DE3303791C2 - Elektronische Steuerung mit Sicherheitseinrichtungen - Google Patents
Elektronische Steuerung mit SicherheitseinrichtungenInfo
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Abstract
Eine elektronische Steuerung mit Sicherheitseinrichtungen für eine Vorrichtung mit mechanischen Bewegungsabläufen mit zwei unterschiedlich aufgebauten Sicherheitskanälen, von denen der erste Sicherheitskanal mit fest verdrahteter Schaltungslogik und der zweite Sicherheitskanal in Mikrocomputertechnik ausgeführt ist, besitzt für beide Sicherheitskanäle eine gemeinsame Sicherheitsstufe, die bei Auftreten unterschiedlicher Ausgangssignale an den Sicherheitskanälen die Vorrichtung in einen sicheren Zustand versetzt. Eine derartige Steuerung soll für den Einsatz bei taktmäßig arbeitenden Vorrichtungen bezüglich der Sicherheit und Verfügbarkeit der Vorrichtung verbessert werden. Gleichzeitig soll ein möglichst geringer Bauaufwand erreicht werden. Zu diesem Zweck übernehmen die Sicherheitskanäle gleichzeitig gleichartige Steuerfunktionen. Ferner verfügt jeder Sicherheitskanal über Selbstüberwachungseinrichtungen, deren Signale zusammen mit dem Vergleichsergebnis aus einem Vergleich der Ausgangssignale der beiden Sicherheitskanäle auf eine Sicherheitsstufe wirken, die bei Auftreten von Fehlern die Vorrichtung in einen sicheren Zustand versetzt.
Description
a) der er;te Sicherheitskanal (2) und der zweite
Sicherheitskanal (3) gleichzeitig gleichartige Steuerfunktionen haben und auf jeweils zugeordnete
Stellglieder (12A \2B) wirken,
b) die Selbstüberwachungseinrichtung (34, 60, 61, 59) die Überwachung mit Hilfe eines Überwachungsprogrammes
über einen Mikrocomputer (34, 60, 61) und eine Kontrollschaltung (59)
bewirkt,
c) der erste Sicherheitskanal (2) eine andere Selbstüberwachungseinrichtung (42, 43; 81, 82
bzw. 86, äi) aufweist,
d) die beiden Selb.-.tübens-.chungseinrichtungen
(34, 60, 61, 5? und 42, 43; 81, 82 bzw. 86, 99) zyklisch innerhalb der Takt; iten arbeiten,
e) den Ausgängen der beiden Sicherheitskanäle (2 und 3) jeweils einer der Verstärker (7, 8)
zugeordnet ist, deren Ausgangssignale durch einen gemeinsamen Vergleicher (6) auf Gleichheit
und Gleichzeitigkeit überwacht werden,
Γ) das Ausgangssignal des Vergleichers (6) und die
Ausgangssignale der beiden Selbstüberwachungseinrichtungen (34, 60, 61, 59 und 42, 42;
81, 82 bzw. 86, 99) auf die gemeinsame Sicherheitsstufe (9) wirken.
2. Elektronische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstüberwachungseinrichtung
(42, 43; 81, 82 bzw. 86, 99) des ersten Sicherheitskanals (2) aus einer Überwachungseinrichtung
(42, 43) besteht, die ein eingegebenes Prüfsignal mit dem am Ausgang des ersten Sicherheitskanals (2) ankommenden Signal vergleicht.
3. Elektronische Steuerung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstüberwachungseinrichtung
(42, 43; 81, 82 bzw. 86, 99) aus einer Vergleichsschaltung (81; 86) besteht, durch
welche die Ein- bzw. Ausgangspotentiale der Bauelemente des ersten Sicherheitskanals (2) mit
entsprechenden Bezugspotentialen verglichen wen den.
4. Elektronische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zwischen den beiden Sicherheitskanälen (2 und 3) und den beiden Stellgliedern (12a und
\2B) diesen zugeordnete Kontrollkontakte (13/4, 13S^ angeordnet sind, die durch ein einziges von der
Sicherheitsstufe (9) angesteuertes Relais (13) betätigbar sind, daß die beiden Kontrollkontakte (13-4
und i3B) des Relais (13) zur gleichzeitigen Betätigung zwangsgeführt sind und daß ein weiterer
Kontakt (13C) des Relais (13) als Testkontakt zur Überwachung der Funktion des Relais (13) vorgesehen
ist.
