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WO1998045764A1 - Sicherheitsschalter - Google Patents

Sicherheitsschalter Download PDF

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Publication number
WO1998045764A1
WO1998045764A1 PCT/EP1998/001818 EP9801818W WO9845764A1 WO 1998045764 A1 WO1998045764 A1 WO 1998045764A1 EP 9801818 W EP9801818 W EP 9801818W WO 9845764 A1 WO9845764 A1 WO 9845764A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
actuator
safety switch
bus
coding
signal
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP1998/001818
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Link
Dieter Madera
Thomas Rupp
Hans-Georg Vogt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Euchner GmbH and Co KG
Original Assignee
Euchner GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Euchner GmbH and Co KG filed Critical Euchner GmbH and Co KG
Publication of WO1998045764A1 publication Critical patent/WO1998045764A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric

Definitions

  • the invention relates to a safety switch with a plurality of actuator systems.
  • Safety switches are used to monitor protective devices for machines or systems. If several protective devices to be operated independently of one another are provided on the machine, a separate safety switch must be provided for each protective device in a known manner, with all safety switches being placed in series, for example. With a large number of protective devices, the outlay on safety switches is great.
  • DE 41 12 626 A1 shows a monitoring device for a control device with series-connected sensor electronics, to each of which a Hall element interacting with a permanent magnet is connected, the series-connected sensor electronics being connected to a data bus via a bus control.
  • the invention is therefore based on the object of providing a simplified safety switch and a method for checking the state of a safety switch according to the invention, in particular a safety switch, by means of which several and independently operable safety devices of a machine can be monitored inexpensively and reliably.
  • a large number of actuator systems can be connected by means of the bus, each of which has an actuator, a read head and a read evaluation connected to the read head. At the same time, only a single overall evaluation circuit must be connected to the bus.
  • Each reading head has means for emitting a signal to stimulate the actuator, in particular each reading head has a transmitting and a receiving part, via which signals can be exchanged between the reading head and the actuator.
  • the coding or the code key can be unchangeable, but it is preferably changeable, in particular the code key changes automatically, for example during each actuation process or only depending the operating time. While the actuators or the actuator evaluations generally only know their own code key, the overall evaluation circuit knows all the code keys of all actuation evaluations or all actuators.
  • transponder Such memory with coding are known under the name "transponder” in military satellites and immobilizers in connection with automobile ignition keys.
  • the term “transponder” is composed of “transmitting” and “responding” and means that the actuators receive signals from the reading head (transmitting), possibly amplify and / or change these signals, for example with regard to frequency, amplitude or bit sequence, and then respond to the reading head.
  • a processor unit is then advantageously provided in the actuator or in the actuator evaluation, which links the coding of the actuator with a query signal of the overall evaluation circuit.
  • such training serves to encrypt the exchanged data.
  • the overall evaluation circuit In a method for checking the state of the safety switch, the overall evaluation circuit, preferably each channel thereof, issues a query signal on the bus, which causes the read head of an actuator system to stimulate the associated actuator to emit a signal depending on its coding, which is then triggered by the Actuator evaluation is given as a processed response signal on the bus and is detected by the overall evaluation circuit.
  • Each provided channel of the overall evaluation circuit advantageously emits the same coding at different times.
  • the question signal emitted by the overall evaluation circuit is linked to the coding of each actuator to form an answer signal either in the actuator or in the actuator evaluation.
  • the question given by the overall evaluation circuit on the bus can in particular be an unencrypted or encrypted address of the operator to be addressed or queried.
  • the actuator evaluation whose assigned actuator is to be addressed or all actuator evaluations which are connected to the bus send a signal to the corresponding actuator via the respectively assigned read head.
  • Each operator responds according to the information stored in it.
  • the address is changed or encrypted in accordance with the information from the actuator and returned to the bus as a response signal.
  • the overall evaluation circuit takes the response signal from the bus and evaluates it using the known code of the addressed actuator.
  • the information exchange between the read head and the actuator is preferably contactless, for example by means of electrical, magnetic or optical interaction between the read head and the actuator.
  • the actuator can either be self-sufficient in terms of energy, for example through its own energy store, or can receive its energy for reading out and transmitting the information stored in it from the transmission signal of the reading head.
  • the bus architecture can be adapted to the specific requirements, in particular the bus protocols can be adapted to the prevailing circumstances.
  • a predefined time-division multiplex method in which time slots are assigned to all actuator evaluations, is just as conceivable as, for example, a TOKEN method, in which only the bus subscriber who always has a TOKEN pending and available on the bus transmits.
  • the figure shows a block diagram of the embodiment.
  • a large number of actuator systems are provided, each of which consists of a separate actuator 1, a read head 3 and an actuator evaluation 5 connected to the read head 3.
  • Each actuator system is single-channel.
  • the actuator evaluation 5 is connected to a bus 7.
  • the bus 7 can be any known industrial field bus.
  • a two-channel overall evaluation circuit 9 has two identically designed microprocessors 11, which are connected to the bus 7 on the one hand and control a switch 13 on the other hand, which is designed, for example, as a relay.
  • one of the two microprocessors 11 forms a query signal which it sends to the bus 7 and which responds precisely to an actuator system.
  • the read head 3 belonging to this actuator system stimulates the actuator 1 (if it is in the immediate vicinity of the read head 3 when the protective device is closed) to emit its coding as a signal, which is then picked up by the read head 3 and linked in the downstream actuator evaluation 5 with the question signal becomes a response signal.
  • the actuator evaluation 5 then outputs the response signal to the bus 7, from which it is sent by the microprocessor 11 is read again.
  • the microprocessor 11 determines from the response received and the question asked whether the actuator 1 is located on the reading head 3, the components of the actuator system, in particular the actuator evaluation 5, and the bus 7 are working correctly. If all of this applies, the microprocessor 11 causes the switch 13 to close.
  • the other microprocessor 1 1 forms the same question signal at different times, checks the response signal received in the same way and also controls its switch 1 3. A feedback can be provided between the two microprocessors 11.
  • the question signal is linked with the coding of the actuator 1 to the answer signal in the actuator 1 itself instead of in the actuator evaluation 5.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Safety Devices In Control Systems (AREA)
  • Switch Cases, Indication, And Locking (AREA)

