用于自动化设备的输入和／或输出安全模块制造技术

本实用新型专利技术涉及一种输入和／或输出安全模块，用于连接到自动化系统或自动化设备上，所述自动化系统设置用于控制多个安全关键及非安全关键的进程和／或设备组件，根据本实用新型专利技术，即至少一个印刷电路板为此而设置，即印刷电路板接收由通讯主板发送的电报，在用于安全设置功能的印刷电路板上分别设有至少一个内部通讯次设备，所述内部通讯次设备通过内部通讯连接装置与串行的通讯主设备连接，并且仅通过一个位于用于安全设置功能的印刷电路板上的处理单元借助于至少一个其他的内部通讯连接装置将安全设置的电报往和／或返传输给通讯主板的处理单元。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种输入和/或输出安全模块，用于连接到自动化系统或自动化 设备上，其中自动化系统设置用于控制多个安全关键及非安全关键的进程和/或设备组 件。输入/输出安全模块可以不仅是一种输入安全模块、一种输出安全模块，也可以是一种 输入及输出安全模块。
技术介绍
对于用于控制技术性进程或技术性设备的自动化系统来说，通常要求对多个安全 关键的进程或设备组件与多个非安全关键的组件分开地控制。例如在DE 10 2004061 013 Al中公开了为此所需要的组件，如安全设置的控制器和其上连接的安全输入/输出模块 (也称为输入/输出安全模块)。在那里所描述的输入/输出组件除了控制接口之外还具有 额外的用于监控集成在输入/输出组件中冗余设置的现场设备连接组件，其中现场设备连 接组件通过多个接口中的一个接口连接到监控装置上，并且监控装置通过其他的控制接口 与一个控制器进行通讯。现场设备连接组件例如被设置为用于获取进程数据的标准组件。在EP 1 703 346 A2和US 7319 406 B2中描述了其他的安全输入/输出模块。在 那里所示出的作为输入/输出单元工作的安全模块不具有其他的非安全设置的通讯主板， 该通讯主板用于往返传输安全的及非安全的数据。由此，在上述这些系统中缺乏一种简单 的可行性方案，即对用于安全的及非安全的输入/输出模块的标准接口进行限定。通常，要 对安全关键功能与非安全功能进行明确地区别，也是比较困难的。例如在DE 102004056363 Al中描述了前述的安全设置的控制系统不能应用在模 块化构架的控制系统，或者只能通过额外的硬件成本和开发成本集成在现有的模块化构架 的控制系统中。
技术实现思路
因此，本技术的目的在于，提出一种安全的输入和/或输出模块，其优选能够 应用到模块化构架的、用于控制安全关键及非安全关键的进程和/或设备组件的自动化系 统中，并且避免了上述现有技术的缺陷。尤其是，根据本技术的输入和/或输出安全模 块(下文也称为输入/输出安全模块)对此而适用于，以简单而成本低廉的方式提供一种 现存的具有输入/输出安全模块的模块化构架的非安全控制系统。该目的根据本技术的输入/输出安全模块来实现。根据本技术提出一种 输入和/或输出安全模块，用于连接到自动化系统或自动化设备上，所述自动化系统设置 用于控制多个安全关键及非安全关键的进程和/或设备组件，所述输入和/或输出安全模 块具有通讯主板，其处理单元通过输入/输出总线次设备和在其上连接的外部输入/输出 总线连接到中央单元上，其特征在于，所述通讯主板具有串行的通讯主设备，所述串行主设 备通过至少一个其上连接的通讯连接装置与一个或多个安全的处理单元这样连接，所述处 理单元设置在具有用于安全设置功能的安全设置输入/输出电路的一个或多个印刷电路板上，即所述至少一个印刷电路板为此而设置，即所述印刷电路板接收由所述通讯主板发 送的电报，在用于安全设置功能的印刷电路板上分别设有至少一个内部通讯次设备，所述 内部通讯次设备通过内部通讯连接装置与串行的通讯主设备连接，在安全设置的输入/输 出电路上通过接口连接其他的用于安全关键进程和/或安全关键设备组件的现场设备，所 述安全处理单元之间的同步通过同步连接装置进行，并且仅在用于安全设置功能的印刷电 路板上的处理单元通过用于两者之间往返传输安全设置电报的至少一个第二内部通讯连 接装置与所述通讯主板的处理单元连接。在安全设置的输入/输出电路上还可以通过相应的接口连接用于安全关键进程 和/或设备组件的现场设备。在安全的处理单元之间，为了相互间的同步或数据协调设有同步连接装置，由此 安全的处理单元相互之间进行监控和同步。监控及同步机制可以例如根据“PROFIsafe-PROFIBUS DP安全技术概况以及 PROFINET IO概况部分，参见 I3ROFIBUS 及 PR0FINET 的 IEC 61784-3-3 说明书。2. 4 版，2007 年3月，文档编号3. 192b”或类似的方式来进行。根据本技术还设置，即仅通过多个设置在印刷电路板上的、用于安全设置功 能的安全处理器中的一个安全处理器以及相应的内部通讯次设备，并且借助于内部通讯主 设备上的至少一个第二内部通讯连接装置来传输安全设置的电报。