5. Elektronische Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Stellglieder (12Λ und \2B) in
einem Pressensicherheitsventil (33) eingebaut sind,
ίο das zwei Ventilwicklungen (33Λ und 33B) aufweist,
von denen jede einem der beiden Sicherheitskanäle (2 und 3) zugeordnet ist.
6. Elektronische Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Vergleicher (6) durch eine Gleichrichterbrückenschaltung (64—67) gebildet ist, in
deren gleichgerichtetem Brückenzweig das Relais (13) und in deren anderen Brückenzweig die beiden
Ventilwicklungen (33Λ, 33B) angeordnet sind.
7. Elektronische Steuerung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand
der beiden Ventilwicklungen (33Λ und 33B) erheblich kleiner ist als der ohmsche Widerstand des
Relais (13).
8. Elektronische Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei n-facher Anordnung der elektronischen Steuerung eine Auswahlschaltung m aus π gebildet
wird, wobei m Weiner η ist.
9. Elektronische Steuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Überwachungsprogramm so ausgelegt ist, daß der Fehleraufdeckungsgrad 70% bis 90%
beträgt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische
■to Steuerung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.
Eine derartige elektronische Steuerung ist beispielsweise aus »Die BG«, März 1980, Seite 220-224.
Dipl.-Ing. W. Wienandts: »Sicherheitste^hnische Anforderungen
an elektronische Steuerungen« bekannt.
Es sind besonders hohe sicherheitstechnische Anforderungen an Steuerungen zu stellen, wenn Steuerungsfehler
Verletzungen von Personen zur Folge haben können. Zur Erhöhung der Sicherheit elektronisch
gesteuerter Arbeitsmaschinen sind zahlreiche Möglichkeiten bekannt. Bild 2 der genannten Literaturstelle
zeigt eine Pressensteuerung mit zwei gleich aufgebauten Steuerkanälen, deren Einzelstufen von einem
Sicherheitskanal durch Vergleich überwacht werden.
Der Sicherheitskanal seinerseits verfügt über eine Selbstüberwachungseinrichtung. Bei einem derartigen
System sind systematische Fehler, z. B. Projektierungsfehler, möglich, die nicht erkannt werden. Sie verfügt
daher nicht über die notwendige Sicherheit.
Bild 6 der genannten Druckschrift zeigt den systematischen Aufbau einer elektronischen Steuerung für eine
Fahrtreppe. Sie besitzt einen Steuerkanal und zwei Sicherheitskanäle, von denen einer mit fest verdrahteter
Schaltungslogik und der andere in Mikrocomputcrtechnik ausgeführt ist. Durch die unterschiedlichen angewandten
Technologien bei der Signalverarbeitung nimmt die Wahrscheinlichkeit, daß sich system»tische
Fehler gleichzeitig und gleichartig in beiden Sieuerka-
nälen auswirken, erheblich ab. Trotzdem ist die
Wahrscheinlichkeit, daß Fehler im ersten und zweiten Sicherheitskanal gleichzeitig auftreten, unzulässig hoch,
da wegen der großen Vielzahl integrierter Bauelemente in dem Sicherheitskanal mit Mikrocomputertechnik für
diesen Sicherheitskanal eins große Fehlerwahrscheinlichkeit besteht Selbstüberwachungseinrichtungen in
diesem Sicherheitskanal können die Auswirkungen der Fehlerhäufigkeit vermindern. Eine Selbstüberwachung
mit einem hohen Fehlererkennungsgrad nimmt jedoch eine Zeit in Anspruch, die. je nach den Umständen, bis zu
mehreren Sekunden dauern kann. Diese Überwachungszeit kann die Taktzeit bei taktmäßig arbeitenden
Vorrichtungen und zyklischer Überwachung dieser Vorrichtung unerwünscht verlängern und die Verfügbarkeit
und Nutzung der Vorrichtung herabsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektronische Steuerung mit Sicherheitseinrichtungen
für takimäßig arbeitende Vorrichtungen zu schaffen, die die Taktzeit nicht oder nur unwesentlich be^nflußt und
ein hohes Maß an Sicherheit bewirkt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des ersten
Anspruches gelost
Dadurch, daß die Sicherheitskanäle gleichzeitig gleichartige Steuerfunktionen haben und auf jeweils
eigene Stellglieder wirken, wird mit einfachen Mitteln und geringem Bauaufwand ein redundantes diversiiäres
System sowohl auf der Steuerseite als auch auf der Sicherheitsseite realisiert, so daß das gleichzeitige
Auftreten von Fehlern in beiden Kanälen weitgehend vermieden ist. Die Selbstüberwachungseinrichtung zum
Überwachen des gesamten zweiten Sicherheitskanals mit Hilfe eines Überwachungsprogramms läßt die
Modifizierung des Überwachungsprogramms zu, so daß kürzere Überwachungszeiten bei einem hohen Fehlererkennungsgrad
gewährleistet sind. Das Überwachungsprog; amm kann dabei auf die sicherheitsrelevanten
Teile des Sicherheitskanals zugeschnitten werden.
