle Zeitgeber eine weitestgehend identische Zeitinformation bereitstellen, da sich dadurch eine Steuerung der Energieversorgungseinrichtung auch auf absolute Zeitpunkte durchführen lässt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn viele Steuerungsabläufe in einer festen zeitlichen Abfolge stattfinden.

Da es in einem Bussystem immer zu geringen Verzögerungen bei der Weiterleitung der Datenpakete kommt, für eine exakte Steuerung bzw. Synchronisation von Abläufen aber eine zeitsynchrone Ausführung des Steuerbefehls bspw. auf mehreren Energieversorgungseinrichtungen erforderlich ist, ist es von ganz entscheidendem Vorteil, wenn die einzelnen dezentralen Energieversorgungseinrichtungen die zu erwartende Verzögerung der Datenpakete am Bussystem kennen und somit die internen Zeitgeber gut aufeinander synchronisieren können. Ein Datenpaket wird von einer ersten Energieversorgungseinrichtung ausgesandt und die Zeit gemessen, bis das Datenpaket nach einem Durchlauf am Bussystem, wieder an der ersten Energieversorgungseinrichtung eintrifft. Eine zweite Energieversorgungseinrichtung ermittelt auch diese sog. round-trip-time. Aus der Differenz der beiden N2007/06I00 ·# ♦· ·· ·· ···· «9 • • • • • · • • • • · • • • · ··· #·· • • • • • • • • • • • · • • ·· ·· ·· ·· ··· ·· -19-

Laufzeiten lässt sich die Zeitverzögerung zwischen den beiden Energieversorgungseinrichtungen berechnen und somit eine genaue Synchronisation der Zeitgeber erreichen.

Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 Die erfindungsgemäße dezentrale Energieversorgungseinrichtung;

Fig. 2 Eine modularisierte dezentrale Energieversorgungseinrichtung;

Fig. 3 Einen Ausschnitt aus einer Steuerungseinrichtung;

Fig. 4 Verschiedene Ausbildungen von Sicherheitszonen;

Fig. 5 Gemeinsame Benutzung eines Kommunikationsmittels durch Sicherheitsrelevante Steuerungsinformation und Steuerbefehle.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Auslührungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße dezentrale Energieversorgungseinrichtung 1, die zumindest einen Spannungswandler 2, ein Kommunikationsmodul 3 und ein Sicherheitsschaltkreismodul 4 umfasst. Der Hochvolt-Eingang 5 des Spannungswandlers 2 ist mit einer Hochvolt-Anschlussvorrichtung 6 durch ein elektrisch leitendes Verbindungsmittel verbunden. Der Spannungswandler 2 umfasst weiters einen Sicherheitsschaltkreis 7. Die erste Kommunikationsschnittstelle 8 des Kommunikationsmoduls 3 ist mit einem Kommunika- N2007/06100 4

·* • · • · • · • · ·· • · • · 44 49 4 4 4 ··· • 9'· 9 4 4 Μ Μ 4999 ·· • • ··· ·· • • • • ··· 94 9 -20-tionsanschluss 9 verbunden und eine zweite Kommunikationsschnittstelle 10 ist mit der Modul-Anschlussvorrichtung 11 verbunden. Das Kommunikationsmodul 3 umfasst weiters eine datentechnische Kommunikations- bzw. eine Vermittlungseinrichtung 12 und einen datentechnischen Signalumsetzer 13.

Die dezentrale Energieversorgungseinrichtung 1 hat die Aufgabe, ein an der Modul-Anschlussvorrichtung 11 angeschlossenes Steuerungsmodul mit elektrischer Energie, insbesondere einer Gleichspannung zu versorgen und gleichzeitig eine lokale Sicherheitszone auszubilden und/oder in eine globale Sicherheitszone der Steuerungseinrichtung integriert zu sein. Der Spannungswandler 2, bspw. ein Schaltnetzteil, ist über die Hochvolt-An-schlussvorrichtung 6 mit einer Hochvoltenergieversorgungseinrichtung verbunden und wandelt die Hochvoltenergie in eine Niedrigvoltenergie um und stellt diese am Niedrigvoltausgang 14 bereit. Als Hochvoltenergieversorgung kann bspw. ein in der Steuerungstechnik weit verbreitetes 3-phasiges 400VAC Energieversorgungssystem verwendet werden. Am Niedrigvoltausgang 14 stellt der Spannungswandler 2 eine Niedervoltgleichspannung mit einem Nennwert zwischen 12V und 48V bereit, typischerweise mit einem Nennwert von 24V, da die üblicherweise verwendeten Steuerungsmodule eine derartige elektrische Betriebsspannung benötigen.

