[发明专利]模块化安全控制

说明书

本发明涉及模块化安全控制。一种用于模块化控制装置(100)的头部模块(10)，该头部模块具有冗余信道单元(12，14)，每个信道单元包括处理单元(18；24)和故障揭示单元(20，22，26，28)。故障揭示单元(20，22，26，28)被配置成监测相应信道单元(12；14)的状况。同时，处理单元(18，24)连续地刺激故障揭示单元(20，22，26，28)。冗余信道单元(12，14)的至少一个处理单元(18)还耦接至通信总线的信号线，以提供到模块化控制装置(100)的一个或更多个外围模块部分(50)的通信链路。故障揭示单元(20，22，26，28)还被配置成响应于刺激和监测来控制总线断开单元(36)，总线断开单元适于关闭通信总线。

技术领域

本发明涉及一种模块化控制装置以及用于这样的装置的头部模块和外围模块部分。此外，本发明涉及对应的方法。

背景技术

控制装置(也称为控制器)在自动化技术领域是众所周知的。控制装置控制技术系统、机器或过程。通过硬接线逻辑执行控制任务的链接编程控制器与能够自由编程并且因此可以执行各种控制任务的可编程逻辑控制器之间存在区别。由于其灵活性和适应性，已经针对过程和自动化技术中复杂或动态变化的控制任务而确立了可编程逻辑控制器。

如果控制装置由各自执行不同任务的各个部件组成，则控制装置称为模块化。通常，模块化控制装置具有至少一个中央计算单元，也称为头部模块，其规律地形成模块行的第一模块。模块行的其他模块可以是输入和输出模块等，这些输入和输出模块与技术系统的外围建立连接，并且因此也归结在统一术语外围模块下。输入模块通过将技术系统或机器的输入与对应的传感器连接来检测技术系统或机器的状态。在给定时间捕获的状态称为输入的处理图像(PII)。输出模块根据所需的控制任务并且依赖于输入对技术系统或机器进行控制。为此，输出模块的输出连接至对应的执行器。由输出模块设置的输出称为输出的处理图像(PIO)。

特殊控制装置是安全控制装置(也称为安全控制装置或故障安全(FS，fail-safe)控制)。它们执行与正常控制装置相同的功能，但不同之处在于它们还能够执行与安全相关的任务。安全控制器允许以与正常控制装置类似的方式通过编程实现安全互连。虽然安全控制器的基本功能与用于标准任务的正常控制装置仅略有不同，但它们内部具有执行安全相关功能的附加硬件和软件。附加硬件和软件被显著地反映在控制装置的基本部件的冗余设计中以及能够确保各个部件的功能的测试设施中。

安全控制器必须考虑的一种特殊类型的故障是共因故障(CCF)，即单一故障原因或事件导致的故障。安全控制器必须能够处理这些错误，特别是在它们不希望从安全相关子系统中移除冗余的情况下。典型地，采用多样性即通过使用不同部件来提供特定功能，来解决CCF。然而，多样性对由公共电源引起例如由过电压引起的CCF的帮助有限。为此其他方法是必要的，除非第二独立电源用于每个元件。

安全控制器及与其连接的传感器和执行器一起实现安全功能，以保护操作人员、环境或货物。为了指定分配给安全相关系统的安全功能的安全完整性要求，相关标准(EN61508)区分了四个等级。安全完整性等级4(SIL4)代表最高的安全完整性等级，并且安全完整性等级1(SIL1)代表最低的安全完整性等级。以下所考虑的模块化控制装置是安全控制器，其允许系统结构高达至少SIL3。

根据EN 61508高达SIL4的应用或具有特殊要求概要的应用(如铁路应用)通常难以使用标准模块化安全控制器来实现，或者只能通过极大的努力来实现，例如通过针对应用使用两个完全独立且单独配置的安全控制器来实现。

因此，目的是提供一种模块化控制装置，该模块化控制装置实现具有高安全完整性等级或具有特殊要求概要的应用，有效控制CCF并且仍然可以以经济高效的方式实现。

发明内容