Negative Auswirkungen auf die Sicherheit der Vorrichtung sind nur dann zu erwarten, wenn trotz der
unterschiedlichen Sicherheitskanäle in beiden Sicherheitskanälen gleichzeitig ein Fehler entsteht, der nicht
erkannt Wird. Durch die zusätzliche Selbstüberwachung des ersten Sicherheitskanals wird die Wahrscheinlichkeit
des Zusammentreffens zweier unerkannter Fehler in den beiden Sicherheitskanälen weiter vermindert. Zu
diesem Zweck wirken cus Ausgangssignal des Vergleichers und die Ausgangssignale der Selbstüberwachungseimichtungen
auf eine gemeinsame Sicherheitsstufe.
Die Merkmale der Ansprüche 2 und 3 zeigen Möglichkeiten zur Selbstüberwachung des ersten
Sicherheitskanals auf.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zwischen den Sicherheitskanälen
und den Stellgliedern Kontakte angeordnet sind, die durch ein einziges, von der Sicherheitsstufe gesteuertes
Relais betätig werden. Die vom Aufwand her wünschenswerte Verwendung eines einzigen Relais ist unter
Sicherheitsgesichtspunkten möglich, da das Relais zwangsgeführt und mit einem Testkontakt versehen ist.
Der Bauaufwand wird ebenfalls verringert, wenn die Stellglieder zu einem Pressensicherheitsventil vereinigt
sind, das zwei Ventilw; .'klungen aufweist, von denen
jeweils eine von einem der Sicherheitskanäle angesteuert ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung wird der Vt.^'eicher durch eine Gleichrichterbrückenschaltung
gebildet, in deren gleichgerichtetem Brückenzweig das Relais und in deren anderem
Brückenzweig die Stellglieder angeordnet sind. Dies ergibt eine baugünstige Ausführung des Vergleichers,
der gleichzeitigen die Verbindungsleitungen zu den Stellgliedern und deren elektrischem Teil auf Kurzschluß
und Unterbrechung überwacht
Um den Störungsabstand zwischen dem Relais und den Stellgliedern möglichst groß zu halten ist es
n> zweckmäßig, daß der ohmsche Widerstand der Stellglieder
erheblich kleiner gewählt wird als der ohmsche Widerstand des Relais.
Die elektronische Steuerung kann auch in Mehrfachanordnung
verwendet werden. Bei n-facher Anordnung der Steuerung ist dabei zweckniäßigerweise eine
Auswahlschaltung m aus η zu bilden, wobei m kleiner η
ist
Aufgrund des Zusammenwirkens ier Selbstüberwachün**seinrichtuntT
im ersten und zwei»**" Sicherheitsks-
2« nal kann die Sicherheit des Gesamtsystems ausreichen,
wenn das Überwachungsprogramm so ausgelegt ist, daß der Fehleraufdeckungsgrad 70% bis 90% beträgt. Dabei
wird unter Fehleraufdeckungsgrad die Wahrscheinlichkeit verstanden, mit der ein Fehler erkannt wird.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert, die den Gegenstand der
Erfindung darstellen. Es zeigt
F i g. 1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerung für eine Vorrichtung mit
jo mechanischen Bewegungsabläufen mit zwei im Aufbau unterschiedlichen Sicherheitskanälen,
F i g. 2 eine Ausführung der elektronischen Steuerung gemäß Fig. 1 in einer Prinzipdarstellung für eine
Exzenterpresse mit Handeinlegebetrieb und ein Zwei-
handpult zur Durchführung einer Einzelhubsteuerung,
Fig.3 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig 2 mit
detailiertem Aufbau der Sicherheits- und Steuerkanäle und mit Nockenschaltern zur OT-Abschaltung bzw. zur
Selusthaltung eines Einschaltkontakts,
F i g. 4 einen Stromablauf eines Ausführungsbeispieles eines Vergleichers der Ausgangssignale der Sicherheitskanäle,
F i g. 5 einen gegenüber F i g. 2 abgewandelten Stromlauf eines anderen Prinzips einer Selbstüberwachung
des ersten Sicherheitskanals,
Fig.6 einen Stromlauf einer Schaltung zur Selbstüberwachung
des ersten Sicherheitskanals, nach dem anhand von F i g. 5 erläuterten Prinzip.