In einer weiteren Ausbildung kann der Spannungswandler bspw. auch durch einen Magnetkreistransformator gebildet sein. Ebenso sind Ausführungen denkbar, bei denen die Hochvoltenergieversorgung durch ein Einphasensystem gebildet ist, ebenso sind auch andere Versorgungsspannungen, insbesondere höhere, denkbar. Über den Kommunikationsanschluss 9 ist die dezentrale Energieversorgungseinrichtung 1 mit einem Kommunikationsmittel 15 datentechnisch wirkverbunden, wodurch die Energieversorgungseinrichtung 1 mit anderen Modulen der Steuerungseinrichtung kommunizieren kann, insbesondere mit Modulen aus der Gruppe umfassend zumindest eine weitere dezentrale Energieversorgungseinrichtung, Steuerungsmodule, eine Ablaufsteuerung sowie eine Sicherheitszentrale. Von bedeutendem Vorteil ist es, wenn dieses Kommunikationsmittel 15 durch ein weit verbreitetes, zuverlässiges Kommunikationsmedium gebildet ist, bspw. durch das im Datenverarbeitungsbereich weit verbreitete Ethernet. Ethernet bietet aufgrund einer sehr guten Abschirmung gegenüber einwirkenden Störungen eine hohe Zuverlässig- N2007/06100 t ·· ·· ·· ·· ···· ·· ······· · · t • · · · · · ··· ··· ·· «···♦·· · · # ··· ··· · · · ·· ♦· ·» ·· ··· ·· -21 -keit der Datenübertragung und ist somit als Kommunikationsmedium in einer Steuerungseinrichtung hervorragend geeignet, da die dort zu erwartenden Störungen weitestgehend keine negativen Auswirkungen auf die Datenübertragung haben.

Gegebenenfalls kann das Kommunikationsmodul 3 noch eine dritte Kommunikationsschnittstelle 37 aufweisen, die mit einem weiteren Kommunikationsanschluss 38 verbunden ist. Bei einer derartigen Ausbildung kann die dezentrale Energieversorgungseinrichtung auch Verteilungs- bzw. Vermittlungsaufgaben für die datentechnische Kommunikation am Kommunikationsmittel 18 übernehmen.

Die datentechnische Kommunikations- bzw. Vermittlungseinrichtung 12 ermöglicht es der dezentralen Energieversorgungseinrichtung 1, Steuerbefehle und sicherheitsrelevante Steuerinformation über die erste Kommunikationsschnittstelle 8 zu empfangen und an den Spannungswandler 2 bzw. den Sicherheitsschaltkreis 4 und weiters an ein, an der Modulanschlussvorrichtung 11 angeschlossenes Steuermodul weiterzuleiten. Auch können Steuerbefehle und sicherheitsrelevante Steuerinfonnation von den Modulen über die erste Kommunikationsschnittstelle 8 an das Kommunikationsmittel 15 und damit an andere Mo-dule, abgesendet werden. Wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als Kommunikationsmittel Ethernet verwendet, kann die datentechnische Kommunikations- bzw. Vermittlungseinrichtung 12 durch Module gebildet sein, wie sie aus dem Bereich der Datenverarbeitung bekannt sind und dort weite Verbreitung finden, bspw. Switches bzw. Router. Insbesondere hat eine derartige Ausbildung den Vorteil, dass sich die gleichen Module und Verbindungsmittel verwenden lassen, wie sie auch im Bereich der Datenverarbeitung Verwendung finden, was einen ganz bedeutenden Kostenvorteil bringt.

Um den Spannungswandler 2 bzw. das Sicherheitsschaltkreismodul 4 mit dem Kommuni-kationsmittel 15 verbinden zu können, ist weiters ein datentechnischer Signalumsetzer 13 erforderlich. Dieser hat einerseits die Aufgabe, die Steuerbefehle bzw. die sicherheitsrelevante Steuerinformation des Sicherheitsschaltkreises 7 bzw. des Sicherheitsschaltkreismoduls 4 hinsichtlich der elektrischen Kenngrößen an die elektrischen Kenngrößen des Kommunikationsmittels 15 anzupassen. Der datentechnische Signalumsetzer 13 hat weiters die Aufgabe, die Steuerbefehle bzw. sicherheitsrelevanten Steuerinformation an das Übertragungsprotokoll des Kommunikationsmittels 15 anzupassen. N2007/06100 -22-

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist dieser Signalumsetzer 13 bspw. durch ein Ether-CAT Schnittstellenmodul gebildet, EtherCAT erweitert das Ethemet-Protokoll dahingehend, dass gewisse Mindeststandards hinsichtlich Übertragungsgeschwindigkeit, Zeitverzögerung auf der Leitung und Störempfindlichkeit eingehalten werden, wodurch eine zuverlässige Übertragung von Steuerungsdaten zwischen der Steuerung und den Modulen der Steuerungseinrichtung sichergestellt ist. Ein bedeutender Vorteil von EtherCAT ist weiters, dass sich eine Vielzahl unterschiedlicher Netzwerktopologien ausbilden lassen. Bspw. sind neben einer sternförmigen Netzwerktopologie auch eine Hintereinanderschaltung und auch eine Hintereinanderschaltung mit Stichleitungen möglich. Wie bereits beschrieben ist es von ganz besonderen Vorteil, dass sich zum Aufbau des Kommunikationsnetzes die gleichen Module verwenden lassen, wie sie auch im Bereich der Datenverarbeitungseinrichtungen Anwendung finden, was einen ganz entscheidenden Kostenvorteil bringt.