Abstract

Bei einem Sicherheitsschalter ist eine Vielzahl von Betätigersystemen, welche jeweils einen separaten Betätiger (1), einen Lesekopf (3) und eine mit dem Lesekopf (3) verbundene Betätigerauswertung (5) aufweisen, ein Bus (7), an den die Betätigersysteme angeschlossen sind, und eine Gesamtauswertungsschaltung (9), die an den Bus (7) angeschlossen ist, vorgesehen.

Description

Sicherheitsschalter
Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsschalter mit einer Vielzahl von Betätigersystemen.
Sicherheitsschalter werden zur Überwachung von Schutzeinrichtungen für Maschinen oder Anlagen eingesetzt. Sind an der Maschine mehrere voneinander unabhängig zu bedienende Schutzeinrichtungen vorgesehen, so muß auf bekannte Weise für jede Schutzeinrichtung ein eigener Sicherheitsschalter vorgesehen werden, wobei sämtliche Sicherheitsschalter beispielsweise in Serie gelegt sind. Bei einer Vielzahl von Schutzeinrichtungen ist der Aufwand an Sicherheitsschaltern groß.
Die DE 41 12 626 A1 zeigt eine Überwachungseinrichtung für eine Steuervorrichtung mit in Serie geschalteten Sensorelektroniken, an welche jeweils ein mit einem Permanentmagneten zusammenwirkendes Hallelement angeschlossen ist, wobei die in Serie geschalteten Sensorelektroniken über eine Bussteuerung an einen Datenbus angeschlossen sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen vereinfachten Sicherheitsschalter und ein Verfahren zur Überprüfung des Zustandes eines erfindungsgemäßen Sicherheitsschalters zu schaffen, insbesondere einen Sicherheitsschalter, mittels welchem auch mehrere und unabhängig voneinander zu bedienende Sicherheitseinrichtungen einer Maschine kostengünstig und zuverlässig überwacht werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Sicherheitsschalter mit den Merkmalen des Anspruches 1 . Ein Verfahren zur Überprüfung des Zustandes eines solchen Sicherheitsschalters ist Gegenstand des Anspruches 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Mittels des Busses ist eine Vielzahl von Betätigersystemen anschließbar, welche jeweils einen Betätiger, einen Lesekopf und eine mit dem Lesekopf verbundene Leseauswertung aufweisen. Gleichzeitig ist nur eine einzige Gesamtauswertungsschaltung an den Bus anzuschließen. Jeder Lesekopf weist Mittel zur Abgabe eines Signals zur Stimulierung des Betätigers auf, insbesondere weist jeder Lesekopf einen Sende- und einen Empfangsteil auf, über welche Signale zwischen dem Lesekopf und dem Betätiger austauschbar sind.
Für eine ausreichende Sicherheit genügt es, die Gesamtauswertungsschaltung zweikanalig auszubilden, während jedes vorgesehene Betätigersystem nur einkanalig ausgebildet sein muß.
Um Manipulationen auszuschließen, ist es von Vorteil, wenn in jedem Betätiger eine eigene Codierung gespeichert ist. Die Codierung bzw. der Code- Schlüssel kann dabei unveränderlich sein, vorzugsweise ist er aber veränderlich, insbesondere wechselt der Code-Schlüssel automatisch, beispielsweise bei jedem Betätigungsvorgang oder auch nur in Abhängigkeit der Betriebszeit. Während die Betätiger bzw. die Betätigerauswertungen in der Regel jeweils nur ihren eigenen Code-Schlüssel kennen, kennt die Gesamtauswertungsschaltung alle Code-Schlüssel aller Betätigungsauswertungen bzw. aller Betätiger.
Derartige Speicher mit Codierung sind unter dem Namen "Transponder" bei militärischen Satelliten und Wegfahrsperren in Verbindung mit Automobil- Zündschlüsseln bekannt. Der Begriff "Transponder" setzt sich aus "transmitting" und "responding" zusammen und besagt, daß die Betätiger von dem Lesekopf Signale übertragen bekommen (transmitting), diese Signale gegebenenfalls verstärken und/oder verändern, beispielsweise hinsichtlich Frequenz, Amplitude oder Bitfolge, und anschließend dem Lesekopf antworten (responding). Im Betätiger oder in der Betätigerauswertung ist dann vorteilhafterweise eine Prozessoreinheit vorgesehen, die die Codierung des Betätigers mit einem Fragesignal der Gesamtauswertungsschaltung verknüpft. Bei den bekannten (kryptografischen) Transpondern dient eine solche Ausbildung dazu, die ausgetauschten Daten zu verschlüsseln.