Die erfindungsgemäße elektronische Steuerung
so (Fig. 1) ist für eine taktmäßig arbeitende Vorrichtung
mit mechanischen Bewegungsabläufen, wie z. B. eine Exzenterpresse, eine Hydraulikpresse, eine Liftsteuerung,
Werkzeugmaschinen, Spritzgußmaschinen, Handhabungsgeräte oder ähnliche Vorrichtungen, verwendbar.
Dabei soll die Vorrichtung vor jedem Arbeitstakt auf einen sicheren, störungsfreien Betrieb überwacht
werden. Die Tatzeiten können sich periodisch in gleichen Abständen und mit gleicher Taktlänge oder
aperiodisch in unterschiedlichen Abständen oder mit verschiedener Dauer wiederholen.
Einem Geber 1 der z. B. entweder handbedienbare Schalter, Zeitschalter oder Sensoren umfaßt, sind ein
erster Sicherheitskanal 2 mit fest verdrahteter Schaltungslogik
und ein zweiter Sicherheitskanal 3 in Mikrocomputertechnik nachgeschaltet, die nebeneinander
gleichartige Steuerfunktionen haben und damit ein redundantes Steuersystem bilden. Die Ausgänge der
beiden Sicherheitskanäle 2 und 3 sind über Leitungen 4
bzw. 5 und Verstärker 7 bzw. 8 an einen Vergleicher 6 angeschlossen, in dem die Ausgangssignale auf Gleichheit
und Gleichzeitigkeit überwacht werden. Die Ausgänge der beiden Verstärker 7 und 8 sind ferner
über Leitungen 10 bzw. 11 und über zu einem Relais 13 gehörende Kontrollkontakte 13/4 bzw. 13ß an Stellglieder
124 bzw. 12ß angeschlossen, die beispielsweise im
Falle einer Extruderpresse Pressensicherheitsventile oder im Falle eines Lifts Schütze zum Betrieb des
Liftmotors sein können.
Das Relais 13 ist Bestandteil einer Sicherheitsstufe 9, auf die die verstärkten Ausgangssignale der beiden
Sicherheitskanäle 2 und 3 sowie das Ausgangssignal des Vergleichers 6 wirken.
Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 bezieht sich auf eine elektronische Steuerung für eine Exzenterpresse
mit Handeinlegebetrieb, wobei de·· Pressenhub über ein
Zweihandpult 15 ausgelöst wird. Dieses umfaßt Taster 16 und 17, deren eine Kontakte 16A, 17/4 über
Anschlüsse 18, 19, 20 arn ersten Sicherheitskanal 2 und deren andere Kontakte I6ß, YiBüber Anschlüsse 21,22,
23 an dem zweiten Sicherheitskanal 3 angeschlossen sind. Die Steuerung ist so ausgelegt, daß beide Taster 16
und 17 innerhalb eines vorgegebenen Zeitraumes, z. B. von maximal 0,5 s, gedrückt werden müssen, um am
Ausgang der Schaltung eine Betätigung eines Pressensicherheitsventils 33 zu bewirken. Wird der vorgenannte
Zeitraum überschritten, so reagiert der Ausgang nicht.
Das Pressensicherheitsventil 33 besteht aus einem Magnetventil mit zwei Ventilwicklungen 33/4 und 33ß,
die über Leitungen 27, 28 bzw. 29, 30 mit dem Verstärker 7 bzw. 8 verbunden sind. Dabei ist die eine
Leitung 28 über den einen Kontrollkontakt 13Λ, die andere Leitung 29 über den anderen Kontakt 13ß
geführt. Die Kontrollkontakte 13-4, 13ß sind zunächst geschlossen und werden nur bei auftretender Störung
gemeinsam von der Sicherheitsstufe 9 betätigt.