Die dezentrale Energieversorgungseinrichtung 1 umfasst nun weiters ein Sicherheitsschaltkreismodul 4 und einen Sicherheitsschaltkreis 7 der im Spannungswandler 2 angeordnet ist. Für die Zuverlässigkeit einer Steuerungseinrichtung ist es von ganz entscheidender Bedeutung wenn ein Fehler in einem Modul der Steuerungseinrichtung frühzeitig erkannt wird und somit rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, um einen Schaden für die Steuerungseinrichtung bzw. für die Bediener der Steuerungseinrichtung verhindern zu können.

Wenn bspw. in einem Bearbeitungsabschnitt einer Steuerungseinrichtung mehrere Manipu-lationsvorrichtungen angeordnet sind, wobei jede Manipulationsvorrichtung eine eigene elektrische Energieversorgung aufweist, kann der Ausfall einer Energieversorgungseinrichtung dazu führen, dass die betroffene Manipulationsvorrichtung im Arbeits- bzw. Aktionsbereich einer anderen Manipulationsvorrichtung verharrt und somit die Gefahr einer schwerwiegenden Beschädigung der Manipulationsvorrichtungen gegeben ist. In Hinblick auf die Personensicherheit ist es weiters imbedingt erforderlich, dass bei Auslösung eines Sicherheitsschaltkreises, bspw. eines Not-Aus-Tasters, zu einer sofortigen und zuverlässigen Beendigung der durchgeführten Manipulationshandlungen bzw. Arbeitsschritte erfolgt.

Das Sicherheitsschaltkreismodul 4 bildet zusammen mit dem Sicherheitsschaltkreis 7 des Spannungswandlers 2 eine lokale Sicherheitszone aus. Weiters empfangt das Sicherheits- N2007/06100 -23- schaltkreismodul 4 über das Kommunikationsmittel 15 Sicherheitssteuerbefehle anderer Sicherheitsschaltkreismodule und/oder einer Sicherheitszentrale, wodurch die dezentrale Energieversorgungseinrichtung 1 Teil einer erweiterten bzw. globalen Sicherheitszone wird. Da auch der Spannungswandler 2 einen Sicherheitsschaltkreis 7 aufweist, ist der Spannungswandler 2 ebenfalls in vorteilhafter Weise dazu ausgebildet, Sicherheitsschaltbefehle zu empfangen bzw. auszusenden, wodurch der Spannungswandler ebenfalls Teil einer Sicherheitszone sein kann. Dies hat den ganz entscheidenden Vorteil, dass der Spannungswandler bei Auftreten eines sicherheitskritischen Ereignisses (lokal und/oder aus der Sicherheitszone) den Niedervolt-Ausgang sofort abschalten und sich selbst in einen sicheren Betriebszustand bringen kann, ohne dass dafür eine externe Schaltvorrichtung erforderlich wäre. Insbesondere erreicht man durch das unmittelbare Einwirken des Sicherheitsschaltkreises 7 auf den Spannungswandler 2 eine bedeutende Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind das Sicherheitsschaltkreismodul 4 und der Sicherheitsschaltkreis 7 des Spannungswandlers 2 durch ein TwinSAFE Modul gebildet.

Eine derartige Ausbildung hat den ganz entscheidenden Vorteil, dass dadurch die dezentrale Energieversorgungseinrichtung den hohen sicherheitstechnischen Anforderungen nach SIL3 (IEC 61 508) genügt. In dieser Norm sind sehr strenge Richtlinien festgelegt, wie Sicherheitsschaltkreise in Steuerungseinrichtungen zu funktionieren haben bzw. welche Anforderungen an das Kommunikationsmittel gestellt werden. Die erfindungsgemäße dezentrale Energieversorgungseinrichtung hat nun den ganz besonderen Vorteil, dass sich kompakte Module ausbilden lassen, die in immittelbarer Nähe der mit Energie zu versorgenden Steuerungsmodule angeordnet werden können, eine lokale Schutzzone ausbilden und integraler Bestandteil einer globalen Sicherheitszone sein können.

In vorteilhafter Weise wird durch TwinSAFE Module auch eine Ein- bzw. Zweifehlersicherheit der überwachten Module erreicht. Insbesondere kann somit ein einzelner Fehler zu keinem Ausfall bzw. Verlust eines Sicherheitskreises fuhren.

In einer Weiterbildung kann der Spannungswandler beispielsweise eine Betriebsart ausbilden, in der dieser kurzzeitig eine hohe Energiemenge bereitstellen kann. Durch die Kenntnis des Zeitpunkts eines hohen Energiebedarfs, bspw. wenn mehrere an der dezentralen N2007/06100 -24-

Energieversorgungseinrichtung angeschlossenen Steuerungsmodule einen Vorgang ausführen, kann der Spannungswandler rechtzeitig in diese spezielle Betriebsart wechseln, was die Stabilität der bereitgestellten Energie sicherstellt.

