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Title:
DEVICE FOR CONTROLLING AND/OR MONITORING EXTERNAL TECHNICAL PROCESSES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/019286
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device (1) for controlling and/or monitoring external technical processes, notably a device for use in conjunction with security-oriented control units. The device comprises an input function, an output function and a processing function and can be connected to at least one higher-level unit (5) so as to transfer signals that influence and/or monitor a process to actuators (3) and/or sensors (2) via a bus system (4). A guaranteed response time via the bus system (4) is determined on the one hand by the cycle time of the high-level unit (5) and on the other hand by the signal propagation time via said bus system (4). Logic operations can be carried out by means of the processing function of the device (1) and their result is available for process control and/or process monitoring after a period of time which is shorter than the guaranteed response time of the higher-level unit (5) via the bus (4).

Inventors:
Schütz, Hartmut (Friedhofstrasse 6 Heroldsbach, D-91336, DE)
Barthel, Herbert (Am Hasengarten 6a Herzogenaurach, D-91074, DE)
Haller, Georg (Felix-Klein-Strasse 47 Erlangen, D-91058, DE)
Schenk, Andreas (Schenkstrasse 82 Erlangen, D-91052, DE)
Application Number:
PCT/DE1999/002940
Publication Date:
April 06, 2000
Filing Date:
September 14, 1999
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2 München, D-80333, DE)
Schütz, Hartmut (Friedhofstrasse 6 Heroldsbach, D-91336, DE)
Barthel, Herbert (Am Hasengarten 6a Herzogenaurach, D-91074, DE)
Haller, Georg (Felix-Klein-Strasse 47 Erlangen, D-91058, DE)
Schenk, Andreas (Schenkstrasse 82 Erlangen, D-91052, DE)
International Classes:
G05B9/02; G05B11/01; G05B19/418; G06F1/14; (IPC1-7): G05B19/418
Domestic Patent References:
1992-08-06
Foreign References:
DE4133636A11993-04-15
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, D-80506, DE)
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, D-80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) zur Steuerung und/oder Überwachung exter ner technischer Prozesse, insbesondere Vorrichtung zum Ein satz in Verbindung mit sicherheitsgerichteten Steuerungen, mit einer Eingabefunktionalität, einer Ausgabefunktionalität und einer Verarbeitungsfunktionalität, die zum Transfer pro zeßbeeinflussender und/oder prozeßüberwachender Signale über ein Bussystem (4) an bzw. von an die Vorrichtung (1) an schließbaren Aktoren (3) und/oder Sensoren (2) zumindest mit einer übergeordneten Einheit (5) verbindbar ist, wobei eine garantierte Antwortzeit über das Bussystem (4) einerseits durch die Zykluszeit der übergeordneten Einheit (5) und ande rerseits durch die Signallaufzeit über das Bussystem (4) be stimmt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mittels der Verarbeitungsfunktionalität der Vorrich tung (1) logische Verknüpfungen ausführbar sind, deren Ergeb nis nach Ablauf eines Zeitintervalls zur Verfügung steht, das kürzer ist als die garantierte Antwortzeit, und zur Ansteue rung eines Aktors (3) durch die Vorrichtung (1) auswertbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich auf Einschaltfunktionen beziehende Signale in her kömmlicher Weise von der übergeordneten Einheit (5) über den Bus (4) an den die Vorrichtung (1) und von dieser an einen externen technischen Prozeß übermittelbar sind und die Ein schaltfunktionalität damit herkömmlich ausführbar ist und daß sich auf Ausschaltfunktionen beziehende Signale mittels der Verarbeitungsfunktionalität der Vorrichtung (1) verarbeitbar sind.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Ergebnis einer von der Verarbeitungsfunktionalität der Vorrichtung (1) ausgeführten logischen Verknüpfung nach höchstens 10 ms zur Verfügung steht.
Description:
Beschreibung Vorrichtung zur Steuerung und/oder Uberwachung externer tech- nischer Prozesse Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Uberwachung externer technischer Prozesse, insbesondere eine Vorrichtung zum Einsatz in Verbindung mit sicherheitsgerichteten Steuerungen, mit einer Eingabefunktio- nalität, einer Ausgabefunktionalität und einer Verarbeitungs- funktionalität, die zum Transfer prozeßbeeinflussender und/oder prozeßüberwachender Signale über ein Bussystem an Aktoren und/oder von Sensoren zumindest mit einer übergeord- neten Einheit verbindbar ist.

Aus der EP 0 499 675 B1 ist ein allein betriebsfähiges Auto- matisierungsgerät mit einer Eingabe-, einer Ausgabe-und ei- ner Verarbeitungsfunktionalität bekannt.

Heute am Markt befindliche Feldbussysteme oder Peripheriebus- systeme sind aufgrund undeterminierter Antwortzeiten für zeitkritische Sicherheitsanwendungen nur bedingt verwendbar.

Bekannte Verwendungen des Kommunikationsmediums haben jedoch bisher den Nachteil, daß Signale für sicherheitstechnisch notwendige Schnellreaktionen nicht mit der erforderlichen Ge- schwindigkeit von der Zentraleinheit über den Bus an dezen- trale Peripheriestationen leitbar sind, da die garantierte Antwortzeit über den Bus die für Schnellreaktionen zur Verfü- gung stehende Zeit überschreitet. Die garantierte Antwortzeit über den Bus beinhaltet dabei zumindest die Signallaufzeiten über den Bus und die Verarbeitungszeit der Zentraleinheit, wobei sich die Verarbeitungszeit der Zentraleinheit wiederum zumindest aus der Zeit für die Auswertung der Busprotokolle, der Zeit für die Auswertung der Eingangssignale und der Zeit zur Berechnung der Ausgangssignale zusammensetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Reaktionszeit der Prozeßsteuerung hinsichtlich sicherheitskritischer Alarm- signale des Prozesses zu verringern.