Der erste Sicherheitskanal 2 (Fig.3) umfaßt im
wesentlichen eine Steuereinheit 40 und einen ihr zugeordneten Oszillator 24, der zur Weiterschaltung der
Steuereinheit 40 dient und ein Prüfsignal am Eingang des ersten Sicherheitskanals 2 erzeugt, ferner ein
Netzgerät 41 und einen Wandler 42, der aus dem Prüfsignal am Ausgang des ersten Sicherheitskanals 2
und der Versorgungsspannung aus dem Neztgerät 41 eine sowohl prüffrequenz- als auch versorgungsspannungsproportionale
Steuerspannung für eine Überwachungseinheit 43 liefert. Diese löst bei Unterschreiten
eines Schwellwertes die Sicherheitsstufe 9 aus. Ein Mono-Flop 44. also ein monostabiler Multivibrator mit
einer Schaltzeit von 0,5 s sorgt dafür, daß eine Betätigung der beiden Taster 16 und 17 nur auf den
Ausgang wirkt, wenn sie innerhalb der Schaltzeit erfolgt. Zwei Flip-Flops 45, 46 wirken über ein erstes
ODER-Gatter 78 auf einen als Verstärker 7 dienenden ersten Transistor 47. Die genannten Bausteine sind
durch UND- bzw. ODER-Gatter bzw. Inverter logisch mit den Steuereingängen verknüpft.
Neben den beiden Tastern 16 und 17 gehören zu den Steuereingängen zwei Nockenschalter 51 bzw. 52
(F i g. 3), deren Nockenscheiben drehfest auf einer Welle 80 angebracht sind, deren Drehbewegung vom Hub der
Presse abgeleitet ist. Sie dienen der Abschaltung im oberen Totpunkt der Exz.cnterpresse. Der zweite
Nockenschalter 52 hält zusätzlich die Presse ab einer Stelle E unabhängig von der Stellung der beiden Taster
16 oder 17 im eingeschalteten Zustand. Ferner gehört zu
den Steuereingängen ein Drehmomentschalter 53 für die Bremsüberwachung, der ein Quittierungssignal dann
liefert, wenn die Haupt- und die Zusatzbremse der Presse das erforderliche Bremsmoment tatsächlich
aufbringt.
Die Kontakte der beiden Taster 16 und 17 der beiden Nockenschalter 51 und 52 und des Drehmomentschalters
53 sind über Schutzwiderstände 102 mit den Eingängen des ersten Sicherheitskanals 2 und eines
Peripherieadapters 54 des zweiten Sicherheitskanals 3
ίο verbunden. Dabei wirkt der eine Kontakt MA über
einen Inverter 73 sowohl auf ein erstes UND-Gatter 75 als auch auf ein zweites ODER-Gatter 74, während der
eine Kontakt 16,4 auf das zweite ODER-Gatter 74 und auf das erste UND-Gatter 75 wirkt. Das zweite
is ODER-Gatter 74 wirkt über das Mono-Flop 44 ebenfalls auf das UND-Gatter 75. Am Ausgang des
ersten UND-Gatters 75 ist nur dann ein Signal vorhanden, wenn beide Taster 16 und 17 betätigt sind
und die Betätigung innerhalb einer Zeitspanne von 0,5 s erfolgte. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 75
erzeugt über ein Differenzierglied, bestehend aus einem Kondensator 103 und einem Widerstand 104, einen
Set-Befehl im ersten Flip-Flop 45. Falls kein Ausgangssignal am UND-Gatter 75 vorhanden ist. erfolgt über
einen Inverter 76 und ein drittes ODER-Gatter 77 ein Reset-Befehl am ersten Flip-Flop 45.