Fig. 2 zeigt eine dezentrale Energieversorgungseinrichtung 1 die in einem Gehäuse 16 angeordnet ist. Das Gehäuse weist mehrere Anschlussbereiche auf 17, 18,19, die gegebenenfalls durch ein Verschlussmittel 20 gegenüber Umgebungseinflüssen abgeschirmt werden können.

Durch die Anordnung in einem Gehäuse ist eine modulare und kompakte Ausbildung der dezentralen Energieversorgungseinrichtung möglich. Dies ist von Vorteil, denn dadurch lässt sich die Energieversorgungseinrichtung unmittelbar bei den zu versorgenden Steuerungsmodulen anordnen, wodurch nur sehr kurze Energieversorgungsleitungen anfallen. Aufgrund der teilweise recht hohen Ströme die bei der Versorgung von Steuerungsmodulen mit Gleichspannung auftreten können, ist es von besonderem Vorteil, wenn die Versorgungsleitungen möglichst kurz sind.

Energieversorgungseinrichtungen mehrerer Module eines Bearbeitungsabschnittes einer Steuerungseinrichtung werden üblicherweise in einem gemeinsamen Schaltschrank zusammengefasst, wobei dieser Schaltschrank meist abseits der Steuerungsmodule angeordnet wurde. Zumeist ist auch die schaltungstechnische Realisierung der Sicherheitszonen in einem solchen Schaltschrank zusammengefasst. Eine Änderung bzw. Erweiterung einer Sicherheitszone führte zu teilweise sehr aufwändigen Änderungen an der Energieversorgungseinrichtung bzw. an der Schaltschrankbeschaltung an sich, da gegebenenfalls die komplette Verkabelung erneuert werden musste. Die Ausbildung eines Spannungswandlers mit einem Sicherheitsschaltkreis erlaubt nun beliebige Änderungen bzw. Erweiterungen von Sicherheitszonen, ohne das dafür eine aufwendige Änderung der Verkabelung erforderlich wäre.

In einer weiteren Ausbildung sind die Anschlussbereiche 17,18 und 19 an fix vorgegebenen Positionen des Gehäuses 16 angeordnet. Durch einen derart standardisierten Modulaufbau lässt die erfindungsgemäße dezentrale Energieversorgungseinrichtung universell N2007/06100 -25- einsetzten bzw. austauschen, was im Hinblick auf Service und Wartung einen ganz entscheidenden Vorteil bringt. Durch einen großen Umfang der bereitstellbaren Niedervolt-Ausgangsspannung und auch durch einen großen bereitstellbaren Leistungsbereich lässt sich die Typvieifait der zu fertigenden Energieversorgungseinrichtungen deutlich reduzieren, wodurch sich auch die Kosten für den Aufbau einer Steuerungseinrichtung wesentlich verringern werden.

Im ersten Anschlussbereich 17 sind bspw. ein Kommunikationsanschluss 9 und eine Hochvoltanschlussvorrichtung 6 angeordnet. Ein zweiter Anschlussbereich 18 umfasst zumindest eine Modulanschlussvorrichtung 11 und in einem dritten Anschlussbereich 19 können eine Mehrzahl von Anschlussvorrichtungen angeordnet sein, um das an der dezentralen Energieversorgungseinrichtung angeschlossene Steuerungsmodul mit Prozessmedien, wie bspw. Wasser, Druckluft und/oder Öl zu versorgen. In weiteren Ausbildungen können die einzelnen Anschlussbereiche in einen zentralen Anschlussbereich integriert sein, was im Hinblick auf Mobilarisierung bzw. Standardisierung wiederum einen deutlichen Vorteil hat.

Zum Schutz vor den Umgebungsbedingungen kann das Gehäuse 16 der dezentralen Energieversorgungseinrichtung 1 Verschlussmittel 20 aufweisen, welche die Anschlussbereiche bzw. die an den jeweiligen Anschlüssen angeschlossenen Verbindungsmittel gegenüber der Umgebung abdichten. Insbesondere ist eine Ausbildung eines Gehäuses mit Verschlussmittel nach einer IP-Schutzart von Vorteil, denn dadurch lässt sich klar angeben bzw. festlegen, welchen Umgebungseinflüssen das Gehäuse standhalten muss.