Bei einem Verfahren zur Überprüfung des Zustandes des Sicherheitsschalters gibt die Gesamtauswertungsschaltung, vorzugsweise jeder Kanal derselben, ein Fragesignal auf den Bus, das den Lesekopf eines Betätigersystems veranlaßt, beim zugehörigen Betätiger die Abgabe eines Signals in Abhängigkeit von dessen Codierung zu stimulieren, das dann durch die Betätigerauswertung als verarbeitetes Antwortsignal auf den Bus gegeben wird und von der Gesamtauswertungsschaltung erfaßt wird. Vorteilhafterweise gibt jeder vorgesehene Kanal der Gesamtauswertungsschaltung zeitlich versetzt zum anderen die gleiche Codierung ab. Die Verknüpfung des von der Gesamtauswertungsschaltung abgegebenen Fragesignals mit der Codierung eines jeden Betätigers zu einem Antwortsignal erfolgt entweder im Betätiger oder in der Betätigerauswertung. Die von der Gesamtauswertungsschaltung auf den Bus gegebene Frage kann insbesondere eine unverschlüsselte oder verschlüsselte Adresse des anzusprechenden bzw. abzufragenden Betätigers sein. Daraufhin sendet entweder nur die Betätigerauswertung, deren zugeordneter Betätiger angesprochen werden soll, oder alle Betätigerauswertungen, die an den Bus angeschlossen sind, über den jeweils zugeordneten Lesekopf ein Signal an den entsprechenden Betätiger. Jeder Betätiger antwortet entsprechend der in ihm gespeicherten Information. Dadurch wird die Adresse entsprechend der Information aus dem Betätiger verändert bzw. verschlüsselt und als Antwortsignal wieder auf den Bus gegeben. Die Gesamtauswertungsschaltung entnimmt das Antwortsignal vom Bus und wertet es aus, unter Verwendung des ihr bekannten Codes des angesprochenen Betätigers.
Der Informationsaustausch zwischen Lesekopf und Betätiger erfolgt vorzugsweise kontaktlos, beispielsweise mittels elektrischer, magnetischer oder optischer Wechselwirkung zwischen Lesekopf und Betätiger. Der Betätiger kann entweder energetisch autark sein, beispielsweise durch einen eigenen Energiespeicher, oder kann seine Energie zum Auslesen und Übertragen der in ihm gespeicherten Informationen aus dem Sendesignal des Lesekopfes erhalten.
Die Busarchitektur kann an die spezifischen Erfordernisse angepaßt werden, insbesondere können die Busprotokolle an die jeweils vorliegenden Gegebenheiten angepaßt werden. Beispielsweise ist ein vorgegebenes Zeitmultiplexverfahren, bei dem allen Betätigerauswertungen Zeitschlitze zugeordnet sind, ebenso denkbar wie beispielsweise ein TOKEN-Verfahren, bei welchem stets nur der Bus-Teilnehmer sendet, der einen auf dem Bus anstehenden und abrufbaren TOKEN besitzt.
Der Austausch von Fragesignal und Antwortsignal bewirkt eine Dynamisierung des Datenübertragungsverfahrens. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Figur zeigt ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels.
Bei einem Sicherheitsschalter ist eine Vielzahl von Betätigersystemen vorgesehen, welche jeweils aus einem separaten Betätiger 1 , einem Lesekopf 3 und einer mit dem Lesekopf 3 verbundenen Betätigerauswertung 5 bestehen. Jedes Betätigersystem ist einkanalig ausgebildet. Die Betätigerauswertung 5 ist an einen Bus 7 angeschlossen. Der Bus 7 kann jeder bereits bekannte Industrie- Feldbus sein.
Eine zweikanalig ausgebildete Gesamtauswertungsschaltung 9 weist zwei gleich ausgebildete Mikroprozessoren 1 1 auf, die einerseits an den Bus 7 angeschlossen sind und andererseits einen Schalter 13 ansteuern, der beispielsweise als Relais ausgebildet ist.