Der s:sie Nockenschalter 51 wirkt über einen Inverter 70 und ein viertes ODER-Gatter 79 auf den
Reset-Eingang des zweiten Flip-Flop 46, so daß der zweite Flip-Flop 46 bei geöffneten ersten Nockenschalter
51 in der Reset-Stellung sich befindet. Der zweite Nockenschalter 52 wirkt über das dritte ODER-Gatter
77 auf den Reset-Eingang des ersten Flip-Flop 45, über ein Differenzierglied, bestehend aus dem Kondensator
103 und dem Widerstand 104, auf den Set-Eingang des zweiten Flip-Flop 46 und über einen Inverter 71 und das
vierte ODER-Gatter 79 auf den Reset-Eingang des zweiten Flip-Flop 46. Dadurch erhält der zweite
Flip-Flop 46 bei geöffnetem ersten Nockenschalter 51 einen Reset-Befehl, während der erste Flip-Flop 45 bei
geöffnetem zweiten Nockenschalter 52 einen Reset-Befehl erhält. Bei geschlossenem zweiten Nockenschalter
52 erhält der erste Flip-Flop 45 einen Reset-Befehl, während der zweite Flip-Flop 46 über c*as Differenzierglied
103, 104 einen Set-Befehl bekommt. Die beiden Flip-Flops 45 und 46 sind über das erste ODER-Gatter
78 mit dem Wandler 42 und mit dem ersten Transistor 47 verbunden.
Der zweite Nockenschalter 52 wirkt ferner über ein NOR-Glied 68 und ein zweites UND-Gatter 69 a.v die
Sicherheitsstufe 9. Der zweite Eingang des zweiten UND-Gatters 69 ist mit dem Drehmomentschalter 53
verbunden. Dadurch spricht die Sicherheitsstufe 9 an, wenn der zweite Nockenschalter 52 geöffnet ist und
gleichzeitig der Drehmomentschalter 53 schließt.
Der zweite Sicherheitskanal 3 umfaßt im wesentlichen den Peripherieadapter 54, Programmspeicher
(PROM) 34, 58, eine Kontrollschaltung 59, einen Mikroprozessor 61 und einen Arbeitsspeicher (RAM)
60, die alle untereinander über Steuerleitungen 55, einen Adreßbus 56 und einen Datenbus 57 verbunden sind.
Ferner gehören noch eine Startschaltung 62 sowie ein Adressendecoder 14 dazu. Die Eingänge des Peripherieadapters
54 sind mit den Kontakten der beiden Taster 16 und 17, der beiden Nockenschalter 51 und 52 und des
Drehmomentschalters 53 verbunden, während die Ausgänge unmittelbar auf die Sicherheitsstufe 9 bzw.
über einen zweiten Transistor 48, der als Verstärker 8
dient, wirken. Zwischen dem Ausgang des ersten Sicherheitskanals 2 und des zweiten Sicherheitskanals 3
ist der Vergleicher 6 angeordnet, der die Signale auf Gleichheit und Gleichzeitigkeit überprüft und das
Ergebnis der Sicherheitsstufe 9 übermittelt.
Die beiden Transitoren 47 und 48 schalten den Strompreis für die beiden Ventilwicklungen 33/4 und
33ß des Pressensicherheitsventils 33, der über die beiden Kontrollkontakte 13/1 und 13ß das Relais 13
geführt ist. Diese Kontakte werden geöffnet, sobald das Relais 13 infolge einer Fehlermeldung der Sicherheitsstufe 9 abfällt. Eine solche Fehlermeldung kann aus dem
Signalvergleich des Vergleichers 6 oder aus Signalen der Überwachungseinrichtungen der beiden Sicherhf
itskanäle 2 und 3 resultieren.
Die Selbstüberwachung des ersten Sicherheitskanals 2 erfolgt in den Taktpausen zwischen den einzelnen
Hubbewegungen. Hierzu werden vom Oszillator 24 über Differenzierglieder 100, 101 kurze Nadelimpulse
definierter Frequenz durch die Steuereinheit 40 nacheinander auf die Signaleingänge des ersten
Sicherheitskanals 2 gegeben. Sofern der erste Sicherheitskanal 2 funktionsfähig ist, wirkt an seinem Ausgang
eine definierte Impulsfrequenz auf den Wandler 42. Durch Verwendung von Nadelimpulsen und entsprechende
Schaltungsauslegung gewährleistet man, daß die Testfrequenz keine Steuerfunktion auslöst. Bei fehlender
oder abweichender Frequenz hingegen reagiert die Sicherheitsstufe 9 und verhindert ein weiteres Arbeiten
der Fresse.