Ein weiterer Vorteil einer Modularisierung liegt darin, dass die Steuerungseinrichtung weitestgehend vorgefertigt werden kann, da die Energieversorgungseinrichtungen bei der Endmontage auf den vorgesehen Platz angeordnet werden und durch die standardisierte Anordnung der Anschlussbereiche eine rasche und zuverlässige Verbindung der Energieversorgung, der Steuerungsmodule und des Kommunikationsmittels möglich ist.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Steuerungseinrichtung, bei der dezentrale Energieversorgungseinrichtungen 1, mit daran angeschlossenen Steuerungsmodulen 21, an ein gemeinsames Kommunikationsmittel 15 angeschlossen sind. Weiters an dieses Kommunikationsmittel 15 angeschlossen sind eine Steuerung bzw. Ablaufsteuerung 22 und eine Sicherheitszentrale 23. Die Steuerung 22 fuhrt zur Durchführung der Steuerungsaufgabe eine N2007/06100 -26-

Reihe von Aktionen aus und schickt dabei die entsprechenden Steuerbefehle an die Steue-rungsmodule 21 bzw. die dezentralen Energieversorgungseinrichtungen 1. Wenn nun die dezentralen Energieversorgungseinrichtungen 1 und die Sicherheitszentrale 23 das Protokoll gemäß der TwinSAFE Funktionalität implementieren, erhält man den ganz entscheidenden Vorteil, dass gleichzeitig Steuerungsinformationen bzw. Daten und sicherheitsrelevante Steuerungsinformationen über ein einziges Kommunikationsmittel 15 übertragen werden können, ohne dass diese sich gegenseitig beeinflussen. Insbesondere hat diese Ausbildung den Vorteil, dass selbst bei Ausfall bzw. bei einer Betriebsstörung der Steuerung 22 die Sicherheitszonen nach TwinSAFE intakt bleiben und somit eine zuverlässige Überführung der Steuerungseinrichtung in einen definierten Ruhezustand erreicht wird. Eine dezentrale Energieversorgungseinrichtung die den hohen Sicherheitsanforderungen von TwinSAFE über EtherCAT genügt hat den ganz entscheidenden Vorteil, dass sich auch die Energieversorgung von Steuerungsmodulen ohne zusätzlichen Schaltungstechnischen Aufwand in Sicherheitszonen integrieren lässt und somit auch den hohen Sicherheitsanforderungen nach SIL3 (IEC 61 508) genügt.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einer Steuerungseinrichtung mit mehreren, sich teilweise überlappenden Sicherheitszonen. Es sind lokale Sicherheitszonen 24 ausbildbar, die zumindest eine dezentrale Energieversorgungseinrichtung 1 umfassen, wobei jedoch kein Modul einer anderen Schutzzone mitumfasst ist. Des Weiteren gibt es übergreifende Schutzzonen 25 die mehrere Module bzw. dezentrale Energieversorgungseinrichtungen umfassen, wobei sich die einzelnen Schutzbereiche auch überschneiden können. Wird bspw. vom Modul 26, bspw. einer dezentralen Energieversorgungseinrichtung, ein Fehlerzustand ausgelöst, so betrifft dies alle Module der Schutzzone 27, die daraufhin einen entsprechenden Ruhe- bzw. speziellen Betriebszustand einnehmen werden. Durch die Ausbildung der Schutzzonen wirkt sich der Fehlerzustand in der Schutzzone 27 auch auf alle Module der Schutzzone 28 und gegebenenfalls auch auf die Module der Schutzzone 29 aus. Kommt es bspw. bei einer weitläufigen Fördereinrichtung an einer Abgabestelle zu einer Störung, müssen alle zuliefemden Förderstationen über diesen Fehlerzustand informiert werden, wobei die nächstliegenden Förderungssysteme typischerweise gestoppt werden und die weiter entfernt liegenden Fördersysteme die Fördergeschwindigkeit reduzieren werden. N2007/06100 • · • · • · • • • • • · ··· • · • • ··· • · • · • • · • • · ·· ·· ··· ··

In vorteilhafter Weise ist für die Durchführung dieser weit verzweigten Steuerungsbeeinflussung keinerlei Aktion durch die Steuerung bzw. Ablaufsteuerung erforderlich. Durch die Schutzzonen und die damit verbundenen gegenseitigen Abhängigkeiten ist es sichergestellt, dass alle betroffenen Module entsprechend auf eine eingetretene Fehlersituation reagieren.

Wird die Steuerungseinrichtung nun bspw. um ein Modul erweitert, wird dies mit dem Kommunikationsmittel 15 datentechnisch wirkverbunden und den entsprechenden Schutzzonen datentechnisch zugeordnet. Es ist dabei weder eine zusätzliche Verkabelung noch die Änderung einer bestehenden Verkabelung erforderlich.

In einer weiteren Ausbildung können in der Steuerungseinrichtung verteilt Zeitgeber 30 angeordnet sein und mit dem Kommunikationsmittel 15 datentechnisch wirkverbunden werden. Gilt es bspw., den Ablauf in einem weitläufigen Fördersystem zu koordinieren um einen möglichst optimalen Durchsatz zu erreichen oder bspw. komplexe Bewegungsabläufe mehrere Manipulationseinrichtungen zu koordinieren, ist es von ganz entscheidenden Vorteil, wenn sich die Abläufe anstelle von Bedingungsprüfungen, durch absolute bzw. relative Zeitangaben koordinieren lassen. Gerade wenn sehr komplexe Bewegungsabläufe zu koordinieren sind, kann es durch die Vielzahl der zu prüfenden Bedingungen zu unzulässigen Verzögerungen und damit zu Schwierigkeiten beim Einhalten des Bewegungsablaufes kommen. Diese Schwierigkeiten verstärken sich, wenn zusätzlich weit verzweigte Bewegungsabläufe zu koordinieren sind, wo zwischen den einzelnen Steuerungsmodulen eine Mehrzahl von Vermittlungseinrichtungen angeordnet ist.