Zur Überprüfung des Zustandes des Sicherheitsschalters bildet einer der beiden Mikroprozessoren 1 1 ein Fragesignal, das er auf den Bus 7 gibt und das genau ein Betätigersystem anspricht. Der zu diesem Betätigersystem gehörige Lesekopf 3 stimuliert den Betätiger 1 (sofern er bei geschlossener Schutzeinrichtung sich in unmittelbarer Nähe des Lesekopfes 3 befindet), seine Codierung als Signal abzugeben, welche dann vom Lesekopf 3 aufgenommen wird und in der nachgeschalteten Betätigerauswertung 5 mit dem Fragesignal verknüpft wird zu einem Antwortsignal. Die Betätigerauswertung 5 gibt dann das Antwortsignal auf den Bus 7, von dem es vom Mikroprozessor 1 1 wieder eingelesen wird. Der Mikroprozessor 1 1 ermittelt aus der erhaltenen Antwort und der gestellten Frage, ob der Betätiger 1 sich am Lesekopf 3 befindet, die Komponenten des Betätigersystems, insbesondere die Betätigerauswertung 5, sowie der Bus 7 fehlerfrei arbeiten. Trifft dies alles zu, so veranlaßt der Mikroprozessor 1 1 den Schalter 13, sich zu schließen.
Der andere Mikroprozessor 1 1 bildet zeitlich versetzt das gleiche Fragesignal, überprüft das erhaltene Antwortsignal auf die gleiche Weise und steuert seinen Schalter 1 3 ebenfalls an. Zwischen den beiden Mikroprozessoren 1 1 kann eine Rückkopplung vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Verknüpfung des Fragesignals mit der Codierung des Betätigers 1 zum Antwortsignal im Betätiger 1 selber statt in der Betätigerauswertung 5.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1 . Sicherheitsschalter mit a) einer Vielzahl von Betätigersystemen, welche jeweils einen separaten Betätiger (1 ), einen Lesekopf (3) und eine mit dem Lesekopf (3) verbundene Betätigerauswertung (5) aufweisen, b) einem Bus (7), an den die Betätigersysteme angeschlossen sind, und c) einer Gesamtauswertungsschaltung (9), die an den Bus (7) angeschlossen ist.
2. Sicherheitsschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lesekopf (3) Mittel zur Abgabe eines Signals zur Stimulierung des Betätigers (1 ) aufweist.
3. Sicherheitsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lesekopf (3) einen Sende- und einen Empfangsteil aufweist, über welche Signale zwischen dem Lesekopf (3) und dem Betätiger (1 ) austauschbar sind.
4. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtauswertungsschaltung (9) zweikanalig ausgebildet ist und/oder daß jedes vorgesehene Betätigersystem einkanalig ausgebildet ist.
5. Sicherheitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Betätiger (1 ) eine eigene Codierung gespeichert ist.
6. Sicherheitsschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Codierung veränderbar ist, insbesondere daß sich die Codierung bei jedem Betätigungsvorgang automatisch ändert.
7. Sicherheitsschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Betätiger (1 ) oder in jeder Betätigerauswertung (5) eine Prozessoreinheit vorgesehen ist zur Verknüpfung der Codierung des Betätigers (1 ) mit einem von der Gesamtauswertungsschaltung (9) abgegebenen Fragesignal.
8. Verfahren zur Überprüfung des Zustandes eines Sicherheitsschalters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtauswertungsschaltung (9) auf den Bus (7) ein genau an ein Betätigersystem gerichtetes Fragesignal gibt, auf das hin der Lesekopf (3) den Betätiger (1 ) zur Abgabe eines Signals stimuliert, wobei die Betätigerauswertung (5) eine aus der Verknüpfung des Fragesignals mit der Codierung des Betätigers (1 ) gebildetes Antwortsignal auf den Bus (7) gibt, das von der Gesamtauswertungsschaltung (9) aufgenommen und geprüft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung des Fragesignals mit der Codierung des Betätigers (1 ) innerhalb der Betätigerauswertung (5) stattfindet.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung des Fragesignals mit der Codierung des Betätigers (1 ) innerhalb des Betätigers (1 ) stattfindet.
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DE1997114198 DE19714198A1 (de) 1997-04-07 1997-04-07 Sicherheitsschalter

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