由此而确保了，安全设 置的电报仅通过多个安全处理器中的一个安全处理器发送到通讯主板的内部通讯主设备。在根据本技术的输入/输出安全模块的设计方案中，第二内部通讯连接装置 这样设置，即此外也能够接收由通讯主板发送的电报。以有利的方式，通讯主板在使用所谓的黑色通道通讯原理下将通过设置在中央单 元上的外部输入/输出总线主设备进行对印刷电路板的内部串行通讯次设备的通讯，该印 刷电路板(下文中也称为安全控制主板)具有安全设置的功能。在此，通讯主板为了与安全控制主板进行通讯承担的任务是，通过集成的安全镀 层将安全设置的电报发送到设置在中央单元上的外部输入/输出总线主设备。为此使用到所谓的“黑色通道通讯原理”，其例如在“PROFIsafe-PROFIBUS DP安全 技术概况以及PROFINET 10概况部分，参见PR0FIBUS及PROFINET的IEC 61784-3-3说明 书。2. 4版，2007年3月，文档编号3. 192b”中公开。通过对通讯主板和安全组件上的区分以有利的方式实现了，输入/输出安全模块 中安全设置部分与非安全关键通讯进行严格地区分。以此而明显地降低新型输入/输出安 全模块的开发成本，并且能够严格地区分安全关键功能和非安全关键功能。在另一有利的设计方案中设计出，输入/输出安全模块由此而构成，即现有的安 全控制主板通过前述的通讯主板进行改进，并且还只是在安全控制主板和通讯主板之间添 加上内部的通讯连接装置。在优选的实施例中，输入/输出安全模块具有冗余的内部1οο2 (2选1)安全架构， 该安全架构由两个安全处理器构成并且带有相应的用于彼此数据交换的单元。为了在安全 处理器之间实现快速的同步和/或监控，用于数据交换的单元优选设置为双端口内存。双 端口内存这样设置，即在其两个访问端上能够同时进行读取访问和/或写入访问，从而能 够实现对于两个处理共同数据的分立系统的同时访问，而分开的系统不会受到访问速度上的限制。因此明显地提高了待传输的安全设置电报上的访问时间。但是，输入/输出安全模块也可以构架在一个不同于1οο2(2选1)安全架构的安 全架构中，例如是一种1οο3架构等等。在前述的1οο2架构中，能够直接与通讯主板交换 电报的安全处理器不可能确认出一种循环冗余检验(CRC- —种用于确定数据的校验值的 方法，以使得在传输或存储中能够识别出故障)，该循环冗余检验在内部通讯连接装置上有 效生成电报时是必须的。这种CRC确认可以仅通过冗余的处理器执行并且报告给第一处理 器。以此而确保，两个处理器在多个有效的电报上进行协作。这样的要求将使得，在安全控 制器的两个处理器中的一个出现故障或者错误的功能时确保系统的安全性。具有优选两个冗余的处理单元(用于安全关键的输入和输出电路)的输入/输出 安全模块能够根据安全设置的输入/输出电路在安全控制主板上的设置，作为安全的模拟 和/或数字输入/输出电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输入和／或输出安全模块，用于连接到自动化系统或自动化设备上，所述自动化系统设置用于控制多个安全关键及非安全关键的进程和／或设备组件，所述输入和／或输出安全模块具有通讯主板（ＬＰ１），其处理单元（１４）通过输入／输出总线次设备（１２）和在其上连接的外部输入／输出总线（ＩＯＢ１）连接到中央单元（ＣＬ）上，其特征在于，所述通讯主板（ＬＰ１）具有串行的通讯主设备（１０），所述串行主设备通过至少一个其上连接的通讯连接装置（ＩＫＢ１）与一个或多个安全的处理单元（２４、３４）这样连接，所述处理单元设置在具有用于安全设置功能的安全设置输入／输出电路（２３、３３）的一个或多个印刷电路板（ＬＳＰ１、ＬＳＰ２）上，即所述至少一个印刷电路板（ＬＳＰ１、ＬＳＰ２）为此而设置，即所述印刷电路板接收由所述通讯主板发送的电报，在用于安全设置功能的印刷电路板（ＬＳＰ１、ＬＳＰ２）上分别设有至少一个内部通讯次设备（２０、３０），所述内部通讯次设备通过内部通讯连接装置（ＩＫＢ１）与串行的通讯主设备（１０）连接，在安全设置的输入／输出电路（２３、３３）上通过接口（５０）连接其他的用于安全关键进程和／或安全关键设备组件的现场设备，所述安全处理单元（２４、３４）之间的同步通过同步连接装置（ＩＦ２）进行，并且仅在用于安全设置功能的印刷电路板（ＬＳＰ１、ＬＳＰ２）上的处理单元（２４）通过用于两者之间往返传输安全设置电报的至少一个第二内部通讯连接装置（ＩＫＢ２）与所述通讯主板（ＬＰ１）的处理单元（１４）连接。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：海因里希纽帕特尔，格尔德格勒克纳，罗伯特伯恩，彼得埃勒尔，米夏埃尔格尔茨，
申请(专利权)人：ABB股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：DE[德国]