Die Überwachung des zweiten Sicherheitskanals 3 geschieht mittels eines Sicherheitsprogramms, das in
einem Programmspeicher 34 bzw. 58 abgelegt ist. Der Mikroprozessor 61 befindet sich entweder im Sicherheitszyklus
oder er bewältigt nicht sicherheitsrelevante Zusaizaufgabcn, nach deren Erledigung er unmittelbar
wieder in den Sicherheitszyklus zurückkehrt. Dabei ist das Überwachungsprogramm aktiv. Die Summe der sich
aus den Programmen der Programmspeicher 34 bzw. 58 ergebenden Werte und weitere charakteristische!
Werte wird fortlaufend gebildet und mit einer Sollwertkontrollzahl verglichen, die z. B. durch galvanische
Brücken dargestellt ist. Bei fehlerhaftem Ergebnis oder Ausbleiben der Ergebnismeldung wird die
Sicherheitsstufe 9 ausgelöst.
Bei einer Signalgabe aus der Steuerung an den Peripherieadapter 54 wird der Rechner sofort durch
einen Interrupt-Befehl an den Mikroprozessor 61 für die Steuerung zur Verfügung gestellt. Er verarbeitet die
Steuerbefehle entsprechend seinem Steuerprogramm, bis von dem ersten Nockenschalter 51 und dem
Drehmomentschalter 53 das Hubende signalisiert und das Überwachungsprogramm reaktiviert werden. Kehrt
der Rechner nicht in den Sicherheitszyklus zurück, wird ebenfalls die Sicherheitsstufe 9 ausgelöst, die Vorrichtung
fällt in den sicheren Zustand zurück.
In den beiden Ventilwicklungen 33/4 und 33ß können Fehler auftreten, die nicht leicht bzw. nicht sicher erfaßt
werden können. Dies trifft z. B. für Kurzschlüsse in beiden Ventilwicklungen 33/4 und 33ß zu, weil diese
ohnehin sehr niederohmig sind. In einem solchen Störungsanfall unterbrechen in den Ansteuerkreisen
vorgesehene Sicherungen 49, 50 (Fig.3) dann, wenn eine Ansteuerung erfolgt Danach wird die Sicharheitsstufe
9 ausgelöst, die die verschiedenen Störmeldungen verknüpft und bei ihrer Aktivierung ein Abfallen des
Relais 13 bewirkt.
Der sicherheitsrelevante Teil der Sicherheitsstufe 9 ist in Failsafe-Technik ausgeführt. Das Relais 13 hat
zwangsgeführte Kontakte, wodurch es sicher überwacht werden kann. Sicherheitsstufe 9 und Relais 13 werden
zyklisch überwacht, indem nach jeder Hubabschaltung ein Funktionstest eingeleitet wird, wobei auch eine
Relaisabschaltung erfolgt. Eine automatische Wiedereinschaltung erfolgt bei diesem Test nur dann, wenn die
Sicherheitsstufe 9 nicht gestört ist, der Drehmomentschalter 53 ein ausreichendes Bremsmoment registriert,
ic keine Störmeldungen aus einem der beiden Sicherheitskanäle 2 und 3 bzw. der beiden Verstärker 7 und 8
vorliegt und das Relais 13 durch einen weiteren Kontakt 13C der als Testkontakt wirkt, ein sicheres Abfallen des
Relais 13 bestätigt hat. Nach einer störungsbedingten Abschaltung wird eine automatische Wiedereinschaltung
selbst dann sicher verhindert, wenn die Störung nicht mehr besteht.
bin Ausführungsbeispiei einer Ausgangsstufenüberwachung,
also einer Überwachung der beiden Transistoren 47 und 48(F i g. 4), umfaßt neben dem Pressensicherheitsventil
33 eine Brückenschaltung aus Dioden 64,65, 66, 67 und die im gleichgerichteten Zweig der
Brückenschaltung liegende Wicklung des Relais 13. Die beiden zu letzterem gehörenden Koniroilkontakte 13/4
und 135 sind zwischen dem einen Anschluß der einen Ventilwicklung 33A und dem Kollektor des Transistors
47 einerseits und zwischen dem einen Anschluß der anderen Ventilwicklung 33ß im Pressensicherheitsventil
33 und dem Emitter des Transistors 48 andererseits
jo angeordnet.