Wenn in der Steuerungseinrichtung ein Zeitgeber vorhanden ist, der für alle Module an allen Positionen eine eindeutig gültige Zeitinformation liefern kann, lassen sich in vorteilhafter Weise Bewegungsabläufe auf diese einheitliche, global gültige Zeit koordinieren bzw. synchronisieren.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind an das Kommunikationsmittel 15 angeschlossen, mehrere Zeitgeber 30 derart ausgebildet angeordnet, dass sich die einzelnen Zeitgeber 30 selbsttätig, insbesondere ohne zutun der Steuerung synchronisieren und somit an einer Mehrzahl von Positionen innerhalb der Steuerungseinrichtung eine eindeutig gültige Zeitinformation bereitstellen. Durch die verteilte Anordnung ist weiters sichergestellt, dass sich N2007/06100 -28- zumindest in jedem Segment des Kommunikationsmittels, insbesondere zwischen datentechnischen Vermittlungseinrichtungen, ein Zeitgeber befindet und somit eventuelle Verzögerungen durch die Datenübergabe einer Vermittlungseinrichtung verhindert werden. Insbesondere stellt eine Ausbildung von verteilten Zeitgebern bei EtherCAT sicher, dass die Abweichung der einzelnen Zeitgeber im Bereich «1 ps liegt, wodurch sich sehr exakte Ablaufsteuerungen realisieren lassen.

Fig. 5 zeigt abschnittsweise anhand zweier dezentraler Energieversorgungseinrichtungen, wie sicherheitsrelevante Steuerinformation und Steuerungsbefehle zur Abarbeitung der Steuerungsaufgabe gemeinsam über das Kommunikationsmittel übertragen werden. Jedes Modul der Steuerungseinrichtung, insbesondere die an den dezentralen Energieversorgungseinrichtungen angeschlossenen Steuerungsmodule, fuhrt eine Teilaufgabe 31 der gesamten Steuerungsaufgabe der Steuerungseinrichtung aus. Dazu werden von der Steuerung (in der Figur nicht dargestellt) Steuerbefehle 31 über das Kommunikationsmittel 15 an die Module der Steuerungseinrichtung, insbesondere an die dezentralen Energieversorgungseinrichtungen und die daran angeschlossenen Steuerungsmodule, übertragen. Zusätzlich weist eine Mehrzahl der Module einen Sicherheitsschaltkreis 32 auf. Durch Ausbildung einer lokalen Sicherheitszone wirkt der Sicherheitsschaltkreis 32 auch auf die, von diesem Modul ausgeführte Steuerungsaufgabe 31. Zur Bildung globaler Sicherheitszonen wirken die Sicherheitsschaltkreise mehrerer Module zusammen, wobei die Sicherheitsschaltkreise 32 über das Kommunikationsmittel 15 autonom sicherheitsrelevante Information übertragen können, ohne dass dabei eine zusätzliche Steuerung der Kommunikation erforderlich ist. Das datentechnische Netzwerkprotokoll am Kommunikationsmittel 15 sorgt dafür, dass Steuerbefehle und sicherheitsrelevante Steuerbefehle in gemeinsamen Datenpaketen 34 über das Kommunikationsmittel übertragen werden, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen. Eine Ausbildung des Kommunikationsmittels 15 als EtherCAT stellt sicher, dass in der Rahmenstruktur jedes Datenpakets Platz für die Aufnahme von sicherheitsrelevanten Steuerbefehlen vorgesehen ist. In einer weiteren Ausbildung sind die Sicherheitsschaltkreise als TwinSAFE Module ausgebildet, die unter Einhaltung sehr hoher Sicherheitsstandards sicherheitsrelevante Steuerbefehle über ein Bussystem, bspw. EhterCat, übertragen werden.