Diese Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, daß die Verarbeitungsfunktionali- tät der Vorrichtung logische Verknüpfungen ausführt, deren Ergebnis für die Prozeßsteuerung und/oder Prozeßüberwachung nach Ablauf eines Zeitintervalls zur Verfügung steht, das kürzer ist als die garantierte Antwortzeit, wobei dieses Er- gebnis zur Ansteuerung eines Aktors durch die Vorrichtung selbst auswertbar ist.

Bei vielen Automatisierungsprozessen besteht immanent eine Unsymmetrie zwischen logisch tiefen Einschaltfunktionen mit langen Berechnungszeiten und logisch flachen Ausschaltfunk- tionen mit kurzen Berechnungszeiten. Genau diese Unsymmetrie nutzt die Vorrichtung gemäß der in Anspruch 2 angegebenen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung inso- fern aus, als die logisch flachen Ausschaltvorgänge von der Vorrichtung selbst mittels der internen Verarbeitungsfunktio- nalität bearbeitbar sind, während sich auf Einschaltvorgänge beziehende Signale weiterhin von der übergeordneten Einheit verarbeitet werden und über den Bus von der übergeordneten Einheit an den Prozeß und vom Prozeß an die übergeordnete Einheit gesendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in Figur 1 dargestellte Anordnung enthält ein übergeordnetes Automatisierungsgerät in einem Zentralrahmen 8 mit einer Zentraleinheit 5 und einer zugehörigen Stromversorgung 10, die aus einer Netzspannung die erforderlichen Betriebskleinspannungen erzeugt. Ein Feld- bus 4 wird von der integrierten Bus-Schnittstelle 11 der Zen- traleinheit 5 als Bus-Master gesteuert. Außerdem enthält die Anordnung einen oder mehrere Erweiterungsrahmen 9, in denen sich jeweils eine Buskopplungs-Baugruppe 7, nicht gezeichnete

Peripherie-Baugruppen zur herkömmlichen Ansteuerung und/oder Überwachung eines externen technischen Prozesses und daneben die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 befindet, die im folgenden aufgrund der Integration von Eingabe-, Ausgabe-und Verarbei- tungsfunktionalität kurz als Mischbaugruppe 1 bezeichnet wird, die mit einem oder mehreren Aktoren 3 und/oder Senso- ren 2 verbunden ist.

Im Ausführungsbeispiel kann mit der Ansteuerung des Aktors 3 der Stempel einer hydraulischen Presse in Betrieb gesetzt werden. Die hierfür erforderlichen logischen Verknüpfungen werden dabei im wesentlichen von der Zentraleinheit 5 ausge- führt, wobei der Zentraleinheit 5 dabei insbesondere Daten weiterer dezentraler Peripheriestationen zur Verknüpfung zur Verfügung stehen, um z. B. an einer Fertigungsstraße eine se- quentielle Bearbeitung der jeweiligen Werkstücke sicherzu- stellen.

Zur Realisierung von Not-Aus-Funktionen ist der Sensor 2 vor- gesehen, der gemäß dem Ausführungsbeispiel im Fehler-oder Gefahrenfall ein schnelles Abschalten der hydraulischen Pres- se ermöglichen soll. Bei einer derartigen Anwendung besteht das Erfordernis, die Presse innerhalb einer vorgebbaren Zeit, die insbesondere kleiner ist als 10 ms, abschalten zu können, um die entsprechenden Sicherheitsfunktionen zu erfüllen.

Die nicht determinierte Reaktionszeit über den Bus 4 garan- tiert diese Abschaltzeit nicht. Die Verarbeitung des vom Sen- sor 2 im Fehler-oder Gefahrenfall eingehenden Eingangs- signals erfolgt daher in der Mischbaugruppe 1 selbst. Im ein- fachsten Fall handelt es sich hier um eine WENN-DANN-Ver- knupfung in dem Sinne, daß der Aktor 3 abzuschalten ist, so- bald ein Eingangssignal vom Sensor 2 ansteht. Insofern ist es ausreichend, wenn die Verarbeitungsfunktionalität der Misch- baugruppe 1 zur Bearbeitung entsprechender logisch"flacher" Verknüpfungen ertüchtigt ist.

Da eine derartige logische Verknüpfung in der Mischbaugrup- pe 1 unabhängig vom Buszyklus oder vom Zyklus der Zentralein- heit 5 erfolgt, ist ein quasi unverzügliches Abschalten des Aktors 3 gewährleistet, wobei die Zeitdifferenz zwischen dem Betätigen des Sensors 2 und dem Abschalten des Aktors 3 im wesentlichen durch die interne Zykluszeit der Mischbaugruppe 1 vorgegeben ist. Diese ist aufgrund der logisch flachen Ver- knüpfungen, die die Mischbaugruppe 1 bearbeitet, im Vergleich zu den garantierten Busreaktionszeiten sehr niedrig. Insofern ist mit der Mischbaugruppe 1 eine Schnellreaktionsabschaltung gewährleistet.

Grundsätzlich unterscheidet sich die Funktionalität der Mischbaugruppe 1 nicht von der Funktionalität einer sogenann- ten Kompaktsteuerung, d. h. einer Steuerung mit Verarbeitungs- funktionalität wie z. B. einer CPU einer leistungsfähigeren speicherprogrammierbaren Steuerung, wobei jedoch an einer derartigen Kompaktbaugruppe unmittelbar Ein-und Ausgabefunk- tionalitäten vorgesehen sind, die im Falle einer CPU mit Er- weiterungsbaugruppen für die jeweiligen Ein-oder Ausgabebau- gruppen vorbehalten bleiben.