Die Stromversorgung erfolgt über Anschlüsse 105, 106, wobei am Anschluß 106 Null-Potential anliegt. Im
Ruhezustand fließt der Strom über den einen Kontakt 13,4, die eine Ventilwicklung 33/4, die Diode 67, das
Relais 13, die Diode 64, die andere Ventilwicklung 33ß ,.nA rlon «nrla-on linnloll 1IfI Γ»-» Ate DoUIo 11 ..~Λ A.„
iiit\i ü^ä! wtiUwi Cat ä^uiiiuni »·***· i^u uuj iiviuu ■«* utiu vtiw
beiden Ventilwicklungen 33Λ und 33ß in Reihe liegen, können sie so aufeinander abgestimmt werden, daß nur
das Relais 13 anspricht. Werden die beiden Transistoren 47 und 48 über Leitungen 107,108 angesteuert, sind das
Relais 13 und die beiden Ventilwicklungen 33/4 und 33ß parallel geschaltet, so daß nun der Spannungsabfall an
den beiden Ventilwicklungen 33/4 und 33ß ausreicht, daß das Pressensicherheitsventil 33 anspricht. Bei einem
Defekt an den beiden Transistoren 47 und 48 oder einem Kurzschluß oder Leitungsbruch in den Ventilwicklungen
33/4,330 bzw. den zugehörigen Leitungen fällt das
Relais 13 ab und die beiden Kontrollkontakte 13/4 und
13ß öffnen. Damit sind diese Bauelemente ebenfalls in die Überwachung einbezogen.
Eine andere Ausführungsform zur Überwachung des ersten Sicherheitskanals 2 (Fig.5) umfaßt eine Vergleichsschaltung
81, die über Leitungen 85 mit allen Gatterein- und -ausgängen (Fig.6) verbunden ist,
wobei einige Gattereingänge mit anderen Gatterausgängen identisch sein können. Die elektrischen Werte
an den Gatterein- und -ausgängen werden über Leitungen 84 (Fig.5) niit einem Bitmuster in einer
Bitmustereinheit 82 verglichen. Das Bitmuster entspricht dem Ruhezustand der Gatterein- und -ausgänge.
Hierdurch sind alle Fehler erkennbar, die an einem beliebigen Gatter im Sicherheitskanal 2 meßbar sind.
Die Vergleichsschaltung 81 weist einen Ausgang auf, an dem eine Leitung 83 angeschlossen ist Das am Ausgang
erscheinende Potential wechselt zyklisch, z. B. in Anwendung auf eine Presse würde am Ausgang
während einer Hubphase eine elektrische Spannung von +5V erscheinen, während der Durchführung eines
Hubs eine solche von 0 V. Die Leitung 83 führt zu der Sicherheitsstufe 9, die zyklische Potentialänderungen
am Ausgang des Vergleichers 6 überwacht.
Die Leitungen 85 (F i g. 5) sind als Leitungen 87 bis 98 in Fig.6 einzeln ausgeführt. Aus dieser Schaltung ist
auch ersichtlich, an welchen Stellen ein H-Potential
(High-Potential) und gleichzeitig ein L-Potential (Low-Potential) erscheint oder umgekehrt. Die aus Fig. 6
ersichtlichen Potentialangaben beziehen sich auf den Schaltungsruhezustand, der z. B. der Hubpause der
Presse entspricht.
Die Bitmustereinheh 82 (F i g. 5) wird durch galvanische
Brücken 99, z. B. Lötbrücken oder Leiterbahnen, gebildet.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Elektronische Steuerung mit Sicherheitseinrichtungen für eine Vorrichtung mit mechanischen
Bewegungsabläufen, mit zwei unterschiedlich aufgebauten Sicherheitskanälen, von denen der erste
Sicherheitskanal mit fest verdrahteter Schaltungslogik und der zweite SicherheitskanaS in Mikrocomputertechnik
ausgeführt ist und mit einer gemeinsamen Sicherheitsstufe, die bei Auftreten unterschiedlicher
Ausgangssignale der beiden Sicherheitskanäle die Vorrichtung in einen sicheren Zustand versetzt,
sowie mit einer Selbstüberwachungseinrichtung für den zweiten Sicherheitskanal, die ebenfalls auf die
gemeinsame Sicherheitsstufe einwirkt, dadurch
gekennzeichnet, daß bei taktmäßig arbeitenden Vorrichtungen
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19833303791 DE3303791C2 (de) | 1982-02-11 | 1983-02-04 | Elektronische Steuerung mit Sicherheitseinrichtungen |
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- 1983-02-04 DE DE19833303791 patent/DE3303791C2/de not_active Expired
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