Steuerbefehle, die von einer Ablaufsteuerung an ein Modul übermittelt werden, werden in Datenpakte 33 verpackt und an das Kommunikationsmittel 15 übergeben. Das Modul mit N2007/06100 ······· · t · • · · · · · ·♦· ··· t* • · · · ··· · · · · · • · · · ··· · · · -29-der entsprechenden Zieladresse empfängt diese Datenpakete und ein Netzwerkprotokollumsetzer 35 entpackt die Steuerungsbefehle aus den Datenpaketen und übermittelt diese Steuerbefehle 31 beispielsweise an den Spannungswandler der dezentralen Energieversorgungseinrichtung, der eine gewünschte Niedervoltausgangsspannung am Niedervoltausgang bereitstellt. Gleichzeitig wird der Spannungswandler vom integrierten Sicherheitsschaltkreis überwacht und bei Auftreten eines sicherheitskritischen Zustands wird ein sicherheitsrelevanter Steuerbefehl generiert und an weitere Sicherheitsschaltkreise übergeben. Diese sicherheitskritischen Steuerbefehle 35 der Sicherheitsschaltkreise 32 werden zuerst vom Sicherheitsprotokollumsetzer 36 signal- und datentechnisch angepasst und an den Netzwerkprotokollumsetzer 34 übergeben, der die entsprechende Zusammenstellung zu Datenpaketen 33 durchfuhrt. Aus der Sichtsweise der Sicherheitsschaltkreise tritt das Kommunikationsmittel nicht in Erscheinung, da für diese lediglich die Sicherheitsprotokollumsetzer als Datengegenstellen in Erscheinung treten. Insbesondere bei einer Ausbildung gemäß TwinSAFE über EtherCAT bringt das den ganz entscheidenden Vorteil, da beim Entwurf von Sicherheitszonen auf das zugrunde liegende Kommunikationsmittel keine besondere Rücksicht genommen werden muss, da dieses aufgrund der festgelegten und genormten Übertragungsstandards bzw. aufgrund des sicherheitstechnischen Übertragungsverhaltens das erforderliche Übertragungsverhalten sicher zur Verfügung stellt. Insbesondere hat dies den weiteren Vorteil, dass der Entwurf der Steuerungsaufgabe und der Entwurf der Sicherheitszonen weitestgehend unabhängig voneinander geschehen können, wodurch sich fehleranfallige, gegenseitige Beeinflussungen weitgehend vermieden werden können.

Da der Sicherheitsprotokollumsetzer 36 auf dem Netzwerkprotokollumsetzer 34 aufsetzt wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass die sicherheitsrelevanten Steuerinformation auch über jedes andere Kommunikationsmittel übertragen werden kann, solange dieses die geforderten Sicherheitsstandards sicherstellt. Das Sicherheitsprotokoll, insbesondere die Übertragung sicherheitsrelevanter Steuerungsinformation ist somit vom verwendeten Kommunikationsmittel unabhängig. Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1

N2OO7/06IOO -30- und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.

Die Ausfuhrungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen dezentralen Energieversorgungseinrichtung, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten desselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungs-Varianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit umfasst.

Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der dezentralen Energieversorgungseinrichtung diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrunde liegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen. N2007/06100

Claims (31)

1. -1 - ♦ 9 « · • ♦ • · • · · ··* ·» • · · Patentansprüche 1. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung (1) für ein modulares, fehlersicheres Steuerungssystem umfassend einen Spannungswandler (2), ein Kommunikationsmodul (3), zumindest eine Modul-Anschlussvorrichtung (11) und ein Sicherheitsschaltkreis-Modul (4) wobei der Spannungswandler (2) einen Hochvolt-Eingang (5) und zumindest einen Niedervolt-Ausgang (14) auf weist, wobei der Niedervolt-Ausgang (14) mit der Modul- Anschlussvorrichtung (11) verbunden ist und wobei das Kommunikationsmodul (3) eine erste Kommunikationsschnittstelle (8) aufweist und zumindest eine zweite Kommunikationsschnittstelle (10) mit der Modul-Anschlussvorrichtung (11) verbunden ist und wobei das Sicher-heitsschaltkreis-Modul (4) mit dem datentechnischen Signalumsetzer (13) und der Modul-Anschlussvorrichtung (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (2) einen fehlersicheren Sicherheitsschaltkreis (7) aufweist, der mit dem Sicherheitsschaltkreis-Modul (4) verbunden ist und dass der Spannungswandler (2) mit dem datentechnischen Signalumsetzer (13) verbunden ist.
2. 2. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (2), das Kommunikationsmodul (3) und das Sicherheitsschaltkreis-Modul (4) in einem Gehäuse (16) angeordnet sind.
3. 3. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) in einer Schutzklasse nach IP (International Protection) ausgeführt ist.
4. 4. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschlussbereich (17) vorhanden ist, der eine Anschlussvorrichtung für eine Hochvolt-Energieversorgung (6) und zumindest eine Anschlussvorrichtung (9) für die erste Kommunikationsschnittstelle aufweist. N2007/06100 -2-
5. 5. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Anschlussbereich (18) vorhanden ist der zumindest eine Modul-Anschlussvorrichtung (11) aufweist.
6. 6. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Anschlussbereich (19) vorhanden ist und zumindest eine Anschlussvorrichtung für Prozessmedien aufweist.
7. 7. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (3) eine datentechnische Kom-munikations- bzw. Vermittlungseinrichtung (12) umfasst.
8. 8. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (3) einen datentechnischen Signalumsetzer (13) aufweist.
9. 9. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (3) zumindest eine dritte Kommunikationsschnittstelle (37) aufweist.
10. 10. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die erste (8) und die dritte (37) Kommunikationsschnittstelle zur datentechnisch Anbindung des Kommunikationsmoduls (3) an ein Bussystem ausgebildet ist.
11. 11. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanschlussvorrichtung (11) zur koppelbaren Verbindung der dezentralen Energieversorgungseinrichtung (1) mit einem Steuerungsmodul ausgebildet ist.
12. 12. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanschlussvorrichtung (11) zur gleichzeitigen N2007/06100 -3- Übertragung von elektrischer Energie, Steuerungsdaten und fehlersicheren Steuerungsinformationen ausgebildet ist.
13. 13. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanschlussvorrichtung (11) zur Übertragung von Prozessmedien ausgebildet ist.
14. 14. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsschaltkreis (7) des Spannungswandlers (2) eine fehlersichere Sicherheitszone ausbildet.
15. 15. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (8) und/oder zumindest die dritte (37) Kommunikationsschnittstelle des Kommunikationsmoduls (3) zur Herstellung einer datentechnischen Kommunikationsverbindung mit zumindest einer weiteren dezentralen Energieversorgungseinrichtung ausgebildet ist.
16. 16. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (8) und/oder zumindest die dritte Kommunikationsschnittstelle (37) des Kommunikationsmoduls (3) zur Herstellung einer datentechnischen Kommunikationsverbindung mit zumindest einer Steuerung ausgebildet ist.
17. 17. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (2) im Bussystem eine eindeutige Adresse hat.
18. 18. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsschaltkreis-Modul im Bussystem eine eindeutige Adresse hat.
19. 19. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedervolt-Ausgang (14) eine Gleichspannung mit einem Nennwert im Bereich von 12V bis 48V bereitstellt. N2007/06100 t ** • · · # · t • · · • · · • · * · • · ···· • ··« · • · · • · · • Μ ·· -: · « • · » -4-
20. 20. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungen der Gleichspannung im Bereich von ± 3% des Nennwerts liegen.
21. 21. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu Frequenzen kleiner 20MHz, die Restwelligkeit bzw. Spannungsspitzen einer überlagerten Wechselspannung kleiner als 200mVss betragen.
22. 22. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedrigvolt-Ausgang (14) zur Bereitstellung einer Leistung im Bereich von OVA bis 1000VA ausgebildet ist.
23. 23. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedrigvolt-Ausgang (14) zur Bereitstellung eines Kurz-zeitstromes bis zu 360A s ausgebildet ist.
24. 24. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (2) einen Leistungsschutzschalter aufweist, der mit dem Sicherheitsschaltkreis verbunden ist.
25. 25. Dezentrale Energieversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass im Sicherheitsschaltkreis-Modul (4) sicherheitsrelevante Betriebs- und Schaltvorgänge hinterlegt sind.
26. 26. Verfahren zum Betrieb einer dezentralen Energieversorgungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsschaltkreis (7) des Spannungswandlers (2) den Niedervolt-Ausgang (14) nur bei Vorliegen eines sicheren Betriebszustands an diesen Ausgang eine Niedrigvolt-Spannung anlegt.
27. 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsschaltkreis (7) des Spannungswandlers (2) sicherheitsrelevante Steuerbefehle aufgrund nicht sicherer Betriebszustände empfängt. N2007/06100 ·+····« · · · • · · · f · ··· ··· ·· • · · 4 ··« · · · φ φ • · · t · · · φ Φ φ -5-
28. 28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsschaltkreis-Modul (4) das an der Modul-Anschlussvorrichtung (11) angeschlossene Steuerungsmodul überwacht und bei Eintritt eines sicherheitskritischen Zustands ein Warnsignal über einen nicht sicheren Betriebszustands aussendet.
29. 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsschaltkreis (7) des Spannungswandlers (2) bei einer Betriebsstörung am Hochvolt-Eingang (6) und/oder am Niedervolt-Ausgang (14) ein Warnsignal über einen nicht sicheren Betriebszustands aussendet.
30. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Zeitgeber der dezentralen Energieversorgungseinrichtung mit dem Zeitgeber von zumindest einer weiteren dezentralen Energieversorgungseinrichtung kontinuierlich synchronisiert, wodurch alle Zeitgeber eine weitestgehend identische Zeitinformation bereitstellen.
31. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste dezentrale Energieversorgungseinrichtung eine erste Laufzeit eines Datenpakets auf der Kommunikationsverbindung ermittelt und dass zumindest eine zweite dezentrale Energieversorgungseinrichtung eine zweite Laufzeit eines Datenpakets auf der Kommunikationsverbindung ermittelt, wobei aus den beiden Laufzeiten die Zeitverzögerung zwischen den beiden Energieversorgungseinrichtung ermittelt wird. STIWA-Fertigungstechnik Sticht Gesellschaft m.b.H. durch ” Dr. Günter Secklehner N2007/06100